吸收试验汇报

β吸取实验报告

篇一：β射线的吸取

中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：姓名：同组者：

实验9-4β射线的吸取

和γ射线相比，β射线和物质的互相作用要复杂得多。β射线在吸取物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。通过研究β射线的吸取规律，测量吸取物质对β射线的制止本领，可以指引β辐射防护的选材及拟定厚度。此外，通过测量物质对β射线的吸取系数，或β射线在吸取物质中的射程，可以估算β射线的最大能量，这是鉴别放射性核素的有效措施。

实验目的

1、理解β射线和物质互相作用的机理。2、学习测量β射线最大能量的措施。3、测量吸取物质对β射线的制止本领。

实验原理

一、β衰变和β能谱的持续性

放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A相似的核素称为β衰变。β衰变时，在释放出高速运动电子的同步，还释放出中微子，两者分派能量的成果，使

90

β射线具有持续的能量分布，图9-4-1所示。以本实验所用的38Sr?9039Yβ源为例，其衰9090变图图9-4-2所示。它发射的β粒子最大能量为0.546MeV，38Sr的半衰期为28.6年，38Sr90衰变后成为90它发射的β粒子最大能量为2.27MeV，衰变后39Y，39Y的半衰期为64.1小时，9090成为40Zr，因此38Sr?9039Y源在0至2.27MeV的范畴内形成持续的能谱。

图9-4-1β射线能谱图9-4-238Sr?39Y源衰变图

90

90

二、β射线和物质的互相作用

β射线和物质互相作用时核心通过电离效应、辐射效应和多次散射等措施损失能量。β

射线和物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因此损失其能量，此即电离能量损失。电离损失是β射线在物质中损失能量的核心措施。当β射线和物质原子核的库仑场互相作用时，其运动速度会发生很大变化。根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。此外，β射线也可以和物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只变化运动方向。由于β粒子的质量很小，因此散射的角度可以很大，并且会发生多次散射，最后偏离本来的方向，使入射方向上β射线强度削弱。当β射线穿过物质时，由于β射线和物质发生互相作用，使β射线强度削弱的现象称为β射线的吸取。

三、β射线最大能量的测量

β射线的能量是持续分布的，对于拟定的放射源，有拟定的最大能量E0，因此，如果可以测量出β射线的最大能量E0，则可以鉴别放射性核素的种类，其为放射性测量的一项重要内容。常用的测量措施有吸取法和最大射程法两类。

图9-4-3β吸取曲线

实验表白，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸取物质层时，其强度随吸取物质层厚度的增长而削弱，并符合指数衰减规律。但由于β射线的能量不是单一的，而是持续分布的，因此β射线的吸取只是近似符合指数衰减规律，图9-4-3所示。图中横轴xm为吸取物质的质量厚度，等于吸取物质层厚度x和物质密度ρ的乘积，单位采用g/cm。R0为有效射程，代表使β射线强度降为10的吸取物质层厚度，也采用g/cm作为单位。由于β射线和物质互相作用时会放生轫致辐射，并且放射性核素β衰变时还随着有γ射线，因此在测量β射线的吸取曲线时，虽然吸取物质层厚度已经超过β射线的最大射程（用R表达，代表β射线所有被吸取时的吸取物质层厚度），仍会测量到高于本底的计数，图9-4-3中各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难，为此，在实际工作中一般是测量有效射程，来替代最大射程。有效射程不仅和吸取物质的性质有关，并且也和β射线的最大能量E0有关，对于铝吸取体，存在下述经验公式：

当0.8MeV?E0?0.15MeV时。

1.38

（9-4-1）R0?0.407E0

-4

2

2

当E0?0.8MeV时。

R0?0.542E0?0.133（9-4-2）

假设β衰变过程中只放出一种β射线，图9-4-3中（a）所示，吸取曲线可近似用下式表达

I?I0e??mxm（9-4-3）

对两边取对数，得

lnI?lnI0??mxm（9-4-4）

其中I0和I分别是穿过吸取物质前、后的β射线强度，xm是吸取物质的质量厚度，?m是吸取物质的质量吸取系数。由于在相似实验条件下，某一时刻的计数率n总是和该时刻的β射线强度I成正比，因此（9-4-3）式和（9-4-4）式也可以表达为

n?n0e??mxm（9-4-5）

lnn?lnn0??mxm（9-4-6）

显然，lnn和xm具有线性关系。在用NaI（Tl）闪烁能谱仪测量β射线能谱时，考虑到β射线的能量分布的持续性，其全谱计数率即为（9-4-5）式和（9-4-6）式中的n。

同有效射程同样，?m也和吸取物质的性质及β射线的最大能量有关。对于铝吸取体，存在经验公式

?m?

17

（9-4-7）1.14

E0

这样，只要在实验过程中，通过测量β射线在一定吸取物质中的吸取曲线，在曲线上求取R0和?m，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出β射线的最大能量。

四、吸取物质对β射线的制止本领

β射线在吸取物质中单位途径长度上损失的平均能量定义为吸取物质对β射线的制止本领（简称制止本领），记作

dE

实际使用中，为了消除密度的影响，常用的是质量制止dx

本领，即

1dE

其中ρ为吸取物质的密度。?dx

根据β射线和物质的互相作用，我们懂得，在一般能量范畴内（如E0?10MeV），β射线在吸取物质中的能量损失核心来自于电离损失和辐射损失，因此总的制止本领应为这两种能量损失所相应的碰撞制止本领及辐射制止本领之和。总的制止本领的计算比较复杂，但可以通过实验，测量不同样能量的单能电子在吸取物质中的能量损失，来求得这一物质在不同样

能量时的总的制止本领。

单能电子的获得可以通过横向半圆磁聚焦β谱仪分离β射线得到，实验中，只要变化NaI（Tl）闪烁探测器相对于横向半圆磁聚焦β谱仪的位置，就可以探测不同样能量的单能电子。显然，当NaI（Tl）闪烁探测器在某个位置时，只要我们可以测量出β射线通过吸取物质前后相应的单能电子能量E0和E1，就可以计算出该吸取物质对能量为

E??E0?E12的单能电子的质量制止本领，即

1dEE0?E1

（9-4-8）?

?dxdm

其中dm为吸取物质层的质量厚度。

实验装置及器材

实验所需仪器核心涉及横向半圆磁聚焦β谱仪（真空型）、NaI（Tl）闪烁探测器、多道

9090

脉冲幅度分析器、计算机等，此外还用到γ放射源60Co和137Cs，β放射源Sr—Y。实验装置图9-4-4所示。

图9-4-4β射线吸取实验装置

实验内容

1、阅读仪器使用阐明，掌握仪器及多道分析软件的使用措施。

2、仪器开机并调节好工作电压（700~750V）和放大倍数后，预热30分钟左右。3、在多道分析软件中调节预置时间为600s。

4、用γ放射源60Co和137Cs标定闪烁谱仪，绘制能量刻度曲线，用最小二乘法拟定相应的表达式。

5、抽真空，真空度由真空表监测。

6、测量铝在不同样能量下对β射线总的质量制止本领。左右移动闪烁能谱仪的探头，在加吸取片和不加吸取片两种状况下，分别测量β射线（用

β放射源Sr—Y）能谱中单能电子峰位相应的多道脉冲幅度分析器的道数。根据道数由能量刻度曲线计算单能电子的能量，进一步得到铝在不同样能量下对β射线总的质量制止本领，并绘制质量制止本领和探头位置之间的关系曲线。

需要注意的是，由于闪烁体前有一厚度约200μm的铝质密封窗，周边包有约20μm的铝质反射层，因此单能电子穿过铝质密封窗、铝质反射层后，其损失的部分能量必需进行修正。当材料的性质及其厚度固定后，这种能量损失的大小仅和入射粒子的能量有关，因此应根据实验室提供的仪器具体参数进行校正，而由测量到的粒子的能量，给出入射粒子进入窗口前的能量大小。

表9-4-1列出了单能电子通过220μm铝质薄膜前后的能量相应关系，其中E1为入射前的能量，E2为出射后的能量。根据测得的能量，在表格中运用插值法可计算出入射前的能量。

7、用一组铝吸取片测量对Sr—Y放射源的β射线的吸取曲线（lnn~xm曲线），用最

90

90

9090

小二乘法求出质量吸取系数，进而求取β射线的最大能量，并和2.27MeV比较，求相对不拟定度。

注意事项

1、当工作批示灯亮时，切勿关闭仪器。2、领用和归还放射源必需作好登记。数据记录及解决

1、绘制能量刻度曲线

60137

篇二：物质对β射线的吸取

物质对β射线的吸取

By金秀儒物理三班Pb05206218

实验题目：物质对β射线的吸取

学号：PB05206218

姓名：金秀儒

实验目的：

是学习和掌握和物质对射线吸取的有关知识和实验措施，测量吸取曲线并求出β射线的射程和最大能量。同步进一步加深对计数管、定标器等仪器的理解。

实验仪器：

G-M计数管、放射源、薄铝箔、厚铝箔。

实验原理：

当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，和该物质原子或原子核互相作用，由于能量损失，强度会逐渐削弱，即在物质中被吸取。电子和物质互相作用的机制核心有三种：

第一，电子和物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种措施损失能量称为电离损失。电离损失的能量损失可由下式给出：

?2mv2?4?e4?dE?

式中v为电子速度，N、???NZln?1.2329????此式合用于非相对论状况，2

I?dx?ionmv??

Z、I分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。由此看出，电离损失的能量

和入射电子的速度、物质的原子序数、原子的平均激发能等因素有关。

第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射，使电子的部分能量以X射线的形式放出，称为辐射损失。这主

Z2?dE?

要在能量较高的电子和物质互相作用时发生。辐射损失????2NE式中m、E分别为

dxm??rad

入射电子的质量、能量，Z、N分别为靶物质的原子序数和单位体积中的原子数。

除以上两种能量损失外，β射线在物质中和原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改

变运动方向，因电子质量小，也许发生比较大角度的散射，还也许发生多次散射，因此偏离原射束方向，使入射方向上的射线强度削弱，这种机制成为多次散射。如果散射角超过90，这种散射称为反散射。

?

β射线通过物质时核心以上述三种互相作用措施损失能量使强度削弱。发生三种互相作用的概率和β粒子的能量、吸取物质的原子序数等因素有关。

考虑一束初始强度为I0的单能电子束，当穿过厚度为x的物质时，强度削弱为I，其示意图

强度I随厚度x的增长而减小且服从指数规律，可表达为I?I0e??x式中μ是该物质的线性吸取系数。实验指出，不同样物质的线性吸取系数有很大的差别，但随原子序数Z的增长，质量吸取系数?m??/?（ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因此常用质量厚度d???x来替代线性厚度x，原子核β衰变放出高速电子的同步，还放出中微子，因此放出的电子并不是单一能量的，而是具有多种能量分布的持续能谱，因此β射线的吸取曲线并不精确地服从指数规律。

从图中可以看出，有一最大能量Emax，不同样的核发生β衰变时，放出的电子能谱的Emax值不同样，常以Emax代表β射线的特性能量。某些放射性核素会同步发射几种最大能量不同样的β射线，这就会使实验得到的吸取曲线更为复杂，放射性核素β衰变还也许随着γ射线，加之轫致辐射的影响，伴有X射线，使吸取曲线的尾部偏离指数规律，具有一定最大能量的β射线，在具有一定吸取系数的物质中所能穿过的最大厚度，称为该射线在该物质中的最大射程。一般定义通过吸取物质后，射线强度减少到I/I0?10?4时，所对

应的吸取物质厚度d即为β射线的射程R。

在实际测量中吸取曲线的尾部由于γ射线和轫致辐射的存在而变平，因此只能根据曲线变平之前的下降趋势按直线外推至I/I0?10?4处，从而得到β射线的射程R。β射线的射程和β射线的最大能量之间，有经验公式相联系，如吸取物质是铝，则当射程R?0.3g/c(：.xiaocaoFanwEn.cOM小草:)m2时，E?1.85R?0.245式中E为β射线的最大能量，单位为MeV。当用质量厚度表达射程R时，对于原子序数相近的物质，射程也近似相似。公式（5）不仅对铝合用，对那些原子序数和铝相近的物质也是合用的。图4.3.2-4给出β射线的射程R和其能量E之间的关系曲线，通过该曲线也可由射程求出相应的能量，或由β射线的能量找出相应的射程。该图的坐标轴均取对数坐标。

数据解决及结论：

1.铝箔的测量

铝箔的测量

薄片厚片

长/cm6.36.2

宽/cm4.75.3

质量/mg557.783550

2.测量β射线密度和铝箔厚度的关系

3.绘制吸取曲线，并求出R和EMAX：

篇三：TP1实验报告_V2

γ射线和β射线吸取能谱模拟和分析

中法核工程和技术学院核能和核技术工程

郭辉14213743

摘要：

本文采用TRIPOLI4对内具有碘化钠晶体的和放射源的铅室进行了γ和β射线辐照模拟，画出吸取能谱图。分析成果表白γ射线通过光电效应，康普顿散射和电子对效应和物质作用，在入射光子能量附件形成较高的全能峰。此外电子对效应会发出0.511MeV的逃逸光子，在能谱上形成逃逸峰。同步逃逸光子也会继续和其他物质作用。同步受γ射线的作用，物质也会发出特性X射线。在β射线行进过程中能量逐渐损失，空气对其吸取能力较弱，但通过空气后在达到其他物质时峰值的能量会被削减。

1.引言

近年来，随着对微观粒子的不断进一步研究，对微观粒子的吸取屏蔽分析也受到越来越广泛的关注。衰变及裂变反映的随着产物Gamma粒子，beta粒子对人体具有伤害，因此对其防护及吸取的意义重大。也有多种粒子探测器可以检测粒子，但费用成本较高，操作规定严格。

TRIPOLI4是法国原子能中心（CEA）开发的基于三维蒙特卡罗粒子运送计算程序[1]，在反映堆物理分析，辐射防护设计，核电安全评估等领域得到广泛应用。它可以具体模拟中子，光子和中子光子耦合的运送过程，使用精细的点截面和多群等效截面的数据库，广泛用于裂变反映堆堆芯物理计算和屏蔽分析中。

本文运用TRIPOLI4模拟光子运送工程的功能及其精细的点截面数据库来分别模拟了Gamma射线及beta射线对含NaI晶体及以铅作为边界的的空气室的作用。分析了NaI晶体，铅及空气对Gamma射线和beta射线的吸取能谱。从而更深刻理解Gamma粒子及beta粒子和物质的互相作用。

2.模型和措施

TP1-1：一种20cm×20cm×20cm空气室，底部有一种点状gamma源，顶部有一种NaI晶体。模拟NaI晶体的能量吸取谱。取室温300K，原则大气压。已知空气密度为1.205×10-3g/cm3，NaI晶体的密度为3.67g/cm3，gamma射线能量为2.754MeV。研究空气和NaI的吸取能谱。

TP1-2：以上例脚本为底板，通过修实现如下研究。

?在空气室外加一种1cm厚的铅，形成铅室，（铅的密度为3.67g/cm3）；?把gamma源改为24Na源（两条gamma射线，能量分别为1.368MeV，2.754

MeV，发射概率均为100%）；

?同步输出空气、NaI晶体和铅室的吸取能谱。

TP1-3：把上例的gamma射线源改为90Sr-beta源（Ebeta=0.546MeV），研究空气、NaI晶体和铅室的吸取能谱。

需要应用TRIPOLI4的几何构造语句在脚本文献中建立几何模型；规定好多种物质的属性，并根据模型填充到相应位置；然后规定放射源的位置，方向，强度，能量大小及分布。

3成果和讨论

3.1TP1-1的脚本注释和成果讨论

3.1.1TP1-1脚本注释GEOMETRY

TITRENaI_Gammma

TYPE1CYLZ10.02.5!定义一种平行于Z轴的圆柱体，半径为10cm，高为5.0cm

TYPE2BOITE20.020.020.0!定义一种边长为20cm的立方体VOLU11!定义一种有坐标的体积COMBI1!用1几何体0.00.07.25

FINV!把1几何体中心放到坐标0.00.07.25，并将所形成的空间称为11VOLU12COMBI20.00.00.0

VMOINS111

FINV!把2几何体中心放到坐标0.00.00.0，并将所形成的空间称为12FINGEOM

COMPOSITION2!要定义两种物质PUNCTUAL

300!温度为300KNAI_dete

2!该物质含两种元素NA231.47E-2!10?24?NV?

??NA

M

NaI的密度为3.67g/cm3，M=150.

本文献和阐明书，答复脚本本件后的问题。

I1271.47E-2!定义物质NaIPUNCTUAL300AIR2N144.00E-5

O169.74E-6!10?24?NV?

??NA

M

空气密度1.205×10-3g/cm3，M=29。

?N?

?air

Mair

*78%*MN2；N（?VN）

?N*NA

MN

FIN_COMPOSITION

GEOMCOMP

NAI_dete111!将NAI_dete放到之前定义的空间11中AIR112!把Air放到1个几何体里，该几何体为12FIN_GEOMCOMP

LIST_SOURCE1!如下要规定1个放射源SOURCE

INTENSITE1.0!该源占比例为1PHOTON!发射粒子为光子

PONCTUAL0.00.0-9.9!定义为点源该源的位置0.00.0-9.9ANGULAR_DISTRIBUTIONISOTROPIC!规定该源角发布为各向同性ENERGETIC_DISTRIBUTIONSPECTREMONOCINETIQUE2.754!能量发布为单能，为2.754MeV

TIME_DISTRIBUTIONDIRAC0.!时间分布，随时间持续均匀分布定义源FIN_SOURCESFIN_LIST_SOURCE

LIST_DECOUPAGE1!定义一种能量间隔的分割GRID_E281!将能量划分为281个区间

0.00100.01100.02100.03100.04100.05100.06100.07100.08100.0910

0.10100.11100.12100.13100.14100.15100.16100.17100.18100.1910

0.0.21100.22100.23100.24100.25100.26100.27100.28100.2910

0.30100.31100.32100.33100.34100.35100.36100.37100.38100.3910

0.40100.41100.42100.43100.44100.45100.46100.47100.48100.4910

0.50100.51100.52100.53100.54100.55100.56100.57100.58100.5910

0.60100.61100.62100.63100.64100.65100.66100.67100.68100.6910

0.70100.71100.72100.73100.74100.75100.76100.77100.78100.7910

0.80100.81100.82100.83100.84100