物质的衰减系数测量报告

物质的衰减系数测量实验报告摘要：物质的衰减系数测量是一个常见的物理实验，在科研和生产过程中有着重要的作用。本实验将通过应用CD-50BGA+型CT教学实验仪，测量射线能量为0.662MeV时钢的衰减系数运用最小二乘法计算出射线的衰减系数。并了解影响物质射线衰减系数大小的影响因素。关键字：衰减系数；射线；CT；最小二乘法；引言：物质的衰减系数测量在科研和生产过程中有着重要的作用。人们通过衰减系数的测量判别待测物体内部的相关信息，如物质的密度，物质内部的疏密空间结构，由此也可判断物质的组成成分。此项技术应用非常重要，也非常广泛。上学期我们已经初步接触核物理的相关内容，通过CT教学仪和RES-02型相对论效应谱仪做过初步的小型的核试验，对物质吸收系数也有过认识。这个实验将在上个学期的基础应用CD-50BGA+型CT教学实验仪，对射线的衰减系数做着重的研究，并形成实验结论，以加深对核物理基本概念的认识和理解，也进一步的熟练实验操作。实验理论：衰减系数光子(射线)通过物体时会与一些带电体发生相互作用，产生完全吸收、弹性散射、非弹性散射三种效应中的一种。分别表现为光电效应康普顿效应电子对效应其能产生不同的全能图谱，宏观上表现为射线的吸收。其吸收规律为（1）其中，、分别是穿过物质前、后的射线强度，是射线穿过的物质的厚度（单位cm），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，是物质的线性吸收系数（，单位为cm）。显然的大小反映了物质吸收射线能力的大小，我们成为衰减系数。上个学期我们曾经运动这样一个式子（2）初步研究过衰减系数。本次实验我们将运用式子或（3）进一步研究衰减系数和物质密度的关系。最小二乘法由可知，物质的厚度d与成线性关系，其系数为该物质的衰减系数。如果通过实验测得射线穿过不同厚度的物质之后的强度变化数据（，，i=0，1，2，3，4，5，其中，i=1时，d=0,=）,根据式（6）,可按最小二乘法作直线拟合，直线的斜率即该物质的衰减系数。最小二乘法拟合的原来是：若能找到最佳的拟合曲线，那么该拟合曲线与各测量值之间的偏差的平方和，在所有拟合曲线中应最小。现假设（d,）存在线性关系，其函数关系为：。由实验测量得出一组数据（，，i=0，1，2，3，4，5，）因为测量总会有误差，所以，都有误差，但是，的误差小的多，为了讨论方便，我们认为是准确的，而所有误差都只与I有关。根据最小二乘法原理，有偏差平方和为最小，即：（4）上式两边对k求偏导为零,即：（5）即：（6）K为各个物质的衰减系数：μ=k实验仪器：CD-50BGA+型CT教学实验仪实验中所采用的仪器为CD-50BGA+型CT教学实验仪，是简单化的工业CT。其硬件部分主要由两部门组成。一是机械部分及放射源、探测器部分。这部分包括：放射源室及其屏蔽准直部分，探测器及其屏蔽准直部分，样品盒，带动样品运动的三维运动机构，步进电机及其驱动器等。二是电路部分。这部分主要包括五部分：电源、信号采集、信号转换、步进电机控制电路以及计算机接口卡。软件部分主要包括数据采集，步进电机的运动控制，图像重建，图象的数字化处理。实验步骤：实验中所采用的实验仪器有CD-50BGA+型CT教学实验仪、钢质台阶型测试试件、打印机等。放射源采用原子高科股份有限公司2007年2月出厂的铯-137.下面讲述具体实验步骤：打开CD-50BGA+型CT教学实验仪电源，使实验仪预热半小时，同时打开计算机。预热完成后，将钢质台阶型测试试件侧方摆放在实验仪的平台上。打开软件，检验试验仪的机械运动性能。操作向右、向右运动以及旋转，确保实验仪平台处在正常平顺的工作状态。调整平台高度，使实验仪的激光束打在钢质台阶型测试试件中间高度左右处。确保肢体部位没有对准放射源口，顺时针旋转钥匙，打开放射源。设置扫描参量，启动扫描。重复扫描4次，扫描完成后立即关闭放射源。现场处理数据关闭所有实验仪器，并做整理。离开实验室后必须洗手实验数据：D481216200I46153645.09090912940.636363623111858.4285728450035992897.52316.5179556684556363329332336.66666671894564544903685.252947.666666723541842.55584I平均值4540.253640.58522732929.70075762329.54166671847.4825656.25lnI0/I0.219779051850.440616683020.657860841170.887089589821.11893749760比值0.0549447629620.0550770853770.0548217367640.0554430993640.0559468748780上表是为了说明衰减系数和d的关系实验结论通过实验，我不仅巩固了放射源的开关、CT试验仪的使用。同时了解了物质衰减和物质吸收的区别并在实验中互相组合，从而测量γ射线能量为0.662MeV时刚的衰减系数。通过分析实验数据和处理过的数据，可以得到衰减系数为0.05520408。分析图像和原始数据，得到以下结论。图像两端峰位最高，是因为射线经过空气，几乎不衰减，曲线整体走势由最高到最低再一台阶一台阶的上升到最高，当然走势正好相反也是可以的，这取决于台阶型试件的摆放。根据，两边取对数，可以得到一条含d的衰减系数的表达式，实验数据处理中，列明lnI0/I和d的比值，可发现，除厚度d较小时，衰减系数相差较大外，厚度较大时，衰减系数和厚度的关系不明显。不过有一点可以很明确，厚度越大，射线衰减的也发厉害。综合本次实验和以往的核物理实验，我认为r射线的衰减系数和物质、射线能量有关。同时实验最后林老师对我们的提问大大启发了我。在做实验的时候，不仅仅是为了得到一个实验数据或是实验结论，更重要的是要一边做一边思考，为什么要这样做，为什么不那样做。我们现在的实验还处于一个定性的阶段，实验数据的正确并无大碍，要紧的是实验思考的过程。实验后我还懂得对实验现象和实验原理的理解不能只敷衍与表面，要深入探究。对于不理解的知识要提前查资料弄明白。