篇一：γ射线能谱的测量及γ射线的吸收
γ射线能谱的测量及γ射线的吸收
与物质吸收系数μ的测定
【摘要】原子核从激发态跃迁到较低能级或基态跃迁能产生γ射线，实验，将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布。并通过测量γ射线在不同物质中的吸收系数，了解γ射线在不同物质中的吸收规律。
【关键字】γ闪烁谱仪γ射线能谱物质吸收系数
当今的世界，以对核技术进行了相当广泛的运用。从1896年法国科学家A.H.Becquerel发现放射性现象开始，经过M.Curie一些新放射性元素的发现及其性质进行研究后，人类便进入了原子核科学时代。在原子核发生衰变时，会发出α、β、γ射线，核反应时会产生各种粒子。人们根据射线粒子与物质相互作用的规律，研制了各种各样的探测器。这些探测器大致可以分为“信号型”和“径迹型”两大类。径迹型探测器能给出粒子运动的径迹，有的还能测出粒子的速度、性质等，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、多丝正比室等。而信号型探测器根据工作物质和原理的不同，又可分为气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器。其中闪烁探测器的工作物质是有机或无机的晶体闪烁体，射线与闪烁体相互作用，会使其电离激发而发射荧光。从闪烁体出来的光子与光电倍增管的光阴极发生光电效应而击出光电子，光电子在管中倍增，形成电子流，并在阳极负载上产生电信号。如NaI(TI)单晶γ探测器。
γ射线是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出不同能量的γ射线。人们已经对γ射线进行了很多研究，并在很多方面加以运用。像利用γ射线杀菌，γ探伤仪等。然而不恰当的使用γ射线也会对人类产生一定的危害。γ射线的穿透力非常强，如果在使用过程中没有有效的防护，长时间被放射性元素照射的话可能发生细胞癌变。在对γ射线进行了大量的研究后发现，按能量的不同，可以对其进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布（能谱）。测量γ射线能谱的装置就是上面所提到的NaI(TI)单晶γ闪烁探测器。
在γ射线能谱的测量试验中，对实验装置有了一定的了解后，我们对137Cs、60Co进行了γ能谱的测量，以下变是试验所得的数据：
根据以上的实验数据，最终实现了能谱图样的输出（见附表）。 以上的实验让我们见识到了γ射线的一些性质，出于使用安全的
考虑，研究人员对防辐射方面也进行了大量的研究，一些物质对γ射线的吸收情况也得以大致了解。这对我们更好更安全地利用γ射线打下了坚实的基础。为了跟上时代的步伐，我们也对物质对γ射线的吸收进行了相关的实验。γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。 窄束γ射线在穿过物质时，强度会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度I随物质厚度的衰减服从指数规律，即
I?I0e??rNx?I0e??x
其中，x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm）,?r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，μ是物质的线性吸收系数，μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。 在实验中，我们利用了Pb、Al两种吸收片进行对比研究，利用课本中的知识计算这两种吸收片对137Csγ射线的线性吸收系数。一下便是我们实验所得数据：
由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的 射线
强度I成正比，取对数得：
?m
lnN??R?lnN0
?
即：
?mlnN2?lnN1
??
?
R2?R1
根据以上方式对数据进行处理得到：
由上表可以看出实验所得的数据与理论值存在着一定的误差。
就以上存在的误差进行原因分析：
（1）NaI(TI)闪烁晶体的发光效率受温度的影响，在不同的温度下，同样能量的γ射线打出的光子数会发生变化，其结果必然会影响实验的准确性；
（2）实验结果也会受到NaI(TI)闪烁晶体制造工艺的影响，晶体的透明度不好，使晶体发射的部分荧光光子被其本体吸收，或者闪烁体与光阴极的光学接触不好，致使荧光光子的收集不完全，从而导致数据的偏差；
（3）实验测定容易受到晶体灵敏体积周围的各种散射物质（防光盒、光电倍增管等）相互散射作用的影响，这些因素使得全谱下的面积增
大，致使实验结果误差变大；
（4）光电倍增管的光阴极的热发射和各打拿极的二次发射系数易受温度的影响。光电倍增管光阴极的材料具有较低的功函数，即使是室温下，也有一定的热电子发射，它和光电子一样会被倍增，随着温度的升高，热发射电流迅速增加。各打拿极的二次发射系数由于受材料的功函数随温度的影响，将发生变化，从而影响到达阳极而被收集的电子数目。
（5）各种元器件引入的影响，构成分压器、电压灵敏前置放大器、放大器、高压电源、低压电源、多道脉冲幅度分析器的电阻、电容、二极管、三极管、各种芯片等电子元器件都会因为受到温度的影响从而影响到最终的实验结果。
以上便是对实验结果误差的一些个人分析。通过对该实验的研究与学习，丰富了个人的关于γ射线的相关知识，并掌握了一定的实验技巧。
【参考文献】
[1]屈国普，凌球，郭兰英等.NaI(TI)闪烁谱仪谱漂移原因分析[J].南华大学学报（自然科学版），2005.
[2]郭春营，罗永锋，林源根.NaI(TI)闪烁谱仪峰总比的蒙特卡罗计算[J].核电子学与探测技术，2002.
[3]程守洙 ,江之永. 普通物理学[M] . 北京 :高等教育出版社.
[4]林根金等．近代物理实验讲义[M]．浙江师范大学数理信息学院近代物理实验室，2010. [5]周元林，宋开平，何方方等.一种新型γ射线防护用乳胶制品填充料的研制[J].辐射防护.2008
篇二：实验2 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告
近代物理实验报告 γ射线的吸收与物质吸收系数测定
学 院 数理与信息工程学院班 级 光信081班姓 名 陈亮 学 号 08620114 时 间2011年04月27日
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
班级：光信081姓名：陈亮学号：08620114
摘要：
学会NaI(Tl)单晶Υ闪烁体整套装置的操作、调整和使用；在此基础上测量137Cs和60Co的Υ能谱，求出能量变化率、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器在NaI(Tl)单晶Υ谱测量中的数据采集及其基本功能，在数据处理中包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等。通过测量137Cs和60Co的Υ射线的吸收曲线，研究Υ射线与物质（被束缚在原子中的电子、自有电子、库仑场、核子）相互作用的特性，了解窄束Υ射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。
关键字：
Υ射线 能谱 物质吸收系数μ 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。
γ射线，又称γ粒子流，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α、β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γ射线 。
γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。当γ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γ
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γ光子（＞2兆电子伏特）的光电效应较弱。γ光子的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生弹性碰撞，γ光子的能量和运动方向均有改变，从而产生康普顿效应。当γ
光子的能量大于电子静质量的两
光子能量的增高而增
倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随γ
强。γ光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用γ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γ谱仪（利用晶体对γ射线的衍射）直接测量γ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γ射线强度的常用仪器。
通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。γ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。γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。γ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γ射线的能量与原子核激发态的能级密切相关， 因此，γ途径。
正文
实验目的
1．了解γ射线与物质相互作用的特性； 2．了解窄束γ射线在物质中的吸收规律； 3．测量其在不同物质中的吸收系数。
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，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。 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
??Nx??x
I?I0er?I0e
（1）
其中，I0、I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（单位cm），σr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，μ是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm）。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。因此（1）式可表达为
I(R)?I0e
??mR/?
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
（2）
由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的γ射线强度I成正比，又对（2）式取对数得：
lnN??
?m?
R?lnN0
（3）
若将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线，如图所示。μm/ρ可以从这条直线的斜率求出，即
?
?m?
?
lnN2?lnN1
R2?R1
（4）
物质对γ射线的吸收能力也经常用半吸收厚度表示。所谓半吸收厚度就是使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质的厚度，记作：
d1?
2
ln2
?
?
0.693
?
（5）
实验装置
①放射源Cs (强度≈2微居里)；
②200mmAl窗NaI(Tl)闪烁探头；
③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器； ④Al与Pb吸收片若干
实验步骤：
测量137Cs的γ射线在Al吸收片和Pb吸收片中的吸收曲线，并根据实验数据求得线性吸收系数μ。
1.调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上； 2.在闪烁探测器和放射源之间加上0、1、2?片已知质量厚度的吸收片，进行定时测量（t=300秒）；
3.分别记录片数n=0,1,2,3,4时的R0、R1、R2、R3、R4所对应的光电峰计数N0、N1、N2、N3、N4。 4.根据公式-μlnN2-lnN1lnN2-lnN1
μ=-ρμ01、μ02、ρR2-R1R2-R1
137
μ03、μ04、μ12、μ13、μ14、μ23、μ24、μ34。并求平均值μ。
5.依照上述步骤测量Al和Pb对137Cs的γ射线的质量吸收系数μAl、μPb。 6.整理仪器，经教师检查签字离开。
数据处理计算吸收系数μ
1373
所用的放射性元素：Cs，电压U=684，?Al=2.7g/cm, ?
Pb
=11.34g/cm
3
Al的吸收系数
计算吸收系数公式为：
?
?m?
?
lnN2?lnN1
R2?R1
各组两两对应后代入公式?的值
?
平均值?=0.1591 cm-1
Pb
各组两两对应后代入公式?的值
?
-1
平均值?=1.1203 cm
实验分析与总结