实验2 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告

γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定光信息081邵顺富08620122摘要：本实验采用Nal(Tl)闪烁谱仪来测量Co和Cs元素所发出来γ射线能谱分布规律与窄束γ射线在在Pb、Al中的吸收规律。不同厚度的同一物质对相同能量γ射线的吸收能力不同；而同一物质对于不同能量γ射线的吸收系数μ也有一定的变化。通过此次实验，了解物质对γ射线的吸收并掌握物质吸收系数μ的测定方法。关键词：闪烁谱仪吸收规律吸收系数μ引言：当核辐射的能量全部耗尽在闪烁体内时，探测器输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比，因此可以根据对脉冲幅度谱的分析来测定核粒子的能谱。NaI(Tl)单晶γ谱仪既能对辐射强度进行测量，又可作辐射能量分析，同时具有对γ射线探测效率高和分辨时间短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。在工业、医学的应用领域及核物理实验中，NaI(Tl)单晶γ能谱仪有相当广泛的用途。正文实验背景19世纪末至20世纪初，人们试图将伽利略变换和力学相对性原理推广到电磁学和光学时遇到了困难；实验证明对高速运动的物体伽利略变换是不正确的，实验还证明在所有惯性参照系中光在真空中的传播速度为同一常数。在此基础上，爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论；并据此导出从一个惯性系到另一惯性系的变换方程即“洛伦兹变换”。实验目的1．了解γ射线与物质相互作用的特性；2．了解窄束γ射线在物质中的吸收规律；3．测量其在不同物质中的吸收系数。实验原理 γ辐射是处于激发态原子核损失能量的最显著方式，其产生的原因主要有：①a、b衰变引起的副产品；②核反应；③基态激发。γ射线会与被束缚在原子中的电子、自由电子、库仑场、核子等带电体发生相互作用，大部分作用是光电效应、康普顿效应、电子对效应中的一种。低能时以光电效应为主；当光子能量大大超过电子的结合能时，以康普顿效应为主；只有当入射光子能量超过1.02MeV，电子对的生成才成为可能。本实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的γ光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。窄束γ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γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即（1）其中，I0、I分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm），σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm）。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。因此（1）式可表达为（2）由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的γ射线强度I成正比，又对（2）式取对数得：（3）若将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线，如图所示。μm/ρ可以从这条直线的斜率求出，即（4）物质对γ射线的吸收能力也经常用半吸收厚度表示。所谓半吸收厚度就是使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质的厚度，记作：（5）实验装置①放射源137Cs(强度≈2微居里)；②200mmAl窗NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器；④Al吸收片若干实验步骤：测量137Cs的γ射线在Al吸收片和Pb吸收片中的吸收曲线，并根据实验数据求得线性吸收系数μ。1.调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上；2.在闪烁探测器和放射源之间加上0、1、2…片已知质量厚度的吸收片，进行定时测量（t=300秒）；3.分别记录片数n=0,1,2,3,4时的R0、R1、R2、R3、R4所对应的光电峰计数N0、N1、N2、N3、N4。4.根据公式EQ-\f(μ,ρ)=\f(lnN2-lnN1,R2-R1)得EQμ=-ρ\f(lnN2-lnN1,R2-R1)错误！未定义书签。计算吸收片材料的质量吸收系数μ01、μ02、μ03、μ04、μ12、μ13、μ14、μ23、μ24、μ34。并求平均值μ。5.依照上述步骤测量Al和Pb对137Cs的γ射线的质量吸收系数μAl、μPb。6.整理仪器，经教师检查签字离开。数据处理计算吸收系数μE=0.661MeV对于Al,质量密度为2.70g/cm2块数RN0028127.9412.5718077.5025.0113157.1837.469006.8049.946686.50EQμ01=-ρ\f(lnN1-lnN0,R1-R0)错误！未定义书签。=0.46226/cmEQμ02=-ρ\f(lnN2-lnN0,R2-R0)错误！未定义书签。=0.40958/cmEQμ03=-ρ\f(lnN3-lnN0,R3-R0)错误！未定义书签。=0.41260/cmEQμ04=-ρ\f(lnN4-lnN0,R4-R0)错误！未定义书签。=0.39115/cmEQμ12=-ρ\f(lnN2-lnN1,R2-R1)错误！未定义书签。=0.35410/cmEQμ13=-ρ\f(lnN3-lnN1,R3-R1)错误！未定义书签。=0.3865/cmEQμ14=-ρ\f(lnN4-lnN1,R4-R1)错误！未定义书签。=0.3664/cmEQμ23=-ρ\f(lnN3-lnN2,R3-R2)错误！未定义书签。=0.41878/cmEQμ24=-ρ\f(lnN4-lnN2,R4-R2)错误！未定义书签。=0.37241/cmEQμ34=-ρ\f(lnN4-lnN3,R4-R3)错误！未定义书签。=0.32661/cm求平均值EQ\x\to(μ)=(μ01+μ02+μ03+μ04+μ12+μ13+μ14+μ23+μ24+μ34）/10≈0.322/cm与理论值0.194/cm比较，误差ε=66%误差相当大，实验失败（误差分析原因下面给出）对于Pb,质量密度为11.34g/cm2块数RN0028127.9412.1213157.6724.1816207.3936.2611577.0548.269196.82EQμ01=-ρ\f(lnN1-lnN0,R1-R0)错误！未定义书签。=1.4442/cmEQμ02=-ρ\f(lnN2-lnN0,R2-R0)错误！未定义书签。=1.4921/cmEQμ03=-ρ\f(lnN3-lnN0,R3-R0)错误！未定义书签。=1.6122/cmEQμ04=-ρ\f(lnN4-lnN0,R4-R0)错误！未定义书签。=1.5376/cmEQμ12=-ρ\f(lnN2-lnN1,R2-R1)错误！未定义书签。=1.5414/cmEQμ13=-ρ\f(lnN3-lnN1,R3-R1)错误！未定义书签。=1.6983/cmEQμ14=-ρ\f(lnN4-lnN1,R4-R1)错误！未定义书签。=1.5699/cmEQμ23=-ρ\f(lnN3-lnN2,R3-R2)错误！未定义书签。=1.8537/cmEQμ24=-ρ\f(lnN4-lnN2,R4-R2)错误！未定义书签。=1.5843/cmEQμ34=-ρ\f(lnN4-lnN3,R4-R3)错误！未定义书签。=1.3041/cm求平均值EQ\x\to(μ)=(μ01+μ02+μ03+μ04+μ12+μ13+μ14+μ23+μ24+μ34）/10≈1.5638cm与理论值1.213/cm比较，误差ε=29%本次实验误差相对上次实验较小，但还有待改进实验分析和结论实验误差分析1．定时测量时间可以再延长，读数稳定；2．实验装置问题，放射源、准直孔、闪烁探测器的中心没有位于一条直线上3．多次测量去平均值可以减小误差实验结论及注意事项：γ射线穿过物质强度减小，射线能量没有发生改变。注意事项如下所述：1．闪烁探测器上的高压电源、前置电源、信号线绝对不可以接错；2．装置的有机玻璃防护罩打开之前应先关闭β源；3．应防止β源强烈震动，以免损坏它的密封薄膜；4．移动真空盒时应格外小心，以防损坏密封薄膜。结束语：本次试验虽然存在误差，但基本达到实验的目的，对学生实验能力的提高有很大的帮助，从理论到实践，大大拓展了我们的知识视野。[参考资料]几种材料对137Cs、60Co两种γ射线的线性吸