Nal γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量

1、近代物理实验报告学 院数理与信息工程学院班级 物理092姓名艾合买提江学 号 09180218时 间 2011年9月26日Nal（Tl） Y闪烁谱仪及Y射线能谱的测量摘要: 放射性物质含有许多不稳定的原子。这些源自在核衰变时辐射曲，8 , Y射线和中子流等，并且都具有一定的能量。Y射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所产 生的一种辐射。它是一种波长极短的电磁波，其辐射能量标示为E r=E i E f=hv,其中E i和E f分别为原子核所处的未态和初态的能量。V是Y射线光子的频率。本实验将Y射线的次级 电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到Y辐射强度按能量的分布，即所谓能谱丫射线能谱物

2、质吸收系数|J光电效应康普顿效应电子对效应引言：原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射射线，它是一种波长极短的电磁波，其能量由 原子核跃迁前后的能级差来表示即:射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的 射线，将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布， 即为“能谱”。测量能谱的装置称为“能谱仪”。闪烁探测器是利用带电粒子或非带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为带电粒子 对物质原子的激发，从而会产生发光效应的特性来测量射线的仪器。它的主要优点是即能测 量各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子；即能测量粒子强度，又能测量粒子能量；并且 探测效率高。Y射线，又称Y粒

3、子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃 的电磁波。首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继a、8射线后发现的第三种原 子核射线。原子核衰变和核反应均可产生 Y射线。Y射线的波长比X射线要短，所以Y射线具有比X射线还要强的穿透能力。当 Y射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、 康普顿效应和正负电子对三种 效应。原子核释放出的Y光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子 电离成为光电子，此即光电效应。由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃 迁并发射X射线标识谱。高能Y光子（ 2兆电子伏特）的光电效应较弱。Y光子 的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核

4、外电子发生弹性碰撞，Y光子的能量和运动方向均有改变，从而产生康普顿效应。当 Y光子的能量大于电子静质量的两 倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随Y光子能量的增高而增强。Y光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用Y光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过测量光电子或正负电子对的能量推算出来。 此外还可用Y 谱仪（利用晶体对Y射线的衍射）直接测量Y光子的能量。由荧光晶体、光电倍增 管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测 Y射线强度的常用仪器。通过对Y射线谱的研究可了解核的能级结构。Y射线有很强的穿透力，工业中可 用来探伤或流水线的自动控制。Y射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿

5、瘤。Y射线 是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所发出的一种辐射，其辐射的能量由原子核跃迁 前后两能级的能量之差决定。由于Y射线的能量与原子核激发态的能级密切相关，因此，Y 射线能量的测量对于了解原子核的结构、获得原子核内部的信息是一个十分重要的途径。正文实验目的了解闪烁探测器的结构、原理；掌握Nal (T1)单晶丫闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法；了解和电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理；实验内容学会NaI(Tl)单晶丫闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使用，调试一台谱仪至正常工作 状态。测量137Cs的Y能谱，求出能量分辨率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形。了解多道脉冲幅度分析

6、器在NaI(Tl)单晶Y谱测量中的数据采集及其基本功能数据处理(包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等)。实验原理Y射线能谱的测量闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离 和激发；受激原子、分子退激时发射荧光光子；利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效 应，光子在光阴极上击出光电子；光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104109个，电子流在阳极负载上产 生电信号；此信号由电子仪器记录和分析。某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，核辐射主要有 a、8、y

7、三种射线。我们通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见的射线。本实 验使用的是Y闪烁谱仪。Y闪烁谱仪内部含有闪烁体，可以把射线的能量转变成光能。实验 中采用含TI (铊)的NaI晶体作Y射线的探测器。由原子物理学中可知Y射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电 子对产生这三种过程，最终实现了能谱图样的输出如下：图中的横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度，也就是射线的密集程度， 与计数成正比。显然多于实验产生了多个峰值，但是B/C/D这三个峰值的能量比较低，不适合我们记录， 为了能够同时获得高能量以及大密集度的峰值我们选取最右端的峰值，也就是A峰。这个 峰我们又把

8、它称为全能峰。实验过程中要保证最终的峰值与图中A峰的CH （道数）尽量的 接近，这样测得的结果才有实验价值。由于射线与物质相互作用，导致射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱， 称为物质对射线的吸收。研究物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等，在防护核辐 射、核技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义。实验装置町醐蛔爵.散实验步骤：熟悉仪器，检查仪器安装是否正确，特别注意高压调节至0，以免接通电源后对闪烁探 测器的冲击，影响仪器工作状态和使用寿命，然后接通电源并预热20分钟左右。放上6Co放射源，打开盖子；并使探测器大致对准放射源出射口。运行多道分析软件开始计数测量。为了提高数据采

9、集的速度及能量分辨率，参数范围设 置在512道，时间预置为500，并调节道数坐标320，纵轴刻度为自动线性显示。调节电压（700左右，不能超过900V）至合适值，线性放大调节到0.3倍，开始计数测 量，记录总计数率。5 .文件保存为a.chn并按下清零按钮。对探测器位置稍作调节，其他设置保持不变开始测量，记录总计数率。文件另保存为b.chn并按下清零按钮。又对探测器位置稍作调节，其他设置保持不变开始测量，记录总计数率。文件另保存为c.ch。以上步骤是60Co的Y射线能谱测量，接下来是137Cs的Y射线能谱测量换137Cs辐射源，在测量过程中，除了注意时间预置为300，并调节道数坐标160之外，

10、其他 步骤与60Co的Y射线能谱测量类似，得到A.chn、B.chn、C.chn。最后分析并打印出实验所得的图像1、2 （a、b、c文件中取总计数率最大文件中的图像 1； A、B、C文件中取总计数率最大文件中的图像2），实验结束后整理实验仪器，老师签字。 能谱测量数据：60。，电压为684大倍数为0.3倍总计数率峰位半高宽净面积分辨率道数计数4426th=318.8 5chn15.15chn32434.75%3206894504th=319.5 1chn18.47chn,29355.78%32065413Cs，电压为668大倍数为0.3倍总计数率峰位半高宽净面积分辨率道数计数27286功159

11、.5314.45986589.06%160238927416th159.8614.71999449.20%160262427965th160.2015.151020529.46%1602498实验总结在本次实验中有很多值得注意的地方，如对于放射源的操作。虽然放射源所开的孔很小， 但操作仍要十分小心，在拧开或关闭放射源盖子时，需从侧面慢慢盖上或取下。对于暂时不 用的放射源应将它保存于抽屉中，切不可放在桌角等处，以防放射源掉下来造成严重的后果。 实验问题分析1、为何分析仪需要将电压调零后关机？答：仪器启动时会有瞬间高压产生，分析仪能产生170%的高压，若在700V左右工作电 压启动，则开机时会击穿光电倍增管。2、实验中Cs137测量时间为300秒，Co60测量时间为500秒，可不可以讲测量时间互 换？答：不能Cs放射性强，技术强，300s吸收已