NaITl单晶γ能谱的测量

1、第一次实验：掌握并熟悉Nal (Tl) Y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岀信号。3本实验利用放射源137Cs通过改变髙压、放大倍数、道数等参数观察能谱曲线 的变化。a)把放射源Cs放在托盘上，调节改变电压分别为500V, 550V, 600V, 630V, 保持测量道数1024道和放大倍数不变，数据采集时间设100s,所得能谱曲 线如图1所示。80700O60O50cnoo400O30O2000020040060080010001200Cha nnel图1.不同高压下对应的

2、能谱曲线结论：由图1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，输岀脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其髙度降低。b)调节改变放大倍数分别为，保持测量道数1024道和电压550V不变，数据 采集时间设为100s,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可以看岀，随着电压的升髙，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保持放大倍数和电压550V不变，数据采集时间设为100s,所得能谱曲线如图3所示。1600.1400-1200-1000-

3、800-600-400-200-0-200-Ir01000 200030004000Channel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6咗。放在托盘上，通过反复调节，最后参数调节为：通道数1024、放大倍数、电压值550V,数据采集时间设为300s,所得能谱曲线如图4所示。350300-250-200-150-100-50-0-50-20040060080010001200Channel图的能谱曲线分析：我们测得的“CO的能谱曲线的两个全能峰都能清楚看见，查阅CO的

4、衰变纲图可知两个全能峰的能量分别是和，其中的全能峰对应道数835,由 计算835*1024二,略超，不影响后续实验。137600-400300-200-100 -0-Cs200400600Channel8001 000 1200e）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。图5】叱$的能谱曲线分析：如图5所示，cs的能谱曲线是三个峰和一个平台的连续分部。参考 Cs的放射源衰变纲图，峰A为全能峰，这一幅度的脉冲是的Y光子与闪烁 体发生光电效应而产生的，它直接反映了 Y射线的能量；平台B是康普顿效 应的贡献，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Y

5、射线射向闪烁体时，总有一部分Y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。4.能谱数据。以。的测量条件为标准，即电压固定为550V,放大倍数，通道参数为1024,再分别测量本 底、叱。、s、论、未知放射源分别放入时的能谱；5数据分析本底的能谱曲线：Channel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137Cs

6、y 133Ba 2ZNa的能谱曲线如下列图所示。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。25060Co200三 150-n(3100-50010200400600800iooo 1200Channel图8 “Co的能谱曲线0.6617MeV600-500-400-300-200-100-137Cs-10020040060080010001200Chanel图的能谱曲线70003O-6000 5000 4000 3000-2000 1OO O20040060080010OOOOChannel-1OOO Jr-O图的能谱曲线806040 琴 20- 302040200400

7、6008001000 00-60-Jr0Channel图的能谱曲线C）分析各峰的峰参数，得出得出Y谱仪的能量分辨率，做岀能量刻度曲线，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; 表1放射源峰道址和对应射线能量的关系放射源1376sfa道址7740835435233340能量E/MeV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能量与道址线性拟合图根据拟合结果，E二+,能量线性刻度曲线，线性拟合度Rr线性度非常接近1, 说明这组数据较为合理。2）计算Y谱仪的能量分辨率因为标准放射源Cs的全能峰最为明显和典型，所以选用其Y射线的能

8、量分辨率来检验与比较Y谱仪的能量分辨率。如下图所示：lunoo图的能谱曲线图由图12可知，全能峰对应的道址为N=435,半峰高处对应的道址为Nl=413和N2=449。因此的全能峰的半宽度为：A/V = N2N1 = 449 413 = 36道由图11和所得的EN拟合方程E=+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：所以的能量分辨率为：% = = xlOO% = 8.28%N 435误差分析：1：Cs最佳的能量分辨率为,我们所测得的实验结果为,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，

9、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放射源606b%宙Ba22Na能量E/MeV对应道数N744837435234337半宽度4V4946363033能量分辨率%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MCoi叱s%Na活度血/ kBq半衰期T/y放射性元素按照以下的规律进行衰变:其中叽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

10、原子数目，几是一个衰变常数，对于不同的元素，相应的入也是不同的。定义Ar = A； / 2时所经历的时间为r,称为半衰期，可得出其衰变常数入，2 = ln2 / r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：A =九 e本次的实验时间为2012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(2012年12月28日)放射源1376sBarr .-Aa活度血/ kBq半衰期T/y衰变常数2/y-1实验时活度A /

11、kBq4)得到探测效率曲线；以心的全能峰为例，计算其探测效率。由图8l37Cs的修正能谱曲线图并结合其半峰宽的位置可以得出，Cs全能峰的通道数范围为413-449,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sU),即449SE) = count(i) = 255 + 263 + =16646/=413由E-N的线性关系E二+可得，实际的全能峰面积5(E) = 0.00163 x 5 () = 0.00163 X16646 = 27.13已知，测量时间T=100s,活度A由表4可知A=(kBq),分支比b由皿&的 衰变纲图可知b=%,故Q

12、s的探测效率为：27,13100x29.27x85.1%x 100% = 1.09%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陀S-Aa能量E/MeV全能峰面积SIE)测量时间T/s300300100100620活度A/kBq分支比b%探测效率血)%用origin作指数衰减拟合得w -疋曲线如图13所示0.035-0.030-0.025-0.020-UJ、這 0.015-0.010-0.005-0.000-0.2 BExpGrol fit of Data1 BI1I1I1I1I1I0.40.60.81.01.21.4E/MeV图13 谱仪的探

13、测频率曲线 可以近似地认为谱仪的探测效率曲线为指数衰减函数:0.857w(E) = -0.00865 + 0.05645exp(-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- uueqo7000-6000-5000-4000-3000-2000-1000-0- 1t020040060080010001200Channel图14 未知放射源的能谱曲线由E-N的线性关系&=+可得，图14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N7210416022

14、5510627705877E/MeV对比圧民元素的衰变纲图:Strong Gamma-rays from Decay of EU-152Decay modeHalf-lifeGamma-ray energy (keV)Intensity (%)ECH+_ECY+_ECY+_ECY+ECY+_ECY+_ECY+_B-Y+_B-Y+_图29圧屁的衰变纲图将图29中的衰变纲图与表6中的能量进行对比之后，可以确定，该未知放射源是皿民。6) 根据探测效率曲线，计算未知放射源的活度实验中测得的count为探测到的放射线数必，而实际放射线数垃，=M / 8. 而活度A = M/T y即探测放射线数等于实际放

15、射线数乘于探测效率，活度等 于单位时间内的放射线数，由此可以用这种方法来计算民放射源的活度。其中能量线性刻度曲线2+,探测效率曲线方程F8(E) = -0.00865+ 0.05645exp()0.857。对全部实际放射线数。进行求和，可得总实际放射线数1024叽.=工附的)=17747278所以代屁放射源的活度ARM、/T=/100Bq= kBq查阅资料可知，民的半衰期大约为，初始活度约为490kBq,距离如今的实验时间为t二，可以算出，如今用民的活度A二kBq。比较实验计算得的活度，可以看到两者非常接近。7) 分析测量结果并总结1本实验测量出了几种已知放射源的能谱曲线，并确定了各峰对应的射线能量。 由各峰的峰参数计算出了 Y谱仪的能量分辨率，做出了能量刻度曲线，计算得到 了各放射源的活度。本实验还根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量, 判断放射源的种类为仗乩。通过这次实验我们掌握了 Y谱仪的原理及使用方法, 学会了测量分析Y能谱，对Y射线和物质的相互作用有了