悟空探测卫星发现超大质量黑洞的伽马射线
悟空探测卫星发现超大质量黑洞的伽马射线悟空号探测卫星是中国科学系列卫星的首发星，它不仅拥有能够洞察宇宙暗物质的眼睛，而且其观测能段范围之宽、能量分辨率之优，超过国际上其他同类探测器，性能优越，可谓神通广大，而且悟空探测卫星发现超大质量黑洞的伽马射线。
近日，暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到来自超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是暗物质卫星科研团队自卫星上天后首次发布观测成果。“悟空”观测到的现象表明，黑洞CTA 102正经历新一轮活跃期。
紫金山天文台副研究员、暗物质卫星项目团队成员徐遵磊介绍，宇宙中广泛存在着一类称作超大质量黑洞的天体，几乎在每个大星系的中心，都存在至少一个这样的黑洞，包括我们所处的银河系也同样如此。它们的质量大到数百亿倍太阳质量，小的也有数十万倍太阳质量。特别是有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在了。它们如何形成，如何随着宇宙演变，如何反作用于星系演化等问题都是未解之谜。这些黑洞是不折不扣的宇宙“妖怪”。其中有一类这样的黑洞在大量地“吞噬”着其周围物质，“吞噬”过程中物质聚集形成吸积盘并且产生强有力的喷流，使其表现得异常明亮。这一类天体称作活动星系核，
它们占所有星系的比例不到10%。
CTA 102便是这样一个活动星系核，其距离太阳系大约80亿光年，黑洞质量约8.5亿倍太阳质量。关于CTA 102，历史上还有一个有趣的故事。1963年CTA 102第一次在无线电波段被发现时，人们曾经一度认为这就是外星文明发出的信号。甚至当后来看到变化的无线电信号时，还有人认为是高级智慧文明在作祟。进一步的观测发现它其实是一个活跃的黑洞，在吸积物质的时候形成巨大的喷流，产生相对论性粒子并辐射出从无线电直至伽马射线波段的电磁波。CTA 102上一次比较剧烈的活动发生在2012年。
我国于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”，主要目标就是通过空间观测宇宙射线和伽马射线，来探索宇宙暗物质和类似黑洞这样的宇宙“妖怪”。紫金山天文台暗物质卫星团队介绍，自今年10月以来，“悟空”频繁捕捉到来自CTA 102的伽马射线辐射。特别是11月23日以后，“悟空”记录到明显增强的伽马射线爆发现象，这一爆发在2016年12月16日达到峰值。记录到的最高光子能量约620亿电子伏特，相当于静止质子等效能量的66倍。
这一观测结果也得到其他设备的印证。紫金山天文台1米近地天体巡天望远镜也观测到CTA 102的此轮爆发。根据望远镜记录，在2016年6月18日至12月20日之间，CTA 102亮度持续增强。
徐遵磊称：“CTA 102是‘悟空’捕获的第一个‘小妖’。借助其火眼金睛，我们相信在未来它必将抓获更多的各色宇宙‘妖怪’，为我们认识宇宙万象提供有力的帮助。”
伽马射线的吸收实验报告
(3 ) 实验3：伽马射线的吸收 实验目的 1 ? 了解 射线在物质中的吸收规律。 2。测量 射线在不同物质中的吸收系数。 3?学习正确安排实验条件的方法。 内容 1. 选择良好的实验条件,测量 60 Co （或 137 CS)的 射线在一组吸收片（铅、 铜、或铝) 中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。 2. 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。 原理 1.窄束射线在物质中的衰减规律 射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应 和电子对效应（当 射线能量大于1.02MeV 时，才有可能产生电子对效应）。 准直成平行束的 射线，通常称为窄束 射线。单能的窄束 射线在穿过物质时， 其强度就会减弱，这种现象称为 射线的吸收。 射线强度的衰减服从指数规律，即 =1 性吸收系数(P= σr N ，单位为Cm ）。显然μ的大小反映了物质吸收 Y 射线能力的 大小。 由于在相同的实验条件下, 某一时刻的计数率 n 总是与该时刻的 射线强度I 成正 比，因此I 与X 的关系也可以用 n 与X 的关系来代替。由式我们可以得到 —X n = n °e （2 ) 可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末这条吸收曲线就是一条直线，该直 线的斜率的绝对值就是线性吸收系数 J . r NX I o e ∣°e'x 其中∣o ,∣分别是穿过物质前、后的 射线强度，X 是射线穿过的物质的厚度（单位 为cm ）, σr 是三种效应截面之和, N 是吸收物质单位体积中的原子数, J 是物质的线 In n=l n n °- J X
10 计 ?104 専 ,LO3 IO1 厚反。K 图1 γ???S??X 由于射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射射线的能量E和吸收物质的原子序数Z而变化，因此单能射线的线性吸收系数是物质的原子序数 Z和能量E L f的函数. 式中^Ph、％、”p分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。其中 物质对射线的吸收系数也可以用质量吸收系数^m来表示。
用于探测行星表面元素成分的伽马射线谱仪
分类号密级UDC 编号 中国科学院研究生院 博士学位论文 用于探测行星表面元素成分的伽马射线谱仪 马涛 指导教师甘为群研究员、博士、中科院紫金山天文台 常进研究员、博士、中科院紫金山天文台申请学位级别博士学科专业名称空间天文学论文提交日期论文答辩日期 培养单位中国科学院紫金山天文台 学位授予单位中国科学院研究生院 答辩委员会主席
GAMMA-RAY SPECTROMETER FOR ELEMENTS COMPOSITION ON PLANETARY SURFACES A Dissertation for the Doctoral Degree of in the Graduate School of Chinese Academy of Sciences By Tao Ma Directed By Wei Qun Gan Jin Chang Chinese Academy of Sciences 11，2011
关于学位论文使用权声明 任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院紫金山天文台所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院紫金山天文台所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院紫金山天文台可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。 （涉密的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名：导师签名：日期： 关于学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：导师签名：日期：
伽马射线的吸收实验报告
实验3：伽马射线的吸收 实验目的 1． 了解γ射线在物质中的吸收规律。 2． 测量γ射线在不同物质中的吸收系数。 3． 学习正确安排实验条件的方法。 内容 1． 选择良好的实验条件，测量60 Co （或 137 Cs ）的γ射线在一组吸收片（铅、 铜、或铝）中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。 2． 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。 原理 1． 窄束γ射线在物质中的衰减规律 γ射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应 和电子对效应（当γ射线能量大于时,才有可能产生电子对效应）。 准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。单能的窄束γ射线在穿过物质时，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度的衰减服从指数规律，即 x Nx e I e I I r μσ--==00 （ 1 ） 其中I I ,0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（单位为cm ），r σ是三种效应截面之和，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（N r σμ=，单位为1 =cm ）。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。 由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率n 总是与该时刻的γ射线强度I 成正比，因此I 与x 的关系也可以用n 与x 的关系来代替。由式我们可以得到 x e n n μ-=0 （ 2 ） ㏑n=㏑n 0-x μ （ 3 ） 可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末这条吸收曲线就是一条直线，该直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数μ。
由于γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，因此单能γ射线的线性吸收系数μ是物质的原子序数Z 和能量γE 的函数。 p c ph μμμμ++= （ 4 ） 式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。其中 5Z ph ∝μ Z c ∝μ （ 5 ） 2 Z p ∝μ 图2给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的关系曲线。 物质对γ射线的吸收系数也可以用质量吸收系数m μ来表示。
伽马射线暴探测器
一、VeLa： VeLa一词取自西班牙语，意思是守护者。这一系列的卫星共计6组12颗，于1959年开始研制，1963至1965年间陆续发射。它们纯粹是冷战时代的产物，用于监视东方国家尤其是前苏联可能进行的外太空核试验，而这样的试验是被国际条约禁止的。 Vela卫星外观呈20面体，发射时两星彼此相对（如右图，图片提供：NASA），在远地点推进引擎处连接，入轨后分开。每颗卫星带有12架外置X射线探测器以及18架内置伽玛射线探测器，稍晚的Vela 5与Vela 6两对卫星还携带了光学探测器，用于探测大气层以内的核爆炸。卫星轨道高度在范艾伦辐射带之外，设计寿命只有6个月，但实际上，每颗卫星的工作时间都超过了5年。 在1969年7月至1972年7月这3年的时间里，Vela 5与Vela 6探测到的16次爆发，持续时间从0.1秒到30秒不等，来自天空的各个方向，开创了伽玛暴这样一个新的研究领域。再往前追溯，Vela 4在1967年就已经探测到了伽玛射线流量的突增，更早的时候，Vela 3似乎也发现了类似现象。一般的说法都是认为，由于Vela的观测涉及军事机密，因此直到积累了足够多的数据，确认这些现象来自地球之外的深空以后，结论才得以发表。 克莱贝萨德尔1973发表后的几年间，是伽玛暴理论研究的第一个黄金时代。各式模型纷纷出笼，总数居然比探测到的爆发数目还要多，其中就衍生出了日后的两大派系——宇宙学距离上的坍缩星起源说以及银河系脉冲星起源说。在众多天文爱好者中似乎颇为流行的黑
洞蒸发模型也是此时提出的，虽说对伽玛暴圈子的影响并不算很大。截止到1979年，Vela 5/6探测到的爆发总数是73个。这是对该现象的最早一批数据积累。 二、银河（Ginga）卫星 银河卫星于1987年在鹿儿岛发射，1991年退役。卫星在发射前原名ASTRO-C，是日本的第3颗X射线天文卫星。其上搭载的设备包括大视场计数器、全天监视器以及伽玛暴探测器，其中最后一台仪器的工作能段较宽，为1.5-500 keV，可以做到全天观测。 有人说银河是让伽玛暴这样一个年轻的领域倒退十年不止，也让许多研究者误入歧途。事情源自于几十keV回旋共振吸收线问题，还是在不止一次的爆发中发现的。之前，Mazets等支持河内起源说的人得出了类似结论，但其准确性不是太高，银河的一些数据“证明”了这一假说。因此在银河之后，宇宙学起源理论几乎沦落到了无人问津的地步，而中子星相关模型却是蜂拥而上。许多研究伽马宇宙学的学者转向了河内起源说，直接导致了伽马射线暴相关研究的倒退。 其实银河卫星的主要贡献还是在其他方面，比如发现了瞬变黑洞的候选天体、在X射线脉冲星中发现了回旋辐射的谱线、在塞佛特星系中发现铁的吸收与发射线、在银心区域探测到了6-7 keV的铁线，等等。 三、康普顿伽玛射线天文台 康普顿伽马射线天文台于1991年4月5日由亚特兰蒂斯号航天
伽马射线的吸收实验报告
实验3:伽马射线的吸收 实验目的 1 ? 了解射线在物质中的吸收规律。 2. 测量射线在不同物质中的吸收系数。 3. 学习正确安排实验条件的方法。 内容 1. 选择良好的实验条件，测量60Co （或137Cs）的射线在一组吸收片（铅、铜、或铝）中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。 2. 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。 原理 1.窄束射线在物质中的衰减规律 射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应 和电子对效应（当射线能量大于1.02MeV时，才有可能产生电子对效应）。 准直成平行束的射线，通常称为窄束射线。单能的窄束射线在穿过物质时, 其强度就会减弱，这种现象称为射线的吸收。射线强度的衰减服从指数规律，即 l°e rNx l°e 其中i0,i分别是穿过物质前、后的射线强度，x是射线穿过的物质的厚度（单位 为cm）, r是三种效应截面之和，N是吸收物质单位体积中的原子数，是物质的线 1 性吸收系数（r N ,单位为cm ）。显然的大小反映了物质吸收射线能力的大小。 由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的射线强度I成正比，因此I与x的关系也可以用n与x的关系来代替。由式我们可以得到 x n n°e （2 ） In n= In n0- x（3 ）可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末这条吸收曲线就是一条直线，该直
线的斜率的绝对值就是线性吸收系数。
圏1 y 射絲的吸收 物质对 射线的吸收系数也可以用质量吸收系数 m 来表示。 L06 L05 计 率 t 10 3 3 10? L01 由于射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射 射线的能量E 和吸收 物质的原子序数 Z 而变化，因此单能 射线的线性吸收系数 是物质的原子序数 Z 和 能量E 的函数。 ph c p 式中ph 、 c 、 p 分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。其中 Ph Z 2 图2给出了铅、锡、铜、铝对 射线的线性吸收系数与 射线能量的关系曲线。
伽玛射线能谱测量实验报告
伽玛能谱的测量及透射率的测定实验报告 吴伟岑 摘要： 本实验将伽玛射线的次级电子按不同的能量分别进行强度测量，从而得到伽玛辐射强度按能量的分布。由于伽玛射线的能量与原子核激发态的能级特性相联系，不仅对于原子核的结构和性质至关重要，而且对各种放射性同位素的应用也是或不可缺的。 关键词： 伽玛射线、能谱、NaI(Tl)、伽玛闪烁谱 引言 测量伽玛射线的强度和能量是核辐射探测的一个重要方面，在核物理研究中，测量原子核的激发能级、研究核衰变纲图、测定短的核寿命及进行核反应实验等，都需要测量伽玛射线，在放射性同位素的工业、农业、医疗和科学研究的各种应用中也经常使用伽玛射线和要求进行伽玛射线的各种测量。在伽玛射线测量工作中广泛使用Nal(Tl)单晶能谱仪和Ge(Li)半导体能谱仪，由于后一谱仪具有高的能量分辨率，同时使用计算机技术，使伽玛射线的能谱测量工作在广度和精度方面都有很大的进展。Ge(Li)半导体谱仪虽然具有高的分辨率和良好的线性，但是它要求在低温下保存和使用，且要定期加液氮，这显然是不方便的，而且它对仪器设备有较高的要求，价格也较贵，而Nal(Tl)单晶伽玛谱仪则有较高的探测效率，保管和使用都较为方便，所以在一般情况下尽可能使用Nal(Tl)单晶闪烁探测器伽玛能谱仪。 正文 一．实验内容 1.学会NaI(Tl)单晶伽玛闪烁体整体装置的操作、调整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。 2.测量137Cs、60Co的伽玛能谱，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)单晶伽玛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)。 二．实验装置 1.伽玛放射源137Cs和60Co (强度~1.5微居里)； 2.200微米Al窗NaI(Tl)闪烁头； 3.高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析仪。 三．实验步骤 1.阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的使用方法。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。