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1、实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目：能谱及射线的吸收实验目的： 学习闪烁谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对射线的吸收规律实验原理： 1.能谱的形状闪烁能谱仪可测得能谱的形状，下图所示是典型的射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰，又称全能峰，其能量就对应射线的能量。这是由于射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量的X射
2、线，一般来说，闪烁体对低能射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了的全部能量，所以光电峰的能量就代表射线的能量，对，此能量为0.661e。即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。背散射峰是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。2谱仪的能量刻度和分辨率（1）谱仪的能量刻度闪烁谱仪测得的射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用谱仪
3、测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值。例如选择的光电峰0.661e和的光电峰、等能量值，先分别测量两核素的能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值。如果对应的光电峰位于道，对应的光电峰位于道，则有能量刻度 （1）测得未知光电峰对应的道址再乘以e值即为其能量值。（2）谱仪分辨率能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如光子进入闪烁体内
4、损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率为（2）表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左右。对的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。(3)物质对射线的吸收当射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束射线（
5、或良好几何条件下的射线束）。实验表明，单能窄束射线的衰减遵循指数规律： （8）其中、分别是通过物质前、后的射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示，是射线通过物质的厚度，是三种作用截面之和，N是吸收物质单位体积的原子数，m是物质的线性吸收系数，表示单位路程上射线与物质发生三种相互作用的总几率，其大小反映了物质吸收射线能力的大小。可见，如果在半对数坐标图上绘制吸收曲线，那么这条曲线就是一条直线，直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数m。射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度，从（8）式可知： （9）实验内容： 熟悉仪器，开启高压电源，预热20分钟； 用多道分析器测量并观察和的能谱的形状，截
6、取能谱图，在图上指出光电峰、康普顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位； 137Cs的光电峰对应能量为0.661MeV，60Co的左侧光电峰能量为1.17MeV，请对谱仪进行能量刻度、作图，并测量60Co的右侧光电峰能量 确定137Cs光电峰的能量分辨率（不扣本底） 选择良好的实验条件，测量的射线在紫铜吸收片中的吸收曲线（要求至少10个点，各点统计误差小于2%），求出相应的线性吸收系数和半吸收厚度。实验数据：1. 和的能谱图的能谱图的能谱图：2.能谱仪的能量刻度并测量右侧光电峰的值实验测得：峰值道址：454：右光电峰道址：938，左光电峰道址：817已知的光电峰，左光电峰道址有能量刻度根据测得的右光
7、电峰的道址，有右光电峰能量已知右光电峰能量为相对误差，与理论值吻合得较好通过作图也可以发现，的右光电峰确实落在光电峰和左光电峰形成的直线上3.能谱仪的能量分辨率测得的光电峰半高宽39.1道，能量分辨率由于未扣本底，与计算机得出的结果有一定误差4. 的射线的线性吸收系数和半吸收厚度穿透的铜片厚度铜片编号12345678910厚度(cm)0.2940.2840.2900.3000.2880.2960.2860.2860.2880.290按顺序每次叠加一个铜片，那么穿透厚度x为穿透厚度12345678910厚度(cm)0.2940.5780.8681.1681.4561.7522.0382.3242
8、.6122.902每次穿透过后的光强，即光电峰的面积为放铜片编号012345678910光强279542353820098171811444412156103818918750164075665在半对数坐标纸上作图，得到线性拟合得到直线斜率k=-0.5567，又吸收系数m=-k故吸收系数m=0.5567半吸收厚度思考题：1、 用闪烁谱仪测量射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出和的光电峰，应如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？答：合适的工作条件，要求能够充分利用多道分析器的道址范围，具体来说，就是要求的右光电峰恰好能够完全显示，因为的右光电峰能量最大，为试验中的工作条件即为500V左右在测量过程中，此条件不可改变。若改变，将道址能谱图整体平移。如果在测量能量刻度是发生平移，将造成实验结果的错误
