放射源活度的符合测量

-.z.放射源活度的符合测量专业：核工程与核技术摘要：本实验选用了两片相同的铝片夹住的点源作为正电子源，的半衰期是2.6年，在短时间的测量过程中不用考虑其活度的变化。可经过EC俘获衰变到的激发态，其分支比为9.7%，也可经过β+衰变到的激发态，其分支比为90.2%,再从激发态衰变到基态，放出1.27MeV的γ光子，也能直接衰变到基态，其分支比为0.06%。产生的正电子在铝片中慢化后遇电子发生湮没，产生两个0.511MeV的湮没光子，湮灭光子发射方向相反且各向同性，因此用两个0.511MeV的光子进行了符合测量从而测出了的活度。探测仪器选用了γ射线探测效率高、能量分辨率好的NaI闪烁体探测器，实验系统采用了传统的符合测量装置，即两组NaI闪烁体探测器，放大器，单道，定标器，外加符合电路的组合。用此套装置很好的测出了的能谱，保证了整个装置完好。由于两种能量的光子都能被探测器探测到，所以通过测出了的能谱，调节单道的道宽和下阈值，卡掉1.27MeV了的γ光子，从而使0.511MeV的γ光子进行了γ-γ符合测量，测出了的活度，其活度是24353±162（Bq）。关键词：点源湮没光子γ-γ符合法Abstract:Inthise*periment,wechosedapointsourcewhichissandwichedbytwosamealuminumfoil,andwhosehalf-lifeis2.6years,wedonenottakeintoaccountthechangesinthemeasurementoftheiractivityinashorttime.candecaytothee*citedstateofthroughtheECcapture,whosebranchingratiois9.7%,alsocandecaytothee*citedstateofthroughβpositivedecay,whosebranchingratiois90.2%,againfromthee*citedstateofdecaytothegroundstateof,releasea1.27MeVgammaphoton,directlydecaytothegroundstateof,whosebranchingratiois0.06%.Thereleasedpositronsenterintothealuminiumandslowdownquickly,thenwhichhappenfloodedwithnegativeelectronandemittwophotonsγ,whoseenergyisthesame，allequal0.511MeV,andthedirectionofemissionoftwophotonsiscounterandisotropic,thereforeweusedthetwophotonswhoseenergyis0.511MeVtomatchtomeasuretheactivityof.ThedetectionequipmentisNaIscintillationdetectorwhosegammaraydetectionefficiencyishighandwhoseenergyresolutionisgood,thee*perimentsystemisthetraditionalmeasuringdevice,-.z.consistingoftwoNaIscintillationdetector,amplifier,singlechannel,thescaler,plusabinationofcoincidencecircuit.Theenergyspectrumofwiththissetofequipmentmeasuringisverygoodandensurethewholeequipmentingoodcondition.becausetwokindsofenergyphotoncanbedetected,sowemeasuredtheenergyspectrumof,andadjustedthewayofthesinglechannelwidthandthethreshold,1.27MeVgammaphotonscannotpass,lettingthetwo0.511MeVofγphotonstomatch,andmeasuredtheactivityof,theactivityis24353±162（Bq）.Keywords:pointsourceAnnihilationphotonγ-γCoincidencemethod-.z.目录TOC\o"1-3"\h\u1773第一章绪论1308851.1符合测量的基本概述17571.2符合测量的发展现状122348第二章方案原理概述329182.1源的衰变特性3314702.2γ-γ快符合装置介绍4274602.3活度公式推导及修正430247第三章技术路线的实现7142713.1实验仪器的选择和电路的连接7108493.2检验实验仪器能否正常工作8209073.3的能谱测量以及符合测量时两单道参数的确定13117553.4用偶然符合计数确定符合分辨时间296303.5确定延迟时间21245123.6的活度测量22152883.7结论分析2432392第三章总结19941参考文献261174致2728058附录1（的衰变纲图）2822774附录2（译文与原文）29-.z.第一章绪论1.1符合测量的基本概述放射性活度是描述放射源放射性特征的一个重要物理量，而活度的测量在核科学技术领域有着重要的地位，例如：低能核物理中许多核衰变参数和*些反应参数的确定，最终都要归结到样品放射性活度的测量，放射性核素的生产及其在工、农、医等学科研究中的应用以及环境监测辐射防护等各方面都涉及到放射性活度的测量。而放射源活度测量的方法有很多，如测β源活度的方法有小立体角法，4π计数法以及符合法。小立体角法的原理是放射源各向同性地发射出粒子，而测量仪器的效率是已知的，通过记录一定立体角的粒子计数率便能推出源的活度，此法适合于活度在微居到毫居量级的放射源。4π计数法的原理是把放射源移到计数管部，使计数管对源所的立体角接近4π，在小立体角法的基础上减少了散射、吸收及几何位置的影响，此法适合于测活度在微居以下的纯放射性核素。有级联衰变的放射源活度测量则用符合法。符合法起源于1930年前后，因可以排除探测效率等对实验结果的影响而得到广泛运用。在核过程中，有很多在时间上相互关联的事件，这种相关的事件通常反映了原子核在的运动规律。例如，核级联衰变所放射的粒子之间在时间上是相关联的，级联衰变的平均时间间隔是确定的，它就是激发态的平均寿命。又如上述衰变的粒子在方向上还有相关性，即方向角关联。研究这类事件可以确定原子核状态的参数。符合测量是核物理实验中的一项常用的方法，可用来选取时间上相关的事件，舍弃无关事件，以免无关的事件湮灭了相关事件的信息，从时间上的符合与不符合把时间信息归纳、简化，选出有用的信息。用于符合测量的电路叫符合电路，它的基本逻辑功能相当于一个数字门电路，输入正信号时，符合电路相当于与门或与非门，输入负信号时，相当于或门或者或非门。1.2符合测量的发展现状历史上，符合法最初应用于宇宙射线的研究。后来，符合法又应用于相关辐射的测量。近20年来，由于快电子学、多道分析器和多参数分析系统的发展，电子计算机在核物理实验中的应用，符合法已成为实现多参数测量必不可少的实验手段。符合法是继小立体角法，4π计数法较好的活度测量方法。用符合法研究辐射间的级联关系或相关性时，要求符合装置既能对辐射能量进行选择，又能具有短时间分辨的本领。可用慢符合装置来满足这种要求。由两个探测器输出的脉冲分别输入线性放大器，经放大后输入单道分析器，选出特定能量的脉冲，其输出经成形后输入符合电路。这种装置中探测器输出脉冲经过一系列电路后才到达符合电路的输入端，为了获得高的时间分辨本领，就要求经过上述电路之后脉冲仍保持很短的上升时间和小的上升时间涨落。因此对慢符合装置改进，有了快慢符合装置。1949年Bell和Petch首先提出快慢符合原理，他们将能量选择和时间选择分别在两组符合道中进行。快符合道由每个探测器输出脉冲分两路输入两组符合道，探测器的输出信号经定时拾取电路整形成标准形状的窄脉冲，然后输入短分辨时间的快符合电路。慢符合道主要由线性放大器、单道和整形电路组成。快慢符合道的输出脉冲一起输入三重慢符合电路。以上是传统的符合测量方法。随着符合装置的改进，又出现了多道符合能谱仪、多参数符合谱仪等符合测量装置。图1-1传统符合测量系统框图图1-2数字化符合测量系统框图如今，国外对数字符合测量有一定的研究，其原理是两路探测器输出信号经放大成形电路后输入有模数转换功能的双通道数字示波器，示波器将两路输入信号数字化，再由数据处理系统实现实时获取示波器采样数字序列，实现对数字序列的处理即获取两路探测器数字序列的时间信息和幅度信息，并进行符合判断。数字化符合测量相对于传统的符合测量具有系统结构简单、操作简便、电子学噪声小、系统死时间小以及实验数据可重复利用等优点。在符合测量中具有很好的参考价值。第二章方案原理概述2.1源的衰变特性图2-1Na-22的衰变纲图由的衰变纲图可知，源的半衰期=2.602年。它可以自发地从3+的自旋态衰变到0+的自旋态，有EC俘获和β正衰变两种类型，其中β正衰变到的激发态的分支比为90.2%，经过EC俘获衰变到的激发态的分支比为9.7%，再从的激发态衰变到的基态，放出能量为1.27MeV的γ光子，直接衰变到基态的分支比为0.06%。放出的正电子进入物质后，与物质原子分子发生非弹性碰撞，很快被慢化，能量迅速从KeV量级减至热运动能量，即小于1eV，然后在正电子径迹末端遇负电子发生淹没，放出两个能量为0.511的γ光子。两个湮没光子的发射方向相反，并且湮没光子的发射是各向同性的。因此，我们用能量为两个0.511MeV的光子进行符合，从而推导出正电子源的活度。2.2γ-γ快符合装置介绍图2-2符合法电子学框图两个NaI闪烁体探测器的输出脉冲信号分别输入线性放大器，经放大后输入单道脉冲幅度分析器，单道输出信号再输入符合电路进行符合。由于放射源衰变产生了两种能量的光子，即能量分别为0.511MeV和1.27MeV，两个探测器探测到两种光子，产生输出脉冲，其输入线性放大器，经放大后输入单道，因为只采用能量为0.511MeV的光子进行符合，所以单道的作用是选取能量为0.511MeV的光子，而不让能量为1.27MeV的光子信号通过，然后两个道中0.511MeV的光子信号经延时成形后输入符合（反符合）电路进行符合，从而得出两个道的计数率和符合输出计数率。符合电路的功能是：当符合电路有两个（及以上）输入端时，两个（及以上）输入端的输入信号是在一定时间间隔到达，电路将产生一个输出信号，如果在给定的时间有一个（至少一个）输入端缺少输入信号时，电路不产生输出。2.3活度公式推导及修正图2-3探测器与放射源相对位置示意图两个探测器与源的位置如图所示，两个探测器探头在同一水平线上正对，即两个探头圆面圆心与放射源中心在同一条直线上，并且两个探头到源的垂直距离是相等的，则两个探测器对源所的立体角相等，即：（2-1）用定标器测得Ⅰ道的计数率为（2-2）Ⅱ道的计数率为（2-3）式中：为放射源的活度；为两探测器对源所的相对立体角，；为探测器1对γ的探测效率，为探测器2对γ的探测效率。由于两个湮没光子的发射方向相反，如果一对湮没光子进入探测器1，则另一个必然进入到探测器2。符合道计数率为（2-4）由式（2-1）（2-2）（2-3）可得放射源活度为（2-5）通过式(2-5)明显可以看出放射源的活度只和两个γ道和符合道的计数率以及探测器对源所的相对立体角有关，而与探测器的探测效率等因素无关。另外，在实验过程中和探测原理装置自身因素等对实验结果有一定影响。其因素有：第一，在实验环境中，不可避免会存在本底，所以在三个道都会有本底计数。第二，由于两个γ道的脉冲总有一定的宽度，使得符合电路存在一定分辨时间。因此不相关的两个γ道的脉冲会产生偶然符合计数。并且本底也会产生符合计数。因此，在实际测量时，我们不能简单的利用式（2-5），而要对上述各点进行修正。下面就具体讨论一下各种修正的定量计算。首先对各种修正因子单独进行讨论，看看对测量结果会产生什么影响，然后再综合起来，以求获得精确的活度计算公式。（1）本底修正。要对本底进行修正，只需要对各个道的本底计数率扣除。设、、分别为两个γ道和符合道的本底计数率，则(2-6)（2-7）（2-8）其中，即包含真符合计数率和偶然符合计数率。而在实验上，将放射源取走后，很容易测得本底计数率，及。（2）分辨时间修正。符合电路存在一定的分辨时间会引起偶然符合的发生，从而使符合道的计数增加。对分辨时间修正就是设法由总的计数率、、和分辨时间，计算出偶然符合计数率。再从符合道总计数率扣除偶然符合计数率，即得到真符合计数率。当两个不相关的γ脉冲，在符合分辨时间被记录，就会给出一个偶然符合计数。实测1道的计数率为，2道的计数率为，符合道总计数率为。则在1道计数中不参与真符合的计数为，对偶然符合计数率的贡献为。同样在2道计数中，不参与真符合部分的计数为，对于偶然符合的贡献为。于是总的偶然符合计数率为：（2-9）（2-10）最后得到真符合计数率为（2-11）应该说明，上述讨论中，和中已包含本底的贡献。所以，偶然符合计数率中已包含了本底引起的偶然符合。立体角的计算：在球面坐标中，我们知道立体角为：（2-12）式中α为的最大值，如下图所示：图2-4立体角计算示意图对点源有：（2-13）式中，h为放射源到探测器探头的垂直距离，r为圆面探测器探头半径。将式（2-13）代入式（2-12）并积分，便得：（2-14）（2-15）由以上修正可知放射源活度活度为：（2-16）第三章技术路线的实现3.1实验仪器的选择和电路的连接图3-1实验原理图根据实验原理图，本实验所需要的实验仪器有探测器、线性放大器、单道、符合电路和定标器，鉴于波形的观测和电路的检查，还需要使用脉冲发生器和数字示波器。结合川大现有的实验条件，我们使用了以下仪器：脉冲发生器1个DG4072数字示波器1个DS1204B通用（NaI）闪烁体探测器2个2012C502/2012C504线性放大器2个BH1218单道2个2035A符合（反符合）电路1个BH1221智能定标器3个FH463B符合（反符合）电路上带有延时器，因此不需要另找延时器，该智能定标器上能产生稳定的正负高压，还有低压输出，能和通用闪烁体探测器所需要的高压和低压相匹配，使探测器正常工作。另外，根据实验需求，我们使用了的放射源有和。其中源是点源，是圆面源。3.2检验实验仪器能否正常工作首先我们使用源通过观测探测器的输出信号和各级电路的信号来验证探测器和整个电路。从附录1中的衰变纲图中可以发现，衰变到的激发态，在退激的过程中只放出能量为0.662MeV的γ光子，用NaI闪烁体探测器和单道测它的能谱，来分别检验探测器在两个高压下能否正常工作将仪器按顺序摆放连接好，并且将两个通用（NaI）闪烁体探测器如图3-1所示呈1800水平对齐固定，连接好低压线、高压线和信号输出线，再将源放到两个探测器的正中心位置，调节源到探测器的距离在适当值，用铅砖屏蔽。接通电源，依次从零逐渐增大调节探测器的负高压，将探测器信号输出线接入数字示波器，用数字示波器分别观测两个探测器的输出信号。当给探测器1加高压至-512V时，从示波器读出探测器1的输出信号波形如下图：图3-2探测器1测得源的输出信号从示波器显示的波形上我们读出探测器1探测到源的输出信号是幅度为1.3V的负脉冲，其脉宽大约2us。当给探测器2加高压至-460V时，从示波器读出探测器2的输出信号波形如下图：图3-3探测器2测得源的输出信号从示波器显示的波形上我们读出探测器2探测到源的输出信号是幅度为0.11V的负脉冲，其脉宽大约2us。分别将两个探测器的输出信号接入两个线性放大器，调节放大器的参数，将两个放大器的输出信号接入示波器，用示波器观察放大器的输出信号。由于放大器的输入信号是负脉冲，所以将放大器极性调为负极性，当放大器1的积分调为0.1us，微分为0.1us，放大在200倍，增益为0时，放大器1输出信号波形不失真且稳定，从示波器上读出其波形如下图：图3-4放大器1的输出信号当放大器2的积分调为0.1us，微分为0.1us，放大在1000倍，增益为3.0时，放大器2输出信号波形不失真且稳定，从示波器上读出其波形如下图：图3-5放大器2的输出信号然后，分别将放大器1、放大器2的输出信号接入单道1和单道2中，将两个单道的输出信号接入示波器，用示波器观察单道的输出信号，适当调节两个单道的参数，示波器显示单道1、单道2的波形如下：图3-6单道1的输出信号图3-7单道2的输出信号再用单道脉冲幅度分析器测的谱形，保持探测器1的高压-512V，放大器的参数不变，使单道工作在微分状态下，保持道宽H=0.5V不变，从零依次改变下阈值，用智能定标器测量并记录每一阈值下的输出脉冲计数率，便可测得幅度谱。测得在对应阈值下探测器1的输出脉冲计数如下表：表3-1通用NaI探测器1在对应阈值下测到在10s的输出脉冲计数下阈值（V）00.51.01.52.02.53.03.5计数（个）1021956738504756651535470下阈值（V）4.04.55.05.56.06.56.66.7计数（个）490495303111190143216831728下阈值（V）6.87.07.57.7计数（个）1586756284用origin软件画出幅度谱图如下：图3-8探测器1测得的的幅度谱从图3-8测得的幅度谱图中，我们可以看到，在6.8V附近有一个很明显的峰，这个峰就是的单能O.662MeV的γ射线的全能峰，这一脉冲幅度直接反应γ射线的能量。这个峰之前还有一些峰，这些是康普顿坪和反散射峰等。同理对探测器2保持高压-460V不变，放大器的参数不变，使单道工作在微分状态下，保持道宽H=0.5V不变，改变下阈，用智能定标器测并记录每一阈值下的输出脉冲计数率，便可测得幅度谱。测得在对应阈值下探测器2的输出脉冲计数如下表：表3-2通用NaI探测器2在对应阈值下测到在10s的输出脉冲计数下阈值（V）00.51.01.52.02.53.03.5计数（个）976959679764835637611540下阈值（V）4.04.55.05.55.85.96.06.1计数（个）5252051235411736197819661720下阈值（V）6.26.46.56.7计数（个）12003521258用origin软件画出幅度谱图如下图：图3-9探测器2测得的的幅度谱同样，从图3-9测得的幅度谱图中，我们可以看到，在6.0V附近有一个很明显的峰，这个峰就是的单能O.662MeV的γ射线的全能峰。此峰之前的平台是康普顿坪和反散射峰等。通过以上的测量结果，各级输出信号的波形以及两个道测得的源能谱，我们可以明显知道探测器1在-512V，探测器2在-460V高压下可以正常工作，两个线性放大器，两个单道，以及整个电路可以正常工作。3.3的能谱测量以及符合测量时两单道参数的确定我们取出源，将放射源放置于两个探测器的正中间，保持源到探测器的距离在合适位置，保持探测器1的高压在-512V，保持探测器2的高压在-460V。将探测器1的信号输出线接入数字示波器，用示波器观测到探测器1的脉冲输出信号如下图，其幅度为-2.5V，脉宽为2us。图3-10探测器1测得源的输出信号将探测器1的输出信号接入线性放大器1，用示波器观测线性放大器1的输出信号，经过调节线性放大器的微分积分，在微分为0.1us，积分为0.1us，放大在100，增益为10时，线性放大器的输出比较合适，输出波形如下图,所以经过线性放大器1的输出幅度为7.8V。图3-11放大器1的输出信号将线性放大器1的输出信号接入单道1，适当调节单道的道宽和下阈值，用示波器观测到单道1的输出波形如下图，其幅度为5.2V，脉宽为0.5us。图3-12单道1的输出信号用单道脉冲幅度分析器测的幅度谱，以便能在做符合测量的时候正确调节单道的阈值，使只有0.511MeV这个能量的光子信号通过单道。放大器1的参数不变，使单道工作在微分状态下，保持道宽H=0.5V不变，改变下阈，用智能定标器测并记录每一阈值下的输出脉冲计数率，便可测得幅度谱。测得在对应阈值下探测器1的的输出脉冲计数如下表：表3-3NaI探测器1在对应阈值下测到在10s的输出脉冲计数下阈值（V）0.51.01.52.02.53.03.053.1计数（个）35364356380424111229688169836836下阈值（V）3.23.54.04.55.05.56.06.5计数（个）6257882558570545655352958下阈值（V）6.66.656.76.87.07.57.687.7计数（个）1166117211771115475198261用origin软件画出幅度谱图如下图：图3-13探测器1经过单道测得的的幅度谱我们可以看到在3.05V附近时计数达到最大，有一个峰，这个峰即是能量为0.511MeV的γ射线的全能峰。此峰之前的平台是康普顿坪和反散射峰等。在6.70V附近有一个峰，这个峰是能量为1.27MeV的γ射线的全能峰，能量为1.27MeV的光子在包裹源的铝片中发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，而0.511MeV的光子不发生电子对效应，所以探测器探测到1.27MeV光子的计数较少。从幅度谱图看到，0.511MeV能量的γ射线的全能峰在2.5V到3.6V之间，为了让单道1只接收由0.511MeV光子产生的全能峰，我们可以调节单道1的下阈值为2.5V，道宽为1.1V，这样1.27Mev能量的γ射线所产生的信号就不能通过单道1，并且只接收0.511MeV光子产生的全能峰。用示波器观测到探测器2的脉冲输出信号如下图，其幅度为-0.22V，脉宽为2us。图3-14探测器2测得源的输出信号将探测器2的输出信号接入线性放大器2，用示波器观测线性放大器2的输出信号，经过调节线性放大器的微分积分，在微分为0.1us，积分为0.1us，放大在600倍，增益为9.0时，线性放大器的输出比较合适，输出波形如下图，示波器纵轴每一大格代表2V,所以经过线性放大器2的输出幅度为7.6V。图3-15放大器2的输出信号将线性放大器2的输出信号接入单道2，适当调节单道的道宽和下阈值，用示波器观测到单道2的输出波形如，其幅度为5.2V，脉宽为0.5us。图3-16单道2的输出波形保持放大器2的参数不变，保持道宽H=0.5V不变，从零改变下阈，用智能定标器测并记录每一阈值下的输出脉冲计数率，便可测得幅度谱。测得在对应阈值下探测器2的的输出脉冲计数如下表：表3-4NaI探测器2在对应阈值下测到在10s的输出脉冲计数下阈值（V）00.51.01.52.02.52.62.7计数（个）34004503507333181486765578577654下阈值（V）2.83.03.54.04.55.05.56.0计数（个）4853895655553555635365265下阈值（V）6.56.66.656.76.87.07.57.7计数（个）10601120106595972528228347用origin软件画出幅度谱图如下图：图3-17探测器2经过单道测得的的幅度谱我们可以看到在2.60V附近时计数达到最大，有一个峰，这个峰即是能量为0.511MeV的γ射线的全能峰。此峰之前的平台是康普顿坪和反散射峰等。在6.60V附近有一个峰，这个峰是能量为1.2745MeV的γ射线的全能峰。从幅度谱图看到，0.511MeV能量的γ射线的全能峰在2.1V到3.1V之间，为了让单道2只接收由0.511MeV光子产生的全能峰以及部分康普顿坪，我们可以调节单道2的下阈值为2.1V，道宽为1.0V，这样1.27Mev能量的γ射线所产生的信号就不能通过单道2，并且只接收0.511MeV光子产生的全能峰。因此对源的两个0.511MeV能量光子的符合测量时，单道1、2的参数调节如下表：表3-5单道的符合测量时各个参数调节阈值（V）道宽（V）单道12.51.1单道22.11.03.4用偶然符合计数确定符合分辨时间任何符合电路都有确定的符合分辨时间R，它的大小与输入脉冲的宽度有关，当两个脉冲的时间间隔小于R时，一部分脉冲将重叠成大幅度脉冲并触发成形电路输出一个符合脉冲。反之，就没有符合脉冲输出。真符合指来源于同一个核事件的两个脉冲产生的符合。而偶然符合指来源于不同核事件而在时间上偶然相同的信号产生的符合。图3-18符合脉冲示意图图3-19符合分辩时间测量原理图测量方法：用铅砖将两个放射源及探测器隔离开，让探测器1只探测到，探测器只探测到，假定探测器1的平均计数率为n1,探测器2的平均计数率为n2,符合电路的分辨时间为R，如果在*一时刻t，探测器1的一个脉冲可能与从到的时间进入探测器2的脉冲发生偶然符合，其平均符合率为，从而，探测器1的n1个计数的偶然符合计数率n偶为，则符合分辨时间R为。改变放射源的位置，使计数率改变，每改变一次位置测一次n1、n2、n偶，得到一个实验点（n偶，n1*n2），经过若干次测量后，得到若干个实验数据，由这些数据可作出n偶-n1*n2图，经过线性拟合，其曲线的斜率的一半即为符合分辨时间R。让探测器1探测源，让探测器2测源，并用铅砖隔离两个放射源和探测器，保证探测器1不会探测到，探测器2不会探测到，将探测器1的输出信号依次通过线放1、单道1，探测器2的输出信号依次通过线放2、单道2，适当调节线放1、2的参数，是单道有信号输出，再将单道1、2的输出信号接入符合电路，用3个定标器测量单道1、2和符合输出的在一定时间计数，测量数据如下表：表3-6探测器1、探测器2、偶然符合道的在100s的计数组数12345671道计数（个）1144808507595804795246329665856500111道计数率n1（s-1）1144.80850.75958.04795.24632.96658.56500.112道计数（个）17113615507495041787746296156703416662道计数率n2（s-1）1711.361550.74950.41787.74629.61567.03416.66符合道计数（个）360241181118866944符合道计数率n偶（s-1）3.602.411.811.180.860.690.44n1*n2(s-2)1959164.931319292.05910530.80626442.36398517.95373423.28208375.83线性拟合作出n偶-n1*n2图如下图：图3-20偶然符合计数率与两道计数率乘积的线性拟合曲线经过线性拟合可知符合分辨时间为0.9us，此符合分辨时间的测量考虑了探测器、前放以及本底的影响，所以R是物理分辨时间。3.5确定延迟时间将经过β正衰变，正电子在物质中湮灭，同时产生两个0.511MeV的光子，可是两个光子分别被两个探测器探测到，输出信号再经过线性放大器、单道，在经过这些电子学仪器的过程中，进入符合电路的信号在时间上会产生延迟，为了使进入符合电路的两个信号产生良好的符合，故而需要调节两个输出信号的时间信息，使到达符合电路的信号是同时的。方法：将两个探测器的探头呈1800对齐在放置，将源放在两个探测器的正中心，使两个探测器、源在同一水平线上，如图3-1所示，适当调节源到探测器的距离，将探测器信号依次接入对应的线放和单道，保持探测器1的-512V高压和探测器2的-460V高压不变。经过的能谱测量中，我们保持线性放大器的参数不变，即放大器1的微分为0.1us，积分为0.1us，放大倍数为100倍，增益为10，放大器2的微分为0.1us，积分为0.1us，放大倍数为600，增益为9.0。两个单道的下阈值和道宽按表3-5调节。用示波器同时观测两个单道的输出信号在时间上的关系，示波器显示如下图：图3-21两探测器探测到的信号在在时间上的关系图3-22两单道输出信号的时间关系由上图可知，示波器横轴每一小格代表0.2us，所以延迟时间为0.2us，即单道2的输出信号延迟单道1的输出信号0.2us。3.6的活度测量将探测器和线性放大器保持3.6步骤不变，按表3-5调节两个单道的参数，单道的输出信号接入符合（反符合）电路，由单道的输出波形可知信号的脉宽为0.2us，所以将符合电路的成形时间调为0.5us，将单道1那路符合通道的延迟时间调为0.2us，单道2这路符合通道不延时，将1路符合监测、2路符合监测以及符合输出分别接入智能定标器进行计数。将源放入两探测器之间，考虑到最后的活度还与立体角有关，因此我们需要改变立体角，测出不同立体角时的源活度与立体角的关系，方法是固定源，保持两个探测器探头的中心和源的中心在同一条直线上，再左右移动探测器，用直尺测量一定的源与探测器的距离，通过改变源到探测器的距离来改变立体角，测出不同距离处的计数率和符合计数率，测量结果如下表：表3-7不同距离时的60s计数每个探测器距源的位置（cm）0.501.001.502.002.503.001路计数N1（个）6950649767424513219025143211282路计数N2（个）690045654539490309502596321632符合计数NC（个）1324498797402565145353856每个探测器距源的位置（cm）3.504.004.505.005.506.001路计数N1（个）184651569313524125851116998052路计数N2（个）183471630614358125551105610347符合计数NC（个）314027142444211819201740根据式（2-11）和式（2-15）计算出修正后的符合道计数率和相对立体角，最后算出的活度，其结果如下表：表3-8源与探测器的不同垂直距离的活度与距离的关系每个探测器距源的位置h（cm）1路计数率n1（s-1）2路计数率n2（s-1）符合计数率nc（s-1）修正后的真符合计数率nco（s-1）(Bq)(Bq）0.500.3915115911512212196091155581.000.29698309431661654744159781.500.22267086591241233793170402.000.167853751695942948175692.500.128341943376762387186053.000.100035336165651961196103.500.079430830653531778223934.000.064226227246461549241284.500.052822624041411323250575.000.044021021036361225278415.500.037218718532321081290596.000.0318164173292997830755取活度的平均值，则活度为：A=(15558+15978+17040+17569+18605+19610+22393+24128+25057+27841+29059+30755)/12=21966（Bq）=0.5937（uci）标准误差的计算：由于放射性核衰变具有统计分布，测量过程中射线与物质相互作用的过程也具有随机性，由于放射性衰变和射线与物质相互作用的的统计性引起的误差叫统计误差。在本次一次测量计数中，计数N的标准误差为,计数率的标准误差为：（3-1）活度计算公式为：（3-2）若是相互独立的变量的多元函数，则函数的误差为：（3-3）则根据误差传播公式（3-3）可以知道活度的标准误差为：（3-4）根据表2-23和式（3-1）（3-4）计算出不同相对立体角时的活度的标准误差如下表：表3-9不同相对立体角时的活度的标准误差每个探测器距源的位置h（cm）每个距离测得活度的标准误差0.500.39151591.000.29691881.500.22262312.000.16782732.500.12833213.000.10003673.500.07944614.000.06425334.500.05285875.000.04406945.500.03727696.000.0318855函数的标准误差为，则最后的绝对活度的标准误差为：=（1592+1882+2312+2732+3212+3672+4612+5332+5872+6942+7692+8552）1/2/12=146考虑分支比，测出的值再除以90.2%，得出本次实验测出的的绝对活度是A=24353±162（Bq）3.7结论分析由表3-8得出的数据可以看出，不同的立体角测量计算出的的活度波动较大，改变立体角时，式（3-2）活度计算公式中，四个变量都会发生变化，得出的活度会有一定的偏差，随着距离的增加，1道、2道以及符合道的计数率减小，测量时间测出的计数率偏差变大，相对立体角变小，不能保证源与探测器探头圆心在同一直线上，源与探头的垂直距离测量会有偏差，导致计算出的相对立体角因子不准确，较小的偏差会产生较大的活度偏差。另外，两个单道参数选择会对计数率产生影响，计数统计分布的不确定性也会对实验结果产生偏差。源的活度较弱，且是未知量，我们不能将得出的活度与其真值进行比较。总之，本次测量出的活度比较粗略，可能与真值存在偏差。第三章总结通过完成本次毕业设计，对之前所学的专业知识有了更近一步的巩固和理解，同时认识到，将理论用于实践的重要性，做实验的过程中，存在各种各样的问题和困难，逐一找出问题所在，解决问题，克服困难，对实验仪器的选择和调节，以及其原理有了更深刻的认识，同时实验操作更加规，更注重实验细节。另外，对本次的符合原理和活度测量方法有深入的了解和掌握，同时认识到本次实验的改善之处。总之，此次论文设计实验中学到了很多。参考文献[1]大学自编讲义（理科）《辐射探测与测量》.[2]大学自编讲义（理科）《核电子学》.[3]卢希庭，原子核物理修订版.：原子能，2000[4]王忠海，覃雪，周智，周荣，纪锋，朝文，基于波形数字化的γ－γ符合测量（大学物理科学与技术学院辐射物理与技术教育部重点实验室，610064）[5]马文彦,邱晓林,齐格奇,闫桂英,用符合法测量l3放射源的活度(1.第二炮兵工程学院，71002；2.中国标准研究中心，100029；3.省计量测试研究院，710048)致能够顺利完成本次毕业论文设计，首先要感我的导师覃雪老师，感老师在理论知识和实验操作方面耐心指导，感老师在我遇到问题时给我很好的建议和很大的帮助，老师精益求精的工作作风，给了我很大动力。老师在从论文题目的选择到论文完成过程中，一直支持我，同时精心地指导，再次由衷感老师在毕业设计过程中给我的帮助和指导。同时感秀莲老师，帮助我们寻找仪器，在实验过程中提供很大的帮助和指导。感实验室的几位师兄一直耐心地给我讲解问题，帮助我解决问题和困难，感你们给我的帮助。感我的同伴宛裕前同学，一直和我一起做实验，积极主动解决问题，带领我完成实验。最后，衷心感所有给我帮助的人。附录1（的衰变纲图）（铯）附录2（译文与原文）使用γ-γ符合技术进行BC501A液体闪烁体的能量校准言杰荣澄励鹿心鑫*通华（现代物理学、中国科学技术大学,230026中国

核物理与化学研究所、中国工程物理研究院,621900,中国）摘要：用康普顿散射γ-rays可以描述BC501A液体闪烁体的准确的能量校准。在γ-γ符合技术和高斯函数叠加在一个二次多项式的配件符合谱的背景下可以准确地确定能量分辨率和康普顿边缘的位置。依赖相关的能量分辨率可以详细讨论康普顿边缘的位置相对于最大和的一半高度的位置分布。结果表明,最大的能量反冲康普顿电子并不发生在一半的高度分布，但0.90±0.05最大高度的能量围考虑。电子的能量分辨率从15.6%变化到8.02%能源地区是从0.5MeV到3MeV。关键字：BC501A液体闪烁体,能量校准,γ-γ符合法1介绍由于高探测效率和优秀的n-γ脉冲形状歧，该类型的有机液体闪烁探测器BC501A(相当于NE213)广泛用于快中子能谱法、中子飞行时间测量和中子监测。测定的准确性和设置的偏见水平主要归因于能量校准，这是重要的中子能谱法在测量液体闪烁探测器的绝对效率和中子的响应函数。此外,由于液体闪烁探测器的性能,如能量分辨率，强烈依赖于检测成分(如闪烁体的材料),建造探测器的几何形状如闪烁体的形状和大小,以及光电倍增管(PMT)的类型。不仅对核物理研究和核技术的应用,而且对闪烁体的发光机制的研究，能量校正是非常重要的。因此在实验之前能量校准是一个必不可少的过程。在"单色的”γ-rays预备实验过程中，有两种方法进行校准。第一个方法即蒙特卡罗方法，被伊卡洛斯协作和黄Han*iong描述。蒙特卡洛康普顿电子光谱(E)是用三维光子传输代码GRESP[4]生成的而不考虑探测器的分辨率。为了得到探测器能量分辨率和真正的康普顿边缘，实验中康普顿电子光谱是用"现实主义”的蒙特卡洛(H)谱的卷积拟合的，卷积是从蒙特卡罗光谱的改良依赖于探测器系统的分辨率函数R(H,E)得到的:(1)其中H是离散ADC数量规模,E是电子能量。解析函数的能力是基于一个固定的能量探测器的响应函数是高斯分布的假设，其半高宽描述了系统探测器的能量分辨率。第二种方法,即γ-γ巧合方法被D.L.史密斯[5]和h·h·诺克斯[6]描述。在这种方法中，一个小伽马射线源通常是放置在测试探测器和监控探测器之间。通过γ-γ符合技术,仅由伽玛射线源产生的光子迎头在测试探测器测器与随后的背反射到监视器检测器碰撞的康普顿电子的能力由acquire.All对应于定义事件的最大能量。所有事件对应于其他散射角度因此抑制。由此产生的频谱是一个高斯的，质心值和半高宽分别代表康普顿电子能量,即康普顿边缘,和探测器系统的能量分辨率。从蒙特卡罗方法得出的结果精度取决于建模的方法和、在蒙特卡洛的编码中反应截面的不确定性。不可避免地引入了一些近似计算。例如,假定在闪烁体中所有能量的电子沉淀只要相互作用点到边界的距离大于平均围,由于轫致辐射产生能量损失被忽视等。相比之下,γ-γ符合方法只是被影响测试和监视探测器之间的立体角和能量分辨率的传播由于符合电子电路。从这个实验方法得出的结果对探测器的应用比蒙特卡洛方法更重要。2实验装置两个BC501A液体闪烁探测器相反放置且分离距离是80mm。测试闪烁探测器由一个充满了BC501A液体闪烁体的商业圆柱探测器单元组成。小室部的长度和直径是2(5.08厘米)。小室由9807b光电倍增管的光电阴极与硅油耦合的。为了减少两探测器之间的立体角的影响,1BC501A液体闪烁探测器作为监控探测器，记录180度反向散射的伽马射线。伽马射线源放置在监控探测器表面的中心。γ-γ符合电子电路的原理如图1所示。图1γ-γ符合电子电路的原理图3γ-γ符合测量γ-γ符合测量所得如下。首先,两个定时单通道分析仪(TSCAs)的能窗都设置为最小水平差距(LLD)和最大水平差距(振动)为了分别测量两个探测器直接没有符合的康普顿电子光谱。康普顿电子光谱一半高度的位置大约被视为康普顿边缘，它的的位置代表康普顿反冲电子的最大能量和给出的:（2）这里Eγ是γ-rays事件的能量，单位是兆电子伏。位置对应于康普顿电子最大能量(Ec)由于事件γ-rays,被测试探测器探测,和康普顿电子的最大能能量(Ec)由于180度反向散射γ-rays,被监控探测器测量,通过计算确定,如表1中列出。其次,通过调整LLD的值和振动的两个TSCAs的LLD和ULD的值，,测试探测器宽的能窗将被最大能量康普顿电子覆盖,而狭窄的能量窗口对应的能量康普顿电子感应到180度反向散射伽马射线为监控探测器设置。如表1所示,由于180度反向散射伽马射线的康普顿电子的最大能量(Ec)不改变很大与入射射线的能量相比。监控探测器的TSCA窗口可以固定相同的。因此,只有在探测器脉冲高度与来自监控的选择信号符合可以记录下来。实验进行测量了"单色的”伽马射线源从Cs-137,Mn-54、Na-24和Y-88。伽马射线源用于校准的数据也在表1所示。直接康普顿电子光谱和光谱γ-γ符合被每个来源获得。两个光谱Cs-137和Na-24典型结