試驗12β能譜的測量

1、實驗目的實驗103能譜的測量1 .了解3能譜的特點及其測量方法。2 .學會用居里描繪方法分析3能譜。3 .學習應用居里描繪、比較半衰期及內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比等方法判斷躍遷的性質(zhì)，并得到有關核結(jié)構(gòu)的知識。實驗內(nèi)容1 .用高反壓Au-Si面壘探測器測量137cs的3能譜。2 .作居里描繪圖，確定137cs3粒子的最大能量。3,用logfT1/2值判斷躍遷級次，作形狀因子修正后的居里描繪并確定3粒子的最大能4.計算137cs0.662MeV的丫射線的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比，并確定丫躍遷的多極性。原理3衰變指核自發(fā)地發(fā)射出3粒子或俘獲一個軌道電子而發(fā)生的轉(zhuǎn)變。這一過程在核素表的所有核素范圍內(nèi)幾乎都能發(fā)生，因此對

2、3衰變的研究，特別是3能譜測量及分析在核衰變與核結(jié)構(gòu)研究以及同位素應用中均具有重要的意義。1.3能譜與居里描繪在3衰變過程中，發(fā)射3粒子的同時還發(fā)射出中微子(或反中微子)，因此3衰變能量在反沖核、3粒子及中微子三者間分配。3粒子的能量沒有一個確定值，而是連續(xù)分布，其最大能量Egax為衰變能。一般3能譜形狀如圖1所示。根據(jù)經(jīng)典的3衰變的費米理論，可以導出3粒子的動量分布為：N(p)dp二22gMc_33-72nc日一一一_22F(Z,p)(EMax-E：)pdp一一一_22=KF(Z,p)(EImax-E)pdp(1)如果使用修正的費米函數(shù)G(Z,p)=F(Z,p)-p-代替(1)式中的F(Z,

3、p),則得到:COP2.N©p)d8p=KG(Z,p)(EpmaxEp)d6P(2)整理后為-.1/21N&P)16p|g(z,p)_(3)2E：.、，其中E§為3粒子的動能(MeV);叱為3粒子的總能量(m0c2)、=一彳+1；cofmax為m°c3粒子的總能量(moc2)、切即=E氏+1;p為3粒子的動量、p=(®2-1)1/2;F(Z,p)m°c為費米函數(shù)；K、K'對于容許躍遷是常數(shù)。將實驗測得的3能譜，|N一儀對叫作圖，使用這種方法來表示實驗結(jié)果的opG(Z,p)一圖稱為居里描繪。對于容許躍遷的居里描繪為一直線，因此該直

4、線外推到與軸之交點,即可比較精確地確定Efmax。對于禁戒躍遷，居里描繪往往不是一條直線，但是選擇合適的形狀因子Sn(E)修正后,如果得到直線的居里描繪圖那么可以肯定這種躍遷是唯一型禁戒躍遷，其禁戒級次由Sn(E)1/2=K '(COmax- CO g)的級次n決定。修正后的居里描繪公式為1N(p)1布!G(Z,p)Sn(E).對唯一型一級和二級躍遷有:2、2S(E)=(-1)(Max-'：)10OO8(E)=(2一1)("ax-'：)(2一1)(廠max一3通常更簡便的辦法是采用比較半衰期仃1值來判斷躍遷級次。本實驗附錄1中給出了2各級躍遷的logfT1值的

5、范圍。T1為母核的半衰期(秒)f為Epmax和子核原子序數(shù)Z的函22數(shù)。當試驗上確定3能譜的Epmax后，根據(jù)已知、Z等可由圖2中求得log仃1值。對于復雜3譜需要用居里描繪進行分解，求出各組3粒子的最大能量，再由3譜的形狀因子及l(fā)ogfT1/2值來判斷躍遷類型或級次，并可由3譜所包圍的面積計算出各組3粒子的相對強度。2.內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比和丫躍遷得類型及多級性在許多核連續(xù)3譜背景上出現(xiàn)明顯得單能電子峰。這是由于原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低態(tài)或基態(tài)時，除發(fā)射丫光子外，還可以把激發(fā)能直接交給原子的殼層電子而發(fā)射出電子。這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，它與3衰變過程完全不同。其放出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，能量為Ei=

6、E-Wi其中E是丫躍遷的能量，i表示原子的不同殼層如K層、L層、M層。Wi是i殼層電子的結(jié)合能。這些內(nèi)轉(zhuǎn)換電子具有單一的確定的能量，因此可用來對3譜議進行能量刻度。內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)”定義為，在原子核兩狀態(tài)間發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子和丫光子幾率之比即式中鼠、九井口Ne、N?分別相應于發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子和丫光子的幾率及單位時間的發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)可由實驗測定，也可以由理論計算得出，比較實驗值與理論值便能夠確定丫躍遷的內(nèi)型及多級性，從而獲得有關能級特性的知識。但直接測量內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)是比較困難的，而測量內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比可有更高的精度，因此，常常是通過內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比來與理論作比較。不同殼層或支殼層內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)之比如L/K比定義為

7、Nk、Ni表示單位時間K層及L層發(fā)射的內(nèi)轉(zhuǎn)換電子數(shù)目。實驗上，只要3譜議有較高的能量分辨率，能夠?qū)和L層內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰分開，就可以由峰下面積求出K比。附錄中給出了137Ba內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)及其K比的理論值。3射線穿透力較強，例如1MeV的電子在硅中射程約為1mm。因此，供3譜議使用的半導體探測器必須具有足夠厚的耗盡層。一般選用Si(Li)探測器或厚耗盡層的Au-Si面壘探測器。本實驗選用高分壓Au-Si面壘探測器配以低噪聲電荷靈敏放大器，在室溫、非真空條件下，用多道分析器進行能譜測量。實驗裝置*數(shù)據(jù)處理設備實驗儀器高反壓Au-Si面壘探測器耐壓600伏以上1個電荷靈敏放大器FH-432（耐壓500-

8、600伏）1臺多道分析器FH-4211臺高壓電源300-2000伏連續(xù)可調(diào)1臺脈沖示波器SBM-101臺137cs（204Tl）放射源幾十微居1個實驗步驟1 .測量137cs的3譜和內(nèi)轉(zhuǎn)換電子譜。1）按圖連接各儀器，并根據(jù)給定的探測器偏壓、電荷靈敏放大器的放大倍數(shù)等條件使譜議處于正常工作狀態(tài)。置源于探頭前源架上并用示波器觀察137cs源脈沖信號。2）將信號送入多道分析器，進行能譜測量。測量時間要足夠長，以使137cs內(nèi)轉(zhuǎn)換峰有足夠多的計數(shù)。2 .同上條件測量204Tl3譜。3 .用脈沖發(fā)生器對系統(tǒng)進行線性刻度。1）將脈沖發(fā)生器信號輸入到多道分析器，調(diào)節(jié)脈沖幅度Vi,在多道道址上找到與它對應的道

9、數(shù)Hi。2）改變脈沖輸出幅度為V2、V3測得與它們相對應得道數(shù)H2、H3直測到多道分析器得最高道數(shù)為止，并注意校準零道閾附近之值。4 .數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析及數(shù)據(jù)處理思考題1 .試說明實驗中為什么選用137cs內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰作能量刻度，而不用137cs的丫射線作能量刻度？2 .試訴能否測量到60Co源的內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰。3 .已知137Ba基態(tài)自旋I=3/2、宇稱兀=+1,根據(jù)你的試驗結(jié)果能得出137Ba核有關能級特性的知識？4 .如何從居里標繪得到多成份3譜的各組3成份的相對強度？5 .試根據(jù)你修正后的137cs（204Tl）居里描繪圖，畫出校正后的3能譜，并討論所測3譜低能部分產(chǎn)生畸變的主要原因。附

10、錄3衰變躍遷級次的分類B躍遷段次,港擇定別AL（自強）A“（宇林）1居現(xiàn)繪1loe/r,/,容許0>±1+1宜找3T八一找禁戒唯一型一皴祭戒青TS1傷工后為宣戰(zhàn)69810二級禁戒唯一5S二級行戒_fi+1S,停正后為直線1013三級慈戒唯一型三段第戒粉-1S.修正后為直線一_1618附錄的p-g函數(shù)PGPGPG0.06.2701.25.7324.05.0300.16.2611.45.7104.S4.9430.26.2341.65.B406.04.8660.36.1911.85.5746.04.7310.46.1372.05.517.04.5190.56.0822.25.4508.04.5240.86.0302.45.3929.04.4400.76,