试验12β能谱的测量

1、实验10 B能谱的测量实验目的1. 了解B能谱的特点及其测量方法。2. 学会用居里描绘方法分析B能谱。3. 学习应用居里描绘、比拟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B能谱。2. 作居里描绘图，确定137Cs B粒子的最大能量。3. 用logfT 1/2值判断跃迁级次，作形状因子修正后的居里描绘并确定B粒子的最大能 量。4. 计算137Cs 0.662MeV的丫射线的内转换系数分支比，并确定丫跃迁的多极性。 原理B衰变指核自发地发射出 B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

2、围内几乎都能发生，因此对B衰变的研究，特别是B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. B能谱与居里描绘在B衰变过程中，发射 B粒子的同时还发射出中微 子或反中微子，因此B衰变能量在反冲核、B粒子及中 微子三者间分配。B粒子的能量没有一个确定值，而是连 续分布，其最大能量 E gax为衰变能。一般 B能谱形状如 图1所示。根据经典的B衰变的费米理论，可以导出B粒子的N(p)dp -2 2g Mc c 3 3 柠72兀动量分布为：2 2F(Z,p)(E ：max -E ：) p dp2 2=KF (Z , p)( E :max - E ：) p dp( 1)如果使

3、用修正的费米函数G(Z, p) = F(Z,p)代替1式中的FZ,p，那么得到:' 2N(Jd =KG(Z, p)(E -：max - E J d -(2)整理后为 丄 | N ® ® 1= K'(Bmax 国砂(3)诃G(Z,p) 一H一2E B其中E B为B粒子的动能(MeV ) ； 为B粒子的总能量(m°c )、CO p = +1； Wmax为m°cB粒子的总能量moc2、®闵 =+1 ； p为B粒子的动量、P = ®p 11/2 ； FZ,pm°c为费米函数；K、K '对于容许跃迁是常数。将实

4、验测得的B能谱，| N佝I对 冲作图，使用这种方法来表示实验结果的 彰GZ,p一图称为居里描绘。对于容许跃迁的居里描绘为一直线，因此该直线外推到与3卩轴之交点,即可比拟精确地确定 E gax。对于禁戒跃迁，居里描绘往往不是一条直线，但是选择适宜的形状因子SnE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SnE的级次n决定。修正后的居里描绘公式为-/2盘Wife =K'紳砂对唯一型一级和二级跃迁有:2 2SE = -1|.max -S2E ='2 -1 "max 一 4 ¥ '2 一1max 一 J'3通常

5、更简便的方法是采用比拟半衰期fT1值来判断跃迁级次。本实验附录1中给出了2各级跃迁的log fT1值的范围。T1为母核的半衰期秒f为E imax和子核原子序数Z的函2 2数。当试验上确定 B能谱的El:：.max后，根据、Z等可由图2中求得log仃1值。2 2对于复杂B谱需要用居里描绘进行分解，求出各组B粒子的最大能量，再由 B谱的形状因子及logfT1/2值来判断跃迁类型或级次，并可由B谱所包围的面积计算出各组 B粒子的相对强度。2 内转换系数分支比和丫跃迁得类型及多级性在许多核连续B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，除发射丫光子外，还可以把激发能直接

6、交给原子的壳层电子而发射出电子。 种现象称为内转换，它与 B衰变过程完全不同。其放出的电子称为内转换电子，能量为Ei = E -W其中E是丫跃迁的能量，i表示原子的不同壳层如 K层、L层、M层Wi是i壳层电子的结合能。这些内转换电子具有单一确实定的能量，因此可用来对B谱议进行能量刻度。内转换系数a定义为，在原子核两状态间发射内转换电子和丫光子几率之比即式中鼻、，和Ne、N分别相应于发射内转换电子和丫光子的几率及单位时间的发射数目。：kNkN内转换系数可由实验测定，也可以由理论计算得出， 比拟实验值与理论值便能够确定丫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拟困难

7、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拟。不同壳层或支壳层内转换系数之比方L/K比定义为KL NNk、Ni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B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Kk以由峰下面积求出 K比。附录中给出了 137Ba内转换系数及其 K比的理论值。LLB射线穿透力较强，例如 1MeV的电子在硅中射程约为 1mm。因此，供B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

8、器，在室温、非真空条件下，用多道分析器进行能谱测量。实验装置实验仪器高反压Au-Si面垒探测器电荷灵敏放大器多道分析器高压电源脉冲示波器137Cs204TI放射源实验步骤耐压600伏以上1个FH-432 耐压 500-600 伏 1台FH-4211台300-2000伏连续可调1台SBM-101台几十微居1个1.测量137Cs的B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

9、上条件测量204ti B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的丫射线作能量刻度？2. 试诉能否测量到60Co源的内转换电子峰。3. 137Ba基态自旋1=3/2、宇称n=+ 1，根据你的试验结果能得出137Ba核有关能级特性的知识？4. 如何从居里标绘得到多成份B谱

10、的各组B成份的相对强度？5. 试根据你修正后的137Cs 204ti 居里描绘图，画出校正后的B能谱，并讨论所测3谱低能局部产生畸变的主要原因。附录B衰変跃迁级次的分类w跃迁级次1居輕绘1 loe/r,/,客许Of ±1+1a绞3T 一银談戒 唯一型一级衆戒。甜一1S|修王后为宜经698105二级禁戒 唯一 58二圾蔡戒fi+1S,修正恵为宜今 1013三级兼戒 唯一型三级禁戒-1&修正后为直线 1618PGPGPG0.06.2701.2S.7B24.05.0300.16.2611.45.7104.S4.9490.26.2341.65.B406.04.8660.36U911.85.5746.04.7310“6.1372.05.5107.04.5190.56.0822.25.4508.04血40.86.0302.45.39294.4400.76,