实验二十七 相对论效应验证

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1、实验二十七相对论效应验证20世纪初。物理学基本观念经历了三次影响深远的革命；作为这三次革命的标志和成果,就是狭义相对论,广义相对论和量子力学的建立.物理科学中有两个十分重要的实验发现一直困扰着人们。一个是1887年由迈克尔逊和莫雷所做的光速实验和另一个是所谓的黑体辐射。狭义相对论改变关于时间和空间的观念：从牛顿的绝对对时空观念而成为四维时空观，这就是爱因斯坦于1905年提出他的相对性原理和光速不变原理。狭义相对论时空观念。爱因斯坦狭义相对论已为大量的实验所证实，并应用于近代物理的各个领域。狭义相对论是设计所有粒子加速器的基础。本实

2、验通过同时测量速度接近光速C的高速电子(粒子)的动量和动能来证明狭义相对论的正确性。能量为1MeV粒子速度为0.94C.实验所用粒子的能量在0.4～2.27MeV范围。其速度非常接近光速C。所以能验证动质能的相对论关系。学习磁谱仪的测量原理及其他核物理的实验方法和技术。γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射，本质上它是一种能量比可见光和X射线高得多的电磁辐射。利用γ射线和物质相互作用的规律，人们设计和制造了多种类型的射线探测器。闪烁探测器即是其中之一。它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器，既能测量射线的强度，也能测

3、量射线的能量，在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。本实验介绍一种常用的γ射线测量仪器：碘化钠单晶γ射线探测仪及粒子的动量和动能相对论效应。【实验目的】1、了解闪烁探测器的结构、原理。2、掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。3、测量快速电子的动能和动量。4、验证快速电子的动量与动能的关系符合相对论效应。【实验原理】核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。下图是闪烁探测器组成的示意图。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。上图中

4、探测器最前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、b)进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子(一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去)。在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去。所谓射线的能谱，是指各种不同能量粒子的相对强度分布；把它画到以能量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。根据这条曲线，我们可以清楚地看到此种射线中各种能量的粒子所占的百分比。在单道中还有一个窗宽DV，使幅度大于V0+DV的脉冲亦被挡住，

5、只让幅度为120的信号通过，单道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类：若线性脉冲放大器的输出是0~10V，如果把它按脉冲高度分成500级，或称为500道，则每道宽度为0.02V，也就是输出脉冲的高度按0.02V的级差来分类。逐点增加V0，这样就可以测出整个谱形。γ射线与物质相互作用时可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，这三种效应产生的次级电子在NaI(Tl)晶体中产生闪烁发光；如光电效应康普顿效应电子对效应图1g射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程表1γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作

6、用的基本过程基本过程次级电子获得的能量T1）光电效应γ+原子→原子激发或→离子激发+电子（该层电子结合能）2）康普顿效应γ+电子→(散射)+反冲电子按，；q为散射角，从0至最大能量连续分布，峰值在最大能量处。3）电子对产生γ+原子→原子++电子对均分能量核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。下图是闪烁探测器组成的示意图。闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的归结起来，闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：图2NaI(Tl)闪烁探测器的示意图1）射线进入闪烁体，与之发生相互作用，

7、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)利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，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104~109120个，电子流在阳极负载上产生电信号；4)此信号由电子仪器记录和分析。通常NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的能量分辨率以137CS的0.661MeV单能γ射线为标准，它的值一般是10%左右，最好可达6~7%。探测器的线性问题：能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关

8、系，以及线性范围的大小。NaI(Tl)单晶的荧光输出在150KeV