NaI(Tl)單晶γ能譜的測量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上五實驗數(shù)據(jù)處理與分析第一次實驗：掌握并熟悉NaI（Tl）譜儀，確定譜儀的工作參數(shù)。1. 預(yù)熱幾分鐘，熟悉多通道脈沖幅度分析器數(shù)據(jù)采集軟件的使用。2. 由于實驗沒有配備示波器，因此無法利用示波器觀察閃爍體探頭輸出信號。3.本實驗利用放射源137Cs通過改變高壓、放大倍數(shù)、道數(shù)等參數(shù)觀察能譜曲線的變化。a） 把放射源放在托盤上，調(diào)節(jié)改變電壓分別為500V，550V，600V，630V，保持測量道數(shù)1024道和放大倍數(shù)5.00m不變，數(shù)據(jù)采集時間設(shè)100s，所得能譜曲線如圖1所示。圖1.不同高壓下對應(yīng)的能譜曲線結(jié)論：由圖1可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰

2、位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。b)調(diào)節(jié)改變放大倍數(shù)分別為4.80，5.20，5.40，5.60，保持測量道數(shù)1024道和電壓550V不變，數(shù)據(jù)采集時間設(shè)為100s，所得能譜曲線如圖2所示。圖2.不同放大倍數(shù)下對應(yīng)的能譜曲線結(jié)論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。c） 調(diào)節(jié)改變通道數(shù)分別為256，512，1024，2048，4096保持放大倍數(shù)5.00和電壓550V不變，數(shù)據(jù)采集時間設(shè)為100s，所得能譜曲線如圖3所示。圖3.不同放大倍數(shù)下對應(yīng)的能譜曲線結(jié)論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能

3、峰右移，道址增大，即峰位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。d） 把放射源放在托盤上，通過反復(fù)調(diào)節(jié)，最后參數(shù)調(diào)節(jié)為：通道數(shù)1024、放大倍數(shù)5.20、電壓值550V，數(shù)據(jù)采集時間設(shè)為300s，所得能譜曲線如圖4所示。圖4.60Co的能譜曲線分析：我們測得的60Co的能譜曲線的兩個全能峰都能清楚看見，查閱的衰變綱圖可知兩個全能峰的能量分別是1.17MeV和1.33MeV，其中1.33MeV的全能峰對應(yīng)道數(shù)835,由計算1.33MeV/835*1024=1.631MeV,略超0-1.50MeV,不影響后續(xù)實驗。 e） 把放射源放在托盤上，參數(shù)保持不變，所得能譜曲線如圖5示。 圖5.

4、 的能譜曲線分析：如圖5所示，137Cs的能譜曲線是三個峰和一個平臺的連續(xù)分部。參考137Cs的放射源衰變綱圖，峰A為全能峰，這一幅度的脈沖是0.662MeV的光子與閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)而產(chǎn)生的，它直接反映了射線的能量；平臺B是康普頓效應(yīng)的貢獻，它的特征是散射光子逃逸出晶體后留下的一個連續(xù)的電子譜。峰C是反散射峰，當射線射向閃爍體時，總有一部分射線沒有被吸收而逃逸出，當它與閃爍體周圍的物質(zhì)發(fā)生康普頓散射時，反散射光子可能進入閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)，其脈沖就產(chǎn)生反散射峰。第二次實驗：能量刻度、活度測量及未知源的確定。4.能譜數(shù)據(jù)。以60Co的測量條件為標準，即電壓固定為550V,放大倍數(shù)5.2，通道參

5、數(shù)為1024，再分別測量本底、60Co、137Cs、133Ba、22Na未知放射源分別放入時的能譜；5.數(shù)據(jù)分析本底的能譜曲線：圖7.本底的能譜曲線結(jié)論：由上圖可知，本底也會產(chǎn)生計數(shù)，即本底能譜曲線對各放射源的能譜曲線有一定的影響，所以在分析各放射源的能譜曲線時扣除本底的影響，否則會引起較大的誤差。b) 扣除本底影響后，可得、的能譜曲線如下列圖所示。查閱已知源的衰變綱圖，根據(jù)測量的能譜曲線確定各峰對應(yīng)的射線能量。圖8 的能譜曲線圖8.137Cs的能譜曲線圖9.133Ba的能譜曲線圖10.22Na的能譜曲線C）分析各峰的峰參數(shù)，得出得出譜儀的能量分辨率，做出能量刻度曲線，分析其線性。1) 由圖8

6、-圖10可得各放射源峰道址和對應(yīng)射線能量如表1所示；表1 放射源峰道址和對應(yīng)射線能量的關(guān)系放射源道址N740835435233340能量E/MeV1.1731.3330.6620.3560.511由表1可用origin擬合的EN曲線圖如圖11所示：圖11.各已知放射源全能峰點能量與道址線性擬合圖根據(jù)擬合結(jié)果，E=-0.03569+0.00163N，能量線性刻度曲線，線性擬合度R=0.99974，線性度非常接近1，說明這組數(shù)據(jù)較為合理。2) 計算譜儀的能量分辨率因為標準放射源的全能峰最為明顯和典型，所以選用其射線的能量分辨率來檢驗與比較譜儀的能量分辨率。如下圖所示：圖12.137Cs的能譜曲線圖

7、由圖12可知，全能峰對應(yīng)的道址為N=435，半峰高處對應(yīng)的道址為N1=413和N2=449。 因此的全能峰的半寬度為：由圖11和所得的EN擬合方程E=-0.03569+0.00163N可知，能量E與道址數(shù)N成線性關(guān)系，所以能量分辨率可寫為： 所以的能量分辨率為：誤差分析：137Cs最佳的能量分辨率為7.8%，我們所測得的實驗結(jié)果為9.58%，相差較大，由此可知實驗所用的閃爍譜儀能量分辨率不是很好，譜儀對相鄰脈沖幅度或能量的分辨本領(lǐng)不很理想。這也有可能是由實驗誤差造成的，比如實驗條件還不是沒有調(diào)成最佳的，讀數(shù)的誤差等。同理可求出測量其他放射源時的譜儀分辨率為：表2.測量不同放射源在不同的全能峰時

8、的譜儀分辨率放射源能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110對應(yīng)道數(shù)N744837435234337半寬度4946363033能量分辨率6.59%5.50%8.28%12.8%9.65%由上表可知：閃爍譜儀分辨率在測量測量不同放射源在不同的全能峰時是不同的。當全能峰的峰位較大時，譜儀的分辨率較好。3）計算當前已知源的活度表3 已知放射源活度表（測量時間為1991年7月1日）放射源活度71.848.0127.040.2半衰期5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的規(guī)律進行衰變： 其中表示初始的未發(fā)生衰變的原子數(shù)目，N表示當前剩余的未衰變原子數(shù)目，是一個

9、衰變常數(shù)，對于不同的元素，相應(yīng)的也是不同的。 定義時所經(jīng)歷的時間為，稱為半衰期，可得出其衰變常數(shù)， 放射源活度A表示單位時間內(nèi)放射源發(fā)生的衰變次數(shù)，對于一定量的放射源而言，其總體的活度與其包含的放射性粒子數(shù)目是成正比的，即： 本次的實驗時間為2012年12月28日，表3中的放射源活度測試時間距離實驗時的時間間隔為t=21.5年。由上面幾個式子可得出當前各已知放射源的活度如表4所示：表4 已知放射源實驗時活度（2012年12月28日）放射源活度71.848.0127.040.2半衰期5.2730.0810.522.60衰變常數(shù)0.1320.02300.06590.267實驗時活度4.2029.2

10、730.790.134） 得到探測效率曲線；以的全能峰為例，計算其探測效率。由圖8137Cs的修正能譜曲線圖并結(jié)合其半峰寬的位置可以得出，137Cs全能峰的通道數(shù)范圍為413-449，由于橫坐標的每個間隔為1，所以對這個范圍內(nèi)的縱坐標進行求和即可求得全能峰在以通道數(shù)為橫坐標下的面積,即由E-N的線性關(guān)系E=-0.03569+0.00163N可得，實際的全能峰面積已知，測量時間T=100s，活度A由表4可知A=29.27（kBq），分支比b由的衰變綱圖可知b=85.1%，故的探測效率為：同理可得其他已知放射源各全能峰的探測效率，如表5所示。表5 譜儀在各放射源峰值處探測效率放射源能量E/MeV1

11、.1731.3330.66170.35600.5110全能峰面積7.204.9527.1348.132.56測量時間T/s300300100100620活度A/kBq4.204.2029.2730.790.13分支比b99.97%99.98%85.1%62.05%99.94%探測效率0.57%0.39%1.09%2.52%3.18%用origin作指數(shù)衰減擬合得曲線如圖13所示圖13.譜儀的探測頻率曲線可以近似地認為譜儀的探測效率曲線為指數(shù)衰減函數(shù)：由擬合關(guān)系可知探測效率隨能量增大以近似的指數(shù)形式衰減5） 根據(jù)能量刻度曲線，計算未知放射源的射線能量，判斷放射源的種類在相同實驗條件下，測出未知放

12、射源的能譜曲線如圖28所示圖14.未知放射源的能譜曲線由E-N的線性關(guān)系E=-0.03569+0.00163N可得，圖14標識出的全能峰所對應(yīng)的能量為：表6 未知放射源各全能峰對應(yīng)的能量N72104160225510627705877E/MeV0.0820.1340.2250.3310.8000.9861.1131.394對比元素的衰變綱圖：Strong Gamma-rays from Decay of EU-152 Decay mode Half-life Gamma-ray energy (keV) Intensity (%) EC 9.3116 H 0.0003 963.390 11.7

13、+- 1.4 EC 13.516 Y 0.006 121.7817 28.58+- 0.09 EC 13.516 Y 0.006 244.6975 7.58+- 0.03 EC 13.516 Y 0.006 443.965 2.821+-0.020 EC 13.516 Y 0.006 964.079 14.60+- 0.04 EC 13.516 Y 0.006 1112.069 13.64+- 0.04 EC 13.516 Y 0.006 1408.006 21.00+- 0.06 B- 13.537 Y 0.006 344.2785 26.5+- 0.6 B- 13.537 Y 0.006

14、778.9040 12.94+- 0.15 圖29 的衰變綱圖將圖29中的衰變綱圖與表6中的能量進行對比之后，可以確定，該未知放射源是。6） 根據(jù)探測效率曲線，計算未知放射源的活度實驗中測得的count為探測到的放射線數(shù)，而實際放射線數(shù)，而活度，即探測放射線數(shù)等于實際放射線數(shù)乘于探測效率，活度等于單位時間內(nèi)的放射線數(shù)，由此可以用這種方法來計算放射源的活度。其中能量線性刻度曲線E=-0.03569+0.00163N，探測效率曲線方程。對全部實際放射線數(shù)進行求和，可得總實際放射線數(shù)所以放射源的活度A=M總/T=/100Bq=.78Bq=177.47 kBq查閱資料可知，的半衰期大約為13.5y,初始活度約為490kBq，距離如今的實驗時間為t=21.5y,可以算出，如今的活度A=162.47 kBq。比較實驗計算得的活度，可以看到兩者非常接近。7)分析測量結(jié)果并總結(jié)1.本實驗測量出了幾種已知放射源的能譜曲線，并確定了各峰對應(yīng)的射線能量。由各峰的峰參數(shù)計算出了譜儀的能量分辨率，做出了能量刻度曲線，計算得到了各放射源的活度。本實驗還根據(jù)能量刻度曲線，計算未知放射源的射線能量，判斷放射源的種類為。通過這次實驗我們掌握了譜儀的原理及使用方法，學會了測量分析能譜，對射線和物質(zhì)的相互作用有了一定的了解。2.誤差分析：