實(shí)驗(yàn)二、符合法測量放射源活度報(bào)告

實(shí)驗(yàn)二符合法測量放射源活度一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)符合測量的基本方法。2、學(xué)習(xí)用符合方法測定60Co放射源的活度。二.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 調(diào)整符合系統(tǒng)的參量，選定工作條件，觀察各級輸出信號波形及其時(shí)間關(guān)系。2、 測量符合裝置的分辨時(shí)間。3、 用P-Y符合方法測量60Co級聯(lián)衰變的放射性活度。實(shí)驗(yàn)原理符合技術(shù)是利用電子學(xué)方法在不同探測器的輸出脈沖中把有時(shí)間關(guān)聯(lián)的事件選擇出來。選擇同一時(shí)刻脈沖的符合稱為瞬時(shí)符合。選擇不同時(shí)的，但有一定時(shí)間聯(lián)系的脈沖符合稱為延遲符合。相反，排斥同一時(shí)刻或有時(shí)間關(guān)聯(lián)脈沖的技術(shù)就是反符合或延遲反符合。符合法是研究相關(guān)事件的一種方法，在核物理與核技術(shù)應(yīng)用的各領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，如測量放射源的活度、研究核反應(yīng)產(chǎn)物的角分布、激發(fā)態(tài)的壽命及角關(guān)聯(lián)的測量、測量飛行粒子的能譜，研究宇宙射線和實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量等。P-Y符合實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2—1。Y探頭高壓電源光電--倍增管NaI晶體-一P探頭跟隨器塑料--閃爍體跟隨器脈沖發(fā)生器光電倍增管高壓電源>■線性Y探頭高壓電源光電--倍增管NaI晶體-一P探頭跟隨器塑料--閃爍體跟隨器脈沖發(fā)生器光電倍增管高壓電源>■線性-?定時(shí)11—延遲11-T*定標(biāo)器放大器單道111成形111示波器線性放大器沙延遲■成形符合定標(biāo)器NIM機(jī)箱低壓電源圖2-1P-Y實(shí)驗(yàn)裝置1、符合分辨時(shí)間T探測器的輸出脈沖總有一定的寬度，在選擇同時(shí)事件的脈沖符合時(shí)，當(dāng)從兩個(gè)探測器輸出的脈沖起始時(shí)間差別很小，以至于符合裝置不能區(qū)分它們的時(shí)間差別時(shí)，就會(huì)被當(dāng)作同時(shí)事件而記錄下來，即符合裝置有一定的時(shí)間分辨能力，符合裝置所能夠區(qū)分的最小時(shí)間間隔稱為符合分辨時(shí)間，它的大小與輸入脈沖的形狀、持續(xù)時(shí)間、符合電路的性能都有關(guān)系。分辨時(shí)間是符合裝置的基本參量，它決定了符合裝置研究不同事件間的時(shí)間關(guān)系時(shí)所能達(dá)到的精確度，對于大量的在時(shí)間上互不相關(guān)的獨(dú)立事件來說，只要兩個(gè)探測器的輸出信號偶然地同時(shí)發(fā)生在T時(shí)間間隔內(nèi)，這時(shí)符合電路也將把它們作為同時(shí)事件而輸出符合脈沖，但這個(gè)事件不是真符合事件，這種不具有相關(guān)性的事件之間的符合稱為偶然符合。例如某個(gè)核在某時(shí)刻發(fā)生衰變，其P粒子被P探測器記錄，但級聯(lián)的Y沒有被丫探測器記錄到，然而此時(shí)恰好Y探測器記錄了另外一個(gè)衰變核的Y射線，那么這兩個(gè)來自于不同原子核衰變的P和Y射線在符合電路中產(chǎn)生的符合就是無時(shí)間關(guān)聯(lián)事件的符合，即屬于偶然符合。假定不具有時(shí)間關(guān)聯(lián)的兩道脈沖均為理想的矩形脈沖，其寬度為t，偶然符合的計(jì)數(shù)率和兩個(gè)輸入道的計(jì)數(shù)率分別為n、n［和n2，則有rc12n=2t-n-nrc122-1)n2-1)T= rc—2nn12顯然，減少T，能夠減少偶然符合幾率，但由于輻射進(jìn)入探測器的時(shí)間與輸出脈沖之間存在統(tǒng)計(jì)性的時(shí)間離散，當(dāng)T太小時(shí)，使得某些同時(shí)事件的脈沖因前沿離散而時(shí)距大于符合電路分辨時(shí)間的可能性增加，從而使得真符合丟失的幾率增大。2、測量符合分辨時(shí)間的方法1） 偶然符合方法測量分辨時(shí)間通過測定偶然符合計(jì)數(shù)率n和兩道各自的計(jì)數(shù)率n和n,根據(jù)（2-1）式就rc 1 2可以得到符合分辨時(shí)間T。其中兩道的計(jì)數(shù)率應(yīng)是時(shí)間上無關(guān)聯(lián)的粒子在兩個(gè)探測器中分別引起的計(jì)數(shù)率；符合道計(jì)數(shù)率n應(yīng)純粹是偶然符合。但實(shí)際測量到rc的符合計(jì)數(shù)率中還包含有本底符合計(jì)數(shù)率n。本底符合計(jì)數(shù)率是由宇宙射線和周b圍物體中天然放射性核素的級聯(lián)衰變，以及散射等產(chǎn)生的符合計(jì)數(shù)所構(gòu)成。所以實(shí)際測量到的符合計(jì)數(shù)率n為：rcnf=n+n=2t*nn+nrcrcb 12b

n一nTOC\o"1-5"\h\z』戈十 （2-2）12在固定實(shí)驗(yàn)條件下可認(rèn)為本底符合計(jì)數(shù)率n是不變的，則n和n-n是直線b rc1 2關(guān)系。通過改變放射源到探測器的距離或其它方法使n、n和n改變，作出幾rc12組n和n-n的數(shù)據(jù)。用最小二乘直線擬合，可以求出直線的斜率2t和截距n。rc1 2 b2） 利用測量瞬時(shí)符合曲線的方法測定符合裝置的分辨時(shí)間對于瞬發(fā)事件，即兩事件發(fā)生的時(shí)間間隔遠(yuǎn)小于符合分辨時(shí)間t的事件，人為地改變它們的相對延遲時(shí)間t，符合計(jì)數(shù)率隨t的分布曲線稱為瞬時(shí)符合曲線。dd符合計(jì)數(shù)率符合計(jì)數(shù)率如圖2-1所示，用脈沖發(fā)生器作為脈沖信號源，同時(shí)輸入到兩道。先把其中一道的脈沖延遲某一時(shí)間，這時(shí)兩道脈沖相互分開，不同時(shí)進(jìn)入符合電路，沒有符合計(jì)數(shù)。然后調(diào)節(jié)另一道的延遲時(shí)間，改變它們的相對延遲時(shí)間，當(dāng)兩道脈沖在時(shí)間上符合時(shí)，將有符合計(jì)數(shù)，結(jié)果可以測到如圖2-2a所示的瞬時(shí)電子學(xué)符合曲線，成矩形分布，其寬度為2t，t稱為電子學(xué)分辨時(shí)間。符合計(jì)數(shù)率符合計(jì)數(shù)率延遲時(shí)間tdd（a） （b）圖2-2瞬時(shí)符合曲線如果用放射源60Co的P-7瞬時(shí)符合信號作瞬時(shí)符合曲線測量，由于探測器的輸出脈沖前沿時(shí)間上存在離散其結(jié)果將如圖2-2b所示。以它的半寬度FWHM來定義符合分辨時(shí)間FWHM=2十，'又稱為物理分辨時(shí)間，在慢符合（t>10-7s）情況下t'zt。3、P-Y符合法測量放射源的活度60Co衰變時(shí)，同時(shí)發(fā)射B和Y射線，稱為級聯(lián)幅射,其衰變圖如圖2-3所示。利用圖2-1所示的實(shí)驗(yàn)裝置作P-Y符合，兩個(gè)探測器都采用閃爍計(jì)數(shù)器，測量P粒子的P探測器是塑料閃爍體，它對Y射線雖然也靈敏，但探測效率低。Y探測器用NaI（Tl）閃爍體，遮光的鋁屏蔽套能把60Co發(fā)出的P射線完全擋住，只能測量到Y(jié)射線。

設(shè)60Co放射源的活度為A0(衰變數(shù)/秒)，P探測器對P的探測效率是北,Y探測器對Y射線的探測效率是￡，則Y有：n二A?￡卩0 0卩n=A?￡y0 0yn=A?￡?￡c00卩y其中%是p粒子在p探測器中引圖2-3 6(圖2-3 6(Co的衰變綱圖起的計(jì)數(shù)率，n是y射線在y探測器中y0引起的計(jì)數(shù)率，n是p-y真符合計(jì)數(shù)c0?n00y?n00y0nc0nA=_0可以看到活度的計(jì)算結(jié)果只與0計(jì)數(shù)道，y計(jì)數(shù)道和符合計(jì)數(shù)道的計(jì)數(shù)率有關(guān)，與探測器的探測效率無關(guān)，這給放射源的活度測量帶來很大方便。但是，為得到準(zhǔn)確的活度，還必須進(jìn)行一系列的修正。因?yàn)閷?shí)際測到的符合計(jì)數(shù)中還包含有偶然符合的計(jì)數(shù)，本底符合計(jì)數(shù)，y-y符合計(jì)數(shù)等；0道和y道的計(jì)數(shù)還必須扣除本底；此外，還應(yīng)考慮所測量核素的衰變特性，如角關(guān)聯(lián)，內(nèi)轉(zhuǎn)換等。p道、y道和符合道計(jì)數(shù)率的實(shí)驗(yàn)測定0道：測到的0道的總計(jì)數(shù)率n并不全由0粒子所貢獻(xiàn)，還有本底計(jì)數(shù)率n和60Co的y射線在0探測器中引起的計(jì)數(shù)率n，所以0道中由0粒子0b 0y引起的計(jì)數(shù)率為：n=n一(n+n)00 00y0b (2-4)=n-n0 0(y+b)根據(jù)60CO發(fā)射的0射線能量，在放射源的對著0探測器的一側(cè)加上厚度足以擋去0射線的鋁吸收片，這時(shí)0道計(jì)數(shù)率由本底和y射線所造成，即(2-4)式中的n 。0(y+b)y道：y道測量到的總計(jì)數(shù)率n中包含本底計(jì)數(shù)率n，所以由y射線引y yb起的計(jì)數(shù)率應(yīng)是：2-5)n=n-n2-5)y0y yb

測量有放射源時(shí)的計(jì)數(shù)率n和沒有放射源時(shí)的本底計(jì)數(shù)率n，兩者之差y yb即為n。y0符合道因?yàn)镻探測器對y射線也有一定靈敏度因而符合道計(jì)數(shù)率n由c四個(gè)來源組成，即：n二n+n+n+n (2—6)c c0 rcyycb其中nc是符合道的總計(jì)數(shù)率，nc0是p-y真符合計(jì)數(shù)率，n“是本底真符合計(jì)數(shù)率，n是p探測器和y探測器測到的y射線計(jì)數(shù)引起的y-y真符合計(jì)yy數(shù)率，nrc是偶然符合計(jì)數(shù)率。所以真符合計(jì)數(shù)率為：n二n一(n+n+n) (2—7)c0 crcyycb當(dāng)真符合計(jì)數(shù)率遠(yuǎn)小于兩道計(jì)數(shù)率時(shí)，即n?n和n?n時(shí)，偶c0 pc0 y然符合計(jì)數(shù)率可以由實(shí)驗(yàn)測定的分辨時(shí)間t以及n°、n，根據(jù)(2-1)式計(jì)py算得到：2—8)n=2t*nn2—8)rc py為得到真符合計(jì)數(shù)率n0，必須確定(2-7)式括號內(nèi)除偶然符合計(jì)數(shù)率c0外的其它兩項(xiàng)。為此在60Co放射源的對著P探測器一側(cè)放上足以擋住全部P粒子的鋁吸收片，這時(shí)符合計(jì)數(shù)率nb0應(yīng)該是：b0n=n+n+2t-n-ncb0 yycb p(y+b) y2-9)n+n=n一2t-n-n2-9)yycb cb0 p(y+b) y其中，n和nb的含義與(2-6)式中一樣，2t-n -n是這種情況下yycb p(y+b)y的偶然符合計(jì)數(shù)率，其中n是y道的計(jì)數(shù)率，n是P道的計(jì)數(shù)率：y p(y+b)n=n+n (2-10)p(y+b) pb py其中npb是卩探測器的本底計(jì)數(shù)率，npy是y射線在卩探測器中引起的計(jì)數(shù)率。把(2-9)式和(2-8)式代入(2-7)式得到p-y真符合計(jì)數(shù)率為：2-11)2-12)n=n-2t(n-n)-n-n2-11)2-12)c0 c p p(y+b) y cb0所以60Co放射源的活度為:n-n (n-n)-(n-n)A=B0y0= B B(y+b) y yb 0n n-2t(n-n)-n-nc0 c p p(y+b) y cb0符合法測量放射源活度的誤差和限制由(2-12)式，在n 和n本底較小條件下，用誤差傳播公式導(dǎo)出p(y+b) yb放射源活度A0的相對標(biāo)準(zhǔn)誤差為：n、/ 、/n、nV二n、/ 、/n、nV二.(1+亠)2(v2+V2+V2)+(―c)2V2+(cb0)2V2A0 n0y* c可見V除了與A0關(guān)外，還與n:n和rc'cnn<<1，且n。、cb0'c 0上式可化簡為：n、n0Yn:ncb0 cnYcncn cb0c c、n、t、n的相對誤差vc cb02-13)0、VY、v、vc cb0有的比值有關(guān)。安排實(shí)驗(yàn)條件，使得n/n<<1和rcc的相對誤差比起符合計(jì)數(shù)相對誤差來一般都很小，rcc2-14)V2-14)A0真符合計(jì)數(shù)率與偶然符合計(jì)數(shù)率之比稱為真偶符合比，是符合實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要指標(biāo)。為保證真符合計(jì)數(shù)率大于偶然符合計(jì)數(shù)率，要求真偶符合1比大于1（nn>1），而從（2-1）式和（2-3）式，真偶符合比應(yīng)等于丄，c0rc 2At0所以要求符合測量時(shí)A0<!。這說明用符合方法所能測量的放射源活度受符合分辨時(shí)間限制。采用小的符合分辨時(shí)間，允許測量活度高的放射源。此外，P-Y符合法只適合于測量那些具有0、Y級聯(lián)衰變的放射性核素的活度。實(shí)驗(yàn)裝置名稱型號數(shù)量Y閃爍探頭FJ-3741個(gè)卩閃爍探頭FJ-374型（內(nèi)裝薄塑料閃爍體）1個(gè)NIM機(jī)箱+低壓電源ORTEC4001A/4002D2套定時(shí)單道分析器ORTEC5512個(gè)高壓電源ORTEC5562個(gè)符合電路ORTEC418A1個(gè)雙路能譜放大器ORTEC8551個(gè)精密脈沖發(fā)生器ORTEC4801臺(tái)二路定標(biāo)器FH-10931個(gè)雙通道示波器1臺(tái)放射源60C0和137Cs各1個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理1、調(diào)整儀器工作狀態(tài)。1)按照圖2-1連接實(shí)驗(yàn)儀器，用脈沖發(fā)生器作為信號源(暫不使用探測器作為信號源)，調(diào)整符合系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)使系統(tǒng)工作正常；其工作條件如下：脈沖發(fā)生器：負(fù)信號，PulseHeight3V,Attenuator*2*5線性放大器：FineGain:5，CoarseGain:4定時(shí)單道：UpperLevel6V,LowerLevel1V,Delay1ps&1?4ps2)觀察并在方格紙上實(shí)錄各級信號波形，注意記錄它們之間的時(shí)間關(guān)系，實(shí)錄結(jié)果如下：?Jd?Jd01Vnrk?DOV改變輸入信號大小,觀察并記錄定時(shí)單道輸出脈沖的時(shí)間穩(wěn)定性。結(jié)論如下：觀察到輸入信號的變化對單道輸出的時(shí)間有一定的影響,其變大或變小會(huì)使原本同時(shí)的兩個(gè)單道輸出產(chǎn)生時(shí)差(PS量級)。如果兩道的定時(shí)單道輸出脈沖不同時(shí),則應(yīng)調(diào)節(jié)定時(shí)單道的“延時(shí)”使它們“同時(shí)”。2、測量瞬時(shí)電子學(xué)符合曲線。1）先固定其中一道脈沖的延遲時(shí)間（調(diào)到2ys左右），然后調(diào)節(jié)另一道的“延時(shí)”，改變它們的相對延遲時(shí)間關(guān)系（相對延遲時(shí)間可以從示波器或十圈電位器上讀得），用示波器觀察符合道波形隨二道相對延遲時(shí)間變化而變化的情況，粗測兩道脈沖信號“同時(shí)”時(shí)的符合裝置的延時(shí)位置，調(diào)整結(jié)果如下：單道1延遲：2ps單道2延遲：2?4ps2）測出用精密脈沖發(fā)生器輸入時(shí)的瞬時(shí)電子學(xué)符合曲線，得出符合單元的電子學(xué)分辨時(shí)間T。td/ys-0.50-0.48-0.46-0.400.000.400.460.480.500.520.54n符/s-i0.00.050.050.050.050.049.950.050.019.90.0可見合單元的電子學(xué)分辨時(shí)間t=（0.54+0.48）/2=0.51ps3、用60Co放射源作瞬時(shí)符合曲線。1）用60CO放射源探測器產(chǎn)生的信號代替精密脈沖發(fā)生器作為輸入信號。)注意選擇—卩n和Y測50.040.030.020.010.01）用60CO放射源探測器產(chǎn)生的信號代替精密脈沖發(fā)生器作為輸入信號。)注意選擇—卩n和Y測50.040.030.020.010.0td/邁瞬時(shí)電子學(xué)符合曲線60.00.06探-0-40 -0-20_10.00-0 0.20 0.40 0.60的高壓及其各自后續(xù)線性放大器的參數(shù)，使射線（P或Y）的輸出信號幅度在合理的范圍內(nèi)；b） 另外，單道的閾值也應(yīng)仔細(xì)設(shè)定，以確保兩路單道的輸出分別包含了P和Y的信號，并盡可能降低電子學(xué)噪聲對單道輸出的影響；c） 在設(shè)定狀態(tài)之后，記錄符合系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，記錄結(jié)果如下：NaI探測器：高壓：520V，線性放大：8*40,單道上閾10V,下閾0.3V塑料探測器：高壓：614?8V,線性放大：6.2*40,單道上閾2.76V，下閾0.3V2）用60Co源的P-y符合計(jì)數(shù)作瞬時(shí)符合曲線，求出物理分辨時(shí)間亡。要求統(tǒng)計(jì)誤差<4%。td/ys0.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6—nn符/S-16.326.989.8411.4813.0815.8413.6611.448.36—nn符/S-16.326.989.8411.4813.0815.8413.6611.448.365.10瞬時(shí)符合曲線18.0016.0014.0012.0010.008.006.004.002.000.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0td/邁可得物理分辨時(shí)間T'~(2.4-1?1)/2=0.65“s4、測定60Co放射源的活度。1） 用60Co放射源，在與測量分辨時(shí)間同樣條件下，測定n、n和n。Pyc測得np=110426/50=2208?52/sn=110426/50=2208.52/syn=110426/50=2208.52/sc2）在60Co放射源上方對著p探測器一面加上鋁吸收片，測定n 和、nb0。p（Y+b） cbO測得n =110426/50=2208?52/sp（y+b）n=110426/50=2208.52/scb03） 最后,取走放射源,測定n。yb測得n=110426/50=2208.52/syb4） 按（2-12）和（2T4）式計(jì)算60Co放射源的活度及其標(biāo)偏差，給出與標(biāo)準(zhǔn)值的相對誤差，并分析誤差來源。要求v<4%,并驗(yàn)證v沁v。A Ac計(jì)算可得A=113082Bq,v=0.30%,v=0.51%,v=3.68%,v=sqrt(v2+v0 卩 Y c A0 BY2+v2)=3.83%c可見v沁vA0 c5、偶然符合法測量符合裝置分辨時(shí)間。1)用1372s放射源，測出六組以上n和n和符合道計(jì)數(shù)率n，用最小二乘擬1 2 Yc合求出符合裝置的分辨時(shí)間Jnb=0.3/sn1/s147.5154140.8147143.4151.7n2/s211.8211.6213.2215.321