32.1.1课前回顾及12.4射线能谱的测量和能谱的解析
x射线能谱仪原理
x射线能谱仪原理
X射线能谱仪是一种用于分析物质组成的仪器，其原理基于X 射线与物质相互作用产生的特征信号。
该仪器主要由光学系统、能谱仪器和数据采集系统三部分组成。
光学系统的作用是将X射线聚焦到样品表面，以提高信号强
度和空间分辨率。
通过使用聚焦系统，可以使得X射线束从
广角辐射变为平行光束，进而在样品表面形成更小的激发斑点。
能谱仪器部分由两个主要组件组成：激发源和探测器。
激发源用于产生连续谱的X射线，一般使用X射线管来产生特定的
能量范围的X射线。
探测器用于检测X射线与样品相互作用
后产生的能谱信号，常用的探测器有固态探测器和气体探测器。
数据采集系统负责接收和处理探测器输出的能谱信号。
该系统对输入信号进行放大和模数转换，将模拟信号转化为数字信号，然后对数字信号进行峰位和峰面积测量，最终得到能谱图。
在实际应用中，X射线能谱仪主要用于物质成分的定性和定量分析。
通过比较待测样品的能谱图与已知物质的能谱图进行匹配，可以确定待测样品的成分及含量。
总之，X射线能谱仪利用X射线与物质相互作用产生的能谱
信号来分析物质组成，通过光学系统、能谱仪器和数据采集系统实现信号的产生、检测和处理。
X射线能谱分析解读PPT课件
能量色散谱仪简称能谱仪，是利用特征X射线能量 不同来展谱而进行成分分析的仪器。
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9 X射线能谱分析
9.1能谱仪的主要组成部分
由探针器、前置放大器、脉冲信号处理单元、模数 转换器、多道分析器、微型计算机及显示记录系统组 成，是一套较为复杂的电子仪器。组成结构见图2-93。
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9 X射线能谱分析
9.2能谱仪的工作原理
空间分辨率和精度。
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9 X射线能谱分析
9.4 分析方法及其应用
（2）计数率和计数时间
在分析时，每一次强度测量要有足够的累计计数N。 这不仅可提高测量精度，同时要使每个谱峰从统计角 度来看都是显然可见的。一般N需大于105 ，对中等 浓度元素计数率约为103～104cps。计数时间为 10～100s。对于能谱仪，计数率过高有增加能谱失 真的趋势，要使能谱系统在最佳分辨率情况下工作， 计数率一般保持在2000cps以下，如总计数率不够， 可适当增加计数时间。计数率cps主要决定于试样状 况和束流大小。对于一定的试样，可通过调节束流大 小来控制计数率。但必须注意，束流过大不仅导致样 品的污染，同时也导致镜筒的污染，使图像分辨率下 降。
由试样出射的具有各种能量的X光子相继经Be窗 射入Si（Li）内，在Ι区产生电子一空穴对。每产生 一对电子一空穴对，要消耗掉X光子3.8eV能量，因 此每一个能量为E的入射光子产生的电子一空穴对数 目N= E／3.8。
加在Si（Li）上的偏压将电子一空穴对收集起来， 每入射一个X光子，探测器输出一个微小的电荷脉 冲，其高度正比于入射的X光子能量E、电荷脉冲经 前置放大器、信号处理单元和模数转换器处理后以 时钟脉冲形式进入多道分析器。
X射线能谱仪工作原理及谱图解析1X射线能谱仪分析原理X射线能谱
X射线能谱仪工作原理及谱图解析1、X射线能谱仪分析原理X射线能谱仪作为扫描电镜的一个重要附件，可被看成是扫描电镜X射线信号检测器。
其主要对扫描电镜的微区成分进行定性、定量分析，可以分析元素周期表中从B-U的所有元素信息。
其原理为：扫描电镜电子枪发出的高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将能量传递给该原子。
该原子内壳层的电子被电离并脱离，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。
在激发后的10-12s内原子便恢复到最低能量的基态。
在这个过程中，一系列外层电子向内壳层的空位跃迁，同时产生X射线，释放出多余的能量。
对任一原子而言，各个能级之间的能量差都是确定的，因此各种原子受激发而产生的X射线的能量也都是确定的（图1）。
X射线能谱仪收集X射线，并根据其能量对其记数、分类，从而对元素进行定性、定量分析。
图1. 粒子间相互作用产生特征X射线本所能谱仪型号为：BRUKER X-Flash 5010，有四种检测模式：点扫描，区域扫描，线扫描，面扫描。
2、能谱仪检测模式介绍及参数解读2.1 点扫描及区域扫描模式图2 X射线能谱仪点扫描（A）、选区扫描（B）报告点扫描与选区扫描主要用于对元素进行定性和定量分析，确定选定的点或区域范围内存在的所有元素种类，并对各种元素的相对含量进行计算。
能谱检测对倍数要求不高，不同倍数条件下检测结果差异不大，关键在于选取检测的部位。
一般选择较大的块体在5000倍以下检测，因为X射线出射深度较深，除金属或陶瓷等非常致密的材料外，一般的块体在20kV加速电压下，X射线出射深度2μm左右，且点扫描的范围也在直径2μm左右。
因此块体太小或倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降。
此外，最好选择比较平整的区域检测，因为电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确。
特别低洼的区域，几乎检测不到信号，或信号很弱，得到的结果也便不准确。
第三，电子束与轻元素相会作用区域较大，干扰更强，因此轻元素的定量比重元素更加不准确。
射线光电子能谱(XPS)
物理实验中的能谱分析与光谱仪使用方法
物理实验中的能谱分析与光谱仪使用方法能谱分析是物理实验中常用的一种方法，它可以通过测量物质在不同能量范围内的辐射或吸收来研究物质的性质。
而光谱仪作为能谱分析的主要工具，起到了至关重要的作用。
本文将介绍能谱分析的原理和光谱仪的使用方法。
一、能谱分析的原理能谱分析是基于物质吸收或发射辐射的能量来研究物质的一种方法。
在能谱分析中，我们常用的方法有吸收光谱和发射光谱两种。
吸收光谱是通过物质对外部能量的吸收来获取信息。
当光通过一个物质时，一部分光被物质吸收，而这部分被吸收的光的能量与物质的性质有关。
通过测量吸收光谱，我们可以了解物质的能级结构、浓度以及一些其他性质。
发射光谱则是通过物质发射出来的光来获得信息。
当物质受到外部能量激发后，元激发态会衰变并发射出电磁辐射。
这些辐射的能量与物质的性质有着密切的关系。
通过测量发射光谱，我们可以了解物质的成分、结构以及一些其他性质。
二、光谱仪的使用方法光谱仪是一种能测量、分析光谱的仪器。
它通常包括光源、光栅、光电增强器和光谱仪控制系统等组件。
下面将简要介绍一下光谱仪的使用方法。
1. 设置光源：通常光谱仪会配备光源，如钨丝灯、氘灯或者激光器。
根据实验要求，选择适当的光源，并调整光源的亮度和位置。
2. 调节光路：光谱仪中的光会经过一系列光学元件，如透镜、准直器等。
调节光路的主要目的是使光线聚焦到样品或检测器上。
通过调节光路，我们可以获得清晰明亮的光谱。
3. 选择适当的光栅：光栅是光谱仪中的一个重要组件，它可以将光按照波长进行分散。
根据实验需要，选择适当的光栅，以使光谱分辨率得到最优化。
4. 选择检测器：光谱仪中的检测器通常有光电二极管和光电倍增管。
根据实验要求，选择适当的检测器，并设置合适的增益和灵敏度。
5. 获取光谱数据：根据实验要求，选择适当的数据采集方式，如连续扫描、逐点扫描等。
通过光谱仪控制系统，可以获取到吸收或发射光谱的详细数据。
三、应用举例能谱分析和光谱仪的应用非常广泛。
X射线光电子能谱分析ppt
02
x射线光电子能谱分析实验技术
样品的制备和处理技术
1 2
固体样品研磨
将固体样品研磨成粉末，以提高X射线的透射性 和激发效率。
液体样品处理
对于液体样品，需要进行蒸发、干燥等处理， 以便在实验过程中保持稳定的样品形态。
3
气体样品控制
THANK YOU.
细胞和组织成像
利用X射线光电子能谱分析可以研究细胞和组织的结构和功能 ，如细胞膜的通透性和细胞骨架的分布等。同时也可以测定 细胞内自由基的分布和数量，为抗氧化剂药物的设计提供依 据。
05
x射线光电子能谱分析的挑战和前景
实验技术的局限性
01
样品制备难度大
02
信号衰减问题
需要选择合适的样品制备方法，以减 少表面吸附物和污染物的干扰。
2023
x射线光电子能谱分析ppt
目录
• 引言 • x射线光电子能谱分析实验技术 • x射线光电子能谱分析在材料科学中的应用 • x射线光电子能谱分析在生物学中的应用 • x射线光电子能谱分析的挑战和前景 • 参考文献 • 结论
01
引言
x射线光电子能谱简介
x射线光电子能谱技术（XPS）是一种表面分析技术，用于测 量样品表面的元素组成和化学状态。
04
x射线光电子能谱分析在生物学中的 应用
在生物大分子结构研究中的应用
确定生物大分子中的元素组成
通过X射线光电子能谱分析，可以测定生物大分子中的元素组成，如蛋白质 、核酸和多糖等。
研究生物大分子结构
利用X射线光电子能谱分析可以研究生物大分子的结构，如蛋白质的三维构象 和核酸的二级结构等。
射线能谱的测量
γ射线能谱的测量、γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定班级：物理061 姓名：徐涛学号：06180136一、摘要：γ射线是原子核在衰变过程中产生的一种射线，本实验采用闪烁射线探测器对γ射线能谱的进行测量，通过使用γ射线的吸收装置，验证γ射线的吸收规律，并对物质吸收系数μ进行测定。
二、关键词：γ射线能谱吸收物质吸收系数三、引言：从核技术产生发展至今，已有了很多的进展，常见的核物理实验技术有能谱测量技术、符合测量技术、时间谱测量技术、散射实验与无反冲共振吸收技术等，γ射线是原子核在衰变过程中产生的一种射线，在医疗，工业探伤、杀虫、消除静电、安检等很多方面都有应用。
四、正文：实验原理γ辐射是处于激发态原子核损失能量的最显著方式，γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数Z和质量数A均保持不变的退激发过程。
带电粒子(α或β粒子等)在一连串的多次电离和激发事件中不断地损失其能量，而γ射线与物质的相互作用却在单次事件中便能导致完全的吸收或散射。
简单地说，光子(γ射线)会与下列带电体发生相互作用：1）被束缚在原子中的电子；2）自由电子(单个电子)；3）库仑场(核或电子的)；4）核子(单个核子或整个核)。
这些类型的相互作用可以导致下列三种效应中的一种：1）光子的完全吸收；2）弹性散射；3）非弹性散射。
因此从理论上讲，γ射线可能的吸收和散射有12种过程，但在从约10KeV 到约10MeV范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种：∙低能时以光电效应为主。
一个光子把它所有的能量给予一个束缚电子；核电子用其能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。
射线光电子能谱的原理和应用
【转帖】X射线光电子能谱得原理及应用(XPS)来源:转载网络作者: tof-sims(一)X光电子能谱分析得基本原理X光电子能谱分析得基本原理:一定能量得X光照射到样品表面,与待测物质发生作用,可以使待测物质原子中得电子脱离原子成为自由电子。
该过程可用下式表示:hn=Ek+Eb+Er 其中: hn:X光子得能量; Ek:光电子得能量; Eb:电子得结合能; Er:原子得反冲能量。
其中Er 很小,可以忽略。
对于固体样品,计算结合能得参考点不就是选真空中得静止电子,而就是选用费米能级,由内层电子跃迁到费米能级消耗得能量为结合能Eb,由费米能级进入真空成为自由电子所需得能量为功函数Φ,剩余得能量成为自由电子得动能Ek,式(103)又可表示为: hn=Ek+Eb+Φ (10、4)Eb= hn- Ek-Φ (10、5)仪器材料得功函数Φ就是一个定值,约为4eV,入射X光子能量已知,这样,如果测出电子得动能Ek,便可得到固体样品电子得结合能。
各种原子,分子得轨道电子结合能就是一定得。
因此,通过对样品产生得光子能量得测定,就可以了解样品中元素得组成。
元素所处得化学环境不同,其结合能会有微小得差别,这种由化学环境不同引起得结合能得微小差别叫化学位移,由化学位移得大小可以确定元素所处得状态。
例如某元素失去电子成为离子后,其结合能会增加,如果得到电子成为负离子,则结合能会降低。
因此,利用化学位移值可以分析元素得化合价与存在形式。
(二)电子能谱法得特点( 1 )可以分析除H 与He 以外得所有元素;可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子得能量分布,且直接得到电子能级结构得信息。
( 2 )从能量范围瞧,如果把红外光谱提供得信息称之为“分子指纹”,那么电子能谱提供得信息可称作“原子指纹”。
它提供有关化学键方面得信息,即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。
而相邻元素得同种能级得谱线相隔较远,相互干扰少,元素定性得标识性强。
带电粒子能量与能谱的测量及12.4射线能谱的测量和能谱的解析
A
与NaI谱的区别？
B
26/58
57Co的半导体探测器能谱2
57Co的半导体探测器能谱
27/58
C
B
58Co
衰 变 纲 图
A
28/58
58Co的NaI(Tl)能谱
A 800+511
Ann. Rad.
B
C
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58Co的半导体探测器能谱
A
与NaI谱的区别？
Ann. rad B 810+511
表面效应或边缘效应
正电子湮没峰
轫致辐射
屏蔽和结构材 料对谱的影响：
湮没峰；
轫致辐射。
24Na
C
的 衰 变 纲 图
B
A
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24Na的NaI(Tl)能谱
A
B SEB DEB A+B
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24Na的半导体探测器能谱
A
与NaI谱的区别？
DEA Ann. Rad. DEB B
SEB
21/58
实测多采用多道脉冲幅度分析器，给出：
y xi (计数率 ) ～xi (道址)
2) 谱仪的能量刻度和能量刻度曲线 探测器输出脉冲幅度 h 与入射粒子能量E一般 具有线性关系，这里的 h 指脉冲幅度分布的中
心位置的幅度值。若输出脉冲幅度与入射粒子 能量具有良好的线性关系。则有：
E K1 h K 2
C
30/58
91Y
的衰 变纲 图
A
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91Y的NaI(Tl)能谱
A 轫致辐射
轫致辐射
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33/58
3) 能量特征峰
从射线能谱中可以看出，全能峰、单逃逸峰、 双逃逸峰的峰位所对应的能量与 射线的能量都 有确定的对应关系，称为特征峰。即： 全能峰
能谱的测量实验教案
课 题 γ能谱的测量教 学 目 的 1．了解γ射线与物质相互作用的特性。
2．掌握NaI-γ谱仪的工作原理及其使用方法3.学会分析单能γ能谱重 难 点 1．γ能谱仪的工作原理及其使用方法；2．高压调节要合适，太大会导致信号失真，太小则无信号。
教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。
学 时 5个学时一、前言核反应及核衰变生成的原子核常处于激发态，处于激发态核由高能级向低能级跃迁时会放射出γ射线，测量γ射线能量可确定原子核激发态能级，这对确定原子核衰变纲图，放射性分析、同位素应用等方面有重要意义。
γ射线能量测量是利用γ线与探测器相互作用产生次生电子，测得次生电子能量并绘出次生电子按能量分布的谱，即所谓γ射线“能谱”，求得该γ射线能量。
二、实验原理1. γ射线与物质相互作用γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子偶效应。
在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。
所以，释放出来的光电子能量就是入射光子能量和该束缚电子所处的电子壳层的结合能B γ之差。
因此，i E E B E γγ=-≈光电子 （4.1） 即光电子动能近似等于γ射线能量。
值得注意的是，由于必须满足动量守恒定律，自由电子（非束缚电子）不能吸收光子能量而成为光电子。
光电效应的发生除入射光子和光电子之外，还需有一个第三者参加，这第三者就是发射光电子之后剩余下来的整个原子。
它带走一些反冲能量，但该能量十分小。
由于它的参加，动量和能量守恒才能满足。
而且，电子在原子中被束缚得越紧（即越靠近原子核的电子），越容易使原子核参加上述过程。
所以在K 壳层上发生光电效应的概率最大。
康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。
我们分析一下散射光子和反冲电子的能量与散射角的关系。
入射光子能量为E h γν=，碰撞后，散射光子的能量为''E h γν=，反冲电子的动能为e E ，见图4-1，θ为散射光子与入射光子方向间的夹角，经推导，散射光子的能量'201(1cos )E E E m c γγγθ=+-. （4.2）康普顿反冲电子的动能''e E h h E E γγνν=-=-， 即220(1cos )(1cos )e E E m c E γγθθ-=+-， （4.3）图4-1 康普顿效应示意图从（4.2）和（4.3）式可以看出：（1）当散射角0θ=时，散射光子能量'E E γγ=，达到最大值。
“射线光电子能谱分析”教案讲义
“射线光电子能谱分析”教案讲义主题：射线光电子能谱分析一、引言射线光电子能谱分析是一种分析化学技术，其原理是利用入射的X射线激发样品表面产生的光电子，通过测量光电子的动能和强度来确定样品中元素的种类和含量。
射线光电子能谱分析技术的教学是化学类专业重要的实验基础课程之一，本次教学以介绍射线光电子能谱分析的原理、仪器和操作方法为主要内容。
二、射线光电子能谱分析原理射线光电子能谱分析是利用入射的X射线轰击样品表面，使样品原子内的K或L壳层电子被激发出来，形成光电子。
这些光电子的动能与入射X射线的能量、样品原子的类型及壳层电子的束缚能有关，在能谱图上表现为尖锐的峰。
样品表面被轰击激发后，光电子会逸出样品表面并被探测器接收并转化为电信号。
通过测量光电子的动能和强度，通过峰形状和峰位置来识别样品中的元素种类和含量。
三、射线光电子能谱分析仪器射线光电子能谱分析仪器主要由X射线源、准直器、样品台、能谱分析器、探测器和数据处理系统等部分组成。
其中，X射线源产生入射激发样品表面的X射线，准直器对X射线进行准直，样品台用于放置待测试样品，能谱分析器用于测量光电子的动能，探测器接收光电子并转化为电信号，数据处理系统用于显示和分析光电子能谱。
四、射线光电子能谱分析操作方法1.样品准备：将待测试样品进行表面处理，如去除污垢并抛光，使得样品表面光洁。
2.样品安放：将样品放置在样品台上，调整样品位置和角度，确保样品表面正对X射线源。
3.基准设置：在开始测量前，需要对仪器进行基准设置，包括调节X 射线能量、能谱分析器的工作模式和探测器的灵敏度等。
4.开始测量：打开X射线源，开始入射X射线激发样品表面，测量光电子的动能和强度。
5.数据处理：对测得的光电子能谱进行数据处理，通过峰形状和峰位置来识别样品中的元素种类和含量。
6.结果分析：根据数据处理结果，分析样品中的元素成分及含量，并进行结论总结。
五、射线光电子能谱分析实验讲解1.实验目的：通过射线光电子能谱分析技术，了解样品中元素的种类和含量。
简述α能谱的测量条件和定量解析方法,说明能谱特征形成的机理。
简述α能谱的测量条件和定量解析方法,说明能谱特征形成的机理。
1. 引言1.1 概述本文针对α能谱的测量条件和定量解析方法，以及能谱特征形成的机理进行了研究。
α能谱是描述α粒子能量和强度分布的一种谱图。
它在核物理、材料科学、环境监测等领域具有重要应用价值。
1.2 研究背景随着科学技术的不断发展，人们对于粒子能谱分析的需求日益增加。
而α能谱作为一种常见的粒子能谱之一，具有独特而重要的特征。
因此，研究α能谱的测量条件和定量解析方法，以及了解其形成机理对于提高粒子能谱分析的准确性和可靠性具有重要意义。
1.3 目的本文旨在系统地介绍α能谱测量条件和定量解析方法，并深入探讨能谱特征形成的机理。
通过详细阐述实验设备、样品准备以及测量参数设置等测量条件，读者可以全面了解如何正确进行α能谱实验。
同时，本文还将介绍峰识别和积分、能谱峰拟合方法以及能谱分辨率评估等定量解析方法，帮助读者更加准确地分析和解释α能谱。
最后，本文将揭示α粒子发射过程中的相互作用机制与损失机理、衰变产物的α能谱特征形成机理与配对电子效应以及材料中α粒子垂直入射后放出热的机理，从而帮助读者更好地理解能谱特征的形成。
通过本文的阅读，读者将对α能谱测量条件和定量解析方法有一个全面而深入的了解，并对α能谱特征形成的机理有一定的认识。
这将有助于提高粒子能谱分析的准确性、可靠性和深度应用。
2. α能谱的测量条件：2.1 实验设备：α能谱的测量通常需要使用具有高分辨率、灵敏度和稳定性的实验设备。
常用的实验设备包括α能谱仪和探测器。
α能谱仪是一种专门用于测量α粒子能谱的仪器，它由一个探测器和相应的电子学系统组成。
常见的α能谱仪包括Silicon Surface Barrier探测器(SSB) 和Passive Ion Implanted Silicon 探测器(PIPS)等。
其中，SSB探测器适用于高能区域（数十MeV到上百MeV），而PIPS探测器适用于低能区域（几十KeV 至几十MeV）。
射线光电子能谱PSPPT课件
• 这些技术使得电子能谱学在材料科学,物理学,化学,半导体 以及环境等方面具有广泛的应用.
Inst. Of Photoelectronics
XPS特点 Inst. Of Photoelectronics
• XPS的主要特点是它能在不太高的真空度下进行表面分 析研究,这是其它方法都做不到的.当用电子束激发时,如 用AES法,必须使用超高真空,以防止样品上形成碳的沉 积物而掩盖被测表面.X射线比较柔和的特性使我们有可 能在中等真空程度下对表面观察若干小时而不会影响测 试结果.
• 入射粒子与样品中的原子发生相互作用,经历各种能量转递 的物理效应,最后释放出的电子和粒子具有样品中原子的特 征信息.
• 通过对这些信息的解析,可以获得样品中原子的各种信息如 含量,化学价态等.
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电子能谱学概论 Inst. Of Photoelectronics
Inst. Of Photoelectronics
X射线光电子能谱XPS
X-ray Photoelectron Spectroscopy
电子能谱学概论 Inst. Of Photoelectronics
电子能谱学的定义
• 电子能谱学可以定义为利用具有一定能量的粒子光子,电子, 粒子轰击特定的样品,研究从样品中释放出来的电子或离子 的能量分布和空间分布,从而了解样品的基本特征的方法.
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X射线光电子能谱仪 Inst. Of Photoelectronics
➢双阳极X射线源： •在XPS谱仪中,一般采用双阳极X射线源. •常用的激发源: Mg K X射线,光子能量为1253.6 eV,线宽可达到0.7 eV； Al K X射线,光子能量为1486.6 eV,线宽可达到0.9 eV.
射线光电子能谱分析
对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子 的束缚作用，通常选取费米(Fermi)能级为参考点。
Eb
0k时固体能带中充 满电子的最高能级
hvEkEb 功函数
为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和谱仪的良 好电接触，两者费米能级一致。样品与仪器触电电位差。
实际测到的电子动能为：
Ek' Ek (sp s) hvEb sp
我们就是为了得到样品的结合能！
§7.1 电子能谱的基本原理
基本原理就是光电效应。 在高于某特定频率的电磁波照射下，物质内部的电 子会被光子激发出来即光生电。
自由原子的光电效应能量关系
hvEk Eb
对孤立原子或分子， E b 就是把
电子从所在轨道移到真空需的 能量，是以真空能级为能量零 点的。
G.鬼线：难以解释的光电子线。来源 阳极靶材杂质元素，窗口材料等。
§7.4 俄歇电子能谱(AES)
俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X射线使原子内层能级 电子电离，外层电子产生无辐射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子 能谱仪在真空中对它们进行探测。
能量公式 对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算 ： EWXY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+ Δ)-Φ 式中， EWXY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到 的俄歇电子Y的能量。 EW(Z)-EX(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量。
D.多重分裂：原子电离后空位与自旋电子发生偶合，得 到不同终态，相应每一个终态，在图谱上将有一条谱 线。
配位体相同时，多重分裂与未成对电子数正相关。多重 分裂谱线能量差与配位体离子电负性相关，可以用于 判断价态。
E.能量损失谱线：光电子穿过样品表面时， 同原子间发生非弹性碰撞、损失能量后 在图谱上出现的伴峰。
放射性活度计量检定(3)γ和X射线能谱测量基础
2 . γ和X射线谱仪
三 、低本底反康γ谱仪 低本底反康γ谱仪由主探测器，反符合屏蔽探测器，符合 探测 器和电子学线路组成。 主要技术指标： 1）积分本底 积分本底反映谱仪所能达到的本底水平；一般用在50 keV到 2 McV能区内谱仪每分钟的积分本底计数来表征。 2）康普顿减弱因子 康普顿减弱网子也叫做康普顿抑翻系数。定义为该谱仪在 不使用和使用反符合技术两种情况下主探测器所测量的同 一核素两个γ 谱中康普顿连续谱面积之比。
2 . γ和X射线谱仪的测量和校准
γ谱仪活度标准装置是相对测量装置。只要用系列γ标准 源对装置校准后，就可拟合得到一条能量与效率的关系 。 γ谱仪对样品的测试就是通过测量被测源的某γ分支能量的 峰面积，再根据该能量在效率曲线上计算的效率就可按下 式计算待测样品的活度。
2 . γ和X射线谱仪的测量和校准
一 、NaI(Tl) 闪烁γ谱仪和高纯锗γ谱仪 一） NaI(Tl) 闪烁γ谱仪
NaI(Tl) 闪烁γ谱仪探头由闪烁体、光导和光电倍增管所组 成，通常把它们密封在一个暗盒，使闪烁探测器有比较高的探 测效率，合适的能量分辨率，并在中、高能能区有较好的能 量线性，价格比较便宜。其体积做的较大。
2 . γ和X射线谱仪
1 .能谱测量的基本知识
三、γ衰变和X射线谱仪的特性参数 一）能量分辨力（率） Nal( TI)γ谱仪，通常用137Csγ 的0.662MeV的γ射线全能峰的相对 半宽度来表示，即： η= ΔE/E 在实际工作中，常常用其全能峰最大高度一半处谱所占的道数 与全能峰顶所在的道数据相比。目前一般的水平为10%左右，好 的可以达到6%。 。
1 .能谱测量的基本知识
二、γ衰变和X射线谱仪及其响应 一） γ和X射线谱仪的组成 因此，γ和X射线能谱仪的探测器最好是含有较多的高z材料以 加强光电效应，由于γ和X射线质量吸收系数较低，所以为了 有效的探测γ和X射线，探测器材料必须有比较高的密度，因 此，气体探测器只能用于探测能量很低的γ和X射线。此外， 还要尽量增加探测器的体积，这样不仅使光电事件的数量增 加，而且使得多次康普顿作用的概率增加，以便增加在探测器 内完全吸收γ和x射线能量的概率。
能谱
γ射线能谱的测量与吸收系数的测定吕永平 浙江师范大学数理与信息工程学院物理041班摘 要：我们做过能谱分析实验，其中我们研究了γ射线的能量和强度，知道了射线的能量很大的，既然γ射线具有很大的能量和很强的穿透能力，那么当γ射线通过一定物质时，它的能量会不会减少呢？同的物质对γ射线的吸收彼此之间有什么关系？本实验验证γ射线通过物质时其强度减弱遵循指数规律，测量γ射线在不同厚度的铅、铝中的吸收系数。
通过对γ射线的吸收特性，分析与物质的吸收系数与物质的密度，厚度等因素有关。
关键词：γ射线；吸收系数引 言：不同物质对同种射线的吸收系数是不同的，地质学上利用这个性质，实 现矿物质的快速精确勘探，医学上利用癌细胞与正常细胞的不同的吸收特性，来帮助医生诊断癌症。
通过改变吸收物的厚度，控制射线的强度，得到所需的强度。
强度弱射线的应用于杀菌，强度强的射线诱导基因突变育种等。
因此对物质吸收系数的测量的技术有着十分重要的意义现在社会γ-射线技术应用于很多领域，如医学、天文学、生物学、军事等。
γ射线的威力主要表现在以下两个方面：1．γ射线的能量大。
2．γ射线的穿透本领极强。
实验方案：实验目的：1．了解闪烁探测器的结构，原理。
2．掌握NaI 单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。
3．了解核电子学仪器的笋据采集，记录方法和数据处理原理。
4．了解γ射线与物质相互作用的特性。
5．了解窄束γ射线在物质中的吸收规律及测量在不同物质中的吸收系数。
实验装置：γ放射源137Cs 和60Co ; 200m μAl 窗(1)NaI T 闪烁探头； 高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器; Pb ,Al 吸收片若干。
实验步骤：1， 连接好实验仪器线路，经老师检查同意后接通电源。
2， 取出放射源Cs 和Co 。
打开电脑预热，准备实验。
3， 了解电脑上软件的使用方法，并了解一些有关物理量的物理意义。
4， 开机预热后，选择合适的工作电压使探头的分辨率和线性都有较好。
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R
峰总比：f p / T
特征峰面积 谱的总面积
闪烁探测器
全 能 峰 的 峰 值 峰康比： 半导体探测器 P 康普顿平台的峰值
2. 谱仪装置 1) 单晶谱仪。 探测器 放大器 高压
多道分析器 计算机
2) 全吸收反康普顿谱仪。
符合环 主探测器 前置放大 前置放大
测量信号
反 符 控 合 制 信 号
A
9/58
58Co的NaI(Tl)能谱Leabharlann A 800+511
Ann. Rad.
B
C
10/58
58Co的半导体探测器能谱
A
Ann. rad B 810+511
C
11/58
91Y
的衰 变纲 图
A
12/58
91Y的NaI(Tl)能谱
A 轫致辐射
轫致辐射
13/58
3) 能量特征峰
从射线能谱中可以看出，全能峰、单逃逸峰、 双逃逸峰的峰位所对应的能量与 射线的能量都 有确定的对应关系，称为特征峰。即： 全能峰
160~220eV ~17% ~80% ~7-8% ~5-6%
Ge(Li)或 HPGe
1.3~2.2keV
5.9keV
6.4keV
(3) 源峰探测效率、峰面积、峰总比、峰康比
源峰探测效率(又称峰探测效率) sp 峰面积 N p yi
iL R
或 N p yi B
1 B ( y L y R )( R L 1) 2
(d) 解矩阵方程
XA M
即：
1
x j a mi
i 1 1 ij
n
可求出待测样品的各组成核素的含量。 一般样品中不超过5～6个核素。
2) 函数拟合法
（1）把谱分成若干谱区间，每个谱区间包含 了若干叠加在本底上的峰。 （2）在该谱区间，谱曲线用谱函数表示：
Yi F (i , P )
4. 用计算机实现谱自动解析 1) 谱数据平滑
减小谱数据的统计涨落，同时保持峰的特征， 如峰位、峰面积等。用多项式拟合移动法，如 二次多项式拟合，得到： 1 Yi ( 3Yi 2 12Yi 1 17Yi 12Yi 1 3Yi 2 ) 35
2) 寻峰
(1) 逐道比较法；(2) 导数法；(3) 协方差法； (4) 线性拟合寻峰。
j 1 3
本底
峰高
峰位
峰宽
（3）把谱函数与谱数据拟合，得到残差平方和
Q gi [Yi F ( i , P )]
i 0
n 1
2
Yi为实测谱数据。n为数据点数。gi为权重因 子，可取gi=1/Yi。该方程称为目标方程。
为满足残差平方和最小，
Q / Pi 0
解一系列方程，即可确定参数向量，得到峰 形参数，即得到谱区间内各个峰的峰位、峰 高和峰宽度。 对每个峰的峰函数积分，可得到峰净面积。
E f E
Es E 511keV Ed E 1022keV
单逃逸峰
双逃逸峰
(1) 峰位和能量刻度 峰位即特征峰的中心位置，代表射线的能量。 能量刻度：选一组能量已知的 射线标准源，用 谱仪得到特征峰的峰位与 射线能量的关系， 称为对该谱仪的能量刻度。 (2) 峰宽与能量分辨率 峰函数：用高斯函数表示。
C
的 衰 变 纲 图
B
A
4/58
A
B
A+B
A
SEB DEB
B A+B
5/58
57Co
的 衰 变 纲 图
B
A
6/58
24Na
Na(Tl)
57Co的NaI(Tl)探测器能
谱
A
~10 keV 28.6 keV
B
7/58
57Co的半导体探测器能谱2
57Co的半导体探测器能谱
8/58
C
B
58Co
衰 变 纲 图
2) 单能射线的能谱
主过程：全能峰 —— 光电效应＋所有的累 计效应；多次康普顿散射、康普顿边沿及平 台；单、双逃逸峰。 其他过程：和峰效应；I(或Ge)逃逸峰；边缘 效应(次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。 屏蔽和结构材料对谱的影响：散射及反散射 峰；湮没峰；特征X射线；轫致辐射。
24Na
康普顿散射反冲电子能量： h Ee 2 m0 c 1 h (1 cos )
4) 电子对谱仪(三晶谱仪)
辅I
e
e
辅II 放大器 放大器
放大器
带 测量信号 门 控 符 的 合 门 多 控 道 信 号
3. 复杂谱的解析 1) 标准谱法
假定：混合 能谱是样品组成核素的标准 谱按各自强度的线性叠加。必须保证：标准 谱与样品谱获取条件相同；谱仪响应不随计 数率而明显变化。 （1）剥谱法 （2）逆矩阵法：样品已知由n种核素组成， 求每个核素的活度xj。
(a) 确定特征道域即各全能峰，以i表示 (b) 确定响应函数
第j种 成 分 在 第 i道 造 成 的 计 数 率 aij 第j种 成 分 的 衰 变 率
通过标准谱得到 (c) 混合样品谱第i道的计数率mi
mi aij x j
矩阵表示： M AX
j 1
n
实验测量得到
A为aij集合而成的矩阵，称为谱仪的响应矩阵； X为未知量xj组成的矩阵； M为各道域计数率组成的列矩阵。
y( i ) y( i p )e
( i i p ) 2 / 2 2
FWHM与的关系： FWHM 2.355 能量分辨率： E h FWHM 100%
E h ip
典型能谱仪能量分辨率
55Fe
5.9keV
137Cs
662keV
60Co
1.33MeV
Si(Li) 正比计数器 NaI(Tl)
i 0,1,n 1
n为谱数据点数，i为道址，Yi 为由谱曲线 函数确定的第i道谱数据。 P ( P1 , P2 , Pk ) 称待定参数向量，k为待定 参数的个数。k个参数决定了谱的形状和特 征。
典型函数：
Yi F (i , P ) P1 P2 i P3 i 2 P3 j 1 e xp[ ( i P3 j 2 )2 ] / 2 P32j 3
3) 确定峰参数，如峰位、峰高、峰面积等 4) 计算误差及结果输出
带 门 控 的 多 道
用HPGe反康普顿探测器测得的60Co 能谱
3) 康普顿谱仪(双晶谱仪)。
h
带 主探测器 门 测量信号 放大器 控 符合 的 h 电路 门 多 放大器 控 道 信 辅探测器 h 号
h h 1 (1 cos ) 2 m0 c
Ee h h
12.1 放射性样品的活度测量
12.2 符合测量方法
12.3 带电粒子能量与能谱的测量（简介） 12.4 射线能谱的测量和能谱的解析
1、单能能谱的分析
2、谱仪装置
3、复杂的解析
4、用计算机实现谱自动解析
12.4 射线能谱的测量和能谱的解析
1. 单能能谱的分析 1) 单晶谱仪
常用NaI(Tl)，Cs(Tl)，Ge(Li)，HPGe等探测器