γ射线的吸收与物质吸收系数的测定

1、请下载支持！菜连辐蚂勘箴膂材料物理08-1XX同组者：XXX芮蒙嵋袈芈董黄指导老师：XXX实验日期：2010年04月11号蚀薄芨筮裙®噩实验9-3丫射线的吸收与物质吸收系数的测定蒙薄膀蔗肃藏膈测量物质对丫射线的吸收规律，不仅有助于了解丫射线与物质的相互作用机理，而且，作为一种重要的实验方法，在许多科学领域都发挥着巨大的作用。例如，为了有效地屏蔽丫辐射，需要根据物质对丫射线的吸收规律来选择合适的材料及厚度，反之，利用物质对丫射线的吸收规律可以进行探伤及测厚等。肆肇袁袂赣范赚【实验目的】赣刘箍曹膀奠薄1、进一步认识T射线与物质相互作用的规律。亵袄蛔踊建蔻薇2、测量不同能量的窄束丫射线在不

2、同物质中的吸收系数。蚂滕初蒲黄肇聿【实验原理】蜗兽®莆第簿丫射线与物质发生作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。对于低能丫射线，与物质的作用以光电效应为主，如果丫射线能量接近1MeV,康普效效应将占主导地位，而当丫射线能量超过1.02MeV时，就有可能产生电子对效应。蝇节&i融奚薄袅准直成平行束的丫射线，通常称为窄束丫射线。单能的窄束丫射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度会减弱，这种现象称为丫射线的吸收。丫射线强度的衰减服从指数规律，即I0erNxI 0e9-3-1 )黄帔蝇躺题蜗其中I。和I分别是穿过吸收物质前、后的丫射线强度，x是丫射线穿过吸收物

3、质的厚度（单位为cm）,br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原子数，科是吸收物质的线性吸收系数（r N ,单位为cm -1）。显然;1的大小反映了吸收物质吸收丫射线能力的大小。芾鼎蛔袅蛰节需要注意的是，由于丫射线与吸收物质相互作用的三种效应的截面都是随入射丫射线的能量E和吸收物质的原子序数Z而变化，所以线性吸收系数科是吸收物质的原子序数Z和丫射线能量E的函数。蚀蒙蔻莅蚕螃索考虑到br是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，那么线性吸收系数科就可以表示为蜜蒂祎曹范尊原ph c p9-3-2)荽芾薄蔓螂肄覆式中ph、c、p分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数，

4、且phZ59-3-3)崛唐羁袅菜芨赚Z2Z 之间的复杂关系。芨蒂蝴祎奥蚁童从中可以看出线性吸收系数W与吸收物质的原子序数请下载支持!辐蚂苗技膂膈芈对于线性吸收系数与丫射线能量E之间的关系也比较复杂，并且随吸收物质的不同而存在显著差别。图9-3-1给出了铅、锡、铜、铝对丫射线的线性吸收系数科与丫射线能量E之间的关系曲线。嵋袈芈董黄菜连图9-3-1 铅、锡、铜、铝对T射线的吸收系数和能量的关系芨筮拗鳏方蒙实际工作中常用质量吸收系数m表示物质对丫射线的线性吸收系数科,(9-3-4 )的关系为m膀展肃蕨膈蚀薄袁袂赣黄赚蒙薄其中p是吸收物质的密度（单位为g/cm3 ）。用 m表示的丫射线强度的指数衰减规

5、律为箍曹膀莫薄肆肇Ioem xm(9-3-5)蛔n建蔻薇U前式中的xmX为吸收物质的质量厚度，单位为g/cm2o因为(9-3-6 )rNNam-""-phcp初着范肇聿袈袄A果莆第箍蚂滕其中Na是阿佛加德罗常数，A是原子量数。所以质量吸收系数与吸收物质的密度及物理状态无关，在实际应用上也就更为方便。充螂奚薄袅蛆.在相同实验条件下，由于某一时刻的计数率n总是与该时刻的丫射线强度I成正n°e比，所以（9-3-5）式也可以表示为(9-3-7)蝇蕨蒲妍蜗腿肃对两边同时取对数，得(9-3-8)lnnln叫mXm建蛔袅聚节处0mm蔻莅蚕螃n芾显然，lnn与xm具有线性关系，如

6、图9-3-2所示。祎曹用题g蚀蒙图9-3-2lnnxm曲线薄盆螂葡懿皤有时，物质对丫射线的吸收能力也用“半吸收厚度”表示，它是指使入射的丫射线强度减弱到一半时的吸收物质厚度，记作d1/2,在量值上为ln2d1/2（9-3-9）羁袅藻芨赚荽芾蝴祎奥蚁黄蜩IT显然，d1/2也是吸收物质的原子序数Z和丫射线能量E的函数。利用半吸收厚度，可以粗略估计丫射线的能量。甘菽膂疆芈芨蒂【实验装置与器材】芈蜜需，蚂实验装置如图9-3-3所示，包括137cs和60C0Y放射源、NaI(Tl)闪烁探测器、多道脉冲幅度分析器(含多道分析软件，其操作方法请阅读仪器使用说明书)、计算机，以及多个铅吸收片和铝吸收片等。神瞧

7、墨方蒙嵋袈图9-3-3丫射线的吸收测量装置肃藏膈蚀薄芨筮由于实验中采用NaI(Tl)闪烁探测器，配合多道脉冲幅度分析器进行测量，在计算机上显示的是丫射线的全能谱，考虑到本底、计数统计涨落及光标定位不准的影响，所以无法直接准确得到某一能量丫射线在某一时刻的计数率，比较好的解决办法是，在相同实验条件下(放射源与探测器的位置不变，探测器工作电压和放大倍数不变，并保证相同的测量时间)，首先获得不同吸收厚度下的丫射线全能谱，然后计算所选光电峰的净面积A(多道分析软件中包含此功能)，以此替代前述公式中的n或I。净面积的计算方法有三种，分别是TPA算法、Covell算法和Wasson算法，如图9-3-4所示

8、。这些算法中，TPA算法比较简单，准确度也较高，因此在手工计算时，建议采用这种算法，具体做法请阅读相关资料。赣黄赚蒙薄膀展图9-3-4净面积算法示意图膀莫薄肆肇袁袂【实验内容】建蔻薇赣前箍曹1、阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的使用方法。黄肇聿裂袄蜥I2、仪器开机并调整好工作电压(700750V)和放大倍数后，预热30分钟左右。菅衿蒂蚂滕翊13、在多道分析软件中调整预置时间为600s。蟆薄袅蜗1髓莆4、用一组铝吸收片测量对137cs的丫射线(取0.662MeV光电峰)的吸收曲线，并用最小二法原理拟合求质量吸收系数。根据铝的密度(2.7g/cm3)求线性吸收系数，与理论值(0.194cm

9、-1)比较，求相对不确定度。计算半吸收厚度。犀妨胆蝇劳蒯I5、用一组铅吸收片测量对137cs的丫射线(取0.662MeV光电峰)的吸收曲线，3并用取小二法原理拟合求质重吸收系数。根据铅的留度(11.34g/cm)求线性吸收系数，与理论值(1.213cm-1)比较，求相对不确定度。计算半吸收厚度。着则尺腿肃芍何6、用一组铝吸收片测量对60Co的丫射线(取1.17MeV或1.33MeV光电峰)吸收曲线，并用最小二法原理拟合求线性吸收系数、质量吸收系数和半吸收厚度。袅量节之蟋蝇蔽数据处理蚕螃索芾爸建蛔1用一组铝片测量对Cs的丫吸收用芽蜘蚀募荒莅其中选取的感兴趣范围是：90ch115ch螂耀德蜜蒂祎曹

10、用0片铝片测量截图菜芨赚荽芾薄蔓用2片铝片测量截图奥蚁割糖羁袅用4片铝片测量截图膂膈芈芨蒂螭祎用6片铝片测量截图黄菜蓬辐蚂苗技表1用一组铝片测量对Cs的丫吸收数据表格墨芳蒙嵋袈芈董0片铝片膈蚀薄芨筮神瞧ROI=19244赚募踌膀点肃藏LnROI=9.86薄肆肇袁袂赣黄xm=0g/cm2薇赣前n曹膀英2片铝片聿裂袄蛔msROI=13220蒂蚂膘初蒲范肇LnROI=9.49袅蜗蟹量莆誉衿Xm=3.72g/cm2胆蝇方充螂奚薄4片铝片蜗腿肃芍神犀妨ROI=9870节之蟋蝇蔽着蟒LnROI=9.19sm蛔袅蜜xm=r-，27.44g/cm蜘蚀豪s莅蚕螃6片铝片袆蜜蒂祎酊谭ROI=6921赚荽吊油盆螂肄

11、LnROI=8.84黄嫌唐羁袅菜芨一",2xm=11.16g/cm芈芨蒂螭祎奥蚁由表1,运用最小二乘法可得lnROI和Xm的关系曲线蓬辐蚂勘放膂膈由图不难彳导出，m=0.0903cm2/g,已知铝的密度p=2.7g/cm3,由m蒙嵋袈芈蜜黄菜可得以=0.244,ln2薄芨驾摊墨芳由d1/2可求得半吸收厚度di/2=2.841cm.薄膀展肃藏膈蚀2用一组铅片测量对Cs的Y吸收肇袁袂赣黄赚募其中选取的感兴趣范围是：90ch115ch刘箍曹膀莫薄肆用0片铅片测量截图袄蝠麟造薇篇用2片铅片测量截图滕翔w范肇聿裂用4片铅片测量截图兽®莆第簿蚂用6片铅片测量截图劳勒融奚薄袅蜗表2用一组

12、铅片测量对Cs的丫吸收数据表格肃芍何康妨腿蝇0片铝片帔蝇蔽蒲妍蜗腿ROI=19244誉建蛔袅蜜节黄LnROI=9.86一一，2蒙蔻莅蛋螃n芾xm=0g/cm2萧祎曹荒黑原蚀2片铝片吊酒邕螂肄覆蜜ROI=6612唐羁袅菜芨赚荽LnROI=8.80蒂蛔祎奥蚁黄崛xm=4.92g/cm2蚂甘菽膂疆芈芨4片铝片袈芈董黄菜蓬辐ROI=4517筮神瞩墨芳募嵋LnROI=8.42展肃藏膈蚀薄芨xm=9.84g/cm2袂赣黄赚募踌膀6片铝片ROI=3241LnROI=8.08xm=14.76g/cm2由表2,运用最小二乘法可得lnROI和Xm的关系曲线由上图不难得出，m=0.1163cm2/g,已知铅的密度P

13、=11.34g/cm3,由m可得以=1.319由d1/2跖可求得半吸收厚度d1/2=0.53cm.3、用一组铝片测量对Co的Y吸收其中选取的感兴趣范围是：195ch215ch用0片铝片测量截图用2片铝片测量截图用6片铝片测量截图表3用一组铝片测量对Co的丫吸收数据表格0片铝片ROI=309LnROI=5.73八，2xm=0g/cm2片铝片ROI=114LnROI=4.74xm=3.72g/cm26片铝片ROI=84LnROI=4.43，-，2xm=11.16g/cm由表3,运用最小二乘法可得lnROI和xm的关系曲线由上图可得出，m=0.1058cm2/g,已知铝的密度p=2.7g/cm3,由

14、可得以=0.286由di/2胆可求得半吸收厚度di/2=2.42cm.思考题1、如何用本实验的方法测量一定材料的厚度？答：可用待测材料代替试验中的铝片和铅片，测量丫射线穿过材料后的强度，根据公式rN XX1 l0e l0e，已知丫射线的初始强度I0和材料的线性吸收系数科可求得材料的厚度X。2、闪烁体前有一厚度约200pm的铝质密封窗，试分析其对测量结果有何影响?mxm答：没有影响，根据nn0e，试验中n与n。都会有一定程度的衰减，因此对科m的计算没有影响3、实验中，是否可以用全谱总计数率代替光电峰的净面积？为什么？答：不可以，因为要考虑到本地、计数统计涨落及光标定位不准等因素的影响。4、根据实验结果，谈谈在辐射的屏蔽防护方面应