试验2γ射线的吸收
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：NaI 闪烁谱仪，γ射线源137Cs 和60Co ，高压电源放大器，Pb,Al 吸收片各四片，计算机NaI(TI)闪烁探测器的结构如下图所示。
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定[摘要]：测量137Cs 或60Co 的γ射线在一组吸收片（铅、铜或铝）中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数。
[关键词]：γ射线 吸收系数[正文]：窄束γ射线在穿过物质时，由于光电、康普顿、电子对效应，其强度就会减弱，通过这三种过程，γ射线损失能量，每发生一次相互作用，原来能量为h ν的光子消失, 或散射后能量和方向的发生改变, 发生相互作用的光子就从原来γ束中移去。
γ射线通过物质时, 是强度逐渐减弱的过程，而能量保持不变。
γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即x Nx e I e I I r μσ--==00其中，I 0、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=σr N ，单位为cm ）。
实验器材：①γ放射源137Cs 和60Co(强度≈1.5微居里)；②200μmAl 窗NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器；④Pb 、Cu 、Al 吸收片若干。
在γ源的源强约2微居里的情况下，由于专门设计了源准直孔（φ3⨯12mm ），基本达到使γ射线垂直出射；而由于探测器前有留有一狭缝的挡板，更主要由于用多道脉冲分析器测γ能谱，就可起到去除γ射线与吸收片产生康普顿散射影响的作用。
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，并存下实验谱图。
3. 计算所要研究的光电峰净面积A i =A g -A b ，这样求出的A i 就对应公式中的I i 、N i 。
4. 分别用作图法和最小二乘法计算吸收片材料的质量吸收系数。
5. 依照上述步骤测量其他金属对137Cs 的γ射线的质量吸收系数。
γ射线的吸收实验报告
丫射线的吸收一、实验目的：1. 了解丫射线在物质中的吸收规律。
2. 掌握测量丫吸收系数的基本方法。
、实验原理：1. 窄束丫射线在物质中的吸收规律。
Y 射线在穿过物质时， 会与物质发生多种作用， 主要有光电效应，康普顿效应和电子对 效应，作用的结果使 Y 射线的强度减弱。
准直成平行束的 丫射线称为窄束 Y 射线，单能窄束 Y 射线在穿过物质时，其强度的 减弱服从指数衰减规律，即：⑴其中|0为入射Y 射线强度，|x 为透射Y 射线强度，X 为Y 射线穿透的样品厚度， 卩为 T ^I x /1。
与厚度X 的关系曲线，便可根据(1)式内部组织病变的诊断和治疗，如 x 光透视，x 光CT 技术，对肿瘤的放射性治疗等。
图1表示铅、锡、铜、铝材料对丫射线的线性吸收系数 □随能量E线性吸收系数。
用实验的方法测得透射率 求得线性吸收系数 4值。
为了减小测量误差，提高测量结果精度。
合来求解。
实验上常先测得多组|x 与X 的值，再用曲线拟则:In I x=I n 10 — A x 由于 可得：Y 射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数 (2)4都有贡献，» ph 为光电效应的贡献， 巴为康普顿效应的贡献，丫光子的能量E r 有关，而且还与材料的原子序数、 能量相同的 Y 射线不同的材料、 4也有不同的值。
医疗上正是根据这一原理，来实现对人体式中 的值不但与LIP 为电子对效应的贡献。
它们原子密度或分子密度有关。
对于Y 变化关系。
hU出、谢.册、粗时*斯维的吗临的氏痰图中横座标以 Y 光子的能量 h u 与电子静止能量 mc 2的比值为单位，由图可见，对于铅低 能Y 射线只有光电效应和康普顿效应，对高能 Y 射线，以电子对效应为主。
为了使用上的方便，定义 卩m =卩/p 为质量吸收系数，P 为材料的质量密度。
则（1）式可 改写成如下的形式:I X = 10e"m式中X m =X P ，称为质量厚度，单位是半吸收厚度X i/2：物质对Y 射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示， 其定义为使入射 Y 射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。
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60Co 〔或137Cs 〕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1.02MeV 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5Zph ∝μZ c ∝μ 〔 5 〕2Zp ∝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。
伽马射线的吸收实验分析报告
伽马射线的吸收实验分析报告伽马射线是一种高能电磁辐射，它具有较强的穿透能力和高能量。
为了研究伽马射线在物质中的吸收特性，我们进行了一系列的实验，并对实验结果进行了详细的分析。
实验目的：1.研究伽马射线在不同物质中的吸收情况；2.了解伽马射线的穿透能力和吸收特性；3.探究伽马射线吸收实验的应用价值。
实验装置：1. 伽马射线源：选用共振核素Cesium-137 (Cs-137)。
2.探测器：采用闪烁体探测器，记录伽马射线的强度变化。
3.不同材料：如铅、铝、聚乙烯等具有不同密度和原子序数的材料。
实验步骤：1.将伽马射线源定位在一定距离的位置上，探测器放置在伽马射线源的背面，预留一定的触发时间。
2.依次将铅、铝和聚乙烯等材料放置在伽马射线源和探测器之间，记录不同材料下的伽马射线强度。
3.根据伽马射线的强度变化情况，分析不同材料对伽马射线的吸收程度。
实验结果与分析：我们进行了三组实验，分别使用了铅、铝和聚乙烯作为吸收材料。
我们记录了不同材料下伽马射线的强度变化情况。
首先，当伽马射线通过铅材料时，我们观察到伽马射线的强度明显减弱。
这是因为铅具有较高的密度和原子序数，能够对伽马射线产生较强的吸收作用。
所以，铅是一种比较好的屏蔽伽马射线的材料。
其次，当伽马射线通过铝材料时，尽管铝的密度较低，但其原子序数较高，对伽马射线也有一定的吸收作用。
与铅相比，铝的吸收效果较弱。
这可能是因为伽马射线的穿透能力与其能量有关，而铝的原子序数相对较小，无法有效吸收高能伽马射线。
最后，当伽马射线通过聚乙烯材料时，我们观察到伽马射线的强度几乎没有明显的减弱。
这是因为聚乙烯的密度较低，原子序数也很小，无法有效吸收伽马射线。
因此，聚乙烯对伽马射线的屏蔽效果很差。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1.伽马射线的穿透能力与所穿过材料的密度和原子序数有关。
密度和原子序数较大的材料对伽马射线具有较强的吸收能力。
2.铅是一种较好的屏蔽伽马射线的材料，其吸收能力远远高于铝和聚乙烯。
双能γ射线灰分测量原理
双能γ射线灰分测量原理
双能γ射线灰分测量原理主要基于以下两个关键步骤：
1.吸收和散射：当一束γ射线穿过物质时，其能量会因为与物质的相互作用而
逐渐减少。
这种相互作用包括光电效应、康普顿散射和电子对产生等。
这些过程导致γ射线能量降低，从而能够被双能探测器区分开来。
2.灰分识别和测量：双能γ射线技术利用两种不同能量的γ射线（通常为高能
与低能）来区分煤炭中的不同组分。
通过测量两种不同能量的γ射线在物质中的衰减程度，可以计算出各种组分的原子数目，从而得到灰分含量。
具体来说，该方法利用两种不同能量的γ射线在煤中的吸收和散射系数的差异，结合实际测量的衰减数据，计算出有机质（可燃）和矿物质（不可燃）的原子数目。
双能γ射线灰分测量原理为煤炭工业提供了一种快速、准确且无损的测定煤炭中灰分含量的方法，有助于提高煤炭质量和降低污染。
伽马射线的吸收
伽马射线的吸收一、原始数据的记录如下：则放射性计数~电压作Fig1图如下：电压/V （阈值）计数Fig1:计数与电压关系（找阈值）所以可得阈值电压=5.3V 。
以下实验电压值的设定都在5.3V 。
二、不同材料、厚度对γ射线吸收记录。
1.实验条件参数：电压设置为阈值5.3V ，时间设为30s 时，在好的几何则Fe 片厚度/mm~计数率ln 值作Fig2图如下：计数率的半对数lnFe 片的厚度/mmFig2：Fe 片的γ射线吸收由此得直线方程为：y=8.19626-0.05645x 。
计数率n 与该时刻的γ射线的强度的关系，可以用n 与材料的厚度x 的关系来代替。
故：x n n x e n n μμ-=⇒-⋅=00ln lnx n x n n 05645.019626.8ln ln ln 0-=⇒-=μ：因此上述直线是 05645.0=μγ线性吸收系数所以射线的对Fe12790.1205645.02ln 2ln 21-===mm d Fe μγ半吸收厚度射线的对()%12.9%100%100108821108821-118749-118749108821s 30359.362719626.819626.8ln 000=⨯=⨯===⇒=理论值理论值实验值。
不加任何挡板的情况下。
而实验所测为的计数为则；率，由该直线所计算出理论相对偏差ηe n n n2.实验条件参数：电压设置为阈值5.3V ，时间设为30s 时，在好的几何则Pb 片厚度/mm~计数率ln 值作Fig3图：由此得直线方程为：y=8.23732-0.10771x 。
x n x n n 10771.023732.8ln ln ln 0-=⇒-=μ：因此上述直线是Pb 片的厚度/mmFig3：Pb 片的γ射线吸收计数率的半对数ln同理可得：10771.0b =μγ线性吸收系数所以射线的对P14353.610771.02ln 2ln b 21-===mm d P μγ半吸收厚度射线的对()%73.4%100%10011338113382-118749-118749113382s 30398.377923732.823732.8ln 000=⨯=⨯===⇒=理论值理论值实验值。
伽马射线的吸收
思考题
1．什么叫γ 射线被吸收了？为什么说γ 射线
通过物质时无射程概念？ 2．物质对γ 射线的吸收系数与哪些因素有关？
常用数据：
铝的密度2.7 g/cm3,铅的密度 11.34 g/cm3。
对661.7 keV能量伽马射线，铝的吸收系数理 论值0.194 cm-1,铅的吸收系数理论值1.213 cm-1。
核物理实验
NaI(Tl)闪烁谱仪( NaI(Tl) scintillation spectrometer)及伽马 能谱测量
伽马射线的吸收
物理科学与技术学院 核工程与技术系
实验目的
1、了解γ 射线与物质相互作用及其在物质中 的吸收规律。
2、测量γ 射线在不同物质中的吸收系数μ 。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
2）根据已知一定放射源对一定材料的吸收系数 来测量该材料厚度。
注意事项
• NaI（Tl）探测器要轻拿轻放，切忌磕碰。仪器 开机后，必须预热30分钟左右。 • 当工作指示灯亮时，切勿关闭仪器。光电倍增管 加高压、降高压都要缓慢，高压不得超过650 V。
• 在测绘吸收曲线中，应预先设定数据累积时间为
一定值以保证每次测量时间相同。 • 软件系统的操作按说明书进行。 • 实验室禁止吃东西，实验后要洗手。
其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用吸收截
面或吸收系数 I Ndx I ( x ) I 0e
Nx
I 0e
x
ph c p p h c p
实际工作中常用质量厚度Rm=xρ (g／cm2)来 表示吸收体厚度，以消除密度的影响。
I I 0e
x
I 0e
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实验2 γ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。
实验内容
1. 选择良好的实验条件，测量60Co 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1.02MeV 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 0, I 分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过物质的厚度（单位是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，μ 是物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为cm -1）。
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（1）式可以得到：
x e n n μ-=0 （2）
x n n μ-=0ln ln （3）
可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那么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E γ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E γ的函数。
ph c p μμμμ=++
式中ph μ、c μ、p μ分别为光电效应、康普顿效应、电子对效应的线性吸收系数。
其中
52
ph c p Z Z Z μμμ∝∝∝ 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μm 来表示。
此时指数衰减规律可表示为0m m
x I I e
μ-=，其中m μ
μρ
=
，单位是cm 2/g ；ρ是物质的密度，单位是g/cm 3；m x 表示物质的质量厚度，m x x
ρ=，单位是g/cm 2。
因为
()r A
m ph c p N N A
σμμσσσρρ=
==++ 式中N A 是阿佛加德罗常数，A 是原子质量数。
所以质量吸收系数与物质的状态和物理状态
无关，使用质量吸收系数比线性吸收系数要更方便些。
物质对γ射线的吸收能力也常用“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厚度，记作12
d 。
从（1）式可以得出d 1/2和μ的关系
为：
μ
μ
693
.02
ln 2
1=
=
d （4）
由此可见，12
d 也是吸收物质的原子序数Z 和γ射线能量E γ的函数。
图3表示了铅和铝的半
吸收厚度与γ射线的能量的关系。
通常利用半吸收厚度可以粗略定出γ射线的能量。
因此，要求线性吸收系数时，可以由吸收曲线计算斜率的方法得到，也可以由吸收曲线图解求出半吸收厚度从而推算得到。
以上两种方法都是用作图方法求得线性吸收系数的，其特点是直观、简单，但误差比较大。
较好的方法是用最小二乘方法直线拟合来求得线性吸收系数。
对于一系列的吸收片厚度x 1、x 2、…x k （假定x i 没有误差），测到一系列的计数值N 1、N 2、…N k （这些计数值都正比于射线强度），经计算得到一系列的计算率i
i i
N n t =。
令 ln y n = 则由（3）式有 y ax b =+
其中斜率a （即为－μ）与截距b 的计算公式为
22
222
[][ln ][][ln ]
[][][][ln ][][ln ][][][][]W Wx n Wx W n a W Wx Wx W n Wx Wx n Wx b W Wx Wx -=
--=
-
式中1
[]k
i i
i Wx W x ==
∑（W i
表示ln i
i y
n =的权重）
，其他类似。
W i 的计算如下（假定本底不大
和本底误差可以忽略）
ln i
i
i
n
y n i
n σσσ==
=
22ln 1
1
i
i
i i y n W N σ
σ
∝
=
=
a 和
b 的标准误差为
a y
b y
σσ==
式中y σ=i i i y y υ=-，其中i y 是测量值，i y 是拟合值
根据γ吸收的原理，可以制成各种料位计、密度计、厚度计等。
目前这类仪器正在一些工业部门中逐步得到推广。
2. 关于γ吸收实验条件的安排
上面的讨论都是指的窄束γ射线的吸收过程。
从实际的实验条件来看，探测器记录下来的脉冲数可能有五个来源（见图4），图中（1）透过吸收物质的γ射线；（2）由周围物质散射而进入的γ射线；（3）与吸收物质发生小角散射而进入的次级γ射线；（4）在探测器对源所张立体角以外的γ射线被吸收物质散射而进入；（5）本底。
其中只有第一类射线是我们要的透射
强度，因此选择良好的实验条件以减少后四类射线的影响，就成为获得准确结果的主要因素。
实验时要合理的选择吸收片与放射源、吸收片与探测器之间的相对位置以获得良好的实验结果。
实验装置
*
实验设备：
通用探头FJ-367 1 个
智能定标器FH-463B 1 台
吸收片铅、铜、铝各5片
铅准直器Φ12mm 4 个
放射源60Co 1 个
实验步骤
1.调整装置，使放射源、准直恐、探测器的中心处于一条直线上
2.选择吸收片的合适位置，使小角散射的次级γ射线影响较小（称为良好的几何条件）
和影响较大（称为不好的几何条件）的情况下，各做一条对铅材料的γ吸收曲线，
各点统计误差要求小于（2～3）％。
3.在良好的几何条件下，做一条对铜或铝的γ吸收曲线，各点统计误差要求小于（2～
3）％。
4.测量γ射线在铅和铜中的吸收曲线时，所加吸收片的总厚度应不小于3各半吸收厚
度，对铝要求不小于2个半吸收厚度
数据处理及结果分析
1.计算铅、铜（或铝）的半吸收厚度，并计算其误差
2.作出相应γ吸收曲线图
思考题
1.什么叫γ射线被吸收了？为什么说γ射线通过物质时没有确定的射程？
2.什么样的几何布置条件才是良好的几何条件？实验装置中吸收片的位置应当放在
靠近放射源还是靠近计数管的地方？
3.试分析在不好的几何条件下，测出的半吸收厚度是偏大还是偏小？为什么?
4.试述本实验中本底应如何测量。
本底的误差应如何考虑？
5.如果事先不知道γ射线的能量，怎样才能合理的选择每次添加的吸收片厚度，使测
量结果既迅速，结果也较准确？。