物质对β射线的吸收
物质对β射线的吸收 (11)
物质对β射线的吸收姓名:陈正 系别:6系 学号:PB052104655- 实验目的：本实验的目的是学习和掌握与物质对射线吸收的有关知识和实验方法，测 量吸收曲线并求出β射线的射程和最大能量。
同时进一步加深对计数管、定标器 等仪器的了解。
实验原理：当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。
电子与物质相互作用的机制主要有三种：第一，电离损失⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎪⎭⎫⎝⎛-2329.12ln 4224I mv NZ mv e dx dE ion π式中v 为电子速度，N 、Z 、I 分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。
第二，辐射损失NE mZ dx dE rad 22∝⎪⎭⎫⎝⎛-式中m 、E 分别为入射电子的质量、能量，Z 、N 分别为靶物质的原子序数和单位体积中的原子数。
第三，β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改变运动方向， 使入射方向上的射线强度减弱。
一束初始强度为I 0的单能电子束，当穿过厚度为x 的物质时，强度减弱为I ，其示意图见图4.3.2-1。
强度I 随厚度x 的增加而减小且服从指数规律，可表示为x e I I μ-=0 μ是该物质的线性吸收系数。
随原子序数Z 的增加，质量吸收系数ρμμ/=m （ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度x d ⋅=ρ来代替线性厚度x ，于是d me I I μ-=0图4.3.2-2是典型的β衰变的能谱图。
定义通过吸收物质后，射线强度降低到4010/-=I I 时，所对应的吸收物质厚度d 即为β射线的射程R 。
在实际测量中吸收曲线的尾部由于γ射线和轫致辐射的存在而变平，因此只能根据曲线变平之前的下降趋势按直线外推至4010/-=I I 处，从而得到β射线的射程R 。
如吸收物质是铝，则当射程2gR>时，3.0cm/=RE.1+245.085式中E为β射线的最大能量，单位为MeV。
放射性地球物理第二章 射线和物质相互作用
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用 3、 韧致辐射
高速运动的β粒子或其它带电粒子通过物质时，在核库 仑场作用下，改变运动速度，伴随放出电磁辐射。
原子核 轫致辐射放出的电磁辐射是连续能量的X射线。 使用辐射损耗率描述在单位距离上轫致辐射的能量损耗。
辐射损耗率定义为：
d d X E 辐 ＝ 射 N 1E m 3 Z 0 2 C 1 7 Z 2 e4 4ln m 2 0C E 23 4
电子打在荧光屏上 产生X射线
电视机显像管
特征: x 射线能量连续 0 – EMax(电子能量) 电视机 高压15 kV 电子束能量15 keV x 射线能量 0 -15 keV
产生机制
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用
4、 线阻止本领 S
在核反应可以忽略的（不是太高）能量范围，带电粒子 主要的能量损失方式是碰撞电离损失核轫致辐射损失。
d dX E 电＝ 离2m e04vZ 2Nln (1 2 Im 2(0 1v 2 )2E 8 1 2)(1 ln1 2 (1 2)2212)
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； E－入射电子动能；
d d X E 电＝ 离 4 e m 4 0 Z v2 z2N ln I(2 1 m 0 v2 2)2 Wn
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； W－平均电离能； n－电离比度；
贵州省职业健康放射培训模拟试题225道全
一、判断题1. X射线管产生的Ｘ射线的强度与管电压的平方、管电流、靶的原子序数成正比对。
对错2. 在省、自治区、直辖市范围内进行放射影像健康普查，应当报省级卫生行政部门批准对。
对错3. 使用移动式X射线设备实施床旁操作时，尽可能采用向上的投照方式。
错对错4. 临床核医学中，日操作最大量放射性核素的权重活度的计算主要处决与操作性质有关的因素，即等于计划的最大日操作活度（Bq）与操作性质修正因子所得的商对对错5. 不同放射性核素的衰变速度是各不相同的,且不受外界因素,如温度、压力、化学变化和电磁场等的影响，这是放射性核素的一种特征。
对错6. 按标准规定不宜将核素显像检查列入对少年儿童的常规检查。
对错7. 放射性活度是指用来度量放射性物质在单位时间内原子核发生核衰变数的物理量，若单位时间内发生核衰变的数目越多，则放射性越强。
对错8. 放射工作人员上岗前的职业健康检查费用由本人承担，在岗期间的职业健康检查费用由用人单位承担。
错对9. 进行Χ射线检查时，只要可行，就应对受检者的辐射敏感器官(例如性腺、眼晶体、乳腺和甲状腺等)采取适当的屏蔽保护。
对错10. X射线机的有效工作负荷，即为每周X射线机工作时的管电流（mA）与曝光时间(mim)乘积的累计数，单位是“mA·mim·wk－1”；对错11. 医用电子直线加速器治疗机房室内通风换气次数应大于3次每小时。
对错12. 凡I类工作场所和开展放射性治疗的单位应设有放射性污水池，以存放放射性污水直至符合排放标准时方可排放。
对错13. 对β射线的防护，通常选用有机玻璃、塑料等低原子序数的物质材料进行屏蔽，以减少韧致辐射的产生，再使用铅等高原子序数的材料屏蔽韧致辐射产生的X射线。
错错14. 放射性核素发生核衰变后，其原子数目因衰变而减少到原来数目的一半所需要时间称为核素的半衰期。
对对错15. 放射工作单位应当安排本单位的放射工作人员接受个人剂量监测，外照射个人剂量监测周期一般为60天，最长不应超过90天。
射线与物质作用
射线与物质相互作用
对重带电粒子阻止本领
dE dX
dE dX ion
dE dX n
射线与物质相互作用
• 重带电粒子在物质中的射程 • 带电粒子在进入物质后，通过与物质相互作用而 不断地损失能量，速度越来越小，最终停留在物 质中，沿入射方向穿过的最大距离成为粒子在物 质中的射程。
c
射线与物质相互作用
Computon散射
运动学关系： hv hv Ee
'
hv’ hv
Ee
hv 1 (1 co s ) 2 mc h v(1 co s ) Ee m c2 (1 co s ) hv hv ct g (1 )t g 2 mc 2
探测器 样品
思考：请计算对比γ射线穿过混凝土等如下介质强度衰减 至5%的厚度 质量衰减系数（μ/ρ）及密度（ ρ）如下： Pb 0.0416 空气 0.0357 混凝土 0.0363 水 0.0396 (3MeV cm2/g)
0.0689
11.3
1MeV
0.0635
0.001293
0.0635
2.35
Z 2 ln hv
射线与物质相互作用
三种效应与原子序数和光子能量的关系
ph Z / hv
5
c Z / hv p Z 2 hv
射线与物质相互作用
射线的吸收
I I 0e
Nt
I 0 e t
ph c p ph c p
射线与物质相互作用
次级粒子
质子、α粒子、正负电子
俄歇电子 X射线
中子、γ、Χ
第1章电离辐射与物质相互作用
dx
2.带电粒子与靶物质原子的碰撞过程
在核工程和核技术应用领域内，主要涉及辐射能量为几kev到20Mev 的范围内。在这个能量范围内，带电粒子穿过靶物质时主要通过库伦 力与靶物质原子发生相互作用，主要有四种作用方式。
（1）带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞
入射带电粒子与物质原子的核外电子通过库伦力作用发生非弹 性碰撞，引起原子电离和激发。此过程中，核外电子获得能量， 带电粒子的能量减少，速度降低，通过这种方式损失能量称为电 离能量损失。一般是带电粒子穿过物质时损失能量的主要方式。
• 快速电子与物质的相互作用有：（1）与原子的电子发生非弹性 碰撞，引起原子的电离和激发；（2）核弹性库伦散射，散射严 重；（3）在电子减速或加速的过程中发射电磁辐射（轫致辐 射）；（4）正电子或负电子的湮灭。
• 虽然电离和激发仍是重要的，但轫致辐射的作用不能随意的忽略。 并且在与轨道电子的一次作用中，可以损失相当大份额甚至全部 的能量，并显著改变自己的运动方向。
• 对快电子来说，电离能量损失Sion仍是能量损失的重要方式，但 辐射能量损失Srad也占重要的地位，当电子能量达到几Mev时， 二者几乎相当。由于电子的质量小，核碰撞能量损失Sn所占份 额很小，但这会引起严重的散射。
二、重带电粒子与物质的相互作用
• 在我们感兴趣的能量范围内（大约0.1Mev到20Mev）的重带电 粒子与物质的主要相互作用有：（1）与原子的电子发生非弹性 碰撞，导致原子电离和激发，但粒子的运动方向几乎没有什么变 化；（2）电荷交换，即俘获和损失电子；（3）与核的弹性碰撞 （卢瑟福散射）；（4）核反应。
Scattering s e in
Absorption a γ f
Total
射线与物质相互作用
I
厚层
表示射线β计数率与 h无关，已达饱和 此时h称为饱和厚度
①③ ②
I I ，
③对于以上两者之间，有： I I0 (1 eh )
过渡层
1.3.2 γ射线与物质的相互作用 1.3.2.1、作用形式
一、γ 射线的特点
即是粒子，又是光子，具有波粒二象性，是一种波 长极短的电磁辐射，不带电，静止质量为零，不会 发生电离，激发，轫致辐射作用。
(
dE dX
)电离
n)
2、轫致辐射
当高速电子或其它带电粒子通过物质，而被原子核库 仑场阻止而减速时，伴生的电磁辐射，此称轫致辐射。 另一定义：当快速运动的带电粒子在原子核附近突然 被减速时，则有一部分动能转变为连续能量的电磁辐 射，这种过程称为轫致辐射。
(
dE dX
)辐射
Z 2EN m02
三、带电粒子在介质中的射程
1、带电粒子的吸收：带电粒子与物质作用（电离，激 发，轫致辐射）不断损失自已的能量，直到能量完全 耗尽，而停在介质中，这一过程称为~。
2、射程：沿入射方向从入射点到终止点的直线距离。
α粒子的射程
3
R
β α
R 0.318E2 (cm)
R' 3.2104
A
R (cm)
强度(cps/道/%K )
8
K谱
10
K谱 (a)
12
Cs-137的仪器谱
为什么会发生这一现象?
如何发生的?
其过程是这样的:
(1)γ 光子与NaI晶体作用,产生次 级电子:
光电效应____光电子
康吴效应_____反冲电子,散射光 子__光电子
辐射与物质的相互作用
照射量下降百分数(%)
0 22 47 80
使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害.而厚 度滤过技术对受检者降低剂量有重要意义.
4. X (γ)射线在物质中的衰减
B、连续X线在物质中的衰减规律
楔形或 梯形滤 过板
4. X (γ)射线在物质中的衰减
I I 01e
光 子 数
1 x
I 02e
2 x
I 0 ne
n x
单能X线 连续X线
水模厚度
影响因素
4. X (γ)射线在物质中的衰减
B、连续X线在物质中的衰减规律 (2)、X线的滤过
低能X线不能透过人体(吸收)，对形成X线 影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照 射量。为减少无用低能光子对皮肤和浅表组 织的伤害，需采用适当的滤过措施，在管口 放置一定均匀厚度的金属，吸掉低能部分， 使平均能量增高。
表5 人体不同组织的线衰减系数μ(m-1)
管电压(kV) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 脂肪(×102) 0.3393 0.2653 0.2196 0.2009 0.1905 0.1832 0.1801 0.1774 0.1755 0.1742 0.1732 0.1724 肌肉(×102) 0.4012 0.2933 0.2455 0.2213 0.2076 0.1994 0.1942 0.1906 0.1882 0.1864 0.1852 0.1842 骨骼(×102) 2.4434 1.4179 0.9677 0.7342 0.6047 0.5408 0.4865 0.4530 0.4298 0.4132 0.4010 0.3918
大学物理实验---物质对β射线的吸收
1400
d/mg.cm-2
1、 对实验数据图像的分析： （1） 在前期由于实验室电压不稳定，导致实验仪器在计数时十分
不稳定，后来经过老师的调整才使一起恢复正常的工作状态， 因此前期测量的数据普遍偏大，致使在前一部分的图像没能 出现平台，而是和中间一段的斜率相近； （2） 实验用到的铝片的厚度互相之间存在差异，是测量值有一定 偏差，这也是导致图像不够完美的因素； （3） 实验中要求至少要有 18 组数据，本次试验中采集了 17 组数 据，是在后期少测量了一组。但是根据实验数据，后期的数 据已接近本底，且对拐点的描述已经形成，所以不必继续做 下去了；
依表 3 借用 orign 作 lg（I/I0）—d 关系拟合曲线如下图所示：
页4
实验报告
lg（I/������0）
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
-4.0 0
200 400 600 800 1000 1200
lg（I/������������）-----ห้องสมุดไป่ตู้ d 关系拟合曲线
由实验中的数据作图如下：
N
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150
计数器的高压坪曲线
电压×11.7/V
从以上图像可知：
计数管的起始电压＝115×11.7＝1345.5V
实验数据：
1、 测量 G-M 计数器的高压坪曲线，确定工作电压
第二章 辐射防护基础知识(三)——射线与物质相互作用
种现象称为射程歧离。
– 产生这种现象的原因——
每两次碰撞间粒子穿过的距离以及每次碰撞使带电粒子失去的能 量不完全相同，因而相同能量的粒子的射程不是一个定值。由于 每个粒子都必须经过多次的碰撞，因此，各个粒子的射程间的相 互差别并不很大。重带电子粒子的射程涨落一般都很小。
3. 阻止本领
带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称 为电离能量损失。 把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为 电离能量损失率，又称为阻止本领。常用符号
R = 3.2 × 10
4
A
ρ
Raiv
式中，A和ρ分别表示吸收物质原子的质量数和 密度（单位为g/cm3），R的单位为cm。
2.几个重要概念 2.几个重要概念
射程和路径的区别
带电粒子的射程和路程
2.几个重要概念 2.几个重要概念
3）射程歧离
– 一组单能粒子射程的平均值称为平均射程。 – 相同能量的粒子在同一种物质中的射程并不完全相同，这
原电离—— 次级电离——由原电离产生的电子如果具有足够的动
能，它也能使原子电离
1. 作用类型 1）电离（ionization)—— 电离（ 电离
δ电子——α粒子与物质原子壳层电子直接碰撞时， 可以产生高能电子的电离，出射的电子 δ电子可以使物质原子再电离或激发
带电粒子通过物质
物质中原子被电离， 物质中原子被电离，在 粒子通过的路径上形成 许多离子对： 许多离子对： 正离子和自由电子
3. 非弹性散射
非弹性碰撞——
– 当快速电子通过物质时，它与物质原子的壳层电子发生
碰撞，而体系功能不守恒，入射电子将自己的一部分能 量给于原子壳层电子，使原子发生电离或激发
– 电子——电子碰撞：实质上是静电相互作用。
射线的吸收与物质吸收系数预习报告
射线的吸收与物质吸收系数预习报告γ射线的吸收与物质吸收系数µ的测定陈媛媛物理091班09180104摘要：本实验主要⽬的验证窄束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或铜或铝中的吸收系数。
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。
关键字：窄束γ射线吸收系数吸收特性引⾔由于射线与物质的相互作⽤，使射线通过⼀定厚度物质后，能量或强度有⼀定的减弱，称为物质对射线的吸收。
研究物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等，在防护核辐射、核技术应⽤和材料科学等许多领域都有重要意义。
本实验是要学习和掌握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。
⽽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和质数A 均保持不变的退激发过程。
所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收⽚后的γ光⼦，仅由未经相互作⽤或称为未经碰撞的光⼦所组成。
“窄束”⼀词是实验上通过准直器得到细⼩的束⽽取名。
这⾥所说的“窄束”并不是指⼏何学上的细⼩，⽽是指物理意义上的“窄束”。
即使射线束有⼀定宽度，只要其中没有散射光⼦，就可称之为“窄束”。
正⽂⼀．实验原理1.1γ射线与物质的作⽤γ射线是由于原⼦核由激发态到较低的激发态退激（⽽原⼦序数Z和质量数A均保持不变）的过程中产⽣的，包括：（1）α或β衰变的副产品（2）核反应（3）基态激发三部分，是处于激发态原⼦核损失能量的最显著⽅式；由于γ射线具不带电、静⽌质量为0等特点决定了它同物质的作⽤⽅式与带电粒⼦不同，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完全吸收或散射。
光⼦γ(γ射线)通过物体时会与其中的下述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)。
电离辐射与物质的相互作用
第1章 电离辐射与物质的相互作用辐射可分为电离辐射和非电离辐射。
频率在16310×Hz 以下的辐射，如红外线、可见光、紫外线等，其光子能量hv 很低，不能引起物质电离，这类辐射叫非电离辐射；凡是能直接或间接使物质电离的一切辐射，统称为电离辐射（Ionizing Radiation ）。
电离辐射是由带电的电离粒子，或者不带电的电离粒子，或者前两者的混合组成的任何辐射。
电离辐射包括能使物质直接电离的带电粒子（如α粒子、质子、电子等）和能使物质间接电离的非带电粒子（如频率大于16310×Hz 的光子、中子等）。
辐射剂量学、辐射屏蔽、辐射生物效应等都涉及电离辐射与物质的相互作用，电离辐射与物质相互作用时所引起的物理、化学、生物变化都是通过能量转移和吸收过程实现的。
1.1 带电粒子与物质的相互作用带电粒子的种类很多，最常见的有电子（指核外电子）、β射线（核衰变发射的高速电子）、质子（氢核）、α粒子（氦核），此外还有μ子、π介子、K 介子、Σ介子及其他原子核等。
在辐射防护领域，凡是静止质量大于电子的带电粒子，习惯上都称作重带电粒子。
最轻的重带电粒子是μ子，其质量为电子质量的206.9倍（表1-1）。
表1-1 一些常见粒子的基本特性 粒 子 种 类符 号 电 荷/e 质 量/m e 平均寿命/s 轻子 （负）电子正电子μ子中微子e ()−−β e ()++β ±μ ν −1 +1 1± 0 1 1 206.9 ≈0 稳定 稳定 2.26×10−6 稳定 介子 π介子0ππ± 1± 0 273.1 264.32.56×10−8 <4×10−6 K 介子 K ± 0K 1± 0 9679751.22×10−8 1.00×10−8 核子 质子 中子 P n +1 0 1836.121838.65稳定 1.04×10−3 重粒子 氘核 氚核 α粒子 d(D) t(T) α 1± 1± 2± 367054977294稳定 109 稳定 光子 紫外线 γ射线 X 射线γ X 0 0 0 00 1.1.1 带电粒子与物质相互作用的主要过程带电粒子与物质相互作用的过程是很复杂的，主要过程有：弹性散射、电离和激发、轫致辐射、湮没辐射、契伦科夫辐射、核反应（(,n)(p,n)(d,n)α、、等）、化学变化（价态、分解、聚合）等。
物质对β射线吸收201154103802
实验名称：物质对 射线的吸收实验目的：了解G-M 计数管的结构、工作原理，测出高压坪曲线，并用G-M 计数管测出铝吸收片对β射线的吸收曲线，求出β射线的射程和最大能量，同时学习有关使用放射源的安全操作规则。
实验原理： 1、G-M 计数管1.1、G-M 计数管的结构和工作原理当计数管的阳极和阴极之间加有适当的工作电压时，管内形成柱形对称电场。
如有带电粒子进入管内，由于粒子与管内惰性气体原子的电子之间的库仑作用，可使气体电离（或激发），形成正、负离子对，这种电离称为初级电离。
在电场作用下，正、负离子分别向各自相反的电级运动，但正离子向阴极运动的速度比电子向阳极运动的速度慢得多。
电子向阳极运动过程中不断被电场加速，又会和原子碰撞而再次引起气体电离，称为次级电离。
不断的电离过程使离子数目急剧增加，形成自激雪崩放电现象，一般在10-7s 之内会使雪崩放电遍及计数管整个灵敏体积内。
在这段时间内正离子移动很少，仍然包围在阳极附近，构成正离子鞘，使阳极周围电场大为减弱。
在正离子缓慢地向阴极运动过程中，也会与猝灭气体分子相碰撞，退激过程中产生的大量光子被吸收掉。
这些光子不能产生次级雪崩放电，使由入射粒子引起的一次雪崩式放电过程终止，起到使放电自猝灭的作用。
因此一次放电过程可在输出电阻上产生一个电压脉冲信号，其数目与进入计数管的粒子数相对应。
1.2、G-M 计数管的高压坪曲线正常的G-M 计数管在强度不变的放射源的照射下，测量计数率随阴、阳极间外加电压的关系，得到如图2所示的曲线，称为坪曲线。
由图中看出，在外加电压低于V 0时，粒子虽然进入计数管但不能引起计数，这是因为此时所形成的电压脉冲高度不足以触发定标器的阈值。
随着外加电压的升高，计数管开始有计数，此时对应的外加电压V 0，称为起始电压或阈电压。
随着外加电压的继续升高，计数率也迅速增加，但外加电压从V 1到V 2这一范围内，计数率却几乎不变，这一段外加电压的范围称为坪区，V 1-V 2的电压值称为坪长。
伽马射线与物质相互作用
学时：6 学时 基本内容： ① 基本概念：电离、激发、射程、平均电离能、能量损失、轫致辐射、光电效应、康 普顿效应、电子对效应 ② 基础知识： 带电粒子与物质相互作用的一般过程、 带电粒子与物质相互作用的一般特 点、α粒子与物质的相互作用、β粒子与物质的相互作用、以及电离能量损失、光电效应、 康——吴散射、形成电子对效应、核辐射对人身体的影响、剂量当量的限值、防护基本原则 和防护措施 重点、难点：α、β粒子与物质的相互作用过程和特点、光电效应的结果与仪器原理的 关系、康——吴散射的作用与几率分配关系、γ射线在物质中的衰减规律、1、剂量当量的 限值、防护基本原则 教学思路： 先介绍带电粒子与物质的相互作用， 然后讲解γ射线与物质相互作用的过程 。其中，与物质相互作用过程等部分详细讲解。最后知道核辐射对人身体所产生的影响。 主要参考书： ①程业勋、王南萍等编著《核辐射场与放射性勘查》 ，地质出版社，2005. ②吴慧山主编《核技术勘查》 ，原子能出版社，1998. ③李星洪等编著《辐射防护基础》 ，原子能出版社，1982 复习思考题：
Ee + Ee+ + 2m0 c 2 = Eγ
； 2m0 c 2 = 1.022MeV
Ee 、 Ee+ 、 Eγ 分别为电子、 正电子、入射γ射线的能量。
四、γ射线在物质中的衰减 光子在物质中穿行一段距离时，有的与物质发生了相互作用，有的则没有发生。经过相 互作用的光子数可用发生相互作用的几率来表示。 线衰减系数就是入射光子在物质中穿行单 位距离时，平均发生总的相互作用的几率。 若吸收物质单位体积中原子数为 N，密度为ρ，入射初始γ射线强度（照射量率）为 I0, 在物质厚度为 x 处，测得γ射线强度为 I；则通过 dx 厚度， γ射线强度的变化为 dI，可用 下式表示：
物质对β射线的吸收2 (2)
物质对β射线的吸收PB06006 甄海洋PB06210436 29组一、实验原理：当一定能量的β射线通过物质时与物质的原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，在物质中被吸收，电子与物质的相互作用机制有三种：1、电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子损失能量，称电离损失。
2、电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论，作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射损失。
3、β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改变运动方向，偏离原来方向，也造成原方向的射线强度减弱一束初始强度为I0 的单能电子束，当穿过厚度不x的物质时强度减弱为I，强度I 随厚度x的增加而减小且服从指数规律可表示为：二、I = I0 e-μx式中μ为该物质的线性吸收系数。
实验指出，不同物质的线性吸收系数有很大差别，但是随原子序数Z的增加，质量吸收系数μm= μ/ρ（ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度d =ρx来代替x于是上式变为：I = Ie-μd由于β射线不是单一能量见上右图，这会使吸收曲线偏离指数规律。
射线的射程与β射线的最大能量之间，有经验公式相联系。
如吸收物质是铝，则当射程R >0.3g/cm 2时E =1.85R+0.245 式中E 为β射线的最大能量，单位为Mev 。
二、实验目的:1.学习和掌握与物质对射线吸收有关知识和实验方法。
2.测量吸收曲线并求出β射线射程和最大能量。
3.进一步加深对计数管、定标器等仪器的了解。
三、数据处理:1. 测量5分钟本底的辐射离子数:0N =149离子计数率0n =0.497个/s2.由原始数据可得实验用铝片的相关参数: 薄铝片质量厚度17.972/cm mg厚铝片质量厚度111.932/cm mg2. 锶—90源无铝片时40s 粒子数14925 '0n =373.125个/秒加入片（薄+厚） 1+0 2+0 3+0 4+0 5+0 6+0 7+0 8+0 1+1 2+1质量厚度17.9735.9453.9171.88 89.85 107.82 125.79 143.76 129.9 147.87由上表,可得吸收曲线如下:20040060080010000.00.20.40.60.81.0A由上图知：I/ 关于质量厚度确实服从指数分布-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0如图,由曲线的下降趋势可推得最大射程为:22/99.0/990cm g cm mg R ==质量厚度x （2/cm mg ）0/I I质量厚度x （2/cm mg） 990()0/log I I代入经验公式 E=1.85R+0.245 可得最大能量为 E=Mev 5.2076四、误差分析:1、实验的误差主要来自于计数器的误差,当铝片的厚度进一步增大时，计数器记录的数值大幅度减小，为了确保数据的精确，要增加计数时间，但当计数时间增加到800时，实际上测得的数据与本底计数值接近，本底的影响随之增大，误差会增大。
物质对β射线的吸收
物质对β射线的吸收实验目的：学习和掌握与物质对射线吸收的有关知识和实验方法，测量吸收曲线并求出β射线的射程和最大能量。
同时进一步加深对计数管、定标器等仪器的了解。
实验原理：当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。
电子与物质相互作用的机制主要有三种： 第一，电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种方式损失能量称为电离损失。
电离损失的能量损失可由下式给出：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎪⎭⎫⎝⎛-2329.12ln 4224I mv NZ mv e dx dE ion π （1） 此式适用于非相对论情况，式中v 为电子速度，N 、Z 、I 分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。
由此看出，电离损失的能量与入射电子的速度、物质的原子序数、原子的平均激发能等因素有关。
第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射，使电子的部分能量以X 射线的形式放出，称为辐射损失。
这主要在能量较高的电子与物质相互作用时发生。
辐射损失NE m Z dx dE rad 22∝⎪⎭⎫⎝⎛- （2）式中m 、E 分别为入射电子的质量、能量，Z 、N 分别为靶物质的原子序数和单位体积中的原子数。
由式（2）可以看出，β射线在物质中的辐射损失与物质的Z 2成正比，与入射电子的能量成正比。
比较（1）、（2）两式，可粗略看出入射电子的能量较低时，电离损失占优势，当电子能量较高时辐射损失占优势。
除以上两种能量损失外，β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改变运动方向，因电子质量小，可能发生比较大角度的散射，还可能发生多次散射，因而偏离原射束方向，使入射方向上的射线强度减弱，这种机制成为多次散射。
如果散射角超过90，这种散射称为反散射。
β射线通过物质时主要以上述三种相互作用方式损失能量使强度减弱。
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物质对β射线的吸收
PB05210153 蒋琪
实验原理
当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。
电子与物质相互作用的机制主要有三种：
第一，电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种方式损失能量称为电离损失。
电离损失的能量损失可由下式给出：
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡--=⎪⎭⎫
⎝⎛-2329.12ln 422
4I mv NZ mv e dx dE ion π （1） 此式适用于非相对论情况，式中v 为电子速度，N 、Z 、I 分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。
由此看出，电离损失的能量与入射电子的速度、物质的原子序数、原子的平均激发能等因素有关。
第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射，使电子的部分能量以X 射线的形式放出，称为辐射损失。
这主要在能量较高的电子与物质相互作用时发生。
辐射损失
NE m Z dx dE rad
22∝⎪⎭⎫
⎝⎛- （2）
式中m 、E 分别为入射电子的质量、能量，Z 、N 分别为靶物质的原
子序数和单位体积中的原子数。
由式（2）可以看出，β射线在物质中的辐射损失与物质的Z 2成正比，与入射电子的能量成正比。
比较（1）、（2）两式，可粗略看出入射电子的能量较低时，电离损失占优势，当电子能量较高时辐射损失占优势。
除以上两种能量损失外，β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改变运动方向，因电子质量小，可能发生比较大角度的散射，还可能发生多次散射，因而偏离原射束方向，使入射方向上的射线强度减弱，这种机制成为多次散射。
如果散射角超过90
，这种散射称为反散射。
考虑一束初始强度为I 0的单能电子束，当穿过厚度为x 的物质时，强度减弱为I ，其示意图见图4.3.2-1。
强度I 随厚度x 的增加而减小且服从指数规律，可表示为
x e I I μ-=0 （3） 式中μ是该物质的线性吸收系数。
实验指出，不同物质的线性吸收系数有很大的差别，但随原子序数Z 的增加，质量吸收系数ρμμ/=m （ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度x d ⋅=ρ来代替线性厚度x ，于是式（3）变为
d m
e I I μ-=0 （4）
原子核β衰变放出高速电子的同时，还放出中微子，因此放出的电子并不是单一能量的，而是具有各种能量分布的连续能谱，因此β射线的吸收曲线并不精确地服从指数规律，图4.3.2-2是典型的β衰变的能谱图。
从图中可以看出，有一最大能量E max ，不同的核发生β衰变时，放出的电子能谱的E max 值不同，常以E max 代表β射线的特征能量。
某些放射性核素会同时发射几种最大能量不同的β射线，这就会使实验得到的吸收曲线更为复杂，一般如图4.3.2-3所示。
放射性核素β衰变还可能伴随γ射线，加之轫致辐射的影响，伴有X 射线，使吸收曲线的尾部偏离指数规律，如图4.3.2-3中的（b ）、（c ）所示。
具有一定最大能量的β射线，在具有一定吸收系数的物质中所能穿过的最大厚度，称为该射线在该物质中的最大射程。
通常定义通过吸收物质后，射线强度降低到4010/-=I I 时，所对应的吸收物质厚度d 即为β射线的射程R 。
在实际测量中吸收曲线的尾部由于γ射线和轫致辐射的存在而变平，因此只能根据曲线变平之前的下降趋势按直线外推至4010/-=I I 处，从而得到β射线的射程R 。
β射线的射程与β射线的最大能量之间，有经验公式相联系，如吸收物质是铝，则当射程2
g
R>时，
3.0cm
/
=R
E（5）
.0
245
85.1+
式中E为β射线的最大能量，单位为MeV。
当用质量厚度表示射程
R时，对于原子序数相近的物质，射程也近似相同。
公式（5）不仅对铝适用，对那些原子序数与铝相近的物质也是适用的。
图 4.3.2-4给出β射线的射程R与其能量E之间的关系曲线，通过该曲线也可由射程求出对应的能量，或由β射线的能量找出对应的射程。
该图的坐标轴均取对数坐标。
实验内容
1.先测量本底计数。
2.加入放射源后，先不加金属片时计数0I
3.先加薄片，一片一片直到加到8—9片为止再加厚片8—9片最后
加2—3片薄片，每次测量计数前将金属片的面积量出。
数据处理
1.在时间300s，电压1400V时测量本底计数为48。
2.加入放射源后的测量。
I
（1）不加入金属片时测量计数05515
（2）加入金属片时计数。
面积厚度的计算：薄片的质量：557.78mg，厚片的质量：3550mg 列表如下：
由上表测出铝片的吸收曲线如下：
由指数衰减拟合的结果知：
/205.180
0.003120.892d I
e I -=-+ 而理论值应当为：
m
d I
e I μ-= 比较知，实验结果与理论值符合的较好。
且可以得出铝片的线性吸收系数为：
10.00487205.18
m μ==
在半对数坐标纸上绘图如下：
线性拟合过程如下：
[2007-5-24 02:06 "/Graph2" (2454244)] Linear Regression for Data2_B: Y = A + B * X
Parameter Value
Error
------------------------------------------------------------ A 0.04327 0.07002 B -0.00596 1.17643E-4
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------ -0.99613 0.22371 22 <0.0001
在拟合所得的直线y=0.04327-0.00596x 中令 y=ln0.0001可得出最大射程为：
R=678.4 2
/mg cm
根据经验公式 1.850.245E R =+ 得出E=1.500MeV
思考题
1.在测量吸收曲线时，源、吸收物质、探测器等的相对位置和工作条件等是否可以改变？为什么？
答：不可以改变。
吸收曲线的测量与拟合一定要保持环境的一致，一旦改变环境吸收曲线的拟合便会出现误差，无法得出准确的结论。
2.为了更好地反映出吸收曲线的拐点，实验测量点密度应如何分配？ 答：由于，吸收曲线 的拐点在质量厚度比较大和比较小的时候出现，故在开始时应该测量比较密的点，厚度较大时也应该测量比较密的点。
反应在本实验中就是在开始加8—9片铝片时，先加薄片，这样由于其质量厚度较小就会得出较密的点；然后再加厚片，当质量厚度超过1000时，再加薄片，这样才能保证在两端的实验点比较密集。