NaI探测效率探究

2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 1 实实 验验 报报 告告 题目 固定距离下 NaI 探测器探测效率探究 学院 物理学院 年级 2009 级 姓名 王志强 学号 时间 2012 年 10 月 18 日 成绩 教师签字 批改日期 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 2 探测效率 也称测量效率或计数效率 指在单位时间内探测仪器记录到的 脉冲信号数 计数率 与在同一时间间隔内通过辐射源发射到探测器上的该种 粒子数的比值 通常用百分数表示 探测效率E 计数率 衰变率 100 它反 映了放射性原子核衰变后被探测仪器探测到的机率 是核射线探测仪器的重要 质量指标之一 在某些核辐射探测中 由于r射线贯穿本领大 NaI TI 探测器 依然为r射线分析测量的重要工具 NaI TI NaI TI 探测器组成单元 简写 探测器组成单元 简写 NaI TI 探测器组成单元为 1 闪烁探头 它包括NaI TI 晶体和光电倍增管 外壳一般用薄铝做成 分压 器和射极跟随器也装在铝壳中 有时尚有倒相器 以使探头同时具有正负两 种极性脉冲输出 外壳要求对光密闭 在强磁场附近工作需要内附磁屏蔽膜 以防止磁场漏入光电倍增管而影响输出脉冲幅度和分辨率 2 高压电源 供光电倍增管用的高压电源 一般要求在200 2500V之间可调 供给电流在1mA左右 高压稳定性 VH VH应在0 05 左右 3 线性放大器 一般光电倍增管阳极负载上电压脉冲幅度为十毫伏至数百毫 伏 需要放大 以和脉冲幅度分析器的分析电压范围相匹配 为了与NaI TI 晶 体的发光衰减时间相配合 放大器的上升时间应优于0 1 s 另外要求放大 器线性良好 4 多道脉冲幅度分析器 相当于数百个单道分析器同时对不同幅度的脉冲进 行计数 一次测量可得到整条谱线 道宽选择必须适当 过大会使谱线畸变 分辨率变坏 谱线上的实验点过少 过小则使每道上的计数减小 统计涨落 增大或是测量时间增加 NaI TI 晶体闪烁探测器组成示意图 NaI TI NaI TI 探测器工作原理 简写 探测器工作原理 简写 NaI TI 探测器探测r射线的工作原理为 1 r射线进入NaI TI 晶体 晶体将与射线作用发生光电效应 康普顿效应和 电子对效应吸收其能量 2 NaI TI 晶体通过吸收r射线使得晶体中的原子 分子激发和电离 退激时 产生荧光光子 3 利用光导将荧光光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上 通过光电效 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 3 应 在光阴集上击出光电子 4 光电子在光电倍增管中倍增4 9 个量级到达阳极负载处形成本征电流 并产 生脉冲信号 r r射线与射线与NaI TI NaI TI 晶体作用机制晶体作用机制 r r射线的吸收 简写 射线的吸收 简写 当r光子穿过物质时 与吸收物质的原子一旦发生光电效应 康普顿效应和 电子对效应 原来能量为hv的光子就消失 或散射后能量改变掉 并偏离原来 的入射方向 即从原来入射r束中移去 没有与物质相互作用的光子穿过吸收层 其能量保持不变 三中相互作用占优势区域示意图 NaI吸收系数与r射线能量关系示意图 1 光电效应 入射的r光子与吸收物质的原子相互作用时 光子把全部能量转 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 4 移给某个束缚电子 使之发射出去 而光子本身消失 这种过程称为光电效 应 光电效应 特征X射线和俄歇电子发射示意图 2 康普顿效应 入射的r光子与吸收物质的核外电子发生非弹性碰撞过程 这 一作用过程中 入射光子的一部分能量转移给电子 使它脱离原子成为反冲 电子 而光子运动方向和能量发生变化 康普顿效应示意图 3 电子对效应 入射的r光子从吸收物质的原子核旁经过时 在原子核的库伦 场作用下 r光子转化为一个正电子和一个负电子 这个过程称为电子对效 应 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 5 电子对效应示意图 实验条件和放射源信息实验条件和放射源信息 1 实验条件 温度为17 手机粗略测量 高压706V 放射源距离探头 6 50cm 普通毫米尺测量 探头窗口大小0 35cm 2 35cm 普通毫米尺测 量 2 放射源信息 2006年10月10日生产 放射源 Ba 133Cs 137Eu 152Co 60Am 241 活度 ci 1 901 451 671 531 90 活度 104Bq 7 035 376 185 667 03 注释 1 ci 3 7 104Bq 实验数据处理实验数据处理 以Cs 137 Co 60为定标源刻度能量 计数时间为1000s 以放射源为球心 放射源到探头的距离R 6 50cm为半径的球表面积为 S 4 R2 530 66cm2 探头窗口 面积S1 2 35cm 0 35cm 0 83cm2 原始数据为正常字体 查找量为小号黑体字 计算量为大号黑体字 020406080100 0 500 1000 1500 2000 2500 与与 与 与 与与与33与 与与与与11与 与 与 与与30856 与 1与Am 241与与 与 与 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 6 020406080100 0 500 1000 1500 2000 2500 与与 与 与 与与与48与 与与与与14与 与 与 与与27145 与 2与Ba 133与与 与 与与1与 200 0 500 1000 与与 与 与 与与与246与 与与与与34与 与 与 与与27982 与 3与Ba 133与与 与 与与2与 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 7 800 0 20 40 60 80 100 与与 与 与 与与与794与 与 与 与与6172 与 4与Co 60与与 与 与与1与 8001000 0 20 40 60 80 100 与与 与 与 与与与910与 与 与 与与3088 与 5与Co 60与与 与 与与2与 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 8 400 0 200 400 与与 与 与 与与与458与 与 与 与与9786 与与与与38与 与 6与Cs 137与与 与 与 6080100120140 500 1000 1500 与与 与 与 与 7与Eu 152与与 与 与与1与 与与与78与 与 与 与与18002 与与与与18与 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 9 180200220240260280300 500 与与 与 与 与与与236与 与与与与28与 与 与 与与9992 与 8与Eu 152与与 与 与与2与 放射源 Ba 133Cs 137Eu 152Co 60Am 241 活度 ci 1 901 451 671 531 90 活度 104Bq 7 037 035 375 376 186 185 665 667 037 03 1000s发射 总光子数 107 7 037 035 375 376 186 185 665 667 037 03 单位面积 光子数 104 cm2 13 24813 24810 11910 11911 64611 64610 66610 66613 24813 248 1000s窗口 接收总光子 数 104 10 99610 9968 3998 3999 6669 6668 8538 85310 99610 996 r射线理论 绝对强度 由衰变纲 图得出 33 96 33 96 62 10 62 10 85 00 85 00 28 00 28 00 26 20 26 20 99 87 99 87 99 98 99 98 35 70 35 70 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 10 接收不同能 量光子数 3734237342682856828571391713912706527065 2532525325 8841488414 88512885123925539255 放射源 Ba 133Cs 137Eu 152Co 60Am 241 探测到光子 数 峰净面 积 271452714527982279829786978618002180029992999261726172308830883085630856 探测效率 72 7 72 7 41 0 41 0 13 7 13 7 66 5 66 5 39 5 39 5 7 0 7 0 3 5 3 5 78 6 78 6 峰道 数值 482464587823679491033 理论r能量 keV 818135635666266212212234434411731173133213326060 测得r能量 keV 707036136166266211411434634611731173133213324848 误差 13 60 13 60 1 40 1 40 0 06 56 6 56 0 58 0 58 0 00 020 00 20 00 0200400600800100012001400 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 与 与 与 与 与Kev与 与 与与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 结论 在以Cs 137 Co 60为定标源刻度能量 计数时间为1000s 以放射源为球 心 放射源到探头的距离R 6 50cm为半径的球表面积为 S 4 R2 530 66cm2 探 头窗口面积S1 2 35cm 0 35cm 0 83cm2的条件下 NaI TI 探测器对不同能量的 2012 2013 学年度吉林大学物理学院核物理实验 11 射线探测效率不同 甚至差别很大