符合测量

符合测量
一、基础知识
符合技术是利用电子学的方法在不同探测器的输出脉冲中把有时间关联的事件选择出来。

选择同一时刻脉冲的符合称为瞬时符合。

选择不同时的，但有一定延迟时间联系的脉冲符合称为延迟符合。

而排斥同一时刻脉冲或时间关联脉冲的技术就是反符合或延迟反符合。

符合法是研究相关事件的一种方法。

符合技术在核物理的各领域中都获得了广泛的应用，如测量放射源活度、研究核反应产物的角分布、测定核激发态的寿命、角关联、测量飞行粒子的能谱、研究宇宙射线和实现多参数测量等。

研究从天空不同方向射来的宇宙射线的强度，可以将几个G-M管按放在一条直线上，只有当宇宙射线中的粒子同时通过所有计数管并放电从而输出脉冲时，才使总的符合电路有输出脉冲，而仅通过部分计数管的粒子不被记录。

利用这一符合装置可以选出不同方向射来的粒子。

1. 符合概念与分辨时间
一个原子核级联衰变时接连放射β和γ射线，这一对β、γ如果分别进入两个探测器，将两探测器输出的脉冲引到符合电路输入端时，便可输出一个符合脉冲，这种一个事件与另一个事件具有内在因果关系(即相关性)的符合输出称为真符合。

符合电路功能主要是由逻辑门来控制，对于符合门，当两个输入端同时有正脉冲时，符合门打开有脉冲输出，否则没有脉冲输出。

探测器的输出脉冲总有一定的宽度，在选择同时事件的脉冲符合时，当两个脉冲的起始时间差别很小，以致于符合装置不能区分它们的时间差别时，就会被当作同时的事件记录下来。

符合装置具有一定的时间分辨能力，符合装置所能够区分的最小时间间隔τ称为符合的分辨时间，它的大小与输入脉冲的形状、持续时间、符合电路的性能有关。

分辨时间是符合装置的基本参量，它决定了符合装置研究不同事件的时间关系时所能达到的精确度。

对于大量的独立事件来说，两个探测器的输出信号同时发生在τ时间内，这时符合电路也输出符合脉冲，但这个事件是不具有时间关联的事件，这种符合称偶然符合。

例如某个核在某时刻发生衰变，其β粒子被β探测器记录，但级联的γ射线却没有被γ探测器记录到，如果此时恰好有另一个核的γ射线被γ探测器记录到，那么这两个来自不同原子核的β和γ射线在符合电路中产生的符合就是无时间关联事件间的符合即属偶然符合。

我们假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽度为τ。

再设第Ⅰ道的平均计数率为n1，第Ⅱ道的平均计数率为n2，则在t0时刻，第Ⅰ道的一个脉冲可能与从t0-τ到t0+τ时间内进入第Ⅱ道的脉冲发生偶然符合，如图7-5-2所示，
其平均符合率为2τn2。

从而，第Ⅰ道n1个计数的偶然符合计数为n rc为
n rc=2 τ n1n2
τ=n rc/2 n1n2
显然，减少τ，能够减少偶然符合几率，但是τ减少到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输出脉冲前沿之间存在统计性的时间离散，如同时事件的脉冲可能因脉冲前沿的离散而成为时距大于符合电路的分辨时间τ，则在符合电路中不会引起符合计数，从而造成真符合的丢失。

2. 测量符合分辩时间的方法
利用测量瞬时符合曲线的方法来测定符合的分辩时间实验所用的符合测量装置如图所示。

实际上，探测器输出的脉冲总要经放大、整形，使之具有一定宽度。

当这样的两个脉冲到达符合电路的时间间隔小于这一宽度时，将被当作同时发生的事件记录下来。

只有时间间隔大于τ的两个脉冲才能被符合电路分辨为不同时事件。

因此所谓符合事件实际上是指相继发生的时间间隔小于符合分辨时间τ的事件。

用脉冲发生器作脉冲信号源，人为改变两输入道的相对延迟时间td时，符合计数率随延迟时间td的分布曲线称为延迟符合曲线。

对于瞬发事件，即发生的时间间隔远小于符合的分辨时间τ的事件，测得的延迟符合曲线称为瞬时符合曲线，如图7-5-4(a)所示。

由于标准脉冲发生器产生的脉冲基本上没有时间离散，测得瞬时符合曲线为对称的矩形分布。

通常把瞬时符合曲线的宽度定为2τ，τ称为电子学分辨时间。

实际上，由探测器探测并拾取信号的过程中，辐射粒子进入探测器的时间与探测器输出
的脉冲前沿之间的时距(由于光电转换传输等过程的不确定性)并不是固定不变的，该时距变化叫时间离散，脉冲前沿的时间离散是探测器输出脉冲所固有的。

用放射源60Co的β-γ瞬时符合信号，作瞬时符合曲线的测量，其结果如图7-5-4(b)所示。

以瞬时符合曲线的半宽度FWHM(Full Width Half Maximum)来定义符合分辩时间(即最高符合计数率一半处的全宽度
2τ’)。

τ’又称物理分辩时间。

在慢符合(τ≥10-7秒)情况下，τ’≈τ。

3. β-γ符合测量放射源绝对活度的方法用闪烁计数器或盖革-弥勒计数器对放射源活度绝
对测量是比较困难的。

这是因为绝对测量需要对影响测量结果(计数率)的许多因素，如立体角、计数效率、计数器分辨时间、散射和吸收、源的自吸收等进行修正，而上述因素一般都很难准确测定。

对于衰变时有级联辐射的放射性元素，用符合法来测量则避开了上述困难，方法也十分简单。

当60Co衰变时，同时放出β及γ射线，称为级联辐射，其衰变图如图7-5-5 所示。

利用图7-5-3所示的实验装置作β-γ符合。

两个探测器都采用闪烁计数器。

β探测器用塑料闪烁体，用来测量β粒子，它对γ射线虽然也很灵敏，但探测效率低。

γ探测器用NaI(Tl)闪烁体，并外加铝屏蔽罩，将60Co 发出的β射线完全挡住，而只能测量γ射线。

设Co60的放射源的活度为A0(衰变数/秒)，nβ0、nγ0及n c0分别表示β粒子在β探测器中引起的计数率，γ粒子在γ探测器中引起的计数率以及β-γ真符合计数率。

则放射源的活度表示为：
A0=nβ0*nγ0 /nc0(7-5-3)
由上式可以看出活度只与两个输入道和符合道计数有关，与探测器的效率无关，这给测量带来很大的方便。

但是从实验数据准确地得到活度A0尚需进行一系列修正，因为实际测到的符合计数中包括了偶然符合计数、本底符合计数及γ-γ符合计数，各道计数还要扣除本底，此外还应考虑所测核素衰变图的特点，如角关联、内转换等修正因素。

此外还应考虑所测核素衰变图的特点，如角关联、内转换等修正因素。

(1)β道、γ道和符合道计数的实验测定β道直接测得的总计数nβ并不全是β粒子的贡献，
还有本底计数率nβb和由Co60而来的γ射线引起的计数率nβγ，所以真正由β粒子引起的计数率为
根据60Co 源发出的β射线的能量，在放射源上加一块适当厚度的铝片，挡掉β射线，此时
测得的β道计数率为γ道直接测得的总计数nγ包含有本底计数率nγb；测量有源时计数率nγ及无源时本底计数率nγb，两者之差即为计数率nγ0；真正的γ射线计数率为:
因β探测器对γ也有一定的灵敏度，符合道测得的总计数率
c n 包括真符合计数率c0 n 偶然
符合计数n rc、Co60两个级联γ射线在β和γ道中记录引起的真符合计数率nγγ和两个道本底计数产生的本底计数率
n cb。

所以有
真符合计数率：
三、实验报告
1、方案一
连接实验仪器，调整符合系统参量，选好工作条件。

1) 用示波器观察各级输出信号。

使信号发生器给出0.5V负脉冲，调节放大器放大倍
数使二道分别输出7-8V的信号，观察定时单道的输出信号的波形及其时间关系。

2) 改变放大倍数，观察定时单道输出和放大倍数的关系。

3) 调节定时单道的“延时”，在示波器上观察输出脉冲的移动，使两道输出信号发生在
同一时间。

4) 用脉冲发生器的信号作示波器的外触发信号，测定放大器、单道分析器、符合道
等各级输出的信号波形及其时间关系。

5) 改变输入信号大小，观察定时单道输出脉冲的时间稳定性。

6) Ⅰ道(β道)高压为700V 左右；Ⅱ道(γ道)高压为600V左右；在两探头间放上60Co
放射源，调节Ⅰ、Ⅱ道放大倍数，使60Co 源的0.31MeVβ射线脉冲幅度和1.33 MeVγ
射线的脉冲幅度约为7-8V左右，观察β和γ道探测器、放大器、单道分析器、符
合道等各级输出的信号波形及其时间关系。

1) 用脉冲发生器的信号作信号源，调节“符合成形时间”，使脉冲宽度约为τ＝0.2～
0.5μ s。

固定符合电路任一道“延时”于某一中间位置，改变另一道的“延时”测量不
同“延时”时的单道计数与符合计数，作出瞬时符合曲线，求出电子学分辩时间。

2) 用137Cs 作偶然符合的信号源，选择合适工作条件，测出几组n1、n2和nrc，求出
符合装置的物理分辩时间产生真符合的几率远小于偶然符合，可以忽略，即认为符合输出
3) 测量60Co的活度，计算使用寿命。

①不加放射源情况下，测出nγb；
②放上60Co源，在测量分辩时间的同样条件下，测出nβ、nγ和n c；
③在塑料晶体前加Al 片，测出( nβb+nβγ)和n cb0；由此可计算出活度A
4) 用Co60源作瞬时符合曲线，求出物理分辨时间τ’
实验数据处理
一、
5.46 0
5.4 0
5.36 106
5.34 51308
5.3 90541
5.2 90541
5.1 90543
5 90543
4.8 90541
4.7 90542
4.66 80542
4.64 14121
4.63 169
4.62 0
4.6 0
二、
γ贝塔符合c
4.1 8158 2987 1
4.2 8089 3004 1
4.3 7951 2918 6
4.4 7980 2897 9
4.5 8044 3057 42
4.6 8091 2996 70
4.7 8091 3013 112
5 8188 3097 291
5.1 8054 3012 374
5.2 8069 3007 422
5.3 8050 3032 433
5.4 8188 2925 417
5.5 8048 3064 402
5.6 8079 3130 318
5.7 8075 3050 229n c=433 nβ=3032 nγ=8050
5.8 8129 3130 184 (nβb+nβγ)=418 n cbo =52 n rb =2923
5.9 8096 3046 73 A0=1173.218
6 8250 3025 32
6.1 7937 3101 7
6.3 8028 3024 0
挡住8242 418 52
本底2923 61 6
实验仪器：。