γ能谱及γ射线的吸收2014
第五章X射线能谱(波谱)分析技术
第五章 X射线能谱（波谱）分析技术
5.1 X射线（波谱）分析的理论基础 X射线的产生： 连续X射线电子束在原子实（由原子核与紧密束缚的电子组成）的库仑场中减速，形成能量连续的X射线谱， 其能量从零延伸到入射电子束的能量值 特征X射线电子束与内壳层电子相互作用驱出 束缚电子，使原子处于激发态，并在电子壳层内留出一个空位。在随后的去激过程中，某个外层电子发生跃迁填充这个空位．这个跃迁过程伴随着能量的变化，原子以发射X射线或者 发射一个俄歇（俄歇（Auger））电子的形式释放能量。由于 发射X射线的能量与原子中确定能级间的能量差有关，所以这 种X射线称为特征X射线
X射线作为电磁辐射，其能量E与波长λ的关系λ＝hc／eE＝1．2398／E（nm） 式中: h为普朗克常数，c为光速，e为电子电荷， E是以keV为单位的能量，λ的单位为nm。 由于用作X射线显微分析的谱仪包括波长谱仪(WDS)和能量谱仪(EDS)，所以通常用波长(nm或?)或者能量(keV)单位描述X射线。
在任何能量E 或波长λ处的X 射线连续谱的强度I cm 由Kramers （1923）给出: 一、连续谱X 射线 E E E Z i Z i I o cm /)(~]1)/[(~min --λλ式中 i 为电流， 为靶的平均原子序数。 连续辐射强度随原子序数的上升而增加，是因为与低原 子序数的原子相比，重原子实（核与内层电子）中的库仑场强度较高的缘故，连续谱强度还直接随电子束的数量发生变化，即随束流i B 直接变化。因为连续谱形成各被测特征信号 的背底，所以连续谱辐射的高度对确定某个元素的最小检测限起着重要作用,通常认为连续谱有碍于分析。
γ射线的能谱测量和吸收测定_实验报告
γ射线能谱的测量 【摘要】某些物质的原子核能够发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，γ射线产生的原因正是由于原子核的能级跃迁。我们通过测量γ射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。因此本实验通过使用γ闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱。同时学习和掌握γ射线与物质相互作用的特性,并且测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数μ。 【关键词】γ射线能谱γ闪烁谱仪 【引言】从1896年的法国科学家贝可勒尔发现放射性现象开始，经过居里夫人等一系列科学家对一些新放射性元素的发现及其性质进行研究的杰出工作后，人类便进入了对原子核能研究、利用的时代。 而原子核衰变能放出α、β、γ三种射线，这些射线可以通过仪器精确测量。本次实验主要研究γ射线，通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。 因此本次实验研究了不同材料对于γ射线的吸收情况这是非常具有实际意义的，比如在居民区制造防空洞的时候可以使用一定厚度的抗辐射材料确保安全，而且在核电站、军事防护地以及放射源存放处等地方我们都有必要使用防辐射材料。 γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生这三种过程，如下图所示。 本实验主要研究的是窄束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，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。窄束γ射线再穿过物质时，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。 本次实验仪器如下：
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量 ——物理0805 乔英杰u200810200 王振宇u200810256 实验背景：19世纪下半叶，物理学家对X射线和阴极射线进行了大量的研究，导致了放射性、电子以及α、β、γ射线的发现，这些射线的发现同时也为原子科学的发展奠定了基础。 自20世纪进入原子能时代，科学家对射线进行了更进一步的研究，射线在科学技术中开始渗透，根据γ射线具有波长短、能量高、穿透能力强和对细胞有很强的杀伤力的特性，γ射线的应用也成了一门新兴产业，现在它已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域，特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益，为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深刻的影响。 目前γ射线的应用正在蓬勃快速的发展，应用领域仍在不断拓宽，它以低能耗、无污染、无残留、安全卫生等优点，深受众多行业的青睐，可是，其危害性也不容忽视。我们需要对γ射线深入了解，才能在降低其危害性的同时让其更好的为我们服务。本实验采用闪烁探测器和多道脉冲幅度分析器对γ射线的能量分布谱进行测量，以便我们了解用闪烁探测器测量γ射线的方法，学会分析能谱的特征及其影响因素。 实验原理： 1、闪烁探测器工作原理：闪烁探测器探测γ射线时，γ光子与物质作用不直接产生电离，而是发生光电效应、康普顿效应、电子对效应，闪烁体的原子、分子、电离或激发的作用来自三种效应所产生的次级电子。这样，我们就得到了对应于γ射线能量强度的电信号。之后，光电倍增管将所得电信号放大（倍增管阴极与阳极之间有十余个打那级，每个打那级均发生电子的倍增现象），其阳极最后收集电子的电极，与射级跟随器电路相连，使收集到的电子流以电压脉冲的方式输出。 2、γ闪烁能谱仪的工作原理：如下图（1）所示，整个仪器的信号传递大致是：由γ射线放射源放出的γ射线被闪烁探测器接受并转换为电压脉冲，前置放大器和脉冲放大器对探测器输出的电压脉冲进行放大，最后这些脉冲被多道分析器采集、处理。 多道分析器的到是指在分析器中存在的记录不同高度脉冲的位置。我们在试验中采用的是1024道分析器，即将脉冲电压范围分成1024份，然后计算机记录探测器输出的脉冲落在每份范围上的数目。
NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量
NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量 实验人：吴家燕学号：15346036 一、实验目的 1、加深对γ射线和物质相互作用的理解； 2、掌握NaI(Tl) γ谱仪的原理及使用方法； 3、学会测量分析γ能谱； 4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线； 5、测定未知放射源的能量和活度。 二、实验原理 1、γ谱仪的组成 NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。 2、射线与闪烁体的相互作用 当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）
康普顿散射；（3）电子对效应。 图2 为示波器上观察到的单能γ射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。图3 是137Cs、22Na 和60Co 放射源的γ能谱。图中标出的谱峰称为全能峰。在γ射 线能区，光电效应主要发生在K 壳层。在击出K 层电子的同时，外层电子填补K 层 空穴而发射X 光子。在闪烁体中，X 光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光 电子。上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非减去该层电 子结合能）。 3、137Cs 能谱分析 4、闪烁谱仪的性能 能量分辨率
探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4 所示。通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即 FWHM，有时也用表示。半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。一般谱仪在线性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即 对于一台谱仪来说，近似地有 对于单晶谱仪来说，能量分辨率是以137Cs 的0.662MeV 单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%。 能量线性刻度曲线 为检查谱仪的能量线性情况，必须利用一组已知能量的γ放射源，测出它们的γ射线在谱中相应的全能峰位置（或道址），然后，作出γ能量对脉冲幅度（或道址）的能量刻度曲线。这个线性关系可用线性方程表示，即 式中x p 为峰位，即道址；E0 为截距，即零道对应的能量；G 为斜率，即每道对应的能量间隔，又称增益。实验中用的γ核素能量列于表2 中。典型的能量刻度曲线如图5 所示。
α射线能谱测量(有算能量刻度哦)
**************************************************************************** 西南科技大学 《α射线能谱测量》报告 设计名称α射线能谱测量 学院 班级 学生姓名 学号 设计日期 2014年12月 2014年10月制
目录 1实验目的 (1) 2实验内容 (1) 3实验原理 (1) 3.1α能谱 (1) 3.2α放射源 (2) 3.3α放谱仪 (3) 3.4探测器测量α射线能谱相关原理 (4) 3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4) 4实验仪器、器材 (5) 5实验步骤 (5) 6实验数据记录、处理 (6) 7实验结论 (8)
1实验目的 α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。而本实验主要从以下几个方面进行： 1、了解α谱仪工作原理与特性 2、掌握α能谱测量原理及测量方法 3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度 2实验内容 测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。同时，进行能量刻度。 3实验原理 3.1α能谱 α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：E N= W 公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。 由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。 α粒子在探测器中因电离、激发（由于α粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。α粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。）等效应而产生电流脉冲，其幅度与α粒子能量成正比。电流信号经前置放大器、主放大器放大，出来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用α谱仪硬件连接及内部结构框图如图1所示）。仪器谱以α粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内α粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的α粒
1、连续X射线谱：具有连续波长的X射线,也称多色X射线。
1、连续X射线谱：具有连续波长的X射线，也称多色X射线。 2、标识（特征）X射线谱：在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线。也称单色X射线。 3、短波限：电子与靶相撞，其能力（EV）全部转变为辐射光子能量，此时光子能量最大，波长最短，因此连续谱有一个下线波长&0，即为短限波 4、同步辐射X射线源：当电子被加速到足够能量时，它便像圆周的切线方向辐射X射线波段范围的电磁波，把这种辐射称为同步辐射X射线源。（特点1）通量大，亮度高；（2）频谱宽，连续可调；（3）光束准直性好；（4）有特定的时间结构；（5）偏振性好，在电子轨道平面上基本是100&的线偏振。 5、X射线强度：垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内通过的光子数目能量总和，常用单位是 J/cm2.s。 6、激发电压：开始产生标识谱线的临界电压。 7、K系激发：当K层电子被激活时，原子的系统能量便由基态升高到K激发态，把这个过程称K系激发。 8、K系辐射：产生K系激发后，K层的空位被高能级电子填充，这时产生的辐射称为K系辐射。 9、相干散射：物质中电子在X射线电场的作用，产生强迫振动，每个受迫振动电子便成为新电磁波源向空间的各个方向辐射同频率的电磁波，这些新的散射波之间可以发生干涉作用，把这种散射现象称为相干散射。（它不损失X射线的能量，而只是改变了它的传播方向，但对X射线方向来说确是起到了强度衰减的作用。） 10、非相干散射：当X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时，电子获得一部分动能称为反冲电子，光子也离开原来方向，碰撞后的光子能量减少，波长增加，这样的散射现象称为非相干散射。 11、X射线的吸收：物质对X射线的吸收指的是X射线能量在通过物质时转变为其他形式的能量。 12、光电效应：以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应，被击出的电子称为光电子。辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线（或称第二标识X射线）。 13、荧光辐射：光子激发原子所发生的激发和辐射过程中发出荧光X射线，称为荧光辐射。 14、俄歇效应：原子在入射的X射线光子或电子的作用下失掉一个K层电子变成K激发态。若该过程中所释放的能量用来产生二次电离，使另一个核外电子脱离原子变为二次电子的现象。（产生的二次电子的能量具有固定值，这种具有特征的能量电子称为俄歇效应。） 15、穿透系数：X射线通过物体衰减后的强度与入射强度的比值称为穿透系数，既Ih/Ic=e-uH。 16、线衰减系数：单位体积物质对X射线强度的衰减程度，它与物质的密度成正比（u=ump）。 17、质量衰减系数：表示单位重量物质对X射线强度衰减程度。当物质状态发生改变时，它保持不变。（um） 18、吸收限：物质对电磁辐射的吸收随辐射波长的减小而减小，当波长减小至某一限度时质量衰减系数骤增，此时的波长称为吸收限。（吸收限为X射线性状的特殊标识，并与原子的能级的精细结构一一对应。）19、点阵：从晶体结构抽象出来的，描述结构基元空间分布周期性的几何点，总体称为晶体的空间点阵。空间点阵是从晶体结构中抽象出来的几何图形，它反映了晶体结构中最基本的几何特征，不能脱离晶体的结构而单独存在。（空间点阵+结构基元=晶体结构。） 20、阵点：空间点阵中的几何点。21阵胞：在空间点阵中按照一定得方式选取一个平行六面体，作为空间点阵的基本单元称为阵胞，它是空间点阵几何形象的代表。 22简单阵胞：只在顶点上有阵点的阵胞 23点阵参数：用来描述阵胞的形状和大小的，相交于某一个点的三个棱边上的点阵周期a，b，c以及他们之间的夹角αβγ。 形式，它的许多性质与晶体点阵存在倒易关系。
γ射线能谱的测量
（一） γ射线能谱的测量 摘要： 本实验将了解闪烁探测器谱仪的工作原理及其使用；学习分析实验测量的137Cs 和60Co γ谱之谱形和γ射线能谱的刻度测定谱仪的能量分辨率,本实验的目的是了解NaI(Tl)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(Tl)闪烁谱仪的使用方法和γ射线能谱的刻度。 关键词：γ 射线 Na(Tl)闪烁探测器 能谱图 单道脉冲幅度分析器 引言： 闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探测射线的仪器。它的主要优点是：既能探测各种带电粒子，又能探测中性粒子；既能测量粒子强度，又能测量粒子能量；且探测效率高，分辨时间短。它在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。核物理的发展,不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据,新的核技术，如核磁共振、穆斯堡尔谱学、晶体的沟道效应和阻塞效应，以及扰动角关联技术等都迅速得到应用。核技术的广泛应用已成为现代化科学技术的标志之 正 文： 实验原理 1.闪烁谱仪结构与工作原理 ＮａＩ（Ｔｌ）闪烁谱仪结构如图。整个仪器由探头（包括闪烁体、光电倍增管、射极跟随器），高压电源，线性放大器、多道脉冲幅度分析器几部分组成。射线通过闪烁体时，闪烁体的发光强度与射线在闪烁体内损失的能量成正比。带电粒子（如α、β粒子）通过闪烁体时，将引起大量的分子或原子的激发和电离，这些受激的分子或原子由激发态回到基态时就放出光子；不带电的γ射线先在闪烁体内产生光电子、康普顿电子及正、负电子对（当Ｅγ＞1.02ＭｅＶ时），然后这些电子使闪烁体内的分子或原子激发和电离而发光。闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，会聚到光电倍增管的光电阴极上，打出光电子。光阴极上打出的光电子在光电倍增管中倍增出大量电子，最后为阳极吸收形成电压脉冲。每产生一个电压脉冲就表示有一个粒子进入探测器。由于电压脉冲幅度与粒子在闪烁体内消耗的能量（产生的光强）成正比，所以根据脉冲幅度的大小可以确定入射粒子的能量。利用脉冲幅度分析器可以测定入射射线的能谱。 由原子物理学中可知γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿效应和正、负电子对产生这三种过程分别如下： （１）光电效应。入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打出来形成光电子。由于束缚电子的电离能Ｅ1一般远小于入射γ射线能量Ｅγ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量Ｅ光电＝Ｅγ－Ｅ1≈Ｅγ （２）康普顿效应。核外电子与入射γ射线发生康普顿散射，设入射γ光子能量为ｈ，散射
γ射线的能谱测量和吸收测定 实验报告
g射线能谱的测量 【摘要】某些物质的原子核能够发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，g 射线产生的原因正是由于原子核的能级跃迁。我们通过测量g射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。因此本实验通过使用g闪烁谱仪测定不同的放射源的g射线能谱。同时学习和掌握g射线与物质相互作用的特性,并且测定窄束g射线在不同物质中的吸收系数m。 【关键词】g射线/能谱/g闪烁谱仪 【引言】从1896年的法国科学家贝可勒尔发现放射性现象开始，经过居里夫人等一系列科学家对一些新放射性元素的发现及其性质进行研究的杰出工作后，人类便进入了对原子核能研究、利用的时代。 而原子核衰变能放出α、β、γ三种射线，这些射线可以通过仪器精确测量。本次实验主要研究γ射线，通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。 因此本次实验研究了不同材料对于γ射线的吸收情况这是非常具有实际意义的，比如在居民区制造防空洞的时候可以使用一定厚度的抗辐射材料确保安全，而且在核电站、军事防护地以及放射源存放处等地方我们都有必要使用防辐射材料。 g射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生这三种过程，如下图所示。 本实验主要研究的是窄束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，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。窄束γ射线再穿过物质时，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。 本次实验仪器如下：
r射线能谱实验报告
实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目：γ能谱及γ射线的吸收 实验目的： 学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律 实验原理： 1.γ能谱的形状 闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型 Cs 137 的γ射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉 冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。 从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全 部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对 Cs 137 ，此能量为0.661Ｍe Ｖ。 C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。 背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。 2．谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度 闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改
变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。例如选择 Cs 137 的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰MeV E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先 分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。如果对应MeV E 661.01=的光电峰位于Ａ道，对应MeV E 17.12=的光电峰位于Ｂ 道，则有能量刻度 MeV A B e --= 661 .017.1 （1） 测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。 （2）谱仪分辨率 γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率η为 %100??=?= V V E E 光电峰脉冲幅度半高度η （2） η表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左右。对η的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。 (3)物质对γ射线的吸收 当γ射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束γ射线（或良好几何条件下的射线束）。实验表明，单能窄束γ射线的衰减遵循指数规律： （8）
X射线的发射谱解析
X射线的发射谱 实验测得的X射线的发射谱----X射线的波长与强度的关系如图所示。从图中可以看出，X射线谱是由两部分构成的，一是波长连续变化的部分，称为连续谱，它的最小波长只与外加电压有关；另一部分是具有分立波长的谱线，这部分线状谱线要么不出现，一旦出现，它们的峰所对应的波长位置完全决定于靶材料本身，故这部分谱线称之为特征谱，又称标识谱。 一、连续谱----轫致辐射 经典电动力学告诉我们，带电粒子变速运动时伴随着辐射；当带电粒子与原子相碰撞，发生骤然减速时，由此伴随产生的辐射称之为轫致辐射，又称为刹车辐射． 由于在带电粒子到达靶子时，在靶核的库仑场的作用下带电粒子的速度是连续变化的，因此辐射的X射线就具有连续谱的性质。 λ，其数值只依赖于外加电压V，实验测到的连续谱存在一个最小波长 min λ与外加电而与原子序数Z无关，如图所示。实验发现，连续谱的最小波长 min 139
140 压V 的关系为： 式中V 是外加电压，以kV 为单位．由此得到的波长m in λ的单位是nm 。 要解释上式的物理含义，必须要利用光的量子说。如果一个电子在电场中得到的动能eV E k 1=，当它到达靶子时，它全部能量就转成辐射能，那末，由此发射的光子可能有的最大能量显然是 min min /1λνhc h eV E k === 代入常数值后，便得到 )(/24.11/min eV V nm eV hc ==λ min λ称之为量子极限，它的存在是量子论正确性的又一证明。 上式可用来做为精确测定普朗克常数h 的一个方法。第一次用这样的方法测量h 的是杜安和亨特(1915年)，测到的h 值与光电效应测到的h 值完全一致，从而进一步说明了普朗克常量的普适性；它在完全不同的光的频率范围内具有完全相同的数值。。 二、标识谱----电子内壳层的跃迁 各元素的特征X 射线谱有相似的结构，但各元素的特征X 射线的能量值各不相同。正如指纹被作为人的特征一样，特征X 射线电被用来作为元素的标识。 特征X 射线谱是由巴克拉在1906年首先发现的。他观察到，从任何给定元素中发出的特征谱包含有若干个系列，可以标以K 、L 、…等字母。后来又发现，在K 系列中又含有αK 、βK ，L 系列中含有αL 、βL 、γL ，…。 1913年，莫塞莱在测量了从铝到金总共38种元素的光谱之后发现，如果把各元素的X 射线的频率的平方根对原子序数Z 作标绘，就会得到线性关系，如图所示。 min 1.24() nm V kV λ=
γ射线的能谱测量和吸收测定报告
NaI(TI)单晶γ闪烁谱仪与γ射线能谱的测量 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定 【摘要】 我们知道原子核的能级跃迁可以产生伽马射线，而通过测量γ射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。同时通过学习了解伽马射线与物质相互作用的特性,测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数μ。因此本实验通过使用伽马闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱；根据当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量。闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子，闪烁光子入射到光阴极上，光电效应产生光电子，电子会在阳极负载上建立起电信号等原理，对γ射线进行研究。 【关键词】 伽马射线吸收系数μ60Co、137Cs放射源能谱γ闪烁谱仪 【引言】 提出问题 某些物质的原子核能发生衰变，会放出射线，核辐射主要有α、β、γ三种射线。我们可以通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见的射线。同时由于射线与物质相互作用，导致射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱，称为物质对射线的吸收。而这在防护核辐射、核技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义。核辐射主要是α、β、γ三种射线，人工辐射源包括放射性诊断和放射性治疗辐射源、放射性药物、放射性废物、核武器爆炸的落下灰尘以及核反应堆和加速器产生的照射等，辐射时处于激发态原子核损失能量的最显著方式。γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数Z和质数A均保持不变的退激发过程。我们使用何种仪器来探测伽马射线，又如何测量物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等。这是都是本次实验需要去解决的问题。 解决问题 本实验使用的是γ闪烁谱仪。γ闪烁谱仪内部含有闪烁体，可以把射线的能量转变成光能。实验中采用含TI（铊）的NaI晶体作γ射线的探测器。利用此来研究窄束γ射线在物质中的吸收规律。 【正文】 通过查阅相关资料，我了解了伽马闪烁谱仪的基本工作原理以及整个的工作过程。NaI(TI)闪烁探测器的结构如下图所示。整个谱仪由探头（包括闪烁体，
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量 γ 射线能谱测量中的物质变化过程是： γ 射线（光子）→ 次级电子（三种相互作用）→ 荧光（光子，探头的闪烁体发出）→ 光电子（在打拿极上产生并倍增）→ 光电流 打拿极上光电子激发更多次级电子，打拿极上所加电压对电子加速，使形成更多的电子，从而形成足够大的较稳定的可以被探测到的光电流。电流与极间电压应该成正比关系，计数不能反映初始的电子产生数目，但能反映其统计规律，计数应该是由光电流的大小与单个电子的电量的比值所得到的。示波器的幅度可以反映射线粒子的能量大小。 数据处理与结果 ○ 1 0(6.98，127.6) B (7.67，127.5) C (7.42 ，255.21)7.42 V U 0.69 V 0.69 W= 100%8.97%7.67 O A U U U =?=??== ○2 0截距=-0.04473 G=斜率=0.1962 线性方程 E(x )0.19620.04473 p O p p E E Gx x ==+=- 实验分析 ○1 示波器上的波形有一波幅最大的曲线，下面的弥漫区域还有小的波形。这是因为在闪烁体中发生了光电效应，康普顿效应，电子对效应，这三种效应中，光电效应最强，产生的次级电子最多，对应着波幅最大的波形，下面的小波形则是由康普顿效应造成的，其强度要弱于光电效应。 ○ 2 γ射线是单能射线，其对应的能谱应该是单一的分立的，但是我们测得的能谱却是连续的。这是因为三种效应激发出的电子的能量是不一样的，加上闪烁体分辨能力低,还有其它电子学的干扰存在，因此闪烁体谱仪测量单能射线不可能就一单能峰值。 ○ 3实验中用示波器观察波形的时候，为什么要将光电峰置于8 伏左右？我猜想是：示
Si(Li)X射线谱仪
Si(Li)X射线谱仪 一、实验目的： （1）、了解Si(Li)X射线谱仪的工作原理和基本性能； （2）、掌握Si(Li)X射线谱仪的使用方法； （3）、使用Si(Li)X射线谱仪分析未知元素的种类和含量； （4）、利用55Fe的特征X射线分析Si(Li)X射线谱仪的能量分辨率； 二、实验仪器： Si(Li)探测器(7383型)1个、液氮冷却系统1套、前置放大器(2008型)1个、线性放大器(1713型)1个、高压电源(3102型)1个、微机多道系统1个、 238Pu X射线源1个、55Fe X射线源1个、 纯金属标准样品Sr 1个(50.0μg)、金属样品Cr+Sr 1个(Cr126.7μg,Sr75.0μg)、金属样品Mn+Sr 1个(Mn144.6μg,Sr75.0μg)、金属样品Fe+Sr 1个(Fe103.6μg,Sr75.0μg)、金属样品Co+Sr 1个(Co67.8μg,Sr75.0μg)、金属样品Ni+Sr 1个(Ni100.4μg,Sr75.0μg)、金属样品Zn+Sr 1个(Zn86.8μg,Sr75.0μg)、未知样品2个 三、实验原理： （1）Si(Li)探测器的原理 Si(Li)探测器是用锂漂移方法制成的P-I-N型探测器，即通过热处理让Li从P型单晶Si表面向内扩散，在表面一定深度内浓度超过受主杂质，使半导体类型反转成为N型，分界面处形成P-N结，通过外加高压调整节区宽度。 当射线进入节区时电离产生电子-空穴对，在电场作用下形成电流，电流大小与电子-空穴对数目相关，即与入射射线能量正相关，通过测量输出电流即可测量出入射射线的能量。 Si的原子序数是14，对低能γ射线和X射线的光吸收几率比较高，并具有良好的能量分辨率和线性以及搞得探测效率。 （2）Si(Li)X射线谱仪
GammaVision_γ射线谱分析软件
2 GammaVision γ射线谱分析软件 2.1软件安装 运行GammaVision 安装程序中Disk1的setup.exe 文件，根据向导提示即可完成软件安装。 其中要注意选择正确的谱仪连接方式，如下图所示。 其中 1“Attach Detector toPC interface card”适用于DSP EC/DSPEC-PLUS 系列、TRUMP卡等； 2“Attach Detector to printer port”适用于NOMAD、DART等； 3“serial port”已很少使用，第四项microBASE为NaI 选用； 4“USB”包括DSPEC-jr 用USB 连接的系列谱仪。 软件成功安装后会提示重启系统。 2.2操作程序描述 2.2.1 开关机顺序 打开仪器的顺序是：打开数字化谱仪电源→数字化谱仪自检→计算机主机→显示器→进入GammaVision 软件→进入MCB→加高压→测量。 关机的顺序是：关闭高压→退出MCB→关闭GammaVision→计算机主机→显示器→关闭数字化谱仪电源 打印机在打印数据时打开，不打印时请关闭。 注：在长时间的测量过程中，计算机可以关闭，但数字化谱仪切勿关闭。 在GammaVision 应用程序操作过程中以下所说的“单击”、“双击”是指用鼠标左键“单击”或“双击”某个要选准的菜单或按钮。 2.2.2确认MCB 连接 鼠标指向[开始]菜单中所有程序的 GammaVision 32菜单，单击MCB Configuration就启动了连接程序。在屏幕出现“Configure Instruments Version…”，如右图。如果MCB连接成功，则会显示“1input found on 1 systems”，同时弹
s6e闪烁谱仪及射线能谱的测量
γ)(TI NaI 闪烁谱仪及γ射线能谱的测量 鲁斌 物理082班 08180219 fgg 摘要 本文介绍了γ)(TI NaI 闪烁谱仪的工作原理及γ射线能谱的测量的基本方法，并详细阐述了单道脉冲幅度分析器和g 多道脉冲幅度分析器的工作原理。本实验要求我们通过实验学会NaI （Tl ）γ单晶体闪烁体整套装置的操作、调整和使用，并测量137Cs 、60Co 的γ能谱并求出能量的分辨率、峰康比、线性等各项指标，并做出谱仪的能量刻度曲线。 关键词 γ)(TI NaI 闪烁谱仪 γ射线能谱 脉冲幅度分析器 引言 放射性物质含有许多不稳定原子。这些原子在核衰变时辐射出α、β、γ射线和中子流等，并且具有一定的能量。γ射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时所产生的一种辐射。 在放射性测量工作中,对γ射线的测量是一个非常重要的组成部分,对γ射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。 γ)(TI NaI 闪烁谱仪是一种常用的对γ射线进行能谱测量的谱仪,它与高纯锗γ谱仪相比具有探测效率高,γ)(TI NaI 晶体便于加工成各种形状,价格便宜等特点,因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。 正文 一、Na I ( Tl) 闪烁谱仪系统 典型的Na I ( Tl) 闪烁谱仪由Na I ( Tl) 闪烁探头、放大器、高压电源、低压电源、多道脉冲幅度分析器、计算机等部分组成,其中Na I ( Tl) 闪烁探头包括Na I ( Tl) 闪烁晶体、光电倍增管、分压器、电压灵敏前置放大器(如图1 所示) .仪器示意图如图二所示。 当γ 射线与Na I ( Tl) 闪烁晶体作用后,Na I ( Tl) 闪烁晶体发出光子,光子入射到光电倍增管的光阴极后打出光电子,光电子经聚集后射向倍增极,经各个倍增极倍增后的电子到阳极收集而形成电压脉冲,该电压脉冲经过放大器放大送入多道脉冲幅度分析器分析,再经过一个多道接口板与计算机连接. 计算机通过专用多道软件可以实现把所测量的谱数据进行谱数据输入、谱数据处理、谱数据输出等操作.
实验1 γ射线能谱的测量实验报告
γ射线能谱的测量 光信息081 邵顺富 08620122摘要：本实验要求大家了解NaI（TI）闪烁探测器的结构，并对其工作原理有一定的认识。γ射线射入闪烁体，通过光电效应、康普顿效应和电子对产生这三种效应，产生次级电子，再由这些次级电子去激发闪烁体发光。所发之光被光电倍增管接收，经光电转换及电子倍增过程，最后从光电倍增管的阳极输出电脉冲。分析、记录这些脉冲就能测定射线的强度和能量，从而得到γ射线的能谱。 关键词：闪烁探测器γ射线能谱 引言：γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态时发射的波长很短的电磁辐射。其能量由原子核跃迁前后的能级差来表示：γ射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布，即为“γ能谱”。本实验采用NaI（TI）单晶闪烁谱仪测量“γ能谱”。研究γ射线的能谱对于放射性核素的应用和研究原子核的能级结构有很重要的意义。 闪烁探测器在科学技术的许多部门有着十分重要的应用，它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子，既能对辐射强度进行测量，又能对辐射的能量进行分析，而且探测效率高（比G-M计数器高几十倍），分辨时间短（约10 秒）。通过本实验，你将学习掌握一种测量射线能量的方法：用NaI(Tl)闪烁探测器测量γ能谱。 正文 实验背景 γ辐射是处于激发态原子核损失能量的最显著方式。光子(γ射线)会与下列带电体发生相互作用：1）被束缚在原子中的电子；2）自由电子(单个电子)；3）库仑场(核或电子的)；4）核子(单个核子或整个核)。 这些类型的相互作用可以导致下列三种效应中的一种：1）光子的完全吸收；2）弹性散射；3）非弹性散射。因此从理论上讲，γ射线可能的吸收和散射有12种过程，但在从约10KeV到约10MeV范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种：光电效应、康普顿效应、电子对。 实验目的 1．了解闪烁探测器的结构、原理； 2．掌握Nal（T1）单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法； 3．了解和电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理； 实验内容 1．学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。 2．测量137Cs的γ能谱，求出能量分辨率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形。3．了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能4．数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。 实验原理
第4章 X射线能谱
第4章 X 射线能谱(EDS)分析方法 分析电子显微技术最基本的成分分析方法是用X 射线能量色散谱分析方法，又叫X 射线能谱法（即EDS 方法，也称为EDX 或EDXS ）。它是分析电子显微方法中最可靠、最快捷、最重要的方法。 首先，从特征X 射线的产生过程和探测器的原理开始，来介绍EDS 分析技术和定量分析方法。然后介绍在晶体试样中观察到的相干韧致辐射和利用电子通道效应确定原子位置的ALCHEMI 方法，以及有关的实验数据。 4.1 特征X 射线的产生 特征X 射线的产生是入射电子使原子内壳层电子激发而发生的现象。即内壳层电子被激发后跳到比费米能高的能级上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填人时，作为多余能量放出的就是特征X 射线。高能级的电子落人空位时，要遵从选择规则(selection rule)，只允许满足轨道量子数（L ）的变化值△L ＝±1的特定跃迁。图1—6示出空位在内壳层ls 轨道(K 壳层)中形成时，由于L3向K 跃迁，放出1αK 特征X 射线的过程。图4—1示出空位在K 壳层和L 壳层中形成时产生的特征X 射线。按照图4—1，可以用1αK ，2αK 等记号来表示特征X 射线的种类。1α和2α中的希腊字母和数字表示各壳层间跃迁的种类，即表示特征X 射线的种类，当1αK 和2αK 等的能量相差很小而分不开时，可写成2,1αK 或者简单写成αK 。 不同元素具有各自固有的特征X 射线能量，所以，根据谱的能量值就可以确定元素的种类，根据谱的强度就可以确定元素含量。另外，从空位在内壳层形成的激发状态变到基态的过程中，除产生Ｘ射线外，还放出俄歇电子。一般来说，随着原子序数增加，Ｘ射线产生的几率增大，俄歇电子产生几率减小。因此，在分析微量杂质元素时，EDS 对重元素的分析特别有效。 4.2 X 射线探测器的种类和原理 X 射线探测器有两种。一种是X 射线能量色散谱仪(简称能谱仪EDS ：energy dispersive X-ray spectroscopy)另一种是X 射线波长色散谱仪(简称波谱仪WDS ：wavelength dispersive X-ray spectroscopy)。在分析电镜中均采用探测效率高的EDS 。图4-2所示为装有EDS 探测器的试样室的断面图。从试样产生的X 射线通过测角台进入到探测器中。图4.3所示为EDS 探测器系统的框图。对于EDS 中使用的x 射线探测器，一般都是用高纯单晶硅中掺杂有微量锂的半导体固体探测器(SSD ：solid state detector)。SSD 是一种固体电离室，当X 射线入射时，室中就产生与这个X 射线能量成比例的电荷。这个电荷在场效应管(FET ：fieldeffecttransistor)中聚集，产生一个波峰值比例于电荷量的脉冲电压。用多道脉冲高度分析器(multichannelpulse height analyzer)来测量它的波峰值和脉冲数。这样，就可以得到横轴为X 射线能量，纵轴为x 射线光子数的谱图。为了使硅中的锂稳定和降低FET 的热噪声，平时和测量时都必须用液氮冷却EDS 探测器。最近，正在开发不需要用液氮冷却的EDS 探测器。 图4—2 装有EDS 探测器的TEM 的试样室的断面示意图 保护探测器的探测窗口有两类，其特性和使用方法各不相同。 4．2．1 铍窗口型(berylliumwindowtype)
用闪烁谱仪测γ射线能谱实验报告
实验报告 陈杨 PB05210097 物理二班 实验题目:用闪烁谱仪测γ射线能谱 实验目的: 1. 学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法，要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法。 2. 学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。 实验原理: 闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其根据原子核结构理论，原子核的能量状态是不连续的，存在着分立能级。处在能量较高的激发态能级2E 上的核，当它跃迁到低能级1E 上时，就发射γ射线（即波长约在1nm ~ 0.1nm 间的电磁波）。放出的γ射线的光量子能量 12E E hv -=，此处h 为普朗克常数，ν为γ光子的频率。由此看出原子 核放出的γ射线的能量反映了核激发态间的能级差。因此测量γ射线的能量就可以了解原子核的能级结构。测量γ射线能谱就是测量核素发射的γ射线强度按能量的分布。 （1）闪烁谱仪测量γ射线能谱的原理 闪烁能谱仪是利用某些荧光物质，在带电粒子作用下被激发或电离后，能发射荧光（称为闪烁）的现象来测量能谱的。这种荧光物质常称为闪烁体。 闪烁体的发光机制 闪烁体的种类很多，按其化学性质不同可分为无机晶体闪烁体和有机晶体闪烁体。有机闪烁体包括有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和有
机塑料闪烁体等。此处仅对常用的无机晶体闪烁体的发光机制作简单介绍。 最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常写为NaI (T1)，属离子型晶体，是绝缘体，按固体物理的概念，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带。如有带电粒子进入到闪烁体中，引起后者产生电离或激发过程，即可能有电子从价带激发到导带或激发到激带，然后这些电子再退激到价带的可能过程之一是发射光子。这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离过程，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到。为此在晶体中掺入少量的杂质原子称为激活原子，如在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图2.2.1-1示意图。这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。这说明只有加入少量激活杂质的晶体才能成为实用的闪烁体。对于无机晶体NaI (T1)而言，其发射光谱最强的波长是415nm的蓝紫光，其强度