伽马射线强度和能量的测量

1、伽马射线强度和能量的测量读书报告弓|言Y射线（包括X射线）的强度和能谱测量是核辐射探测器的一个重要方面。在核物理的 研究中，测量原子核激发态能级、研究核的衰变纲图、测定短的核寿命、进行核反应实验研 究等都离不开对Y射线的测量。在放射性分析、技术应用等方面都有应用。二、Y射线测量的一般考虑Y射线的测量从获取信号的方式看可以分为两类：测量单个脉冲，从测量的大量脉冲事 件中得到有关入射丫射线的信息；和测量累计电流，从平均输出电流中定出入射丫射线的强 度。前者使用更为普遍。对其细分。对于不同的实验目的可分为三种类型：1.测量Y射线的 强度，常用的有G-M计数器、正比计数器、各种闪烁计数器等。2.测量丫

2、射线的能谱，典 型的以NaI （Tl）闪烁谱仪与HPGe谱仪为代表。3.测量时间信息常用有机闪烁探测器等。 对于探测的性能和指标，主要有能量分辨率、探测效率、峰总比和峰康比、能量线性、晶体 形状和大小的选择。三、Y射线能谱分析和能量刻度Y射线谱形的形成，主要为光电效应、康普顿效应和电子对效应，其输出能谱也比较复 杂，在能谱中形成全能峰、康普顿坪、单逃逸峰和双逃逸峰等。除了考虑以上三种效应外， 在实际测量中情况更复杂，还需要考虑散射光子和反散射峰、湮没辐射峰、特征X射线、轫 致辐射、累计效应、和峰效应、碘逃逸峰、边缘效应等。归纳起来，可以分为（1）Y射线 的能量和分支比；（2）放射源的特性；（3

3、）探测器物理性质（4）实验条件和环境布置为了根据Y射线的能量确定所测谱的峰位（道址），或反过来，根据所测峰位确定Y射线 的能量都需要预先对谱仪进行能量刻度。能量刻度就是在谱仪所确定的条件下（包括谱仪的 组成元件和使用参数，如高压、放大倍数、时间常数等），利用一组已知能量的Y源，测出 对应能量的全能峰峰位,然后作出能量和峰位（道址）的关系曲线。有了这样的能量刻度，那 末测到了未知Y射线的峰位即可求出Y射线的能量。根据能晕刻度结果还可以检验谱仪的线 性范围和线性好坏。四、Y射线强度测量与效率刻度要确定Y射线的弓鱼度，必须知道探浏器的探测效率，探测效率既与Y射线的能量有关， 又与探测器的类型、晶体的

4、大小、形状及源与探测器的几何位置等因素有关所以要对每- 台谱仪单独进行效率刻度。全能峰法确定Y射线强度，根据计数脉冲的幅度分布情况，有全谱法和全能峰法。对于NaI （Tl）闪烁谱仪的效率刻度的确定，有以下方法。由本征效率和蜂总比来确定源峰探测效率源峰探测效率的实验测定蒙特卡罗计算NaI （Tl）效率曲线随能量的关系对于HPGe谱仪的效率刻度原则上用确定NaI （Tl）闪烁谱仪的刻度方法也是可行的， 可根据Ge探测器的特点再进一步做些讨论。主要是全能峰效率和双逃逸蜂效率、探测效率 的刻度方法、探测效率随能量的关系。五、符合反符合谱仪单晶Y谱仪侧到的能谱一般比较复杂，这是由于对每一能量尤其高能区的

5、Y射线在谱形 上都有好几个峰(如全能峰，逃逸峰)和康普顿坪与之对应，这样对于包含多种能量的复杂Y 谱的分析极其困难。目前已发展了多种谱仪装置，它们的探头具有两个或多个晶体并使用符 合或反符合技术，使得每一能量只产生一个峰或尽量增强某个峰而抑制谱的其它部分，这样 测到的能谱就变得简单，持别适用于多种核素的下能谱分析。本节首先介绍几种符合反符合 谱仪装置，然后介绍丫能谱的符合侧量，特别是多探头符合测量方法全吸收反符合谱仪全吸收反符合谱仪能有效地抑制康普顿坪和逃逸峰,从而使单晶谱仪在所测能谱上尽量 突出全能峰。它通过两个方面实现这种改进:尽可能采用体积大的主晶体，当体积增大时， 可通过增大累计效应来

6、增强全能峰。采用第二个包围在主晶体外面的晶体，并使用反符合 技术。这样仅当主晶体单独有输出即相当于在其中产生全能峰事件时,该输出才能被记录和 分析；而当两个晶体同时有输出，即相当于在主晶体内发生康普顿散射或电子对效应并有次 级光子逸出而在外围晶体中被吸收时，就用外围晶体的输出通过反符合阻止主晶体输出的记 录和分析为了保证谱仪的良好性能，一般说应注意以下几个问题：主晶体的选择。反符合环。在几何结构安排上，反符合环尽可能地包住主晶体。此外还有康普顿谱仪、电子对谱仪、多探头符合能谱仪。六、Y能谱的数据分析实际测量中Y射线的谱形是极其复杂的，其原因是除了本底与干扰等因素的影响外， 所测谱中含有多种能量

7、的强度不同的Y射线，这些、丫射线的单能谱加在一起都在输出谱形 中出现，特别是能量很接近的Y射线,往往以重峰形式出现，而强度弱的Y谱线又容易被 强峰或本底所掩盖。复杂的Y谱中往往包含几十条甚至上千条入射丫射线的信息。所以对 测量Y射线的能谱进行分析与处理是一个很重要的问题。一般讲，根据测量的目的，对Y谱的数据处理可分为两类，其一是确定源发出的7射线 的能量与强度，从所测能量与强度，可获知样品中某元素的含量，或识别未知元素含量， 也可确定核反应产生的未知Y射线等。其二是对某一核素的高激发态的退激Y谱或衰变Y 谱进行符合分析，以确定所测Y射线在能级图中的位置，从而建立起新的能级图。相比而言， 前一方

8、面的内容比较广泛，应用的方面很多，对Y谱的数据分析的论著也很多，详细的论 述可参考文献，后一部分的工作面相对窄些，数据分析的论著较少。以下只对数据分析中的 一些问题作简要的论述。峰面积的求法主要有计数相加法、函数拟合法。对于NaI (Tl) Y射线谱的解析主要有逆矩阵法、权重最小二乘法。对于GeY谱的峰的分析主要包括下面步骤；谱数据的光滑;寻峰及确定待分析的峰区 范围；选用合适的峰面积计算方法计算峰面积及峰位能量；利用效率刻度求出每个峰所 对 应的Y射线强度，从而进一步求出待测样品的元素含量或放射性活度等。其中最主要的 是峰面积的计算。多探头Y -Y符合的数据分析在第五节中提到的多探头符合测量装置中，记录到的数据是各探测器间的Y符合数据， 并旦以逐个事件的形式记录在磁带上，称为“原始事件带。在“在线获取”实验中，每次 实验可获得几十盘甚至上百盘的“原始事件带”，实验完成后，对这些“原始事件带”作 进一步的处理与分析，称为“离线分析”以获得原子核的有关实验数隔最重要的是建立 复杂的能级图，包括级联跃迁关系，各跃迁的能量、强度，能级的寿命、自旋、宇称等等。 数据分析要在容量较大的计算机上进行，并且要有图