物质对伽马射线的吸收实验报告

近代物理实验报告指导教师：得分：

实验时间： 2009 年 12 月 14 日，第十六周，周一，第 5-8 节

实验者：班级材料0705 学号 5 姓名童凌炜

同组者：班级材料0705 学号 7 姓名车宏龙

实验地点：综合楼 507

实验条件：室内温度℃，相对湿度 %，室内气压

实验题目：物质对伽马射线的吸收

实验仪器：（注明规格和型号）

射线放射源；闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；吸收片若干。

仪器组成如下图所示：

实验目的：

1.了解掌握射线与物质相互作用的性质和特点

2.学习掌握物质对射线的吸收规律

3.测量射线在不同物质中的吸收系数

4.

实验原理简述：

当原子核发生α和β衰变时，通常衰变到原子

核的激发态，由于处于激发态的原子核是不稳定的，

它要向低激发态跃迁，同时往往放出γ光子，这一现

象称为γ衰变。γ光子会与下列带电体发生相互作

用，原子中的束缚电子，自由电子，库伦场及核子。

这些类型的相互作用可以导致下列三种过程的一种发生：光子完全吸收、弹性散射、非弹性散射。如右所示为为γ射线与物质相互作用的示意图

图中的三种状况分别为：

1. 低能时以光电效应为主。

2. 光子可以被原子或单个电子散射到另一方向，其能量可损失也可不损失。

3. 若入射光子的能量超过，则电子对的生成成为可能

从上面的讨论可以清楚地看到，当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应能量损失，γ射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为的光子就消失，或散射后能量改变、偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射束中移去。γ射线穿过物质是，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”来表示γ射线对物质的穿透情况。

本实验研究的主要是窄束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分的射线束通过吸收后的光子，仅由未经相互作用或未经碰撞的光子组成。射线束有一定宽度，只要没有散射光子，就可称之为“窄束”。

射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即x

e I I μ-=0

I 和0I 分别是穿透物质前后的γ射线强度；x 是γ射线穿过物质的厚度是光电、康普顿、电子对三种

效应截面之和；N 是吸收物质单位体积中的原子数；μ是物质的吸收系数， 反映了物质吸γ收射线能力的大小， 并且可以分解成这样几项： p c ph μμμμ++=

γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而改变。

如右所示， 图中给出了铅对γ射线的吸收系数与γ射线能量的线性关系图。

实际中通常用质量厚度)(2

-⋅⋅=cm g x R m ρ来表示

吸收体的厚度，以消除密度的影响， 则射线强度的表达式修改为：ρ

μ/0)(m R m e I R I -=

计数率N 总是与该时刻的射线强度成正比，因此可得：0InN R InN m +-

=ρ

μ

将对数形式的吸收曲线表达为图像， 得到这样的一条直线， 如右图所示.

并且可以从这条直线的斜率求出

1

21

2m m R R InN InN --=-

ρμ 而物质对射线的吸收也可用“半吸收厚度”表示，记作μ

μ

693

.02

2/1=

=

In d

实验步骤简述：

1 准备

1.1 在教师指导下，熟悉整套实验装置。

1.2 检查仪器线路连接是否正确。开启总电源，开启计算机。

1.3 放大盒前面板的HV 钮反时针扭转到最小，开通放大盒电路，慢慢顺时针转动HV 钮，按放大盒面板上的HV 值加高压。稳定15min 。

1.4 取下放射源Cs 137一枚。

1.5

打开并放好放射源Cs 137，探测器对准放射源。

1.6 熟悉计算机软件的使用。 1.7

2

测量铝对γ射线的吸收 2.1 在闪烁探测器和放射源之间加上4片已知质量厚度的铝吸收片。

2.2 调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。 2.3 启动计数器，探测到设定时间。

2.4 记录峰道值和峰的“净面积“；记录吸收片的总质量厚度。

2.5

依次一片片取下铝吸收片，重复和，测量3片、2片、1片和没有铝片时γ对射线

的吸收。

2.6

3 测量铅对射线的吸收

3.1 将铝片换成铅片，重复步骤2全部，测量铅对γ射线的吸收。

3.2 4 结束实验

4.1 关闭计算机。 4.2 慢慢旋转放大盒前面板上的HV 钮反时针扭转到最小。电压降为0后，关闭放大盒电源。

4.3 将全部放射源放回库房，关闭总电源。 4.4 充分吸收后，结束本次实验。经教师同意后，可以离开实验室。

原始数据、 数据处理及误差计算：

实验中获得的原始数据如下， 其中峰净面积已经由软件自动按照TPA 法计算完成 Al 样品：

R/g*cm-2 0 N 6346

4801

4143

3353

2970

ln(N)

Lf,Rf

560,707 553,707 564,706 572,708 548,676

R/g*cm-2 0 N 6346

5198

4217

3570

2785

ln(N)

Lf,Rf

560,707 560,701 561,705 552,691 593,730

吸收系数的计算：

1. Al 样品

1.1 作图法计算

1.2 由于有关系式0InN R InN m +-

=ρ

μ

存在， 以lnN 为应变量， 质量厚度R 为自变量， 则函数图像的斜率ρ

μ-

=k 将lnN 和R 画出函数图像， 如下所示：