1物质对β射线的吸收

1、物质对卩射线的吸收6系童力PB05210381实验目的:学习和掌握与物质对射线吸收的有关知识和实验方法，测量吸收曲线并求出 P射线的射程和 最大能疑。同时进一步加深对计数管、肚标器等仪器的了解。实验原理:当一左能量的卩射线（即髙速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于 能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。电子与物质相互作用的机制主要有三种： 第一，电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种方式损 失能量称为电离损失。电离损失的能量损失可由下式给出：此式适用于非相对论情况，式中 V为电子速度，N、Z、I 分别为靶物质单位体枳内的原子数、 原子序数

2、、平均激发能。由此看出，电离损失的能量与入射电子的速度、物质的原子序数、 原子的平均激发能等因素有关。第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发 射电磁辐射，称为轲致辐射，使电子的部分能量以 X射线的形式放出，称为辐射损失。这 主要在能就较髙的电子与物质相互作用时发生。辐射损失式中 m、E 分别为入射电子的质量、能量，Z、N 分别为靶物质的原子序数和单位体积中的 原子数。由式（2）可以看出，0 射线在物质中的辐射损失与物质的 Z?成正比，与入射电子 的能量成正比。比较（1）、（2）两式，可粗略看出入射电子的能量较低时，电离损失占优势, 当电子能量较高时辐射

3、损失占优势除以上两种能量损失外，卩射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使卩粒子改变运 动方向，因电子质虽:小，可能发生比较大角度的散射，还可能发生多次散射，因而偏离原射朿方向，使入射方向上的射线强度减弱，这种机制成为多次散射。如果散射角超过 90 ,这 种散射称为反散射。P 射线通过物质时主要以上述三种相互作用方式损失能量使强度减弱。发生三种相互作用的 概率与卩粒子的能量、吸收物质的原子序数等因素有关。考虑一束初始强度为I。 的单能电子束， 当穿过厚度为x的物质时， 强度减弱为I， 其示意图 见图4.3.2-1。强度 I 随厚度 x 的增加而减小且服从指数规律，可表示为(dE、4加J2m

4、v2_、 NZIn1.2329kdx)/(1)原子序数 z 的增加，质量吸收系数up（p是该物质的密度）却只是缓慢地变化,因而常用质量厚度PX来代替线性厚度 X,于是式（3）变为I = IQed（4）原子核 P衰变放岀髙速电子的同时，还放出中微子,因此放出的电子并不是单一能量的，而 是具有各种能量分布的连续能谱，因此 B 射线的吸收曲线并不精确地服从指数规律,图 43.2-2是典型的 0衰变的能谱图。从图中可以看出，有一最大能量 E 不同的核发生卩 衰变时，放出的电子能谱的En那值不同，常以 Emax 代表 0 射线的特征能量。某些放射性核 素会同时发射几种最大能疑不同的卩射线，这就会使实验得

5、到的吸收曲线更为复杂，一般如 图 4.3.2-3所示。放射性核素卩衰变还可能伴随丫射线，加之轲致辐射的影响，伴有 X射线, 使吸收曲线的尾部偏离指数规律，如图 4.3.2-3中的（b）、（c）所示。具有一左最大能量的卩 射线，在具有一沱吸收系数的物质中所能穿过的最大厚度，称为该射线在该物质中的最大射 程。通常左义通过吸收物质后，射线强度降低到时，所对应的吸收物质厚度 d 即为 0射线的射程 R。 在实际测量中吸收曲线的尾部由于 y 射线和轲致辐射的存在而变平， 因此只能根据曲线变平之前的下降趋势按直线外推至/0 iL处，从而得到卩射线的射 程R。图 4.3.2 -3 吸收曲线P射线的射程与 0

6、 射线的最大能量之间.有经验公式相联系，如吸收物质是铝，则当射程R03g/cm2时E = 1.857?+ 0.245(5)式中E为卩射线的最大能量，单位为MeV。当用质量厚度表示射程R时，对于原子序数相 近的物质， 射程也近似相同。 公式(5)不仅对铝适用， 对那些原子序数与铝相近的物质也 是适用的。 图43.2-4给出卩射线的射程R与英能量E之间的关系曲线，通过该曲线也可由 射程求出对应的能虽:，或由卩射线的能量找岀对应的射程。该图的坐标轴均取对数坐标。数据处理：实验内容与数据处理：1相应参数薄片质量:557.78mg,厚片质量:3550mg薄片:长cm6. 506. 40宽cm4. 804

7、. 90质量厚度:17.83mg/cm2厚片：长cm6. 106. 00宽cm4. 804. 90质量厚度:120.98mg/cm22测量对应于不同厚度铝箔的卩射线强度。 本底记数：89 (300s)序号间隔时间/s记数每秒记数减去本 底类型质量厚度1103978397.5无02206845342. 01薄片17.833206290314.22薄片35.664205859292.63薄片53.49520419270.64薄片71.326204957247.65薄片89.157204547227.06薄片106.898204315215.47薄片124.819204037201.68薄片142.

8、6410202662132.88薄片1厚片263.6211202512125.39薄片1厚片281.4512202265123.010薄片1厚片299.2813202086104. 011薄片1厚片317.111420116758.011薄片2厚片438.09152054827. 111薄片3厚片559.07166067010.911薄片4厚片680.05172008383.911薄片5厚片801.03185007471. 211薄片6厚片922.01196007050. 87512薄片6厚片939.84206006120. 7213薄片6厚片957.67218006830. 5514薄片6厚

9、片975.50a用以上数据作图nl/l.-d,从线性拟合后的数据可得“则110-1 -2(Z -3- -4 -56 -7Linear Regression for Datal_B:Y = A+B *XParameter Value ErrorA 0.29702 0.12621B -0.00644 2.44092E-40200400600S001000X Axis Title1.0R SD N P-0.98663 0.38658 21 0.0001从线性拟合后的数据可得质量吸收系数“”严 0.0061b用以上数据作图，横坐标为质量厚度，纵坐标为1/1002004006008001000X Axi

10、s TitleC山图可看出在纵坐标约为0 90 5处（箭头所指）密布着八个点，且在拐点处, 用这八个点进行线性拟合0.90n B一Linear Fit of Data3 B0.85 -、0.80-、0.75 -、0.70-V0.65 -A，、0.60-、0.55 -、0.50-.20406080100120140160X Axis TitleLinear Regression for Data3_B:Y二 A+B *XParameter Value ErrorA 0.89250.01299B -0.00285 1.44292E-4R SD N P-0.99241 0.01667 80.00010.80.60.40.20.01.0由图得 R=3136mg/cm2E = 1.85/?+ 0.245分析：由图 43.2-4可得此数据 基本符合图中曲线， 由于实验 过程中外界对实验的影响不 可避免，且记数器本身存在课 差，所以所得结果不可能完全 符合实验规律。禺 4 3 2 - 4 射程与能風的关系1.在测量吸收曲线时，源、