实验12β能谱的测量

1、.实验10 能谱的测量实验目的1. 了解能谱的特点及其测量方法。2. 学会用居里描绘方法分析能谱。3. 学习应用居里描绘、比较半衰期及内转换系数分支比等方法判断跃迁的性质，并得到有关核结构的知识。实验内容1 用高反压Au-Si面垒探测器测量137Cs的能谱。2 作居里描绘图，确定137Cs 粒子的最大能量。3 用logfT1/2值判断跃迁级次，作形状因子修正后的居里描绘并确定粒子的最大能量。4 计算137Cs 0.662MeV的射线的内转换系数分支比，并确定跃迁的多极性。原理衰变指核自发地发射出粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。这一过程在核素表的所有核素范围内几乎都能发生，因此对衰变的研究，

2、特别是能谱测量及分析在核衰变与核结构研究以及同位素应用中均具有重要的意义。1能谱与居里描绘在衰变过程中，发射粒子的同时还发射出中微子（或反中微子），因此衰变能量在反冲核、粒子及中微子三者间分配。粒子的能量没有一个确定值，而是连续分布，其最大能量Emax为衰变能。一般能谱形状如图1所示。根据经典的衰变的费米理论，可以导出粒子的动量分布为： （1）如果使用修正的费米函数代替（1）式中的F(Z,p)，则得到： （2）整理后为 （3）其中E为粒子的动能（MeV）；为粒子的总能量（m0c2）、；max为粒子的总能量（m0c2）、；p为粒子的动量、；F(Z,p)为费米函数；K、K对于容许跃迁是常数。将实验

3、测得的能谱，对作图，使用这种方法来表示实验结果的图称为居里描绘。对于容许跃迁的居里描绘为一直线，因此该直线外推到与轴之交点，即可比较精确地确定Emax。对于禁戒跃迁，居里描绘往往不是一条直线，但是选择合适的形状因子Sn(E)修正后，如果得到直线的居里描绘图那么可以肯定这种跃迁是唯一型禁戒跃迁，其禁戒级次由Sn(E)的级次n决定。修正后的居里描绘公式为对唯一型一级和二级跃迁有：通常更简便的办法是采用比较半衰期值来判断跃迁级次。本实验附录1中给出了各级跃迁的log值的范围。为母核的半衰期（秒）为和子核原子序数Z的函数。当试验上确定能谱的后，根据已知、Z等可由图2中求得log值。对于复杂谱需要用居里

4、描绘进行分解，求出各组粒子的最大能量，再由谱的形状因子及logfT1/2值来判断跃迁类型或级次，并可由谱所包围的面积计算出各组粒子的相对强度。2内转换系数分支比和跃迁得类型及多级性在许多核连续谱背景上出现明显得单能电子峰。这是由于原子核从激发态跃迁到较低态或基态时，除发射光子外，还可以把激发能直接交给原子的壳层电子而发射出电子。这种现象称为内转换，它与衰变过程完全不同。其放出的电子称为内转换电子，能量为其中是跃迁的能量，i表示原子的不同壳层如K 层、L层、M层。是i壳层电子的结合能。这些内转换电子具有单一的确定的能量，因此可用来对谱议进行能量刻度。内转换系数定义为，在原子核两状态间发射内转换电

5、子和光子几率之比即式中、和、分别相应于发射内转换电子和光子的几率及单位时间的发射数目。内转换系数可由实验测定，也可以由理论计算得出，比较实验值与理论值便能够确定跃迁的内型及多级性，从而获得有关能级特性的知识。但直接测量内转换系数是比较困难的，而测量内转换系数分支比可有更高的精度，因此，常常是通过内转换系数分支比来与理论作比较。不同壳层或支壳层内转换系数之比如L/K比定义为、表示单位时间K层及L层发射的内转换电子数目。实验上，只要谱议有较高的能量分辨率，能够将K和L层内转换电子峰分开，就可以由峰下面积求出比。附录中给出了137Ba内转换系数及其比的理论值。射线穿透力较强，例如1MeV的电子在硅中

6、射程约为1mm。因此，供谱议使用的半导体探测器必须具有足够厚的耗尽层。一般选用Si(Li)探测器或厚耗尽层的Au-Si面垒探测器。本实验选用高分压Au-Si面垒探测器配以低噪声电荷灵敏放大器，在室温、非真空条件下，用多道分析器进行能谱测量。实验装置前放主放多道脉冲分析器精密脉冲发生器脉冲示波器数据处理设备高压电源放射源Au-Si面垒探测器实验仪器高反压Au-Si面垒探测器 耐压600伏以上 1 个电荷灵敏放大器 FH-432（耐压500-600伏） 1 台多道分析器 FH-421 1 台高压电源 300-2000伏连续可调 1台脉冲示波器 SBM-10 1 台137Cs(204Tl)放射源 几

7、十微居 1 个实验步骤1 测量137Cs的谱和内转换电子谱。1) 按图连接各仪器，并根据给定的探测器偏压、电荷灵敏放大器的放大倍数等条件使谱议处于正常工作状态。置源于探头前源架上并用示波器观察137Cs源脉冲信号。2) 将信号送入多道分析器，进行能谱测量。测量时间要足够长，以使137Cs内转换峰有足够多的计数。2 同上条件测量204Tl谱。3 用脉冲发生器对系统进行线性刻度。1) 将脉冲发生器信号输入到多道分析器，调节脉冲幅度Vi，在多道道址上找到与它对应的道数Hi 。2) 改变脉冲输出幅度为V2、V3测得与它们相对应得道数H2、H3直测到多道分析器得最高道数为止，并注意校准零道阈附近之值。4 数据处理结果分析及数据处理思考题1. 试说明实验中为什么选用137Cs内转换电子峰作能量刻度，而不用137Cs的射线作能量刻度？2. 试诉能否测量到60Co源的内转换电子峰。3. 已知137Ba基态自旋I=3/2、宇