高纯锗伽马能谱仪认识实验报告

高纯锗能谱仪认识实验报告

一、实验目的

1、了解半导体γ谱仪及相应数据采集软件的一般操作使用方法；

2、了解天然放射性核素铀、镭、钍、钾和人工放射性核素137Cs、60Co等的特征γ射线谱；

3、了解能量刻度方法；

4、理解低本底相对法γ谱定量分析原理。

二、实验内容

认识137Cs单能源的仪器谱（复杂谱）

学习用152Eu放射源进行探头能量刻度的方法；

采集并观测226Ra的γ射线谱，认识镭组γ射线谱的主要成份，学习伽马谱定性分析原理；采集混合体标准源谱线，了解伽马谱定量分析原理。

三、实验仪器

高纯锗伽马能谱仪组成：探测器（HPGe)探头(晶体＋前置放大器＋低温装置)；多道脉冲幅度分析器（MCA) (一般大于4000道，现在一般都带有数字稳谱功能)；计算机(谱解析软件及定量分析软件)

示意图：

探测器（HPGe)探头(晶体＋前置放大器＋低温装置)

1、探测器结构：高纯锗伽马能谱仪探测器分为N型和P型。所有高纯锗探测器本质上就是一个大的反转二极管。为了放大信号，需要连接二极管和进行信号处理的电子学线路，在晶体上做出两个接触极。晶体上的电接触具有两极：较厚的锂扩散极，即N+接触极（几百微米）；较薄的离子注入极，即P+极（几百纳米）。锂接触极较厚，因为此极是金属锂扩散到晶体中所形成的，厚度可控制在几百微米的量级，晶体能够被切割成任意形状。然而，晶体（二极管）内部的电场分布很重要，这点使得具有实用价值的晶体形状被限制成带有中心圆孔的圆盘状或圆柱体状。圆柱体探测器的一端是封闭的，又称为同轴探测器；而圆盘状的探测器一般称为平面探测器。

根据所用材料类型的不同(N型或者P型)，接触极是不同的。对于P型探测器，较厚的锂扩散极在探测器的外表面而薄的离子注入极在内表面。对于N型探测器，接触极和P型恰好

相反。图1给出了两种P型探测器晶体的示意图；图2给出了两种N型探测器晶体的示意图。

图1. P型高纯锗探测器几何结构示意图。

图2. N型高纯锗探测器几何结构示意图。

N型同轴探测器外壳为铍，有两个优点:(1)耐中子损伤能力强，通常比同样体积的P型同轴探测器要强20倍；(2)有较薄的入射窗，可探测的能量范围为0.02~l0MeV，因此，它被称作为GAMMA-X探测器。但是它价格较高，容易损坏。

P型探测器外壳通常是不锈钢的，吸收低能γ射线，对于低能区的分辨率不高，但是价格相比N型要便宜。

2、探测器工作原理

探测的射线进入灵敏区，产生电离，生成大量的电子-空穴对，在外加电场作用下，电子和空穴分别迅速向正负两极漂移、被收集，在输出电路中形成脉冲电信号

半导体探测器中的电子－空穴对称为探测器的信息载流子，3eV(半导体探测器)。

多道脉冲幅度分析器（MCA)

多道脉冲幅度分析器，脉冲信号幅度分布的仪器。它把脉冲信号按幅度的大小进行分类并记录每类信号的数目。主要由模数转换（ADC）、地址编码器和存储器构成；探测器将不同能量的伽马射线换成幅度与能量成正比的脉冲信号，输入到ADC，转化成数字表示，进入编有地址的存储器中每个地址存储器为一道，设有一个计数器。每存一次使该道读数加一16384道，采用8192道，两道作为一道输出

四、实验步骤

开机并稳定半小时以上；

测量137Cs标准源；

测量152Eu标准源，进行能量刻度；

测量镀镭指南针；

测量样品的特征γ射线谱。

五、实验内容

用152Eu放射源进行探头能量刻度

采集并观测226Ra的γ射线谱，认识镭组γ射线谱的主要成份

六、实验小结

思考题：

如果某一个核素放出几种不同能量的γ射线，γ谱分析时用一种能量还是用几种能量?

用几种能量，因为同一个核素会释放出不同能量的γ射线。如果只用一种能量会误认为是其他核素释放的γ射线。

用γ谱分析方法测定样品中镭含量时，样品为什么要密封30天以上？

因为镭样品制成初时为粉末状，不含氡。而铀系中高能量的γ谱线主要来自镭以后的核素，那么测量γ射线用以计算镭含量的前提是镭与氡处于放射性平衡状态。

氡的半衰期为3.825d，在密闭的容器中，经过10倍的氡的半衰期二者即达到放射性平衡，时间为38.25d