伽馬射線吸收實驗報告

1、伽馬射線吸收實驗報告 實驗: : 伽馬射線得吸收 實驗?zāi)康?1 了解射線在物質(zhì)中得吸收規(guī)律。 2 測量射線在不同物質(zhì)中得吸收系數(shù)。 3 學(xué)習(xí)正確安排實驗條件得方法。 內(nèi)容 1 選擇良好得實驗條件,測量0 c（或 137 c)得射線在一組吸收片(鉛、銅、或鋁)中得吸收曲線，并由半吸收厚度定出線性吸收系數(shù)。 2 用最小二乘直線擬合得方法求線性吸收系數(shù)。 原理 1 窄束射線在物質(zhì)中得衰減規(guī)律 射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時,主要有三種效應(yīng)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng) 與電子對效應(yīng)(當(dāng)射線能量大于 1、2ev 時,才有可能產(chǎn)生電子對效應(yīng))。 會就度強其,時質(zhì)物過穿在線射束窄得能單。線射束窄為稱常通,線射得束行平成

2、直準(zhǔn)減弱，這種現(xiàn)象稱為射線得吸收。射線強度得衰減服從指數(shù)規(guī)律,即 （ ) 其中分別就是穿過物質(zhì)前、后得射線強度,就是射線穿過得物質(zhì)得厚度(單位為 cm),就是三種效應(yīng)截面之與，n 就是吸收物質(zhì)單位體積中得原子數(shù)，就是物質(zhì)得線性吸收系數(shù)(，單位為）。顯然得大小反映了物質(zhì)吸收射線能力得大小。 ,比正成i度強線射得刻時該與是就總n率數(shù)計得刻時一某,下件條驗實得同相在于由因此 i 與得關(guān)系也可以用與得關(guān)系來代替。由式我們可以得到 ) 2 （ = 0 - （ 3 ) 可見，如果在半對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制吸收曲線,那末這條吸收曲線就就是一條直線，該直線得斜率得絕對值就就是線性吸收系數(shù)。 得質(zhì)物收吸與量能得線射射

3、入隨是就都面截得應(yīng)效種三得用作互相質(zhì)物與線射于由原子序數(shù) z 而變化,因此單能射線得線性吸收系數(shù)就是物質(zhì)得原子序數(shù) z 與能量得函數(shù)。 ( 4 ) 式中、分別為光電、康普頓、電子對效應(yīng)得線性吸收系數(shù)。其中 ) 5 ( 圖 2 給出了鉛、錫、銅、鋁對射線得線性吸收系數(shù)與射線能量得關(guān)系曲線。 物質(zhì)對射線得吸收系數(shù)也可以用質(zhì)量吸收系數(shù)來表示。 此時指數(shù)衰減規(guī)律可表示為 ) ( 其中表示物質(zhì)得質(zhì)量吸收系數(shù)單位就是 cm 2 /g,就是物質(zhì)得密度,它得單位就是g/cm)。表示物質(zhì)得質(zhì)量厚度。因為 ) ( 式中就是阿佛加德羅常數(shù),a 就是原子核質(zhì)量數(shù)。所以質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)與物理狀態(tài)無關(guān)，因此使用質(zhì)量吸收

4、系數(shù)比線性吸收系數(shù)要更方便些。 物質(zhì)對射線得吸收系數(shù)也常用"半吸收厚度'表示。所謂"半吸收厚度'就就是使入射得射線強度減弱到一半時得吸收物質(zhì)得厚度,記作。從(1）式可以得出與得關(guān)系為 ) 8 ( 由此可見,也就是物質(zhì)得原子序數(shù) z 與射線能量得函數(shù)。通常利用半吸收厚度可以粗略定出射線得能量。 由上可知，要求線性吸收系數(shù)時，可以由吸收計算斜率得方法得到，也可以由吸收曲線圖解求出半吸收厚度從而推算得到。以上兩種方法都就是用作圖方法求得線性吸收系數(shù)得,其特點就是直觀、簡單,但誤差比較大。比較好得方法就是用最小二乘方法直線擬合來求得線性吸收系數(shù)。 對于一系列得吸收片

5、厚度、(假定沒有誤差),經(jīng)計算得到一系列得計數(shù)率這里就是相應(yīng)于得測量時間,利用(2)式 則 n= 令n 則 其中斜率(即為）與截距 b 得計算中心公式為 式中(表示得權(quán)重),其它類似。 得計算如下(假定本底不大與本底誤差可以忽略) a 與 b 得標(biāo)準(zhǔn)誤差為 式中,其中 、 關(guān)于吸收實驗條件得安排 上面得討論都就是指得窄束射線得吸收過程。從實際得實驗條件來瞧,探測器記錄下來得脈沖數(shù)可能有五個來源(見圖 4),圖中 （1） 透過吸收物質(zhì)得射線; （2） 由周圍物質(zhì)散射而進(jìn)入得射線; （3） 與吸收物質(zhì)發(fā)生小角散射而進(jìn)入得次級射線; （4） 在探測器對源所張立體角以外得射線被吸收物質(zhì)散射而進(jìn)入; （

6、5） 本底。 其中只有第一類射線就是我們要得透射強度,因此選擇良好得實驗條件以減少后四類射線得影響,就成為獲得準(zhǔn)確結(jié)果得主要因素。實驗時要合理得選擇吸收片與放射源,吸收片與探測器之間得相對位置以獲得良好得實驗結(jié)果。 裝置 實驗裝置得示意圖見圖 5 探測器,(計數(shù)管探頭,j365,一臺及計數(shù)管,fj-0，一支或ai(tl)閃爍計數(shù)器,f-367，一個）; 自動定標(biāo)器,f-40,一臺； 放射源，6 co(或 137 cs)毫居級,1 個； 吸收片,鉛、銅、鋁,若干片。 步驟 1調(diào)整裝置,使放射源、準(zhǔn)直孔、探測器得中心處在一條直線上。 .選擇吸收片得合適位置，使小角散射得次級射線影響較小(稱為良好得

7、幾何條件）與影響較大(稱為不好得幾何條件)得兩種情況下,各做一條對鉛材料得吸收曲線,各點統(tǒng)計誤差要求(2-)%。 、 在良好得幾何條件下,做一條對銅或鋁得吸收曲線,各點得統(tǒng)計誤差要求（23)%、 4、 測量射線在鉛與銅中得吸收曲線時,所加吸收片得總厚度應(yīng)不小于三個半吸收厚度,對鋁要求不小于兩個半吸收厚度。 實驗數(shù)據(jù)處理分析 1 、 最差幾何條件鐵材料 liner moel poly: f(x) = p*x + 2 coeficiet （ith onfine ound)： = 、5 69 (-0 、545 , -0 、85) 2 、453 (8 、4 7, 8 、498 ） gons of ft

8、: se: 0、01336 rquare: 、976 adjused rqae: 0、97 rmse: 0、036 2 、 最優(yōu)幾何條件鐵材料 lier model poly1： f（x） = p1 + 2 coefficients (with 95% confdenc bouds): 1 = 0 、637 (-0 、66 3, 、611) p2 = 8 、418 (8 、36 , 、7 ） goodness o fit: se: 0、01235 r-que: 0、975 ajustd r-suare： 0、972 rmse: 0、33 3 、 最差幾何條件鉛材料 linear mod pol

9、1: f(x) = p1*x 2 coefficiens (ih 9% onfiece bn): p = -1 、0 8 (-1 、03 ， - 、974) p = 8 、428 ( 、4, 8 、456) goness o fit： sse： 0、002886 -suare: 0、99 adjuted -square： 0、993 rmse： 0、89 4 、 最優(yōu)幾何條件鉛材料 liear mdel o: f(） 1 + p2 efiients (with 5% cnfiece bnds): p -1 、8 (-1 、187, -1 、129) 2 = 、409 (8 、377, 8 、4

10、 1) goones of ft: s： 、02165 r-que： 0、994 dsted rsqare: 、9 m e: 、 19 方法一: e:u1=0 、637 d1 =0 、6 3/u1 1 、877 m pb:u2=- 、158 d1/ =0 、693 1 、158=0 、5984cm 方法二: 從計數(shù)值達(dá)到初始值得一半： 最優(yōu)幾何條件鐵: d1/2=1 、2cm 最優(yōu)幾何條件鉛:d1/2=0 、6 cm 結(jié)果分析：從鐵與鉛得吸收曲線上瞧,最優(yōu)與最差得斜率相近,且最優(yōu)條件斜率大,這就是符合理論得。至于從計數(shù)值上直接瞧出半吸收厚度與方法一對于鐵相差較大,統(tǒng)計漲落大得原因還有一大部分原

11、因在于平均加鐵得厚度太大,導(dǎo)致不夠精細(xì)。 思 考題 1 什么叫 射線被吸收了?為什么說 射線通過物質(zhì)時沒有確定得射程？ . 什么樣得幾何布置條件才就是良好得幾何條件?在圖所示得實驗裝置圖中吸 片得位置應(yīng)當(dāng)放在靠近放射源還就是靠近計數(shù)管得地方？ 3. 試分析在不好得幾何條件下,測出得半吸收厚度就是偏大還就是偏小?為什么？ 4 試述本試驗中得本底應(yīng)如何測量。又本底得誤差應(yīng)如何考慮? 5. 如果事先并不知道 射線得能量,怎樣才能合理地選擇每次添加得吸收片厚 度,使測量結(jié)果既迅速，結(jié)果也比較準(zhǔn)確? 1. 伽馬射線與物質(zhì)相互作用,能量耗盡在靶物質(zhì)里。 伽馬射線與物質(zhì)得相互作用與帶電粒子與物質(zhì)相互作用有著顯著得不同。伽馬光子不帶電,它不像帶電粒子那樣直接與靶物質(zhì)原子電子發(fā)生庫侖碰撞而使之電離或者激發(fā)，或者與靶物質(zhì)核發(fā)生碰撞導(dǎo)致彈性碰撞能量損失或者輻射損失,因而不