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1、实验二 符合法测量放射源活度一. 实验目的1、学习符合测量的基本方法。2、学习用符合方法测定60C o放射源的活度。二. 实验内容1、调整符合系统的参量，选定工作条件，观察各级输出信号波形及其时间关系。2、测量符合装置的分辨时间。3、 用符合方法测量60C o级联衰变的放射性活度。三. 实验原理符合技术是利用电子学方法在不同探测器的输出脉冲中把有时间关联的事 件选择出来。选择同一时刻脉冲的符合称为瞬时符合。选择不同时的，但有一定 时间联系的脉冲符合称为延迟符合。相反，排斥同一时刻或有时间关联脉冲的技 术就是反符合或延迟反符合。符合法是研究相关事件的一种方法，在核物理与核 技术应用的各领域中获得
2、了广泛应用，如测量放射源的活度、研究核反应产物的 角分布、激发态的寿命及角关联的测量、测量飞行粒子的能谱，研究宇宙射线和 实现多参数测量等。符合实验装置图如图21。Y探头光电-倍增管NaI晶体-一P探头跟随器塑料- 闪烁体跟随器高压电源线性-定时11延迟11-T*定标器放大器单道111成形111脉冲 发生器光电 倍增管高压电源示波器线性 放大器沙延迟成形符合定标器NIM机箱 低压电源1、符合分辨时间探测器的输出脉冲总有一定的宽度，在选择同时事件的脉冲符合时，当从两 个探测器输出的脉冲起始时间差别很小，以至于符合装置不能区分它们的时间差 别时，就会被当作同时事件而记录下来，即符合装置有一定的时间
3、分辨能力，符 合装置所能够区分的最小时间间隔称为符合分辨时间，它的大小与输入脉冲的形 状、持续时间、符合电路的性能都有关系。分辨时间是符合装置的基本参量，它决定了符合装置研究不同事件间的时间 关系时所能达到的精确度，对于大量的在时间上互不相关的独立事件来说，只要 两个探测器的输出信号偶然地同时发生在 时间间隔内，这时符合电路也将把它 们作为同时事件而输出符合脉冲，但这个事件不是真符合事件，这种不具有相关 性的事件之间的符合称为偶然符合。例如某个核在某时刻发生衰变，其 粒子被 探测器记录，但级联的 没有被 探测器记录到，然而此时恰好 探测器记录了 另外一个衰变核的 射线，那么这两个来自于不同原子
4、核衰变的 和 射线在符合 电路中产生的符合就是无时间关联事件的符合，即属于偶然符合。假定不具有时间关联的两道脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽度为 ，偶然符 合的计数率和两个输入道的计数率分别为n、n和n2，则有rc 1 2 （2-1）显然，减少 ，能够减少偶然符合几率，但由于辐射进入探测器的时间与输 出脉冲之间存在统计性的时间离散，当 太小时，使得某些同时事件的脉冲因前 沿离散而时距大于符合电路分辨时间的可能性增加，从而使得真符合丢失的几率 增大。2、测量符合分辨时间的方法1）偶然符合方法测量分辨时间通过测定偶然符合计数率 和两道各自的计数率 和 ，根据（2-1）式就 可以得到符合分辨时间 。其中
5、两道的计数率应是时间上无关联的粒子在两个探 测器中分别引起的计数率；符合道计数率 应纯粹是偶然符合。但实际测量到 的符合计数率中还包含有本底符合计数率 。本底符合计数率是由宇宙射线和周 围物体中天然放射性核素的级联衰变，以及散射等产生的符合计数所构成。所以 实际测量到的符合计数率 为：在固定实验条件下可认为本底符合计数率 是不变的，则 和 是直线 关系。通过改变放射源到探测器的距离或其它方法使 、 和 改变，作出几 组 和 的数据。用最小二乘直线拟合，可以求出直线的斜率 和截距 。符合计数率符合计数率60Co （5.27年）2）利用测量瞬时符合曲线的方法测定符合装置的分辨时间 对于瞬发事件，即
6、两事件发生的时间间隔远小于符合分辨时间 的事件，人 为地改变它们的相对延迟时间 ，符合计数率随 的分布曲线称为瞬时符合曲线 如图2-1所示，用脉冲发生器作为脉冲信号源，同时输入到两道。先把其中一道 的脉冲延迟某一时间，这时两道脉冲相互分开，不同时进入符合电路，没有符合 计数。然后调节另一道的延迟时间，改变它们的相对延迟时间，当两道脉冲在时 间上符合时，将有符合计数，结果可以测到如图2-2a所示的瞬时电子学符合曲 线，成矩形分布，其宽度为2 ， 称为电子学分辨时间。其中 是 粒子在 探测器中引起的计数率， 是 射线在 探测器中引起的计数率，是真符合计数率。所以，60CO放射性活度可以表示为：(2
7、-3)可以看到活度的计算结果只与 计数道， 计数道和符合计数道的计数率有 关，与探测器的探测效率无关，这给放射源的活度测量带来很大方便。但是，为 得到准确的活度，还必须进行一系列的修正。因为实际测到的符合计数中还包含 有偶然符合的计数，本底符合计数， 符合计数等； 道和 道的计数还必须 扣除本底；此外，还应考虑所测量核素的衰变特性，如角关联，内转换等。1) 道、 道和符合道计数率的实验测定道：测到的 道的总计数率 并不全由 粒子所贡献，还有本底计数率和60Co的 射线在 探测器中引起的计数率，所以 道中由 粒子引起的计数率为：( 2-4)根据60Co发射的射线能量，在放射源的对着探测器的一侧加
8、上厚度足 以挡去 射线的铝吸收片，这时 道计数率由本底和 射线所造成，即(2-4) 式中的 。道： 道测量到的总计数率 中包含本底计数率 ，所以由 射线引起 的计数率应是：( 2-5 )测量有放射源时的计数率 和没有放射源时的本底计数率 ，两者之差即为 。符合道：因为 探测器对 射线也有一定灵敏度，因而符合道计数率 由 四个来源组成，即：( 2-6 )其中nc是符合道的总计数率，nc0是 真符合计数率，ncb是本底真符合 计数率， 是 探测器和 探测器测到的 射线计数引起的 真符合计数 率，nrc是偶然符合计数率。所以真符合计数率为：当真符合计数率远小于两道计数率时，即 和 时 , 偶 然符合
9、计数率可以由实验测定的分辨时间 以及 、 ，根据（21）式计 算得到：（2-8）为得到真符合计数率n0，必须确定（2-7 ）式括号内除偶然符合计数率c0外的其它两项。为此在60Co放射源的对着 探测器一侧放上足以挡住全部 粒子的铝吸收片，这时符合计数率nb0应该是：b0（ 2-9）其中，和“ b的含义与（2-6）式中一样，是这种情况b下的偶然符合计数率，其中 是 道的计数率，是 道的计数率：（ 2-10）其中 是 探测器的本底计数率， 是 射线在 探测器中引起的计数率。把（ 2-9）式和（ 2-8）式代入（ 2-7）式得到真符合计数率为：（ 2-11）所以60Co放射源的活度为： （2-12）
10、2）符合法测量放射源活度的误差和限制 由（2-12）式，在 和 本底较小条件下，用误差传播公式导出放射源活度A0的相对标准误差为：（2-13）可见 除了与 、外，还与 和、nc、T、的相对误差、的比值有关。安排实验条件，使得有关和，且 、 的相对误差比起符合计数相对误差来一般都很小，上式可化简为：2-14)真符合计数率与偶然符合计数率之比称为真偶符合比，是符合实验的 一个重要指标。为保证真符合计数率大于偶然符合计数率，要求真偶符合 比大于1（），而从（2-1）式和（2-3）式，真偶符合比应等于，所以要求符合测量时 一。这说明用符合方法所能测量的放射源活度受符合分辨时间限制。采用小的符合分辨时间
11、，允许测量活度高的放射源。此外， 素的活度。符合法只适合于测量那些具有 、 级联衰变的放射性核四. 实验装置名称型号数量Y闪烁探头FJ-3741个卩闪烁探头FJ-374型（内装薄塑料闪烁体）1个NIM机箱+低压电源ORTEC 4001A/4002D2套定时单道分析器ORTEC 5512个高压电源ORTEC 5562个符合电路ORTEC 418A1个双路能谱放大器ORTEC 8551个精密脉冲发生器ORTEC 4801台二路定标器FH-10931个双通道示波器1台放射源60C 0 和 137Cs各1个铝吸收片1片五. 实验步骤及数据处理1、 调整仪器工作状态。1） 按照图2-1 连接实验仪器，用
12、脉冲发生器作为信号源（暂不使用探测器 作为信号源），调整符合系统的各项参数使系统工作正常；其工作条件 如下：脉冲发生器： 负信号，Pulse Height 3V, Attenuator *2 *5 线性放大器： Fine Gain: 5， Coarse Gain:4定时单道：Upper Level 6V, Lower Level IV, Delay 1p s & 1.4s01物烫权丸叢I b I* 卩2） 观察并在方格纸上实录各级信号波形，注意记录它们之间的时间关系， 实录结果如下：3）改变输入信号大小，观察并记录定时单道输出脉冲的时间稳定性。定时单道输出脉冲的时间稳定性可以看出，输入信号的变
13、化对单道输出的时间有一定的影响，其变大或变小会使原本同时的两个单道输出产生时差，但差别是u S量级4）如果两道的定时单道输出脉冲不同时，则应调节定时单道的“延时”使 它们“同时”。2、 测量瞬时电子学符合曲线。1）先固定其中一道脉冲的延迟时间（调到2Ms左右），然后调节另一道的“延 时”，改变它们的相对延迟时间关系（相对延迟时间可以从示波器或十圈电位器 上读得），用示波器观察符合道波形随二道相对延迟时间变化而变化的情况，粗 测两道脉冲信号“同时”时的符合装置的延时位置。单道1延迟：2ps单道2延迟：1.482 , 52片时，符合波形如图所示：td/ys1.51.521.541.581.61.7
14、1.81.922.1n 符/s-103.950505050050505050td/ys2.22.32.42.442.462.482.492.52.522.54n 符/s-1505050505044.30.2000瞬时电子学符合曲线1入符n b1J00.51L1.522.536050403020100-10td/迈得到符合单元的电子学分辨时间为1.52.5ps。3、用 60Co 放射源作瞬时符合曲线。1 ）用60CO放射源探测器产生的信号代替精密脉冲发生器作为输入信号。a）注意选择 和Y探测器的高压及其各自后续线性放大器的参数，使射线（或Y）的 输出信号幅度在合理的范围内；B探测器：高压：640V，增益：4.2*40 ,单道上阈3.12V，下阈0.278VY探测器：高压：400V，线性放大：2.5*40，单道上阈8.36V，下阈0.28Vb）另外，单道的阈值也应仔细设定，以确保两路单道的输出分别包含了和Y的信号， 并
