基于NaI(Tl)γ谱仪的自动能谱分析的研究
浙师大物理实验预习报告-NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
浙师大近代物理实验预习报告NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定任希 物理081 08180123摘要：在了解了γ射线与物质相互作用的基本特性与多道脉冲幅度分析器在NaI （T1）单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能之后，我们将通过使用NaI （T1）γ闪烁谱仪，测量137Cs 和60Co 的γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。
并且进一步了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，并通过仪器测量了γ射线在不同物质中的吸收系数，通过对比不同物质的吸收系数，了解γ射线的性质。
关键词：NaI （T1）γ闪烁谱仪137Cs 、60Co γ能谱 吸收系数引 言γ射线是原子核能级跃迁的辐射，它是一种不含任何带点微粒、不受电场影响，并且穿透本领很强的特殊电磁波。
波长短于0.2埃的电磁波。
原子核由高能级向低能级跃迁时会放出γ射线。
它是一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υh E E E r =-=12。
射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的γ射线。
我们将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，即所谓“能谱”。
测量能谱的装置称为“能谱仪”。
本实验中主要应用NaI γ闪烁谱仪来测量γ射线的能谱。
正文：以下是本实验使用到的仪器： 1.闪烁探测器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。
归结起来，闪烁探测器的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).利用反射物和光导体将闪烁光子尽可能多地收集到光电增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；(4).光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个．电子流在阳极负载上产生电信号；(5).此电信号由电子仪器记录和分析。
NaI(Tl)单晶γ能谱仪实验探索-PPT精选文档
微机计数
1 实验原理 示波器
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
4
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1. 能谱定性探究以及为能谱定标
2 实验内容
2019/5/2
6 s
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
5
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1. 利用Cs、Co为能谱仪定标
2 实验内容
2019/5/2
E 0 .0 0 1 4 7 R 0 .0 0 6 Me V
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
6
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
3. 康普顿平台边缘的确定
能 量 从 0 到 E
在实验中，我们取下降起点A与谷底C的中 点B作为实验测量的康普顿平台端点。 E c 0 .0 0 1 4 7 3 2 8 0 .0 0 6 0 .4 7 6 M e VΔEEc c 0.4%
计数时间 原则上时间与测到的计数成正比关普顿平台边缘 在实验中总结发现实验与测量技巧，给出如何确定康普顿平台边缘。
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
11
感谢近代物理实验室各位老师的指导与帮助! 感谢实验伙伴的讨论与合作!
谢谢！
5. 质量吸收系数的确定
I e I0
lnIlnI0
得
0.093cm2 / g A 4.021025cm2
N0Z
2 实验内容
2019/5/2
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
10
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
3 实验总结
提高实验质量所做的努力与改进
放射源 实验中采用多个放射源叠加的办法，使实验数据质量明显提高。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
注意事项
• NaI（Tl）探测器要轻拿轻放，切忌磕碰。仪器
开机后，必须预热30分钟左右。
• 当工作指示灯为红色时，勿关闭仪器。光电倍增 管加高压、降高压都要慢，高压不得超过650 V。 • 在测绘能量刻度曲线中，为了减小计数统计涨落 对测量的影响，应保证计数足够多（>1000）。
• 实验室禁止吃东西，实验后要洗手。
核物理实验 NaI(Tl)闪烁谱仪及g能谱测量
物理科学与技术学院 核工程与技术系
NaI(Tl)闪烁谱仪及g能谱测量
实验目的
1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。 2、熟悉γ射线与物质相互作用的三种效应（光电效应、康 普顿效应和电子对效应）。 3、掌握闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法，观测、分
析γ全能谱。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
三、137Cs的γ射线的能谱
图2
137Cs的γ射线的能谱
137Cs半衰期30.17年。95%通过贝塔衰变为137m1Ba(半衰期153秒、光子能量
是662 keV)，5%直接衰变为稳定的137Ba 。 环境中存在着微量的137Cs，它们 几乎都是在1940年代至1960年代的核试爆及某些核事故中释放出来的。历史上 曾造成137Cs释放进入环境中的著名案例包括如切尔诺贝利核事故等。2011年3 月11日，日本的福岛第一核电站事故事件发生时，也曾发现它的存在。
实验仪器
γ放射源60Co和137Cs；NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪；计 算机等。
X
.
实验原理
一、γ 射线与物质的作用
康普顿效应
Eg '
Eg Eg 1 1 cos 2 m0 c
Ee
Eg m0c 2 1 Eg 1 cos
浙师大物理实验报告-NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
浙师大近代物理实验报告NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定任希物理081 08180123摘要：在了解了γ射线与物质相互作用的基本特性与多道脉冲幅度分析器在NaI（T1）单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能之后，我们通过使用NaI（T1）γ闪烁谱仪，测量137Cs 和60Co的γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。
并且进一步了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，并通过仪器测量了γ射线在不同物质中的吸收系数，通过对比不同物质的吸收系数，了解γ射线的性质。
关键词：NaI（T1）γ闪烁谱仪137Cs、60Coγ能谱吸收系数引言1896年法国物理学家H．贝可勒尔发现铀的放射性，以及1898年M．居里和P．居里发现钋和镭以后，人们开始认识到一类元素具有放射性，并陆续发现了其他放射性元素。
随着科技的不断进步发展，放射性元素最早应用的领域是医学和钟表工业。
后来放射性元素的应用更深入到人类物质生活的各个领域，例如核电站和核舰艇使用的核燃料，工业、农业和医学中使用的放射性标记化合物，工业探伤、测井（石油）、食品加工和肿瘤治疗所使用的某些放射源等。
由此可见放射性元素的价值所在。
在科研、工农业生产、医疗和环境保护等方面，应用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质中各种微量元素的含量。
但直接测量γ射线的强度是很困难的。
闪烁探测器是利用带电粒子转化成带电粒子对物质原子的激发，从而产生发光效应来探测射线的，它还能测量粒子强度和能量，由于具有探测效率高和分辨时间短等优点得到广泛应用。
正文：1.γ射线能谱的测量实验室所提供的仪器为NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪，其余素材包括Co和Cs两种放射源，还有Pb和Al两种测量吸收系数时所用的材料。
根据所提供的实验素材，首先我们需要测量Cs和Co的全能峰，即利用电脑软件画出以上两种元素的能谱图，全能峰的测量具有一定的意义，在能谱图左侧的高峰虽然有一定的量子数，但是其包含的能量太低，中间的峰虽然有一定的能量，但量子数太低，只有最右侧的全能峰具有一定的量子数和一定的能量，有研究的价值。
NaI(T1)单晶γ 能谱测量实验
新开近代物理实验讲义之一γ能谱测量实验-----NaI(T1)单晶γ能谱仪的简要工作原理一NaI(T1)单晶1、总体概述BH1324型微机γ多道谱仪系列的基本系统由碘化钠能谱探头、高压电源(HV)/线性放大器(AMP)、4096道模数变换器(ADC)、电脑串行接口RS-232及计算机等组成。
线性放大器将对从探测器输出的电脉冲信号进行适当的放大，然后再送入模数变换器(ADC)。
ADC的主要任务是把模拟量(电压幅度)变换为脉冲数码并对模拟量进行选择，变换出的脉冲数码经电脑接口送入计算机的一个特定内存区。
高压电源供给探测器所需高压及低压。
2、线性放大器整个放大器由输入缓冲器、第一级成形电路、第一级放大器、第二级成形器、第二级放大器、同相/反相器及输出缓冲器等六个部分组成。
两个缓冲器均为互补式射极跟随器，利用这种电路输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使放大器的输入端与探头，输出端与ADC很好匹配，成形电路主要是为提高信噪比。
两个放大级均采用快速运算放大器LM318，每一级提供2倍、4倍和8倍的增益。
同相/反相器也由LM318集成运算放大器组成。
因为放大器输出总是接ADC，ADC输入信号要正极性，所以不管放大器输入极性如何，通过极性选择开关使输出信号为正极性。
3、模数变换器(ADC)本模数变换器是线性放电型ADC。
在幅度分析(PHA)时，微机通过串口接口给出启动电平，ADC即可工作。
在没有输入信号时，线性门开着，输入信号轻缓冲器、零点调节器、并通过线性门送到峰展宽器，输入信号向展宽器的记忆电容(CM)充电，当记忆电容的电压充电到输入信号的峰值后，展宽器的充电二级管截止，电容上的电荷保持着 (这就是所谓展宽器的意思) 。
如果输入信号在上下阈之间，快地址不产生溢出，在充放标志(CFB)脉冲产生后，将启动定相电路并关闭线性门，定相触发器(A7)的输出去控制线性放电，当记忆电容上的电压放到基线值时，展宽器因充电二级管导通而复原，此时充放标志也随之复原，并关闭时钟门。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量解读
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
60Co的γ射线的能谱
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
实验内容
1. 测量 137Cs或60Co伽马射线谱，观察调节高压（500650 V）对能谱的影响，调节高压使 137Cs或 60Co能谱 的最大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分 析范围。 2. 求出能量分辨率137Cs（0.6617 MeV）或 60Co （ 1.1732 MeV，1.3325 MeV） 。 3. 进行能量刻度，绘制能量刻度曲线:用已知源137Cs（ 0.6617 MeV，0.184 MeV）或 60Co （1.1732 MeV ，1.3325 MeV）对谱仪进行能量刻度。 4. 根据测出的137Cs 、 60Co 的 γ谱，观察形状，识别其光 电峰、反散射峰、X射线峰及康普顿边界等；记录光电峰 、反散射峰的峰位。从测量到的137Cs或60Co的 γ能谱图 ，计算康普顿边和反散射峰的能量值，并与理论值作比 较，对所得的结果进行讨论。
实验仪器
γ放射源60Co和137Cs；NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪；计 算机等。
X
.
实验原理
一、γ 射线与物质的作用
康普顿效应
Eg '
Eg Eg 1 1 cos 2 m0 c
Ee
Eg m0c 2 1 Eg 1 cos
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
133Ba的g射线的能谱
152Eu的g射线的能谱
核物理实验 NaI(Tl)闪烁谱仪及g能谱测量
物理科学与技术学院 核工程与技术系
NaI(Tl)闪烁谱仪及g能谱测量
实验目的
1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。 2、熟悉γ射线与物质相互作用的三种效应（光电效应、康 普顿效应和电子对效应）。 3、掌握闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法，观测、分
NaI单晶TLγ能谱仪实验及相关讨论
NaI单晶(TL)γ能谱仪实验及相关讨论摘要：本实验通过对NaI单晶(TL) γ能谱仪的了解和熟悉，掌握其定标和调整方法，并测量放射源的γ能谱，用卡全能峰的方法计算Pb对射线的质量吸收系数以及散射截面。
关键词：NaI单晶γ能谱仪能量分辨率质量吸收系数散射截面一、引言测量γ射线的强度和能量是核辐射探测的一个重要方面。
在核物理研究中，测量原子核的激发能级、研究核衰变纲图、测定短的核寿命及进行核反应实验等，都需要测量γ射线。
在放射性同位素的工业、农业、医疗和科学研究的各种应用中也经常使用γ射线和要求进行γ射线的各种测量。
NaI(TL)单晶是以NaI为基质材料掺以适当浓度的TL生长而成的闪烁晶体材料。
材料对闪烁光无明显的自吸收，并对X射线和γ射线具有很高的分辨率。
在所有可供使用的闪烁晶体中, NaI是应用最广泛的材料。
广泛应用于核医学、矿井探测、环境监测、高能物理和其它方面。
二、实验目的掌握NaI(Tl)单晶γ能谱仪的调整方法，测量γ射线的能谱，测量能谱仪的性能和标定其能量定标曲线，并利用定标曲线进行一系列实验，掌握运用个人计算机处理能谱数据的方法。
三、实验原理γ光子是不带电的中性粒子，因此它与物质的相互作用与带电粒子有显著的差别。
带电粒子与物质相互作用时，与物质原子的核外电子的非弹性碰撞是主要的能量交换过程，每一次碰撞所转移的能量是很小的，经过许多次碰撞后逐渐损失能量。
γ射线与物质的相互作用主要有三种方式：光电效应，康普顿散射和电子对效应。
(1)光电效应入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打出来形成光电子。
由于束缚电子的电离能E i一般远小于入射γ射线能量Eγ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量E光电＝Eγ－E i≈Eγ(2)康普顿散射设入射γ光子能量为hν，散射光子能量为hν′，则反冲康普顿电子的动能：Ee＝hν－hν′康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为其中即为入射γ射线能量与电子静止质量所对应的能量之比。
NaI单晶γ闪烁谱仪实验报告
道数
能量（Mev）
329.45
1.33
289.71
1.17
160.24
0.662
经典力学：
量子力学：
3.应用定标曲线，找出 的γ能谱康普顿峰计数一半处的道数，求电子能量与理论值比较。
半峰位道数为130ch，根据y=0.00394x+0.02992，得能量E=0.542MeV。
反散射电子动能：
Ek(MeV)
E1(MeV)
E2(MeV)
相对论Pc理论值（MeV）
经典Pc理论值（MeV）
百分差（%)
65.74
17.60
0.03800
0.7423
0.2889
0.3867
0.3990
0.7530
0.6386
1.4
127.12
20.30
0.05150
1.0061
0.5308
0.6263
0.6373
6.用γ放射源进行能量定标时，为什么不需要对γ射线穿过220μm厚的铝膜时进行“能量损失的修正”？
γ射线在空气中的损失可以忽略不计，因此不需要修正，而β粒子需要真空条件，因此要用铝膜隔绝空气。
7.为什么用γ放射源进行能量定标的闪烁探测器可以直接用来测量β粒子的能量？
得到的道数与能量关系图本身是由 、 获得的，证明与何种粒子无关，故可以直接测量β粒子。
4.观察狭缝的定位方式，试从半圆聚焦β磁谱仪的成象原理来论证其合理性。
快速电子在磁场作用下受洛仑磁力作圆周运动，狭缝的定位对应不同半径的电子，可获得其有不同能量的电子。
5.本实验在寻求P与△X的关系时使用了一定的近似，能否用其他方法更为确切地得出P与△X的关系？
NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量【摘要】本实验通过对NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪对γ射线的能谱进行测量，了解NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的结构、原理与特性；掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的操作和使用方法。
鉴定谱仪的能量分辨率与线性；并通过对Cs 137和Co 60 放射源γ能谱的测量，加深对γ射线与物质相互作用的理解。
【关键词】NaI(Tl)闪烁探测器 能谱 吸收系数【正文】核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。
当核辐射的能量全部耗尽在闪烁体内时，探测器输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比，因此可以根据对脉冲幅度谱的分析来测定核粒子的能谱。
NaI(Tl)单晶γ能谱仪由以下单元组成：闪烁探头(包括NaI(Tl)晶体和光电倍增管)，高压电源，线性放大器，脉冲幅度分析器(分为单道分析器和多道分析器)。
闪烁探测器的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地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；4. 光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号；5. 此信号由电子仪器记录和分析。
闪烁探测器可将入射粒子的能量转换为电压脉冲信号，而信号幅度大小与入射粒子能量成正比。
因此只要测到不同幅度的脉冲数目，也就得到了不同能量的粒子数目。
由于γ射线与物质相互作用机制的差异，从探测器出来的脉冲幅度有大有小，单道就起到从中“数出”某一幅度脉冲数目的作用。
单道里有一个甄别电压V 0（此电压可以连续调节），称为阈值，它就象一道屏障一样，将所有低于V 0的信号都挡住了，只有大于V 0的信号才能通过。
但这样只解决了一半问题，因为在通过的信号中实验者只知道它们都比V 0高，具体的幅度还是不能确定。
实验五 NaI(Tl)单晶γ能谱的认识与分析
实验五 NaI(Tl)单晶γ能谱的认识与分析一 实验目的1. 初步认识几种放射性核素在NaI （T1）谱仪中形成的γ能谱；2. 了解数字化多道谱仪系统（Ispeter 2000）以及NaI （T1）谱仪系统的特点，并学会操作使用该系统；3. 掌握测量和分析天然放射性（40-K 、226-Ra 、232-Th ）水平的原理和方法；二 实验器材NaI （T1）闪烁探测器、铅室、Ispeter 2000数字化多道谱仪、环境放射性标准样品，137-Cs 源，计算机。
三 实验原理利用碘化钠晶体和光电倍增管组成的闪烁计数器，把具有一定能量的光子变为电脉冲，且输出的脉冲幅度与入射光子能量成正比。
通过对脉冲幅度的分析，从而得到光子能量的分布，这就是γ能谱仪进行能谱分析的基本原理。
但是用γ能谱仪测得的放射源的γ谱，与放射源产生的起始γ谱有很大差别，这种由能谱仪测量得到的、被复杂化的核辐射原始线谱称为仪器谱。
放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系，辐射的含量与能量的强度存在正比关系。
在γ射线与闪烁体发生光电效应时，γ射线产生的光电子动能给出为：i e B E E -=γ其中，i B 为K 、L 、M 等壳层中电子的结合能。
在γ射线能区，光电效应主要发生在K 壳层。
此时，K 壳层留下的空穴将为外层电子所填补，跃迁时将放出X 光子，其能量为X E 。
这种X 光子在闪烁晶体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子。
因此闪烁体得到的能量将是两次光电效应产生的光电子能量和：γγE E B E E X i =+-=)(所以，由光电效应形成的脉冲幅度就直接代表了γ射线的能量。
在康普顿效应中，γ光子把部分能量传递给次级电子，而自身则被散射。
反冲电子动能为)cos 1(120θγγ-+=E cm E E e散射光子的散射角为θ；20c m 为电子静止能量（0.511MeV ）。
为方便起见上式可近似写成：)cos 1(211θγγ-+≈E E E e散射光子能量也可近似写成：)cos 1(21θγγγ-+≈E E E （1）当θ=180°时，即光子向后散射，称为反散射光子。
NaI(Tl)闪烁谱仪测γ射线能谱.
关于实验中一些问题的讨论 姓名:莫蕴华
学号:11020326 指导教师：陆景彬
NaI(Tl)闪烁探测器优点
闪烁谱仪是利用利用某些物质在射线作用下会发光的特性 来探测射线的仪器.它既能探测各种类型的带电粒子,又能 探测中性粒子;既能测量粒子强度,又能测量粒子能量;且探 测效率高,分辨时间短.在核物理实验中得到广泛应用.
G-M计数器只能用于测定辐射粒子的数目而不能分辨粒子 的种类.但其设备简单使用方便,造价低廉.仍有一席之地.
2
实验所要求内容
• 高压对能量分辨率的影响 • 高压对线性关系的影响
结论
当电压较高时能量分辨率较好 当电压较低时能量分辨率较差 当电压较高时线性关系较好 当电压较低时线性关系较差
实验中所发现问题的讨论
参考文献
近代物理实验 晏于模 王魁香 吉林大学出版
光学 赵凯华
高等教育出版社
原子物理 褚圣麟 高等教育出版社
利用线性定标分析未知源 NaI(Tl)晶体测谱中存在的缺点 实际C11、O15、N18、F18等）标识的试剂投入病人体内， 发射出的正电子同体内结合时，放出淬灭γ线，用光电倍增管进行计 数，用计算机作成体内正电子同位素分布的断层画面，这种装置称为 正电子CT。 γ相机 将放射性同位素标定试剂注入病人体内，通过γ相机可以得到断层图 象，来判别病灶。从闪烁扫描器开始，经逐步改良，γ相机的性能得 到快速的发展。光电倍增管通过光导和大面积NaI（Tl）组合成探测 器 石油测井应用 石油测井中用以确定石油沉积位置以及储量等。内藏放射源、光电倍 增管和闪烁体的探头进入井中，分析放射源被散射的以及地质结构中 的自然射线，判断油井周围的地层类型及密度。
NaI单晶γ能谱仪实验探索
线性放大器
闪烁体
多道脉冲 分析器
放射源
微机计数
1 实验原理 示波器
2019/9/15
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
4
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1.Байду номын сангаас能谱定性探究以及为能谱定标
2 实验内容
2019/9/15
6 s
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
5
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
1. 利用Cs、Co为能谱仪定标
NaI(Tl)单晶γ能谱仪实验的探索
李博 06300190063 复旦大学物理学系 2009年6月18日
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
Outline 1 实验原理 2 实验内容
a 得到能谱 b 利用能谱 c 改进能谱
3 实验总结
2019/9/15
Outline
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
2
5. 质量吸收系数的确定
I e I0
lnIlnI0
得
0.093cm2 / g A 4.021025cm2
N0Z
2 实验内容
2019/9/15
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
10
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
3 实验总结
提高实验质量所做的努力与改进
放射源 实验中采用多个放射源叠加的办法，使实验数据质量明显提高。
2019/9/15
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
7
NaI(Tl) 单晶γ能谱仪实验
4. Pb对γ能谱的吸收
2 实验内容
2019/9/15
近代物理实验 复旦大学物理实验中心
8
实验一NaI（Tl）单晶闪烁谱仪和能谱的测量
实验一NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪和γ能谱的测量引言γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射，本质上它是一种能量比可见光X 射线高得多的电磁辐射。
利用γ射线和物质相互作用的规律，人们设计和制造了多种类型的探测器。
闪射探测器就是其中之一。
它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器，既能测量射线的强度，也能测量射线的能量，在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。
本实验介绍一种常用的γ射线测量仪器：NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪。
实验目的⑴了解γ闪烁谱仪的原理和结构，掌握用谱仪测γ能谱的方法；⑵鉴定谱仪的基本性能，如能量分辨率、线性等。
⑶了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。
实验原理一、γ射线与物质相互作用的一般特性γ射线与物质的作用过程可以看作γ光子与物质中原子或分子碰撞而损失能量的过程。
主要的相互作用有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。
⑴光电效应.当入射γ光子与物质原子中的束缚电子作用时, γ光子把能量全部转移给某个电子,使它脱离原子的束缚变成自由电子,而γ光子本身消失掉,这种过程称为光电效应。
⑵康普顿效应. γ光子与原子的外层电子发生非弹性碰撞,一部分能量转移给电子使它脱离原子成为反冲电子,光子的能量减少了,变成闪烁光子γ',这种过程称为康普顿效应。
⑶电子对效应.当γ光子的能量大于2m0c2(m0c2=0.511MeV为电子的静止能量),即大于1.022MeV时, γ光子在原子核的库仑场作用下可能转化为一个正电子和一个负电子,这个过程称为电子对效应。
反过来,当电子在物质中耗尽动能时,便与物质中的轨道电子发生正负电子湮没,同时产生两个能量各为0.511MeV 的γ光子。
这三种效应产生的次级电子在NaI(Tl)晶体中产生闪烁发光如下图所示,表1表一、γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程基本过程 次级电子获得的能量T1）光电效应 T=E -E (该层电子结合能) 由于单能γ射线所产生的这三种次级电子能量各不相同，甚至对康普顿效应是连续的，同此相应一种单能γ射线，闪烁探头输出的脉冲幅度谱也是连续的。
伽马能谱实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除伽马能谱实验报告篇一：r射线能谱图实验报告naI（Tl）γ闪烁谱仪器及γ射线能谱的测量γ射线的吸收与物质吸收系数?的测定学院数理与信息工程学院班级姓名学号naI（Tl）γ闪烁谱仪器及γ射线能谱的测量摘要：闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探5g射线的仪器。
本实验要利用naI（Tl）γ闪烁探测仪来测定γ射线能谱分布规律。
然后，通过分析结果，在得出结论,目的是了解naI(T)闪烁谱仪原理，特性与结构。
掌握naI(T)闪烁谱仪的使用方法；鉴定谱仪的能量分辩率与线性；并通过对r射线能谱的测量，加深对r射线与物质相互作用的理解。
关键词：γ闪烁谱仪能谱γ射线naI（Tl）引言：某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，核辐射主要有α、β、γ三种射线。
我们通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见的射线。
本实验使用的是g闪烁谱仪。
g闪烁谱仪内部含有闪烁体，可以把射线的能量转变成光能。
实验中采用含TI（铊）的naI晶体作g射线的探测器。
通过查阅相关资料，我了解了g闪烁谱仪的基本工作原理以及整个的工作过程：naI(TI)闪烁探测器的结构如下图所示。
整个谱仪由探头（包括闪烁体，光电倍增管，射极跟随器），高压电源，线性放大器，多道脉冲幅度分析器等组成。
闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子放大器件三个主要部分组成。
（1）闪烁体:闪烁体是用来把射线的能量转变成光能的。
本实验中采用含TI（铊）的naI晶体作射线的探测器。
（2）光电倍增管:光电倍增管的结构如图2。
它由光阴极K、收集电子的阳极A和在光阴极与阳极之间十个左右能发射二次电子的次阴极D（又称倍增极、打拿极或联极）构成。
在每个电极上加上正电压，相邻的两个电极之间的电位差一般在100V左右。
当闪烁体放出的光子打到光阴极上时，发生光电效应，打出的光电子被加速聚集到第一倍增极D1上，平均每个光电子在D1上打出3～6个次电子，增值后的电子又为D1和D2之间的电场加速，打到第二倍增极D2上，平均每个电子又打出3～6个次级电子，??这样经过n级倍增以后，在阳极上就收集到大量的电子，在负载上形成一个电压脉冲。
NaI(Tl)单晶γ能谱的测量
NaI（Tl）单晶γ能谱的测量一、实验目的1、加深对γ射线和物质相互作用的理解；2、掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法；3、学会测量分析γ能谱；4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线；5、测定未知放射源的能量和活度。
二、实验原理1、γ谱仪的组成图1 γ谱仪的组成框图NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。
图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。
此种谱仪既能对辐射强度进行测量又可作辐射能量的分析，同时具有对射线探测效率高（比G-M 计数器高几十倍）和分辨时间短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。
2、射线与闪烁体的相互作用由能带理论，卤化碱晶体能带由价带、禁带和导带组成。
能量最低的为价带，通常为晶体格子所束缚住的电子；中间的一层叫做禁带。
就本征晶体而言，禁带中不存在电子。
但若在价带中的电子获得了足够的能量，则可跃迁至导带，并在价带中产生一个空穴。
在导带中的电子及在价带中的空穴均可以自由运动。
同时导带中的电子可能会跃迁回到价带与空穴复合而发出光子。
但是在本征晶体中，电子与空穴复合放出光子的机率是非常小的。
何况，因为价带与导带之间的能隙的限制，在上述情况下发出的光子通常能量较高而不在可见光的范围内。
若在无机闪烁器中加入少量杂质，在晶体中形成缺陷，改变了本征晶体的能带结构，在禁带形成了一些新的能带。
经由这些能态，导带中电子与空穴复合的机率大为增加。
若选用适当的杂质，可以发出可见光。
常用的无机晶体闪烁器有NaI(Tl)、CsI(Tl)、CsI(Na)及ZnS(Ag)等。
当射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。
前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对。
这些次级电子获得动能(见表1 所示)，次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。
NaI(T1)γ能谱低能端本底扣除方法研究及软件设计
NaI(T1)γ能谱低能端本底扣除方法研究及软件设计NaI(Tl)γ能谱仪因装置简单、成本较低、使用维护方便、探测效率高而广泛应用于野外γ能谱测量。
NaI(Tl)γ能谱仪在进行γ能谱测量时，如果测量物质中含有的核素类型多、介质复杂且含量低，因其能量分辨率较低，在高本底等复杂背景的测量环境下测量得出的γ谱线会很复杂。
解谱算法精度对分析结果的不确定性有一定的影响，主要影响因素包括：能谱仪的仪器性能、能谱测量的统计涨落干扰以及本底干扰。
低能谱段是由能量小于1MeV的γ射线组成的谱段，由两部分叠加形成：一部分是能量小于1MeV的低能γ射线在探测器上形成的全能峰；另一部分是能量大于1MeV的γ射线在空气或近地表介质中发生散射作用，形成的低能散射γ射线，这些射线积累在低能谱段，增加低能谱段的信息量。
自然γ射线的能量主要分布在30～2620keV范围内，其中包含的信息有：铀钍钾等天然放射性核素信息、核工程活动产生的大量人工放射性核素以及γ射线与地壳发生相互作用产生的有关信息，大多数γ射线的能量小于1MeV，低能射线占全谱的80％以上，因此，在进行地面γ能谱测量时，获取能量小于1MeV的γ射线是很有必要的。
在实测γ能谱中，本底是能谱仪测量谱线的重要组成部分，放射性核素含量和活度的定量分析结果和对应特征峰的净峰面积有非常直接的关系，谱线的本底扣除效果会影响特征峰的净峰面积。
因此，为减小本底干扰因素对测量分析结果的影响，准确获得待测样品的有效净峰计数，就必须对测量得到的能谱数据进行本底扣除。
本文题目来源于863计划项目“高精度能谱探测仪器研发”（项目编号：2012AA061803），收集整理关于γ能谱低能谱段研究资料和各种本底扣方法的基础上，针对NaI(Tl)γ能谱低能谱段本底扣除难点，主要展开了以下几个方面的研究。
（1）通过对比分析137Cs源、133Ba源、241Am源以及铯钡镅混合源在天然环境以及铅室环境中测得的γ射线谱，研究了环境本底对低能核素谱的影响。
实验91用NaI（Tl）单晶γ闪烁能谱仪测γ能谱
实验 91 用 NaI（Tl）单晶 γ闪烁能谱仪测 γ能谱原子核的能级间的跃迁产生 γ 射线，γ 射线强度按能量的分布即 γ 射线能谱，简称 γ 能 谱。
研究 γ 能谱可确定原子核激发态的能级等，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方 面都有重要的意义。
测量 γ 能谱最常用的仪器是闪烁γ 能谱仪，在核物理、高能粒子物理和 空间辐射物理的探测中应用非常广泛。
【实验目的】1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。
2、掌握NaI（Tl）单晶 γ 闪烁能谱仪的几个性能指标和测试方法．3、观测及分析 γ 全能谱。
4、了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。
【实验原理】一、闪烁能谱仪测量 γ 能谱的原理闪烁能谱仪是利用某些荧光物质在带电粒子作用下被激发或电离后，能发射荧光（称为 闪烁）的现象来测量能谱的。
这种荧光物质常称为闪烁体。
1、闪烁体的发光机制闪烁体的种类很多，按其化学性质不同可分为无机晶体闪烁体和有机闪烁体。
有机闪烁 体包括有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和有机塑料闪烁体等。
最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常记为 NaI（Tl），属离子型晶体。
纯粹的碘化钠晶体，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带，如有带电粒子进人到 闪烁体中， 将引起后者产生电离或激发过程， 即可能有电子从价带激发到导带或激发到激带， 然后这些电子再退激到价带。
退激的可能过程之一是发射光子，这种光子的能量还会使晶体 中其它原子产生激发或电离，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到， 为此要在晶体中 掺入少量的杂质原子（激活原子），如在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低 于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级。
这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂 质能级上，然后以发光的形式退激到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小 于禁带宽度而不再被晶体吸收， 不再会产生激发或电离。
这说明只有加入少量激活杂质的晶 体，才能成为实用的闪烁体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｙ 亩 ＋ １ ６＋ １ ＋ ｉ （２ 一 ＋ ２ 一 ＋ｙ ＋ ）
其 中 ： Ｙ 为原始 谱第 ｉ 道计 数
可以减小统计涨落 ， 同时考虑到寻峰方法 中寻峰 窗 口较小 ， 高 自身 比重 ， 以减小 峰宽 提 可
太 大造 成 的峰 区在较 少道 区 内变化较 小 的影响 （ ａ（ １对 ｃ Ｎ ＩＴ） 。 ｓ的 ６ １ｋＶ 的能 量 分 辨 率 一 ６ ｅ 般为 ７ ［ 。 ％ ）
收 稿 日期 ：００— ８— ６ ２ １ ０ ０
ｃ 进 行 了归一 化 处理 ， 方 法 对 能 谱 变化 该
作 者简 介 ： 景 光 （ ９ １ ， ， 北 保 定 人 ， 华 大 贾 １ ８ 一） 男 河 南
比较 灵敏 ， 了减 少统 计涨 落 造 成 的假 峰 的影 为
响 ， 对 变换 后 的能谱 用灵敏 因子 进行 筛选 。 需要
第３卷 １
２１ ０ １年
第 ２期
２月
核 电子学 与探 测技 术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉ ｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｅ ｒＥｌ ｃｒ ｎ ｃ２
Ｆ ｂ ２０ｌ ｅ． １
基 于 Ｎａ （ Ｉ 谱 仪 的 自动 能谱 分 析 的研 究 ＩＴ ）
知 放 射 性核 素 的种 类 ， 测量 特 征峰 区的净 计 数 率， 推算 该核 素 的活度 。微 机 自动谱分 析 中 ， 涉 及 的算 法很多 。针对 不 同探 测器 能量分辨 率 的
差异 ， 别 提 出 了适 宜 的算 法 。如 Ｎ Ｉ Ｔ ） 分 ａ（ １ 探 测器 的 逆 矩 阵 法 和 最 小 二 乘 逆 矩 阵 法 。 Ｇ ｅ
贾景光 屈 国普 杨彬 华 ， ，
（． Ｉ南华大学核科学技术学 院 ， 湖南衡 阳 ４ １０ ； ． ２ ０ １２ 中核（ 北京 ） 核仪器厂 ， 北京 １０ ７ ） ０ １６
摘 要： 针对 Ｎ Ｉ 订） ａ（ 探测器的特点 ， 出了适合 宽特征 峰的对 称零 面积卷 积寻峰方 法 ， 寻峰筛选 提 在
２ ５１
学 核科学技术学 院硕士研 究生 ， 研究方向 ： 核测控 。
灵 敏 因子 为 ：
的影 响 ， 一方 面 又不 能 改 变原 有谱 数 据 的权 另
一
一
旦 一 亟
一 ５
∑ｃ ｊ ｙ
２
．
啪 瑚 伽 伽 啪 姗 瑚 瑚 ０
五点 光滑 ， 式为 ： 公
明 ： ５～ ０ｋＶ 范 围 内 ， 测 器有 １０ 本 征 在 ６ ｅ 探 ０％ 探 测 效率 ， 测效 率 只取 决 于 源距 探 头 的距 离 探
从 图 １可看 出 Ｓ Ｙ Ｓ随
增加 而增 大 ， 造
成低基 底上 的峰识别 能力 弱 于高基 底上叠 加 的 峰 。为 了减 少这 种影 响 ， 对平 滑后 的谱 ， 先进 要 行对数 变换 ， 再对 峰筛选 。变换 公式 为 ：
积法 的窗宽 为分 析 谱 的特 征 峰宽 度 时 ， 峰最 寻
准 确 。但考 虑 到微 机 的处 理 能 力 ， 这里 采 用 Ｉ Ｉ 道 的窗宽 ， 的半 宽度 。寻峰 公式 为 ： ４道
５
１ 分 析 方 法
１ １ 定 性分 析 ．
ｙ；
ｃｙ ｉｉ
』＝ 一５
其 中 Ｃ ：ｅ ‘ ， ）茈
关键词 ： 宽特 征峰对称 零面积卷 积寻峰 ； 寻峰筛选 ； 核素库匹配 ； 效率拟合 ； 活度
中 图分 类 号 ： Ｔ １ ． Ｌ８ ６２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ５ － ３ （０ １０ － ５ － ２ ８０ ４ ２ ｌ ） ２０ １ ４ ９ ２ ０
谱 仪是进 行放 射 性 核素 识别 和 活度 测 量
的 主要 设备 ， 际应 用 中主要采 用相 对测 量法 。 实
１ １ １谱数 据平 滑 ．．
对 原始 谱数 据采用 修 改过 的重心 法五 点光
滑公 式 ：
放射 性 核 素 存在 固有 的 特 征 峰 ， 谱 仪 能量 及 ＾ ｙ
效率标 定后 ， 通过 测定 特 征 峰 的道 址 （ 量 ） 能 获
重 ， 心法 可 以满 足上 述要求 ， 重 这里 采用重 心法
（
）
Ｙ 素 ＋ ＋ｙ ＋ ２ ｚ “ （２ 一 １ 】 ＋ ６＋ ＋ ）
１２ ２效率刻 度 ．． 探 测效率 是 随 能 量 变 化 的 曲线 ， 谱 自动 ＾ ｙ 分 析 需 要 拟 合 出 效 率—— 能 量 曲 线 。实 验 表
阶微商 ， 方 差 及 对 称 零 面积 变 换 寻 峰 法 ¨ 。 协
近 年来 国外谱 仪 （ Ｒ Ｅ Ｏ Ｔ Ｃ和 Ｃ Ｎ Ｅ Ｒ 在 软 Ａ Ｂ Ｒ Ａ） 件方 面做 了较大 优化 ， 使其 功 能更加 强大 ， 操作
简单 。尤其是 谱 分 析 方 法 的 改进 ， 高 了 自动 提 谱分析 精度 。我们 在参 照 国外软 件界 面和 功 能 的基 础 上 ， 出 了 自己的谱分 析方 法 。 给
Ｉ Ｉ２寻 峰 ．． 对 称零 面积 卷积 法有较 好 的高基 底抑 制能 力 和 弱 峰 识 别 能 力 引。实 验 表 明 ， 对 能 谱 ， 择 高斯 变换 函数最佳 ， 择对 称零 面积 卷 选 选
（ ｉ探 测 的 Ｉ Ｌ） Ｆ函数 ， 高斯 乘 积 函数 ， 、 、 一 二 三
前， 对数据进行了处理 ， 提高了低本底下特征 峰 的寻峰能 力。通过核 素库 匹配 ， 别核素 。利 用一 阶微 鉴
分确定峰边界 ， 用对 数法除去基底 ， 采 求净峰 面积 ， 计算 出相应 的活 度。对能 量和效率标 定给 出了拟合 公式 ， 编写应 用软件 ， Ｏ Ｔ Ｃ 对 Ｒ Ｅ Ｔ采集 的能谱进行分析 ， 测试 结果 表明 ， 该方法对 独立 特征 峰具 有较高 的 准确度 ， 能去除一定 的统计假峰 ， 具有较好 的重叠峰 识别 能力 。