γ谱仪的应用课件68页
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60Coγ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。
γ谱仪的应用课件
稳定性
• 24小时连续道漂，国标规定<2道，实测<1 道 • 铅室本底的变化 • 长期稳定性：一般需多长时间重新进行能 量刻度
本底与基底
• 本底
– 本底的来源 – 本底对一台仪器是相对稳定的 – 本底可用剥谱的方法扣除
• 基底（峰下本底）
– 来源是同一个谱图中其它峰的影响 – 可能相差很大 – 可用计算的方法扣除
• DSPEC分别为1.72Kev和0.91Kev
峰形
• 作用：符合高斯分布的程度 • 一般为Co－60（1.332Mev）点源 • 十分之一高宽（FWTM）比半高宽 （ FWHM ）
– 理论为1.82，国际为<2，实测为1.85
• 五十分之一高宽（FWFM）比半高宽 （ FWHM ）
– 理论为2.38，国际为<2.8，实测为2.46
能量刻度的方法：
• 单点刻度法 • 多点刻度法
– 直线回归与R2 – 能量刻度曲线对应的一次函数
能量刻度结果：
• 指标及对某一点的偏差
• 验证（可靠性和可行性）
能量刻度的应用：
• 能量刻度曲线的应用 • γ谱仪的能量刻度的频次取决于谱仪的稳定 性 • 能量刻度曲线的调用
能量刻度的γ源：
源
241Am
• γ谱仪定性分析的原理
–脉冲幅度直接准确的代表了电子的能量，光电效应产 生的全能峰的能量是确定的
• γ谱仪定量分析的原理
–光电效应产生的光电子的个数可由脉冲个数反映
1.3γ谱仪的结构
电 荷 灵 敏 放 大 器 高 压 缓 冲 器 高 压 电 源 线 性 放 大 器 多 道 分 析 器
探 头
计 算 机
• γ射线的性质
–原子核的质量数和电荷数保持不变，只是能 量状态发生改变 –γ射线是没有质量，不带电而有能量的光子 流，其射程较远
最新放射性地球物理第5章 伽玛能谱测量PPT课件
• 由于射气作用的结果，部分氡从岩石中逸出， 使铀系产生的γ射线照射量率下降。
• 射气作用对γ射线照射量率的影响，可用下式
表示：
式中，K和λ—射气的扩散系
I
I
1
B
ln
1
b
数和衰变常数。
η，p和μ—岩石的射气系数， 孔隙度和衰减系数。
b p
K
射I和气I∞作—用岩η石=有0时射的气射作线用照和无射 量率。
CuA1N1 B1N2 C1N3 CThA2N1 B2N2 C2N3 Ck A3N1 B3N2 C3N3
二、换算系数的测定
4、小模型法(1)
小模型法：用不饱和的小模型代替饱和模型来测 定换算系数的方法。
特点：制作容易，便于搬运，有利于在野外测定 和经常检查换算系数。
使用方法：使用时必须事先求出小模型单位铀、 钍含量在谱仪铀、钍道产生的射线照射量率，占 饱和模型射线照射量率的比值。此比值通常称为 饱和度。
• 通常在测定换算系数时，敞开模型的有效射气系 数（或用野外逆法测定换算系数时，天然地质体 的有效射气系数）和测区内岩石的有效射气系数
相有通常时似，为时令消，除可这以种消误除差部，分对岩测石得射的气R作a用含产量生作的必误要差的 射气系数（通常指有效射气系数）校正。
必须指出，有效射气系数不仅和岩石类型、成分、 结构有关，而且和温度、温度、气压、风速等因素 有关。例如：温度上升，岩石射气系数增加。风速 增加，土壤表层氡浓度减小，致使有并行射气系数 变大。
四、地面伽玛能谱测量野外工作方法
1、野外伽玛能谱仪简介
• 以FD－3022为例
前置
探 放大器 头
探测器
主放大器
多道 分析器
NaI(Tl)单晶γ能谱仪实验探索-PPT精选文档
微机计数
1 实验原理 示波器
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
4
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1. 能谱定性探究以及为能谱定标
2 实验内容
2019/5/2
6 s
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
5
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1. 利用Cs、Co为能谱仪定标
2 实验内容
2019/5/2
E 0 .0 0 1 4 7 R 0 .0 0 6 Me V
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
6
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
3. 康普顿平台边缘的确定
能 量 从 0 到 E
在实验中，我们取下降起点A与谷底C的中 点B作为实验测量的康普顿平台端点。 E c 0 .0 0 1 4 7 3 2 8 0 .0 0 6 0 .4 7 6 M e VΔEEc c 0.4%
计数时间 原则上时间与测到的计数成正比关普顿平台边缘 在实验中总结发现实验与测量技巧，给出如何确定康普顿平台边缘。
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
11
感谢近代物理实验室各位老师的指导与帮助! 感谢实验伙伴的讨论与合作!
谢谢！
5. 质量吸收系数的确定
I e I0
lnIlnI0
得
0.093cm2 / g A 4.021025cm2
N0Z
2 实验内容
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
10
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
3 实验总结
提高实验质量所做的努力与改进
放射源 实验中采用多个放射源叠加的办法，使实验数据质量明显提高。
实验一γ能谱测量
实验⼀γ能谱测量实验⼀γ能谱测量⼀．实验⽬的1．了解闪烁探测器的结构、原理。
2．掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的⼏个性能指标和测试⽅法。
3．了解核电⼦学仪器的数据采集、记录⽅法和数据处理原理。
⼆．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、60Co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．数据处理（包括对谱形进⾏光滑、寻峰，曲线拟合等）。
三．原理1．N aI(Tl)闪烁探测器①概述核辐射与某些物质相互作⽤会使其电离、激发⽽发射荧光，闪烁探测器就是利⽤这⼀特性来⼯作的。
下图是闪烁探测器组成的⽰意图。
⾸先简要介绍⼀下闪烁探测器的基本组成部分和⼯作过程。
闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电⼦仪器三个主要部分组成。
上图中探测器最前端是⼀个对射线灵敏并能产⽣闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、 )进⼊闪烁体时，在某⼀地点产⽣次级电⼦，它使闪烁体分⼦电离和激发，退激时发出⼤量光⼦(⼀般光谱范围从可见光到紫外光，并且光⼦向四⾯⼋⽅发射出去)。
在闪烁体周围包以反射物质，使光⼦集中向光电倍增管⽅向射出去。
光电倍增管是⼀个电真空器件，由光阴极、若⼲个打拿极和阳极组成；通过⾼压电源和分压电阻使阳极、各打拿极和阴极间建⽴从⾼到低的电位分布。
当闪烁光⼦⼊射到光阴极上，由于光电效应就会产⽣光电⼦，这些光电⼦受极间电场加速和聚焦，在各级打拿极上发⽣倍增(⼀个光电⼦最终可产⽣104~109个电⼦)，最后被阳级收集。
⼤量电⼦会在阳极负载上建⽴起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作⽤的射极跟随器，由电缆将信号传输到电⼦学仪器中去。
实⽤时常将闪烁体、光电倍增管、分压器及射极跟随器都安装在⼀个暗盒中，统称探头；探头中有时在光电倍增管周围包以起磁屏蔽作⽤的坡莫合⾦(如本实验装置)，以减弱环境中磁场的影响；电⼦仪器的组成单元则根据闪烁探测器的⽤途⽽异，常⽤的有⾼、低压电源，线性放⼤器，单道或多道脉冲分析器等。
第四章第3节实验室r谱仪
射随 环探头 A1
放大
D 电流放大 成形 C 反符合输入
PM
A3
主探头
A6 环探头 或——混合 或非 A 1 1 0 0 A 1 1 0 0 B 1 0 1 0 B 1 0 1 0 A UB 1 1 1 0 A UB 0 0 0 1 与——符合 与非——反符合 A 1 1 0 0 A 1 1 0 0 B 1 0 1 0 B 1 0 1 0 A∩B 1 0 0 0 A∩B 0 1 1 1 A B C D MCA B D 1 1 0 O 1 0 1 0 0 1 0 0
L
L——样品等效厚度，cm； L——探测器顶部到样品盒顶部的距离，cm； Ca(E)——放在待测样品上点源E全能峰计数率,cpm； Cs(E)——参考样品上点源能量E的全能峰计数率,cpm 另一种有效的自吸收修正方法——蒙特卡罗模拟
(5)级联发射γ 光子的核素——加和修正（符合相加修正）
•例如：
射线(1173.238 keV，99.87%； 1332.51 keV，99.982%)，实验测量的γ 谱除了1173.2keV和 1332.5 keV两个特征能量峰以外，在2505.7 keV处突显一小峰 ——加和峰（符合相加峰）
证两者对相同能量的γ 射线有相同的自吸收效应。
A S p T
柱形杯 H
马林杯
•装样的密度等于或接近标样密度
φ
•圆柱状样品的探测效率：
ln ( E ) ai (ln E )i
i 0
M
④ 不同介质密度标准样品效率刻度 一组标准样品(152Eu)发射不同γ能量的峰面积计数(LT=3000s) 基 质 硅藻土 聚乙烯粉 无水乙醇 Al2O3粉 SiO2粉 装样密度(g/cm3) 0.35 0.524 0.798 0.809 1.374 245 351273 320346 308302 307344 275046 344 1011240 932664 910444 888202 818115 411 67820 65006 60870 58282 54105 E(keV) 444 峰面积 84349 79910 75600 75636 72812 779 230249 213985 215116 208011 198334 964 213375 198719 196503 192458 187471 1112 179168 168866 171376 166927 160834 1408 325297 210516 212130 206968 204491 •探测效率ε ： A——活度，Bq s——峰面积计数率，cps (cpm) η——γ光子发射率，无量纲 T ——测量时间，s (min) •每一列数据可拟合得到：lnε (Eγ ) = ∑anln(Eγ )n ； n = 1,2,3,„„
便携式γ能谱仪的原理及应用
便携式γ能谱仪的原理及应用γ射线是由原子核衰变所产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就可能会辐射出γ射线。
γ射线强度按能量分布即为γ能谱。
测量γ能谱最常用的仪器为便携式γ能谱仪。
γ能谱仪可以将探测到的γ射线强度和能量绘制成γ能谱，进行快速核素识别，因此也常用于野外对岩地或地层的钾、钍、铀（镭）、的γ强度测量，或计算含量分析地质等。
在实际应用中便携式γ能谱仪因其性价比高、操作维护比较简单、探测效率高（识别时间短），能满足大多数测量需求，因此广泛应用于工业生产、质量检查、工程地质、建筑材料和环境检测中。
探测原理便携式γ能谱仪探头部分由探测器（闪烁体）、光电倍增管和前置放大器构成。
闪烁体是一类能吸收能量，并能在大约一微秒或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的形式再发射出来的物质。
由于γ射线不同于α和β粒子，它类似于光和其它电磁辐射，具有很强的穿透性，容易被高电子密度的物质所吸收（如铅）。
就探测器而言，某些无机盐能有效地吸收γ光子，发射出强度正比于所吸收γ射线能量的光子。
例如铊激活的碘化钠（闪烁体），用来探测γ射线，效率较高。
当射线通过闪烁体时，闪烁体被射线电离、激发，会使闪烁体探测器产生荧光，光子被光电倍增管所接收。
所探测到的γ射线能量越高，所产生的荧光光子数目也就越多，再由光电倍增管实现光子到脉冲信号的转换，经电路信号处理完成模/数转换输出。
闪烁体探测器也是近几年来发展快速，应用广泛的核辐射探测器。
使用方法便携式γ能谱仪比较热门的型号有AT6102、Interceptor、SAM940等，就拿常用的几款举例来说实际使用操作是差不多的。
在检测之前仪器应当保持电量充足以便于长时间的现场测量。
当需要检测时检查仪器电量并开机充分预热（几分钟），以便于调节光电倍增管的电压，稳定系统增益，从而达到稳定谱线准确测量的目的。
有的γ能谱仪也可能会使用到参考源，参考源同样也是为了稳定谱线而制作的，如果稳定温度和测量温度差别较大可能需要重新稳定。
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60Coγ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。
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– 脉冲幅度直接准确的代表了电子的能量，光电效应产 生的全能峰的能量是确定的
• γ谱仪定量分析的原理
– 光电效应产生的光电子的个数可由脉冲个数反映
1.3γ谱仪的结构
探 头
液氮 容器
电荷 灵敏 放大
器
线性 放大
器
高压 缓冲
器
高压 电源
多道 分析
器
铅室
计算 机
打印 机
1.4γ谱仪的应用
稳定性
• 24小时连续道漂，国标规定<2道，实测<1 道
• 铅室本底的变化 • 长期稳定性：一般需多长时间重新进行能
量刻度
本底与基底
• 本底
– 本底的来源 – 本底对一台仪器是相对稳定的 – 本底可用剥谱的方法扣除
• 基底（峰下本底）
– 来源是同一个谱图中其它峰的影响 – 可能相差很大 – 可用计算的方法扣除
• 孟纪群
第一章概述
• 本章主要包括γ射线与物质的相互作用， γ 谱仪的原理、结构及应用。
1.1γ射线与物质的相互作用
• γ衰变与γ射线的产生
– 处于激发态的原子核通过发射γ光子或内转 换电子而跃迁到能量比较低的状态，这种转 变过程称为γ跃迁或γ衰变
• γ射线的性质
– 原子核的质量数和电荷数保持不变，只是能 量状态发生改变
2.1 γ谱仪的安装
• 探头的安装 • 接地与线路安装 • 软件安装 • 网卡与网络的安装
2.2 γ能谱的构成
• 全能峰或光电峰 • 康普顿连续谱 • 单、双逃逸峰(511Kev和1022Kev) • 其它
– 反散射峰、轫致辐射峰、级联加和峰、偶然符 合峰、淹没γ峰等
– 一般情况对全能峰的影响较小
– 相对与NaI（Tl）φ77×77探头的本征效率 – DSPEC 45％
• 全能峰效率：全能峰的面积计数与源的该 能量的活度之比（应用）
能量分辨率（FWHM）
• 作用：是峰形和能量分辨的重要指标 • 定义：全能峰中心道计数一半的宽度（道
数或Kev） • 一般测试方法：
– Co－60（1.332Mev）和Eu－152（121.78Kev） 点源
2000
4000
6000
道
8000
10000
3.2γ谱仪的效率刻度
• 效率刻度是求出效率和能量的关系曲线或 对应的函数
• γ谱仪的效率刻度是定量分析的基础，效率 刻度后才可进行核素的活度分析
效率刻度的要求（相对与样品）
• 基体物质（惰性物质）
– 化学成分、物理状态、放射性活度、与标准 物质易于混合、物理化学性质稳定
性 • 能量刻度曲线的调用
能量刻度的γ源：
源 241Am 137Cs 60Co 60Co 40K
主能峰能量（Kev） 59.54 661.62 1173.21 1332.47 1460.75
能量刻度曲线：
能量(Ke
2000 1500 1000
500 0 0
y = 0.1796x + 11.35 R2 = 1
• 刻度源
– 均匀性、模拟性、稳定性、高纯度、准确度、 密闭性
• 基体本底源
效率刻度的方法：
• 单点刻度（关心核素） • 多点刻度（全谱刻度） • 混合刻度
第三章γ谱仪的刻度
• 本章主要包括γ谱仪的能量、效率刻度的方 法和刻度曲线的应用。
3.1γ谱仪的能量刻度
• 能量刻度是求出能量和道数（道址）的关 系曲线或对应的函数
• γ谱仪的能量刻度是定性分析的基础，能量 刻度后才可进行核素的鉴别
能量刻度的要求：
• 精密的能量刻度需要采用准确的已知道γ射 线能量的标准源（最好是点源）
监测限（MDA）
• 16种方法 • RISO：
MDA 4.65 B LT
– LT为样品测量的活时间（s） – B为对应的LT时间内的本底计数
• B作为方法的监测限，一般为本底；但特 殊情况下应代基底
2.4调试
• 对能量分辨率（FWHM）、峰形、峰康比、 能量线性、稳定性进行实测
• 一般要求是Co－60（1.332Mev）点源
2.3 γ谱仪的概念和性能指标
• 本节包括： • 概念和性能指标的意义； • 定义的方法或公式； • 我室的DSPEC实际测量值等（本课件包括
所有仪器参数等均指我室谱仪）
效率ε
• 仪器本征探测效率：
– 一般指探测器探测到的γ衰变粒子数与源的γ活 度之比；规定为Co－60点源
• γ谱仪的相对效率：
• 刻度中主要涉及的问题是确定全能峰的峰 位置，它取决于谱仪系统的分辨率和测量 期间的稳定性
• 面积总计数>104
能量刻度的方法：
• 单点刻度法 • 多点刻度法
– 直线回归与R2 – 能量刻度曲线对应的一次函数
能量刻度结果：
• 指标及对某一点的偏差 • 验证（可靠性和可行性）
能量刻度的应用：
• 能量刻度曲线的应用 • γ谱仪的能量刻度的频次取决于谱仪的稳定
峰康比
• 作用：高能峰的康普顿平台对低能峰的影 响
• 定义：1.33Mev峰中心道净计数与1.040～ 1.096Mev的平均净计数之比
• DSPEC为72.7，反康谱仪为>800
能量线性
• 作用：多道分析器的道数与能量的对应关 系
• 可用能量刻度后的直线回归的相关系数R2 值来表示
• DSPEC的1>R2>0.9999
• DSPEC分别为1.72Kev和0.91Kev
峰形
• 作用：符合高斯分布的程度 • 一般为Co－60（1.332Mev）点源 • 十分之一高宽（FWTM）比半高宽
（ FWHM ）
– 理论为1.82，国际为<2，实测为1.85
• 五十分之一高宽（FWFM）比半高宽 （ FWHM ）
– 理论为2.38，国际为<2.8，实测为2.46
– γ射线是没有质量，不带电而有能量的光子 流，其射程较远
• γ射线与物质的相互作用：
– 光电效应 – 康普顿效应 – 电子对效应
• γ谱仪主要研究光电效应产谱仪的探测原理
– γ射线与探测器材料相互作用后产生的电子，在高压电 场的作用下定向移动，产成电信号，经放大后被多道 分析器分析
• 能发射γ射线的核素理论上都可进行定性和 定量分析
• 与常见的γ探测器的区别
– 核素定性;前处理简单;本底较高,测量时间长
• HPGe与(NaI、GeLi)探头γ谱仪的区别
– 性能上:能量线性;能量分辨率;稳定性;效率接近; 本底较低
第二章γ谱仪的安装调试
• 本章主要包括γ谱仪的安装; γ能谱的构成; γ 谱仪的重要概念和性能指标; γ谱仪的调试。