新开近代物理实验讲义之一 -----NaI(T1)单晶 γ 能谱测.pdf

新开近代物理实验讲义之一 新开近代物理实验讲义之一 NaI T1 单晶 NaI T1 单晶 能谱测量实验 能谱测量实验 一一 NaI T1 单晶 能谱仪的简要工作原理 1 总体概述 1 总体概述 BH1324 型微机 多道谱仪系列的基本系统由碘化钠能谱探头 高压电源 HV 线性放大器 AMP 4096 道模数变换器 ADC 电脑串行接口 RS 232 及计算机等组成 线性放大器将对从探测器输出的电脉冲信号进行适当的放大 然后再送入模数变换器 ADC ADC 的主 要任务是把模拟量 电压幅度 变换为脉冲数码并对模拟量进行选择 变换出的脉冲数码经电脑接口送入计 算机的一个特定内存区 高压电源供给探测器所需高压及低压 2 线性放大器 2 线性放大器 整个放大器由输入缓冲器 第一级成形电路 第一级放大器 第二级成形器 第二级放大器 同相 反 相器及输出缓冲器等六个部分组成 两个缓冲器均为互补式射极跟随器 利用这种电路输入阻抗高 输出 阻抗低的特点 使放大器的输入端与探头 输出端与 ADC 很好匹配 成形电路主要是为提高信噪比 两个放大级均采用快速运算放大器 LM318 每一级提供 2 倍 4 倍和 8 倍的增益 同相 反相器也由 LM318 集成运算放大器组成 因为放大器输出总是接 ADC ADC 输入信号要正极性 所以不管放大器输入极性如 何 通过极性选择开关使输出信号为正极性 3 模数变换器 ADC 3 模数变换器 ADC 本模数变换器是线性放电型 ADC 在幅度分析 PHA 时 微机通过串口接口给出启动电平 ADC 即可工 作 在没有输入信号时 线性门开着 输入信号轻缓冲器 零点调节器 并通过线性门送到峰展宽器 输 入信号向展宽器的记忆电容 CM 充电 当记忆电容的电压充电到输入信号的峰值后 展宽器的充电二级管 截止 电容上的电荷保持着 这就是所谓展宽器的意思 如果输入信号在上下阈之间 快地址不产生溢 出 在充放标志 CFB 脉冲产生后 将启动定相电路并关闭线性门 定相触发器 A7 的输出去控制线性放 电 当记忆电容上的电压放到基线值时 展宽器因充电二级管导通而复原 此时充放标志也随之复原 并 关闭时钟门 如果输出信号虽在上下阈之间寄存器有溢出现象 这时线性放电终止 但记忆电容上还有剩 余电压 这部分电压要快放电 输入信号小于下阈或大于上阈值 ADC 均会进行自动快放电 在线性放电期间 时钟门 B7 打开 80MHz 的时钟将送入快地址寄存器 很显然 快地址的计数 N 与开时钟门的时间 T 成正比 而开时钟门的时间又 和输入信号的幅度 V 成正比 所以 V 正比于 N 快地址里的计数 通过存储标志 CCB 脉冲打开发送门同 时作为请求 RQ 信号送向微机接口电路 在微机响应中断后 给 ADC 发出回答 AW 信号 ADC 进入接 受第二个信号的等待状态 如 ADC 还没有进入这种状态又来了一个信号 则将进行快放电 定相电路使放电起始的时刻和时钟信号有一个确定的时间关系 这样克服道边界的摆动 从而提高了 ADC 的电压分辨率 ADC 的道数选择通过软件控制来实现 道数选择码 A 与 B 的组合 00 01 10 11 可实现 4096 2048 1024 512 等四种不同谱长 这种方式即节省硬件又很方便 4 4 能谱仪 能谱仪 当 射线进入闪烁体时 在某一地点 射线与闪烁体相互作用 产生次级电子 闪烁体吸收射线产 生的次级电子的能量而使闪烁体的原子 分子电离和激发 退激时发射出大量的荧光光子 利用反射物和 光导将荧光光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴级上 荧光光子打到光阴极时 由于光电效应 它将 产生光电子 这些光电子经极间电场加速和聚焦后 打在第一打拿极上 能产生 3 6 个二次电子 这些 二次电子再经以后各级打拿极上的倍增 在阳极上可接收到 104 109 个电子 这些电子在阳极的负载电 阴上输出电压脉冲 由于荧光光强与 光子在闪烁体内消耗的能量成正比 而荧光光强又与光电倍增管阳 极上输出的电压脉冲的幅度成正比 所以 光子在闪烁体内消耗的能量与光电倍增管阳极输出的电压脉 1 冲的幅度成正比 我们可以根据脉冲幅度来确定入射 光子的能量 阳极输出电压脉冲经射极跟随器 阻 抗匹配 后 输出到线性脉冲放大器 放大后输入到单道脉冲分析器与定标器 或多道脉冲分析器 我 们就可以用这样组成的 能谱仪测得 光子的能谱图 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 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 500 道 则每道的宽度为 0 02V 也就是输出脉冲的高度按 0 02V 的级差来分类 例如脉冲高度为 5 57V 时 它归类到 5 57 0 02 278 5 279 道 所以 单道脉冲分析器 有一个调节阈值电压 V 的电位器 范围为 0 1 10V 同时还有一个改变道宽 V 的电位器 脉冲高度在 V V 2 与 V V 2 之间的脉冲 才能通过单道分析器 对称输出 并由定标器累计这类脉冲的脉冲数 总的道数由阈值电压及道宽来决定 逐点增加阈值电压 就可甄别出各种脉冲高度的脉冲 由定标器进行 计数 然后以脉冲高度 与 光子在闪烁体内消耗的能量成正比 为横坐标及脉冲计数率为纵坐标来作图 就得 光子的能谱图 这时 我们称单道脉冲分析器工作在微分状态下 工作于积分状态时 只要脉冲高 度大于阈值电压 单道就输出一个脉冲 即记录大于某一脉冲高度的脉冲数 多道脉冲分析器的作用相当于许多组单道脉冲分析器与定标器 主要由 0 10V 的 A D 转换器和存储 器组成 脉冲经过 A D 转换器后 即按脉冲高度的大小转换成与脉冲高度成正比的数字输出 例如 1024 道的多道分析器 就可以用 12 位 A D 转换器把脉冲高度为 10V 的电压转换成相应的数字量 1024 输出 同 时在相应的存储器中加 对于 5V 的脉冲高度则转换成数字量 512 输出 也在相应的存储器中加 1 并能 在显示屏上直接显示出 能谱图 二 射线与物质相互作用的基本知识 1 射线与物质相互作用的一般特性 NaI T1 单 能 谱 仪 是 晶通 过光 子 与 NaI T1 单晶的相互作用来探测 光子和它的能 量的 所以我们先讨论 射线与物质的相互作用 光子是不带电的中性粒子 因此它与物质 的相互作用与带电粒子有显著的差别 带电粒子 与物质相互作用时 与物质原子的核外电子的非 弹性碰撞是主要的能量交换过程 每一次碰撞所 转移的能量是很小的 经过许多次碰撞后逐渐损 失能量 射线与物质的相互作用主要有三种方 式 光电效应 康普顿散射和电子对效应 1 光电效应 物质在电磁辐射照射下释放出电子的现象 称为光电效应 释放出电子的称为光电子 所以 当入射 光子 子作 能量 h 与物质原子中的束缚电 用时 光子有可能把全部能量转移给 电子 而把束缚电子从原子中释放出来 光子本身则消失掉 由于 光子的能量 E远大于电子的束缚能Ei 因而可以近 似地认为光电子的动能射等于入 光子的 能量 E光电 E Ei E h 2 康普顿散射 康普顿效应 在康普射中 顿散 光子的自与原子 由与静止的电子发生非弹性碰撞 一部分 2 3 能量转移给电子 使它脱离原子成为反冲电子 而 光子则被散射 散射光子的能量和运动方向都发生变 化 如图 8 1 所示 当然 所谓自由与静止都是相对的 这里是指电子在原子中的束缚能同入射辐射的 能量相比可忽略而言 显然 光子的能量远超过所有元素的外层电子的束缚能 根据能量和动量守恒定律 不难证明反冲电子的能量 Ee 为 E Ee E 散射光子的能量E 与散射角的关系为 E cos 11 E 式中 E m0c2 为入射光子能 量与电子静止能量之比 由于 m0c2 0 511MeV 因此 当 E 以 MeV 为单位时 则有 E E cos 1E21 1 当 0 时 E E 这时 Ee 0 表明不 发生散射 2 当 1800 时 散射光子的能量最小 E min 21 E E9 31 而这时反冲电子的能量为最大值 Ee max E 21 E 2 E9 31 能谱探头 由闪烁体与光电倍增管组成 和电子仪器两部分组成 如图 8 2 所示 当因此 康普顿 电子的能量是连续分布的 从 E9 3 0 到最大值 2 E 1 2 3 电子对效应 当 光子的能量大 于 2m0c2 即 1 022 MeV 时 光子在原子核或电子的库仑场的作用下 可能转 化为正 负电子对 这一过程称为电子对效应 在物质中 正电子的寿命是很短的 当动能耗尽时便与物 质原子的轨道电子发生湮没 与此同时产生两个运动方向相反 能量均为 0 511MeV 的 光子 实验一 Nal TI 单晶 能谱仪的实验与原理 一 实验目的 一 实验目的 器的结构 原理 个性能指标和测试方法 单晶 闪烁谱仪整套装置的操作 调整和使用 及其基本功能 要特性 要特性 期T1 2 放出射线的种类 如 每种射线对应的 能量 的 粒子 Emax 10173MeV 94 7 的 粒子 Emax 0 511 1 了解闪烁探测 2 掌握 Nal TI 单晶 闪烁谱仪的几 3 了解核电子学仪器的数据采集 记录方法和数据处理原理 二 实验内容 二 实验内容 1 学会 Nal TI 2 了解多道脉冲分析器在 Nal TI 单晶 闪烁谱测量中的数据采集 3 测量单晶 闪烁谱仪的能量分辨率和线性 4 分析 137Cs 60Co 各一个 三 实验方法指导及要求 三 实验方法指导及要求 1 放射源 137Cs 和 60Co 的主1 放射源 137Cs 和 60Co 的主 放射源有很多性质 主要有 半衰 分布 射线的放射强度 专业名词叫活度 例如 137Cs的半衰期T 1 2 30 174 年 它放出 5 3 MeV 然后从激发态放出E 0 661 MeV的 射线后到达基态 本实验所用 137Cs的活度 2 微居里 4 微居里表示 1 居里 ci 3 7 10 10衰变 秒 1 毫居里 mci 3 7 秒 射线的能量与强弱是两个独立的概念 如红灯 黄灯代表不同波长 即不同能量 而这些灯可以有 放射性治疗癌症所用 60Co强度为万居里 而本实验所用60Co强度为微居里 10 6 居里 2 N 2 N 晶 谱 记录 光子的过程 1 失能量引起闪烁发光 放出许多荧光光子 注 以前放射源活度用居里 毫居里 10 7衰变 秒 1 微居里 ci 3 7 104衰变 秒 现在放射源活度用贝可勒 Bq 作单位 1 Bq 1 衰变 5w 50w 500w 这代表强度 例如 137Cs源发出的 射线 E 0 661MeV代表能量 而强度可以是 2 ci 2mci 2ci等 如60Co发出的 射线能量为 1 17 1 33MeV 两者相差 10 个数量级 因此本实验的放射源是十分安全的 虽然放射源很安全 但在管理方面要求有专人保管 以免遗失 而且在使用时要注意盖子打开后不要 用手去触摸表面的活性区 实验结束后要洗手 al TI 单晶 闪烁谱仪装置图 al TI 单晶 闪烁谱仪装置图 NaI TI 单晶 闪烁谱仪由 NaI TI 闪烁晶体 光电倍增管和电子仪器三部分组成 NaI TI 单 仪 光子在闪烁体中产生次电子 2 次电子在闪烁体中损 5 有机玻璃 进入光电倍增管 极 又称打拿极 上放大 最后在阳 6 器 放大后的脉冲由多道分析器采集获取数据 本领要大 2 线性关系要好 射而使大部分光都射到光电倍增管光阴极上 稳定 aI TI 晶体密度 来探测 和x射线时 与三种次级效 应 即 倍增管的阴极和阳极之间有许多能够发射次级电子的电子倍增极 或称打拿极 联极 通常是把半导体光电材料如 Sb C 集和 的总电压V的七次方成正比 M V 7 故 M M 7 V V 所以要 型 在相对论实验装置中用的是 GDB 44F 光 在近代实验中使用很广 基本原理非常清楚 光电倍增管是真空 玻璃 3 荧光光子经过闪烁体的包装及光导 4 荧光光子打在光电倍增管的光阴极上产生电子 电子在管内各个联 极上收集到经过放大后的电子流 5 阳极收集电子 在输出回路上产生电压脉冲 电压脉冲经射极输出器输出送给放大 3 Nal TI 闪烁晶体的简介 3 Nal TI 闪烁晶体的简介 闪烁体可分为无机和有机两大类 一块合适的闪烁体应满足以下要求 1 闪烁体对入射粒子的阻止 在闪烁体中入射粒子所损耗能量转换为光能的效率 即发光效率 要高而且 3 闪烁体发光的衰减时间要短 4 闪烁体发光光谱要很好地匹配光电倍增管的光谱响应 5 闪烁体对自己所发的光是透明的 6 闪烁体尽可能是光学均匀的 没有缺陷和易于加工 7 具有适当的折射率 尽可能避免全反 8 在实验条件下 以及长期射线辐照的情况下闪烁体性能 NaI Tl 是一种无色透明的无机闪烁晶体 在NaI中掺铊 TI 来激活成为发光中心 N 3 67 克 cm 3 因含有高原子序数的元素碘 Z 53 含量占重量的 85 用 光电效应 康普顿效应和电子对效应 相对应的吸收系数大 而且当次级电子能量在 0 001 至 6MeV 范围内 光能输出 即脉冲高度 与电子能量成正比 从而可以利用这一性质来测定 和x射线的能量 NaI TI 发光光谱平均波长为 410nm 能与光电倍增管的光谱响应很好匹配 NaI TI 发光衰减时间为 0 25 s NaI TI 发光效率高 对 射线的能量分辨率比较好 价格适中 所以在核探测方面应用十分广泛 4 光电倍增管的基本原理 4 光电倍增管的基本原理 光电倍增管和普通光电管一样 是利用光电效应把光转换为光电子 产生电流脉冲的方法来记录微弱 的光 所不同的是 在光电 使光电子数倍增 以获得更大的电流 脉冲 光电倍增管的构造包括三个主要部分 1 光阴极 s 等镀在光电倍增管透光窗的内表面 上 入射光就在这上面打出光电子 2 电子倍增极 通常用Sb Cs或Ag Mg合金做 成 由光阴极发射出来的光电子经过聚 加速打到电子倍增极上 一般光电倍增管有 4 14 个光电倍增极 在各电子倍增极间加 上一定的电压差 一个到达倍增极的电子在 倍增极上可打出 3 6 个次级电子 这些次级 数高达 10 电子经过加速后打到下一个倍增级 如此重复倍增下去倍增系 4 107 电子倍增系数M与加在极上 使倍增系数稳在 1 以内 就必须让电压稳定度好于 0 1 3 阳极 经过倍增后的电子收集在阳极上 并在输出端形成电压脉冲 光电倍增管按电子倍增极分为环形 聚焦型 直线聚焦型 百叶窗式无聚焦型和 匣子 式无聚焦 电倍增管属百叶窗式无聚集型 见图 百叶窗式光电倍增管中电子束是平行于管轴方向进行 被电场加速但没聚焦作用 这类管子脉冲幅度 分辨率较好 适用于能谱测量 光电倍增 管 易打碎 在加电压时是一个放大微弱电流的器件 所以在工作时外面一定要加避光罩 如果电压 接通时透入了外界环境的光 那么光电倍增管就会因过载而烧坏 5 高压电源 放大器 多道脉冲分析器简介 5 高压电源 放大器 多道脉冲分析器简介 实验所用的高压电源与放大器装在一个仪器盒中 6 电压大小由十圈电位器调节 每圈相当于 150V 并有数码管 显示 圈电位器调节 在面板上 横坐标 单位时 间内 何联系 HV OUT 输出 低压 12V 接在探头座的七芯插孔上 一头接在仪器 盒后 大倍数减小 但不 物质相互作用 1 高压 高压在 0 1500 范围内连续可调 电压值 输出高压极性为正 高压稳定性优于 0 1 2 放大器 放大器的功能是对 Nal TI 探测器的输出脉冲幅度进行放大 放大系数可以在仪器盒内进 行粗调 通常为 4 8 16 32 本实验内设为 4 细调用十 3 多道脉冲幅度分析器 多道脉冲幅度分析器是采集和分析探测器电压脉冲幅度分布的一种仪器 所 谓射线的能谱 即指各种不同能量粒子的相对强度分布 把电压脉冲幅度 即能量 E 作为 测得的射线粒子数作为纵坐标 我们就可以清楚的看到此种射线中脉冲幅度所占的百分比 如在实验 中我们采用 1024 道 即将探测器输出的电压脉冲幅度范围 5V 平均分成 1024 份 由此得到的道宽为 5V 1024 4 88mV 5mV 不同脉冲幅度就落入相应的V V的道宽内 这样就可以得到探测器输出脉冲在0 1024 道内的幅度分布图 4 NaI TI 单晶 闪烁谱仪的调试步骤 为什么要这样调试 从示波器上看 怎样的工作状态才算正 常 示波图和实测脉冲谱有 1 连接好实验仪器接线 高压为正极性 所用的高压电缆在插头处有红色橡皮套 一头接在探头后 座 注明 高压 一头接仪器盒后面的 面的低压插孔 在接电缆线时不要开启电源 尤其不要将高压电缆与信号电缆接错 2 仪器连接好以后打开高压电源 调节高压和放大倍数 对于高压和放大倍数的选择有两种情况 一为高压比较大 放大倍数比较小 一为高压比较低 把放大倍数增大 我们建议尽量使放 要放置在零的位置上 高压在 650V 900V之间进行调节 下面我们对这两种情况作一个比较 首先放 置 放射源 60Co 3 稳定 10 20 分钟 测全能谱 这样就可以测得单晶 探测器的最基本性能 分辨率和线性 这里应讲解 射线与 光电效应的光电子能量 Ee E Bi Bi 是原子中第 i 层电子结合能 是个很小的值 康普顿效应 其中 EEEe E为入射 能量 为散射 能量 为入射射 E线方向 与散射射线的夹角 称为散射角 Ee 从 0 xE连续分布 ma 2 0 E E cos1 1cmE 电子对效应 Ee 电子对效应截面很小 下面是一个单能 所产生的示波图 示波器上获得 和电压脉冲谱 多道采集获得 6 Nal TI 单晶 闪烁谱仪的能量分辨率定义是什么 如何测量 能量分辨率与那些量有关 能量分辨 好坏对我们有何意义 6 Nal TI 单晶 闪烁谱仪的能量分辨率定义是什么 如何测量 能量分辨率与那些量有关 能量分辨 好坏对我们有何意义 量分辨率产生的原因是由于 管耦合状态不同 故一定量荧光光子打在光电倍增管光阴极上产生光电子数目有 Ee E 2m 0c 2 E 1 02MeV 当E 1 5MeV时 能 1 单能电子在闪烁体内损失能量引起闪烁发光所放出的荧光光子数有统计涨落 I 2 由于闪烁体与光电倍增 统计涨落 T 3 光电倍增管内的放大过程产生的电子数也有统计涨落 M 例 Nal TI 对 137Cs 射线的分辨率为 7 8 则 7 本征分辨率 I 4 闪烁体反射情况 光阴极均匀性 闪烁体 B 44F 光电倍增管都已选定 耦合情况已定 所以同学只能改变电压 在满足线性情况下测得分辨率 谱仪能量分辨率的数值越小 仪器分辨不同的能量的本领就越高 7 为的线性 谱线线性主要与那些量有关 线性的好坏对我们有何意 义 7 为的线性 谱线线性主要与那些量有关 线性的好坏对我们有何意 义 谱仪 的 见非线性情况 则在非线性区里 道数 CH2 所对应的能量是不确定的 谱 仪的 载与计数率 主要调节光电倍增管高压与放 的 表明一个峰落在另一个谱线 上能否清晰显示的程度 即存 得的谱形 712V 放大系数 视具体情况而定 归系数为 r 0 99999 大能量和反散射峰的能量 闪烁体的 由于耦合转换效率的涨落 T 4 6 它与硅油接触好坏 与光电倍增管的波长匹配有关 来自光电倍增管放大系统 M 4 9 探头总分辨率 2 I 2 T 2 M 2 本实验 Nal TI 20 20 与 GD 什么要测 Nal TI 单晶 闪烁谱仪什么要测 Nal TI 单晶 闪烁谱仪 如何测谱仪的线性 如何测谱仪的线性 谱仪的线性是一个非常重要的参数 就是用已知能量来标定 多道的道数所对应的能量 如果 是线性的 见线性情况 我们就可以用它来确定未知源的能量 道数 CH1 对应的能量为 E1 道数 CH2 对应 能量为 E2 若谱仪是非线性 线性与下列因素有关 1 闪烁体荧光输出与 能量具有正比关系 在 150KeV Er 6MeV 2 光电倍增管线性 主要防止高压较高时后面几个打拿极的空间电荷饱和 3 放大器的线性 防止幅度过 过载 4 单道或多道脉冲分析器的线性 本实验中闪烁体与单道多道分析的 线性已定 大器的放大倍数 以使其不产生非线性 8 单晶 闪烁谱仪的质量指标是什么 8 单晶 闪烁谱仪的质量指标是什么 1 分辨率 2 线性 3 峰康比 即全能谱顶计数与康普顿平台 计数之比 它 的康普顿坪 在高能强峰时探测低能弱峰的能力 4 稳定性 9 解释实验测得的9 解释实验测得的 137137Cs 射线能谱 即 脉冲幅度谱与能谱之间的有关系 Cs 射线能谱 即 脉冲幅度谱与能谱之间的有关系 下图为实验测 A 为全能峰 B 为康普顿峰 C 为反散射 峰 D 为 X 射线峰 实验数据记录 电压为 细调为 0 2 不同光电倍增管的电压值和 放大倍数是不一样的 直线方程为 E 0 00458 0 00424 CH 回 定标曲线的应用 检验 Compton 散射的最 Compton 反散射的最大能量的理论值计算 cos1 2 1 1 E Ee E 反散射峰能量的理论值计算如下 cos1 21 E E E 8 其中E 0 661MeV 180 0 代入公式得E min 0 181MeV Eemax 0 481MeV 详见 P J 奥塞夫 核辐射探测入门 科学出版社 1980 由于 137Cs的E 0 661MeV 故电子对效应不考虑 下面将分析一下这几部分的物理过程 吸 收 过 程 光电效应 康普顿效应 散射 射线逃逸 康普顿效应 散射 射线产生光电效应 被吸收 透过散射体在光电倍 增管光阴极上发生 Compton 反散射或在 源及周围物质上发生 Compton 反散射 E 从0到 maEex E cm E Ee 2 1 max 2 0 E 2 0 min 2E E E 1 cm 晶 体 吸 收 的 能 量 脉 冲 幅 度 脉冲在全能峰内 脉冲在康普顿分布区 内 脉冲在全能峰内 出现在相对于全能峰 完全确定的位置上 称反散射峰 10 多道脉数议教师用示波器来问题10 多道脉数议教师用示波器来问题 1 首先检查探测器是否有输出信号 问题可能出在探测器底的信号输出处 接信号线至示波器 观察在有 放射源的情况下是否有负脉冲输出 若有输出 则探测器工作正常 若无输出或脉冲幅度非常小 则探 计数 总之通过对 如果如果冲分析器上没有计冲分析器上没有计 建 建判断哪个单元出了判断哪个单元出了 测器有问题 此问题很可能在射极输出器上 或者是高压电缆与高压源接触不好 2 检查放大器是否工作正常 若探测器是好的 则可检查放大单元是否有问题 在放大器输出处接电缆至 示波器 观察信号是否有正脉冲输出 若正常则放大单元也正常 3 最后看多道脉冲分析器是否有输出 多道板是否在微机中插牢 有时接触不好也会无 各单元进行检查以判别问题出在何处 四 实验操作步骤 注意事项 高压不能超过 900V 不能带电插拔卡 先开多道分析器 后开电脑 一 先用CS能量定标 再测CO的能量 峰的道数 半高宽 分辨率 光电倍增管工作电压调节到 517V 1 将CS放置好 设置采集时间为 15 分钟 2 采集完 点 能量 输入 量 662 此时道址为 0 1024 3 放CO 采集完 将左 右光标分别对准两个峰 可直接从面板下方读出能量 能量 1322kev 0 6 阈值放置 上 阈置 道址 145 能量 181 道址 479 中能 例 道址 835 能量 1175kev 道址 937 4 将测得能量与标准理论值 1173kev 1332kev 进行比较 旋钮 HVADJ 调高压 GAIN 增益放大 峰的左右位置移动 一般越小越好 例 最大 10 下阈置最小 0 窗口 高压显示 二 测坪曲线 用CS 9 多道分析器 中 左边POWER开关上方的旋钮的高压值 例 V 400V 3 两边最低处 点菜单中 重点 再点击右边 重点区 第 2 次记数据 例 V 420V 三 CS放下 CS信号更强 放射能量大 观看全貌 实验二 核衰变的统计规律实验二 核衰变的统计规律 NaI TI 闪烁探测器的坪曲线 确定合适的工作电压 NaI TI 闪烁探测器的坪曲线 确定合适的工作电压 用闪烁探测器测量强度不变的放射 计数率也会随之改变 原因在于任 烁探测器中产生的脉冲幅度都不会完全一样 输出脉冲的幅度也分布在一定的范围内 尽 选择得当 绝大部分信号脉冲都会比光电倍增 管的 否符合正态分布 当然 源的强度本身随时间衰减 但 137Cs的半衰期长达 30 年 可 3 了3 了 习过相关课程 若没有接受过类似训练 实验讲 4 学 随工作变化的关系曲线 4 学 随工作变化的关系曲线 能越出量程范围 直方图并与理论分布曲线作比较直方图并与理论分布曲线作比较 量其中一段谱形的计数和 如 0 661MeV 光电峰 只要每 强度 验等 在此我们选取了较为简单易行的X 2检验法 要统一定时 例子 t 10s 测高压 400V 600V 每隔 10V 测一次 1 用 设置 采集 定时 10 秒 2 将CS放置好 调设好 点击开始 4 采集结束后 用左 右光标定位最大衍射峰 记下重点区中 总和 数 5 重复 2 3 4 6 用坐标纸或电脑画坪曲线图 二放射源一起放置 CO放上 一 实验目的 一 实验目的 1 1 源时 改变光电倍增管的高压 何一种射线在闪 管如此 只要射线的能量不是特别低而探测器的工作状态又 噪声脉冲大 当电压足够高 信号脉冲幅度基本上都超过了仪器的甄别阈而绝大部分噪声的幅度又比 甄别阈小很多时 随着高压的增加计数率的增加就很缓慢了 这时就出现了 坪区 在实验中 重要的 是向学生说明在许多核物理实验中测量坪曲线的意义何在 在本实验中 由于高压相对比较稳定 因此我 们在实践中发现选取坪曲线较为平坦 计数率随高压漂移变化较小 的工作特点和坪曲线较为陡峭的工作 点两者的差异不大 2 了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性 2 了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性 本实验通过反复测量放射源 137Cs或60Co 在一段时间内强度并作为一个随机事件 取一个样本容量为A 的样本来观察其结果是 以近似认为在实验时间内 大约 1 2 小时 源强不变 解统计误差的意义 掌握计算统计误差的方法 解统计误差的意义 掌握计算统计误差的方法 这一实验需要一定的概率论和数理统计方面的基础 比如二项式分布 泊松分布 正态分布以及样本 均值 样本方差 样本方差的无偏估计 学生应该已经学 义的原理部分已经列出了所需知识 习检验测量数据的分布类型的方法 习检验测量数据的分布类型的方法 关于实验数据处理 分布类型的检验方法 讲义上已作说明 可以让学生自行阅读 有疑问提出 二 实验内容 二 实验内容 1 测量 NaI TI 闪烁晶体探测器的计数率1 测量 NaI TI 闪烁晶体探测器的计数率 关于坪曲线 如果要测量则要把放大倍数减至最小 因为坪曲线测量的是全谱计数 高压达到一定数 值后 谱形有可 2 在相同条件下 对某放射源进行重复测量 画出放射性计数的频率2 在相同条件下 对某放射源进行重复测量 画出放射性计数的频率 重复测量次数越多 数据越趋于正态分布 因此建议定时 5 秒 重复测量 400 500 次 在数据收集 记录方面 可以测量全谱计数 总和 也可以测 次测量的是同样一段能谱就可以 还有很重要的一点需要说明 由于重复测量的实际上是不同时刻放射源 这一随机事件 因此必须保证其他有可能影响测量结果的因素严格不变 比如探测器的工作点 高压 放大取值 探测器与放射源的几何位置 两者的远近 探测器的角度 都要保证不发生变化 对于后者只 要避免人为失误就可以 对于前者则在选定工作点之后至少要使探测器稳定 10 20 分钟后才开始正式测 量 3 用X3 用X 2 2检验法检验放射性计数的统计分布类型 检验法检验放射性计数的统计分布类型 关于分布的假设检验 方法有多种多样 如X 2检验 秩和检验及专用于检验分布是否为正态的偏度 峰度检 三 基本原理 三 基本原理 10 1 放1 放 射性测量中 即使保持完全相同的实验条件 每次的测量结果并不完全相同 而是围绕其 的差别 也就是说物理实验的测量结果具有偶像性 或者说随机性 这 刻围绕着平均值发生微小起伏的本质所决定的 n为一随机变量 其概率P n 射性测量的随机性和统计性 射性测量的随机性和统计性 1 放射性测量的随机性 在做重复的放 平均值上下涨落 有时甚至有很大 是由物理量的实际数值时 2 测量计数的统计分布 放射性原子核