物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)定.doc

物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告物理072 陳煥 07180217摘要：本文主要介紹了鋼的射線衰減系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)原理，最小二乘法原理以及測(cè)定的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，最后是對(duì)得到的數(shù)據(jù)的分析和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。關(guān)鍵詞：鋼的射線衰減系數(shù) 最小二乘法原理 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 數(shù)據(jù)的分析 實(shí)驗(yàn)總結(jié)引言： 核物理學(xué)又稱原子核物理學(xué)，是20世紀(jì)新建立的一個(gè)物理學(xué)分支。它研究原子核的結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律；射線束的產(chǎn)生、探測(cè)和分析技術(shù)；以及同核能、核技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的物理問(wèn)題。它是一門既有深刻理論意義，又有重大實(shí)踐意義的學(xué)科。射線由法國(guó)科學(xué)家P.V.維拉德發(fā)現(xiàn)，是繼、射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線。射線是因核能級(jí)間的躍遷而產(chǎn)生，原子核衰變和核反應(yīng)均可產(chǎn)生射線 。射線具有比X射線還要強(qiáng)的穿透能力。當(dāng)射線通過(guò)物質(zhì)并與原子相互作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和正負(fù)電子對(duì)三種效應(yīng)。一、 實(shí)驗(yàn)儀器和材料：CD-5OBGA+型CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀 鋼質(zhì)臺(tái)階形測(cè)試件二、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減規(guī)律（朗伯比爾定律）：對(duì)上式取對(duì)數(shù)：如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得射線穿過(guò)不同厚度鋼的計(jì)數(shù)值，通過(guò)最小二乘法可以求得鋼的衰減系數(shù)。射線與物質(zhì)相互作用，可以有許多種方式。當(dāng)射線的能量不太高時(shí)，在所有相互作用方式中，最主要的三種方式包括光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。因此，在射線的能量不太高時(shí)，衰減截面是光電效應(yīng)截面、康普頓效應(yīng)截面和電子對(duì)效應(yīng)截面之和。即：射線與物質(zhì)相互作用的衰減系數(shù)：由于，式中A為原子質(zhì)量數(shù)，為阿伏伽德羅常數(shù)。令，稱為質(zhì)量衰減系數(shù)，則射線穿過(guò)物質(zhì)的距離d時(shí)的強(qiáng)度衰減為：上式可以看出，射線的衰減與物質(zhì)的密度有關(guān)，物質(zhì)的密度越大，射線衰減越快。三、最小二乘法擬合直線 最小二乘法擬合曲線的原理是：若能找到最佳的擬合曲線，那么該擬合曲線與各測(cè)量值之偏差的平方和，在所有擬合曲線中應(yīng)最小。 現(xiàn)假設(shè)存在線性關(guān)系，其函數(shù)關(guān)系為：。由實(shí)驗(yàn)測(cè)量出一組數(shù)據(jù)，因?yàn)闇y(cè)量總會(huì)有誤差，所以都有誤差，但的誤差小得多，為了討論簡(jiǎn)便，我們認(rèn)為值是準(zhǔn)確的，而所有誤差都只與有關(guān)。 根據(jù)最小乘法原理，有偏差平方和為最小，即： 在上式中，（=0時(shí)，）是已經(jīng)測(cè)量的量，上式只有一個(gè)變量，上式兩邊對(duì)k求偏導(dǎo)數(shù)為零，即： 即：k為各物質(zhì)的衰減系數(shù)：=k。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)過(guò)程使用的是CD-50BGA+型CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，將鋼塊放在掃描臺(tái)上，點(diǎn)開(kāi)軟件，設(shè)置時(shí)間為0.4s，并檢驗(yàn)掃描的部位位于鋼塊從上往下看的三分之一處，然后開(kāi)始掃描，重復(fù)3次。結(jié)束后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄射線穿過(guò)不同厚度鋼的計(jì)數(shù)值，用最小二乘法擬合成直線，計(jì)算出衰減系數(shù)。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)見(jiàn)附表。五、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)最終得到的=0.0554，掃描的圖像是衰減后的計(jì)數(shù)值與鋼的厚度的關(guān)系。做完本次實(shí)驗(yàn)讓我聯(lián)想到上學(xué)期做的射線吸收系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，兩者相比較，最大的區(qū)別在于本次測(cè)量針對(duì)物質(zhì)，上學(xué)期針對(duì)的是射線本身；從實(shí)驗(yàn)儀器上來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)使用的是CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，射線吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)用的是相對(duì)論效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀；從數(shù)據(jù)處理上來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)用最小二乘法擬合直線求衰減系數(shù)，誤差