γ射线的吸收实验报告

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。

图中横座标以 γ光子的能量 υh 与电子静止能量mc 2的比值为单位，由图可见，对于铅低能 γ射线只有光电效应和康普顿效应，对高能 γ射线，以电子对效应为主。

为了使用上的方便，定义μm =μ/ρ为质量吸收系数，ρ为材料的质量密度。则（1）式可改写成如下的形式：

m m x x e I I μ-=0 （4）

式中x m =x·ρ，称为质量厚度，单位是g/cm 2。

半吸收厚度x 1/2：

物质对 γ射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射 γ射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。由（1）式可得：

μ2

ln 2

1=

x （5）

显然也与材料的性质和 γ射线的能量有关。图2表示铝、铅的半吸收厚度与E γ的关系。若用实验方法测得半吸收厚度，则可根据（4）求得材料的线性吸收系数μ值。

三、实验内容与要求

1．按图3检查测量装置，调整探测器位置，使放射源、准直孔、探测器具有同一条中心线。 2．打开微机多道系统的电源，使微机进入多道分析器工作状态（UMS ）。 3．选择合适的高压值及放大倍数，使在显示器上得到一个正确的60Co γ能谱。 4．测量不同吸收片厚度x 的60Co 的能谱，并从能谱上计算出所要的积分计数 x I 。

5．测量完毕，取出放射源，在相同条件下，测量本底计数 b I 。

6．把高压降至最低值，关断电源。

7．用最小二乘法求出 γ吸收系数μ及半吸收厚度d ½

四、数据处理

上图得21.0048/cm g μ=则20.5ln 2

0.69g/cm x μ

==

上图得2

0.4321/cm g μ=则20.5ln 2

1.6/x g cm μ

=

=

上图得2

0.1419/cm g μ=则20.5ln 2

4.88/x g cm μ

=

=

五、思考题

1．本实验中计数来自于哪些作用过程， x I 应如何选取。

答：Ix 的选取首先是取100s 的计数率，多次取平均后再减去本底计数率得到。

2．实验布置中，为什么要把放射源、准直孔、探测器的中心保持在同一直线上？

答：把放射源、准直孔、探测器的中心保持在同一直线上既可以使探测效率更高，更可以使屏蔽样品的吸收效率最高，验证结果更好。

3．在实验过程中如何估算半吸收厚度？

答：可以通过强度和厚度曲线，线性拟合出计算出材料的线性吸收系数μ值，再算出半吸收厚度。