放射源活度的符合測量

-.z.放射源活度的符合測量專業(yè)：核工程與核技術(shù)摘要：本實驗選用了兩片相同的鋁片夾住的點源作為正電子源，的半衰期是2.6年，在短時間的測量過程中不用考慮其活度的變化?？山?jīng)過EC俘獲衰變到的激發(fā)態(tài)，其分支比為9.7%，也可經(jīng)過β+衰變到的激發(fā)態(tài)，其分支比為90.2%,再從激發(fā)態(tài)衰變到基態(tài)，放出1.27MeV的γ光子，也能直接衰變到基態(tài)，其分支比為0.06%。產(chǎn)生的正電子在鋁片中慢化后遇電子發(fā)生湮沒，產(chǎn)生兩個0.511MeV的湮沒光子，湮滅光子發(fā)射方向相反且各向同性，因此用兩個0.511MeV的光子進(jìn)行了符合測量從而測出了的活度。探測儀器選用了γ射線探測效率高、能量分辨率好的NaI閃爍體探測器，實驗系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的符合測量裝置，即兩組NaI閃爍體探測器，放大器，單道，定標(biāo)器，外加符合電路的組合。用此套裝置很好的測出了的能譜，保證了整個裝置完好。由于兩種能量的光子都能被探測器探測到，所以通過測出了的能譜，調(diào)節(jié)單道的道寬和下閾值，卡掉1.27MeV了的γ光子，從而使0.511MeV的γ光子進(jìn)行了γ-γ符合測量，測出了的活度，其活度是24353±162（Bq）。關(guān)鍵詞：點源湮沒光子γ-γ符合法Abstract:Inthise*periment,wechosedapointsourcewhichissandwichedbytwosamealuminumfoil,andwhosehalf-lifeis2.6years,wedonenottakeintoaccountthechangesinthemeasurementoftheiractivityinashorttime.candecaytothee*citedstateofthroughtheECcapture,whosebranchingratiois9.7%,alsocandecaytothee*citedstateofthroughβpositivedecay,whosebranchingratiois90.2%,againfromthee*citedstateofdecaytothegroundstateof,releasea1.27MeVgammaphoton,directlydecaytothegroundstateof,whosebranchingratiois0.06%.Thereleasedpositronsenterintothealuminiumandslowdownquickly,thenwhichhappenfloodedwithnegativeelectronandemittwophotonsγ,whoseenergyisthesame，allequal0.511MeV,andthedirectionofemissionoftwophotonsiscounterandisotropic,thereforeweusedthetwophotonswhoseenergyis0.511MeVtomatchtomeasuretheactivityof.ThedetectionequipmentisNaIscintillationdetectorwhosegammaraydetectionefficiencyishighandwhoseenergyresolutionisgood,thee*perimentsystemisthetraditionalmeasuringdevice,-.z.consistingoftwoNaIscintillationdetector,amplifier,singlechannel,thescaler,plusabinationofcoincidencecircuit.Theenergyspectrumofwiththissetofequipmentmeasuringisverygoodandensurethewholeequipmentingoodcondition.becausetwokindsofenergyphotoncanbedetected,sowemeasuredtheenergyspectrumof,andadjustedthewayofthesinglechannelwidthandthethreshold,1.27MeVgammaphotonscannotpass,lettingthetwo0.511MeVofγphotonstomatch,andmeasuredtheactivityof,theactivityis24353±162（Bq）.Keywords:pointsourceAnnihilationphotonγ-γCoincidencemethod-.z.目錄TOC\o"1-3"\h\u1773第一章緒論1308851.1符合測量的基本概述17571.2符合測量的發(fā)展現(xiàn)狀122348第二章方案原理概述329182.1源的衰變特性3314702.2γ-γ快符合裝置介紹4274602.3活度公式推導(dǎo)及修正430247第三章技術(shù)路線的實現(xiàn)7142713.1實驗儀器的選擇和電路的連接7108493.2檢驗實驗儀器能否正常工作8209073.3的能譜測量以及符合測量時兩單道參數(shù)的確定13117553.4用偶然符合計數(shù)確定符合分辨時間296303.5確定延遲時間21245123.6的活度測量22152883.7結(jié)論分析2432392第三章總結(jié)19941參考文獻(xiàn)261174致2728058附錄1（的衰變綱圖）2822774附錄2（譯文與原文）29-.z.第一章緒論1.1符合測量的基本概述放射性活度是描述放射源放射性特征的一個重要物理量，而活度的測量在核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有著重要的地位，例如：低能核物理中許多核衰變參數(shù)和*些反應(yīng)參數(shù)的確定，最終都要歸結(jié)到樣品放射性活度的測量，放射性核素的生產(chǎn)及其在工、農(nóng)、醫(yī)等學(xué)科研究中的應(yīng)用以及環(huán)境監(jiān)測輻射防護(hù)等各方面都涉及到放射性活度的測量。而放射源活度測量的方法有很多，如測β源活度的方法有小立體角法，4π計數(shù)法以及符合法。小立體角法的原理是放射源各向同性地發(fā)射出粒子，而測量儀器的效率是已知的，通過記錄一定立體角的粒子計數(shù)率便能推出源的活度，此法適合于活度在微居到毫居量級的放射源。4π計數(shù)法的原理是把放射源移到計數(shù)管部，使計數(shù)管對源所的立體角接近4π，在小立體角法的基礎(chǔ)上減少了散射、吸收及幾何位置的影響，此法適合于測活度在微居以下的純放射性核素。有級聯(lián)衰變的放射源活度測量則用符合法。符合法起源于1930年前后，因可以排除探測效率等對實驗結(jié)果的影響而得到廣泛運用。在核過程中，有很多在時間上相互關(guān)聯(lián)的事件，這種相關(guān)的事件通常反映了原子核在的運動規(guī)律。例如，核級聯(lián)衰變所放射的粒子之間在時間上是相關(guān)聯(lián)的，級聯(lián)衰變的平均時間間隔是確定的，它就是激發(fā)態(tài)的平均壽命。又如上述衰變的粒子在方向上還有相關(guān)性，即方向角關(guān)聯(lián)。研究這類事件可以確定原子核狀態(tài)的參數(shù)。符合測量是核物理實驗中的一項常用的方法，可用來選取時間上相關(guān)的事件，舍棄無關(guān)事件，以免無關(guān)的事件湮滅了相關(guān)事件的信息，從時間上的符合與不符合把時間信息歸納、簡化，選出有用的信息。用于符合測量的電路叫符合電路，它的基本邏輯功能相當(dāng)于一個數(shù)字門電路，輸入正信號時，符合電路相當(dāng)于與門或與非門，輸入負(fù)信號時，相當(dāng)于或門或者或非門。1.2符合測量的發(fā)展現(xiàn)狀歷史上，符合法最初應(yīng)用于宇宙射線的研究。后來，符合法又應(yīng)用于相關(guān)輻射的測量。近20年來，由于快電子學(xué)、多道分析器和多參數(shù)分析系統(tǒng)的發(fā)展，電子計算機(jī)在核物理實驗中的應(yīng)用，符合法已成為實現(xiàn)多參數(shù)測量必不可少的實驗手段。符合法是繼小立體角法，4π計數(shù)法較好的活度測量方法。用符合法研究輻射間的級聯(lián)關(guān)系或相關(guān)性時，要求符合裝置既能對輻射能量進(jìn)行選擇，又能具有短時間分辨的本領(lǐng)?？捎寐涎b置來滿足這種要求。由兩個探測器輸出的脈沖分別輸入線性放大器，經(jīng)放大后輸入單道分析器，選出特定能量的脈沖，其輸出經(jīng)成形后輸入符合電路。這種裝置中探測器輸出脈沖經(jīng)過一系列電路后才到達(dá)符合電路的輸入端，為了獲得高的時間分辨本領(lǐng)，就要求經(jīng)過上述電路之后脈沖仍保持很短的上升時間和小的上升時間漲落。因此對慢符合裝置改進(jìn)，有了快慢符合裝置。1949年Bell和Petch首先提出快慢符合原理，他們將能量選擇和時間選擇分別在兩組符合道中進(jìn)行?？旆系烙擅總€探測器輸出脈沖分兩路輸入兩組符合道，探測器的輸出信號經(jīng)定時拾取電路整形成標(biāo)準(zhǔn)形狀的窄脈沖，然后輸入短分辨時間的快符合電路。慢符合道主要由線性放大器、單道和整形電路組成?？炻系赖妮敵雒}沖一起輸入三重慢符合電路。以上是傳統(tǒng)的符合測量方法。隨著符合裝置的改進(jìn)，又出現(xiàn)了多道符合能譜儀、多參數(shù)符合譜儀等符合測量裝置。圖1-1傳統(tǒng)符合測量系統(tǒng)框圖圖1-2數(shù)字化符合測量系統(tǒng)框圖如今，國外對數(shù)字符合測量有一定的研究，其原理是兩路探測器輸出信號經(jīng)放大成形電路后輸入有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的雙通道數(shù)字示波器，示波器將兩路輸入信號數(shù)字化，再由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)實時獲取示波器采樣數(shù)字序列，實現(xiàn)對數(shù)字序列的處理即獲取兩路探測器數(shù)字序列的時間信息和幅度信息，并進(jìn)行符合判斷。數(shù)字化符合測量相對于傳統(tǒng)的符合測量具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、電子學(xué)噪聲小、系統(tǒng)死時間小以及實驗數(shù)據(jù)可重復(fù)利用等優(yōu)點。在符合測量中具有很好的參考價值。第二章方案原理概述2.1源的衰變特性圖2-1Na-22的衰變綱圖由的衰變綱圖可知，源的半衰期=2.602年。它可以自發(fā)地從3+的自旋態(tài)衰變到0+的自旋態(tài)，有EC俘獲和β正衰變兩種類型，其中β正衰變到的激發(fā)態(tài)的分支比為90.2%，經(jīng)過EC俘獲衰變到的激發(fā)態(tài)的分支比為9.7%，再從的激發(fā)態(tài)衰變到的基態(tài)，放出能量為1.27MeV的γ光子，直接衰變到基態(tài)的分支比為0.06%。放出的正電子進(jìn)入物質(zhì)后，與物質(zhì)原子分子發(fā)生非彈性碰撞，很快被慢化，能量迅速從KeV量級減至熱運動能量，即小于1eV，然后在正電子徑跡末端遇負(fù)電子發(fā)生淹沒，放出兩個能量為0.511的γ光子。兩個湮沒光子的發(fā)射方向相反，并且湮沒光子的發(fā)射是各向同性的。因此，我們用能量為兩個0.511MeV的光子進(jìn)行符合，從而推導(dǎo)出正電子源的活度。2.2γ-γ快符合裝置介紹圖2-2符合法電子學(xué)框圖兩個NaI閃爍體探測器的輸出脈沖信號分別輸入線性放大器，經(jīng)放大后輸入單道脈沖幅度分析器，單道輸出信號再輸入符合電路進(jìn)行符合。由于放射源衰變產(chǎn)生了兩種能量的光子，即能量分別為0.511MeV和1.27MeV，兩個探測器探測到兩種光子，產(chǎn)生輸出脈沖，其輸入線性放大器，經(jīng)放大后輸入單道，因為只采用能量為0.511MeV的光子進(jìn)行符合，所以單道的作用是選取能量為0.511MeV的光子，而不讓能量為1.27MeV的光子信號通過，然后兩個道中0.511MeV的光子信號經(jīng)延時成形后輸入符合（反符合）電路進(jìn)行符合，從而得出兩個道的計數(shù)率和符合輸出計數(shù)率。符合電路的功能是：當(dāng)符合電路有兩個（及以上）輸入端時，兩個（及以上）輸入端的輸入信號是在一定時間間隔到達(dá)，電路將產(chǎn)生一個輸出信號，如果在給定的時間有一個（至少一個）輸入端缺少輸入信號時，電路不產(chǎn)生輸出。2.3活度公式推導(dǎo)及修正圖2-3探測器與放射源相對位置示意圖兩個探測器與源的位置如圖所示，兩個探測器探頭在同一水平線上正對，即兩個探頭圓面圓心與放射源中心在同一條直線上，并且兩個探頭到源的垂直距離是相等的，則兩個探測器對源所的立體角相等，即：（2-1）用定標(biāo)器測得Ⅰ道的計數(shù)率為（2-2）Ⅱ道的計數(shù)率為（2-3）式中：為放射源的活度；為兩探測器對源所的相對立體角，；為探測器1對γ的探測效率，為探測器2對γ的探測效率。由于兩個湮沒光子的發(fā)射方向相反，如果一對湮沒光子進(jìn)入探測器1，則另一個必然進(jìn)入到探測器2。符合道計數(shù)率為（2-4）由式（2-1）（2-2）（2-3）可得放射源活度為（2-5）通過式(2-5)明顯可以看出放射源的活度只和兩個γ道和符合道的計數(shù)率以及探測器對源所的相對立體角有關(guān)，而與探測器的探測效率等因素?zé)o關(guān)。另外，在實驗過程中和探測原理裝置自身因素等對實驗結(jié)果有一定影響。其因素有：第一，在實驗環(huán)境中，不可避免會存在本底，所以在三個道都會有本底計數(shù)。第二，由于兩個γ道的脈沖總有一定的寬度，使得符合電路存在一定分辨時間。因此不相關(guān)的兩個γ道的脈沖會產(chǎn)生偶然符合計數(shù)。并且本底也會產(chǎn)生符合計數(shù)。因此，在實際測量時，我們不能簡單的利用式（2-5），而要對上述各點進(jìn)行修正。下面就具體討論一下各種修正的定量計算。首先對各種修正因子單獨進(jìn)行討論，看看對測量結(jié)果會產(chǎn)生什么影響，然后再綜合起來，以求獲得精確的活度計算公式。（1）本底修正。要對本底進(jìn)行修正，只需要對各個道的本底計數(shù)率扣除。設(shè)、、分別為兩個γ道和符合道的本底計數(shù)率，則(2-6)（2-7）（2-8）其中，即包含真符合計數(shù)率和偶然符合計數(shù)率。而在實驗上，將放射源取走后，很容易測得本底計數(shù)率，及。（2）分辨時間修正。符合電路存在一定的分辨時間會引起偶然符合的發(fā)生，從而使符合道的計數(shù)增加。對分辨時間修正就是設(shè)法由總的計數(shù)率、、和分辨時間，計算出偶然符合計數(shù)率。再從符合道總計數(shù)率扣除偶然符合計數(shù)率，即得到真符合計數(shù)率。當(dāng)兩個不相關(guān)的γ脈沖，在符合分辨時間被記錄，就會給出一個偶然符合計數(shù)。實測1道的計數(shù)率為，2道的計數(shù)率為，符合道總計數(shù)率為。則在1道計數(shù)中不參與真符合的計數(shù)為，對偶然符合計數(shù)率的貢獻(xiàn)為。同樣在2道計數(shù)中，不參與真符合部分的計數(shù)為，對于偶然符合的貢獻(xiàn)為。于是總的偶然符合計數(shù)率為：（2-9）（2-10）最后得到真符合計數(shù)率為（2-11）應(yīng)該說明，上述討論中，和中已包含本底的貢獻(xiàn)。所以，偶然符合計數(shù)率中已包含了本底引起的偶然符合。立體角的計算：在球面坐標(biāo)中，我們知道立體角為：（2-12）式中α為的最大值，如下圖所示：圖2-4立體角計算示意圖對點源有：（2-13）式中，h為放射源到探測器探頭的垂直距離，r為圓面探測器探頭半徑。將式（2-13）代入式（2-12）并積分，便得：（2-14）（2-15）由以上修正可知放射源活度活度為：（2-16）第三章技術(shù)路線的實現(xiàn)3.1實驗儀器的選擇和電路的連接圖3-1實驗原理圖根據(jù)實驗原理圖，本實驗所需要的實驗儀器有探測器、線性放大器、單道、符合電路和定標(biāo)器，鑒于波形的觀測和電路的檢查，還需要使用脈沖發(fā)生器和數(shù)字示波器。結(jié)合川大現(xiàn)有的實驗條件，我們使用了以下儀器：脈沖發(fā)生器1個DG4072數(shù)字示波器1個DS1204B通用（NaI）閃爍體探測器2個2012C502/2012C504線性放大器2個BH1218單道2個2035A符合（反符合）電路1個BH1221智能定標(biāo)器3個FH463B符合（反符合）電路上帶有延時器，因此不需要另找延時器，該智能定標(biāo)器上能產(chǎn)生穩(wěn)定的正負(fù)高壓，還有低壓輸出，能和通用閃爍體探測器所需要的高壓和低壓相匹配，使探測器正常工作。另外，根據(jù)實驗需求，我們使用了的放射源有和。其中源是點源，是圓面源。3.2檢驗實驗儀器能否正常工作首先我們使用源通過觀測探測器的輸出信號和各級電路的信號來驗證探測器和整個電路。從附錄1中的衰變綱圖中可以發(fā)現(xiàn)，衰變到的激發(fā)態(tài)，在退激的過程中只放出能量為0.662MeV的γ光子，用NaI閃爍體探測器和單道測它的能譜，來分別檢驗探測器在兩個高壓下能否正常工作將儀器按順序擺放連接好，并且將兩個通用（NaI）閃爍體探測器如圖3-1所示呈1800水平對齊固定，連接好低壓線、高壓線和信號輸出線，再將源放到兩個探測器的正中心位置，調(diào)節(jié)源到探測器的距離在適當(dāng)值，用鉛磚屏蔽。接通電源，依次從零逐漸增大調(diào)節(jié)探測器的負(fù)高壓，將探測器信號輸出線接入數(shù)字示波器，用數(shù)字示波器分別觀測兩個探測器的輸出信號。當(dāng)給探測器1加高壓至-512V時，從示波器讀出探測器1的輸出信號波形如下圖：圖3-2探測器1測得源的輸出信號從示波器顯示的波形上我們讀出探測器1探測到源的輸出信號是幅度為1.3V的負(fù)脈沖，其脈寬大約2us。當(dāng)給探測器2加高壓至-460V時，從示波器讀出探測器2的輸出信號波形如下圖：圖3-3探測器2測得源的輸出信號從示波器顯示的波形上我們讀出探測器2探測到源的輸出信號是幅度為0.11V的負(fù)脈沖，其脈寬大約2us。分別將兩個探測器的輸出信號接入兩個線性放大器，調(diào)節(jié)放大器的參數(shù)，將兩個放大器的輸出信號接入示波器，用示波器觀察放大器的輸出信號。由于放大器的輸入信號是負(fù)脈沖，所以將放大器極性調(diào)為負(fù)極性，當(dāng)放大器1的積分調(diào)為0.1us，微分為0.1us，放大在200倍，增益為0時，放大器1輸出信號波形不失真且穩(wěn)定，從示波器上讀出其波形如下圖：圖3-4放大器1的輸出信號當(dāng)放大器2的積分調(diào)為0.1us，微分為0.1us，放大在1000倍，增益為3.0時，放大器2輸出信號波形不失真且穩(wěn)定，從示波器上讀出其波形如下圖：圖3-5放大器2的輸出信號然后，分別將放大器1、放大器2的輸出信號接入單道1和單道2中，將兩個單道的輸出信號接入示波器，用示波器觀察單道的輸出信號，適當(dāng)調(diào)節(jié)兩個單道的參數(shù)，示波器顯示單道1、單道2的波形如下：圖3-6單道1的輸出信號圖3-7單道2的輸出信號再用單道脈沖幅度分析器測的譜形，保持探測器1的高壓-512V，放大器的參數(shù)不變，使單道工作在微分狀態(tài)下，保持道寬H=0.5V不變，從零依次改變下閾值，用智能定標(biāo)器測量并記錄每一閾值下的輸出脈沖計數(shù)率，便可測得幅度譜。測得在對應(yīng)閾值下探測器1的輸出脈沖計數(shù)如下表：表3-1通用NaI探測器1在對應(yīng)閾值下測到在10s的輸出脈沖計數(shù)下閾值（V）00.51.01.52.02.53.03.5計數(shù)（個）1021956738504756651535470下閾值（V）4.04.55.05.56.06.56.66.7計數(shù)（個）490495303111190143216831728下閾值（V）6.87.07.57.7計數(shù)（個）1586756284用origin軟件畫出幅度譜圖如下：圖3-8探測器1測得的的幅度譜從圖3-8測得的幅度譜圖中，我們可以看到，在6.8V附近有一個很明顯的峰，這個峰就是的單能O.662MeV的γ射線的全能峰，這一脈沖幅度直接反應(yīng)γ射線的能量。這個峰之前還有一些峰，這些是康普頓坪和反散射峰等。同理對探測器2保持高壓-460V不變，放大器的參數(shù)不變，使單道工作在微分狀態(tài)下，保持道寬H=0.5V不變，改變下閾，用智能定標(biāo)器測并記錄每一閾值下的輸出脈沖計數(shù)率，便可測得幅度譜。測得在對應(yīng)閾值下探測器2的輸出脈沖計數(shù)如下表：表3-2通用NaI探測器2在對應(yīng)閾值下測到在10s的輸出脈沖計數(shù)下閾值（V）00.51.01.52.02.53.03.5計數(shù)（個）976959679764835637611540下閾值（V）4.04.55.05.55.85.96.06.1計數(shù)（個）5252051235411736197819661720下閾值（V）6.26.46.56.7計數(shù)（個）12003521258用origin軟件畫出幅度譜圖如下圖：圖3-9探測器2測得的的幅度譜同樣，從圖3-9測得的幅度譜圖中，我們可以看到，在6.0V附近有一個很明顯的峰，這個峰就是的單能O.662MeV的γ射線的全能峰。此峰之前的平臺是康普頓坪和反散射峰等。通過以上的測量結(jié)果，各級輸出信號的波形以及兩個道測得的源能譜，我們可以明顯知道探測器1在-512V，探測器2在-460V高壓下可以正常工作，兩個線性放大器，兩個單道，以及整個電路可以正常工作。3.3的能譜測量以及符合測量時兩單道參數(shù)的確定我們?nèi)〕鲈矗瑢⒎派湓捶胖糜趦蓚€探測器的正中間，保持源到探測器的距離在合適位置，保持探測器1的高壓在-512V，保持探測器2的高壓在-460V。將探測器1的信號輸出線接入數(shù)字示波器，用示波器觀測到探測器1的脈沖輸出信號如下圖，其幅度為-2.5V，脈寬為2us。圖3-10探測器1測得源的輸出信號將探測器1的輸出信號接入線性放大器1，用示波器觀測線性放大器1的輸出信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)線性放大器的微分積分，在微分為0.1us，積分為0.1us，放大在100，增益為10時，線性放大器的輸出比較合適，輸出波形如下圖,所以經(jīng)過線性放大器1的輸出幅度為7.8V。圖3-11放大器1的輸出信號將線性放大器1的輸出信號接入單道1，適當(dāng)調(diào)節(jié)單道的道寬和下閾值，用示波器觀測到單道1的輸出波形如下圖，其幅度為5.2V，脈寬為0.5us。圖3-12單道1的輸出信號用單道脈沖幅度分析器測的幅度譜，以便能在做符合測量的時候正確調(diào)節(jié)單道的閾值，使只有0.511MeV這個能量的光子信號通過單道。放大器1的參數(shù)不變，使單道工作在微分狀態(tài)下，保持道寬H=0.5V不變，改變下閾，用智能定標(biāo)器測并記錄每一閾值下的輸出脈沖計數(shù)率，便可測得幅度譜。測得在對應(yīng)閾值下探測器1的的輸出脈沖計數(shù)如下表：表3-3NaI探測器1在對應(yīng)閾值下測到在10s的輸出脈沖計數(shù)下閾值（V）0.51.01.52.02.53.03.053.1計數(shù)（個）35364356380424111229688169836836下閾值（V）3.23.54.04.55.05.56.06.5計數(shù)（個）6257882558570545655352958下閾值（V）6.66.656.76.87.07.57.687.7計數(shù)（個）1166117211771115475198261用origin軟件畫出幅度譜圖如下圖：圖3-13探測器1經(jīng)過單道測得的的幅度譜我們可以看到在3.05V附近時計數(shù)達(dá)到最大，有一個峰，這個峰即是能量為0.511MeV的γ射線的全能峰。此峰之前的平臺是康普頓坪和反散射峰等。在6.70V附近有一個峰，這個峰是能量為1.27MeV的γ射線的全能峰，能量為1.27MeV的光子在包裹源的鋁片中發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)，而0.511MeV的光子不發(fā)生電子對效應(yīng)，所以探測器探測到1.27MeV光子的計數(shù)較少。從幅度譜圖看到，0.511MeV能量的γ射線的全能峰在2.5V到3.6V之間，為了讓單道1只接收由0.511MeV光子產(chǎn)生的全能峰，我們可以調(diào)節(jié)單道1的下閾值為2.5V，道寬為1.1V，這樣1.27Mev能量的γ射線所產(chǎn)生的信號就不能通過單道1，并且只接收0.511MeV光子產(chǎn)生的全能峰。用示波器觀測到探測器2的脈沖輸出信號如下圖，其幅度為-0.22V，脈寬為2us。圖3-14探測器2測得源的輸出信號將探測器2的輸出信號接入線性放大器2，用示波器觀測線性放大器2的輸出信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)線性放大器的微分積分，在微分為0.1us，積分為0.1us，放大在600倍，增益為9.0時，線性放大器的輸出比較合適，輸出波形如下圖，示波器縱軸每一大格代表2V,所以經(jīng)過線性放大器2的輸出幅度為7.6V。圖3-15放大器2的輸出信號將線性放大器2的輸出信號接入單道2，適當(dāng)調(diào)節(jié)單道的道寬和下閾值，用示波器觀測到單道2的輸出波形如，其幅度為5.2V，脈寬為0.5us。圖3-16單道2的輸出波形保持放大器2的參數(shù)不變，保持道寬H=0.5V不變，從零改變下閾，用智能定標(biāo)器測并記錄每一閾值下的輸出脈沖計數(shù)率，便可測得幅度譜。測得在對應(yīng)閾值下探測器2的的輸出脈沖計數(shù)如下表：表3-4NaI探測器2在對應(yīng)閾值下測到在10s的輸出脈沖計數(shù)下閾值（V）00.51.01.52.02.52.62.7計數(shù)（個）34004503507333181486765578577654下閾值（V）2.83.03.54.04.55.05.56.0計數(shù)（個）4853895655553555635365265下閾值（V）6.56.66.656.76.87.07.57.7計數(shù)（個）10601120106595972528228347用origin軟件畫出幅度譜圖如下圖：圖3-17探測器2經(jīng)過單道測得的的幅度譜我們可以看到在2.60V附近時計數(shù)達(dá)到最大，有一個峰，這個峰即是能量為0.511MeV的γ射線的全能峰。此峰之前的平臺是康普頓坪和反散射峰等。在6.60V附近有一個峰，這個峰是能量為1.2745MeV的γ射線的全能峰。從幅度譜圖看到，0.511MeV能量的γ射線的全能峰在2.1V到3.1V之間，為了讓單道2只接收由0.511MeV光子產(chǎn)生的全能峰以及部分康普頓坪，我們可以調(diào)節(jié)單道2的下閾值為2.1V，道寬為1.0V，這樣1.27Mev能量的γ射線所產(chǎn)生的信號就不能通過單道2，并且只接收0.511MeV光子產(chǎn)生的全能峰。因此對源的兩個0.511MeV能量光子的符合測量時，單道1、2的參數(shù)調(diào)節(jié)如下表：表3-5單道的符合測量時各個參數(shù)調(diào)節(jié)閾值（V）道寬（V）單道12.51.1單道22.11.03.4用偶然符合計數(shù)確定符合分辨時間任何符合電路都有確定的符合分辨時間R，它的大小與輸入脈沖的寬度有關(guān)，當(dāng)兩個脈沖的時間間隔小于R時，一部分脈沖將重疊成大幅度脈沖并觸發(fā)成形電路輸出一個符合脈沖。反之，就沒有符合脈沖輸出。真符合指來源于同一個核事件的兩個脈沖產(chǎn)生的符合。而偶然符合指來源于不同核事件而在時間上偶然相同的信號產(chǎn)生的符合。圖3-18符合脈沖示意圖圖3-19符合分辯時間測量原理圖測量方法：用鉛磚將兩個放射源及探測器隔離開，讓探測器1只探測到，探測器只探測到，假定探測器1的平均計數(shù)率為n1,探測器2的平均計數(shù)率為n2,符合電路的分辨時間為R，如果在*一時刻t，探測器1的一個脈沖可能與從到的時間進(jìn)入探測器2的脈沖發(fā)生偶然符合，其平均符合率為，從而，探測器1的n1個計數(shù)的偶然符合計數(shù)率n偶為，則符合分辨時間R為。改變放射源的位置，使計數(shù)率改變，每改變一次位置測一次n1、n2、n偶，得到一個實驗點（n偶，n1*n2），經(jīng)過若干次測量后，得到若干個實驗數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)可作出n偶-n1*n2圖，經(jīng)過線性擬合，其曲線的斜率的一半即為符合分辨時間R。讓探測器1探測源，讓探測器2測源，并用鉛磚隔離兩個放射源和探測器，保證探測器1不會探測到，探測器2不會探測到，將探測器1的輸出信號依次通過線放1、單道1，探測器2的輸出信號依次通過線放2、單道2，適當(dāng)調(diào)節(jié)線放1、2的參數(shù)，是單道有信號輸出，再將單道1、2的輸出信號接入符合電路，用3個定標(biāo)器測量單道1、2和符合輸出的在一定時間計數(shù)，測量數(shù)據(jù)如下表：表3-6探測器1、探測器2、偶然符合道的在100s的計數(shù)組數(shù)12345671道計數(shù)（個）1144808507595804795246329665856500111道計數(shù)率n1（s-1）1144.80850.75958.04795.24632.96658.56500.112道計數(shù)（個）17113615507495041787746296156703416662道計數(shù)率n2（s-1）1711.361550.74950.41787.74629.61567.03416.66符合道計數(shù)（個）360241181118866944符合道計數(shù)率n偶（s-1）3.602.411.811.180.860.690.44n1*n2(s-2)1959164.931319292.05910530.80626442.36398517.95373423.28208375.83線性擬合作出n偶-n1*n2圖如下圖：圖3-20偶然符合計數(shù)率與兩道計數(shù)率乘積的線性擬合曲線經(jīng)過線性擬合可知符合分辨時間為0.9us，此符合分辨時間的測量考慮了探測器、前放以及本底的影響，所以R是物理分辨時間。3.5確定延遲時間將經(jīng)過β正衰變，正電子在物質(zhì)中湮滅，同時產(chǎn)生兩個0.511MeV的光子，可是兩個光子分別被兩個探測器探測到，輸出信號再經(jīng)過線性放大器、單道，在經(jīng)過這些電子學(xué)儀器的過程中，進(jìn)入符合電路的信號在時間上會產(chǎn)生延遲，為了使進(jìn)入符合電路的兩個信號產(chǎn)生良好的符合，故而需要調(diào)節(jié)兩個輸出信號的時間信息，使到達(dá)符合電路的信號是同時的。方法：將兩個探測器的探頭呈1800對齊在放置，將源放在兩個探測器的正中心，使兩個探測器、源在同一水平線上，如圖3-1所示，適當(dāng)調(diào)節(jié)源到探測器的距離，將探測器信號依次接入對應(yīng)的線放和單道，保持探測器1的-512V高壓和探測器2的-460V高壓不變。經(jīng)過的能譜測量中，我們保持線性放大器的參數(shù)不變，即放大器1的微分為0.1us，積分為0.1us，放大倍數(shù)為100倍，增益為10，放大器2的微分為0.1us，積分為0.1us，放大倍數(shù)為600，增益為9.0。兩個單道的下閾值和道寬按表3-5調(diào)節(jié)。用示波器同時觀測兩個單道的輸出信號在時間上的關(guān)系，示波器顯示如下圖：圖3-21兩探測器探測到的信號在在時間上的關(guān)系圖3-22兩單道輸出信號的時間關(guān)系由上圖可知，示波器橫軸每一小格代表0.2us，所以延遲時間為0.2us，即單道2的輸出信號延遲單道1的輸出信號0.2us。3.6的活度測量將探測器和線性放大器保持3.6步驟不變，按表3-5調(diào)節(jié)兩個單道的參數(shù)，單道的輸出信號接入符合（反符合）電路，由單道的輸出波形可知信號的脈寬為0.2us，所以將符合電路的成形時間調(diào)為0.5us，將單道1那路符合通道的延遲時間調(diào)為0.2us，單道2這路符合通道不延時，將1路符合監(jiān)測、2路符合監(jiān)測以及符合輸出分別接入智能定標(biāo)器進(jìn)行計數(shù)。將源放入兩探測器之間，考慮到最后的活度還與立體角有關(guān)，因此我們需要改變立體角，測出不同立體角時的源活度與立體角的關(guān)系，方法是固定源，保持兩個探測器探頭的中心和源的中心在同一條直線上，再左右移動探測器，用直尺測量一定的源與探測器的距離，通過改變源到探測器的距離來改變立體角，測出不同距離處的計數(shù)率和符合計數(shù)率，測量結(jié)果如下表：表3-7不同距離時的60s計數(shù)每個探測器距源的位置（cm）0.501.001.502.002.503.001路計數(shù)N1（個）6950649767424513219025143211282路計數(shù)N2（個）690045654539490309502596321632符合計數(shù)NC（個）1324498797402565145353856每個探測器距源的位置（cm）3.504.004.505.005.506.001路計數(shù)N1（個）184651569313524125851116998052路計數(shù)N2（個）183471630614358125551105610347符合計數(shù)NC（個）314027142444211819201740根據(jù)式（2-11）和式（2-15）計算出修正后的符合道計數(shù)率和相對立體角，最后算出的活度，其結(jié)果如下表：表3-8源與探測器的不同垂直距離的活度與距離的關(guān)系每個探測器距源的位置h（cm）1路計數(shù)率n1（s-1）2路計數(shù)率n2（s-1）符合計數(shù)率nc（s-1）修正后的真符合計數(shù)率nco（s-1）(Bq)(Bq）0.500.3915115911512212196091155581.000.29698309431661654744159781.500.22267086591241233793170402.000.167853751695942948175692.500.128341943376762387186053.000.100035336165651961196103.500.079430830653531778223934.000.064226227246461549241284.500.052822624041411323250575.000.044021021036361225278415.500.037218718532321081290596.000.0318164173292997830755取活度的平均值，則活度為：A=(15558+15978+17040+17569+18605+19610+22393+24128+25057+27841+29059+30755)/12=21966（Bq）=0.5937（uci）標(biāo)準(zhǔn)誤差的計算：由于放射性核衰變具有統(tǒng)計分布，測量過程中射線與物質(zhì)相互作用的過程也具有隨機(jī)性，由于放射性衰變和射線與物質(zhì)相互作用的的統(tǒng)計性引起的誤差叫統(tǒng)計誤差。在本次一次測量計數(shù)中，計數(shù)N的標(biāo)準(zhǔn)誤差為,計數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：（3-1）活度計算公式為：（3-2）若是相互獨立的變量的多元函數(shù)，則函數(shù)的誤差為：（3-3）則根據(jù)誤差傳播公式（3-3）可以知道活度的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：（3-4）根據(jù)表2-23和式（3-1）（3-4）計算出不同相對立體角時的活度的標(biāo)準(zhǔn)誤差如下表：表3-9不同相對立體角時的活度的標(biāo)準(zhǔn)誤差每個探測器距源的位置h（cm）每個距離測得活度的標(biāo)準(zhǔn)誤差0.500.39151591.000.29691881.500.22262312.000.16782732.500.12833213.000.10003673.500.07944614.000.06425334.500.05285875.000.04406945.500.03727696.000.0318855函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為，則最后的絕對活度的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：=（1592+1882+2312+2732+3212+3672+4612+5332+5872+6942+7692+8552）1/2/12=146考慮分支比，測出的值再除以90.2%，得出本次實驗測出的的絕對活度是A=24353±162（Bq）3.7結(jié)論分析由表3-8得出的數(shù)據(jù)可以看出，不同的立體角測量計算出的的活度波動較大，改變立體角時，式（3-2）活度計算公式中，四個變量都會發(fā)生變化，得出的活度會有一定的偏差，隨著距離的增加，1道、2道以及符合道的計數(shù)率減小，測量時間測出的計數(shù)率偏差變大，相對立體角變小，不能保證源與探測器探頭圓心在同一直線上，源與探頭的垂直距離測量會有偏差，導(dǎo)致計算出的相對立體角因子不準(zhǔn)確，較小的偏差會產(chǎn)生較大的活度偏差。另外，兩個單道參數(shù)選擇會對計數(shù)率產(chǎn)生影響，計數(shù)統(tǒng)計分布的不確定性也會對實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。源的活度較弱，且是未知量，我們不能將得出的活度與其真值進(jìn)行比較。總之，本次測量出的活度比較粗略，可能與真值存在偏差。第三章總結(jié)通過完成本次畢業(yè)設(shè)計，對之前所學(xué)的專業(yè)知識有了更近一步的鞏固和理解，同時認(rèn)識到，將理論用于實踐的重要性，做實驗的過程中，存在各種各樣的問題和困難，逐一找出問題所在，解決問題，克服困難，對實驗儀器的選擇和調(diào)節(jié)，以及其原理有了更深刻的認(rèn)識，同時實驗操作更加規(guī)，更注重實驗細(xì)節(jié)。另外，對本次的符合原理和活度測量方法有深入的了解和掌握，同時認(rèn)識到本次實驗的改善之處?？傊?，此次論文設(shè)計實驗中學(xué)到了很多。參考文獻(xiàn)[1]大學(xué)自編講義（理科）《輻射探測與測量》.[2]大學(xué)自編講義（理科）《核電子學(xué)》.[3]盧希庭，原子核物理修訂版.：原子能，2000[4]王忠海，覃雪，周智，周榮，紀(jì)鋒，朝文，基于波形數(shù)字化的γ－γ符合測量（大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院輻射物理與技術(shù)教育部重點實驗室，610064）[5]馬文彥,邱曉林,齊格奇,閆桂英,用符合法測量l3放射源的活度(1.第二炮兵工程學(xué)院，71002；2.中國標(biāo)準(zhǔn)研究中心，100029；3.省計量測試研究院，710048)致能夠順利完成本次畢業(yè)論文設(shè)計，首先要感我的導(dǎo)師覃雪老師，感老師在理論知識和實驗操作方面耐心指導(dǎo)，感老師在我遇到問題時給我很好的建議和很大的幫助，老師精益求精的工作作風(fēng)，給了我很大動力。老師在從論文題目的選擇到論文完成過程中，一直支持我，同時精心地指導(dǎo)，再次由衷感老師在畢業(yè)設(shè)計過程中給我的幫助和指導(dǎo)。同時感秀蓮老師，幫助我們尋找儀器，在實驗過程中提供很大的幫助和指導(dǎo)。感實驗室的幾位師兄一直耐心地給我講解問題，幫助我解決問題和困難，感你們給我的幫助。感我的同伴宛裕前同學(xué)，一直和我一起做實驗，積極主動解決問題，帶領(lǐng)我完成實驗。最后，衷心感所有給我?guī)椭娜?。附?（的衰變綱圖）（銫）附錄2（譯文與原文）使用γ-γ符合技術(shù)進(jìn)行BC501A液體閃爍體的能量校準(zhǔn)言杰榮澄勵鹿心鑫*通華（現(xiàn)代物理學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),230026中國

核物理與化學(xué)研究所、中國工程物理研究院,621900,中國）摘要：用康普頓散射γ-rays可以描述BC501A液體閃爍體的準(zhǔn)確的能量校準(zhǔn)。在γ-γ符合技術(shù)和高斯函數(shù)疊加在一個二次多項式的配件符合譜的背景下可以準(zhǔn)確地確定能量分辨率和康普頓邊緣的位置。依賴相關(guān)的能量分辨率可以詳細(xì)討論康普頓邊緣的位置相對于最大和的一半高度的位置分布。結(jié)果表明,最大的能量反沖康普頓電子并不發(fā)生在一半的高度分布，但0.90±0.05最大高度的能量圍考慮。電子的能量分辨率從15.6%變化到8.02%能源地區(qū)是從0.5MeV到3MeV。關(guān)鍵字：BC501A液體閃爍體,能量校準(zhǔn),γ-γ符合法1介紹由于高探測效率和優(yōu)秀的n-γ脈沖形狀歧，該類型的有機(jī)液體閃爍探測器BC501A(相當(dāng)于NE213)廣泛用于快中子能譜法、中子飛行時間測量和中子監(jiān)測。測定的準(zhǔn)確性和設(shè)置的偏見水平主要歸因于能量校準(zhǔn)，這是重要的中子能譜法在測量液體閃爍探測器的絕對效率和中子的響應(yīng)函數(shù)。此外,由于液體閃爍探測器的性能,如能量分辨率，強(qiáng)烈依賴于檢測成分(如閃爍體的材料),建造探測器的幾何形狀如閃爍體的形狀和大小,以及光電倍增管(PMT)的類型。不僅對核物理研究和核技術(shù)的應(yīng)用,而且對閃爍體的發(fā)光機(jī)制的研究，能量校正是非常重要的。因此在實驗之前能量校準(zhǔn)是一個必不可少的過程。在"單色的”γ-rays預(yù)備實驗過程中，有兩種方法進(jìn)行校準(zhǔn)。第一個方法即蒙特卡羅方法，被伊卡洛斯協(xié)作和黃Han*iong描述。蒙特卡洛康普頓電子光譜(E)是用三維光子傳輸代碼GRESP[4]生成的而不考慮探測器的分辨率。為了得到探測器能量分辨率和真正的康普頓邊緣，實驗中康普頓電子光譜是用"現(xiàn)實主義”的蒙特卡洛(H)譜的卷積擬合的，卷積是從蒙特卡羅光譜的改良依賴于探測器系統(tǒng)的分辨率函數(shù)R(H,E)得到的:(1)其中H是離散ADC數(shù)量規(guī)模,E是電子能量。解析函數(shù)的能力是基于一個固定的能量探測器的響應(yīng)函數(shù)是高斯分布的假設(shè)，其半高寬描述了系統(tǒng)探測器的能量分辨率。第二種方法,即γ-γ巧合方法被D.L.史密斯[5]和h·h·諾克斯[6]描述。在這種方法中，一個小伽馬射線源通常是放置在測試探測器和監(jiān)控探測器之間。通過γ-γ符合技術(shù),僅由伽瑪射線源產(chǎn)生的光子迎頭在測試探測器測器與隨后的背反射到監(jiān)視器檢測器碰撞的康普頓電子的能力由acquire.All對應(yīng)于定義事件的最大能量。所有事件對應(yīng)于其他散射角度因此抑制。由此產(chǎn)生的頻譜是一個高斯的，質(zhì)心值和半高寬分別代表康普頓電子能量,即康普頓邊緣,和探測器系統(tǒng)的能量分辨率。從蒙特卡羅方法得出的結(jié)果精度取決于建模的方法和、在蒙特卡洛的編碼中反應(yīng)截面的不確定性。不可避免地引入了一些近似計算。例如,假定在閃爍體中所有能量的電子沉淀只要相互作用點到邊界的距離大于平均圍,由于軔致輻射產(chǎn)生能量損失被忽視等。相比之下,γ-γ符合方法只是被影響測試和監(jiān)視探測器之間的立體角和能量分辨率的傳播由于符合電子電路。從這個實驗方法得出的結(jié)果對探測器的應(yīng)用比蒙特卡洛方法更重要。2實驗裝置兩個BC501A液體閃爍探測器相反放置且分離距離是80mm。測試閃爍探測器由一個充滿了BC501A液體閃爍體的商業(yè)圓柱探測器單元組成。小室部的長度和直徑是2(5.08厘米)。小室由9807b光電倍增管的光電陰極與硅油耦合的。為了減少兩探測器之間的立體角的影響,1BC501A液體閃爍探測器作為監(jiān)控探測器，記錄180度反向散射的伽馬射線。伽馬射線源放置在監(jiān)控探測器表面的中心。γ-γ符合電子電路的原理如圖1所示。圖1γ-γ符合電子電路的原理圖3γ-γ符合測量γ-γ符合測量所得如下。首先,兩個定時單通道分析儀(TSCAs)的能窗都設(shè)置為最小水平差距(LLD)和最大水平差距(振動)為了分別測量兩個探測器直接沒有符合的康普頓電子光譜?？灯疹D電子光譜一半高度的位置大約被視為康普頓邊緣，它的的位置代表康普頓反沖電子的最大能量和給出的:（2）這里Eγ是γ-rays事件的能量，單位是兆電子伏。位置對應(yīng)于康普頓電子最大能量(Ec)由于事件γ-rays,被測試探測器探測,和康普頓電子的最大能能量(Ec)由于180度反向散射γ-rays,被監(jiān)控探測器測量,通過計算確定,如表1中列出。其次,通過調(diào)整LLD的值和振動的兩個TSCAs的LLD和ULD的值，,測試探測器寬的能窗將被最大能量康普頓電子覆蓋,而狹窄的能量窗口對應(yīng)的能量康普頓電子感應(yīng)到180度反向散射伽馬射線為監(jiān)控探測器設(shè)置。如表1所示,由于180度反向散射伽馬射線的康普頓電子的最大能量(Ec)不改變很大與入射射線的能量相比。監(jiān)控探測器的TSCA窗口可以固定相同的。因此,只有在探測器脈沖高度與來自監(jiān)控的選擇信號符合可以記錄下來。實驗進(jìn)行測量了"單色的”伽馬射線源從Cs-137,Mn-54、Na-24和Y-88。伽馬射線源用于校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)也在表1所示。直接康普頓電子光譜和光譜γ-γ符合被每個來源獲得。兩個光譜Cs-137和Na-24典型結(jié)