反符合法提高γ譜的峰康比

1、反符合法提高譜的峰康比一、 實驗目的：（1）、了解反符合方法的基本原理，及其在核物理實驗中的應用；（2）、用反符合屏蔽提高137cs能譜的峰康比；二、 實驗儀器：主晶體-nai(tl)閃爍晶體1塊、反符合晶體-環(huán)形塑料閃爍晶體1塊、光電倍增管(gdb-44) 5支、高壓電源(fh1034a) 5臺、低壓電源(fh1031a) 2臺、線性放大器(fh1001a) 5個、定時單道分析器(fh1007a) 2個、符合單元(fh1014a) 1個、慢線性門(fh1065a) 1個、延遲放大器(fh4037) 1個、混合相加器(fh1018a) 1個、定標器(fh1011a) 1個、多道分析系統(tǒng)(bh1

2、324 mca) 1個、雙蹤示波器(hong hua cos5020ch 20mhz)1臺137cs放射源1個三、 實驗原理：（1） 137cs源的射線在閃爍體中相互作用機制射線的探測和能譜的分析是通過射線與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的次級電子效應（光電效應、康普頓效應和電子對效應）來實現(xiàn)的。137cs源的射線能量為0.662mev，在閃爍體中只能發(fā)生光電效應和康普頓效應。當發(fā)生光電效應時，射線將能量直接轉(zhuǎn)移給產(chǎn)生的光電子，光電子在閃爍體中電離引起發(fā)光，發(fā)光強度與電子能量正相關，并最終體現(xiàn)在電信號的幅度上，在多道中出現(xiàn)在全能峰（或光電峰）的位置。當發(fā)生康普頓散射時，能量為h的射線把一部分能量傳給次級電

3、子在閃爍體中引起電離發(fā)光，另一部分能來能量h由散射光子帶走。如果散射光子沒能逃逸出閃爍晶體，而是進一步發(fā)生光電效應，在一個較短的時間間隔內(nèi)可以認為此過程的光電子和入射光子產(chǎn)生康普頓電子是同時的，電子電離發(fā)光的光輸出將迭加在一起，與全能峰的能量相等，最終效果是增加全能峰的計數(shù)；如果散射光子逃逸出了閃爍晶體，則只有康普頓電子在晶體內(nèi)電離發(fā)光，發(fā)光強度顯著變小，偏離全能峰的道址，因為反沖電子的能量是連續(xù)分布的，對應的發(fā)光強度也是連續(xù)分布的，最終在能譜多道上呈現(xiàn)出一個“坪臺”，即康普頓坪。（2） 射線能譜的峰康比在小體積晶體的單晶譜儀，射線能量不能被全部吸收，大量康普頓散射光子逃逸出晶體，使康普頓坪區(qū)

4、有較高的計數(shù)。當有多種射線入射時，對射線能量的分辨及他們相對強度的確定都非常不利，因此低能射線的全能峰有可能被高能射線的康普頓電子譜所淹沒。射線能譜的峰康比是指全能峰中心道的最大計數(shù)與康普頓坪內(nèi)的平均計數(shù)之比，它是譜儀的重要性能指標之一，標志著存在高能強峰時探測低能弱峰的能力。如果一個峰落在另一個譜線的康普頓坪上，峰康比越大，越便于觀察和分析。反符合屏蔽裝置的全吸收譜儀就是用來提高能譜的峰康比的。（3） 反符合法提高譜儀的峰康比利用反符合方法，將上述康普頓效應中反沖電子產(chǎn)生的脈沖和散射光子產(chǎn)生的光電脈沖同時輸入反符合電路，那時反符合電路沒有脈沖輸出，即排除了同時事件。由此減少了反沖電子產(chǎn)生的脈

5、沖計數(shù)，達到降低康普頓電子譜的目的。反符合屏蔽全吸收譜儀的實驗裝置設計圖如圖1所示。其中a是主探測器，探頭由nai(tl)晶體、光電倍增管和前置放大器組成。b是反符合探測器，探頭由4塊塑料晶體環(huán)繞包圍nai（tl）晶體、4個光電倍增管和4個前置放大器組成。當射線射入晶體a時，若康普頓散射后的光子逸出晶體a，其大部分將被晶體b吸收而記錄下來。將a、b晶體記錄的脈沖分別輸入線形脈沖放大器ii和i，然后將此兩路脈沖同時輸入反符合電路的分析道和反符合道，則反符合電路輸出的脈沖已排除了由時間關聯(lián)的事件，既消除了主探測器a輸出脈沖中的逸出光子事件，實驗線路框圖如圖2所示。圖1、反符合屏蔽全吸收譜儀的實驗裝

6、置示意圖圖2、反符合屏蔽全吸收譜儀的實驗線路框圖四、 實驗步驟： 打開低壓電源使前置放大器處于工作狀態(tài)，再打開高壓電源預熱60s； 調(diào)節(jié)主探頭的工作電壓和放大倍數(shù)，用示波器觀察，使放大器的輸出信號幅度約為6-8v； 分別調(diào)節(jié)外圍探頭1到4的工作電壓和放大倍數(shù)，并分別將各路探頭的放大器輸出信號輸入定標器，使3s的計數(shù)約為1500。各探頭的高壓讀數(shù)應為應600v-900v之間； 調(diào)節(jié)符合單元中主探頭信號和外圍探頭信號的相對延遲時間，測量nc-td曲線，每次計數(shù)時間30s，確定最佳延遲時間td0； 調(diào)節(jié)兩單道閾值，分別測量3.0us和4.5us時（即不同閾值下測量在nc-td曲線底端和頂端）的計數(shù)，

7、比較各閾值下的n/n值，選擇一個最大值對應的閾值，盡可能降低閾值以增加計數(shù)同時又能有效壓制噪聲； 把反符合輸出信號輸入慢線形門的“門輸入”端口，經(jīng)過延遲放大器的主探頭信號輸入慢型形門的“輸入”端口，用雙蹤示波器觀察這兩路信號。改變延遲放大器的延遲時間，使這兩路信號實現(xiàn)“同時”輸入； 改變慢線形門的“門寬”時間，用雙蹤示波器觀察其對主探頭信號的影響，選擇一個最優(yōu)的門寬時間； 用微機多道測量有、無反符合兩種情況下的137cs的能譜，比較二者的峰康比，觀察反符合法對峰康比的改進效果； 保存實驗結果，將高壓電源輸出全部將為0，關閉電源，規(guī)整儀器。五、實驗結果和分析（1） 系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)： 主探頭a：

8、 高壓：601v 線形放大器放大倍數(shù)：4x1.442=5.768 137cs源下的輸出信號幅度：約7.2v 1號探頭： 高壓：1500v x 0.50 = 750 v 線性放大器放大倍數(shù)：32x1.498=47.936 3s 內(nèi)輸出計數(shù)：1558 2號探頭： 高壓：1500v x 0.53 = 795 v 線性放大器放大倍數(shù)：16x1.824=29.184 3s 內(nèi)輸出計數(shù)：1514 3號探頭： 高壓：1500v x 0.586 = 879v 線性放大器放大倍數(shù)：256x1.650=422.4 3s 內(nèi)輸出計數(shù)：1291 4號探頭： 高壓：1500v x 0.49 = 735 v 線性放大器放

9、大倍數(shù)：16x1.802=28.832 3s 內(nèi)輸出計數(shù)：1490 延遲放大器延遲時間：6 us 慢線性門門寬：2 us（2） 符合單元的最優(yōu)相對延遲時間選擇i路的延遲時間固定為4us，調(diào)整另一路延遲時間td。定標器計數(shù)時間選擇為30s，根據(jù)表1和圖3，選擇最優(yōu)延遲時間為3.0us，即相對延遲時間為1us。表1、符合單元的nc-td曲線數(shù)據(jù)td (us)11.522.32.52.62.72.8nc1595915565157111544814311135801340013386td (us)2.933.13.23.33.43.53.6nc13242131971340513345134541343

10、11329213692td (us)3.73.844.556nc142591503615622155321557515649圖3、符合單元的nc-td曲線（3） 單道閾值的選擇根據(jù)nc-td曲線選擇td=3.0 us和4.5us的計數(shù)作為nc-td曲線的谷底計數(shù)和頂端計數(shù)，調(diào)節(jié)閾值，用定標器計數(shù)30s，比較閾值對n/n0的影響。根據(jù)表2，選擇閾值為0.1，此閾值下n/n0最大，即保證了計數(shù)又有效壓低了噪聲的影響。表2、單道閾值對有效信號符合比n/n0的影響閾值0.040.10.20.30.40.53.0us計數(shù)1357613126134221360713493131334.5us計數(shù)158111559115579156101544314714n/n014.14%15.81%13.85%12.83%12.63%10.74%（4） 有、無反符合下137cs的能譜峰康比的比較有反符合條件下的137cs的能譜如圖4所示。無反符合條件下的137cs的能譜如圖5所示。表3、有、無反符合下137cs的能譜峰康比能譜參數(shù)無反符合有反符合峰位道址834857峰中心道計數(shù)21221909fwhm76.080.6分辨率9.1%9.4%