2-4物质对伽马射线的吸收实验报告

1、近代物理实验报告指导教师： 得分：实验时间： 2009年12月14 日, 第十六周,周一，第 5-8 节实验者：班级材料0705学号200767025姓名童凌炜同组者：班级材料0705学号200767007姓名车宏龙实验地点：综合楼 507实验条件：室内温度 ,相对湿度 ,室内气压实验题目：物质对伽马射线的吸收实验仪器：（注明规格和型号）射线放射源；闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；吸收片若干。擬闖器定赫黠吸收片准置屏吨粉有畑沁财源仪器组成如下图所示:啜收片fa）2-4 * 了吸收的装置示施图 GO-般矮置Mb）本实舱鉴实验目的：1. 了解掌握射线与物质相互作用的性质和特点2.

2、学习掌握物质对射线的吸收规律ffl 2-4-13. 测量射线在不同物质中的吸收系数实验原理简述：当原子核发生 和衰变时，通常衰变到原子核的激发态，由于处于激发态的原子核是不稳定的， 它要 向低激发态跃迁，同时往往放出 光子，这一现象称 为衰变。光子会与下列带电体发生相互作用， 原 子中的束缚电子，自由电子，库伦场及核子。这些类型的相互作用可以导致下列三种过程的一种发生：光子完全吸收、弹性散射、非弹性散射。如右所 示为为射线与物质相互作用的示意图图中的三种状况分别为：1. 低能时以光电效应为主。2. 光子可以被原子或单个电子散射到另一方向，其能量可损失也可不损失。3. 若入射光子的能量超过 1.

3、02MeV，则电子对的生成成为可能从上面的讨论可以清楚地看到，当光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应能量损失，射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为的光子就消失，或散射后能量改变、偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射束中移去。射线穿过物质是，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变， 因而没有射程概念可言，但可用半吸收厚度”来表示射线对物质的穿透情况。本实验研究的主要是窄束射线在物质中的吸收规律。所谓窄束射线是指不包括散射成分的射线束通过吸收后的光子，仅由未经相互作用或未经碰撞的光子

4、组成。射线束有一定宽度，只要没有散射光子，就可 称之为窄束”射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即l°eI和10分别是穿透物质前后的射线强度;x是射线穿过物质的厚度是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和；N是吸收物质单位体积中的原子数;是物质的吸收系数，反映了物质吸 收射线能力的大小，并且可以分解成这样几项:ph cp射线与物质相互作用的三种效应的截面都随入射射线的能量E和吸收物质的原子序数 Z而改变。如右所示， 图中给出了铅对射线的吸收系数与射线能量的线性关系图。i 2线的吸收系数和能景的英系曲纯.2.oK.6,41。 L V mo.您a实际中通常用质量厚度 Rm2x(g cm

5、)来表示吸收体的厚度，以消除密度的影响,则射线强度的表达式修改为：l(Rm)Rm计数率N总是与该时刻的射线强度成正比，因此可得:InN Rm InN 0将对数形式的吸收曲线表达为图像，得到这样的一条直线，如右图所示.并且可以从这条直线的斜率求出InN 2 In"In2 0.693而物质对射线的吸收也可用半吸收厚度”表示，记作d1/2 实验步骤简述：1 准备1.1在教师指导下，熟悉整套实验装置。1.2检查仪器线路连接是否正确。开启总电源，开启计算机。1.3放大盒前面板的 HV钮反时针扭转到最小，开通放大盒电路，慢慢顺时针转动 HV钮，按放大盒面板上的HV值加高压。稳定 15min。1.

6、4取下放射源137Cs 一枚。1.5打开并放好放射源137Cs，探测器对准放射源。1.6熟悉计算机软件的使用。2 测量铝对射线的吸收2.1在闪烁探测器和放射源之间加上4片已知质量厚度的铝吸收片。2.2调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。2.3启动计数器，探测到设定时间。2.4记录峰道值和峰的净面积“记录吸收片的总质量厚度。2.5依次一片片取下铝吸收片，重复2.3和2.4，测量3片、2片、1片和没有铝片时对射线的吸收。3 测量铅对射线的吸收3.1将铝片换成铅片，重复步骤2全部，测量铅对射线的吸收。4 结束实验4.1关闭计算机。4.2慢慢旋转放大盒前面板上的HV钮反时针

7、扭转到最小。电压降为0后，关闭放大盒电源。4.3将全部放射源放回库房，关闭总电源。4.4充分吸收后，结束本次实验。经教师同意后，可以离开实验室。原始数据、数据处理及误差计算：实验中获得的原始数据如下，其中峰净面积已经由软件自动按照TPA法计算完成Al样品：R/g*cm-202.484.967.439.89N634648970In (N)8.755588.476588.3291758.1176117.996317Lf,Rf560,707553,707564,706572,708548,676Pb样品:R/g*cm-201.863.615.387.23N63465198421735702785ln

8、 (N)8.755588.5560298.3468798.1803217.932003Lf,Rf560,707560,701561,705552,691593,730吸收系数的计算：1. Al样品1.1作图法计算由于有关系式InN-Rm InN。存在，以lnN为应变量， 质量厚度R为自变量， 则函数图像的斜率k 将InN和R画出函数图像，如下所示：丫源强度与吸收体猛量障度的关系曲绒质重密度R从图中取两个点，可以读出直线的斜率为k1=-0.08015 1.2最小二乘法计算从获得的实验数据看，曲线的拟合方程必然是一个y轴截距0,而斜率0的直线方程故将每一个y值减去截距， 使的直线变为过原点的TV而

9、实验数据中包含截距值， 形式，以简化而计算斜率。 计算斜率的公式为如右所示: 过程量如下所示N12345SUMy'0-0.279-0.4264-0.63797-0.75926x*y0-0.69192-2.11497-4.74011-7.50911-15.0561xA206.150424.601655.204997.8121183.769得到最终的拟合斜率值为k1' =08139又吸收系数k ，其中Al的密度为可以得到，由作图法得到的吸收系数值为卩=0.216405而通过最小二乘法得到的吸收系数值为卩=0.219753取两者的平均值，ii'' =0.218079得

10、到半吸收厚度d1/2Al In2 06933.1777 cm2. Pb样品（与Al样品的计算处理方法相同，故文字说明略，只留计算部分）2.1作图法计算¥淋强底与吸吹体质量11宸关系曲线质重岸度R从图中取两个点，可以读出直线的斜率为k2=-0.112522最小二乘法计算N12345SUMy'0-0.19955-0.4087-0.57526-0.82358x*y0-0.37116-1.47541-3.09489-5.95446-10.8959xA203.459613.032128.944452.272997.709得到最终的拟合斜率值为 k1'=0.11151又吸收系数k

11、 ,其中Pb的密度为可以得到， 由作图法得到的吸收系数值为卩=1.27125而通过最小二乘法得到的吸收系数值为卩=1.260063取两者的平均值，=1.23628得到半吸收厚度d1/2Pb 昨 06930.56055cm思考题，实验感想，疑问与建议：1. 什么叫丫吸收？为什么说丫射线通过物质时没有射程的概念？谈谈对丫涉嫌与物质相互作用机制的认识。当丫射线穿过物质时，与物质作用发生光电效应、康普顿效应和电子对效应（当丫射线的能量大于1.02MeV）, 丫射线损失其能量，丫射线与物质的原子一旦发生上述三种相互作用，原来为Ey的光子就消失，或散射后能量改变并偏离原来的入射方向。丫射线通过物质时其强度

12、会逐渐减弱，这种现象称为丫射线的吸收。因为丫射线穿过物质时，强度逐渐减弱，按照指数规律衰减；而不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程的概念可言。丫射线与物质相互作用的实质，就是其光子与物质的原子及电子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应。2. 通过对几种不同物质的吸收系数计算，谈谈在辐射的屏蔽防护方面材料选择的问题。由实验的计算结果可见， Pb的半吸收厚度远小于 Al,说明Pb的吸收能力比Al强，可以推测可能 存在这样的规律，原子量越大的元素作为吸收材料时，对射线的吸收能力越好。 因此防护射线时应当使用重金属材料， 实际生活中常用的是铅板。3. 物质对丫射线的吸收系

13、数与哪些因素有关？根据吸收系数的表达式，可以看出，吸收系数和入射 丫射线的能量，以及吸收物质的原子序数有关。4. 分析三种不同的本底扣除方法对实验结果误差的影响及原因。4.1 TPA法，以直线扣除本底，该方法下最终实验结果的误差受到本地扣除和峰面积的影响较大，应为将两边边界只能较大一部分的不属于光电效应峰的计数值作为峰值计入了最终的峰面积。4.2 Covell法。这种方法在峰的前后沿上去对称地选取边界道，并连接以直线， 将直线一下的面积作为本底值扣除。这样的方法对最终结果的误差影响比 TPA法要小，但是与边界道的选取很有关系， 因此也存在一定的不准确度。4.3 Wasson法，这种方法可以认为是 TPA和Covell法的综合， 相比于前两者，提高了峰面积与