成理工核辐射测量方法实验指导

1.了解放射性衰变的统计涨落现象和规律。2.了解统计误差的概念，掌握计算统计误差的方法。3.统计检验放射性衰变涨落的概率分布类型。4.学会用列表法和作图法表示实验结果。1.γ总量检测仪（KZG03C辐射总量检测仪）1.在相同实验条件下，对某一放射性物质进行重复测量100次。2.在相同的测量条件下，重复测量装置的放射性本底（计数）。3.用列表法和作图法分别表示实验结果，并与理论分布曲线进行4.作χ2检验，确定放射源和本底计数的概率分布类型。1.基本知识放射性现象就是不稳定的核素自发地放出粒子或γ射线，或在轨道电子俘获后放出X射线，或产生自发裂变的过程。在不稳定的核素中有天然放射性核素，也有人工放射性核素。天然放射可以辐射出质子或中子等。放射性自发衰变，一般不受温度、压力的影响，并按一定的指数规律变化。在放射性测量中我们发现测量条件虽然没有发生变化，而测量结果并不完全一样，即放射源在每单位时间内发生衰变的原子数目是不同的，时多时少，有起有伏，但是它比较集中地在某一范围内波动，而这种现象就是放射性衰变的统计涨落。出现这种现象的原因在于放射性原子核的衰变是自动发生的，哪一个原子核发生衰变是带有偶然性的，先后顺序并不确定。核衰变分布）服从泊松分布。即：P(N)=(N)NN!−ne 也比较大，此时均方差为σ=N≈Nσ的大小反映了计数的涨落性大小，也即反映了核衰变的涨落性 大小。N的大小反映了核衰变的集中趋势。单次测量计数N及统计误K1(K1(Ni−)2放射性衰变规律服从泊松分布或正态分布是一客观规律。若辐射性测量工作。从数学上可以证明，在一定条件下放射性衰变的涨落性符合泊松分布或正态分布，但是它需要测量结果验证。验证的方法是将实测数据的分布与数学上导出的理论分布进行比较，作统计假设检验。1.由指导老师或自己在实验场所及附近设定一条测线进行不同测点放射性γ总量测量。每隔10秒记数，每一个测量点记数2.在实验室内找一定点，在同一条件下进行多次重复性测量（每1.用标准误差和标准偏差相比较：=Ni—数据分布（高斯分布）的标准误差σ=Nδ=有限次测量的标准偏差由计算结果得到的标准误差σ和标准偏差δ比较，说明这组数据的可靠性。表1测量的原始数据测量次数测量次数计数（n1）计数（n2）计数（n2）计数（n3）均值（N）12345678…根据表1测得的数据在平面直角坐标上画出测线的放射性水平2．用置信区间内的概率比较，结合频率分布直方图，可得到概率统 N±σ N±2σ 频率直方图252050667695722750778计数806834862890计数落在N±δ区间内的概率为84%（理论68.3%落在N±2δ区间内的概率为94%（理论95.5%落在N±3δ区间内的概率为98%（理论99.7%基本符合正态分布。定点γ辐射测量计数率806040200时间(s)01002003004005006001.衰变服从什么规律，核辐射测量的两个基本特征是什么？1.复旦大学、清华大学、北京大学合编《原子核物理实验方法》原子能出版社1998。5.张锦由主编《放射性方法勘查实验》原子能出版社1992。2、测量γ射线在不同介质中的吸收系数。1、KZG03C辐射检测仪一台；2、Cs137点放射源一个；3、铅准直器一个；5、手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。射和形成电子对效应。由于三种效应的结果，γ射线通过物质时发生衰μ=τ+σ+κI=I0e−μdI=I0e−μmdm=(-Ln(I/IO))/dm式中：I为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底0为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）；d为介质厚度，单位为cm;m为介质面密度，单位为g/cm2；μ为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm-1；γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm2；半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即1I=Iμμ2 或或 21 211.选择良好的测量条件（窄束测量Cs1泥、铝、铁、铜、铅）中的吸收曲线，并由半厚度定出吸收系数；2.用最小二乘拟合的方法计算出吸收系数与1中的结果进行比较；3.测量不同散射介质时（同一角度，同一厚度）γ射线的强度。五、实验步骤：1.吸收实验1)调整装置，使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上；2)测量本底I0’；3)将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度I0”；4)逐渐增加吸收屏，并按相对误差在N±δ的要求测出对应厚度计数Id’，每个点测三次取平均植；5)更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变。六、数据分析与处理：1234567Ln(I/I0) 水泥铅铝铁-0.5 -1-1.5 -2-2.5 -3-3.5 -4-4.5020020介质厚度(cm)00yy-0.18-1y8x-1y8x05x=05x=-063x.26663x.266水泥铅铝铁铝铁铅七、实验结果和心得体会：φθφθ2、观测康普顿散射随散射介质、厚度及散射角度的变化关系。1、KZG03C辐射检测仪一台；2、Cs137点放射源一个；3、铅准直器一个；5、手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。康普顿效应：入射的γ光子和原子中的一个电子的弹性相互作用。入射的γ光子相对于原来的方向被偏转一个角度θ,光子将其一部分能量传递给电子（假定原来是静止的），此称为反冲电子。由于各种角度的散射都是可能的，所以传递给电子的能量可能是从零到γ射线能量的一大部分。射线通过介质发生康普顿散射的概率σ与光子能量hυ及介质原子序数Z有关，当hυ>mc2时，则有σ∝[NZ/hυ][ln(2hυ/mc2)+1/2]，时，康普顿散射效应增加[1]。1.测量不同散射介质时（同一角度，同一厚度）γ射线的强度；2.求出不同介质的散射饱和厚度；3.测量散射光子强度I与散射角θ间的变化规律。五、实验步骤：1)调整装置，测量本底I0’；2)将源放入准直器中，把探测器放在散射角A位置上，测量无吸收屏时γ射线强度I0”；3)依次放置不同厚度的散射介质，在散射角A位置上，测出相应厚度计数d’，每个点测三次取平均值；4)更换一种散射屏，重复步骤3，测量时注意测量条件不变；5)把探测器分别置于与入射角成200、400、600、800角时测量γ射线的强度固定散射物质变化角度散射装置图固定角度变化六、数据分析与处理：1234567891234七、实验结果和心得体会：1、掌握测氡仪器的使用；2、掌握现场测氡方法。1、FD3017RaA测氡仪或CDI2000自动换片型土壤测氡仪；2、样片FD-3017RaA型测氡仪主要由抽气泵和测量操作台两部分组成，抽气泵除了完成抽气外，还起到了贮存收集子体的功能。当氡气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变，并产生新的子体RaA，它在初始形成的瞬间是为带正电的离子，本仪器就是利用它的带电特金属片放入到操作台探测器内测量RaA的α射线计数，其强度将与氡浓度成正比，按下式即可直接计算氡浓度：=J*NαRAaRn为氡浓度（爱曼）NαRaA为RaA的α计数J为换算系数（爱曼/脉冲），由标定确定，此系数包括了装置的子体收集效率和探测器效率等因素。本仪器对α放射性的测量采用金硅面垒型半导体探测器，它具有较高的灵敏度与高分辨率，当α射线进入到探测器的灵敏层扰脉冲，仅通过测量RaA，最后进入计数电路，在液晶屏上显示出来，这就是FD-3017RaA测氡仪的工作过程。FD-3017RaA测氡仪是一种新型的测氡仪，它利用静电场收集氡衰变的第一代子体---RaA作为测量对象。它是一个携带式的、高灵敏的、快速的、准确的现场测量仪器。该仪器主要应用于土壤中定量测量氡的浓度。如地质和水文地质勘探中的普查和详测；亦可应用于放化测镭、寻找地下水源、地震预报、环境保护、科研教学等部门的测试工作。(1)充电：仪器内部装有可充电电池。测量前一天晚上请插上），示灯亮。充电结束后“充电满”指示灯亮，仪器自动停止充电。(2)连接探头电缆与高压电缆。否则请按“复位”按键。天黑或黑暗处可按一下“背光”按键，但注意打开显示屏照明会加大功耗，减少电池使用时间。(4)使用钢钎与铁锤在土壤地面上打一引孔，深度为0.5米左(5)将空气采样器插入引孔中，确保采样器与周围土壤间不漏(6)在抽器筒收集室中放入一片金属收集片，印有“Ra”字样(7)抽一筒气：三通连接器上和抽气筒上3个空气阀均打至接器上进气阀（没有染红色的一个）。(8)排气：抽气筒上空气阀打至“排”，向左旋转抽气筒拉杆后向下压至底部。(9)重复步骤6，抽一筒气，按仪器主机上“工作方式键”，1至2秒后记下压强最小值。(10)等待120秒后，在仪器提示“Takesample”后15秒内，将抽器筒收集室中金属收集片移到探头测量室中。量计数与压强的比值）的平均值作为本点最终测量结果。(13)测量过程有误操作或仪器异常，可按复位键后重复步骤7五数据处理与分析用FD-3017RaA测氡仪测量壤中氡的时候，由于各种不同土壤类型有着不同的孔隙度以及同种土壤类型的水分含量各不相同，所以每次抽气时所贮存在仪器内的气体体积都不尽相同。设所测得大气压为P际所抽气体体积为V2，温度为T2PVPVPVT 22TPT1T 2T2在一定体积范围内，FD-3017RaA测氡仪收集RaA子体的金属片在没有饱和的情况下，所得的氡浓度应与实际所抽体积成正比关2.NCRA2aPa.NRA则设壤中氡计数修正值N'，k.V1P2Ca（k、V1均为常量） 所以在用FD-3017RaA测氡仪测量时，修正系数就是P2点号/线号测点测点坐标计数修正值2分钟氡浓度计数13579212325272931338060402002分钟氡浓度计数1357921232527293133806040200测点一实验目的1.初步认识几种放射性核素在NaI（T1）谱仪中形成的γ能谱；3.掌握测量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二实验器材三实验原理利用碘化钠晶体和光电倍增管组成的闪烁计数器，把具有一定能量的光子变为电脉冲，且输出的脉冲幅度与入射光子能量成正比。通行能谱分析的基本原理。但是用γ能谱仪测得的放射源的γ谱，与放射源产生的起始γ谱有很大差别，这种由能谱仪测量得到的、被复杂化的核辐射原始线谱称为仪器谱。放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系，辐射的含量与能量的强度存在正比关系。在γ射线与闪烁体发生光电效应时，γ射线产生的光电子动能给Eeγii为K、L、M等壳层中电子的结合能。在γ射线能区，光电效应主要发生在K壳层。此时，K壳层留下的空穴将为外层电子所填补，跃迁时将放出X光子，其能量为EX。这种X光子在闪烁晶体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子。因此闪烁体得到的能量将是两次光电效应产生的光电所以，由光电效应形成的脉冲幅度就直接代表了γ射线的能量。在康普顿效应中，γ光子把部分能量传递给次级电子，而自身则被散射。反冲电子动能为e Eγ0c2Eγ(1−cosθ)散射光子的散射角为θ;m0c2为电子静止能量（0.511MeV）。为方便起见上式可近似写成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似写成：γE γγ当θ=180°时，即光子向后散射，称为反散射光子。电子前冲，而且获得反冲最大，此时eemax当初始γ光子在NaI（T1）晶体中，首次发生的效应是康普顿效次级效应（光电效应及康普顿效应）。若是逃逸出晶体，则留下的反与首次康普顿效应产生的光电子能量之和正好等于原始γ射线能量，即和光电效应产生的脉冲幅度是一样的，相应于γ光子的全部能量。四结果分析及数据处理1）一个典型的NaI（T1）谱仪测到的137Cs源的0.662MeVγ能谱2）γ射线能量比较高的情况的实例五实验结论与心得体会：六实验结论与心得体会：实验目的2利用r射线散射效应及材料对r射线的吸收效应模拟3利用所学知识解释r射线与物质相互实验器材241Am放射源、铅实验原理这些散射射线穿过镀层材料，被衰减为I3并被探头接收，近似地I3=I实验步骤2测量241Am放射源的r能谱，确定4以铅砖作为基底材料，将探头和241Am放射源按一定角度固定在铅砖一侧，探头和241Am放射源之间用铅屏蔽KI0），结果讨论1、掌握测氡仪器的使用；2、掌握现场测氡方法。1、RAD7型空气测氡仪或FT648型测氡仪；伏（相对于探测器）在整个腔体内形成一个电场。这个电场将正电粒子推向2-1所示。在腔里衰变的氡-222核留下了转变的钋-218，带正电子的离子。腔这个带正电的离子赶向探测器并吸附在那里。当短进入“设置”命令，按提示设置好小时、分钟、秒钟、年、月和日期，4数据记录表格氡浓度(Bq/m3)氡浓度(Bq/m3)氡浓度(Bq/m3)氡浓度(Bq/m3)氡浓度(Bq/m3)4030200氡浓度EM001EM006EM007EM009EM016EM019地点编号252050氡浓度10:0510:2510:4011:0111:2586420 氡浓度14:1014:3014:5015:1015:30时间3）同一测量点不同时间段氡浓度数据分析4）不同测量点数据结果分析1.学会根据实验精度要求选择测量时间和测量次数；2.学会用线性最小二乘法拟合实验数据；3.理解距离平方反比率的意义和实际指导作用。3、铅准直器、铅皮套和铅板若干。设有一点源向各个方向均匀地发射光子(γ光子），若单位时间位时间将有N0个光子穿过（假设空间无辐射、吸收与散射等作用—理想条件因此在离源R处单位时间单位面积上通过的γ光子数为：I=----------------------------------------------（1）很短时间内N0不变。所以可得以下公式：I=⇒I∝1、由指导老师或自己在实验场所及附近设定一条测线进行不同测点放射性γ总量测量。每隔10秒记数，每一个测量点记数3次2、在实验室内找一定点，在同一条件下进行多次重复性测量（每隔10秒记一次数，不少于100次然后以平均值N为中心，以δ∕2为组距统计画出落在计数落在N±δ、N±2δ、N±3δ区间表1测量的原始数据地点计数（n1）计数（n2）计数（n3）均值（N）均值（N）123456789…根据表1测得的数据在平面直角坐标上画出测线的放射性水平表2测量的原始数据次数计数率次数计数率123456789…频率直方图252050667695722750778计数806834862890例图1计数落在N±δ区间内的概率为84%，落在N±2δ区间内的概率为94%，落在N±3δ区间内的概率为98%，基本符合正态分布。定点γ辐射测量计数率806040200时间(s)0100200300400500600例图21、衰变服从什么规律，核辐射测量的两个基本特征是什么？1.复旦大学、清华大学、北京大学合编《原子核物理实验方法》原子能出版社1998；一实验目的1.初步认识几种放射性核素在NaI（T1）谱仪中形成的γ能谱；2.了解数字化多道谱仪系统（Ispeter2000）以及NaI（T1）谱仪系统的特点，并学会操作使用该系统；3.掌握测量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二实验器材NaI（T1）闪烁探测器、铅室、Ispeter2000数字化多道谱仪、环三实验原理利用碘化钠晶体和光电倍增管组成的闪烁计数器，把具有一定能量的光子变为电脉冲，且输出的脉冲幅度与入射光子能量成正比。通行能谱分析的基本原理。但是用γ能谱仪测得的放射源的γ谱，与放射源产生的起始γ谱有很大差别，这种由能谱仪测量得到的、被复杂化的核辐射原始线谱称为仪器谱。放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系，辐射的含量与能量的强度存在正比关系。在γ射线与闪烁体发生光电效应时，γ射线产生的光电子动能给Eeγii为K、L、M等壳层中电子的结合能。在γ射线能区，光电效应主要发生在K壳层。此时，K壳层留下的空穴将为外层电子所填补，跃迁时将放出X光子，其能量为EX。这种X光子在闪烁晶体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子。因此闪烁体得到的能量将是两次光电效应产生的光电所以，由光电效应形成的脉冲幅度就直接代表了γ射线的能量。在康普顿效应中，γ光子把部分能量传递给次级电子，而自身则被散射。反冲电子动能为e Eγ0c2Eγ(1−cosθ)散射光子的散射角为θ;m0c2为电子静止能量（0.511MeV）。为方便起见上式可近似写成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似写成：γE γγ当θ=180°时，即光子向后散射，称为反散射光子。电子前冲，而且获得反冲最大，此时emax EγE γγ当初始γ光子在NaI（T1）晶体中，首次发生的效应是康普顿效次级效应（光电效应及康普顿效应）。若是逃逸出晶体，则留下的反与首次康普顿效应产生的光电子能量之和正好等于原始γ射线能量，即和光电效应产生的脉冲幅度是一样的，相应于γ光子的全部能量。四结果分析及数据处理以NaI（T1）谱仪测得的γ能谱分析说明为主。1）一个典型的NaI（T1）谱仪测到的137Cs源的0.662MeVγ能谱图1上有三个峰和一个平台。最右边的峰A称为全能峰。这一脉冲