物质的衰减系数测定.doc

物质的衰减系数测定实验报告物理072 陈焕 07180217摘要：本文主要介绍了钢的射线衰减系数测定的实验原理，最小二乘法原理以及测定的实验过程，最后是对得到的数据的分析和实验总结。关键词：钢的射线衰减系数 最小二乘法原理 实验过程 数据的分析 实验总结引言： 核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律；射线束的产生、探测和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。射线由法国科学家P.V.维拉德发现，是继、射线后发现的第三种原子核射线。射线是因核能级间的跃迁而产生，原子核衰变和核反应均可产生射线 。射线具有比X射线还要强的穿透能力。当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。一、 实验仪器和材料：CD-5OBGA+型CT教学实验仪 钢质台阶形测试件二、 实验原理根据射线通过物质时的衰减规律（朗伯比尔定律）：对上式取对数：如果通过实验测得射线穿过不同厚度钢的计数值，通过最小二乘法可以求得钢的衰减系数。射线与物质相互作用，可以有许多种方式。当射线的能量不太高时，在所有相互作用方式中，最主要的三种方式包括光电效应、康普顿效应和电子对效应。因此，在射线的能量不太高时，衰减截面是光电效应截面、康普顿效应截面和电子对效应截面之和。即：射线与物质相互作用的衰减系数：由于，式中A为原子质量数，为阿伏伽德罗常数。令，称为质量衰减系数，则射线穿过物质的距离d时的强度衰减为：上式可以看出，射线的衰减与物质的密度有关，物质的密度越大，射线衰减越快。三、最小二乘法拟合直线 最小二乘法拟合曲线的原理是：若能找到最佳的拟合曲线，那么该拟合曲线与各测量值之偏差的平方和，在所有拟合曲线中应最小。 现假设存在线性关系，其函数关系为：。由实验测量出一组数据，因为测量总会有误差，所以都有误差，但的误差小得多，为了讨论简便，我们认为值是准确的，而所有误差都只与有关。 根据最小乘法原理，有偏差平方和为最小，即： 在上式中，（=0时，）是已经测量的量，上式只有一个变量，上式两边对k求偏导数为零，即： 即：k为各物质的衰减系数：=k。三、实验过程 实验过程使用的是CD-50BGA+型CT教学实验仪，将钢块放在扫描台上，点开软件，设置时间为0.4s，并检验扫描的部位位于钢块从上往下看的三分之一处，然后开始扫描，重复3次。结束后导出数据，进行数据采集、记录射线穿过不同厚度钢的计数值，用最小二乘法拟合成直线，计算出衰减系数。四、 实验数据数据见附表。五、 实验总结与体会最终得到的=0.0554，扫描的图像是衰减后的计数值与钢的厚度的关系。做完本次实验让我联想到上学期做的射线吸收系数测定实验，两者相比较，最大的区别在于本次测量针对物质，上学期针对的是射线本身；从实验仪器上来看，本次实验使用的是CT教学实验仪，射线吸收系数实验用的是相对论效应实验仪；从数据处理上来看，本次实验用最小二乘法拟合直线求衰减系数，误差