r射线能谱实验报告

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1、实验报告系级姓名日期No.评分：实验题目：丫能谱及丫射线的吸收实验目的：学习闪烁丫谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对丫射线的吸收规律实验原理：1. Y能谱的形状闪烁丫能谱仪可测得 丫能谱的形状，下图所示是典型137CS的Y射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。A?氐聘: | :/ %: I :*:丨：*+ I 進址图2.2J6的0的T能潸圈从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰Ee，又称全能峰，其能量就对应Y射线的能量E。这是由于丫射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式(1)，如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使

2、光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸岀原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同 时放岀能量Ez Bi的X射线，一般来说，闪烁体对低能X射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了 Ee E的全部能量，所以光电峰的能量就代表丫射线的能量，对137Cs，此能量为0.661 MeVoEc即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。背散射峰Eb是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。2 谱仪的能量刻度和分辨率(1 )谱仪的能量刻度闪烁谱仪测得的 丫射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度(即

3、峰值在横轴上所处的位置)是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给岀每道所对应的能量增值E。例如选择137Cs的光电峰E = 0.661 mev和60Co的光电峰E 11.17MeV、E 21.33MeV等能量值,先分别测量两核素的 丫能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址(若不用多道分析器，可给岀各峰位所 为应的单道分析器上的阈值)。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算岀多道分析器的能量刻度

4、值E。如果对应E10.661MeV的光电峰位于a道，对应 E21.17MeV的光电峰位于E道，则有能量刻度1.17 0.661B AMeV测得未知光电峰对应的道址再乘以(1)e值即为其能量值。(2)谱仪分辨率Y能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如丫光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打岀光电子、光电子在倍增极上逐级打岀光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨半高度V光电峰

5、脉冲幅度V100%(2)表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左右。对的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。物质对丫射线的吸收当丫射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方Y射线（或良好几何条件下的射线束）。实验向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束表明，单能窄束 丫射线的衰减遵循指数规律：(8)其中-.、分别是通过物质前、后的丫射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示，：是丫射线通过物质的厚度，二：是三种作用截面之和，N是吸收物质单位体积的原子数，是物质的线性吸收系数，表示

6、单位路程上射线与物质发生三种相互作用的总几率，其大小反映了物质吸收丫射线能力的大小。可见，如果在半对数坐标图上绘制吸收曲线，那么这条曲线就是一条直线，直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数。Y射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度dl2，从（8）式可知:(9)In 20.693di?实验内容：1. 熟悉仪器，开启高压电源，预热20分钟；2. 用多道分析器测量并观察 137Cs和60Co的丫能谱的形状，截取能谱图，在图上指岀光电峰、康普 顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位；3. 137Cs的光电峰对应能量为0.661MeV, 60Co的左侧光电峰能量为 1.17MeV，请对谱仪进行能量刻度、作

7、图，并测量60Co的右侧光电峰能量4. 确定137Cs光电峰的能量分辨率（不扣本底）5. 选择良好的实验条件，测量137Cs的丫射线在紫铜吸收片中的吸收曲线（要求至少10个点，各点统计误差小于2%），求岀相应的线性吸收系数和半吸收厚度。实验数据:1. 137Cs和60Co的丫能谱图137 .Cs的能谱图采匿定廿| (HE 0甘o (?时京山 齐按tM可：?1 ?n-为町：丹冃 満打：；71-期惜口：CW1 I* 週窃F: H空廉 盘听比1：1丹 ttBJ14Wt7fl；z雾审世ttf来毎握PITA J.、1- 3L 炊刘沪皱*T J7fIJfMCA王耶77*jr*皙停曲世TtZA联乂件創 酯冷

8、E 锻裤取 菽菩3港囚 迓呂屯)帘助心殊比产睾 1必 逮址i*54豐计#61015片喷祇I331魅览舟撰;K.SC呼售比137 咗能总：全辛晶三区g(J 赴腳ti； q站貝 0 总和 060Co的能谱图:道计荷i_*丈辟 辅a 施蘇世；览据愛埋用 esI）帮朋卸I血血J5W 制歼曲宿停竺上E 亟逐也童总90*1 竺檢3UT甘理示I适址IS1?通计敢IS?*PH5堆眷比I2714觥未权4oia,i?:fIT1? 14-S.il | |0枸0号0物ittt 13Jtittte肝妬M可；古时逾n活打;1407翩惜口：COhll On盘皆rll： 5右光电卫4区2. 能谱仪的能量刻度并测量 60Co右

9、侧光电峰的值实验测得：137CS :峰值道址：45460Co :右光电峰道址：938,左光电峰道址：817已知137 Cs的光电峰 巳 0.661Mev，60Co左光电峰道址 E21.17MevE2 E|1.17 0.6613.有能量刻度e211.4 10 Mev/道1.32MevBA 817 454根据测得的60Co右光电峰的道址，有 60Co右光电峰能量 E3 e C 1.4 10 3 938已知60Co右光电峰能量为 E 21.33Mev相对误差1.33 1.321.330.75%，与理论值吻合得较好通过作图也可以发现，60Co的右光电峰确实落在 137Cs光电峰和60Co左光电峰形成的

10、直线上Equslicifiy a +WnghENd WeghfinaRoidual Sum3.2J462E fofSquar-esAj吐 R-Square0 99973ValueSundard ErroroInwrcept0.0324A0.01221口StopeQ 001391 50661E51 4 nT 3 -怙左光电峰0 *6 t400600700道址00010003. 能谱仪的能量分辨率测得的 137Cs 光电峰半高宽 39.1 道， E 39.1 e 39.1 1.4 10 30.0548Mev能量分辨率E 0.0548 8.3%E10.661由于未扣本底，与计算机得岀的结果8.6%有

11、一定误差4. 137CS的Y射线的线性吸收系数和半吸收厚度穿透的铜片厚度铜片编号12345678910厚度(cm)0.2940.2840.2900.3000.2880.2960.2860.2860.2880.290按顺序每次叠加一个铜片，那么穿透厚度穿透厚度12345678910厚度(cm)0.2940.5780.8681.1681.4561.7522.0382.3242.6122.902每次穿透过后的光强，即光电峰的面积为放铜片编号012345678910光强279542353820098171811444412156103818918750164075665在半对数坐标纸上作图，得到104

12、 -1光强In :丨）10 21D 0 -96 -9.6 -S4 -Equalion= a +WeightNo WeighEingReiduaJ Sum on0.00139Adj. R-SquairaVau&Standard ErrInlenoept10229000702SlopehO&607ootMoe66 -20I I 1 I I0.00 51015穿透线性拟合得到直线斜率k=-0.5567，又吸收系数=-k故吸收系数=0.55671 n Q半吸收厚度d 1 叱20.69311.245cm0.5567思考题：1、用闪烁谱仪测量 丫射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量岀137Cs和60Co的光电峰，应如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？答：合适的工作条件，要求能够充分利用多道分析器的道址范围，具体来说，就是要求60Co的右光电峰恰好能够完全显示，因为 60Co的右光电峰能量最大，为E 2 1.33Mev试验中的工作条件即为 500V左右在测量过程中，此条件不可改变。若改变，将道址能谱图整体平移。如果在测量能量刻度是发生平移，将造 成实验结果的错误