《射线的吸收与物质吸收系数（2020年7月整理）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射线的吸收与物质吸收系数（2020年7月整理）.pdf（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1 射线能谱的测量以及物质吸收系数的测定 陈媛媛 物理 091 班 09180104 摘要摘要 本实验通过使用相对论效应实验谱仪来测量 能谱，并求出各项指标， 分析谱形。介绍了 NaI(Tl)单晶闪烁体整套装置的操作、调整和使用，通过窄 束 射线在物质中的的能谱分析， 得出吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系 数。 关键字关键字 能谱 吸收系数 吸收规律 引言引言 射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。 射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。 射线是原子核从激发态跃迁 到较低能态或基态时所发出的一种辐射， 其辐射的能量由原子核跃迁前后两能级 的能量之差决定。由于 射线的能
2、量与原子核激发态的能级密切相关， 因此， 射线能量的测量对于了解原子核的结构、获得原子核内部的信息是一个十分 重要的途径。 研究 射线对不同物质的吸收规律和吸收系数对与 射线在不同的领 域中的运用有着不可或缺的作用。我们作为物理系的学生对于这些测量方 法和作用要有一定的认识。 正文正文 一一 实验原理实验原理 1.1 射线能谱的射线能谱的原理原理 从原子核中发射出来的射线有不同的能量，在与物质相互作用的时候可能 产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，均会产生次级电子，NaI （T1） 单晶闪烁谱仪利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激 发时会放出大量的光子照射在光阴极上产
3、生光电子， 这些光电子经过倍增管放大 而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到射线能谱。 经过闪烁探测器 后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的射线的能量成正比，信号脉 冲的个数正比于射线的强度。能谱图中，横坐标 CH 表示道数，与能量成正比， 纵坐标表示强度（射线的密集程度），与计数成正比。 1.21.2物质吸收系数的测定 窄束射线在穿过物质时被吸收，强度随物质厚度的衰减服从指数规 律，即 xNx eIeII r = 00 2 0 lnln m NRN = + / 0 ( ) mR I RI e = I0、I分别是穿过物质前、后的射线强度，x是射线穿过的物质的厚度（单 位cm） ，
4、r是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N是吸收物质单位体积 中的原子数，是物质的线性吸收系数。 是物质的原子序数Z和射线能量的函数，且： pcph+= 式中 phm 、 cm 、 pm 分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数；其中： 5 phZm 、cZm 、 2 pZm （Z为物质的原子序数） 。 射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射射线的能量E和吸 收物质的原子序数Z而改变。射线的线性吸收系数是三种效应的线性吸收系 数之和。 实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影 响。 由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的射线强度I成
5、正比， 如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线。/ m mr可以从这 条直线的斜率求出，即 二二 实验步骤和实验数据实验步骤和实验数据 1.11.1射线能谱测定射线能谱测定 1.1.打开电源， 连接仪器，预热至少 30 分钟，使探测器和放射源中心位于一条直 线上，调整工作电压在 700V 左右，放大倍数为 0.3。 2. 2. 把放射源137Cs或 60Co放在探测器前， 调节高压使137Cs 或 60Co能谱的最大脉 冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分析范围。 3.3. 打开软件，设置 137Cs 的扫描时间为 300s（60Co 为 500s）,“纵轴刻度”为“自 动线性
6、显示”，“全谱道数”为 512，“扩展谱道数”为 128。点击运行，得到 能谱图。 寻峰， 若全能峰在探测道数左边， 则适当调大电压， 反之则调小电压 （应 使 60Co 的全能峰在 320 道处，137Cs 的全能峰在 160 道处）。 4. 4. 将闪烁探测器分别左移和右移微小距离，重复测量。将三组能谱图数据记录 如下： cs-能谱 667v 300s 0.3 倍 512 160 道 co-能谱 670v 500s 0.3 倍 512 320 道 位置（cm） 40.4 40.5 40.6 41.6 41.7 41.8 道数 159 159 160 320 321 321 12 12 ln
7、ln RR NN m = 3 计数 6630 6827 7289 265 283 282 峰位（chn） 6th=159.55 6th=159.36 6th=159.79 4th=320.13 4th=320.96 4th=320.81 半高宽 （chn） 14.81 15.19 15.07 19.58 18.92 17.08 净面积 101230 103415 109014 3924 3770 3749 分辨率(%) 9.31 9.46 9.43 6.12 5.9 5.32 总计数率 2778 2860 2978 503 505 510 图表（1）cs-能谱和 co-能谱数据 实验图： 图一
8、 co-能谱(41.7cm) 图二 cs-能谱(40.6cm) 分析： 图中：(1). 137Cs 的全能峰位置差不多是 60Co 的一半，可知137Cs 的全能峰的能量 约是 60Co 的一半，所以137Cs 发出的 射线强度要大于60Co。 (2). 137Cs 发出的 射线穿透力大于 60Co,我们就可以运用这个特性，将其 运用到适合的方面。 1.2物质吸收系数的测定 1. 在上一个实验的基础上，只用 137Cs 一种放射源，在探测器和放射原间先放放 上 4 块不同的铝板（探测道设为 160 道） ，再依次拿下，分别测能谱图，记录各 图的计数率及所加铝板密度（g/cm2）。 2. 将铝板
9、换成不同的铅板（探测道设为 160 道） ，重复以上步骤。 实验数据如下： cs-吸收铝 668v 500s 0.3 倍 512160 道 40.5cm 4 21 21 lnln m NN RR = 组别 1 2 3 4 5 道数 160 159 160 159 159 计数 1805 2057 2434 2827 3539 峰位（chn） 5th=159.72 5th=159.54 5th=159.64 5th=159.59 5th=159.47 半高宽（chn） 14.06 14.86 14.6 14.98 14.84 净面积 23081 29189 34468 42401 53613 分
10、辨率(%) 8.81 9.31 9.14 9.39 9.3 总计数率 645 681 735 803 952 R(g/cm2) 9.86 7.42 4.93 2.47 0 峰位道数 159.72 159.54 159.64 159.59 159.47 总面积 30944 36708 42470 50488 61991 全谱计数 322857 340719 367132 401003 476076 图表（2）测量铝吸收系数数据 cs-吸收铅 668v 500s 0.3 倍 512160 道 40.5cm 组别 1 2 3 4 5 道数 160 160 160 160 160 计数 3603 44
11、51 5462 6678 8518 峰位（chn） 4th=160.31 4th=160.38 4th=160.31 4th=160.36 4th=160.27 半高宽（chn） 14.56 14.85 14.99 14.92 14.6 净面积 50285 63639 81274 97000 121073 分辨率(%) 9.08 9.26 9.35 9.31 9.11 总计数率 935 1120 1341 1601 2127 R(g/cm2) 8.29 6.18 4.13 2.12 0 峰位道数 160.31 160.38 160.34 160.36 160.27 总面积 63025 7790
12、6 97319 114673 141118 全谱计数 467498 559654 669690 799775 1061850 图表（2）测量铅吸收系数数据 由知： 得 得：铝的=0.2331cm-1 铅的=1.1964cm-1 三三 实验实验分析分析 通过本次实验了解闪烁探测器的结构与原理， 了解射线与物质相互作用的特 性以及窄束射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。 另外通 过这次实验对核技术有个初步的了解。 对于核技术在生活和发展方面的运用也有 一定的了解，也明白做实验不仅要明白实验中的原理，也要知道它们对于的运用 方面。 5 本次实验实验实现了对 137Cs 和60Co
13、的射线能谱的测量，但所得的实验结 果存在一定的误差，通过查找相关资料资料可能原因有： 1)、闪烁体由于长期使用性能下降，使有效的闪烁次数减少； 2)、计数不够多，能谱峰值处的横向座标还不够稳定就读了数 3)、调节放大倍数的器件本身有仪器误差。 在吸收系数的测定的实验中所得的结果与理论值也存在这偏差， 可能的原 因有： 1)、由于每次试验中探测器与放射源的距离都相等，这样导致每次试验过程 中探测器与放射源之间的空气厚度不一样，由于空气对涉嫌也具有吸收能力， 这样增加了实验的误差； 2)、 在试验中 Al 片与 Pb 片的放置位置不是很规则， 它们之间存在一定间隙， 对实验结果产生影响； 3)、试
14、验次数太少，导致偶然误差较大； 4） 、NaI(TI)闪烁晶体的发光效率受温度的影响，在不同的温度下，同样能 量的射线打出的光子数会发生变化，其结果必然会影响实验的准确性。 在试验的过程中要特别注意人身安全。 在实验过程中一定要小心拿取放置放 射源， 并时刻注意时刻注意射线的位置及其朝向。实验结束后必须注意把电压与 放大系数调零，以避免下次开机电压过高造成的损坏。 在实验中也要读懂实验材 料，明白试验中各个测量值的具体含义，以及如何转化成自己所需的数据。力求 严谨，不能忽略每一个对实验结果有影响的因素，多分析探讨。还要有耐心做好 多次的重复实验。 。 四四 问题分析问题分析 1.名词解释 半高
15、宽：又称为半峰宽，是指吸收谱带高度最大处高度为一半时谱带的 全宽。 净面积：光电峰的毛面积与本地面积之差。 2.是否可以将 137Cs 和60Co 的探测时间 160s 和 320s 互换进行实验？ 不可以，因为 137Cs 的放射性要强于60Co，互换后60Co 实验时 300 秒并没有 达到稳定状态，不能完整反映出其能谱特性。而 137Cs 在 300 秒时就可以达到稳 定状态，没有必要用 500 秒的测量时间。 3 3. .为什么要将放大器的电压调零后再继续进行实验，如不调零会有什么问题？ 如不调零，将使实验物质在规定的探测时间内达不到稳定状态。从而影响实 验的精确性，而且前面测量的结果会对后来的实验造成影响。 4 4. . 实验中每一块吸收物质的厚度是 10 毫米， 若将两块 5 毫米的吸收物质用手压 缩至 10 毫米，并进行实验，是否有影响？ 6 有影响，在两块吸收物质之间还将存有部分空气，可以吸收，所以对实验造 成一定的影响。 5 5. . 实验中所纪录的数据哪一个用来计算吸收系数最具有代表性？ 净面积。净面积即为实验中探测到的全能峰减去其下面的本底面积。这一面 积其横左边体现了射线的道数（能量） ，纵坐标体现了它的计数（数量） ，因此 最具有代表性。 6测
