浙师大物理实验预习报告-nai(tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量

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1、浙师大近代物理实验预习报告浙师大近代物理实验预习报告NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定任希物理08108180123摘要：在了解了γ射线与物质相互作用的基本特性与多道脉冲幅度分析器在NaI（T1）单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能之后，我们将通过使用NaI（T1）γ闪烁谱仪，测量和的γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。并且进一步了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，并通过仪器测量了γ射线在不同物质中的吸收系数，通过对比不同物质的吸收系数，了解γ射线的性质。关键词：NaI（T1）γ闪烁谱仪、γ能谱吸收系

2、数引言γ射线是原子核能级跃迁的辐射，它是一种不含任何带点微粒、不受电场影响，并且穿透本领很强的特殊电磁波。波长短于0.2埃的电磁波。原子核由高能级向低能级跃迁时会放出γ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γ射线。我们将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，即所谓“能谱”。测量能谱的装置称为“能谱仪”。本实验中主要应用NaIγ闪烁谱仪来测量γ射线的能谱。正文：以下是本实验使用到的仪器：1.闪烁探测器浙师大近代物理实验预习报

3、告闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。归结起来，闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：(1).射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发;(2).受激原子、分子退激时发射荧光光子；(3).利用反射物和光导体将闪烁光子尽可能多地收集到光电增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；(4).光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个．电子流在阳极负载上产生电信号；(5).此电信号由电子仪器记录和分析。2.多道脉冲幅度分析器所谓射线的能谱，是指各种不同

4、能量粒子的相对强度分布；它反映在以能量E为横坐标，单位时间内测到的射线粒子数为纵坐标的图上是一条曲线。根据这条测量曲线，我们可以清楚地看到射线中不同能量的粒子所占的百分比。多道脉冲幅度分析器可以用来测量射线的能谱。我们知道闪烁探测器可将入射粒子的能量转换为电压脉冲信号，而信号幅度大小与入射粒子能量成正比。因此只要测出具有不同幅度的脉冲的数目，就能得到不同能量的粒子数目。多道正是按脉冲幅度大小统计出在不同幅度范围内脉冲的数目。多道里的每一道有一个甄别电压Vi，称为阈值，只有脉冲幅度大于Vi的信号才能被计数；同时，在每一道还需有一个道宽ΔV，以便

5、只让幅度在Vi+ΔV范围内的信号才被计数；当我们把ΔV取得很小时，统计得到的脉冲数目就可以看成是幅度为Vi的脉冲数目。简单地说，多道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按幅度大小统计.多道脉冲分析器主要由A/D转换器、用于数据采集的单片机和发送系统等组成，一次测量就可得到整个能谱曲线，既可靠、方便又省时。以下是这些仪器的一些原理说明：I(Tl)谱仪测得的137Cs的γ能谱：如下页图所示，测得的γ能谱有三个峰和一个平台。最右边的峰A称为全能峰，这一脉冲幅度直接反映γ射线的能量即0.661MeV；上面已经分析过，这个峰中包含光电效应及多次

6、效应的贡献，本实验装置的闪烁探测器对0.661MeV的γ射线能量分辨率<9%。浙师大近代物理实验预习报告平台状曲线B是康普顿效应的贡献，其特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到的连续的电子谱。峰C是反散射峰。由γ射线透过闪烁体射在光电倍增管的光阴极上发生康普顿反散射或γ射线在源及周围物质上发生康普顿反散射，而反散射光子进入闪烁体通过光电效应而被记录所致。这就构成反散射峰。可以根据式(1-9)算出反散射峰能量为峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的。137Cs的β衰变体137Ba的0.661MeV激发态在放出内转换电子后造成K空

7、位，外层电子跃迁后产生此X光子。γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定：在γ射线（光子）与物质之间（被束缚在原子中的电子；自由电子（单个电子)；库仑场(核或电子的)；核子(单个核子或整个核)）的相互之间的作用可以分成3类：（1）低能时以光电效应为主。一个光子把它所有的能量给予一个束缚电子；核电子用其能量的一部分来克服原子对它的束缚，其余的能量则作为动能；（2）光子可以被原子或单个电子散射到另一方向，其能量可损失也可不损失。当光子的能量大大超过电子的结合能时，光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和

8、运动方向都发生了变化，即所谓的康普顿效应，光子能量在1MeV左右时，这是主要的相互作用方式；（3）若入射光子的能量超过1.02MeV，则电子对的生成成为可能。在带电