[南京大学08级近代物理实验二(大四上学期)]射线吸收.docx

射线的吸收1. 实验目的：1.1. 了解射线在物质中的吸收规律。1.2. 掌握测量吸收系数的基本方法。2. 实验原理：2.1. 窄束射线在物质中的吸收规律射线在穿过物质时，会与物质发生多种作用，主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应，作用的结果使 射线的强度减弱。准直成平行束的 射线称为窄束 射线，单能窄束 射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即： (1)其中 为入射 射线强度， 为透射 射线强度，x为 射线穿透的样品厚度， 为线性吸收系数。用实验的方法测得透射率 与厚度 的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数 值。为了减小测量误差，提高测量结果精度。实验上常先测得多组 与 的值，再用曲线拟合来求解。则： （2）由于 射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数 都有贡献，可得： （3）式中 为光电效应的贡献， 为康普顿效应的贡献， 为电子对效应的贡献。它们的值不但与 光子的能量Er有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。对于能量相同的 射线不同的材料、 也有不同的值。图1-1表示铅、锡、铜、铝材料对 射线的线性吸收系数随能量变化关系。图1-1图中横座标以 光子的能量 与电子静止能量的比值为单位，由图可见，对于铅低能 射线只有光电效应和康普顿效应，对高能射线，以电子对效应为主。2.2. 半吸收厚度物质对 射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射 射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。由（1）式可得 (4)下图1-2为不同物质半吸收厚度与射线能量关系。显然，半吸收厚度与材料的性质和射线的能量都有关。图1-23. 实验步骤（1） 按图1-3检查测量装置，调整探测器位置，使放射源、准直孔、探测器具有同一条中心线。（2） 测量通过不同吸收片厚度的的100s内的信号计数。（3） 测量完毕，取出放射源，在相同条件下，测量本底计数。图1-34. 数据记录及处理4.1. 放射源及标准值本实验所用放射源（）编号：26，放射源强度为，射线能量是0.66MeV。铅、铜、铝的射线吸收系数分别为4.2. 本底计数（100s）：不加吸收片和放射源，两次记录100s的本底计数并求平均：4.3. Pb样品表1-1编号11+21+2+31+2+3+41+2+3+4+5厚度/cm0.2200.4180.5950.8391.026计数7505676758705177471276286583588452674716平均计数75726675587752224714扣本底计数48163919312124661958以平均计数的自然对数为纵坐标，吸收片厚度为横坐标可得图1-4图1-4用拟合可得的相对误差为那么半吸收厚度为4.4. Cu样品表1-2编号12341+4厚度/cm1.0101.4642.0002.4303.440计数6400557150954522411463865707503345714129平均计数63935639506445464122扣本底计数36372883230817901366仿铅的处理方法可得图1-5图1-5并且直线的拟合方程为也就是并且4.5. Al样品表1-3编号12341+4厚度/cm1.0221.4741.9502.4483.470计数7828772071306922631678327589731469006444平均计数78307654722269116380扣本底计数50744898446641553624仿上绘图得到图1-6图1-6并且直线的拟合方程为也就是并且5. 思考题5.1. 设铅的，铝的，为了使辐射强度将为原来的1/10，所需防护层厚度各为多少厘米？答：由可得对于铅：对于铝：5.2. 待测的光子的能量与入射光子的能量是否相同？为什么？答：不相同。对光子的吸收主要来自于三种作用：光电效应、康普顿效应、电子对效应。其中康普顿效应由于光子将一部分能量传递给电子，所以放出的光子能量小于入射光子的能量，光电效应不会再放出光子。5.3. 实验布置中，为什么要把放射源、准直孔、探测器的中心保持在同一直线上？答：当三者处于同一直线上时探测器收到的射线都近似是垂直穿过吸收片，在吸收片内部穿过的距离与吸收片厚度近似相同。如果三者不再同一直线上那么探测器接收到的信号所对应的吸收片厚度也就不是游标卡尺的测量值了。5.4. 何为半吸收厚度？其值与哪些因素有关？答：主要与材料的吸收系数有关，而材料的吸收系数主要与材料本身的原子序数（如果是纯物质），分子密度、原子密度有关，此外，还与光子的能量有关。5.5. 为何铜、铝的吸收系数测量结果误差较大？答：测量本底计数时的情形应与测量放射源被吸收时的情形相同，也就是每次测量放射源的吸收情况时，应该取下放射源，但保持吸收片不动，测量本底计数。而本实验中采取的