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1、五实验数据处理与分析五实验数据处理与分析 第一次实验：掌握并熟悉 NaI（Tl） 谱仪，确定谱仪的工作参数。1. 预热几分钟，熟悉多通道脉冲幅度分析器数据采集软件的使用。 2. 由于实验没有配备示波器，因此无法利用示波器观察闪烁体探头输出信号。 3.本实验利用放射源137Cs 通过改变高压、放大倍数、道数等参数观察能谱曲线的变化。a）把放射源放在托盘上，调节改变电压分别为Cs137400V，500V，550V，600V，保持测量道数 1024 道和放大倍数 4.00m 不变， 数据采集时间设为 200s，所得能谱曲线如图 1 所示。图 1.不同高压下对应的能谱曲线结论：由图 1 可以看出，随着
2、电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。b)调节改变放大倍数分别为 3.00m，4.00m，4.50m，5.00m，保持测量道数 1024 道和电压 5000V 不变，数据采集时间设为 200s，所得能谱曲线如图 2 所示。图 2.不同放大倍数下对应的能谱曲线 结论：由图 2 可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。c） 调节改变通道数分别为 256，512，1024，2048，4096 保持放大倍数 4.00m 和电压 500V 不变，数据采集时间设为 200s，所得
3、能谱曲线如图 3 所示。图 3.不同放大倍数下对应的能谱曲线结论：由图 2 可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。d） 把放射源放在托盘上，通过反复调节，最后参数调节为：通道数Co601024、放大倍数 4.70m、电压值 525V，数据采集时间设为 200s，所得能谱 曲线如图 4 所示。图 4.60Co 的能谱曲线 分析：我们测得的60Co 的能谱曲线的两个全能峰都能清楚看见，查阅的衰变纲图可知两个全能峰的能量分别是 1.17MeV 和 1.33MeV，其中Co601.33MeV 的全能峰对应道数 905,由计算 1.
4、33MeV/905*1024=1.505MeV,可知 整个能谱的能量范围约在 01.5MeV。误差分析：由上图可以看出，能谱曲线并不是平滑的曲线，跳动很大，而 他几个小组同学所作的结果也是这样，因此我们认为造成曲线不平滑是因 为60Co 放射源本身的原因。e） 把放射源放在托盘上，参数保持不变，所得能谱曲线如图 5 示。Cs137图 5.的能谱曲线分析：如图 5 所示，137Cs 的能谱曲线是三个峰和一个平台的连续分部。参 考137Cs 的放射源衰变纲图，峰 A 为全能峰，这一幅度的脉冲是 0.662MeV的 光子与闪烁体发生光电效应而产生的，它直接反映了 射线的能量； 平台 B 是康普顿效应
5、的贡献，它的特征是散射光子逃逸出晶体后留下的一 个连续的电子谱。峰 C 是反散射峰，当 射线射向闪烁体时，总有一部分 射线没有被吸收而逃逸出，当它与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时， 反散射光子可能进入闪烁体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。4.能谱数据。 a)确定实验条件。把放射源60Co 放在托盘上，测量道数设置为 1024,通过反复调节，最后参数设置为：放大倍数 4.70m、电压值 525V，数据采集时间设为200s，所得能谱曲线如图 6 示，和第一次实验一样，两个全能峰的能量分别是1.17Me
6、V 和 1.33MeV，其中 1.33MeV 的全能峰对应道数 905,由计算1.33MeV/905*1024=1.505MeV, 整个能谱的能量范围约在 01.5MeV。符合实验 的要求，所以选择道数 1024、放大倍数 4.70m、电压值 525V，数据采集时间设 为 200s 作为实验条件。ABC图 6. 确定实验条件时的能谱曲线Co60b) 保持以上实验条件不变，测量本底、以及未知放Co60Cs137Ba133Na22射源的能谱。 5.数据分析 a） 本底的能谱曲线。图 7.本底的能谱曲线结论：由上图可知，本底也会产生计数，即本底能谱曲线对各放射源的能 谱曲线有一定的影响，所以在分析各
7、放射源的能谱曲线时扣除本底的影响， 否则会引起较大的误差。b) 扣除本底影响后，可得、的能谱曲线如下列图所示。Co60Cs137Ba133Na22查阅已知源的衰变纲图，根据测量的能谱曲线确定各峰对应的射线能量。图 8 的能谱曲线Co60图 8.137Cs 的能谱曲线1.333MeV1.173MeV0.6617MeV图 9.133Ba 的能谱曲线图 10.22Na 的能谱曲线C）分析各峰的峰参数，得出得出 谱仪的能量分辨率，做出能量刻度曲线， 分析其线性。1)由图 8-图 10 可得各放射源峰道址和对应射线能量如表 1 所示；0.3560MeV0.5110MeV表 1 放射源峰道址和对应射线能量
8、的关系 放射源Co60Cs137Ba133Na22道址 N821909480257365 能量 E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110由表 1 可用 origin 拟合的 EN 曲线图如图 11 所示：图 11.各已知放射源全能峰点 E-N 线性拟合图线性拟合出来的结果为所以 E 和 N 的关系为： E=-0.03639+0.00149N 此即为能量线性刻度曲线，线性拟合度 R=0.99857，线性度非常接近 1，说明这 组数据较为合理。2) 计算 谱仪的能量分辨率因为标准放射源的全能峰最为明显和典型，所以选用其 射线的能量分辨率来检验Cs137与比较 谱仪的能量分
9、辨率。如下图所示：图 12.137Cs 的能谱曲线图 由图 12 可知，全能峰对应的道址为 N=480，半峰高处对应的道址为 N1=501和 N2=455。 因此的全能峰的半宽度为：Cs137道46455501N2-N1N 由图 11 和所得的 EN 拟合方程 E=-0.03639+0.00149N 可知，能量 E 与道 址数 N 成线性关系，所以能量分辨率可写为：NN VV EE所以的能量分辨率为：Cs137%58. 9%10048046NNCs误差分析：137Cs最佳的能量分辨率为 7.8%，我们所测得的实验结果为 9.58%，相差较大，由此可知实验所用的闪烁谱仪能量分辨率不是很好，谱仪对
10、相邻脉 冲幅度或能量的分辨本领不很理想。这也有可能是由实验误差造成的，比如实 验条件还不是没有调成最佳的，读数的误差等。同理可求出测量其他放射源时的谱仪分辨率为：表2.测量不同放射源在不同的全能峰时的谱仪分辨率480501455放射源Co60Cs137Ba133Na22能量 E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110 对应道数 N821909480257365 半宽度N6950464240 能量分辨率8.40%5.50%9.58%16.3%10.9% 由上表可知：闪烁谱仪分辨率在测量测量不同放射源在不同的全能峰时是不同 的。当全能峰的峰位较大时，谱仪的分辨率较好。3）计
11、算当前已知源的活度 表 3 已知放射源活度表（测量时间为 1991 年 7 月 1 日） 放射源Co60Cs137Ba133Na22活度kBqA/071.848.0127.040.2半衰期y/5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的规律进行衰变： teNN0其中表示初始的未发生衰变的原子数目，N表示当前剩余的未衰变原子0N数目，是一个衰变常数，对于不同的元素，相应的也是不同的。 定义时所经历的时间为，称为半衰期，可得出其衰变常数，2/0NN/2ln 放射源活度 A 表示单位时间内放射源发生的衰变次数，对于一定量的放射 源而言，其总体的活度与其包含的放射性粒子数目是成正比的，即：
12、teAA0本次的实验时间为 2010 年 12 月 28 日，表 3 中的放射源活度测试时间距离 实验时的时间间隔为 t=19.49 年。由上面几个式子可得出当前各已知放射源的 活度如表 4 所示： 表 4 已知放射源实验时活度（2010 年 12 月 28 日）放射源Co60Cs137Ba133Na22活度kBqA/071.848.0127.040.2半衰期y/5.2730.0810.522.60衰变常数1/y0.1320.02300.06590.267实验时活度kBqA/5.6430.7035.500.234） 得到探测效率曲线；以的全能峰为例，计算其探测效率。Cs137由图 8137Cs
13、 的修正能谱曲线图并结合其半峰宽的位置可以得出，137Cs 全能 峰的通道数范围为 455501，由于横坐标的每个间隔为 1，所以对这个范围内的纵坐标进行求和即可求得全能峰在以通道数为横坐标下的面积,即)(ES 50145574073.11111046)()(iicountES由 E-N 的线性关系E=-0.03639+0.00149N 可得，实际的全能峰面积110.377407349001. 0)(49001. 0)(ESES已知，测量时间 T=200s，活度 A 由表 4 可知 A=30.7（kBq） ，分支比 b 由的衰变纲图可知 b=85.1%，故的探测效率为：Cs137Cs137%1
14、1. 2%100%1 .857 .3020037.110)()(TAbESE同理可得其他已知放射源各全能峰的探测效率，如表 5 所示。 表 5 谱仪在各放射源峰值处探测效率放射源Co60Cs137Ba133Na22能量 E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110 全能峰面积)(ES17.1010.08110.37255.152.70测量时间T/s200200200200200活度 A/kBq5.645.6430.735.50.232 分支比 b99.97%99.98%85.1%62.05%99.94% 探测效率)(E1.51%0.89%2.11%5.79%5.82%用
15、origin 作指数衰减拟合得曲线如图 13 所示E0.20.40.60.81.01.21.40.010.020.030.040.050.060.070.080.09Data: Data1_B Model: ExpDec1 Equation: y = A1*exp(-x/t1) + y0 Weighting: yNo weightingChi2/DoF= 0.00035 R2= 0.85644y00.00617 0.03307 A10.1992 0.14701 t10.41633 0.44562BExpDec1 fit of Data1_BE/MeV图 13.谱仪的探测频率曲线 可以近似地认为
16、谱仪的探测效率曲线为指数衰减函数：)416.0exp(199.000617.0)(EE由拟合关系可知探测效率随能量增大以近似的指数形式衰减。 5） 根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量，判断放射源的种类 在相同实验条件下，测出未知放射源的能谱曲线如图 28 所示图 14.未知放射源的能谱曲线由 E-N 的线性关系E=-0.03639+0.00149N 可得，图 28 标识出的全能峰所对应的能量为： 表 6 未知放射源各全能峰对应的能量N74114169245557677769955E/MeV0.0740.1340.2150.3290.7940.9721.1091.387 例如：E（60）=0.02001+0.00154*60=0.112MeV对比元素的衰变纲图：Eu152StrongStrong Gamma-raysGamma-rays fromfro
