γ射线能谱测量和γ射线吸收和物质吸收系数μ的测定.doc

射线能谱测量和射线吸收和物质吸收系数的测定的实验报告许琪娜 物理092 08070116摘要：本文主要简述了Nal（Tl）闪烁谱仪的结构和基本工作原理以及利用Nal（Tl）闪烁谱仪来测量射线能谱及射线吸收系数，具体实验操作过程以及实验中遇到的问题和解决方案。关键词：射线 能谱 闪烁谱仪 吸收系数引言：在放射性测量工作中，对射线的测量是一个非常重要组成部分，对射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。NaI( Tl) 闪烁谱仪是一种常用的对射线进行能谱测量的谱仪，它与高纯锗谱仪相比具有探测效率高NaI( Tl) 晶体便于加工成各种形状， 价格便宜等特点， 因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。 射线是波长短于0.2A 的电磁波，它由原子核能级间的跃迁而产生, 是继射线后发现的第三种原子核射线。射线具有比X射线还要强的穿透能力，目前广泛的应用于工业探伤、测厚、冶金、自动化、医疗等方面。研究不同物质对射线的线性吸收系数的测量方法, 这对于在工业应用中对射线进行防护，以及用射线准确检测各种容器内所储存的液体、浆体或固体物料的位置, 都具有重要的意义。正文：1 NaI( Tl) 闪烁谱仪 1.如图为实验装置。 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。其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）利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多得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子；（4）光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104109个，电子流在阳极负载上产生电信号；（5）此信号由电子仪器记录和分析。2. 闪烁谱仪的调试方法： 连接好实验仪器接线，高压为正极，所用的高压电缆在插头处有红色橡皮套，一头接探头后座，一头接仪器盒后面的+HV输出。低压-12V接在探头座的四芯插孔上，一头接在仪器盒后面的低压插孔。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。一起连接好后打开高压电源，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，把放大倍数比较增大。首先放置射线源60Co,若固定放大倍数为0.2，调节高压，使其在650900V之间，使0.33MeV光电峰在320道，此时放射源改用137Cs，看0.662MeV光电峰是否位于60Co的0.33MeV光电峰峰位的一半，即160道。若位于160道左右，则说明谱仪的线性是好的。若固定放大倍数为2，调节高压，仍然使60Co的0.33MeV光电峰在320道。此时高压应低于第一种情况。放射源改用137Cs后，得到0.662MeV的光电峰位于160道左右，说明谱仪的线性也是良好的。但实验证明，两种情况下137Cs的0.662MeV光电峰的能量分辨率，发现在高压比较大，放大倍数比较小时能量分辨率明显好于高放大倍数低电压的情况。所以实验时应该尽量使放大倍数减小，但不要放置在零的位置上，高压在650900V之间调节。稳定1020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。3、 全能谱图分析NaI( Tl)单晶能谱仪由以下单元组成：闪烁探头，高压电源，线性放大器，脉冲幅度分析器。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)单晶中产生闪烁光。4、 跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态, 而原子序数Z 和质量数A 均保持不变的退激发过程,是激发核损失能量的最显著方式。在能量约为10 keV 10M eV 时, 射线与物质相互作用的主要方式为光电效应、康普顿效应和电子对效应。以铅为例, 射线的吸收系数和能量之间的关系曲线示于图1。由图1可见,三种相互作用方式发生在不同的能量区间,其在物质中的吸收程度也不相同。 本实验研究的主要是窄束射线在物质中的吸收规律。所谓窄束射线是指不包括散射成份的射线束, 即通过吸收片后的光子仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成, 它不包括散射成分的射线束。 窄束射线在穿过物质时, 由于上述三种效应, 其强度就会减弱, 这种现象称为射线的吸收。射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律, 即: 其中I0、I 分别是穿过物质前、后的射线强度，x 是射线穿过的物质的厚度(cm )， 是三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，是物质的线性吸收系数，它是三种效应的线性吸收系数之和。显然的大小反映了物质吸收射线能力的大小。实际工作中也常用质量厚度R m (g/cm2 ) 表示吸收体厚度，以消除密度的影响，即: 对(2) 式取对数得:即 2、 实验步骤 1、射线能谱测量 （1）连接好实验仪器接线，一起连接好后打开高压电源，首先 放置射线源137Cs,设置参数，放大倍数设置为0.3，选用512道，选择自动线性显示，时间设置为300s。调节电压，使其在650900V之间，使光电峰在160道。然后开始测量，记录数据，调节探测器的位置，分别测量三次，选择最佳的一幅能谱图进行分析。（2）其次放置射线源60Co,设置参数，放大倍数设置为0.3，选用512道，选择自动线性显示，时间设置为500s。调节电压，使其在650900V之间，使光电峰在320道。然后开始测量，记录数据，调节探测器的位置，分别测量三次，选择最佳的一幅能谱图进行分析。 2、用137Cs做射线吸收系数测定 （1）把闪烁探测器移到定标源137Cs所在位置, 并空出一定距离放吸收片。设置参数，放大倍数设置为0.3，选用512道，选择自动线性显示，时间设置为500s。调节电压，使其在650900V之间，使光电峰在160道。随着铝片厚度的增加, 探测器记录射线透过吸收片以后的强度。 （2）改用铅片做吸收，重复以上步骤。3、 数据分析 1、射线能谱测量 137Cs 电压(V)放大倍数总计数率计数道数峰位（chn）半高宽(chn)净面积分辨率8710.310892379161161.1816.853904310.45% 60Co电压（V）放大倍数总计数率计数道数峰位(chn)半高宽(chn)净面积分辨率8730.3331163321320.9319.085875.95%2、用137Cs做射线吸收系数测定 用铝片吸收01234电压870V放大倍数0.3总计数率432382346316292计数14641166971827754道数159159159159159峰位（chn）159.20159.22159.36159.19159.17半高宽(chn)15.8715.6716.0316.6714.53净面积2249218384153231208410195分辨率9.97%9.84%10.06%10.47%9.13%铝片质量厚度（g/cm）02.482.462.512.59根据公式 Al=2.7g/cm计算出01=0.220 02=0.210 03=0.225 04=0.213 12=0.200 13=0.228 14=0.211 23=0.255 24=0.216 34=0.177所以取平均值=0.2155用铅片吸收01234电压874V放大倍数0.3总计数率442324270226190计数13921145928763589道数163163163163163峰位（chn）163.43163.59163.59163.16163.19半高宽(chn)16.3517.5515.5716.5916.92净面积228931846614814117779410分辨率10.01%10.73%9.63%10.17%10.37%铅片质量厚度（g/cm）02.102.102.082.08Al=11.3g/cm计算出01=1.156 02=1.171 03=1.196 04=1.202 12=1.186 13=1.216 14=1.213 23=1.246 24=1.233 34=1.219 所以取平均值=1.2038 参考文献：朱国钦 查传玉 郑仁淑. HD8004型NaI（T1）闪烁谱仪测量自然能谱的精度.核电子学与探测技术.1994屈国普 凌球