NaI(Tl)单晶γ能谱的测量
五．实验数据处理与分析
第一次实验：掌握并熟悉NaI （Tl ）γ谱仪，确定谱仪的工作参数。
1. 预热几分钟，熟悉多通道脉冲幅度分析器数据采集软件的使用。
2. 由于实验没有配备示波器，因此无法利用示波器观察闪烁体探头输出信号。
3.本实验利用放射源137Cs 通过改变高压、放大倍数、道数等参数观察能谱曲线的变化。
a ） 把放射源Cs 137放在托盘上，调节改变电压分别为500V ，550V ，600V ，630V ，
保持测量道数1024道和放大倍数5.00m 不变，数据采集时间设100s ，所得能谱曲线如图1所示。
C o u n t
Channel
图1.不同高压下对应的能谱曲线
结论：由图1可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。
b)调节改变放大倍数分别为4.80，5.20，5.40，5.60，保持测量道数1024道和电压550V 不变，数据采集时间设为100s ，所得能谱曲线如图2所示。
C o u n t
Channel
图2.不同放大倍数下对应的能谱曲线
结论：由图2可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。
c ）调节改变通道数分别为256，512，1024，2048，4096保持放大倍数5.00和电压550V 不变，数据采集时间设为100s ，所得能谱曲线如图3所示。
C o u n t
Channel
图3.不同放大倍数下对应的能谱曲线
结论：由图2可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位
E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。
d ）把放射源Co 60放在托盘上，通过反复调节，最后参数调节为：通道数1024、放大倍数5.20、电压值550V ，数据采集时间设为300s ，所得能谱曲线如图4所示。
C o u n t
Channel
图4.60Co 的能谱曲线
分析：我们测得的60
Co 的能谱曲线的两个全能峰都能清楚看见，查阅Co 60的
衰变纲图可知两个全能峰的能量分别是1.17MeV 和1.33MeV ，其中1.33MeV 的全能峰对应道数835,由计算 1.33MeV/835*1024=1.631MeV,略超0-1.50MeV,不影响后续实验。
e ）把放射源Cs 137放在托盘上，参数保持不变，所得能谱曲线如图5示。
C o u n t
Channel
图5.
Cs 137
的能谱曲线
分析：如图5所示，137Cs 的能谱曲线是三个峰和一个平台的连续分部。参考137
Cs 的放射源衰变纲图，峰A 为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV 的γ光子与闪烁体发生光电效应而产生的，它直接反映了γ射线的能量；平台B 是康普顿效应的贡献，它的特征是散射光子逃逸出晶体后留下的一个连续的电子谱。峰C 是反散射峰，当γ射线射向闪烁体时，总有一部分γ射线没有被吸收而逃逸出，当它与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时，反散射光子可能进入闪烁体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。 第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。 4.能谱数据。
以60Co 的测量条件为标准，即电压固定为550V,放大倍数5.2，通道参数为1024，再分别测量本底、60Co 、137Cs 、133Ba 、22Na 未知放射源分别放入时的能谱；
5.数据分析
本底的能谱曲线：
C o u n t
Channel
图7.本底的能谱曲线
结论：由上图可知，本底也会产生计数，即本底能谱曲线对各放射源的能谱曲线有一定的影响，所以在分析各放射源的能谱曲线时扣除本底的影响，否则会引起较大的误差。
b) 扣除本底影响后，可得Co 60、Cs 137、Ba 133、Na 22的能谱曲线如下列图所示。查阅已知源的衰变纲图，根据测量的能谱曲线确定各峰对应的射线能量。
C o u n t
Channel
图8 Co 60的能谱曲线
C o u n t
Chanel
图8.137Cs 的能谱曲线
C o u n t
Channel
图9.133
Ba
的能谱曲线
C o u n t
Channel
图10.22Na 的能谱曲线
C ）分析各峰的峰参数，得出得出γ谱仪的能量分辨率，做出能量刻度曲线，分析其线性。
1) 由图8-图10可得各放射源峰道址和对应射线能量如表1所示； 表
由表1可用origin 拟合的E —N 曲线图如图11所示：
E /M e V
Channel
图11.各已知放射源全能峰点能量与道址线性拟合图
根据拟合结果，E=-0.03569+0.00163N ，能量线性刻度曲线，线性拟合度R=0.99974，线性度非常接近1，说明这组数据较为合理。 2) 计算γ谱仪的能量分辨率
因为标准放射源Cs 137的全能峰最为明显和典型，所以选用其γ射线的能量分辨率来检验与比较γ谱仪的能量分辨率。如下图所示：
C o u n t
Channel
图12.137Cs 的能谱曲线图
由图12可知，全能峰对应的道址为N=435，半峰高处对应的道址为N1=413和N2=449。 因此Cs 137的全能峰的半宽度为：
道36413449N1-N2=-==?N
由图11和所得的E —N 拟合方程E=-0.03569+0.00163N 可知，能量E 与道址
数N 成线性关系，所以能量分辨率η可写为：
N
N
V
V
E
E
?=
?=
?=
η
所以Cs 137的能量分辨率为：
%28.8%100435
36
=?=?=
N N Cs η 误差分析：137Cs 最佳的能量分辨率为7.8%，我们所测得的实验结果为9.58%，相差较大，由此可知实验所用的闪烁谱仪能量分辨率不是很好，谱仪对相邻脉冲幅
度或能量的分辨本领不很理想。这也有可能是由实验误差造成的，比如实验条件还不是没有调成最佳的，读数的误差等。
同理可求出测量其他放射源时的谱仪分辨率为：
当全能峰的峰位较大时，谱仪的分辨率较好。 3）计算当前已知源的活度
t e N N λ-=0
其中0N 表示初始的未发生衰变的原子数目，N 表示当前剩余的未衰变原子数
目，λ是一个衰变常数，对于不同的元素，相应的λ也是不同的。
定义2/0N N =时所经历的时间为τ，称为半衰期，可得出其衰变常数λ，
τλ/2ln =
放射源活度A 表示单位时间内放射源发生的衰变次数，对于一定量的放射源而言，其总体的活度与其包含的放射性粒子数目是成正比的，即：
t e A A λ-=0
本次的实验时间为2012年12月28日，表3中的放射源活度测试时间距离实验时的时间间隔为t=21.5年。由上面几个式子可得出当前各已知放射源的活度如表4所示：
表4 已知放射源实验时活度（2012年12月28日）
以Cs 137的全能峰为例，计算其探测效率。
由图8137Cs 的修正能谱曲线图并结合其半峰宽的位置可以得出，137Cs 全能峰的通道数范围为413-449，由于横坐标的每个间隔为1，所以对这个范围内的纵坐标进行求和即可求得全能峰在以通道数为横坐标下的面积)('
E S ,即
∑==++==
449
413
'
16646......263255)()(i i count E S
由E-N 的线性关系E=-0.03569+0.00163N 可得，实际的全能峰面积
13.726646100163.0)(00163.0)('=?=?=E S E S
已知，测量时间T=100s ，活度A 由表4可知A=29.27（kBq ），分支比b 由Cs
137
的衰变纲图可知b=85.1%，故Cs 137
的探测效率为：
%09.1%100%
1.8527.2910013
.27)()(=???==
TAb E S E ε 同理可得其他已知放射源各全能峰的探测效率，如表5所示。
用ε(E )
E/MeV
图13.谱仪的探测频率曲线
可以近似地认为谱仪的探测效率曲线为指数衰减函数：
)857
.0exp(05645.000865.0)(E
E -+-=ε
由拟合关系可知探测效率随能量增大以近似的指数形式衰减
5）根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量，判断放射源的种类 在相同实验条件下，测出未知放射源的能谱曲线如图28所示
C h a n n e l
Channel
图14.未知放射源的能谱曲线
由E-N 的线性关系E=-0.03569+0.00163N 可得，图14标识出的全能峰所对应的能量为：
对比Eu 152元素的衰变纲图：
将图29中的衰变纲图与表6中的能量进行对比之后，可以确定，该未知放射源是Eu 152。
6）根据探测效率曲线，计算未知放射源的活度
实验中测得的count 为探测到的放射线数，而实际放射线数，而活度，即探测放射线数等于实际放射线数乘于探测效率，活度等于单位时间内的放射线数，由此可以用这种方法来计算放射源的活度。其
中能量线性刻度曲线E=-0.03569+0.00163N ，探测效率曲线方程
)857.0exp(05645.000865.0)(E
E -
+-=ε。
对全部实际放射线数0M 进行求和，可得总实际放射线数
17747278
)(1024
10∑===i i M M 总 所以放射源的活度
A=M 总/T=17747278/100Bq=177472.78Bq=177.47 kBq
查阅资料可知，
的半衰期大约为13.5y,初始活度约为490kBq ，距离如
今的实验时间为t=21.5y,可以算出，如今
的活度A=162.47 kBq 。
比较实验计算得的活度，可以看到两者非常接近。
7)分析测量结果并总结
1.本实验测量出了几种已知放射源的能谱曲线，并确定了各峰对应的射线能量。由各峰的峰参数计算出了γ谱仪的能量分辨率，做出了能量刻度曲线，计算得到了各放射源的活度。本实验还根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量，判断放射源的种类为Eu 152。通过这次实验我们掌握了γ谱仪的原理及使用方法，学会了测量分析γ能谱，对γ射线和物质的相互作用有了一定的了解。
2.误差分析：本实验还存在着一些误差，如谱仪的探测频率曲线拟合效果不是很
好、计算出来的放射源活度不是很精确等。可能导致误差的原因有：○
1实验条件参数设置得不是很好，并不是最佳的。○
2测量不同放射源时，无法保证放射源与探头的相对位置不变。○3计算探测效率时由于是粗略地计算积分面积，计算结果也存在着一定的误差。○4仪器本身精确度会对实验结果造成误差，闪烁谱仪能量分辨率不是很好。○5未知放射源的射线能量是根据能量刻度曲线计算的，未知放
M ε/0M M =T M A /总=Eu 152Eu 152Eu 152
Eu 152
射源的活度是根据探测效率曲线计算的，这会产生传递误差。
长度测量的几种常见方法
长度测量的几种常见方法 在长度测量中，常遇到一些物体的长度不能直接用刻度尺测量，如球的直径、一张纸的厚度等。但是，根据具体情况采取不同的特殊方法是可以测出它们的长度的。下面是在测量中常用到的几种长度的特殊测量方法； 一、曲直法。利用其它工具把曲线变成直线，再用刻度尺测量。 例1 你能利用刻度尺测出排球的直径吗？ 提示：用一条弹性很小的柔软棉线沿排球的“赤道”绕一周，然后量出棉线的长度，再应用周长公式算出排球的直径。 二、轮替尺法。对于长而弯的曲线的测量，可借助圆轮沿曲线滚动，记下轮子滚过的转数，然后测出轮的周长，再用轮的周长乘以转数就得曲线的长度。 例2 怎样用你的玩具滚轮和一把米尺近似地测出你们学校跑道的总长？ 三、斜正法。利用几何知道，用三角板和直尺测量如圆锥的高、圆柱体的直径和球的直径等。 例3 用直尺和三角板，你如何测出茶杯的深度和三棱锥的高度？ 四、聚积法。把完全相同的物体重叠起来，先测出它们的总长，再算出所求部分的长。 例4 你能用一支铅笔，一把刻度尺近似地测出一根粗细均匀的铜丝的直径吗？写出你的操作过程。 提示：将金属丝在铅笔杆上密绕几十圈（不要叠合），测出其总长，然后除以圈数就可得到铜丝的直径。 五、割补法。对不规则图形面积的测量，将其轮廓描在方格纸上，先数占满方格的格数，再对没有占满方格的部分，按残缺的大小相互补充填满，得到占满的格数，然后测出每格的长和宽，算出每格的面积，乘以总格数就得到图形的近似面积。 例5 怎样利用直尺和印有方格的玻璃纸测出我国任何一省的面积。 六、影长法。利用太阳光或灯光和米尺，分别测出物体影长和米尺影长，根据几何知识算出物高=1米×物体影长／米尺影长。
NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量
NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量 实验人：吴家燕学号：15346036 一、实验目的 1、加深对γ射线和物质相互作用的理解； 2、掌握NaI(Tl) γ谱仪的原理及使用方法； 3、学会测量分析γ能谱； 4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线； 5、测定未知放射源的能量和活度。 二、实验原理 1、γ谱仪的组成 NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。 2、射线与闪烁体的相互作用 当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）
康普顿散射；（3）电子对效应。 图2 为示波器上观察到的单能γ射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。图3 是137Cs、22Na 和60Co 放射源的γ能谱。图中标出的谱峰称为全能峰。在γ射 线能区，光电效应主要发生在K 壳层。在击出K 层电子的同时，外层电子填补K 层 空穴而发射X 光子。在闪烁体中，X 光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光 电子。上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非减去该层电 子结合能）。 3、137Cs 能谱分析 4、闪烁谱仪的性能 能量分辨率
探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4 所示。通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即 FWHM，有时也用表示。半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。一般谱仪在线性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即 对于一台谱仪来说，近似地有 对于单晶谱仪来说，能量分辨率是以137Cs 的0.662MeV 单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%。 能量线性刻度曲线 为检查谱仪的能量线性情况，必须利用一组已知能量的γ放射源，测出它们的γ射线在谱中相应的全能峰位置（或道址），然后，作出γ能量对脉冲幅度（或道址）的能量刻度曲线。这个线性关系可用线性方程表示，即 式中x p 为峰位，即道址；E0 为截距，即零道对应的能量；G 为斜率，即每道对应的能量间隔，又称增益。实验中用的γ核素能量列于表2 中。典型的能量刻度曲线如图5 所示。
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量 ——物理0805 乔英杰u200810200 王振宇u200810256 实验背景：19世纪下半叶，物理学家对X射线和阴极射线进行了大量的研究，导致了放射性、电子以及α、β、γ射线的发现，这些射线的发现同时也为原子科学的发展奠定了基础。 自20世纪进入原子能时代，科学家对射线进行了更进一步的研究，射线在科学技术中开始渗透，根据γ射线具有波长短、能量高、穿透能力强和对细胞有很强的杀伤力的特性，γ射线的应用也成了一门新兴产业，现在它已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域，特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益，为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深刻的影响。 目前γ射线的应用正在蓬勃快速的发展，应用领域仍在不断拓宽，它以低能耗、无污染、无残留、安全卫生等优点，深受众多行业的青睐，可是，其危害性也不容忽视。我们需要对γ射线深入了解，才能在降低其危害性的同时让其更好的为我们服务。本实验采用闪烁探测器和多道脉冲幅度分析器对γ射线的能量分布谱进行测量，以便我们了解用闪烁探测器测量γ射线的方法，学会分析能谱的特征及其影响因素。 实验原理： 1、闪烁探测器工作原理：闪烁探测器探测γ射线时，γ光子与物质作用不直接产生电离，而是发生光电效应、康普顿效应、电子对效应，闪烁体的原子、分子、电离或激发的作用来自三种效应所产生的次级电子。这样，我们就得到了对应于γ射线能量强度的电信号。之后，光电倍增管将所得电信号放大（倍增管阴极与阳极之间有十余个打那级，每个打那级均发生电子的倍增现象），其阳极最后收集电子的电极，与射级跟随器电路相连，使收集到的电子流以电压脉冲的方式输出。 2、γ闪烁能谱仪的工作原理：如下图（1）所示，整个仪器的信号传递大致是：由γ射线放射源放出的γ射线被闪烁探测器接受并转换为电压脉冲，前置放大器和脉冲放大器对探测器输出的电压脉冲进行放大，最后这些脉冲被多道分析器采集、处理。 多道分析器的到是指在分析器中存在的记录不同高度脉冲的位置。我们在试验中采用的是1024道分析器，即将脉冲电压范围分成1024份，然后计算机记录探测器输出的脉冲落在每份范围上的数目。
用闪烁谱仪测γ射线能谱
实验题目: 用闪烁谱仪测γ射线能谱 实验原理: 1.γ能谱的形状 闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型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，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。 C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。 背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。 2．谱仪的能量刻度和分辨率
（1）谱仪的能量刻度 闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。例如选择 Cs 137 的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰 M e V E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分 析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。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 A B e --= 661 .017.1 （1） 测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。 （2）谱仪分辨率 γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率η为 %100??=?= V V E E 光电峰脉冲幅度半高度η （2） η表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左
α射线能谱测量(有算能量刻度哦)
**************************************************************************** 西南科技大学 《α射线能谱测量》报告 设计名称α射线能谱测量 学院 班级 学生姓名 学号 设计日期 2014年12月 2014年10月制
目录 1实验目的 (1) 2实验内容 (1) 3实验原理 (1) 3.1α能谱 (1) 3.2α放射源 (2) 3.3α放谱仪 (3) 3.4探测器测量α射线能谱相关原理 (4) 3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4) 4实验仪器、器材 (5) 5实验步骤 (5) 6实验数据记录、处理 (6) 7实验结论 (8)
1实验目的 α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。而本实验主要从以下几个方面进行： 1、了解α谱仪工作原理与特性 2、掌握α能谱测量原理及测量方法 3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度 2实验内容 测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。同时，进行能量刻度。 3实验原理 3.1α能谱 α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：E N= W 公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。 由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。 α粒子在探测器中因电离、激发（由于α粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。α粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。）等效应而产生电流脉冲，其幅度与α粒子能量成正比。电流信号经前置放大器、主放大器放大，出来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用α谱仪硬件连接及内部结构框图如图1所示）。仪器谱以α粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内α粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的α粒
NaI(Tl)闪烁谱仪r能谱
NaI （Tl ）闪烁谱仪测量γ能谱 实验目的 1. 掌握NaI(Tl) γ闪烁谱仪的结构、原理和工作过程 2. 掌握NaI(Tl)γ闪烁谱仪的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。 实验内容 1. 学会NaI(Tl) 单晶γ闪烁谱仪装置的使用操作方法 2. 掌握调整谱仪参数，选择最佳测量工作条件的方法 3. 测量谱仪的能量分辨率、刻度能量线性。 4. 了解数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。 一．γ射线与物质的相互作用 γ射线光子与物质原子相互作用的机制主要有以下三种方式，如图1所示。 图1 γ射线光子与物质原子相互作用 （1）光电效应 当能量为E γ的入射γ光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失。发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应。发射光电子的动能为 i e B E E -=γ B i 为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X 射线。这种X 射线在闪烁体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子，所以闪烁体得到的能量是两次光电效应产生的光电子能量之和。 值得注意的是，由于必须满足动量守恒定律，自由电子（非束缚电子）不能吸收光子能量而成为光电子。光电效应的发生除入射光子和光电子之外，还需有一个第三者参加，这第三者就是发射光电子之后剩余下来的整个原子。它带走一些反冲能量，但该能量十分小。由于它的参加，动量和能量守恒才能满足。而且，电子在原子中被束缚得越紧（即越靠近原子核的电子），越容易使原子核参加上述过程。所以在K 壳层上发生光电效应的概率最大。 （2）康普顿效应 γ光子与自由静止的电子发生碰撞，将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ光子被散射，改变了原来的能量和方向。反冲电子的动能为 ()θγγ cos 112 0-+=E c m E E e （
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60Co γ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。 由原子物理学中可知γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿效应和正、负电子对产生这三种过程分别如下： （１）光电效应。入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打出来形成光电子。由于束缚电子的电离能Ｅ1一般远小于入射γ射线能量Ｅγ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量Ｅ光电＝Ｅγ－Ｅ1≈Ｅγ （２）康普顿效应。核外电子与入射γ射线发生康普顿散射，设入射γ光子能量为ｈ，散射
伽马能谱与相对论验证
伽马能谱与相对论验证 【摘要】 本实验先通过γ能谱对多道分析仪进行定标，再通过测量β-粒子动量的磁谱仪和测量β-粒子动能的能谱仪，记录多道分析仪所在峰值道数和探测器与源之间间距2R ，根据公式p=eBR 得到粒子动量。再根据公式 2042 0220c m c m p c E E E k -+=-=得到粒子动能。画出动量-动能关系图，并与 相对论理论值和经典理论值进行比对，对相对论进行验证。 【关键词】 β-粒子 多道分析仪 磁谱仪 能谱仪 相对论 【引言】 爱因斯坦狭义相对论揭示了高速运动物体的运动规律，创立了全新的时空观，给出了质量对速度的依赖关系，能量与质量的普遍联系等一系列重要结果。本实验的目的是通过同时测量速度接近光速的β-粒子的动量和动能，证明牛顿力学只适合于低速运动物体，当物体的运动接近光速时，必须使用相对论力学，同时学习带电粒子特别是β-粒子与物质的相互作用，学习β磁谱仪和β闪烁仪的测量原理和使用以及其他核物理的实验方法。 【实验原理】 一、γ闪烁能谱 1、γ光子及其与物质的相互作用 通过核衰变或核反应形成的原子核，往往处于不稳定的高激发态。处于高激发态能级上的原子核E2，在不改变原子核组成的情况下，跌回到较 低的激发态E1，原子核发出γ涉嫌或内转换电子。因此γ射线的能量为 E γ=E2-E1。放射性原子核放出的γ射线的能量通常在几千电子伏与几兆电子伏之间。γ射线由不在店的γ光子组成，静止质量为零。γ光子和物质相互作用主要有三种效应：光电效应、康普顿效应、电子对效应。 （1）光电效应 入射的γ光子把全部能量转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打 出来形成光电子，这就是光电效应 K i E E E γ=- (1) γ射线产生光电效应的几率随着物质原子序数的增大而增大，随着γ射线能量 增大而减小 （2）康普顿效应 入射的γ光子与院子的外层电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电 子，使它脱离院子成为反冲粒子，同时γ光子被散射，这种过程称为康普顿散射效应 '1(1cos )E E γ γαθ= +- （2-1）
测量要求方法
1．一般规定 1.1图根点是直接供测图使用的平面和高程控制点，可在各等级控制点上采用经纬仪交会法、测距导线法、全站仪坐标法、三角高程、水准测量、GPS等方法测量。 1.2图根点或测站点的精度以相对于邻近控制点的中误差来衡量，其点位中误差不应超过图上±0.1㎜；其高程中误差不应超过测图基本等高距的1/10。 1.3为了节约，图根点可以采用临时地面标志。 1.4图根点的密度因测图使用的仪器不同要求也不同，只要能够保证碎部点的平面高程精度即可。 1.5测站点可以在测图过程中根据需要随时测放。 2．图根点测量(略) 三、地形测量测绘内容及取舍 地形图应表示测量控制点、居民地和垣栅、工矿建筑物及其他设施、 交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植被等各项地物、地貌要素，以及地理名称注记等。并着重显示与测图用途有关的各项要素。 地物、地貌的各项要素的表示方法和取舍原则，除应按现行国家标准地形图图式执行外，还应符合如下有关规定。 1．测量控制点测绘 1.1测量控制点是测绘地形图和工程测量施工放样的主要依据，在图上应精确表示。 1.2各等级平面控制点、导线点、图根点、水准点，应以展点或测点位置为符号的几何中心位置，按图式规定符号表示。 2．居民地和垣栅的测绘 2.1居民地的各类建筑物、构筑物及主要附属设施应准确测绘实地外围轮廓和如实反映建筑结构特征。 2.2房屋的轮廓应以墙基外角为准，并按建筑材料和性质分类，注记层数。1：500与1：1000比例尺测图，房屋应逐个表示，临时性房屋可舍去；1：2000比例尺测图可适当综合取舍，图上宽度小于0.5mm的小巷可不表示。2.3建筑物和围墙轮廓凸凹在图上小于0.4mm，简单房屋小于0.6mm时，可用直线连接。 2.4 1：500比例尺测图，房屋内部天井宜区分表示；1：1000比例尺测图，图上6mm2以下的天井可不表示。 2.5测绘垣栅应类别清楚，取舍得当。城墙按城基轮廓依比例尺表示，城楼、城门、豁口均应实测；围墙、栅栏、栏杆等可根据其永久性、规整性、重要性等综合考虑取舍。 2.6台阶和室外楼梯长度大于3M毫米，宽度大于1M毫米的应在图中表示。 2.7永久性门墩、支柱大于1M毫米的依比例实测，小于1M毫米的测量其中心位置，用符号表示。重要的墩柱无法测量中心位置时，要量取并记录偏心距和偏离方向。 2.8建筑物上突出的悬空部分应测量最外范围的投影位置，主要的支柱也要实测。 3．工矿建（构）筑物及其它设施的测绘 3.1工矿建（构）筑物及其它设施的测绘，图上应准确表示其位置、形状和性质特征。 3.2工矿建（构）筑物及其它设施依比例尺表示的，应实测其外部轮廓，并配置符号或按图式规定用依比例尺符号；不依比例尺表示的，应准确测定其定位点或定位线，用不依比例尺符号表示。 4．交通及附属设施测绘 4.1交通及附属设施的测绘，图上应准确反映陆地道路的类别和等级，附属设施的结构和关系；正确处理道路的相交关系及与其它要素的关系；正确表示水运和海运的航行标志，河流和通航情况及各级道路的通过关系。 4.2铁路轨顶（曲线段取内轨顶）、公路路中、道路交叉处、桥面等应测注高程，隧道、涵洞应测注底面高程。 4.3公路与其它双线道路在图上均应按实宽依比例尺表示。公路应在图上每隔15~20mm注出公路技术等级代码，国道应注出国道路线编号。公路、街道按其铺面材料分为水泥、沥青、砾石、条石或石板、硬砖、碎石和土路等，应分别以砼、沥、砾、石、砖、碴、土等注记于图中路面上，铺面材料改变处应用点线分开。 4.4铁路与公路或其它道路平面相交时，铁路符号不中断，而将另一道路符号中断；城市道路为立体交叉或高架道路时，应测绘桥位、匝道与绿地等；多层交叉重叠，下层被上层遮住的部分不绘，桥墩或立柱视用图需要表示，垂直的挡土墙可绘实线而不绘挡土墙符号。 4.5路堤、路堑应按实地宽度绘出边界，并应在其坡顶、坡脚适当测注高程。 4.6道路通过居民地不宜中断，应按真实位置绘出。高速公路应绘出两侧围建的栅栏（或墙）和出入口，注明公路名称。中央分隔带视用图需要表示。市区街道应将车行道、过街天桥、过街地道的出入口、分隔带、环岛、街心花园、人行道与绿化带绘出。 4.7跨越河流或谷地的桥梁，应实测桥头、桥身和桥墩位置，加注建筑结构。码头应实测轮廓线，有专有名称的加注名称，无名称者注“码头”，码头上的建筑应实测并以相应符号表示。 4.8大车路、乡村路、内部道路按比例实测，宽度小于1M毫米时只测路中线，以小路符号表示。 5．管线测绘 5.1永久性的电力线、电信线均应准确表示，电杆、铁塔位置应实测。当多种线路在同一杆架上时，只表示主要的。城市建筑区内电力线、电信线可不连线，但应在杆架处绘出线路方向。各种线路应做到线类分明，走向连贯。
γ射线的能谱测量和吸收测定 实验报告
g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，g 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g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g闪烁谱仪测定不同的放射源的g射线能谱。同时学习和掌握g射线与物质相互作用的特性,并且测定窄束g射线在不同物质中的吸收系数m。 【关键词】g射线/能谱/g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。 g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：
几种特殊的测量方法
科学兴趣小组讲章（2017.9.27）： 几种特殊的测量方法 长度的特殊测量 长度测量是最基本的测量。一般情况下，可以用测量工具刻度尺直接测量。如果受到某些条件的限制，不能或不易用测量工具直接测量，那么只能用间接测量。间接测量长度的方法通常有以下几种： 一、累积法 又叫测多算少法，通过积少成多的办法进行测量，再通过求平均来求得，这种方法还可以减小误差。可用于测纸的厚度和细金属线的直径。如要测某一课本中每张纸的厚度，可取若干张纸（纸的张数要适量），压紧后，用最小刻度为毫米的刻度尺量出其总厚度，然后将总厚度除以纸的张数，所得的商即是每张纸的厚度。 又如，要测细金属丝的直径，我们只要找一支圆铅笔（或粗细适 当的圆柱体），将金属丝在铅笔上依次密绕适当的圈数，用有毫米刻 度的刻度尺量出这个线圈的长度，再将线圈长除以圈数，所得的商就 是金属丝的直径。 二、化曲为直法 也称棉线法。比较短的曲线，可以用一根弹性不大或没有弹性的柔软棉线替代曲线来测量。方法是把棉线的起点放在曲线的一端点处，让它顺着曲线弯曲，标出曲线另一端点在棉线处的记号作为终点，然后把棉线拉直，用刻度尺量出棉线起点至终点间的距 离，即为曲线长度。 曲线的长度是不易直接测出的，但可以将曲线化为直线，再用工具测出直 线长。例如，测地图上某两城市铁路线的长度，可用棉线使之与地图上的铁路 线重合，再把棉线弄直，用刻度尺测出其长度，即是地图上铁路线的长度。 测出如图所示曲线的长度。 取一段没有弹性的棉线，将它与所示图形完全重合，记下起点和终点位置，然后将棉线拉直后用刻度尺测出两点之间的距离，这一距离即为所示曲线的长度。显然，利用此方法还可测出地图上任意两地铁路线之间的图上距离，结合地图上的比例尺，利用公式“实际距离＝图上距离/比例尺”便可算出两地之间的实际距离。 三、滚轮法 比较长的曲线，可用一轮子，先测出其直径，后求出其周长，再 将轮沿曲线滚动，记下滚动的圈数，最后将轮的周长与轮滚动的圈数 相乘，所得的积就是曲线的长度。 例如，要测运动场上跑道的长，可用已知周长的滚轮在长跑道上 滚动，由滚动的圈数×滚轮的周长，就可算出跑道的长度。 四、平移法 这种测量方法也叫“卡测法”。卡测法对于部分形状规则的物体， 某些长度端点位置模糊，或不易确定，如圆柱体、乒乓球的直径，圆 锥体的高等，需要借助于三角板或桌面将待测物体卡住，把不可直接 测量的长度转移到刻度尺上，从而直接测出该长度。例如，用直角三 角板和刻度尺测球体的直径、圆锥体的高、硬币的直径、圆柱体的直径等都用这种方法。
_能谱法测定_241_Am_n_242_Am_g_m_的反应分支比(精)
第41卷第6期 2007年11月原子能科学技术 AtomicEnergyScienceandTechnologyVol.41,No.6Nov.2007 能谱法测定 241Am(n, )242Amg,m的反应分支比 倪建忠,代义华,张海涛,鲁檑,施艳梅,常永福 (西北核技术研究所,陕西西安 710024) 摘要:研究建立了1种利用能谱测定241Am(n, )242Amg,m的反应分支比K1和K2的方法。利用242Amm与242Amg半衰期差别很大的特点,分两次测量241Am辐照样品中的242Cm含量,分别推算242Amg与242Amm的生成量,从而得到K1和K2。实际分析了某反应堆辐照的样品,测得了该反应堆中子能谱对应的K1和K2值。 关键词:241Am;中子俘获反应;分支比; 能谱法 中图分类号:O571.4 文献标识码:A 文章编号:1000 6931(2007)06 0671 03 241DeterminationofBranchingRatioofAm(n, )Am242g,mWith Spectrometry NIJian zhong,DAIYi hua,ZHANGHai tao,LULei,SHIYan mei,CHANGYong fu (NorthwestInstituteofNuclearTechnology,Xi an710024,China) Abstract:AmethodtodeterminethebranchingratioK1andK2of 242g242241Am(n, )242Amg,m242with spectrometrywasestablished.Basedonthefactthatthehalf lifeofAmmandAmarequitedifferent,theCmactivityofsampleirradiatedinareactorwasmeas uredattwodifferentmoments,thentheproductionamountof242Amgand242Ammduringirra diationwascalculated,finallytheK1andK2wereobtained. Keywords: 241241Am;neutroncapturereaction;branchingratio; spectrometry242g Am发生中子俘获反应生成Am的同 时,还会生成激发态的242Amm。反应及产物的 衰变示于图1。 241Am(n, )Am反应分支比K1和K2随 [1]242g,m入射中子的能量而变化。R.M.Harbour、Y. [2]Shinohara分别于1973年和1997年测量了K1 和K2(表1)。目前,国内尚未进行有关241Am(n, )242Amg,m反应分支比的测定工作。 本工作研究建立1种利用能谱同位素稀 释法测定K1和K2的方法,并获得某反应堆中 子能谱对应的K1和K2
NaI(Tl)闪烁谱仪实验报告材料
实验5：NaI(Tl)闪烁谱仪 实验目的 1． 了解谱仪的工作原理及其使用。 2． 学习分析实验测得的137Cs γ谱之谱形。 3． 测定谱仪的能量分辨率及线性。 容 1． 调整谱仪参量，选择并固定最佳工作条件。 2． 测量137Cs 、65Zn 、60Co 等标准源之γ能谱，确定谱仪的能量分辨率、刻度 能量线性并对137Cs γ谱进行谱形分析。 3． 测量未知γ源的能谱，并确定各条γ射线的能量。 原理 )1(T NaI 闪烁谱仪由)1(T NaI 闪烁体、 光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器（或多道分析器）、定标器等电子学设备组成。图1为)1(T NaI 闪烁谱仪装置的示意图。此种谱仪既能对辐射强度进行测量又可作辐射能量的分析，同时具有对 γ射线探测效率高（比G-M 计数器高几十倍）和分辨时 间短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。
当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程，见表1第一行所示：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对。这些次级电子获得动能见表1第二行所示，次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成光电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来，并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。γ射线与物质的三种作用所产生的次级电子能量各不相同，因此对于一条单能量的γ射线，闪烁探测器输出的次级电子脉冲幅度仍有一个很宽的分布。分布形状决定于三种相互作用的贡献。 表1 γ射线在NaI（Tl）闪烁体中相互作用的基本过程
r射线能谱实验报告
实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目：γ能谱及γ射线的吸收 实验目的： 学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律 实验原理： 1.γ能谱的形状 闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型 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，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全 部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对 Cs 137 ，此能量为0.661Ｍe Ｖ。 C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。 背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。 2．谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度 闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改
变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。例如选择 Cs 137 的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰MeV E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先 分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。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 A B e --= 661 .017.1 （1） 测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。 （2）谱仪分辨率 γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率η为 %100??=?= V V E E 光电峰脉冲幅度半高度η （2） η表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左右。对η的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。 (3)物质对γ射线的吸收 当γ射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束γ射线（或良好几何条件下的射线束）。实验表明，单能窄束γ射线的衰减遵循指数规律： （8）
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。这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离过程，也就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，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图2.2.1-1示意图。这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。这说明只有加入少量激活杂质的晶体才能成为实用的闪烁体。对于无机晶体NaI (T1)而言，其发射光谱最强的波长是415nm的蓝紫光，其强度反映了进入闪烁体内的带电粒子能量的大小。应选择适当大小的闪烁体，可使这些光子一射出闪烁体就被探测到。（2）γ射线与物质的相互作用 γ射线光子与物质原子相互作用的机制主要有以下三种方式： １）光电效应 当能量 E的入射γ光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某
伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告
γ能谱的测量 中山大学 2013级材料物理 供参（吓）考（你），此报告真心累
数据处理 注：本实验所有数据来自文件“蝙蝠侠” 一、改变高压，保持其他条件不变（通道数1024）观察137Cs能谱变化 图1 改变高压，137Cs能谱变化曲线图 分析： 1.137Cs的γ能谱应该呈现三个峰和一个平台的连续分布，从通道低到高依次为X射 线峰、反散射峰、康普顿效应贡献的平台以及反映γ能量的全能峰。高压越大，统计越明显。 2.随着高压增大，全能峰向右移动，并且高度下降、宽度增大。因为闪烁谱仪能量 分辨率不变，高压增大，道址增大，?V V又不变，则?V大，故宽度变大，高道址的粒子数减少，高度下降。 二、改变通道数，保持其他条件不变（高压500V）观察137Cs能谱变化 分析：（见图2） 1.由于通道数1500后粒子数很少，能谱曲线趋于横轴，故横坐标只取到1500， 方便观察。 2.道数越小，全能峰对应的道址越小，全能峰也越高、越瘦。因为道数越小，则 每个道址包含的能量间隔越大，统计的粒子个数就越多，从而使全能峰越高。
三、60Co的γ能谱曲线图（500V，通道数2014） 图3 60Co的γ能谱曲线图
分析： 1.因为全能峰可以表示γ射线的能量，60Co两个峰对应的射线能量在图中标出，分别为 1173keV、1333keV。 2.为探究能谱仪的效率曲线，需要知道每个核素测量所得能谱图的全能峰面积。 计算方法如下： 全能峰面积即图中峰与底部线段所围成的面积，可用能谱曲线下的面积减去线段两端与横轴所围成的梯形面积，而能谱曲线下的面积可用线段之间所有道址对应的粒子数的加和来表示。加和结果通过matlab进行求和而得。虽然计算方式较为粗糙，但基本符合。 对于左侧全能峰：S(E)1=7287-(27+60)*(626-551)/2=3981 对于右侧全能峰：S(E)2=5824-(27+13)*(726-626)/2=3824 四、137Cs的γ能谱曲线图（500V，通道数2014） 图4 137Cs的γ能谱曲线图 分析： 1.全能峰面积为：S(E)=9916-(13+2)*90/2=9241 2.137Cs的γ能谱呈现三个峰和一个平台的连续分布，A为全能峰，这一幅度的脉冲是
闪烁谱仪测γ射线能谱(牛雷)
实验题目: 用闪烁谱仪测γ射线能谱 4+ 实验目的: 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。 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。 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，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对
应γ射线的能量γE 。这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对 Cs 137 ，此能量为0.661Ｍe Ｖ。C E 即为康普 顿边界，对应反冲电子的最大能量。 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 Y A x i s T i t l e X Axis Title X:放大倍数 Y:道址 由图知 Cs 137 的γ能谱光电峰位置与线性放大器放大倍数间有线性关系,斜率为9.77333 2) 测量 Cs 137 和Co 60放射源的γ射线能谱，用已知的光电峰能量值来标定谱仪的 能量刻度，然后计算未知光电峰的能量值。