闪烁谱仪伽马能谱
三级大物实验报告-用闪烁谱仪测γ射线能谱
E cot 1 m c2 0
tan 2
（3）
由式（2）给出，当 180 时，反冲电子的动能 Ee 有最大值，此时
E max E m0 c 2 1 2 E
（4）
这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界 EC。 3．电子对效应： 当 γ 光子能量大于 2m0 c 2 时，γ 光子从原子核旁边经过并受到核的库仑场作用， 可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为 两个电子的动能与静止能量之和，如
（3） .实验仪器中测量时间的长短和放射源离接收器的位置的小偏差都会对实验 数据产生影响，由于射线的产生和传播都是随机的，这造成了很多的不确定性， 通过重复一段等长时间的测量取其平均能够减小由此带来的误差。
思考题 用闪烁谱仪测量 γ 射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出
137
Cs 和 60 Co 的光电峰，应如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件
60
Co
能量 0.661MeV 的光电峰在 464 道，能量为 1.17MeV 的光电峰在 826 道 能量刻度为 e== 826.2−464 =0.001405MeV
60 得 Co 右侧光电峰能量为：
1.17 −0.661
e×946.4=0.001405MeV× 946.4=1.329977MeV≈1.330MeV
E 2 (1 cos ) Ee m0 c 2 E (1 cos )
E m0 c 2 1 E (1 cos )
（2）
式中 m0 c 2 为电子静止质量，角度 θ 是 γ 光子的散射角，见图 2.2.1-2 所示。 由图看出反冲电子以角度 φ 出射，φ 与 θ 间有以下关系：
基于闪烁探测器的伽玛能谱测量研究
66利用 .能谱仪可以测量物质中 .射线的能量分布$在此基
础上可以测量放射性元素的含进步$利用闪烁探测器测量能谱逐渐
成为一项广泛采用的新技术"
$测量的理论依据放射性衰变与 辐射
在元素周期表中$元素是按原子序数来排列$可以用 c来
差的能量的伽马$最后到达基态" 所有这些伽马可以通过闪烁
计数器来检测" 注意$开始整个过程的贝塔通常会被吸收' 因
为它们是电子(并且根本不会进入闪烁探测器" 所检测到的每
个特定伽马的数目$以及因此由 W8F显示的伽玛峰的高度$将 取决于源的活动和该特定衰变的跃迁概率或半衰期" 因此$光 谱产生关于核的离散能级和它们的寿命的信息"
核中有两种力!分别为长库仑力和短距离核力" 第一个是
排斥的$因为质子都带正电荷" 核力是核子的特征$正如它的
名字所说的那样$它是短程的$因为它的作用只能在很小的距
离上感知$并且是核保持在一起的原因" 原子数小于 4( 的元
素中最丰富的同位素通常具有一定数量的中子$它们在排斥力
. Al和l吸R引i力g之h间ts提供R平es衡e$r这v意e味d着. 它处于稳定的构型" 其他具
有不同原子质量的同位素也可能是稳定的$但有时中子的数量
会导致力的不平衡" 在最后一种情况下$结构将是不稳定的$
核是放射性的" c大于 4( 的核自然不稳定"
放射性核通过不断发射粒子和电磁辐射来更加趋于稳定)
可以理解为放射性衰变" 放射性衰变的主要类型有!
-衰变!. 母/ 核发射出 -粒子' 包括氦原子核$) 个质子和
《闪烁谱仪伽马能谱》课件
测量辐射通过闪烁体时释放的光子数和光电倍增管放大的电荷数，与能量强度成正比。
伽马能谱的生成
特征
测量方法
具有穿透性、能量区分性、定 向性、极高的离子化能力，适 用于物质的分析和材料的研究。
范德堡晶体、硅半导体、气体 探测器、页岩闪烁体仪等。
生成过程
主要来源于放射性同位素的衰 变，辐照和核反应等。
2
缺点
光学非线性、光降解、温度依赖性、能长死区、峰型畸变。
3
比较
与计数管等方法相比，更灵敏、能量分辨率高，但成本高、噪声大、时间分辨率 差。
结论
重要性
闪烁谱仪是核能、医学和环保等领域中重要的 测量和分析工具。
发展方向
结合计算机技术和高精度储能等方法，提升环 境适应性，降低峰型畸变和噪声，拓展应用领 域。
《闪烁谱仪伽马能谱》 PPT课件
本课程介绍闪烁谱仪与伽马能谱的基本原理和应用，以及其在核能、医学、 环保和安防等领域的重要作用。
什么是闪烁谱仪
原理
利用闪烁体吸收射线的能量并发出可见光，通过光电倍增管将光电转换为电信号测量能量。
特征
闪烁体能量释放快、响应快、重复性好、尺寸小、灵敏度高、能量分辨率好、环境适应性强。
闪烁谱仪的应用
1 核能领域
核测量、学领域
构成核医学成像的基础，核素扫描、正电子发射断层成像、单光子发射计算机断层成像 等。
3 环保、安防等领域
辐射事故前兆预警、核设施安保、食品环境污染检测等。
闪烁谱仪的优缺点
1
优点
能量分辨率好、响应速度快、热电子效应小、量能比稳定、环境适应性强。
闪烁谱仪测γ射线能谱(252)
用闪烁谱仪测γ射线能谱4+PB04210252 刘贤焯 第26组10号和原子的能级间跃迁产生原子光谱类似，原子核的能级间跃产生γ射线谱。
测量γ射线强度按能量的分布即γ射线能谱，简称γ能谱。
研究γ能谱可确定原子核激发态的能级，研究核蜕变纲图等，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。
测量γ射线能谱最常用的仪器是闪烁γ能谱仪，该谱仪在核物理、高能粒子物理和空间辐射物理的探测中都占有重要地位，而且用量很大。
本实验的目的是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，学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。
实验原理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。
（1） 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。
闪烁谱仪测量γ射线能谱
实验名称：闪烁谱仪测γ射线能谱实验目的：1. 把握闪烁频谱仪的工作原理和利用方式；2. 学会谱仪的能量标定方式；3. 测量137Cs 和60Co 的γ射线能谱。
实验原理：（以下原理部份摘自教学资源实验讲义，详见手写预习报告）依照原子核结构理论，原子核的能量状态是不持续的，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 ~ 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射线的能量就能够够了解原子核的能级结构。
测量γ射线能谱确实是测量核素发射的γ射线强度按能量的散布。
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。
i. 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。
此处仅对经常使用的无机晶体闪烁体的发光机制作简单介绍。
最经常使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，引发后者产生电离或激发进程，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进程之一是发射光子。
这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离进程，也确实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，其关键作用是能够在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图-1示用意。
这些杂质原子会捕捉一些自由电子或激子抵达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁进程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而再也不被晶体吸收，再也可不能产生激发或电离。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
物理科学与技术学院 核工程与技术系
NaI(Tl)闪烁谱仪及g能谱测量
实验目的
1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。 2、熟悉γ射线与物质相互作用的三种效应（光电效应、康 普顿效应和电子对效应）。 3、掌握闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法，观测、分
析γ全能谱。
实验仪器
γ放射源60Co和137Cs；NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪；计 算机等。
X
.
实验原理
一、γ 射线与物质的作用
康普顿效应
Eg '
Eg Eg 1 1 cos 2 m0 c
Ee
Eg m0c 2 1 Eg 1 cos
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
思考题
1.如何从示波器上观察到的137 Cs或60Co脉冲波形图， 判断谱仪能量分辨率的好坏？ 2.反散射峰是如何形成的？
3.若有一单能伽马源，能量为2 MeV，试预言其谱 形。
常用数据：
60
Co两条伽马射线能量1173.2 keV和1332.5 keV，137Cs伽马射线能量661.7 keV, 反散射 峰能量184 keV。 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，铝的质量吸收系 数理论值0.194 cm-1,铅的质量吸收系数理论 值1.213 cm-1。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
三、137Cs的γ射线的能谱
图2
137Cs的γ线的能谱
137Cs半衰期30.17年。95%通过贝塔衰变为137m1Ba(半衰期153秒、光子能量
是662 keV)，5%直接衰变为稳定的137Ba 。 环境中存在着微量的137Cs，它们 几乎都是在1940年代至1960年代的核试爆及某些核事故中释放出来的。历史上 曾造成137Cs释放进入环境中的著名案例包括如切尔诺贝利核事故等。2011年3 月11日，日本的福岛第一核电站事故事件发生时，也曾发现它的存在。
闪烁伽马能谱测量实验报告
闪烁伽马能谱测量实验报告一、实验目的1.熟悉闪烁探测器的工作原理和使用方法。
2.了解伽马射线的特性和能谱分析的原理。
3.掌握使用闪烁探测器进行伽马能谱测量的技巧。
二、实验原理1.闪烁探测器的工作原理闪烁探测器是利用物质受到射线激发后产生荧光闪烁而测量射线的一种仪器。
当射线入射到闪烁体中时，闪烁体中的原子或分子被激发，由于能级的跃迁导致能量的差异，从而发出可见光。
通过光电倍增管将光电转换为电信号，进而进行电子学测量和处理。
2.伽马能谱的特性伽马射线是一种高能射线，具有穿透性和能量范围广的特性。
根据射线的能量，不同的射线在闪烁体内产生的闪烁光强度也不同，从而形成能谱。
3.测量方法通过将待测样品放置在闪烁探测器前，待测伽马射线与闪烁体发生相互作用并产生闪烁光。
光信号经过光电倍增管转换为电信号，再经过放大和测量电路进行测量和分析。
三、实验步骤1.打开仪器电源，预热一段时间，使仪器稳定后，将准直孔对准探测器，并调整探测器与准直孔之间的距离。
2.将样品放置于准直孔后，在样品的右侧放置标样。
3.调整电压和增益，使仪器工作在最佳状态。
4.打开计算机并启动相应的数据采集软件，进行数据采集。
5.启动伽马射线源，待稳定后开始测量。
四、实验结果与数据处理将测得的数据导入计算机，通过数据处理软件进行能谱分析。
根据能谱图可以得到伽马射线的能量分布情况，进一步分析样品中是否存在特定的伽马射线。
五、实验讨论与分析根据能谱图可以看出不同的伽马射线对应的峰位和峰面积，分析样品中存在的放射性核素和相应的伽马能量。
六、实验结论本次实验熟悉了闪烁探测器的工作原理和使用方法，了解了伽马射线的特性和能谱分析的原理。
通过实验测量并分析了闪烁伽马能谱，初步掌握了使用闪烁探测器进行伽马能谱测量的技巧。
七、实验总结本次实验中，通过操作仪器和进行数据处理，深入了解了闪烁伽马能谱的测量原理和方法。
但在实验中还存在一些问题，如测量的准确性和数据处理的复杂性等，需要进一步学习和探讨。
用闪烁谱仪测γ射线能量
用闪烁谱仪测γ射线能量——PB04210251 敖欢欢一、 实验目的：1、学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法；2、要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法；3、学会谱仪的能量标定方法并测量γ射线的能谱。
二、实验原理：根据原子核结构理论，原子核阶跃放出的γ射线的光量子能量12E E hv -=。
1、γ射线与物质的相互作用 １） 光电效应 光电子的动能i e B E E -=γ （1）i B 为束缚电子所在壳层的结合能，γE 是入射γ光子的能量。
２） 康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子。
反冲电子的动能e E 有最大值，此时γγE c m E E 2120max +=（4）这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界E C 。
闪烁γ能谱仪是利用γ光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数目来推出次级带电粒子的能量，再推出γ光子的能量，以达到测量γ射线能谱的目的。
2、γ能谱的形状闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，图2.2.1-6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，1)光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。
对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。
2)C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
3、谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度如果对应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 AB e --=661.017.1 （6）测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。
三、数据处理：1、 测量Cs 137的γ能谱光电峰位置与线性放大器放大倍数间的关系：400450500550600650700峰道址放大倍数[2006-4-2 20:06 "/Graph1" (2453827)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * XParameterValueError------------------------------------------------------------ A 252.689093.7388B86.07273 1.05141------------------------------------------------------------ RSD NP------------------------------------------------------------ 0.9994 2.86498 10 <0.0001由以上分析很容易看出放大倍数与峰道址是成线性关系 R=0。
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60Co的衰变纲图
137Cs的衰变纲图
60Co（τ＝5.27a）
137Cs（τ＝30a）
β ～0.309MeV
β
2.50MeV
γ1
1.33MeV
γ2
γ 137Ba
0.662MeV 0
0 60Ni
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理--射线与物质
的相互作用
电子
光电效应
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的性能指标
整个谱仪的性能
能量分辨率
各峰的能量分辨率 E 100% CH 100%
E
CH
通常NaI闪烁谱仪的能量分辨率以137Cs的单能 射线峰为标准。
线性
稳定性
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实验步骤
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
入射光子
康普顿散射
光电子(EkE γ)
散射光子
θ
正负电子对产生
康普顿电子 电子
负电子 返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理—考虑此脉
冲的幅度和哪些因素有关？
入射到光电倍增管阴极上的光子数量即 入射能量 光电倍增管的工作电压 线性放大器的放大倍数
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预习要求：
1. 闪烁谱仪的结构组成有哪些（要点） 2. 简述闪烁谱仪的工作原理（要点） 3. 闪烁谱仪的性能指标有哪些（包括闪
烁体、光电倍增管和整个谱仪的性能） （要点）
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的结构组成
包括探头（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 分析器等
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理
γ 放射源 γ 射线
与闪烁体 的三种作
次级电子
闪烁体 受激辐
用
射
NaI(Tl)晶体
荧光
多道分析 电脉冲 各打拿极 光电子 光阴极
器采集
逐级放大
吸收
输出γ 能谱
PMT 返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理--γ 放射源
如何选择合适的工作电压？
实际情况下，工作电压的少量漂移不可避免， 这会对测量产生影响，需要测定闪烁谱仪的坪曲 线。坪曲线是入射粒子强度不变时，计数率随工 作电压变化的曲线，应选择计数率随电压变化较 小的电压为工作电压，同时电压选择又不可过高， 否则影响谱仪寿命。
计 数 率
坪曲线
可选择 区间
电压
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪 与 γ 能谱测量
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
前言
在科研、生产、医疗和环境保护 各方面，用γ射线的能谱测量技术， 可以分析活化以后物质的各种微量元 素的含量。测量γ射线的能谱最常用 的仪器是闪烁谱仪，该谱仪在核物理、 高能离子物理和空间辐射物理的控测 中都占有重要地位。
由于工作条件不能改变，而Co的最大峰能量 大于Cs的，所以先测Co来选择合适的放大倍数。 若先测Cs的能谱，则Co的能谱可能会超出最大道 址。谱仪与 γ 能谱测量
1) 大致记录两个γ能谱，指出各峰的名称
2) 记录工作条件和各已知能量峰的道址， 并计算在此条件下的能量刻度曲线E-Ch 及其相关系数
3) 给出谱仪的能量分辨率
4) 回答课后三道思考题，并考虑如何从实 验上减少反散射峰的形成
5) 完成实验总结
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
参考书目
1) 张天喆，董有尔.近代物理实验.北京： 科学出版社，2004
2) 吴思诚，王祖铨.近代物理实验.北京： 北京大学出版社，1995
2. 实验完毕，将高压电源降至零再 关闭，将核源放至原处。
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
实验目的：
1. 了解闪烁谱仪的原理、特性与结构 2. 掌握闪烁谱仪的使用方法 3. 鉴定谱仪的能量分辨率和线性
4. 通过对 γ 能谱的测量，加深对γ 射线与物质相互作用规律的理解
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
1.检查仪器线路后接通电源，预热半小时
2.预热后，选择合适的工作电压（如何选择）
3.先后放置放射性源Cs和Co，调节放大倍数， 使显示器上出现的谱图尽量大（考虑先测哪个 源的能谱及测量过程中工作条件是否能改变）
4.按照实验要求进行记录
5.实验完毕，将源放回原处，降低电压，关闭 电源
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NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
3) 吴泳华等.大学近代物理实验.北京： 中国科学技术大学出版社，1992
4) 褚圣麟.原子物理学.北京：高等教育
大学出版社，1997
返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
实验注意事项 实验目的 预习要求 实验步骤 实验要求 参考书目
山西大学
物理实验中心
张秀荣 E-mail：zxr@
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
测量过程中工作条件是否能改变？先测 哪个源的能谱？
测量过程中工作条件不能改变，因为实验要 测得能量和道址的关系曲线，采用了Co和Cs的共 四个已知能量峰及其道址，这样做更接近于实际 曲线。所以不能变工作条件；否则， Co和Cs测出 的不是同一条能量刻度曲线。
光电倍增管—把荧光光子能量转换成电能
灵敏度（响应度）—定义为阳极电流或电压 信号同入射光通量之比
光谱响应—灵敏度与波长之间的关系
暗电流与本底脉冲—当光电倍增管无光照时， 阳极产生的电流是暗电流，相应的脉冲即本底 脉冲，它造成多道分析器的虚假计数
时间特性—光电子由光阴极渡越到阳极的时 间越短，时间特性越好
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
实验注意事项 实验目的 预习要求 实验步骤 实验要求 参考书目
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
实验注意事项
1. 请仔细阅读“在放射性环境下工 作时的安全操作与防护” ，尤其 是不得将放射源窗口对着任何人 体，操作完毕必须洗手。
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的性能指标
闪烁体—把射线能量转换成光能
阻止本领—阻止本领越大探测效率约高
发光效率—定义为发出光子能量与吸收射线 能量之比 发光时间—发光衰减时间越短，时间分辨本 领越高
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的性能指标