反符合法提高γ谱的峰康比

1、反符合法提高谱的峰康比一、 实验目的：（1）、了解反符合方法的基本原理，及其在核物理实验中的应用；（2）、用反符合屏蔽提高137cs能谱的峰康比；二、 实验仪器：主晶体-nai(tl)闪烁晶体1块、反符合晶体-环形塑料闪烁晶体1块、光电倍增管(gdb-44) 5支、高压电源(fh1034a) 5台、低压电源(fh1031a) 2台、线性放大器(fh1001a) 5个、定时单道分析器(fh1007a) 2个、符合单元(fh1014a) 1个、慢线性门(fh1065a) 1个、延迟放大器(fh4037) 1个、混合相加器(fh1018a) 1个、定标器(fh1011a) 1个、多道分析系统(bh1

2、324 mca) 1个、双踪示波器(hong hua cos5020ch 20mhz)1台137cs放射源1个三、 实验原理：（1） 137cs源的射线在闪烁体中相互作用机制射线的探测和能谱的分析是通过射线与物质相互作用所产生的次级电子效应（光电效应、康普顿效应和电子对效应）来实现的。137cs源的射线能量为0.662mev，在闪烁体中只能发生光电效应和康普顿效应。当发生光电效应时，射线将能量直接转移给产生的光电子，光电子在闪烁体中电离引起发光，发光强度与电子能量正相关，并最终体现在电信号的幅度上，在多道中出现在全能峰（或光电峰）的位置。当发生康普顿散射时，能量为h的射线把一部分能量传给次级电

3、子在闪烁体中引起电离发光，另一部分能来能量h由散射光子带走。如果散射光子没能逃逸出闪烁晶体，而是进一步发生光电效应，在一个较短的时间间隔内可以认为此过程的光电子和入射光子产生康普顿电子是同时的，电子电离发光的光输出将迭加在一起，与全能峰的能量相等，最终效果是增加全能峰的计数；如果散射光子逃逸出了闪烁晶体，则只有康普顿电子在晶体内电离发光，发光强度显著变小，偏离全能峰的道址，因为反冲电子的能量是连续分布的，对应的发光强度也是连续分布的，最终在能谱多道上呈现出一个“坪台”，即康普顿坪。（2） 射线能谱的峰康比在小体积晶体的单晶谱仪，射线能量不能被全部吸收，大量康普顿散射光子逃逸出晶体，使康普顿坪区

4、有较高的计数。当有多种射线入射时，对射线能量的分辨及他们相对强度的确定都非常不利，因此低能射线的全能峰有可能被高能射线的康普顿电子谱所淹没。射线能谱的峰康比是指全能峰中心道的最大计数与康普顿坪内的平均计数之比，它是谱仪的重要性能指标之一，标志着存在高能强峰时探测低能弱峰的能力。如果一个峰落在另一个谱线的康普顿坪上，峰康比越大，越便于观察和分析。反符合屏蔽装置的全吸收谱仪就是用来提高能谱的峰康比的。（3） 反符合法提高谱仪的峰康比利用反符合方法，将上述康普顿效应中反冲电子产生的脉冲和散射光子产生的光电脉冲同时输入反符合电路，那时反符合电路没有脉冲输出，即排除了同时事件。由此减少了反冲电子产生的脉

5、冲计数，达到降低康普顿电子谱的目的。反符合屏蔽全吸收谱仪的实验装置设计图如图1所示。其中a是主探测器，探头由nai(tl)晶体、光电倍增管和前置放大器组成。b是反符合探测器，探头由4块塑料晶体环绕包围nai（tl）晶体、4个光电倍增管和4个前置放大器组成。当射线射入晶体a时，若康普顿散射后的光子逸出晶体a，其大部分将被晶体b吸收而记录下来。将a、b晶体记录的脉冲分别输入线形脉冲放大器ii和i，然后将此两路脉冲同时输入反符合电路的分析道和反符合道，则反符合电路输出的脉冲已排除了由时间关联的事件，既消除了主探测器a输出脉冲中的逸出光子事件，实验线路框图如图2所示。图1、反符合屏蔽全吸收谱仪的实验装

6、置示意图图2、反符合屏蔽全吸收谱仪的实验线路框图四、 实验步骤： 打开低压电源使前置放大器处于工作状态，再打开高压电源预热60s； 调节主探头的工作电压和放大倍数，用示波器观察，使放大器的输出信号幅度约为6-8v； 分别调节外围探头1到4的工作电压和放大倍数，并分别将各路探头的放大器输出信号输入定标器，使3s的计数约为1500。各探头的高压读数应为应600v-900v之间； 调节符合单元中主探头信号和外围探头信号的相对延迟时间，测量nc-td曲线，每次计数时间30s，确定最佳延迟时间td0； 调节两单道阈值，分别测量3.0us和4.5us时（即不同阈值下测量在nc-td曲线底端和顶端）的计数，

7、比较各阈值下的n/n值，选择一个最大值对应的阈值，尽可能降低阈值以增加计数同时又能有效压制噪声； 把反符合输出信号输入慢线形门的“门输入”端口，经过延迟放大器的主探头信号输入慢型形门的“输入”端口，用双踪示波器观察这两路信号。改变延迟放大器的延迟时间，使这两路信号实现“同时”输入； 改变慢线形门的“门宽”时间，用双踪示波器观察其对主探头信号的影响，选择一个最优的门宽时间； 用微机多道测量有、无反符合两种情况下的137cs的能谱，比较二者的峰康比，观察反符合法对峰康比的改进效果； 保存实验结果，将高压电源输出全部将为0，关闭电源，规整仪器。五、实验结果和分析（1） 系统工作状态参数： 主探头a：

8、 高压：601v 线形放大器放大倍数：4x1.442=5.768 137cs源下的输出信号幅度：约7.2v 1号探头： 高压：1500v x 0.50 = 750 v 线性放大器放大倍数：32x1.498=47.936 3s 内输出计数：1558 2号探头： 高压：1500v x 0.53 = 795 v 线性放大器放大倍数：16x1.824=29.184 3s 内输出计数：1514 3号探头： 高压：1500v x 0.586 = 879v 线性放大器放大倍数：256x1.650=422.4 3s 内输出计数：1291 4号探头： 高压：1500v x 0.49 = 735 v 线性放大器放

9、大倍数：16x1.802=28.832 3s 内输出计数：1490 延迟放大器延迟时间：6 us 慢线性门门宽：2 us（2） 符合单元的最优相对延迟时间选择i路的延迟时间固定为4us，调整另一路延迟时间td。定标器计数时间选择为30s，根据表1和图3，选择最优延迟时间为3.0us，即相对延迟时间为1us。表1、符合单元的nc-td曲线数据td (us)11.522.32.52.62.72.8nc1595915565157111544814311135801340013386td (us)2.933.13.23.33.43.53.6nc13242131971340513345134541343

10、11329213692td (us)3.73.844.556nc142591503615622155321557515649图3、符合单元的nc-td曲线（3） 单道阈值的选择根据nc-td曲线选择td=3.0 us和4.5us的计数作为nc-td曲线的谷底计数和顶端计数，调节阈值，用定标器计数30s，比较阈值对n/n0的影响。根据表2，选择阈值为0.1，此阈值下n/n0最大，即保证了计数又有效压低了噪声的影响。表2、单道阈值对有效信号符合比n/n0的影响阈值0.040.10.20.30.40.53.0us计数1357613126134221360713493131334.5us计数158111559115579156101544314714n/n014.14%15.81%13.85%12.83%12.63%10.74%（4） 有、无反符合下137cs的能谱峰康比的比较有反符合条件下的137cs的能谱如图4所示。无反符合条件下的137cs的能谱如图5所示。表3、有、无反符合下137cs的能谱峰康比能谱参数无反符合有反符合峰位道址834857峰中心道计数21221909fwhm76.080.6分辨率9.1%9.4%