r射線能譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告系級(jí)姓名日期No.評(píng)分：實(shí)驗(yàn)題目：丫能譜及丫射線的吸收實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)閃爍丫譜儀的工作原理和實(shí)驗(yàn)方法，研究吸收片對(duì)丫射線的吸收規(guī)律實(shí)驗(yàn)原理：1. Y能譜的形狀閃爍丫能譜儀可測(cè)得 丫能譜的形狀，下圖所示是典型137CS的Y射線能譜圖。圖的縱軸代表單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)目即射線強(qiáng)度，橫軸代表脈沖幅度即反映粒子的能量值。A?氐聘: | :/ %: I :*:丨：*+ I «進(jìn)址圖2.2J6的0»的T能潸圈從能譜圖上看，有幾個(gè)較為明顯的峰，光電峰Ee，又稱全能峰，其能量就對(duì)應(yīng)Y射線的能量E。這是由于丫射線進(jìn)入閃爍體后，由于光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子，能量關(guān)系見式(1)，如果閃爍體大小合適

2、，光電子停留在其中，可使光電子的全部能量被閃爍體吸收。光電子逸岀原子會(huì)留下空位，必然有外殼層上的電子躍入填充，同 時(shí)放岀能量Ez Bi的X射線，一般來說，閃爍體對(duì)低能X射線有很強(qiáng)的吸收作用，這樣閃爍體就吸收了 Ee E的全部能量，所以光電峰的能量就代表丫射線的能量，對(duì)137Cs，此能量為0.661 MeVoEc即為康普頓邊界，對(duì)應(yīng)反沖電子的最大能量。背散射峰Eb是由射線與閃爍體屏蔽層等物質(zhì)發(fā)生反向散射后進(jìn)入閃爍體內(nèi)，形成的光電峰，一般峰很小。2 譜儀的能量刻度和分辨率(1 )譜儀的能量刻度閃爍譜儀測(cè)得的 丫射線能譜的形狀及其各峰對(duì)應(yīng)的能量值由核素的蛻變綱圖所決定，是各核素的特征反映。但測(cè)得的光

3、電峰所對(duì)應(yīng)的脈沖幅度(即峰值在橫軸上所處的位置)是與工作條件有關(guān)系的。如光電倍增管高壓改變、線性放大器放大倍數(shù)不同等，都會(huì)改變各峰位在橫軸上的位置，也即改變了能量軸的刻度。因此，應(yīng)用譜儀測(cè)定未知射線能譜時(shí)，必須先用已知能量的核素能譜來標(biāo)定譜儀的能量刻度，即給岀每道所對(duì)應(yīng)的能量增值E。例如選擇137Cs的光電峰E = 0.661 mev和60Co的光電峰E 11.17MeV、E 21.33MeV等能量值,先分別測(cè)量?jī)珊怂氐?丫能譜，得到光電峰所對(duì)應(yīng)的多道分析器上的道址(若不用多道分析器，可給岀各峰位所 為應(yīng)的單道分析器上的閾值)?？梢哉J(rèn)為能量與峰值脈沖的幅度是線性的，因此根據(jù)已知能量值，就可以計(jì)

4、算岀多道分析器的能量刻度值E。如果對(duì)應(yīng)E10.661MeV的光電峰位于a道，對(duì)應(yīng) E21.17MeV的光電峰位于E道，則有能量刻度1.17 0.661B AMeV測(cè)得未知光電峰對(duì)應(yīng)的道址再乘以(1)e值即為其能量值。(2)譜儀分辨率Y能譜儀的一個(gè)重要指標(biāo)是能量分辨率。由于閃爍譜儀測(cè)量粒子能量過程中，伴隨著一系列統(tǒng)計(jì)漲落因素，如丫光子進(jìn)入閃爍體內(nèi)損失能量、產(chǎn)生熒光光子、熒光光子進(jìn)入光電倍增管后，在陰極上打?qū)绻怆娮?、光電子在倍增極上逐級(jí)打?qū)绻怆娮佣箶?shù)目倍增，最后在陽極上形成電流脈沖等，脈沖的高度是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律而有一定分布的。光電峰的寬窄反映著譜儀對(duì)能量分辨的能力。如圖中所示的光電峰的描繪，定義譜

5、儀能量分辨半高度V光電峰脈沖幅度V100%(2)表示閃爍譜儀在測(cè)量能量時(shí)能夠分辨兩條靠近的譜線的本領(lǐng)。目前一般的閃爍譜儀分辨率在10%左右。對(duì)的影響因素很多，如閃爍體、光電倍增管等等。物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收當(dāng)丫射線穿過物質(zhì)時(shí)，一旦與物質(zhì)中的原子發(fā)生三種相互作用，原來的光子就消失或通過散射改變?nèi)肷浞結(jié)射線（或良好幾何條件下的射線束）。實(shí)驗(yàn)向。通常把通過物質(zhì)且未經(jīng)相互作用的光子所組成的射線稱為窄束表明，單能窄束 丫射線的衰減遵循指數(shù)規(guī)律：(8)其中-.、分別是通過物質(zhì)前、后的丫射線強(qiáng)度，在本實(shí)驗(yàn)中可用全能峰的峰面積表示，：是丫射線通過物質(zhì)的厚度，二：是三種作用截面之和，N是吸收物質(zhì)單位體積的原子數(shù)，是

6、物質(zhì)的線性吸收系數(shù)，表示單位路程上射線與物質(zhì)發(fā)生三種相互作用的總幾率，其大小反映了物質(zhì)吸收丫射線能力的大小?？梢?，如果在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上繪制吸收曲線，那么這條曲線就是一條直線，直線的斜率的絕對(duì)值就是線性吸收系數(shù)。Y射線強(qiáng)度減弱一半所需的吸收層厚度稱為半吸收厚度dl2，從（8）式可知:(9)In 20.693di?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 熟悉儀器，開啟高壓電源，預(yù)熱20分鐘；2. 用多道分析器測(cè)量并觀察 137Cs和60Co的丫能譜的形狀，截取能譜圖，在圖上指岀光電峰、康普 頓邊界、電子對(duì)峰、背散射峰等峰位；3. 137Cs的光電峰對(duì)應(yīng)能量為0.661MeV, 60Co的左側(cè)光電峰能量為 1.17MeV，

7、請(qǐng)對(duì)譜儀進(jìn)行能量刻度、作圖，并測(cè)量60Co的右側(cè)光電峰能量4. 確定137Cs光電峰的能量分辨率（不扣本底）5. 選擇良好的實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)量137Cs的丫射線在紫銅吸收片中的吸收曲線（要求至少10個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)統(tǒng)計(jì)誤差小于2%），求岀相應(yīng)的線性吸收系數(shù)和半吸收厚度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):1. 137Cs和60Co的丫能譜圖137 .Cs的能譜圖采匿定廿| (HE 0甘o (?時(shí)京山 齊按tM可：?1 ?n-為町：丹冃 満打：；71-期惜口：CW1 I* 週竊F: H空廉 盤聽比1：1丹 ttBJ14Wt7fl；z霧審世ttf來毎握PITA J.、1- 3L 炊劉滬皺*T± J7fIJfMCA王耶77*

8、jr*皙停曲世TtZA聯(lián)乂件創(chuàng) 酯冷E 鍛褲取 菽菩3港囚 迓呂屯)簾助心殊比產(chǎn)睪£ 1必 逮址i*54豐計(jì)#61015片噴祇I331魅覽舟撰;K.SC呼售比137 咗能總：全辛晶三£區(qū)g(J 赴腳ti； q站貝 0 總和' 060Co的能譜圖:道計(jì)荷i£_*丈辟 輔a® 施蘇世；覽據(jù)愛埋用 esI）幫朋卸I血血J5W 制殲曲宿停竺上E 亟逐也童總90*1 竺檢3UT甘理示I適址IS1?通計(jì)敢IS?*PH5堆眷比I2714觥未權(quán)4oia,i?:f«IT1? 14-S.il | |0枸0號(hào)0物ittt 13Jtittte肝妬M可；古時(shí)逾n

9、活打;1407翩惜口：COhll On盤皆rll： 5右光電衛(wèi)4區(qū)2. 能譜儀的能量刻度并測(cè)量 60Co右側(cè)光電峰的值實(shí)驗(yàn)測(cè)得：137CS :峰值道址：45460Co :右光電峰道址：938,左光電峰道址：817已知137 Cs的光電峰 巳 0.661Mev，60Co左光電峰道址 E21.17MevE2 E|1.17 0.6613.有能量刻度e211.4 10 Mev/道1.32MevBA 817 454根據(jù)測(cè)得的60Co右光電峰的道址，有 60Co右光電峰能量 E3 e C 1.4 10 3 938已知60Co右光電峰能量為 E 21.33Mev相對(duì)誤差1.33 1.321.330.75%，

10、與理論值吻合得較好通過作圖也可以發(fā)現(xiàn)，60Co的右光電峰確實(shí)落在 137Cs光電峰和60Co左光電峰形成的直線上Equslicifiy a +WnghENd WeghfinaRoidual Sum3.2J462E fofSquar-esAj吐 R-Square0 99973ValueSundard ErroroInwrcept0.0324A0.01221口StopeQ 001391 50661E51 4 nT 3 -怙左光電峰0 *6 t400600700道址00010003. 能譜儀的能量分辨率測(cè)得的 137Cs 光電峰半高寬 39.1 道， E 39.1 e 39.1 1.4 10 30.

11、0548Mev能量分辨率E 0.0548 8.3%E10.661由于未扣本底，與計(jì)算機(jī)得岀的結(jié)果8.6%有一定誤差4. 137CS的Y射線的線性吸收系數(shù)和半吸收厚度穿透的銅片厚度銅片編號(hào)12345678910厚度(cm)0.2940.2840.2900.3000.2880.2960.2860.2860.2880.290按順序每次疊加一個(gè)銅片，那么穿透厚度穿透厚度12345678910厚度(cm)0.2940.5780.8681.1681.4561.7522.0382.3242.6122.902每次穿透過后的光強(qiáng)，即光電峰的面積為放銅片編號(hào)012345678910光強(qiáng)27954235382009

12、8171811444412156103818918750164075665在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作圖，得到104 -1光強(qiáng)In :丨）10 21D 0 -96 -9.6 -S4 -Equalion= a +WeightNo WeighEingReiduaJ Sum on0.00139Adj. R-SquairaVa>u&Standard ErrInlenoept10229000702SlopehO&607ootMoe66 -20I ' I 1 I ' I0.00 51015穿透線性擬合得到直線斜率k=-0.5567，又吸收系數(shù)=-k故吸收系數(shù)=0.55671 n Q半吸收厚度d 1 叱20.69311.245cm0.5567思考題：1、用閃爍譜儀測(cè)量 丫射線能譜時(shí)，要求在多道分析器的道址范圍內(nèi)能同時(shí)測(cè)量岀137Cs和60C