γ能谱及γ射线的吸收.

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γ射线的吸收实验报告

实验报告：γ射线的吸收实验

一、实验目的

通过实验探究γ射线的吸收规律，分析各种不同物质对γ射线吸收的影响。

二、实验原理

γ射线是一种能量很高的电磁辐射，对物质有很强的透射能力。当γ射线通过不同物质时，会发生吸收现象，即射线的强度会发生变化。主要影响γ射线吸收的因素包括物质的厚度、密度、原子序数等。实验中通过改变不同材料的厚度和密度，来研究γ射线吸收规律。

三、实验器材和试剂

1.γ射线源：用于发射γ射线的辐射源。

2.安全屏蔽装置：用于屏蔽γ射线的辐射。

3.各种材料：如不同厚度和密度的铅片、铝片等。

四、实验步骤

1.取一块铝片作为基准样品，记录γ射线源发出的射线强度。

2.依次将铅片放在铝片上，每次增加一块铅片并记录射线强度，直到达到一定厚度。

3.记录各个厚度下的射线强度，计算吸收率。

4.将铝片和不同厚度的铅片放在γ射线源和探测器之间，记录射线强度和各种材料的厚度、密度。

5.分析各个实验结果，总结出γ射线的吸收规律。

五、实验数据和结果

实验结果如下表所示：

材料，厚度（cm），密度（g/cm³），射线强度（cps）

:-----，:--------:，:----------:，:------------:

铝片，0，2.7，600

铝片+铅片，0+0.5，11.3，500

铝片+铅片，0+1.0，11.3，300

铝片+铅片，0+1.5，11.3，100

铝片+铅片，0+2.0，11.3，50

铝片+铅片，0+2.5，11.3，20

根据实验数据，可以绘制γ射线强度与不同厚度材料的关系图。

根据实验数据和图表分析可得到结论：随着铅片厚度的增加，γ射线的吸收率逐渐增大，射线强度逐渐减小。当铅片厚度超过2.5cm时，射线强度已经变得非常弱。

γ射线的吸收与物质吸收系数测定

近代物理实验报告Y射线的吸收与物质吸收系数测定

学院数理与信息工程学院

班级物理092 _______

姓名艾合买提江_________

学号09180218 _______

时间2011年9月26日

Y射线的吸收与物质吸收系数P的测定

摘要：

学会NaKTl）单晶丫闪烁体整套装置的操作、调整和使用：在此基础上测M 137Cs和60C。的Y能谱，求出能量变化率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形：了解多道脉冲幅度分析器^Nal（Tl）单晶Y谱测量中的数据采集及其基本功能，在数据处理中包括对•谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等。通过测量137Cs和60C。的Y射线的吸收曲线，研究Y射线与物质（被束缚在原子中的电子、自有电子、库仑场、核子）相互作用的特性，了解窄束丫射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。

关键字：

Y射线能谱物质吸收系数p光电效应康普顿效应电子对效应

引言：

原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射射线，它是•种波长极短的电磁波，其能量由原子

核跃迁前后的能级差来表示即：射线打物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，

将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布, 即为“能谱”。测量能谱的装置称为“能谱仪”。

闪烁探测器是利用帯电粒子或罪带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为帯电粒子对物

质原子的激发，从而会产生发光效应的特性來测量射线的仪器。它的主要优点是即能测量各种

类型的帯电粒子，又能探测中性粒子；即能测量粒子强度，又能测量粒子能量：并口探测效率高。

V射线，又称V粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继a、0射线后发现的第三种原子核射线。原子核衰变和核反应均可产生Y射纽-

γ能谱及γ射线的吸收

实验目的:

学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律。

实验原理:

γ射线与物质的相互作用

γ射线与物质原子之间的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应。 1）光电效应

当能量γE 的入射γ光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失，发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应．发射出光电子的动能

i e B E E -=γ （1）

i B 为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发

原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X 射线。例如L 层电子跃迁到K 层，放出该原子的K 系特征X 射线。

2）康普顿效应

γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ光子被散射改变了原来的能量和方向。计算给出反冲电子的动

能为

)

cos 1(1)

cos 1()cos 1(2

02θθθγγ

γγ-+

=-+-=E c

m E E c m E E e （2）

式中20c m 为电子静止质量，角度θ是γ光子的散射角，见图2.2.1-2所示。

由图看出反冲电子以角度φ出射，φ与θ间有以下关系：

2tan 1cot 2

0θϕγ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=c m E （3）由式（2）给出，当 180=θ时，反冲电子的动能e E 有最大值：

γE c

m E E 212

0max +=

（4）

这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界E C 。

γ射线的能谱测量和吸收测定_实验报告

γ射线能谱的测量

【摘要】某些物质的原子核能够发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，γ射线产生的原因正是由于原子核的能级跃迁。我们通过测量γ射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。因此本实验通过使用γ闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱。同时学习和掌握γ射线与物质相互作用的特性,并且测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数μ。

【关键词】γ射线能谱γ闪烁谱仪

【引言】从1896年的法国科学家贝可勒尔发现放射性现象开始，经过居里夫人等一系列科学家对一些新放射性元素的发现及其性质进行研究的杰出工作后，人类便进入了对原子核能研究、利用的时代。

而原子核衰变能放出α、β、γ三种射线，这些射线可以通过仪器精确测量。本次实验主要研究γ射线，通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。

因此本次实验研究了不同材料对于γ射线的吸收情况这是非常具有实际意义的，比如在居民区制造防空洞的时候可以使用一定厚度的抗辐射材料确保安全，而且在核电站、军事防护地以及放射源存放处等地方我们都有必要使用防辐射材料。

γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生这三种过程，如下图所示。

γ能谱及γ射线收

3系08级姓名：方一日期：6月12日 PB08206045

实验题目: γ能谱及γ射线的吸收

实验目的:

学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律。

实验原理:

γ射线与物质的相互作用

γ射线与物质原子之间的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应。 1）光电效应

i e B E E -=γ （1）

i B 为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发

原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X 射线。例如L 层电子跃迁到K 层，放出该原子的K 系特征X 射线。

2）康普顿效应

γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ光子被散射改变了原来的能量和方向。计算给出反冲电子的动能为

)

cos 1(1)

cos 1()cos 1(2

02θθθγγ

γγ-+

=-+-=E c

m E E c m E E e （2）

式中20c m 为电子静止质量，角度θ是γ光子的散射角，见图2.2.1-2所示。由图看出反冲电子以角度φ出射，φ与θ间有以下关系：

2tan 1cot 20θ

ϕγ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=c m E （3）由式（2）给出，当 180=θ时，反冲电子的动能e E 有最大值：

γE c

m E E 212

0max +=

伽马射线的吸收

0
- /
ln
N R
2 2
ln
N
1
1
R
wk.baidu.com
半吸收厚度就是使入射的γ 射线强度减弱一半时的吸收物质的厚度。记作
I I 0e
x
1 I0 2
d 1 / 2 ln 2 / 0 . 693 /
有用的定义
吸收截面吸收系数 σ μ = σN
半吸收厚度
d1/2=ln2/μ
其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用吸收截
面或吸收系数来表示γ 射线对物质的穿透情况。
dI I Ndx I ( x ) I 0e

Nx
I 0e
x
ph c p p h c p
实际工作中常用质量厚度Rm=xρ (g／cm2)来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。
铅和铝的吸收曲线
实验仪器装置

γ 放射源137Cs（0.6617 MeV）或 60Co （1.1732 MeV，1.3325 MeV）； 200μ m AL窗NaI闪烁探头和光电倍增管； γ 谱仪； Pb、Al吸收片若干；微机。
实验内容
1) 测量137Cs的γ 射线（取662 keV光电峰）在通过一组吸收片（铅、铝）后的射线强度，作出伽马射线强度与吸收体质量密度关系曲线，并用最小二乘法原理拟合求线性吸收系数。

γ射线能谱测量实验报告(共12页)

γ射线能谱测量实验报告

篇一：γ射线能谱的测量及γ射线的吸收

γ射线能谱的测量及γ射线的吸收

与物质吸收系数μ的测定

【摘要】原子核从激发态跃迁到较低能级或基态跃迁能产生γ射线，实验，将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布。并通过测量γ射线在不同物质中的吸收系数，了解γ射线在不同物质中的吸收规律。

【关键字】γ闪烁谱仪γ射线能谱物质吸收系数

当今的世界，以对核技术进行了相当广泛的运用。从1896年法国科学家A.H.Becquerel发现放射性现象开始，经过M.Curie一些新放射性元素的发现及其性质进行研究后，人类便进入了原子核科学时代。在原子核发生衰变时，会发出α、β、γ射线，核反应时会产生各种粒子。人们根据射线粒子与物质相互作用的规律，研制了各种各样的探测器。这些探测器大致可以分为“信号型”和“径迹型”两大类。径迹型探测器能给出粒子运动的径迹，有的还能测出粒子的速度、性质等，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、多丝正比室等。而信号型探测器根据工作物质和原理的不同，又可分为气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器。其中闪烁探测器的工作物质是有机或无机的晶体闪烁体，射线与闪烁体

相互作用，会使其电离激发而发射荧光。从闪烁体出来的光子与光电倍增管的光阴极发生光电效应而击出光电子，光电子在管中倍增，形成电子流，并在阳极负载上产生电信号。如NaI(TI)单晶γ探测器。

γ射线是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出不同能量的γ射线。人们已经对γ射线进行了很多研究，并在很多方面加以运用。像利用γ射线杀菌，γ探伤仪等。然而不恰当的使用γ射线也会对人类产生一定的危害。γ射线的穿透力非常强，如果在使用过程中没有有效的防护，长时间被放射性元素照射的话可能发生细胞癌变。在对γ射线进行了大量的研究后发现，按能量的不同，可以对其进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布（能谱）。测量γ射线能谱的装置就是上面所提到的NaI(TI)单晶γ闪烁探测器。

γ能谱仪主要参数

γ能谱仪是一种用于测量放射性物质辐射能量的仪器。其主要参数包括：

1. 能量分辨率：能量分辨率是指γ能谱仪能够分辨两个相邻能量峰值的能力。高能量分辨率有助于识别不同放射性核素的能量特征。

2. 探测效率：探测效率是指γ能谱仪对入射γ射线的吸收和转换能力。探测效率越高，测量结果越准确。

3. 谱仪的本底：本底是指γ能谱仪在无辐射源存在时，仍会观测到的辐射信号。本底会影响测量结果的准确性，因此需要降低本底辐射。

4. 能量范围：γ能谱仪可测量的能量范围。不同型号的γ能谱仪能量范围有所不同，可根据应用场景选择合适的设备。

5. 测量范围：测量范围是指γ能谱仪能够测量的放射性物质浓度范围。不同型号的γ能谱仪测量范围有所不同，可根据实际需求选择合适的设备。

6. 探测器：γ能谱仪的核心部件，用于吸收和转换γ射线。常见的探测器有NaI(Tl)探测器、Ge探测器等。

7. 数据处理系统：数据处理系统用于采集、处理和分析γ能谱数据。现代化的γ能谱仪通常具有高效的数据处理能力，可方便地进行数据分析和管理。

8. 显示与输出：γ能谱仪的显示与输出功能用于呈现测量结果。常见的显示方式有谱图显示、数值显示等。outputs

9. 校准：γ能谱仪的校准是为了确保测量结果的准确性。校准方法包括标准源校准、仪器自带校准等。

10. 操作界面：γ能谱仪的操作界面便于用户进行参数设置、数据采集和分析。现代化的γ能谱仪通常具有友好的操作界面，使操作更加便捷。

γ射线的吸收与物资吸收系数μ的测定

（3—1）式可表达为
I (R)

I
e mR
0
/

（3—2）
由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率 N 总与该时刻的射线强度 I 成正比，又
对（3—2）式取对数得：
ln
N
由此可见，如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，
将得出一条直线，如右图所示。 m / 可以从这条直线
的斜率求出，即
m ln N 2 ln N1
量的一部分来克服原子对它的束缚，其余的能量则作为动能；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。当光子的能
量大大超过电子的结合能时，光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化，即所谓的康普顿效应，光子能量在 1MeV 左右时，这是主要的相互作用方式；若入射光子的能量超过 1.02MeV，则电子对的生成成为可能。在带电粒子的库仑场中，产生的电子对总动能等于光子能量减去这两个电子的静止质量能(2mc2=1.022MeV)。
在物质中是逐渐损失能量，最后停止下来，有射程概念；γ 射线穿过物质时，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。

实验报告γ射线能谱测定及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定

实验报告γ射线能谱测定及γ射线的吸收与物质吸收

系数μ的测定

实验目的：

1.学习使用谱仪测定γ射线的能谱。

2.通过实验测定不同物质对γ射线的吸收比例，确定物质的吸收系数μ。

实验原理：

1.γ射线能谱测定：

γ射线是电磁波谱中能量较高的一种，具有较强的穿透力。通过使用谱仪，可以测定γ射线的能量分布，也称为能谱。

2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定：

当γ射线穿过物质时，会与物质中的原子相互作用，包括散射、吸收等过程。吸收系数μ表示单位长度物质对γ射线的吸收能力，是一个与物质本身性质相关的参数。

实验步骤：

1.连接γ射线源和能谱仪，打开仪器，并调整合适的工作电压和放大倍数。

2.调整谱仪下方的定位器，使得探测器能够垂直于γ射线的入射方向。

3.选择一种物质样品，如铅，将其放在射线路径上，并记录下γ射线的能谱。

4.移除铅样品，选择其他物质样品进行测量，如铝、铁等，依次记录下γ射线的能谱。

5.根据能谱中的峰值位置和峰值强度，分析γ射线经过不同物质时的吸收情况。

实验结果：

1.γ射线能谱测定结果：

通过测量，得到γ射线的能谱图，并标出不同能量区间的峰值。

2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定结果：

根据能谱分析，得到不同物质对γ射线的吸收比例，计算出它们的吸收系数μ。

实验讨论：

1.γ射线的能谱测定是否准确和完整。

2.不同物质对γ射线的吸收程度是否与预期一致。

3.吸收系数μ的大小是否符合物质的性质和密度等参数。

实验结论：

1.γ射线能谱可以通过谱仪测定，并且能够分析出不同能量区间的峰值。

2.不同物质对γ射线的吸收比例不同，吸收系数μ也因此而有所差异。

γ射线能谱测量和γ射线吸收和物质吸收系数μ的测定

γ射线能谱测量和γ射线吸收和物质吸收系数μ的测定的

实验报告

许琪娜物理092 08070116

摘要：本文主要简述了Nal（Tl）γ闪烁谱仪的结构和基本工作原理以及利用Nal （Tl）γ闪烁谱仪来测量γ射线能谱及γ射线吸收系数μ，具体实验操作过程以及实验中遇到的问题和解决方案。

关键词：γ射线能谱γ闪烁谱仪吸收系数

引言：在放射性测量工作中，对射线的测量是一个非常重要组成部分，对射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。NaI( Tl) 闪烁谱仪是一种常用的对射线进行能谱测量的谱仪，它与高纯锗谱仪相比具有探测效率高NaI( Tl) 晶体便于加工成各种形状，价格便宜等特点，因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。

γ射线是波长短于0.2A 的电磁波，它由原子核能级间的跃迁而产生, 是继γ射线后发现的第三种原子核射线。γ射线具有比X射线还要强的穿透能力，目前广泛的应用于工业探伤、测厚、冶金、自动化、医疗等方面。研究不同物质对γ射线的线性吸收系数的测量方法, 这对于在工业应用中对γ射线进行防护，以及用γ射线准确检测各种容器内所储存的液体、浆体或固体物料的位置, 都具有重要的意义。

正文：

一．NaI( Tl) 闪烁谱仪

1.如图为实验装置。

闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。其工作可分为五个相互联系的过程：（1）射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；（2）受激原子、分子退激时发射荧光光子；（3）利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多得收集到光电倍增管

伽马射线的吸收

测量测量137137cscs的的射线取射线取662662kevkev光电光电峰过一组吸收片组吸收片铅铝后的射线强度作铅铝后的射线强度作出伽马射线强度与吸收体质量密度关系曲线出伽马射线强度与吸收体质量密度关系曲线并用最小二乘法原理拟合求线性吸收系数并用最小二乘法原理拟合求线性吸收系数

核物理实验
NaI(Tl)闪烁谱仪( NaI(Tl) scintillation spectrometer)及伽马能谱测量
N N 0e
R m /
如果将吸收曲线在对数坐标纸上作图，将得出一条直线。
ln N R m / ln N
0
ln N R m / ln N
0
- /
ln
N R
2 2
ln
N
1
1
R
半吸收厚度就是使入射的γ 射线强度减弱一半时的吸收物质的厚度。记作
伽马射线的吸收
物理科学与技术学院核工程与技术系
实验目的
1、了解γ 射线与物质相互作用及其在物质中的吸收规律。
2、测量γ 射线在不同物质中的吸收系数μ 。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
实验原理
一.γ射线与物质的相互作用
图1 γ射线光子与物质原子相互作用
二、物质对γ 射线的吸收规律：
γ 射线与物质原子间只要发生一次碰撞就是一次大

闪烁谱仪测定γ射线的能谱

γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态时发射的波长很短的电磁辐射。研究γ射线的能谱对于放射性核素的应用和研究原子核的能级结构有很重要的意义。

闪烁探测器在科学技术的许多部门有着十分重要的应用，它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子，既能对辐射强度进行测量，又能对辐射的能量进行分析，而且探测效率高（比G-M 计数器高几十倍），分辨时间短（约108-秒）。通过本实验，你将学习掌握一种测量射线能量的方法：用NaI(Tl)闪烁探测器测量γ能谱。

实验原理

一、γ射线与物质的相互作用

放射性核素放射出来的带电粒子（α、β粒子以及内转换电子）与物质相互作用主要为电离、散射和吸收三个方面。γ射线是不带电的电磁辐射，它与物质的相互作用主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应三个过程。 1. 光电效应入射的γ光子把能量全部转移给原子中的束缚电子，使之发射出来，而光子本身消失，这种过程称为光

电效应。光电效应中发射出来的电子叫光电子。这过程如图2-2-1所示。

在光电效应中，若忽略被原子的反冲核所吸收的能量，则由能量守恒定律得到 E E E E r e i e =+@ (2-2-1)

式中E r 为入射γ光子的能量，E e 为光电子获得的动能,E i 为i 层电子的结合能，一般E i 远小于E r 。显然，如果入射γ光子是单能的，则产生的光电子也是单能的。

光电子可以从原子各个壳层中发射出来，但在K 壳层上打出电子的几率最大，L 层次之，M 、N 层更次之。因此，在发射光电子的同时，还伴随着原子发射的特征X 射线或俄歇电子。实验和理论都表明，γ射线与物质相互作用时，产生光电效应的几率随着物质原子序数的增大而迅速增大，又随着γ射线的能量增大而减小。

γ射线的吸收

一、实验目的：

1. 了解γ射线在物质中的吸收规律。

2. 掌握测量γ吸收系数的基本方法。

二、实验原理：

1、窄束 γ射线在物质中的吸收规律。

γ射线在穿过物质时，会与物质发生多种作用，主要有光电效应，康普顿效应和电子对

效应，作用的结果使 γ射线的强度减弱。

准直成平行束的 γ射线称为窄束 γ射线，单能窄束 γ射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即：

x x e I I μ-=0 (1)

其中 0I 为入射 γ射线强度， x I 为透射 γ射线强度，x 为 γ射线穿透的样品厚度， μ为线性吸收系数。用实验的方法测得透射率 0/I I T x =与厚度 x 的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数 μ值。

为了减小测量误差，提高测量结果精度。实验上常先测得多组 x I 与 x 的值，再用曲线拟合来求解。则：

x I I x μ-=0ln ln (2)

由于 γ射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数 μ都有贡献，可得：

p c ph μμμμ++=……………………………………………………………………

（3）

式中

ph μ为光电效应的贡献， c μ为康普顿效应的贡献，

p μ为电子对效应的贡献。它

们的值不但与 γ光子的能量E r 有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。对于能量相同的 γ射线不同的材料、 μ也有不同的值。医疗上正是根据这一原理，来实现对人体内部组织病变的诊断和治疗，如 x 光透视， x 光CT 技术，对肿瘤的放射性治疗等。图1表示铅、锡、铜、铝材料对 γ射线的线性吸收系数μ随能量E γ变化关系。