γ射线能谱的测定实验报告

γ射线能谱的测定【摘要】：本实验主要通过测量γ的能谱和采用NaI(Tl)闪烁谱仪测全能峰的方法测量了137Cs和60Co的γ射线在铅铜中吸收，对137Cs(0.661MeV)分别为1.213、0.642、0.194cm-1,与公认值相差均约1%;对60Co分别为0.674、0.481、0.149cm-1,与公认值相差均在5%以内。本实验就是利用探测器的输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比的规律来测得能量与其强度的关系曲线。通过对CS、CO能谱的测定，可以加深对γ射线能量与强度的关系，γ射线与物质相互作用的理解；可以进一步了解NaI(T)闪烁谱仪原理，特性与结构，掌握NaI(T)闪烁谱仪的使用方法以及鉴定谱仪的能量分辩率与线性。【关键词】：γ射线、能谱、NaI（Tl）γ闪烁谱仪【引言】：γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态,而原子序数Z和质量数A均保持不变的退激发过程,是激发核损失能量的最显著方式跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态,而原子序数Z和质量数A均保持不变的退激发过程,是激发核损失能量的最显著方式。闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探5g射线的仪器。它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒天既能测量粒子强度，又能测量粒子能氨并且探测效率高，分辨时间短。它在核物理研究和放射性同位索的测量中得到广泛的应用。本实验的目的是了解NaI(T1)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌捏NaI(T1)闪烁谱仪的使用方法，鉴定潜仪的能量分辨率和线性，并通过对于y射线能谱的测量，加深对y射线与物质相互作用规律的理解。【实验方案】：实验原理原子核的衰变产生γ射线，不同能级间的衰变跃迁可以产生不同能量的γ射线，我们可以通过射线探测器对这些γ射线的能谱分析就可以推断出原子核的一些性质。射线探测器的是根据射线与物质的相互作用规律研制的，可分为“信号型”和“径迹型”，本实验用的NaI（T1）单晶γ闪烁谱仪就是属于信号型。下面来简单的介绍一下闪烁谱仪的工作原理。 γ射线在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，这三种效应会产生次级电子，NaI（T1）单晶γ闪烁谱仪就是利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子，并照射在光阴极上产生光电子，这些光电子经过倍增管放大而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到γ射线能谱，具体结构图如下： 经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的γ射线的能量成正比，线号脉冲的个数正比于γ射线的强度。接收电信号的仪器可以分为单道和多道脉冲分析器，其功能是通过测量不同幅值电压脉冲信号的脉冲个数来画出入射γ射线能量与强度的关系。 单道分析器有一个下甄别电压和一个上甄别电压，只有当脉冲幅值在之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在之间的个数，通过改变并保持不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为γ射线的能量与强度的关系。 多道分析器是多个单道分析器构成的，其通过给不同道数的单道以不同的下甄别电压，从而一次性的测出整个能谱图，其中道数正比于下甄别电压，进而正比于γ射线的能量。（图见附录）γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态,而原子序数和质量数A均保持不变的退激发过程,是激发核损失能量的最显著方式。在能量约为10keV～10MeV时,γ射线与物质相互作用的主要方式为光电效应、康普顿效应和电子对效应。以铅为例,γ射线的吸系数和能量之间的关系曲线示于图1。由图1可见,三种相互作用方式发生在不同的能量区间,其在物质中的吸收程度也不相同。本实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束,即通过吸收片后的γ光子仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成,它不包括散射成分的射线束。窄束γ射线在穿过物质时,由于上述三种效应,其强度就会减弱,这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律,即:(1)其中分别是穿过物质前、后的γ射线强度,x是γ射线穿过的物质的厚度(cm),是三种效应截面之和,是吸收物质单位体积中的原子数,是物质的线性吸收系数(cm-1),它是三种效应的线性吸收系数之和。显然的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。实际工作中也常用质量厚度表示吸收体厚度,以消除体积质量(∀)的影响,即(2)对(2)式取对数得:(3)即(4)射到探测器上的透射射线强度(相当于一定时间内的计数n)和吸收体厚度的关系为:其中是物质的线性吸收系数。此公式可改写为:由此可知对于一定的放射源和一定的材料,即对于一定的,测量出被测材料时的射线度,就可以通过计算确定该材料的厚度。具体实验步骤如下：（一）1. 连接好实验仪器线路2. 把γ放射源137Cs或60Co放在探测器前，调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器中心位于一条直线上3. 开机后打开电脑，并打开实验软件，设置扫描时间60Co为500s，137Cs为300s4. 设置电压放大倍数为0.3，点击运行，得到能谱图5. 调节电压值使得60Co的全能峰在320道处，137Cs的全能峰在160道处6. 分别测137Cs和60Co的全能谱并记录相关实验数据7. 将闪烁探测器分别左移和右移5mm，重复测量137Cs和60Co的全能谱8. 比较所得的能谱图的总计数率，分别选出137Cs和60Co总计数率最大的一副图进行打印（二）第二个的操作步骤和上面的基本相同，值得注意的是在测量吸收系数时两种物质都要设置扫描时间为500s。然后逐个测量。实验数据：Cs的γ射线能谱测量序号 道数 计数 总计数率 寻峰 窄峰 中峰 峰位（chn） 半高宽 净面积 分辨率(%) 峰位(chn) 半高宽 净面积 分辨率(%)1 160 2351 1041 159.03 16.10 36555 10.12 158.01 16.92 35775 10．712 160 2297 1043 160.118 16.44 35940 10.26 159.12 16.74 36645 10．523 160 2162 1017 159.57 15.99 35661 10.02 158.24 16.92 36523 10．69序号 道数 计数 总计数率 寻峰 窄峰 中峰 峰位（chn） 半高宽 净面积 分辨率（%） 峰位(chn) 半高宽 净面积 分辨率（%）1 320 155 325 317．68 16．34 1474 5．14 277．53 15．54 3765 5．602 320 165 323 319．93 16．56 974 5．18 281．47 14．08 2737 5．003 320 161 323 320．03 17．27 535 5．40 277．63 16．91 4481 6．00Co的γ射线能谱测量γ射线的吸收与物质系数的测定（测得铝的u=0.117）运用了公式4铝 块数 计数 总计数率 Rm(g/)

4 550 255 9.69 3 615 281 7.27 2 771 309 4.84 1 937 342 2.40 0 1065 388 0γ射线的吸收与物质系数的测定（测得铅的u=0.924）运用了公式4铅 块数 计数 总计数率 Rm(g/)

4 505 198 8．29 3 583 225 6．17 2 678 258 4．12 1 892 298