α射线能谱测量(有算能量刻度哦)
本科实验室实验指导书-阿尔法能谱测量
国防学院本科实验室2015-2016年度实验指导书课程：核辐射探测学专业：辐射、核工、核燃指导教师：王小胡席发元实验一： α射线能谱测量一、实验安排次数/实验：2次/实验 学时/次：2学时/次人数/次：10～20人/次二、实验目的及要求1．目的了解PN结半导体α谱仪的工作原理、特性。
掌握使用α谱仪测量α粒子能谱的方法。
掌握能量分辨率的概念，测量真空度对α粒子能量分辨率的影响。
在相同真空度条件下，测定α粒子能量分辨率、计数率随源-探距的变化。
2．要求预习PN结半导体α谱仪的工作原理；预习能量分辨率的基本概念，PN结半导体α谱仪能量分辨率的影响因素。
查询Am-241，Pu-239两种核素的α粒子能量。
三、实验仪器和试剂1.主要仪器：实验采用美国ORTEC公司生产的8路α谱仪。
仪器特点：每一路都有自己的探测器，真空室，真空计、探头偏压调节、前放、主放、脉冲产生器及漏电流检测器。
样品直径最大可达51mm。
探测器与被测样品之间有10档距离可选，相邻两档之间的距离差为4mm,最大距离可达44mm。
真空计：范围10mTorr到30Torr，具有真空/偏压锁定控制功能。
每路谱仪的探测器偏压、漏电流及真空度均可在软件相关界面上以数字和图形显示出来。
探测器偏压：范围0±100V,大小和正负极性可调节。
真空泵：每路谱仪的真空室采用高性能O圈密封，通过一个三位阀可以单独手动控制抽真空/保持/放气三个状态，互不影响；整个谱仪则合用一台真空泵，采用国际标准的NW25ISO-KF卡箍与真空泵相连。
2.放射源：采用Am-Pu混合源。
2π发射率分别为每秒282.2和每秒390.7。
四、实验内容1、调整α谱仪，测定谱仪能量分辨率。
利用Am-Pu混合源，对谱仪进行能量刻度。
2、测量真空度对α谱仪能量分辨率的影响。
3、测量源-探距对α粒子能量分辨率、探测器计数率的影响。
五、实验步骤1、调整α谱仪①打开PC机、8路α谱仪和真空泵；②点击PC桌面上“MAESTRO for Windows”；③选择探测器通道；④放置样品（Am-Pu源）⑤抽真空⑥设置探测器高压⑦点击Acquire-》Start 开始测量2、测量真空度对α谱仪能量分辨率的影响。
α谱仪基本原理(党)
探测效率：α谱仪的探测效率是指仪器对标准源的测量净计数率与标准源的α粒子的绝对发射率之比。
能量刻度：采用具备单能或多能的标准源对仪器的能量响应和能量坐标格式化。
放射性活度：给定时刻下，处于特定能态的一定量的放射性核素在单位时间内发生自发核跃迁的次数。符号位A，A=dN/dt,单位为贝克勒尔，1Bq=1s-1。
本底：指待测样品外的其他因素（探测器、环境的放射性核宇宙射线，噪音等）引起的测量贡献。
单能源：具备单一能量粒子的放射性核素平面源。如239Pu(5.157MeV)、241Am（5.485MeV）、210Po(5.305MeV)。
多能源：天然铀（4.20~7.688MeV）、天然钍（4.01~8.785MeV）。
技术指标：
分辨率：对241Am5.485MeV的半高宽小雨30keV（探测器直径等距条件）。
本底：正常工作条件下，在能区3~10MeV内1h计数不大于1.
短期稳定性：8h内241Am峰位相对漂移不大于0.05%。
长期稳定性：12h241Am峰位相对漂移不大于0.2%。
真空度：正常条件下，真空室在3min内真空度小于10Pa。
分辨率：测量检具为探测器直径，测量241Am标准平面源，对应5.485MeV全能峰的半高宽不大于30keV。
本底：测量仓室空置时，1h内，3~10MeV区域内总计数不大于1.
α谱仪基本原理：
放射性样品的α粒子与探测器相互作用，经前置放大器输出正比于α粒子能量的脉冲信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析，得到的计数按照能量（（道址）分布的α粒子能谱，实现核素的识别垒、离子注入，一般面积大于100mm2.
α能谱的认识实验讲义
α能谱的认识实验讲义吴和喜一、实验目的1．熟悉使用α探测器；2．掌握α能谱的分析原理。
二、实验内容1．测量241Am α源在α探测器中的谱型；2．通过对标准源如（241Am源）的刻度，可测量样品α能量，从而判断α放射性核素；3．测量241Am α源通过物质时的行为并利用α能损计算物质的厚度；4．测量空气中α放射性。
三、实验原理重原子核进行α衰变放出的α粒子是高速的氦原子核，质量数为4，带2个正电荷，其初速度约为1～2×109cm/s范围内。
由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。
α粒子在探测器中因电离、激发（由于α粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。
α粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。
）等效应而产生电流脉冲，其幅度与α粒子能量成正比。
电流信号经前置放大器、主放大器放大，出来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用α谱仪硬件连接及内部结构框图如图1所示）。
仪器谱以α粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内α粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的α粒子的能量与活度。
理论上，单能α粒子谱是线状谱，应是位于相应能量点处垂直于横坐标轴的单一直线，但由于α粒子入射方向、空气吸收、样品源自吸收的差异和低能粒子的叠加等原因，实际测得的是具有一定宽度的单个峰，其峰顶位置相应于α粒子的能量，谱线以下的面积为相应能量的α粒子的总计数率，峰的半高宽与峰顶能量比值的百分数则为α谱仪的能量分辨率。
能谱的测量-单道
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目： 能谱的测量－单道学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 12 月 16 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：四合院实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一、实验目的（1） 了解γ射线与物质相互作用的基本特性； （2） 掌握NaI(Tl) γ谱仪的工作原理及其使用方法； （3） 学会分析137Cs 单道γ能谱；（4） 测定谱仪的能量分辨率及线性。
二．实验原理1、γ射线与物质相互作用。
当γ射线的能量在30MeV 以下时，最主要的相互作用方式有三种：（1） 光电效应。
γ射线的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原于中发射出来，γ光子本身消失。
（2）康普顿散射。
入射γ光子与原子的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。
（3） 电子对效应。
γ光子与靶物质原子的原子核库仑场作用，光子转化为正-负电子对。
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，释放出来的光电子的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。
虽然有一部分能量被原子的反冲核所吸收，但这部分反冲能量与γ射线能量、光电子的能量相比可以忽略。
因此，E 光电子γγE B E i ≈-= (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）则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外，还需要有一个第三者参加，这第三者就是发射光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。
chapter4α射线测量方法
4.5 半导体带电粒子谱仪
峰位：768.54chn 半宽度：9.28chn
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4.5 半导体带电粒子谱仪
由于外加偏压，灵敏区的电场强度很大，产生的电子空穴 对全部被收集，最后在两极形成电荷脉冲。通常在半导体 探测器设备中使用电荷灵敏前置放大器。它的输出信号与 输入到放大器的电荷量成正比。 C1=Cd+C’-----放大器的总输入电容 若KCf>>Cl，则前放输出为
平行板形 电离室 圆柱形电 离室
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4.2 气体电离探测器 4.2.2 电离室
• 三、对电离室的要求
• 电离室的大小和形状，壁厚和电极的材料、充 气成分、电压强度等，根据辐射的性质、实验 的要求而确定。 • 用于α粒子测量时，要求电离室的容积要大， 充较高气压的气体。 • 测量γ射线时，则要求电离室具有较厚的室壁， 以阻隔住β射线、X射线等。
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4.2 气体电离探测器 4.2.3 正比计数管
• 一、正比计数管的结构
一般采用：圆筒形、 鼓形结构 。
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二、正比计数器工作原理
高压
使气体原 子电离
＋ ＋
＋
－
－ ＋ － ＋ － － ＋ － －
初级射线
－
＋ －
4.2 气体电离探测器 4.2.4 盖革计数管
讨论: a) 因灵敏区的厚度和结电容的大小决定于外加偏压，所 以偏压的选择首先要使入射粒子的能量全部损耗在灵敏区 中和由它所产生的电荷完全被收集，电子空穴复合和陷落 的影响可以忽略。 b) 其次还需考虑到探测器的结电容对前置放大器来说还 起着噪声源的作用。电荷灵敏放大器的噪声水平随外接电 容的增加而增加，探测器的结电容就相当它的外接电容。 因此提高偏压降低结电容可以相当地减少噪声，增加信号 幅度，提高信噪比，从而改善探测器的能量分辨率。 综上所述: 改善探测器的能量分辨率要求偏压加得高一点， 但是偏压过高，探测器的漏电流也增大而使分辨率变坏。
核辐射探测习题解答6
第一章习题答案1. 计算Po 210放射源发射的α粒子()MeV E 304.5=α 在水中的射程。
答：先求α粒子在空气中的射程cm E R 88.3304.5318.0318.05.15.10=⨯==α由1001A A R R ρρ= 对多种元素组成的化合物或混合物，因为与入射粒子的能量相比，原子间的化学键能可以忽略，所以其等效原子量∑=ii i A n A式中i n 为各元素的原子百分数。
对空气而言，81.30=A ，在标准状态下，33010226.1--⋅⨯=cm g ρ，所以04102.3R AR ρ-⨯=对水而言 21631132=+==∑ii i A n A 在水中的射程m R AR μρ8.2488.32102.3102.3404=⨯⨯⨯=⨯=--2. 已知MeV 1质子在某介质中的电离损失率为A ，求相同能量的α粒子的电离损失率。
答：1611144222222,,=⨯⨯=⋅⋅==pp p ppp ion ion E m z E m z v z v z S S αααααα所以 A S ion 16.=α3. 试计算Cs 137KeV E 662=γγ射线发生康普顿效应时，反冲电子的最大能量。
答： MeV h c m h E e 478.0662.02511.01662.02120max ,=⨯+=+=νν4. 计算Cs 137的γ射线对Al Fe Pb ,,的原子光电吸收截面及光电子能量。
从中可得到什么规律性的启迪？已知k ε分别为KeV KeV KeV 559.1,111.7,001.88。
答：Cs 137的γ射线能量为MeV h 662.0=ν，525410625.61371324545Z K ph ⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==-σσ25321033.1cm Z ⨯⨯=-对Pb ，82=Z ，KeV K 001.88=ε()2235321093.4821033.1cm ph --⨯=⨯⨯=σKeV E e 660.573001.88661.661=-=对Fe ，26=Z ，KeV K 111.7=ε()2255321058.1261033.1cm ph --⨯=⨯⨯=σKeV E e 550.654111.7661.661=-= 对Al ，13=Z ，KeV K 559.1=ε()22753210938.4131033.1cm ph --⨯=⨯⨯=σKeV E e 102.660559.1661.661=-=5.试证明γ光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电子对效应，而在真空中是不可能的。
a辐射探测实验报告
***********************************************************************************西南科技大学学生实验报告实验名称α射线能谱测量开课实验室核废物与核安全重点实验室学院国防科技学院班级辐射1201 学生姓名罗晓芳学号 20120975目录1 实验目的 .............................................................................. 错误！未定义书签。
2 实验原理 .............................................................................. 错误！未定义书签。
3 实验内容 .............................................................................. 错误！未定义书签。
3.1实验仪器 ........................................................................ 错误！未定义书签。
3.2实验流程 ......................................................................... 错误！未定义书签。
4实验步骤 ............................................................................... 错误！未定义书签。
5 实验记录 .............................................................................. 错误！未定义书签。
α射线能谱测量(有算能量刻度哦)要点
****************************************************************************西南科技大学《α射线能谱测量》报告设计名称α射线能谱测量学院班级学生姓名学号设计日期 2014年12月2014年10月制目录1实验目的 (1)2实验内容 (1)3实验原理 (1)3.1α能谱 (1)3.2α放射源 (2)3.3α放谱仪 (3)3.4探测器测量α射线能谱相关原理 (4)3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4)4实验仪器、器材 (5)5实验步骤 (5)6实验数据记录、处理 (6)7实验结论 (8)1实验目的α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。
这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。
而本实验主要从以下几个方面进行：1、了解α谱仪工作原理与特性2、掌握α能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。
同时，进行能量刻度。
3实验原理3.1α能谱α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：EN=W公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。
如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。
由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。
α能谱仪 仪器标准
α能谱仪仪器标准α能谱仪是一种用于测量物质中α粒子能量分布的仪器，广泛应用于核物理、材料科学、地质学等领域。
为了保证α能谱仪的准确性和可靠性，需要遵循一定的仪器标准。
以下是关于α能谱仪的一些基本标准：1. 性能指标：α能谱仪应具备高分辨率、高灵敏度、低本底噪声等性能指标。
这些指标可以通过实验或厂家提供的技术参数进行验证。
2. 能量范围：α能谱仪应能够测量一定范围内的α粒子能量，通常为几百keV至几十MeV。
能量范围的选择应根据实际应用领域和需求来确定。
3. 能量分辨率：α能谱仪的能量分辨率是指能够分辨的最小能量差。
能量分辨率越高，对α粒子能量的测量越精确。
能量分辨率的计算公式为：E = (ΔE)^2 / (E_0^2 + ΔE^2)，其中E为能量分辨率，ΔE为能量差，E_0为入射α粒子的能量。
4. 灵敏度：α能谱仪的灵敏度是指探测器对α粒子的探测能力，通常用单位时间内探测到的α粒子数表示。
灵敏度越高，对低强度α粒子的探测能力越强。
5. 本底噪声：α能谱仪的本底噪声是指在没有待测样品的情况下，仪器本身产生的信号。
本底噪声越低，对测量结果的影响越小。
6. 稳定性：α能谱仪的稳定性是指仪器在长时间运行过程中，性能参数的变化程度。
稳定性越好，测量结果的可靠性越高。
7. 校准：α能谱仪应定期进行校准，以确保测量结果的准确性。
校准方法包括使用已知能量的标准源进行能量刻度，以及使用已知浓度的标准样品进行活度刻度。
8. 数据处理与分析：α能谱仪应具备数据存储、处理和分析功能，以便对测量结果进行进一步处理和分析。
总之，α能谱仪的仪器标准主要包括性能指标、能量范围、能量分辨率、灵敏度、本底噪声、稳定性、校准和数据处理等方面。
遵循这些标准，可以确保α能谱仪的准确性和可靠性，为科研工作提供有力支持。
闪烁谱仪及射线能谱的测量
γ)(TI NaI 闪烁谱仪及γ射线能谱的测量鲁斌 物理082班 08180219 fgg摘要 本文介绍了γ)(TI NaI 闪烁谱仪的工作原理及γ射线能谱的测量的基本方法，并详细阐述了单道脉冲幅度分析器和g 多道脉冲幅度分析器的工作原理。
本实验要求我们通过实验学会NaI （Tl ）γ单晶体闪烁体整套装置的操作、调整和使用，并测量137Cs 、60Co 的γ能谱并求出能量的分辨率、峰康比、线性等各项指标，并做出谱仪的能量刻度曲线。
关键词 γ)(TI NaI 闪烁谱仪 γ射线能谱 脉冲幅度分析器引言放射性物质含有许多不稳定原子。
这些原子在核衰变时辐射出α、β、γ射线和中子流等，并且具有一定的能量。
γ射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时所产生的一种辐射。
在放射性测量工作中,对γ射线的测量是一个非常重要的组成部分,对γ射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。
γ)(TI NaI 闪烁谱仪是一种常用的对γ射线进行能谱测量的谱仪,它与高纯锗γ谱仪相比具有探测效率高,γ)(TI NaI 晶体便于加工成各种形状,价格便宜等特点,因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。
正文一、Na I ( Tl) 闪烁谱仪系统典型的Na I ( Tl) 闪烁谱仪由Na I ( Tl) 闪烁探头、放大器、高压电源、低压电源、多道脉冲幅度分析器、计算机等部分组成,其中Na I ( Tl) 闪烁探头包括Na I ( Tl) 闪烁晶体、光电倍增管、分压器、电压灵敏前置放大器(如图1 所示) .仪器示意图如图二所示。
当γ 射线与Na I ( Tl) 闪烁晶体作用后,Na I ( Tl) 闪烁晶体发出光子,光子入射到光电倍增管的光阴极后打出光电子,光电子经聚集后射向倍增极,经各个倍增极倍增后的电子到阳极收集而形成电压脉冲,该电压脉冲经过放大器放大送入多道脉冲幅度分析器分析,再经过一个多道接口板与计算机连接. 计算机通过专用多道软件可以实现把所测量的谱数据进行谱数据输入、谱数据处理、谱数据输出等操作.二、γ闪烁能谱仪原理γ闪烁能谱仪是利用γ射线与物质的相互作用时，产生的闪烁荧光现象来测量能谱，依据能谱曲线推算γ射线能量。
用_射线能谱法测量材料的吸收系数和厚度
12. 00
1 795
64
100 215
40 135
14. 40
1 646
54
88 534
36 558
全能峰净面积 A i 118 455 101 664 88 834 79 170 67 239 60 080 51 976
表 5 铜对60Co 1. 25 MeV 射线的吸收结果
质量厚度 R / g·cm - 2 起始道址计数 ni 终止道址计数 nr 全能峰总面积 Ag
202
34
31 437
4 012
4. 80
198
43
25 291
4 097
7. 20
187
47
20 241
3 978
9. 60
171
24
16 598
3 315
12. 00
150
35
12 612
3 145
14. 40
133
32
10 442
2 805
全能峰净面积 A i 34 685 27 425 21 194 16 263 13 283 9 467 7 637
于表 3。利用表 3 数据, 根据( 4) 式用最小二乘法 拟 合 得 !Al = 0. 192 cm- 1 , 与 公 认 值 0. 194 cm - 1[ 4] 比较相差 1. 0% 。 3. 2 材料对60Co( 1. 17 MeV、1. 33 MeV) 射线 的吸收 3. 2. 1 铅对60Co ( 1. 25 M eV ) 的吸收系数 铅 对60 Co 放射源的吸收系数的实验方法同上述一
24
同 位 素 第 17 卷
表 2 铜对137Cs 0. 661 MeV 射线的吸收结果
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。
α射线能谱测量
*************************************************************************** *西南科技大学《α射线能谱测量》报告设计名称α射线能谱测量学院班级学生姓名学号设计日期 2014年12月2014年10月制目录1实验目的 (1)2实验内容 (1)3实验原理 (1)α能谱 (1)α放射源 (2)α放谱仪 (3)探测器测量α射线能谱相关原理 (4)α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4)4实验仪器、器材 (5)5实验步骤 (5)6实验数据记录、处理 (6)7实验结论 (8)1实验目的α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。
这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。
而本实验主要从以下几个方面进行：1、了解α谱仪工作原理与特性2、掌握α能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。
同时，进行能量刻度。
3实验原理α能谱α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：EN=W公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。
如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。
由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为，能量最小232Th为），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。
α谱仪基本原理(党)
放射性样品的α粒子与探测器相互作用，经前置放大器输出正比于α粒子能量的脉冲信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析，得到的计数按照能量（（道址）分布的α粒子能谱，实现核素的识别和活度测定。
α谱仪系统组成：
探测器：Au(Si)面垒、离子注入，一般面积大于100mm2.
稳压直流电源：0~300V连续可调，额定输出电流0~500uA，稳定度0.2%。
分辨率：测量检具为探测器直径，测量241Am标准平面源，对应5.485MeV全能峰的半高宽不大于30keV。
本底：测量仓室空置时，1h内，3~10MeV区域内总计数不大于1.
探测效率：对单能核素，探测效率不低于15%（h>10mm）。
计量标准：
α标准平面源：一级，表面发射率不确定度小于3%（k=3）。
负压表或可表征测量室真空状况的装置。
技术要求：
设备铭牌：名称、型号、序列号、场上、国别、出厂日期。
操作的适应性：设备的说明书及相关资料齐全、完整，软件易于操作。
测量仓室平整光滑，样品托架推拉无滞涩感。
对于可变间距的样品托架，各间距规格必须统一。
检定条件：
温度16~32℃
相对湿度8~80%
无电磁干扰
无γ本底
无放射性污染
检定方法：
在进行检定工作之前，应采用α标准平面源（单能或多能）对α谱仪进行能量刻度。。检查仪器各部件是否正常，打开仪器，将α标准平面源置于测量仓室中测量在获得的α能谱图上，按照α粒子的能量选择全能峰（全能峰总计数不少于10000）的最高道址，确定并设置好对应的能量数值，保存。
放大器：前置放大器，谱放大器（线性放大器）。
多道分析器
输出系统、谱分析系统
真空系统、测量室：10Pa~1Pa(0.1~0.01mmHg).
α射线能谱测量
****************************************************************************西南科技大学《α射线能谱测量》报告设计名称α射线能谱测量学院班级学生姓名学号设计日期 2014年12月2014年10月制目录1实验目的、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1 2实验内容、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1 3实验原理、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1 3、1α能谱、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 1 3、2α放射源、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 23、3α放谱仪、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、33、4探测器测量α射线能谱相关原理、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 43、5α谱仪的能量刻度与能量分辨率、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、44实验仪器、器材、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 55实验步骤、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 56实验数据记录、处理、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、67实验结论、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、8 1实验目的α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量,对于核结构研究具有重要意义。
这些核数据的测量通常就是用α磁谱仪或半导体α谱仪。
而本实验主要从以下几个方面进行:1、了解α谱仪工作原理与特性2、掌握α能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据,并通过计算获得相关能量分辨率。
天然放射性核素α能谱测量原理
照射人体组织 粘膜 时， 其对人体危害极大。不 同核素衰变产生 的 ａ 射线的能量是不 同的 ， 进
行ａ ｔ 能谱测量 ， 可实现对某一核素的测 量。目
系以及锕系， 三个系列 中， 其母体核素的半衰期 都很长 ， 因此在 自然界 中广泛存在 。它们都有
个气态放射性核素 ， 为氡 的 同位素 ， 都 分别 为 Ｒ 、 Ｒ 貂 ｎ ｎ和。 Ｒ ， 加 ＂ ｎ 其都能逸散 ， 因而它们
基 金 项 目：教 育 部 博 士 点 专 项 科 研 基 金
（０ ６ ６ ６ １ ）铀 矿资源勘查 中 ａ能谱 测量技术研 ２ ０ ０ １０ ０ ，
究。
在其能量附近只有 Ｂ 的 ａ Ｍ ｉ 衰变产生的 ａ 粒子
的 能量 （．４ ５４ ８和 ５ ５２Ｍｅ 与 其 接 近 ， 是 ． １ Ｖ） 但
第３ Ｏ卷 ２１ ０ ０年
第 ６ 期 ６ 月
核 电子学 与探 测技 术
Ｎｕ ｌ ｒＥ ｅｔｏ ｉ ｃｅ ｌ ｒｎｃ ａ ｃ ｓ＆ Ｄｅｅｔ ｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｔｃｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｎｏ ６ ． ２ １ ００
天 然 放 射 性 核 素 Ｉ能谱 测 量 原 理 ） ‘
丁卫撑 ， 王 义 黄 洪全 王 敏 ， ，
即使其处于 同一能 量衰减条件 下对其进行探
测。
用来对 ａ 射线进行 Ｑ 能谱测量的主要探测
器为半导体探测器， 包括 ： 金硅面垒型半导体探 测器 、 锂离子注入 型半 导体探 测器 、 ｉ Ｉ Ｓ ＰＮ半 —
８】 ７
产生的 ａ粒子数来实现对氡 的测量 。。Ｐ 发 Ｏ 生ａ 衰变产生的 ａ 粒子能量为 ６ ０２Ｍｅ 而 ． ０ Ｖ， 且在铀系衰变链 中， 附近不存在对其形成干 其
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
29/58
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
19/58
24Na的NaI(Tl)能谱
A
B SEB DEB A+B
20/58
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
31/58
91Y的NaI(Tl)能谱
A 轫致辐射
轫致辐射
32/58
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
α射线能谱测量(有算能量刻度哦)要点
****************************************************************************西南科技大学《α射线能谱测量》报告设计名称α射线能谱测量学院班级学生姓名学号设计日期 2014年12月2014年10月制目录1实验目的 (1)2实验内容 (1)3实验原理 (1)3.1α能谱 (1)3.2α放射源 (2)3.3α放谱仪 (3)3.4探测器测量α射线能谱相关原理 (4)3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4)4实验仪器、器材 (5)5实验步骤 (5)6实验数据记录、处理 (6)7实验结论 (8)1实验目的α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。
这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。
而本实验主要从以下几个方面进行：1、了解α谱仪工作原理与特性2、掌握α能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。
同时，进行能量刻度。
3实验原理3.1α能谱α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：EN=W公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。
如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。
由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。
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这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。
而本实验主要从以下几个方面进行：1、了解α谱仪工作原理与特性2、掌握α能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。
同时，进行能量刻度。
3实验原理3.1α能谱α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：EN=W公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。
如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。
由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。
α粒子在探测器中因电离、激发（由于α粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。
α粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。
）等效应而产生电流脉冲，其幅度与α粒子能量成正比。
电流信号经前置放大器、主放大器放大，出来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用α谱仪硬件连接及内部结构框图如图1所示）。
仪器谱以α粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内α粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的α粒子的能量与活度。
理论上，单能α粒子谱是线状谱，应是位于相应能量点处垂直于横坐标轴的单一直线，但由于α粒子入射方向、空气吸收、样品源自吸收的差异和低能粒子的叠加等原因，实际测得的是具有一定宽度的单个峰，其峰顶位置相应于α粒子的能量，谱线以下的面积为相应能量的α粒子的总计数率，峰的半高宽与峰顶能量比值的百分数则为α谱仪的能量分辨率。
α谱仪硬件连接及内部结构框图图一所示。
图一α谱仪硬件连接及内部结构框图3.2α放射源α放射源是以发射α粒子为基本特征的放射源。
α粒子能量一般为4-8MeV，在空气中的射程为2.5-7.5cm，在固体中的射程为10-20um。
由于α粒子穿透物质的能力弱，为此，设计制备α放射源时必须考虑源的自吸收。
目前工业用的α放射源主要有241Am、238Pu、239Pu、244Cm(锔)和210Po(钋)等，用量最大的是241Am源。
因为241Am容易生产，价格便宜，而且半衰期长。
常用α放射源核素数据如表一。
本次实验，所用α源：Am241的5.486MeV和Pu239的5.155MeV。
核素半衰期主要α粒子能量(MeV)及分支比(%)比活度(GBq/g)来源21 0Po138.4d5.305（100）1.67×1055.01209210210(,)dBi nγBi Po−−−→23 3U1.59×105a4.824（84.4）22.3min27.0232233233233(,)dTh nγTh Pa U−−−→−−−→3.3α谱仪放射性样品的a粒子与探测器相互作用，经前置放大器输出正比于a粒子能量的脉冲信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析，得到的计数按照能量(道址)分布的a粒子能谱，实现核素的识别和活度测定。
本次试验仪器拟采用西南科技大学国防重点试验室α能谱仪，该α谱仪为美国ORTEC 公司生产的8通道α能谱仪，型号为：ALPHA-ENSEMBLE.ORTEC在α谱仪上采用超低本底和PIPS工艺（表面钝化、离子注入、可擦洗）硅探测器，同时真空舱室也为超低本底材料。
面积上提供300、450、490、600、900和1200平方毫米的选择，有效耗尽层100μm。
结构特性与性能指标：●样品直径可从13mm至51mm。
探测器与被测样品之间有10档距离可选，相邻两档之间的距离差为4mm，最大距离可达44mm。
●真空计：范围10mTorr到20Torr（1 Torr ≈ 133.322 Pa）。
●探测器偏压：范围0±100V，大小和正负极性可调节。
漏电流检测器：范围0到10,000nA，显示分辨率3nA。
●脉冲产生器；范围0到10MeV，稳定性<50ppm/ºC，脉冲的幅度可调。
●数字化MCA(多道脉冲幅度分析仪)：通过软件可设置系统转换增益(道数)为256、512、1024、2048或者4096道，细调增益为0.25到1；增益稳定性：≤150ppm/ºC；每个事件的转换时间(死时间)：<2µs。
●数字化稳谱、ADC的零点(ZERO)和下阈(LLD)均由计算机调节设置。
谱仪的探测器偏压、漏电流均可在软件相关界面上以数字和图形显示出来。
●输入电源：120/240 V ac， 50/60 Hz输入功率50W。
●通讯：USB2.0接口。
每一个Alpha Ensemble最终提供一条电缆给PC。
●应用软件：MAESTRO-32或AlphaVision●工作条件:温度0ºC到50ºC，相对湿度≤ 95%。
●分辨率与本底：基于使用450mm2 ULTRA-AS探测器和高质量的241Am点源，能量分辨率(FWHM)：≤20KeV (探测器到源的距离等于探测器的直径)，探测器效率：≥25% (探测器到源的距离小于10mm)，本底：在3MeV以上，每小时计数≤1。
●所有型号均可选择用于反冲抑制保护的样品盘选项。
主要特点：探测室、前放、主放和多道一体化，系统具有高度的可靠性；全部功能由计算机通过仿真软件控制；每一路都完全独立、互不干扰或影响；每一路谱仪可配不同规格型号探测器；容纳样品直径最大可达51mm，探测器面积最大可达1200mm2；系统可以扩展至8台共64路探测器。
3.4探测器测量α射线能谱相关原理因离子注入PIPSα谱仪相关资料不足，故本实验报告以金硅面垒探测器为例加以说明。
金硅面垒探测器是用一片N型硅，蒸上一薄层金（100-200），接近金膜的那一层硅具有P型硅的特性，这种方式形成的PN结靠近表面层，结区即为探测粒子的灵敏区。
探测器工作加反向偏压。
粒子在灵敏区内损失能量转变为与其能量成正比的电脉冲信号，经放大并由多道分析器测出幅度的分布，从而给出带电粒子的能谱。
偏置放大器的作用是当多道分析器的道数不够用时，利用它切割、展宽脉冲幅度，以利于脉冲幅度的精确分析。
为了提高谱仪的能量分辨率，探测器要放在真空室中。
另外金硅面垒探测器一般具有光敏的特性，在使用过程中，应有光屏蔽措施。
金硅面垒型半导体谱仪具有能量分辨率高、能量线性范围宽、脉冲上升时间快、体积小和价格便宜等优点，在粒子及其它重带电粒子能谱测量中有着广泛的应用。
3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率图一峰位-偏压曲线谱仪的能量刻度就是确定粒子能量与脉冲幅度大小以谱线峰位在多道分析器中的道址表示。
谱仪系统的能量刻度有两种方法：用一个239Pu、241Am、244Cm混合的刻度源，已知各核素粒子的能量，测出该能量在多道分析器上所对应的道址，作能量对应道址的刻度曲线，并表示为：E=Gd+E O图二能量分辨率-偏压曲线E为α粒子能量（keV）,d为对应E谱峰所在道址，G是直线斜率（keV/每道），称为刻度常数。
E0是直线截距（keV），它表示由于α粒子穿过探测器金层表面所损失的能量。
4实验仪器、器材1、ALPHA-ENSEMBLEα谱仪探测器2、PC机3、真空泵Π3GcΠB T44、所用α源：Am241的5.486MeV和Pu239的5.155MeV5实验步骤1、打开PC机、8路α谱仪和真空泵2、点击PC桌面上“MAESTRO for Windows”3、测量源（也可测本底）3.1点“MAESTRO for Windows”的“Acquire”3.1.0 设置3.1.1设置高压，点 high voltage 的可控按钮“on”，出现标志“On”表明高压设置ok3.2点“MAESTRO for Windows”的“Alpha”3.2.1Target设为”300”（小于1000即可）3.2.2vacuum设置A．“Pump”抽真空，通过“actual”看是否抽真空B．“Vent“放弃真空C．“hold“保持真空3.2.3ADC：设置为40963.2.4点击“presets”，设置“live time”（测量活时间）（源小则时间设置长，反之则短）3.2.5若本来存在有谱，则在“input“图上点右键，点”clear“3.2.6“input“图上点右键，点”start“或菜单栏上”go“3.3点“calculate“，realtime设置为3003.3.1寻峰“peak search“3.3.2选中该峰，右键，点“peak info“Gross area：总计数，net area：净计数能量分辨率=FWHM/peak位3.3calibration：设置能量刻度，可默认3.4截图，打印4、关闭4.1去高压4.2去真空4.3去源4.4关机6实验数据记录、处理 6.1数据记录数据一源距4mmPeak Peak(Kev) FWHM FW组 Gross Area Net Area 239Pu 2357.09 5155 30.95 30.95 28599 28450±178 241Am 2514.75 5486 30.68 30.68 19844 19844±140数据二源距8mmPeak Peak(Kev) FWHM FW 组 Gross Area Net Area239Pu 2356.30 5155 35.19 35.19 40452 28967±544241Am 2514.57 5486 40.32 40.32 28508 28241±1876.2数据处理6.2.1能量分辨率：能量分辨率（源距4mm)：Peak FWHM =00.515595.30=0.0060=0.60%能量分辨率（源距4mm)：Peak FWHM=00.548668.30=0.0056=0.56% 能量分辨率（源距8mm)：Peak FWHM=00.515519.35=0.0068=0.68% 能量分辨率（源距8mm)：PeakFWHM=00.548632.40=0.0073=0.73% 6.2.2能量刻度：即通过所得信号的分析得出相应的谱形和数据，处理后得到的道址与能量的对应关系。