Nal γ閃爍譜儀及γ射線能譜的測(cè)量

1、近代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 院數(shù)理與信息工程學(xué)院班級(jí) 物理092姓名艾合買提江學(xué) 號(hào) 09180218時(shí) 間 2011年9月26日Nal（Tl） Y閃爍譜儀及Y射線能譜的測(cè)量摘要: 放射性物質(zhì)含有許多不穩(wěn)定的原子。這些源自在核衰變時(shí)輻射曲，8 , Y射線和中子流等，并且都具有一定的能量。Y射線是原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)或基態(tài)時(shí)所產(chǎn) 生的一種輻射。它是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，其輻射能量標(biāo)示為E r=E i E f=hv,其中E i和E f分別為原子核所處的未態(tài)和初態(tài)的能量。V是Y射線光子的頻率。本實(shí)驗(yàn)將Y射線的次級(jí) 電子按不同能量分別進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量，從而得到Y(jié)輻射強(qiáng)度按能量的分布，即所謂能譜丫射線能譜物

2、質(zhì)吸收系數(shù)|J光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)引言：原子核由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)輻射射線，它是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，其能量由 原子核躍遷前后的能級(jí)差來表示即:射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用則產(chǎn)生次級(jí)電子或能量較低的 射線，將射線的次級(jí)電子按不同能量分別進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量，從而得到輻射強(qiáng)度按能量的分布， 即為“能譜”。測(cè)量能譜的裝置稱為“能譜儀”。閃爍探測(cè)器是利用帶電粒子或非帶電粒子與某些物質(zhì)的相互作用下轉(zhuǎn)化成為帶電粒子 對(duì)物質(zhì)原子的激發(fā)，從而會(huì)產(chǎn)生發(fā)光效應(yīng)的特性來測(cè)量射線的儀器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是即能測(cè) 量各種類型的帶電粒子，又能探測(cè)中性粒子；即能測(cè)量粒子強(qiáng)度，又能測(cè)量粒子能量；并且 探測(cè)效率高。Y射線，又稱Y粒

3、子流，是原子核能級(jí)躍遷蛻變時(shí)釋放出的射線，是波長(zhǎng)短于0.2埃 的電磁波。首先由法國(guó)科學(xué)家P.V.維拉德發(fā)現(xiàn)，是繼a、8射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原 子核射線。原子核衰變和核反應(yīng)均可產(chǎn)生 Y射線。Y射線的波長(zhǎng)比X射線要短，所以Y射線具有比X射線還要強(qiáng)的穿透能力。當(dāng) Y射線通過物質(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)。原子核釋放出的Y光子與核外電子相碰時(shí)，會(huì)把全部能量交給電子，使電子 電離成為光電子，此即光電效應(yīng)。由于核外電子殼層出現(xiàn)空位，將產(chǎn)生內(nèi)層電子的躍 遷并發(fā)射X射線標(biāo)識(shí)譜。高能Y光子（ 2兆電子伏特）的光電效應(yīng)較弱。Y光子 的能量較高時(shí)，除上述光電效應(yīng)外，還可能與核

4、外電子發(fā)生彈性碰撞，Y光子的能量和運(yùn)動(dòng)方向均有改變，從而產(chǎn)生康普頓效應(yīng)。當(dāng) Y光子的能量大于電子靜質(zhì)量的兩 倍時(shí)，由于受原子核的作用而轉(zhuǎn)變成正負(fù)電子對(duì)，此效應(yīng)隨Y光子能量的增高而增強(qiáng)。Y光子不帶電，故不能用磁偏轉(zhuǎn)法測(cè)出其能量，通常利用Y光子造成的上述次級(jí)效應(yīng)間接求出，例如通過測(cè)量光電子或正負(fù)電子對(duì)的能量推算出來。 此外還可用Y 譜儀（利用晶體對(duì)Y射線的衍射）直接測(cè)量Y光子的能量。由熒光晶體、光電倍增 管和電子儀器組成的閃爍計(jì)數(shù)器是探測(cè) Y射線強(qiáng)度的常用儀器。通過對(duì)Y射線譜的研究可了解核的能級(jí)結(jié)構(gòu)。Y射線有很強(qiáng)的穿透力，工業(yè)中可 用來探傷或流水線的自動(dòng)控制。Y射線對(duì)細(xì)胞有殺傷力，醫(yī)療上用來治療腫

5、瘤。Y射線 是原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)或基態(tài)時(shí)所發(fā)出的一種輻射，其輻射的能量由原子核躍遷 前后兩能級(jí)的能量之差決定。由于Y射線的能量與原子核激發(fā)態(tài)的能級(jí)密切相關(guān)，因此，Y 射線能量的測(cè)量對(duì)于了解原子核的結(jié)構(gòu)、獲得原子核內(nèi)部的信息是一個(gè)十分重要的途徑。正文實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忾W爍探測(cè)器的結(jié)構(gòu)、原理；掌握Nal (T1)單晶丫閃爍譜儀的幾個(gè)性能指標(biāo)和測(cè)試方法；了解和電子學(xué)儀器的數(shù)據(jù)采集、記錄方法和數(shù)據(jù)處理原理；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)會(huì)NaI(Tl)單晶丫閃爍譜儀整套裝置的操作、調(diào)整和使用，調(diào)試一臺(tái)譜儀至正常工作 狀態(tài)。測(cè)量137Cs的Y能譜，求出能量分辨率、峰康比、線性等各項(xiàng)指標(biāo)，并分析譜形。了解多道脈沖幅度分析

6、器在NaI(Tl)單晶Y譜測(cè)量中的數(shù)據(jù)采集及其基本功能數(shù)據(jù)處理(包括對(duì)譜形進(jìn)行光滑、尋峰，曲線擬合等)。實(shí)驗(yàn)原理Y射線能譜的測(cè)量閃爍探測(cè)器的工作可分為五個(gè)相互聯(lián)系的過程：射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離 和激發(fā)；受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子；利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效 應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子；光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個(gè)增加到104109個(gè)，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn) 生電信號(hào)；此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。某些物質(zhì)的原子核能發(fā)生衰變，放出我們?nèi)庋劭床灰娨哺杏X不到的射線，核輻射主要有 a、8、y

7、三種射線。我們通過不同的實(shí)驗(yàn)儀器能夠探測(cè)到這些肉眼無法看見的射線。本實(shí) 驗(yàn)使用的是Y閃爍譜儀。Y閃爍譜儀內(nèi)部含有閃爍體，可以把射線的能量轉(zhuǎn)變成光能。實(shí)驗(yàn) 中采用含TI (鉈)的NaI晶體作Y射線的探測(cè)器。由原子物理學(xué)中可知Y射線與物質(zhì)的相互作用主要是光電效應(yīng)、康普頓散射和正、負(fù)電 子對(duì)產(chǎn)生這三種過程，最終實(shí)現(xiàn)了能譜圖樣的輸出如下：圖中的橫坐標(biāo)CH表示道數(shù)，與能量成正比，縱坐標(biāo)表示強(qiáng)度，也就是射線的密集程度， 與計(jì)數(shù)成正比。顯然多于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了多個(gè)峰值，但是B/C/D這三個(gè)峰值的能量比較低，不適合我們記錄， 為了能夠同時(shí)獲得高能量以及大密集度的峰值我們選取最右端的峰值，也就是A峰。這個(gè) 峰我們又把

8、它稱為全能峰。實(shí)驗(yàn)過程中要保證最終的峰值與圖中A峰的CH （道數(shù)）盡量的 接近，這樣測(cè)得的結(jié)果才有實(shí)驗(yàn)價(jià)值。由于射線與物質(zhì)相互作用，導(dǎo)致射線通過一定厚度物質(zhì)后，能量或強(qiáng)度有一定的減弱， 稱為物質(zhì)對(duì)射線的吸收。研究物質(zhì)對(duì)射線的吸收規(guī)律，不同物質(zhì)的吸收性能等，在防護(hù)核輻 射、核技術(shù)應(yīng)用和材料科學(xué)等許多領(lǐng)域都有重要意義。實(shí)驗(yàn)裝置町醐蛔爵.散實(shí)驗(yàn)步驟：熟悉儀器，檢查儀器安裝是否正確，特別注意高壓調(diào)節(jié)至0，以免接通電源后對(duì)閃爍探 測(cè)器的沖擊，影響儀器工作狀態(tài)和使用壽命，然后接通電源并預(yù)熱20分鐘左右。放上6Co放射源，打開蓋子；并使探測(cè)器大致對(duì)準(zhǔn)放射源出射口。運(yùn)行多道分析軟件開始計(jì)數(shù)測(cè)量。為了提高數(shù)據(jù)采

9、集的速度及能量分辨率，參數(shù)范圍設(shè) 置在512道，時(shí)間預(yù)置為500，并調(diào)節(jié)道數(shù)坐標(biāo)320，縱軸刻度為自動(dòng)線性顯示。調(diào)節(jié)電壓（700左右，不能超過900V）至合適值，線性放大調(diào)節(jié)到0.3倍，開始計(jì)數(shù)測(cè) 量，記錄總計(jì)數(shù)率。5 .文件保存為a.chn并按下清零按鈕。對(duì)探測(cè)器位置稍作調(diào)節(jié)，其他設(shè)置保持不變開始測(cè)量，記錄總計(jì)數(shù)率。文件另保存為b.chn并按下清零按鈕。又對(duì)探測(cè)器位置稍作調(diào)節(jié)，其他設(shè)置保持不變開始測(cè)量，記錄總計(jì)數(shù)率。文件另保存為c.ch。以上步驟是60Co的Y射線能譜測(cè)量，接下來是137Cs的Y射線能譜測(cè)量換137Cs輻射源，在測(cè)量過程中，除了注意時(shí)間預(yù)置為300，并調(diào)節(jié)道數(shù)坐標(biāo)160之外，

10、其他 步驟與60Co的Y射線能譜測(cè)量類似，得到A.chn、B.chn、C.chn。最后分析并打印出實(shí)驗(yàn)所得的圖像1、2 （a、b、c文件中取總計(jì)數(shù)率最大文件中的圖像 1； A、B、C文件中取總計(jì)數(shù)率最大文件中的圖像2），實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理實(shí)驗(yàn)儀器，老師簽字。 能譜測(cè)量數(shù)據(jù)：60。，電壓為684大倍數(shù)為0.3倍總計(jì)數(shù)率峰位半高寬凈面積分辨率道數(shù)計(jì)數(shù)4426th=318.8 5chn15.15chn32434.75%3206894504th=319.5 1chn18.47chn,29355.78%32065413Cs，電壓為668大倍數(shù)為0.3倍總計(jì)數(shù)率峰位半高寬凈面積分辨率道數(shù)計(jì)數(shù)27286功159

11、.5314.45986589.06%160238927416th159.8614.71999449.20%160262427965th160.2015.151020529.46%1602498實(shí)驗(yàn)總結(jié)在本次實(shí)驗(yàn)中有很多值得注意的地方，如對(duì)于放射源的操作。雖然放射源所開的孔很小， 但操作仍要十分小心，在擰開或關(guān)閉放射源蓋子時(shí)，需從側(cè)面慢慢蓋上或取下。對(duì)于暫時(shí)不 用的放射源應(yīng)將它保存于抽屜中，切不可放在桌角等處，以防放射源掉下來造成嚴(yán)重的后果。 實(shí)驗(yàn)問題分析1、為何分析儀需要將電壓調(diào)零后關(guān)機(jī)？答：儀器啟動(dòng)時(shí)會(huì)有瞬間高壓產(chǎn)生，分析儀能產(chǎn)生170%的高壓，若在700V左右工作電 壓?jiǎn)?dòng)，則開機(jī)時(shí)會(huì)擊穿光電倍增管。2、實(shí)驗(yàn)中Cs137測(cè)量時(shí)間為300秒，Co60測(cè)量時(shí)間為500秒，可不可以講測(cè)量時(shí)間互 換？答：不能Cs放射性強(qiáng)，技術(shù)強(qiáng)，300s吸收已