射线的吸收
射线检测的基本原理
射线检测的基本原理射线检测是一种无损检测方法，利用射线（如X射线或γ射线）与被检测物体相互作用，通过检测射线的吸收、散射或透射情况来获得被检测物体的内部结构、缺陷或成分信息。
射线检测广泛应用于医学、工业、材料科学、考古学等领域。
射线检测的基本原理是根据射线与物质作用的关系。
射线作用于物质时，根据射线与物质之间相互作用的方式不同，可发生以下几种情况：1. 吸收：射线穿透物质时，部分射线会被物质吸收。
吸收程度取决于射线的能量、物质的密度、厚度和组成等因素。
通过测量吸收射线的强度，可以获得被检测物体的密度、厚度或成分信息。
2. 散射：部分射线在穿过物质时发生散射，即射线的方向改变。
散射程度取决于物质的成分、密度和射线的能量等因素。
通过测量散射射线的方向和能量分布，可以得到物质的结构和成分信息。
3. 透射：部分射线穿透物质而没有被吸收或散射。
透射的强度和射线的能量、物质的密度、厚度和组成有关。
通过测量透射射线的强度，可以获取物质的内部结构和缺陷信息。
为了有效实施射线检测，通常会采用以下步骤：1. 选择合适的射线源：根据被检测物体的特性和需求，选择合适的射线源，如X射线或γ射线。
X射线的能量范围广泛，适用于不同类型的物质检测；γ射线的能量高，穿透能力强，适用于较厚的物质检测。
2. 射线的发射和传输：发射射线的设备（如X射线管）产生射线，并且通过专门的装置将射线传输到被检测物体表面或进入物体内部。
3. 探测射线：探测器在接收射线后测量射线的强度、方向和能量等参数，并将其转换为数字或可视化的信号。
4. 信号处理和分析：通过对探测器输出的信号进行处理和分析，可以获取被检测物体的内部结构、缺陷或成分信息。
5. 结果展示和评估：将处理和分析后的结果以图像、数值等形式进行展示，并进行评估和判断，判断是否存在缺陷或异常，并评估其对物体使用性能的影响。
射线检测广泛应用于医学诊断、工业材料检测和成像、考古学发掘等领域。
医学中常用的射线检测技术包括X射线摄影和计算机断层扫描（CT扫描）；工业上常用的射线检测技术包括X射线探伤、γ射线射线断层扫描（CT扫描），用于检测金属、焊接缺陷和工件内部结构等；在考古学中，射线检测可以帮助研究人员探测地下遗迹和文物的内部结构。
伽马射线的吸收实验报告
实验3：伽马射线的吸收实验目的1． 了解γ射线在物质中的吸收规律。
2． 测量γ射线在不同物质中的吸收系数。
3． 学习正确安排实验条件的方法。
内容1． 选择良好的实验条件，测量60Co 〔或137Cs 〕的γ射线在一组吸收片〔铅、铜、或铝〕中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。
2． 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。
原理1． 窄束γ射线在物质中的衰减规律γ射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应〔当γ射线能量大于1.02MeV 时,才有可能产生电子对效应〕。
准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。
单能的窄束γ射线在穿过物质时，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度的衰减服从指数规律，即x Nx e I e I I r μσ--==00 〔 1 〕其中I I ,0分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过的物质的厚度〔单位为cm 〕，r σ是三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数〔N r σμ=，单位为1=cm 〕。
显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率n 总是与该时刻的γ射线强度I 成正比，因此I 与x 的关系也可以用n 与x 的关系来代替。
由式我们可以得到 x e n n μ-=0 〔 2 〕㏑n=㏑n 0-x μ 〔 3 〕可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末这条吸收曲线就是一条直线，该直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数μ。
由于γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，因此单能γ射线的线性吸收系数μ是物质的原子序数Z 和能量γE 的函数。
p c ph μμμμ++= 〔 4 〕式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。
其中5Zph ∝μZ c ∝μ 〔 5 〕2Zp ∝μ图2给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的关系曲线。
x射线吸收光谱原理
x射线吸收光谱原理
X射线吸收光谱（XAS）是一种精确的分析方法，用于研究样品中原子的结构和以及特性。
它可以测量样品中的元素含量和结构，还可以检测样品中可能存在的各种离子。
X射线吸收光谱是一种光谱学方法，它由一种特定的X射线源产生的X射线把样品照射形成的射线，经过样品的吸收而发出的一种光谱，通过测量、解析和计算，可以获得样品中原子的结构和以及特性。
X射线吸收光谱原理是基于X射线在样品中发生物理吸收现象。
X射线在被照射到样品中时，会被样品中原子的电子吸收，这些被吸收的X射线被成为“回旋X射线”或“逆元素X射线”，它们被放射出来，但已经衰减了强度，形成了一种“X射线吸收光谱”。
X射线吸收光谱可以反映出样品的元素构成、结构特征和电子轨道配置等内容。
X射线吸收光谱属于X射线光谱学，它可以从结构层面上反映出样品中元素的构造、电子轨道配置、原子结构、电子捕获现象，以及元素性质和含量。
在联用其他分析技术，可以较精确地检测出样品结构中的有机成分，对有机半导体、电子材料、金属表面等样品的详细构造过程具有极大的帮助。
X射线吸收光谱需要一定的实验条件，一般需要一台适当的X 射线源，分析时将射线照射到样品上，样品的X射线吸收峰值可以在检测仪器上测量出来，通过分析这些峰值，其中包括吸收峰位置、化学结构和电荷状态等，有助于分析样品中的原子结构特征。
最后，X射线吸收光谱是一种可以探测出样品复杂结构特征的高精度分析技术。
它可以检测样品中的元素组成和结构，还可以检测元素的电荷状态和化学键的特征，这些信息将为科学研究和工程应用提供参考。
X射线吸收光谱技术经过几十年的发展，已经成为研究复杂结构物质的重要手段。
X射线的吸收
吸收长度（平均自由程）
x0 1
I I0 e1
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X射线的吸收率
X射线光子能量不超过150keV, X射线的吸收以光 电效应,康普顿效应为主，同时相干的瑞利散射 也较为重要（线度小于光波波长的微粒对入射光 的散射现象）。
➢ 此时的吸收系数：
光电
康
相干
10
X射线的吸收率
假如吸收体由j种不同纯元素均匀混合而成则：
实验结果完全证实了这一推论。例如，对于吸收 物银来说，当出现L吸收限时，同时就有L线系的标识 谱线出现，而当出现K吸收限时，则能同时观察到K线 系标识谱的全部谱线。
吸收限的出现，再一次有力的证实了原 子中电子有壳层结构！
16
X射线的吸收限
吸收限的应用：
➢ 吸收限在测量中的应用：过滤片 ➢ X射线吸收在医学上的应用：心血管造影术
质量吸收系数更能反应吸收体的本质
➢µ/ 不依赖吸收体的状态(汽,液,固体) ➢µ质量吸收系数也常用 表示
朗伯－比耳定律形式变为：
x
I (x) I0e
7
X射线的吸收率
光子与物质作用主要有以下三种形式：
光子能量
光电效应：光子与束缚电子作用，光子被完全吸收； 康普顿效应：光子与自由电子的散射； 电子偶效应：当光子的能量大于电子的静止能量的两倍时(即 1.02MeV)，光子在原子核场附近可将全部能量转化为正、负 电子对。
- dI= μ dx I(x)
积分(0 x)
I (x) I0ex 朗伯－比耳定律
➢ 吸收长度: x
x 1 x0 1
通过 x0 厚度的吸收体后, 强度为入射强度的e -1
➢ 线性吸收系数: μ
x 的单位取cm, μ的单位为cm-1
射线的吸收与物质吸收系数
γ射线能谱的测量以及物质吸收系数的μ测定陈媛媛物理091班09180104摘要本实验通过使用相对论效应实验谱仪来测量γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。
介绍了NaI(Tl)单晶Υ闪烁体整套装置的操作、调整和使用，通过窄束γ射线在物质中的的能谱分析，得出吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。
关键字γ能谱吸收系数μ吸收规律引言γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。
γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。
γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所发出的一种辐射，其辐射的能量由原子核跃迁前后两能级的能量之差决定。
由于γ射线的能量与原子核激发态的能级密切相关，因此，γ射线能量的测量对于了解原子核的结构、获得原子核内部的信息是一个十分重要的途径。
研究γ射线对不同物质的吸收规律和吸收系数对与γ射线在不同的领域中的运用有着不可或缺的作用。
我们作为物理系的学生对于这些测量方法和作用要有一定的认识。
正文一．实验原理1.1γ射线能谱的原理从原子核中发射出来的γ射线有不同的能量，在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，均会产生次级电子，NaI （T1）单晶γ闪烁谱仪利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子照射在光阴极上产生光电子，这些光电子经过倍增管放大而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到γ射线能谱。
经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的γ射线的能量成正比，信号脉冲的个数正比于γ射线的强度。
能谱图中，横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度（射线的密集程度），与计数成正比。
1.2物质吸收系数μ的测定窄束γ射线在穿过物质时被吸收，强度随物质厚度的衰减服从指数规ln ln mN R N μρ=-+/0()m R I R I eμρ-=律，即xNxeI eI I r μσ--==00I 0、I 分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm ），σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数。
X射线吸收简介
一、X 射线吸收简介X 射线穿过厚度为x 的样品后，其强度0I 会因为吸收而衰减为I （见图1），由此我们可以定义X 射线吸收系数x I I E )ln()(0-=μX 射线吸收谱就是测量X 射线吸收系数随X 射线能量的变化曲线。
从吸收系数与入射光子能量的关系曲线中，可以观察到曲线有三个基本特征（见图2）：1）随着入射光子能量的增加，总的吸收系数在减小；(2）在特定的能量点，吸收系数会阶梯函数式的急剧增加，这个能量点称为吸收边；3）吸收边之后，出现会出现一系列的摆动或者振荡，这种小结构一般为吸收截面的百分之几。
图1 X 射线吸收过程，0I 为入射光强，I 为出射光强，样品厚度为x ，吸收系数被定义为μ图2X 射线吸收系数随光子能量的变化曲线， 321L L L 、、、K 分别对应23p 221p 2s 2s 1、、、电子吸收边第一个特征就是众所周知的X 原子对射线的吸收现象，它是光滑且单调下降的曲线，在数据处理中我们可以将它作为本底扣除。
第二个特征的能量位置对于给定的吸收原子是独一无二的；源于内壳层电子的激发能量，入射光子激发原子芯能级电子跃迁到自由态或空态。
最后一个特征即所谓的XAFS 曲线，它包含着体系的结构信息。
合理分析XAFS 谱，能够获得关于材料的几何结构以及电子和振动特性信息。
在许多科学领域里，如生物、化学、电子、地质、材料等，对局域原子结构信息（如原子的种类、数目以及所处的位置等）的了解是极其重要。
但是目前还没有其它的实验手段能够比较好地给出无序体系的结构信息，因此XAFS 是一个非常重要的实验手段。
XAFS 谱)(k χ宏观上可以定义为：在给定的吸收边能量以上，归一化的X 射线吸收谱的振荡部分，即00)]()([)(μμμχ∆-=E E k (1)其中)(0E μ是一个关于能量平滑变化的函数，相当于中心吸收原子在周围没有散射原子情况下的吸收系数；0μ∆是归一化因子，近似等于吸收边前后本底信号的跳跃幅度。
介绍X射线在物质中的吸收
了这一惊人的发现，从此打开了一个新的研究领域。
放射线的发现看似偶然，但正如杨振宁先生在评价这一故 事时所说的那样，“科学家的‘灵感’对科学家的发现射线的发现及特性
（一） X射线的发现
1895年11月8日，伦琴发现。
X射线是波长极短的电磁波， 它不会被磁场偏转，具有很强 的穿透力，而且波长越短，穿 透力越强。<0.1nm：硬X射线， >0.1nm：软X射线。
§8-1 X射线的发现及其波性
在1895年以前，由阴极射线管产生的X射线在实验里已经存
在了30多年，在X射线发现前，不断有人抱怨，放在阴极射线 管附近的照相底片模糊或感光。如1879年的克鲁克斯，1890年 的古德斯比德等人，但发现 X 射线的却是伦琴。 伦琴，1845年出生于德国的一个商人家庭，1869年在苏黎 世大学获博士学位。1895年11月8日傍晚，伦琴在研究阴极射 线管中气体放电实验时，为了避免杂光对实验的影响，他用黑 纸板将管子包起来，却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂 氰酸钡 ( BaPt (CN )6 ) 极射线管管壁。 结晶物质的屏幕发出了荧光，伦琴马上意识 到,这可能是一种前所未有的新射线，经检查发现,射线来自阴
1400 1200
1000
(a)
800 600
(b)
400 200
20
40
(a) Eu(DBM)3Phen－PMMA的广角X－射线衍射图 (b) Eu(DBM)3Phen的X－射线衍射图
威廉· 亨利· 布拉格（Sir William Henry Bragg ，1862—1942），英国物 理学家，现代固体物理学的奠基人之一 。他早年在剑桥三一学院学习数学，曾 任澳大利亚阿德莱德大学及英国利兹大 学、伦敦大学教授，1940年出任皇家学 会会长。同时，他还作为一名杰出的社 会活动家，在20世纪二三十年代是英国 公共事务中的风云人物。
x射线吸收剂量
x射线吸收剂量X射线吸收剂量是指在接受X射线照射时，物质吸收射线的能量量度。
它是评估X射线辐射对人体或物体的影响程度的重要参数。
本文将介绍X射线吸收剂量的概念、测量方法、影响因素以及相关的安全措施。
一、概念X射线吸收剂量是指物质在接受X射线照射时，单位质量（通常为克）所吸收的X射线能量。
它通常用希沙姆（Sievert，Sv）或戈瑞（Gray，Gy）来表示。
希沙姆是国际上通用的剂量单位，用于评估辐射对人体的生物效应；而戈瑞是物理学中用于描述辐射吸收的剂量单位。
二、测量方法测量X射线吸收剂量的方法主要有两种：个人剂量计和环境剂量计。
1.个人剂量计：个人剂量计是佩戴在人体上的装置，用于记录个体在一定时间内暴露于X射线辐射的剂量。
个人剂量计通常采用热释光剂量计或电离室剂量计。
热释光剂量计使用热释光材料记录辐射剂量，而电离室剂量计则通过测量辐射产生的电离效应来计算剂量。
2.环境剂量计：环境剂量计是放置在工作场所或环境中的设备，用于测量环境中的辐射剂量。
环境剂量计包括固定剂量率监测仪和流动剂量率监测仪。
固定剂量率监测仪放置在固定位置，持续监测辐射剂量；而流动剂量率监测仪则可以移动，并可用于检测不同区域的辐射水平。
三、影响因素X射线吸收剂量受多种因素影响，包括以下几点：1.辐射源的能量和强度：辐射源的能量越高，吸收剂量也越大；同时，辐射源的强度越高，吸收剂量也越大。
2.物质的密度和组成：物质的密度越大，吸收剂量也越大；而物质的组成也会对吸收剂量产生影响，不同组织和器官对X射线的吸收能力有所差异。
3.辐射照射时间：接受辐射照射的时间越长，吸收剂量也越大。
4.辐射照射距离：距离辐射源越近，吸收剂量也越大；反之，距离辐射源越远，吸收剂量越小。
5.防护措施：采取适当的防护措施可以减少辐射照射，从而降低吸收剂量。
四、安全措施为了保护工作人员和公众免受X射线辐射的危害，需要采取一系列的安全措施：1.合理的辐射源使用：确保X射线设备的正常运行和维护，遵循相关的安全操作规程。
x射线吸收精细结构谱
x射线吸收精细结构谱X射线吸收精细结构谱是一种常见的分析技术，可以用于研究物质的化学组成和结构。
本文将介绍X射线吸收精细结构谱的基本原理、实验方法、应用领域以及一些前沿研究。
一、基本原理X射线吸收精细结构谱是通过测量物质对入射X射线的吸收和散射行为来研究其内部结构的一种方法。
在这个过程中，入射X射线与物质中的原子发生相互作用，其中主要包括光电效应、康普顿散射和荧光弛豫。
1.光电效应：当入射X射线的能量和材料中的原子能级之差一致时，X射线被材料中的电子吸收，并将电子从内层原子轨道上电离。
这一过程产生的吸收辐射谱能够提供关于物质中各个元素的信息。
2.康普顿散射：入射X射线与材料中的电子发生反向散射，这种散射过程会导致入射X射线的能量减少。
通过测量散射X射线的能量损失，可以了解物质中电子的运动和原子排列的信息。
3.荧光弛豫：当入射X射线的能量超过材料中一些原子内层电子的束缚能时，这些电子将被激发到高能级。
随后，这些高能级电子会发生弛豫过程，向下跃迁，发射出荧光X射线。
荧光X射线谱可以提供关于材料的元素的化学状态和原子环境的信息。
二、实验方法X射线吸收精细结构谱主要利用X射线吸收和散射过程产生的谱线来研究物质的结构。
常用的实验方法包括X射线吸收光谱、荧光光谱和X射线衍射。
1.X射线吸收光谱：通过测量入射X射线的吸收率随能量的变化来获得吸收光谱。
常用的仪器是X射线吸收光谱仪，包括单晶谱仪和多晶谱仪。
通过分析谱线的形状和峰位，可以了解物质中各个元素的存在形态、原子环境和配位数等信息。
2.荧光光谱：通过测量荧光X射线的能量和强度来获得荧光光谱。
常用的仪器是荧光光谱仪，包括光电倍增管和谱线计数器等。
荧光光谱可以提供关于材料中元素的存在形态、化学状态和原子环境等信息。
3.X射线衍射：通过测量物质中X射线的散射模式和散射强度来获得衍射图谱。
常用的仪器是X射线衍射仪，包括平行束X射线衍射仪和傅立叶变换X射线衍射仪等。
γ射线的吸收实验报告
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.窄束射线在物质中的吸收规律。
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，作用的结果使射线的强度减弱。
准直成平行束的射线称为窄束射线，单能窄束射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即：(1)其中为入射射线强度，为透射射线强度，x为射线穿透的样品厚度，为线性吸收系数。
用实验的方法测得透射率与厚度的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数值。
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与的值，再用曲线拟合来求解。
则：（2）由于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都有贡献，可得：（3）式中为光电效应的贡献，为康普顿效应的贡献，为电子对效应的贡献。
它们的值不但与光子的能量Er有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。
对于能量相同的射线不同的材料、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，如光透视，光CT技术，对肿瘤的放射性治疗等。
图1表示铅、锡、铜、铝材料对射线的线性吸收系数μ随能量E变化关系。
图中横座标以光子的能量与电子静止能量mc2的比值为单位，由图可见，对于铅低能射线只有光电效应和康普顿效应，对高能射线，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：（4）式中xm=x·ρ，称为质量厚度，单位是g/cm2。
半吸收厚度x1/2：物质对射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。
由（1）式可得：（5）显然也与材料的性质和射线的能量有关。
图2表示铝、铅的半吸收厚度与E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。
β射线的吸收
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：实验9-4 β射线的吸收和γ射线相比，β射线与物质的相互作用要复杂得多。
β射线在吸收物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。
通过研究β射线的吸收规律，测量吸收物质对β射线的阻止本领，可以指导β辐射防护的选材及确定厚度。
另外，通过测量物质对β射线的吸收系数，或β射线在吸收物质中的射程，可以估算β射线的最大能量，这是鉴别放射性核素的有效办法。
【实验目的】1、了解β射线与物质相互作用的机理。
2、学习测量β射线最大能量的方法。
3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。
【实验原理】一、β衰变与β能谱的连续性放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A 相同的核素称为β衰变。
β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。
以本实验所用的Y Sr 90399038-β源为例，其衰变图如图9-4-2所示。
Sr 9038的半衰期为28.6年，它发射的β粒子最大能量为0.546MeV ，Sr 9038衰变后成为Y 9039，Y 9039的半衰期为64.1小时，它发射的β粒子最大能量为2.27MeV ，衰变后成为Zr 9040，因而Y Sr 90399038-源在0至2.27MeV 的范围内形成连续的能谱。
图9-4-1 β射线能谱 图9-4-2 Y Sr 90399038-源衰变图二、β射线与物质的相互作用β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。
β射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。
电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。
当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。
根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。
此外，β射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。
x射线吸收光谱法
x射线吸收光谱法
X射线吸收光谱法是一种研究物质中元素及其化学键性质的方法。
X射线吸收光谱法的基本原理是：当X射线与待测样品发生相互作用时，会产生各种信号，利用相应的探测器接收并分析这些信号，从而得到样品内部的各种信息。
在光电子的高动能范围内，与相邻原子的散射截面较弱，吸收光谱以EXAFS（扩展的X射线吸收精细结构）为主，其中射出的光电子的散射相邻原子可以通过单个散射事件来近似。
X射线吸收光谱法可大致分为四个可以给出相互补充结果的实验类别：金属K-edge、金属L-edge、配体K-edge和EXAFS。
除了X射线吸收对比之外，映射异质样品的最明显方法是通过X射线荧光元素分析，类似于电子显微镜中的EDX方法。
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)。
β射线吸收法+光散射法
β射线吸收法+光散射法
β射线吸收法和光散射法是两种不同的物质分析方法。
1.β射线吸收法：β射线吸收法是一种用于测量材料中β射
线吸收能力的方法。
β射线是一种高速电子或正电子，具有较强的穿透能力。
该方法通过将被测物质置于β射线源和探测器之间，测量经过物质后剩余的β射线强度来计算物质对β射线的吸收能力。
吸收量与物质中的原子数密度有关，因此可以用于测量材料的厚度、成分以及浓度等。
2.光散射法：光散射法是一种用于表征材料中颗粒或分子的
尺寸和形状的方法。
当光线照射到粒子或分子上时，它们会散射光线，使得散射光的方向、强度和波长发生变化。
根据散射光的角度分布和强度的变化，可以推断出材料中颗粒或分子的大小、形状以及浓度等信息。
光散射法可用于研究颗粒物的粒径分布、胶体溶液中的分散态和聚集态等。
这两种方法在物质分析中具有不同的应用。
β射线吸收法主要用于测量物质的厚度和组成，特别适用于较厚的材料或放射性物质的分析。
光散射法则主要用于颗粒或分子尺寸以及形状的研究，广泛应用于颗粒物、胶体溶液、聚合物等的研究领域。
需要根据具体问题和需要选择适合的分析方法，以获取准确和可靠的结果。
同时，在使用这些方法时，还需严格遵守相关的安全操作规程，确保实验过程和结果的可靠性和安全性。
x-射线吸收光谱
X-射线吸收光谱
X-射线吸收光谱（X-ray absorption spectroscopy，XAS）是一种表征材料原子结构和化学环境的非常有用的方法。
它利用X射线与材料相互作用，测量材料对X射线的吸收能力，从而获得材料的电子结构信息。
XAS通常使用X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）和X射线荧光（X-ray fluorescence，XRF）两种技术来实现。
XPS主要用于表面分析，它通过照射材料表面的X射线，使样品表面的原子吸收X射线的能量，从而产生光电子。
这些光电子被收集并测量，可以得到样品表面的元素组成和化学状态。
XRF则可以用于分析材料的内部结
构和化学状态，它通过照射样品的X射线，使样品中的原子吸收X射线的能量，并以荧光的形式发射出来，从而获得样品的元素组成和化学状态信息。
XAS可以用于研究材料的原子结构、化学键和价态等信息。
它可以提供非常准确的元素组成和化学状态信息，对于材料的研究和分析非常有用。
x射线吸收谱基础知识
x射线吸收谱基础知识
X射线吸收谱是一种用于研究材料内部结构和化学成分的重要
技术。
通过测量材料对X射线的吸收情况，可以获取关于材料内部
原子结构和电子状态的信息。
这项技术在材料科学、化学、物理学
和生物学等领域都有广泛的应用。
X射线吸收谱的基本原理是当X射线穿过材料时，材料中的原
子会吸收部分X射线的能量。
吸收的能量取决于原子的化学成分、
原子序数和电子状态。
因此，通过分析X射线被吸收的能量和强度，可以推断出材料的成分和结构。
X射线吸收谱通常通过X射线吸收光谱仪来测量。
在实验中，X
射线通过待测样品，然后被探测器接收。
探测器会记录X射线的强
度和能量，从而生成吸收谱图。
通过分析吸收谱图的峰位和形状，
可以确定材料的化学成分和电子结构。
X射线吸收谱技术在材料研究中有着重要的应用。
例如，可以
用于分析金属、合金、半导体和催化剂等材料的成分和结构。
此外，X射线吸收谱还可以用于研究材料的电子态密度、价态和化学键等
性质。
总之，X射线吸收谱是一种重要的材料分析技术，它可以提供关于材料内部结构和化学成分的详细信息，对于理解材料性质和开发新材料具有重要意义。
近代物理实验(中国石油大学)实验9-4 β射线的吸收
实验9-4 β射线的吸收和γ射线相比，β射线与物质的相互作用要复杂得多。
β射线在吸收物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。
通过研究β射线的吸收规律，测量吸收物质对β射线的阻止本领，可以指导β辐射防护的选材及确定厚度。
另外，通过测量物质对β射线的吸收系数，或β射线在吸收物质中的射程，可以估算β射线的最大能量，这是鉴别放射性核素的有效办法。
【实验目的】1、了解β射线与物质相互作用的机理。
2、学习测量β射线最大能量的方法。
3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。
【实验原理】一、β衰变与β能谱的连续性放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A 相同的核素称为β衰变。
β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。
图9-4-1 β射线能谱 图9-4-2 Y Sr 90399038 源衰变图二、β射线与物质的相互作用β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。
β射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。
电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。
当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。
根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。
此外，β射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。
因为β粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上β射线强度减弱。
当β射线穿过物质时，由于β射线与物质发生相互作用，使β射线强度减弱的现象称为β射线的吸收。
三、β射线最大能量的测量常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。
图9-4-3 β吸收曲线实验表明，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的增加而减弱，并符合指数衰减规律。
X射线的吸收
标识谱是原子中内层电子的跃迁 产生的。
空穴的存在是产生标识辐射的先 决条件。
1913年，莫塞莱根据各元素的X射 线的频率的平方根对原子序数Z作图， 得到线性关系。纵坐 莫塞莱定律
莫塞莱研究了一系列元素的K线系,发现各 元素的K线系的光谱项的平方根
T (n) R
min 称为量子极限
三、特征辐射（标识辐射）--电子內壳层的跃迁
特征X射线谱是巴克拉于1906年发现的。 他观察到连续谱上出现一系列分立谱线，并用 K、L、M…字母标识，因特征谱的发现使他获 1917年的诺贝尔物理奖。
1913年莫塞莱测量了从Al到Au共38种元素 的X射线，发现各元素发射X射线频率的平方根 与原子序数Z成线性关系。
七、同步辐射
定义：当电子在同步回旋加速器(或其他 圆型加速器）中作圆周运动时产生的辐 射，称为同步辐射。 作为产生 X 射线的新方法，一种新型光 源其优异特性： （1）功率大（2）能谱宽 （3）方向性 好 （4）偏振性好（5）时间结构好。
1.同步辐射的功率大
利用经典电动力学的一般规律容易证明， 能量为E( 以GeV 为单位)的电子，作圆 周运动时，若圆周的曲率半径为R( 以m 为单位)电子流强为I( 以A为单位) ，则 总的辐射功率P( 以kW 为单位)为:
射线是内层电子的跃迁的结果。
~ 随Z呈线性关系(见图)。说明
它受外层电子影响很小，只受原
子核的影响。莫塞莱图提供了从
实验测定原子序数Z的一种有效
方法。历史上正是他首次纠正了
27Co，28Ni在周期表的次序。
X射线分类：
➢e-X,用电子束产生空穴，称为 电子X荧光分析
➢P-X,用质子束产生空穴，称为 质子X荧光分析
康普顿散射
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实验1.3 射线的吸收
实验时间：2010年10月21日
【摘要】
实验中我们分别探究了γ射线在铜，铝，铅中的吸收规律。
通过这次实验我们希望了解γ射线在物质中的吸收规律，同时掌握测量γ吸收系数的基本方法。
【引言】
γ射线在穿透物质时，会被物质吸收，吸收作用的大小用吸收系数来表示。
物质的吸收系数的值与γ射线的能量有关，也与物质本身的性质有关。
正确测定物质的吸收系数，在核技术的应用与辐射防护设计中具有十分重要的意义。
例如工业上广泛应用的料位计、密度计、厚度计，医学上的γ照相技术等都是根据这一原理研究设计的。
【关键词】
铜 铝 铅γ射线 吸收
【正文】
一、 实验原理
1.窄束 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：
其中I 0为入射γ射线强度，I x 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T=I x /I 0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 I x 与x 的值，再用曲线拟合来求解。
则：
ln I x =ln I 0−μx （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：
μ=μph +μc +μp （3）
式中μph 为光电效应的贡献， μc 为康普顿效应的贡献，μp 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
变化关系。
图中横座标以γ光子的能量h ν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：
I x =I 0e −μm x m （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：
x 12
=
ln 2μ
（5）
显然也与材料的性质和
射线的能量有关。
图2表示铝、铅的半吸收厚度与E 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。
二、实验仪器
微机多道γ能谱仪，BH1224，1台
60Co
放射源，毫居里级，1个
吸收片，铅、铜、铝各若干片
γ
γγγ
三、实验数据处理
实验依次测量铅、铜、铝样品的γ负责线性吸收系数μ值。
所用放射源编号为No ：432 强度S ：75.3e3Bq 能量Er ：0.66MeV
本底计数（100s ）I b1=4863 I b2=4926 所以 I b =4895 1.Pb 样品
对于样品Pb 由测量数据所作的图如上，其中点为实际测得数据，图中直线为用最小二乘法拟合出来的直线，右上角插图为未取对数的数据点，可以看出未取对数时横纵坐标之间不是线性关系，去了对数纵坐标取了对数之后呈现线性关系。
拟合出来的μ=1.0645 lnI 0=4.7414 故Pb 的半吸收厚度 d 1/2=ln2/μ=0.6511cm
2.Cu 样品
上图说明仿Pb ，用最小二乘法拟合出来的 铜的吸收系数 μ=0.4305 lnI 0=4.6829 故Cu 的半吸收厚度 d 1/2=ln2/μ= 1.6101cm 3.Al 样品
用最小二乘法拟合出来的
铝的吸收系数μ=0.1451 lnI
=4.7432
=ln2/μ=4.7770cm
故Cu的半吸收厚度 d
1/2
四、实验讨论与实验思考题
1、讨论
①由上述3种样品的测量可以得到不放样品时接收到的辐射强度为
lnI
=（4.7414+4.6829+4.7432）/3=4.7225
I
=exp(4.7225)=112.45Bq
我们使用的源强为75300Bq，所以接收器对样品张开的立体角为
Ω=4π*112.45/75300=0.0188
②实验误差：这次实验中误差一方面来自于辐射统计的涨落比较大，另一方面
来自接收器对样品张开的立体角。
2、实验思考题
（1）设铅的μ=1.0/cm，铝的μ=0.2/cm，为了使γ辐射强度降为原来的1/10，所需防护层厚度各为多少厘米？
答：因为 exp(-μx)=1/10
故，对于铅需厚度为2.3026cm。
对于铝需厚度为11.5130cm。
（2）待测的透射后γ光子的能量与入射光子的能量是否相同？为什么？
答：大部分的透射后γ光子的能量都没有变化，但因为我们试验中用到的γ射线能量为0.662MeV，小于正负电子对产生的阀值1.02MeV，故γ射线会与晶体发生光电效应和康普顿散射，这样作用过后的光子有可能再被探测器探测到，器能量就发生了变化。
（3）实验布置中，为什么要把放射源、准直孔、探测器中心保持在同一条直线上？
答：因为得到射线吸收公式（1）的前提条件是，射线朝着同一个方向传播，而实验中用到的放射源发出的γ射线的方向不定，所以要用准直孔来筛选出一个方向的射线，当然为了能探测出射线，探测器要在准直孔与放射源组成的那条直线上。
（4）何为半吸收厚度？其值与哪些因素有关？
答：半吸收厚度的定义为使入射γ射线强度减弱为原来的一半所需要吸收物质的
厚度。
影响半吸收厚度的因素有很多，首先材料本身的性质决定了半吸收厚度的大小，另外，入射γ射线的能量也影响半吸收厚度，对于晶体，晶格取向以及入射方向能影响半吸收厚度。
【参考文献】
近代物理实验第二版黄润生沙振舜唐涛编南京大学出版社
原子核物理实验方法（上册）第二章（1981）复旦大学，清华大学，北京大学合编原子能出版社
核物理实验P32（1984）北京大学，复旦大学主编原子能出版社，。