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1、20122013学年度吉林大学物理学院核物理实验成绩教师签字批改日期实 验 报 告题目：固定距离下NaI探测器探测效率探究学院：物理学院年级：2009级姓名：王志强学号：时间：2012年10月18日探测效率，也称测量效率或计数效率。指在单位时间内探测仪器记录到的脉冲信号数(计数率)与在同一时间间隔内通过辐射源发射到探测器上的该种粒子数的比值；通常用百分数表示：探测效率E%=计数率/衰变率100%。它反映了放射性原子核衰变后被探测仪器探测到的机率，是核射线探测仪器的重要质量指标之一。在某些核辐射探测中, 由于r射线贯穿本领大,NaI(TI) 探测器依然为r射线分析测量的重要工具。NaI(TI)探
2、测器组成单元（简写）NaI(TI)探测器组成单元为：1、 闪烁探头：它包括NaI(TI)晶体和光电倍增管，外壳一般用薄铝做成，分压器和射极跟随器也装在铝壳中。有时尚有倒相器，以使探头同时具有正负两种极性脉冲输出。外壳要求对光密闭。在强磁场附近工作需要内附磁屏蔽膜，以防止磁场漏入光电倍增管而影响输出脉冲幅度和分辨率。2、 高压电源：供光电倍增管用的高压电源，一般要求在2002500V之间可调供给电流在1mA左右。高压稳定性VH/VH应在0.05%左右。3、 线性放大器：一般光电倍增管阳极负载上电压脉冲幅度为十毫伏至数百毫伏，需要放大，以和脉冲幅度分析器的分析电压范围相匹配。为了与NaI(TI)晶
3、体的发光衰减时间相配合，放大器的上升时间应优于0.1s。另外要求放大器线性良好。4、 多道脉冲幅度分析器：相当于数百个单道分析器同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可得到整条谱线。道宽选择必须适当，过大会使谱线畸变，分辨率变坏，谱线上的实验点过少；过小则使每道上的计数减小，统计涨落增大或是测量时间增加。NaI(TI)晶体闪烁探测器组成示意图NaI(TI)探测器工作原理（简写）NaI(TI)探测器探测r射线的工作原理为：1、 r射线进入NaI(TI)晶体，晶体将与射线作用发生光电效应、康普顿效应和电子对效应吸收其能量；2、 NaI(TI)晶体通过吸收r射线使得晶体中的原子、分子激发和电离，退激
4、时产生荧光光子；3、利用光导将荧光光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上, 通过光电效应, 在光阴集上击出光电子；4、光电子在光电倍增管中倍增49 个量级到达阳极负载处形成本征电流,并产生脉冲信号。r射线与NaI(TI)晶体作用机制r射线的吸收（简写）当r光子穿过物质时，与吸收物质的原子一旦发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，原来能量为hv的光子就消失，或散射后能量改变掉，并偏离原来的入射方向，即从原来入射r束中移去。没有与物质相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变。三中相互作用占优势区域示意图NaI吸收系数与r射线能量关系示意图1、光电效应：入射的r光子与吸收物质的原子相互作用时，光子
5、把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去，而光子本身消失，这种过程称为光电效应。光电效应、特征X射线和俄歇电子发射示意图2、康普顿效应：入射的r光子与吸收物质的核外电子发生非弹性碰撞过程。这一作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子运动方向和能量发生变化。康普顿效应示意图3、 电子对效应：入射的r光子从吸收物质的原子核旁经过时，在原子核的库伦场作用下，r光子转化为一个正电子和一个负电子，这个过程称为电子对效应。电子对效应示意图实验条件和放射源信息1、 实验条件：温度为17（手机粗略测量），高压706V，放射源距离探头6.50cm（普通毫米尺测量），探头窗口
6、大小0.35cm2.35cm（普通毫米尺测量）2、 放射源信息：2006年10月10日生产放射源Ba-133Cs-137Eu-152Co-60Am-241活度(ci)1.901.451.671.531.90活度（104Bq）7.035.376,.185.667.03注释：1ci=3.7*104Bq实验数据处理以Cs-137、Co-60为定标源刻度能量，计数时间为1000s，以放射源为球心，放射源到探头的距离R=6.50cm为半径的球表面积为:S=4R2=530.66cm2，探头窗口面积S1=2.35cm0.35cm=0.83cm2。 原始数据为正常字体，查找量为小号黑体字，计算量为大号黑体字。
7、放射源Ba-133Cs-137Eu-152Co-60Am-241活度(ci)1.901.451.671.531.90活度（104Bq）7.035.376.185.667.031000s发射总光子数（107）7.035.376.185.667.03单位面积光子数（104/cm2）13.24810.11911.64610.66613.2481000s窗口接收总光子数(104)10.9968.3999.6668.85310.996r射线理论绝对强度（由衰变纲图得出）33.96%62.10%85.00%28.00%26.20%99.87%99.98%35.70%接收不同能量光子数37342682857
8、13912706525325884148851239255放射源Ba-133Cs-137Eu-152Co-60Am-241探测到光子数（峰净面积）271452798297861800299926172308830856探测效率72.7%41.0%13.7%66.5%39.5%7.0%3.5%78.6%峰道数值482464587823679491033理论r能量（keV）813566621223441173133260测得r能量（keV）703616621143461173133248误差13.60%1.40%06.56%0.58%0020.00%结论:在以Cs-137、Co-60为定标源刻度能
9、量，计数时间为1000s，以放射源为球心，放射源到探头的距离R=6.50cm为半径的球表面积为:S=4R2=530.66cm2，探头窗口面积S1=2.35cm0.35cm=0.83cm2的条件下,NaI(TI)探测器对不同能量的射线探测效率不同，甚至差别很大。由NaI吸收系数与r射线能量关系曲线知，NaI(TI)探测器对相对低能的射线有较好的探测效率；在本实验探测能量范围内，理论上探测效率逐渐降低，但实验中能量为344Kev、356Kev r射线探测效率出现与理论不相符的1%左右的微弱误差，可能有以下原因：不同能量下光电倍增管的光电转换效率存在差异；放大器放大时失真程度存在差异；不同放射源摆放的位置存在差异。除此之外，本实验与理论基本相符，但由于实验比较粗糙，有待进一步验证。11
