β半吸收厚度实验报告
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图一：电子与物质相互作用示意图
② 本底确定： 本实验装置虽然采用了薄窗 NaI( T1) 闪烁探测器,但由于其对β-和低能γ射线都 灵敏，从而造成较高的本底计数。因此， 提 高半吸收厚度测量的精度关键在于准确测 量和减少本底计数,实验中的本底计数主要 来自于轫致辐射产生的光子以及电子与物
总本底计数基本趋于定值， 使得透射率在降 至 10-1-10-2 之间时吸收曲线便趋于平坦，此 时的计数就可以作为本底。
240 300
铝箔厚度 （μm） 0 60
单能电子 峰道址 626 614
E（MeV） 1.1 1.079
360.96
（A，L）拟合：
E E1 1 dE ( ) 0 1.2963Mev·cm 2 / g dx T E E1 E 0 1.09 Mev 2
利用线性插值法求得铝箔对能量为 1.09Mev 的 电 子 的 组 织 本 领 是
d1/2。射程与半吸收厚度之间有
一定的比例关系， 它们都能反映物质对β射 线的吸收能力， 所以测量半吸收厚度对于β 射线的屏蔽具有实际意义。 实验中，采取逐渐增加吸收物质厚度， 直到吸收强度减弱到无吸收片时的一半， 从 而确定此能量电子的半吸收厚度。
5 图三：实验仪器示意图
阻止本领
本实验的筛选是通过真空半圆聚焦β 磁分析器完成，其原理如图。不同能量β粒 子在磁场中的偏转半径不同， 由此出射孔位 置不同，由此选择特定的出射孔，即选择了 特定的粒子能量和出射方向， 也就是 “单能、 窄束”电子。
137
CH 660 766 372
净计数法。 【实验仪器】 ①半圆聚焦β磁谱仪； ②β放射源：90Sr-90Y； ③137Cs 和 60Coγ标准放射源(能量刻度用)； ④NaI(Tl)闪烁探测器； ⑤60μm 铝箔若干； ⑥线性放大器； ⑦多道脉冲幅度分析器； ⑧计算机安装虚拟软驱以及 UMS36 软件；
L 3337.1 A3 6703.9 A2 3543.6 A 171.98
当 A=1/2 时，L=343.68μm。 【实验结论】 由实验测得，能量为 1.1Mev 的单能电子， 半吸收厚度为 L=343.68μm。 由表 4 可知，能量为 1.1Mev 的单能电子半 吸收厚度经验值为 d1/2=390μm。 则误差为
1/2，记做
单能电子：
原子核在β衰变过程中， 不仅放出一个 β粒子， 还放出一个不带电的中性粒子—— 中微子，因此β粒子、中微子和反冲核之间 的能量分配可以出现各种情况， 均满足动量 守恒和能量守恒，即β粒子的能量从零到 Em 之间都有可能出现。而本实验测量需要 “单能、窄束”的电子流，就需要对放射源 放射的不同量的 射线进行筛选。
β射线的半吸收厚度测量
刘丰，高树超，陈建樵，常笑彬，郑万里，范海民，蒋之森，蒋彦，何玥， 甘娉娉，曾庆波，熊雄，何海涛 （四川大学物理科学与技术学院 核工程与核技术 成都）
【实验目的】
1 2
质作用时的散射电子。 轫致辐射主要来自四 部分,其一为β-放射源与源周围的防护层作 用而产生的轫致射； 其二为电子从均匀磁场 出射时与真空盒的支撑铝壁作用时产生的 轫致辐射； 其三为电子与准直器作用时产生 的轫致辐射； 其四为电子与铝吸收片作用时 产生的轫致辐射。散射电子主要有两部分， 其一为从真空盒出来的电子与准直器边缘 的散射。其次电随着吸收片厚度的不断增 加，电子与吸收片之间的散射也不断的加 强。除上述因素外，环境辐射及宇宙射线也 会产生一定的本底计数， 这部分包含在后叙 的本底中。探测系统描述如图 2 所示，电子 先经过宽 4.2mm 的准直孔入射到吸收片上， 再进入探测器。 因探测器晶体相对出射电子 的立体角很小， 因此电子与吸收片作用产生 的轫致辐射和大角度散射的电子大部分无 法进入晶体， 故这部分本底计数的变化对总 的本底计数的影响很小。当探测器固定时，
7
阻止本领是用来描述入射带电粒子在 介质中每单位路径长度上损失的平 均能
量的物理量， 是研究带电粒子与物质相互作 用的主要内容之一。 测得不同能量的单能电 子在物质中的能量损失， 求这一物质在不同 能量时的总质量阻止本领。 实际工作中常采用质量阻止本领 dE/dx，由于β衰变中释放出的衰变能被发 射角度任意的电子、 反中微子和反冲核三者 之间分配， 所以电子的动能可以在零到衰变 能 Q 之间变化，形成一个连续谱。例如本实
60
【实验步骤】 ① 检查仪器是否完好， 并且按示意图连接； ② 用标准源做能量刻度： （高压 744V） 测 137Cs 的γ能谱，记录 0.662MeV 全能峰 在 多 道 能 谱 分 析 器 上 对 应 的 道 数 CH3 。 测
60
Co 的 γ 能 谱 ， 记 录 下 1.17MeV 和
1.33MeV 两个全能峰在多道能谱分析器上 对应的道数 CH1、CH2；运用最小二乘法拟 合得到能量—道数定标曲线。 利用多道分析 器的能量刻度功能在多道上刻度能量。 表 1：能量刻度数据记录 E（MeV） Co 1.17 1.33
d1/2（μm） 300 390 420 450 480
表 5：插入不同厚度铝箔的计数 插入铝箔 厚度 L （μm） 0 60 120 180 本底计 数 Nb 40679 38576 33934 26244 20772 13992 13375 全能峰有 效计数 N 38192 32820 26924 25460 24193 22002 17388 A=N/N0
3
将γ放射源移开，打开机械泵抽真空。 罩好有机玻璃罩，打开β放射源。把探测器 置于合适位置，使单能电子峰位于上述能 量。固定此位置，记录单能电子的能量。
表 2：能量测定数据记录
表4：半吸收厚度经验值
E（MeV） 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 次数 1 2 3 道数 509 626 743 能量（MeV） 0.9 1.1 1.3
全能峰总 计数 Ni 78871 71396 60858 51704 44965 35994 30763
④ 铝箔对单能电子阻止本领的测定： 定时 300 秒，测量不加铝箔及插入 60 μ m 铝箔的能谱，记录其全能峰峰位及能 量。
表 3：阻止本领测量数据记录
1 0.859 0.705 0.667 0.633 0.576 0.455
Cs
0.662
拟合：E=0.00171CH+0.02925 ③ 单能电子能量选定及获得： 整套仪器对低能部分电子能谱的探测 精度较低，对高能电子因其穿透的 AL 吸收 片的厚度太大， 准直器后面能够插入吸收片 的厚度有限，实验难以进行，因此本实验选 择中间的三个能量 0.9/1.1/1.3MeV 进行试 验。
1.2963Mev·cm 2 / g
⑤ 铝箔对单能电子半吸收厚度的测量： 选择能量为 1.1Mev 的单能电子， 定时 300 秒， 依次测量不加铝箔， 加 60μm， 120 μm，180μm，240μm，300μm，360.96 μm，铝箔后单能电子的能谱图。
390 m 343.68m 11 .9% 。 390 m
误差原因： ①采用了薄窗 NaI( T1) 闪烁探测器,但由于 其对β-和低能γ射线都灵敏，从而造成较 高的本底计数。
4
②电随着吸收片厚度的不断增加， 电子与吸 收片之间的散射也不断的加强。 同时由于选 择的铝箔不平整、贴合不紧密，也增加了电 子的散射。 ③铝箔厚度测量存在较大误差。
5
了解β粒子与物质作用的特性； 测量β射线在物质中的半吸收厚 度；
3
测量物质对单能电子的阻止本领。
【实验原理】 ① β射线与物质相互作用： 电子与物质作用过程比较复杂, 与物质发 生相互作用时主要有三种形式: 与核外电 子发生非弹性碰撞—引起电离或激发; 与 原子核发生非弹性碰撞— 导致轫致辐射; 与原子核发生弹性碰撞—库仑散射。 图1 画 出了电子与物质发生主要相互作用后的综 合示意图：
2
数据处理：
图四：四种峰面积计算方法
半峰净计数法需确定峰位、 右边界和本 底的左边界．由于全能峰有较长的尾巴， 因 此右边界的选取较为困难；同时如图中所 示，轫致辐射和全能峰之间非常平滑，因此 左边界的选择尤其困难。 即便对于同样的实 验数据，不同的实验者选取的左右边界不 同，计算得到的半吸收厚度相差非常大。 因 此半峰净计数法用于计算半吸收厚度存在 一定的困难，且结果准确性较差。同理 TPA 法也存在边界选择的问题， 而且由于用了左 半峰的数据， 因此其精度不可能比半峰净计 数法高。而 Wasson 法的总计数的边界选取 较为简单，且非常客观。但其本底边界的选 择存在同半峰净计数法相似的问题，较难 选。因此其精度同半峰净计数法类似，不会 有较大的提高。而 Covell 法只需要选择峰 的左右边界，最为简单可靠，实用性较强。 同时由于其本底扣除简单，因此可以预计， 只要边界选取恰当， 其精度有可能高于半峰
1
4
半吸收厚度：
验采用的 90Sr-90Y 源在 0～2.27MeV 范围内 形成一连续的β谱， 因而在一般的近代物理 实验中只能测它的吸收和散射等。
6
假设一束初始强度为 I0 的单能电子， 当 穿过厚度为 x 的物质时， 强度 I 按指数衰减， 可表示为 I=I0e-μx，其中μ是该物质的线性 吸收系数，单位为 cm-1。不同物质对射线的 线性吸收系数有很大差别， 但质量吸收系数 μ m= μ / ρ却随原子序数 Z 的增加缓慢变 化，因而用质量厚度 d=ρx 代替 x，d 的单 位为 g/cm2，于是 I=I0exp（-μmd）使β粒 子的强度减弱一半（即 I/I0=1/2）的吸收层 厚度，称为半吸收厚度，也可以称作半价层
图一：电子与物质相互作用示意图
② 本底确定： 本实验装置虽然采用了薄窗 NaI( T1) 闪烁探测器,但由于其对β-和低能γ射线都 灵敏，从而造成较高的本底计数。因此， 提 高半吸收厚度测量的精度关键在于准确测 量和减少本底计数,实验中的本底计数主要 来自于轫致辐射产生的光子以及电子与物
总本底计数基本趋于定值， 使得透射率在降 至 10-1-10-2 之间时吸收曲线便趋于平坦，此 时的计数就可以作为本底。
240 300
铝箔厚度 （μm） 0 60
单能电子 峰道址 626 614
E（MeV） 1.1 1.079
360.96
（A，L）拟合：
E E1 1 dE ( ) 0 1.2963Mev·cm 2 / g dx T E E1 E 0 1.09 Mev 2
利用线性插值法求得铝箔对能量为 1.09Mev 的 电 子 的 组 织 本 领 是
d1/2。射程与半吸收厚度之间有
一定的比例关系， 它们都能反映物质对β射 线的吸收能力， 所以测量半吸收厚度对于β 射线的屏蔽具有实际意义。 实验中，采取逐渐增加吸收物质厚度， 直到吸收强度减弱到无吸收片时的一半， 从 而确定此能量电子的半吸收厚度。
5 图三：实验仪器示意图
阻止本领
本实验的筛选是通过真空半圆聚焦β 磁分析器完成，其原理如图。不同能量β粒 子在磁场中的偏转半径不同， 由此出射孔位 置不同，由此选择特定的出射孔，即选择了 特定的粒子能量和出射方向， 也就是 “单能、 窄束”电子。
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CH 660 766 372
净计数法。 【实验仪器】 ①半圆聚焦β磁谱仪； ②β放射源：90Sr-90Y； ③137Cs 和 60Coγ标准放射源(能量刻度用)； ④NaI(Tl)闪烁探测器； ⑤60μm 铝箔若干； ⑥线性放大器； ⑦多道脉冲幅度分析器； ⑧计算机安装虚拟软驱以及 UMS36 软件；
L 3337.1 A3 6703.9 A2 3543.6 A 171.98
当 A=1/2 时，L=343.68μm。 【实验结论】 由实验测得，能量为 1.1Mev 的单能电子， 半吸收厚度为 L=343.68μm。 由表 4 可知，能量为 1.1Mev 的单能电子半 吸收厚度经验值为 d1/2=390μm。 则误差为
1/2，记做
单能电子：
原子核在β衰变过程中， 不仅放出一个 β粒子， 还放出一个不带电的中性粒子—— 中微子，因此β粒子、中微子和反冲核之间 的能量分配可以出现各种情况， 均满足动量 守恒和能量守恒，即β粒子的能量从零到 Em 之间都有可能出现。而本实验测量需要 “单能、窄束”的电子流，就需要对放射源 放射的不同量的 射线进行筛选。
β射线的半吸收厚度测量
刘丰，高树超，陈建樵，常笑彬，郑万里，范海民，蒋之森，蒋彦，何玥， 甘娉娉，曾庆波，熊雄，何海涛 （四川大学物理科学与技术学院 核工程与核技术 成都）
【实验目的】
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质作用时的散射电子。 轫致辐射主要来自四 部分,其一为β-放射源与源周围的防护层作 用而产生的轫致射； 其二为电子从均匀磁场 出射时与真空盒的支撑铝壁作用时产生的 轫致辐射； 其三为电子与准直器作用时产生 的轫致辐射； 其四为电子与铝吸收片作用时 产生的轫致辐射。散射电子主要有两部分， 其一为从真空盒出来的电子与准直器边缘 的散射。其次电随着吸收片厚度的不断增 加，电子与吸收片之间的散射也不断的加 强。除上述因素外，环境辐射及宇宙射线也 会产生一定的本底计数， 这部分包含在后叙 的本底中。探测系统描述如图 2 所示，电子 先经过宽 4.2mm 的准直孔入射到吸收片上， 再进入探测器。 因探测器晶体相对出射电子 的立体角很小， 因此电子与吸收片作用产生 的轫致辐射和大角度散射的电子大部分无 法进入晶体， 故这部分本底计数的变化对总 的本底计数的影响很小。当探测器固定时，
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阻止本领是用来描述入射带电粒子在 介质中每单位路径长度上损失的平 均能
量的物理量， 是研究带电粒子与物质相互作 用的主要内容之一。 测得不同能量的单能电 子在物质中的能量损失， 求这一物质在不同 能量时的总质量阻止本领。 实际工作中常采用质量阻止本领 dE/dx，由于β衰变中释放出的衰变能被发 射角度任意的电子、 反中微子和反冲核三者 之间分配， 所以电子的动能可以在零到衰变 能 Q 之间变化，形成一个连续谱。例如本实
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【实验步骤】 ① 检查仪器是否完好， 并且按示意图连接； ② 用标准源做能量刻度： （高压 744V） 测 137Cs 的γ能谱，记录 0.662MeV 全能峰 在 多 道 能 谱 分 析 器 上 对 应 的 道 数 CH3 。 测
60
Co 的 γ 能 谱 ， 记 录 下 1.17MeV 和
1.33MeV 两个全能峰在多道能谱分析器上 对应的道数 CH1、CH2；运用最小二乘法拟 合得到能量—道数定标曲线。 利用多道分析 器的能量刻度功能在多道上刻度能量。 表 1：能量刻度数据记录 E（MeV） Co 1.17 1.33
d1/2（μm） 300 390 420 450 480
表 5：插入不同厚度铝箔的计数 插入铝箔 厚度 L （μm） 0 60 120 180 本底计 数 Nb 40679 38576 33934 26244 20772 13992 13375 全能峰有 效计数 N 38192 32820 26924 25460 24193 22002 17388 A=N/N0
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将γ放射源移开，打开机械泵抽真空。 罩好有机玻璃罩，打开β放射源。把探测器 置于合适位置，使单能电子峰位于上述能 量。固定此位置，记录单能电子的能量。
表 2：能量测定数据记录
表4：半吸收厚度经验值
E（MeV） 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 次数 1 2 3 道数 509 626 743 能量（MeV） 0.9 1.1 1.3
全能峰总 计数 Ni 78871 71396 60858 51704 44965 35994 30763
④ 铝箔对单能电子阻止本领的测定： 定时 300 秒，测量不加铝箔及插入 60 μ m 铝箔的能谱，记录其全能峰峰位及能 量。
表 3：阻止本领测量数据记录
1 0.859 0.705 0.667 0.633 0.576 0.455
Cs
0.662
拟合：E=0.00171CH+0.02925 ③ 单能电子能量选定及获得： 整套仪器对低能部分电子能谱的探测 精度较低，对高能电子因其穿透的 AL 吸收 片的厚度太大， 准直器后面能够插入吸收片 的厚度有限，实验难以进行，因此本实验选 择中间的三个能量 0.9/1.1/1.3MeV 进行试 验。
1.2963Mev·cm 2 / g
⑤ 铝箔对单能电子半吸收厚度的测量： 选择能量为 1.1Mev 的单能电子， 定时 300 秒， 依次测量不加铝箔， 加 60μm， 120 μm，180μm，240μm，300μm，360.96 μm，铝箔后单能电子的能谱图。
390 m 343.68m 11 .9% 。 390 m
误差原因： ①采用了薄窗 NaI( T1) 闪烁探测器,但由于 其对β-和低能γ射线都灵敏，从而造成较 高的本底计数。
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②电随着吸收片厚度的不断增加， 电子与吸 收片之间的散射也不断的加强。 同时由于选 择的铝箔不平整、贴合不紧密，也增加了电 子的散射。 ③铝箔厚度测量存在较大误差。
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了解β粒子与物质作用的特性； 测量β射线在物质中的半吸收厚 度；
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测量物质对单能电子的阻止本领。
【实验原理】 ① β射线与物质相互作用： 电子与物质作用过程比较复杂, 与物质发 生相互作用时主要有三种形式: 与核外电 子发生非弹性碰撞—引起电离或激发; 与 原子核发生非弹性碰撞— 导致轫致辐射; 与原子核发生弹性碰撞—库仑散射。 图1 画 出了电子与物质发生主要相互作用后的综 合示意图：
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数据处理：
图四：四种峰面积计算方法
半峰净计数法需确定峰位、 右边界和本 底的左边界．由于全能峰有较长的尾巴， 因 此右边界的选取较为困难；同时如图中所 示，轫致辐射和全能峰之间非常平滑，因此 左边界的选择尤其困难。 即便对于同样的实 验数据，不同的实验者选取的左右边界不 同，计算得到的半吸收厚度相差非常大。 因 此半峰净计数法用于计算半吸收厚度存在 一定的困难，且结果准确性较差。同理 TPA 法也存在边界选择的问题， 而且由于用了左 半峰的数据， 因此其精度不可能比半峰净计 数法高。而 Wasson 法的总计数的边界选取 较为简单，且非常客观。但其本底边界的选 择存在同半峰净计数法相似的问题，较难 选。因此其精度同半峰净计数法类似，不会 有较大的提高。而 Covell 法只需要选择峰 的左右边界，最为简单可靠，实用性较强。 同时由于其本底扣除简单，因此可以预计， 只要边界选取恰当， 其精度有可能高于半峰
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半吸收厚度：
验采用的 90Sr-90Y 源在 0～2.27MeV 范围内 形成一连续的β谱， 因而在一般的近代物理 实验中只能测它的吸收和散射等。
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假设一束初始强度为 I0 的单能电子， 当 穿过厚度为 x 的物质时， 强度 I 按指数衰减， 可表示为 I=I0e-μx，其中μ是该物质的线性 吸收系数，单位为 cm-1。不同物质对射线的 线性吸收系数有很大差别， 但质量吸收系数 μ m= μ / ρ却随原子序数 Z 的增加缓慢变 化，因而用质量厚度 d=ρx 代替 x，d 的单 位为 g/cm2，于是 I=I0exp（-μmd）使β粒 子的强度减弱一半（即 I/I0=1/2）的吸收层 厚度，称为半吸收厚度，也可以称作半价层