用闪烁谱仪测γ射线能谱
Nal(Tl) γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
近代物理实验报告学院数理与信息工程学院班级物理092姓名艾合买提江学号09180218时间 2011年9月26日Nal(Tl) γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量摘要：放射性物质含有许多不稳定的原子。
这些源自在核衰变时辐射出α，β，γ射线和中子流等，并且都具有一定的能量。
γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所产生的一种辐射。
它是一种波长极短的电磁波，其辐射能量标示为Εr=Εi-Εf=hv,其中Εi和Εf分别为原子核所处的未态和初态的能量。
V是γ射线光子的频率。
本实验将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，即所谓能谱关键字：Υ射线能谱物质吸收系数μ光电效应康普顿效应电子对效应引言：原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射射线，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：射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布，即为“能谱”。
测量能谱的装置称为“能谱仪”。
闪烁探测器是利用带电粒子或非带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为带电粒子对物质原子的激发，从而会产生发光效应的特性来测量射线的仪器。
它的主要优点是即能测量各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子；即能测量粒子强度，又能测量粒子能量；并且探测效率高。
γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。
首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。
原子核衰变和核反应均可产生γ射线。
γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。
当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。
原子核释放出的γ光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。
由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。
γ射线γ闪烁谱仪与γ射线能谱的测量
γ闪烁谱仪与γ射线能谱的测量【摘要】原子核的能级跃迁能产生γ射线，测量γ射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。
谱仪（把射线的能量转变成光能）测定不同的放射源的射线能谱，本实验对Cs 137和Co 60两种元素的γ射线能谱进行测量，通过对核技术探测仪器的使用方法和能谱的测量与分析让我们对核技术有更深一步的认识。
【关键词】能谱 测量【正文】γ闪烁谱仪的基本工作原理以及整个的工作过程：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。
图 2 百叶窗式光电倍增管示意图（3）射极跟随器：光电倍增管输出负脉冲的幅度较小，内阻较高。
一般在探头内部安置一级射极跟随器以减少外界干扰的影响，同时使之与线性放大器输入端实现阻抗匹配。
（4）线性放大器：由于入射粒子的能量变化范围很大，线性放大器的放大倍数能在10～1000倍范围内变化，对它的要求是稳定性高、线性好和噪声小。
开启实验仪器工作时射线通过闪烁体，闪烁体的发光强度与射线在闪烁体内损失的能量成正比，即入射线的能量越大，在闪烁体内损失能量越多，闪烁体的发光强度也越大。
闪烁谱仪测γ射线能谱(252)
用闪烁谱仪测γ射线能谱4+PB04210252 刘贤焯 第26组10号和原子的能级间跃迁产生原子光谱类似，原子核的能级间跃产生γ射线谱。
测量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，研究核蜕变纲图等，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射线能谱最常用的仪器是闪烁γ能谱仪，该谱仪在核物理、高能粒子物理和空间辐射物理的探测中都占有重要地位，而且用量很大。
本实验的目的是学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法，要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法，学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。
实验原理根据原子核结构理论，原子核的能量状态是不连续的，存在着分立能级。
处在能量较高的激发态能级2E 上的核，当它跃迁到低能级1E 上时，就发射γ射线（即波长约在1nm ~ 0.1nm 间的电磁波）。
放出的γ射线的光量子能量12E E hv -=，此处h 为普朗克常数，ν为γ光子的频率。
由此看出原子核放出的γ射线的能量反映了核激发态间的能级差。
因此测量γ射线的能量就可以了解原子核的能级结构。
测量γ射线能谱就是测量核素发射的γ射线强度按能量的分布。
1． 闪烁谱仪测量γ射线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晶体闪烁体。
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。
此处仅对常用的无机晶体闪烁体的发光机制作简单介绍。
最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常写为NaI (T1)，属离子型晶体，是绝缘体，按固体物理的概念，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带。
如有带电粒子进入到闪烁体中，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的可能过程之一是发射光子。
用闪烁晶体测量γ射线能谱
在科研、生产、医疗和环境保护各方面，用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质各种微量元素的含量。
测量γ射线的能谱最常用的仪器是闪烁谱仪，该谱仪在核物理、高能离子物理和空间辐射物理的控测中都占有重要地位。
实验原理
γ射线是原子核能级跃迁的辐射。
对γ射线的能谱测量能了解原子核的结构，获得原子核内部运动的信息。
闪烁谱仪的结构如下图所示
其工作过程是当γ射线射入探头内的NaI（Tl）闪烁晶体时在晶体内部产生电离，把能量交给次级电子，在闪烁体内引起的荧光，照射支光电倍增管的光阴是，打出光电子，再经光电倍增管次阴级多次倍增所被阳极收集，在光电倍增管阴极负载上输出电压脉冲，此脉冲幅度大小与被测的γ射线能量成正比。
脉冲信号通过放大器放大后进入多道分析器，从而获得γ射线的能谱。
铯137的γ射线能谱如下所示
E b为背散射峰，一般很小，E c为康普顿散射边界，E e为光电峰，又称全能峰，对于137Cs此能量为0.661Mev。
能量分辨率是γ能谱仪的重要参数。
其意义如下图
定义能量分辨率η为
△V为半高宽度，V为光电峰脉冲幅度。
思考题
用闪烁谱仪测量γ射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出137Cs和60Co光电峰，应如何选择合适的工作条件，在测量过程中该条件可否改变？
为满足光电峰处计数率相对误差小于2%的要求，怎样从实验中确定计数所用的时间？。
闪烁谱仪伽马能谱
60Co的衰变纲图
137Cs的衰变纲图
60Co（τ＝5.27a）
137Cs（τ＝30a）
β ～0.309MeV
β
2.50MeV
γ1
1.33MeV
γ2
γ 137Ba
0.662MeV 0
0 60Ni
返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理--射线与物质
的相互作用
电子
光电效应
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的性能指标
整个谱仪的性能
能量分辨率
各峰的能量分辨率 E 100% CH 100%
E
CH
通常NaI闪烁谱仪的能量分辨率以137Cs的单能 射线峰为标准。
线性
稳定性
返回
实验步骤
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
入射光子
康普顿散射
光电子(EkE γ)
散射光子
θ
正负电子对产生
康普顿电子 电子
负电子 返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的工作原理—考虑此脉
冲的幅度和哪些因素有关？
入射到光电倍增管阴极上的光子数量即 入射能量 光电倍增管的工作电压 线性放大器的放大倍数
返回
预习要求：
1. 闪烁谱仪的结构组成有哪些（要点） 2. 简述闪烁谱仪的工作原理（要点） 3. 闪烁谱仪的性能指标有哪些（包括闪
烁体、光电倍增管和整个谱仪的性能） （要点）
返回
NaI（Tl）单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 能谱测量
闪烁谱仪的结构组成
包括探头（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
用闪烁谱仪测γ射线能谱
用闪烁谱仪测γ射线能谱PB05210153 蒋琪实验原理1.γ能谱的形状闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型Cs 137的γ射线能谱图。
图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。
从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。
这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。
光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。
C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。
2．谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。
但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。
如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。
因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。
例如选择Cs 137的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰MeV E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。
可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。
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。
闪烁γ能谱测量实验报告
学号：
γ 射线能谱测量实验系统框图
闪烁晶体主要使用 NaI(Tl)晶体，它的密度大（ρ = 3.67 g /cm），而且高原子序数 的碘（Z=53）占重量的 85%，所以对 γ 射线探测效率特别高，相对发光效率大，它 的光谱最强波长为 415nm 左右，能与光电倍增管的光谱响应较好的匹配，晶体的透明 性也好。测量 γ 射线时能量分辨率也是闪烁晶体中较好的一种。但是 NaI(Tl)晶体容 易潮解，吸收空气中水分会变质失效，所以一般 NaI(Tl)晶体使用时都是装在密封的金 属盒中。 γ射线与 NaI(Tl)晶体相互作用，会使其电离、激发而发射荧光，从闪烁体出来的光 子通过光导射向光电倍增管的光阴极，由于光电效应，在光阴极上打出电子。光电子经 过各级之间的电压加速、聚焦后射向打拿极。每个光电子在打拿极上击出几个电子，这 些电子射向后续的打拿极。所以，最后射向阳极的电子数目是很多的。阳极把这些电子 收集起来，转变成电信号并输出。
( Ek ) max
2(h ) 2 m0 c 2 h 2
可看出康普顿电子的动能可以从 0 到 ( EK ) max 连续分布。 电子对效应：当γ射线的能量超过 2 倍电子静止能量（ 2m0 c 2 1.023Mev ）时， γ光子在核场作用下，有可能转化为一对正、负电子，其几率随γ光子的能量增加而增 大。但是，当γ光子能量小于 1.5 Mev ，在 NaI(T1)闪烁晶体中产生正、负电子对的几 率甚小。 由此可见，γ光子与物质相互作用的特点是产生次级电子。这些次级电子的能量又 与γ光子所损失的能量相当，两者之间有确定的关系。通过对次级电子的数量和能量的 测定。也就可以确定γ光子的强度和能量。
1651 1216 868 809 714 722 709 754 791 924 91 5 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 4
闪烁谱仪测定γ射线的能谱
40闪烁谱仪测定γ射线的能谱γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态时发射的波长很短的电磁辐射。
研究γ射线的能谱对于放射性核素的应用和研究原子核的能级结构有很重要的意义。
闪烁探测器在科学技术的许多部门有着十分重要的应用，它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子，既能对辐射强度进行测量，又能对辐射的能量进行分析，而且探测效率高（比G-M 计数器高几十倍），分辨时间短（约108-秒）。
通过本实验，你将学习掌握一种测量射线能量的方法：用NaI(Tl)闪烁探测器测量γ能谱。
实验原理一、γ射线与物质的相互作用放射性核素放射出来的带电粒子（α、β粒子以及内转换电子）与物质相互作用主要为电离、散射和吸收三个方面。
γ射线是不带电的电磁辐射，它与物质的相互作用主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应三个过程。
1. 光电效应 入射的γ光子把能量全部转移给原子中的束缚电子，使之发射出来，而光子本身消失，这种过程称为光电效应。
光电效应中发射出来的电子叫光电子。
这过程如图2-2-1所示。
在光电效应中，若忽略被原子的反冲核所吸收的能量，则由能量守恒定律得到 E E E E r e i e =+@ (2-2-1)式中E r 为入射γ光子的能量，E e 为光电子获得的动能,E i 为i 层电子的结合能，一般E i 远小于E r 。
显然，如果入射γ光子是单能的，则产生的光电子也是单能的。
光电子可以从原子各个壳层中发射出来，但在K 壳层上打出电子的几率最大，L 层次之，M 、N 层更次之。
因此，在发射光电子的同时，还伴随着原子发射的特征X 射线或俄歇电子。
实验和理论都表明，γ射线与物质相互作用时，产生光电效应的几率随着物质原子序数的增大而迅速增大，又随着γ射线的能量增大而减小。
光图2-2-1 光电效应的示意图412. 康普顿效应入射的γ光子与物质原子的核外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，而散射光子的能量和运动方向发生变化，这一过程称为康普顿效应．图2-2-2为康普顿效应的示意图。
NaI(T1)闪烁谱仪测定γ射线的能谱
NaI （T1）闪烁谱仪测定γ射线的能谱09904047 周宁 [实验装置]NaI （T1）闪烁谱仪（FH1901型）一套，脉冲示波器（SBT-5型）一台，Cs 137γ源和Co 60γ源各一个。
[实验原理]一、γ射线与物质的相互作用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i E 一般小于γ射线的能量γE 。
所以： γγE E E E i ≈-=光电光电效应的截面光电σ随入射γ射线能量的增加而减小。
2．康普顿散射 核外自由电子与入射γ射线发生康普顿散射。
根据动量守恒的要求，散射和入射只能发生在一个平面内。
反冲康普顿电子的动能e E 为：'hv hv E e -=康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为： )cos 1(1'θα-+=hvhv 其中20c m hv =α康普顿电子的能量在0至αα212+hv之间变化。
3．正、负电子对的产生 当γ射线能量超过202c m （1.022MeV ）以后，γ光子受原子核或电子的库仑场的作用可能转化成正、负电子对。
入射γ射线的能量越大，产生正、负电子对的截面也越大。
在物质中正电子的寿命是很短的，当它在物质中消耗尽自己的动能时，便同物质原子中的轨道电子发生湮没反应而变成一对能量各为0.511MeV 的γ光子。
二、仪器结构与工作原理1 反射层2 闪烁体3 硅油4光电倍增管 5 射极跟随器6 高压电源7 线性放大器8 单道分析器9 定标器10 示波器带电粒子通过闪烁体时，将引起大量的分子或原子的激发和电离，这些受激的分子或原子由激发台回到基态时就放出光子；不带电的γ射线先在闪烁体内产生光电子、康普顿电子及正、负电子对，然后这些电子使闪烁体内的分子或原子激发和电离而发光。
中子的探测，则是利用中子引起的核反应所产生的带电粒子，或中子与核碰撞时产生的反冲核，这些带电粒子和反冲核在闪烁体内引起发光。
Nal(Tl) γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
近代物理实验报告学院数理与信息工程学院班级物理092姓名艾合买提江学号09180218时间 2011年9月26日Nal(Tl) γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量摘要：放射性物质含有许多不稳定的原子。
这些源自在核衰变时辐射出α，β，γ射线和中子流等，并且都具有一定的能量。
γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所产生的一种辐射。
它是一种波长极短的电磁波，其辐射能量标示为Εr=Εi-Εf=hv,其中Εi和Εf分别为原子核所处的未态和初态的能量。
V是γ射线光子的频率。
本实验将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，即所谓能谱关键字：Υ射线能谱物质吸收系数μ光电效应康普顿效应电子对效应引言：原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射射线，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：射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布，即为“能谱”。
测量能谱的装置称为“能谱仪”。
闪烁探测器是利用带电粒子或非带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为带电粒子对物质原子的激发，从而会产生发光效应的特性来测量射线的仪器。
它的主要优点是即能测量各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子；即能测量粒子强度，又能测量粒子能量；并且探测效率高。
γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。
首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。
原子核衰变和核反应均可产生γ射线。
γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。
当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。
原子核释放出的γ光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。
由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
二、NaI（Tl）单晶γ闪烁能谱仪的结构与性能
1、闪烁探测器的组成：闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器 2、单道与多道脉冲幅度分析器 3、NaI（Tl）单晶γ闪烁能谱仪的主要指标 （1）能量分辨率 （2）线性与能量刻度
133Ba的g射线的能谱
152Eu的g射线的能谱
241Am的g射线的能谱
Americium is a man made radioactive isotope, and is commonly found in smoke detectors. The source is an alpha emitter, and in the decay process it also kicks out a gamma at 59.6 keV. This is a typical gamma spectrum from Americium, as you can see, the tall peak at 59.6 keV is very obvious and over powers everything else, it also has a gamma at 26.3 keV which is sometimes visible to the left of the tall peak. There are a whole bunch of other gamma rays from 241Am, but these are not easy to see with NaI detectors.
NaI(Tl)闪烁谱仪及伽马能谱测量
闪烁谱仪测γ射线能谱(278)
用闪烁谱仪测γ射线 4学号：PB04210278 姓名: 高通实验目的：学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法掌握闪烁谱仪的工作原理和实 验方法，学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。
实验原理： 1 光电效应i e B E E -=γ （1） 2 康普顿效应)cos 1(1)cos 1()cos 1(20202θθθγγγγ-+=-+-=E cm E E c m E E e （2）式中20c m 为电子静止质量，角度θ是γ光子的散射角， 反冲电子以角度φ出射，φ与θ间有以下关系：2tan 1cot 20θϕγ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=c m E （3） 当ο180=θ时，反冲电子的动能有最大值，此时γγE c m E E 2120max +=（4）实验内容（略）数据处理;1.放大倍数与峰道址的关系，测试数据和由数据画的图如下234567300400500600700800900可见峰道址和放大倍数成简单的线性关系并且平均增大一倍道址约增100。
Origin 拟和的曲线方程如下： Y = A + B * X Parameter Value Error------------------------------------------------------------ A 189.30809 14.37187 B 101.34333 3.11274------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99671 13.70154 9 <0.0001------------------------------------------------------------ 2．选择线性放大器的放大倍数为2.60倍，得到Cs 137的光电峰在400---500上图片。
用闪烁谱仪测γ射线能谱
实验报告 （系别：0406 姓名：陈锋 学号：PB04210223 日期：实验题目：用闪烁谱仪测γ射线能谱实验目的：学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法，要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法，学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。
实验原理：根据原子核结构理论，原子核的能量状态是不连续的，存在着分立能级。
处在能量较高的激发态能级2E 上的核，当它跃迁到低能级1E 上时，就发射γ射线（即波长约在1nm ~ 0.1nm 间的电磁波）。
放出的γ射线的光量子能量12E E hv -=。
1．闪烁谱仪测量γ射线能谱的原理闪烁能谱仪是利用闪烁体，在带电粒子作用下被激发或电离后，能发射荧光的现象来测量能谱的。
其发光机制是：在价带和导带之间有比较宽的禁带，若带电粒子引起它产生电离或激发，就可能产生光子。
光子的能量还会使其他原子产生激发或电离，则光子可能被晶体吸收而不能被探测到。
所以只有加入少量激活杂质的晶体才能成为实用的闪烁体。
2．γ射线与物质的相互作用（1）光电效应 该效应中发射出的光电子的动能为：i e B E E -=γ （2）康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，使其成为反冲电子。
其动能为：)cos 1(1)cos 1()cos 1(20202θθθγγγγ-+=-+-=E c m E E c m E E e 当ο180=θ时，γγE c m E E E c 2120max +==，称其为康普顿边界。
（3）电子对效应当202c m E r ≥时，γ经过原子核旁时，可能转化为一个正电子和一个负电子。
光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和，即202c m E E E e e ++=-+γ。
闪烁γ能谱仪正是利用γ光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数目来推出次级带电粒子的能量，再推出γ光子的能量，以达到测量γ射线能谱的目的。
3．闪烁谱仪主要由闪烁探头，数据采集系统及供电电源等部分构成。
用闪烁谱仪测γ射线能谱 (14)
用闪烁谱仪测γ射线能谱周林 PB05210020一．实验步骤：1.测量前先将光电倍增管预热20分钟左右，以使测量时光电倍增管可以稳定工作。
2.改变线性放大器的放大倍数，观察光电峰位置变化的规律。
测量Cs 137的γ能谱光电峰位置与线性放大器放大倍数间的关系。
粒子计数应至少为3000.3. 用多道分析器观察Cs 137的能γ谱的形状，识别其光电峰及康普顿边界等，并绘制Cs 137的γ能谱图。
4.测量Cs 137和Co 60放射源的γ射线能谱，用已知的光电峰能量值来标定谱仪的能量刻度，然后计算未知光电峰的能量值。
提示：Co 60的γ射线能量约为Cs 137的γ射线能量的两倍，要求在多道分析器的横轴道址范围内使二者均能显示出来，需选择合适的放大倍数，如果放大倍数太大会使Co 60的光电峰逸出道址范围；如果放大倍数太小又不能充分利用多道址分析器的道址而降低了能量分辨率，因此需考虑怎样才是合适的放大倍数？二．实验数据处理：1. 测量Cs 137的γ能谱光电峰位置与线性放大器放大倍数间的关系实验测得光电峰位置与放大倍数数据如下：合）如下图所示 ：300400500600700800900峰道址放大倍数由上面的图形和数据可知光电峰位置和放大倍数呈线性关系。
2. 绘制Cs 137的γ能谱图实验原始数据如下：放大倍数1.10 得Cs 137的γ能谱图图像如下：500010000150002000025000峰值峰道址从能谱图上看，有几个较为明显的峰：光电峰Ee （道址404.3，峰值23869，分辨率8.9%），又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量Ey 。
Ec （道址254）即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
背散射峰Eb （道址110.4,峰值8897，分辨率250.5%）是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。
3. 计算谱仪的能量刻度当放大倍数为1.1时，光电峰道址B=404.3，背散射峰道址A=110，4，所以能量刻度的计算结果如下：MeV E MeV MeV A B Eb Ee e 3632.14.1103.404184.0661.0-=--=--=4. 绘制Co 60的γ能谱图并计算其两个光电峰的能量标度 实验原始数据如下：作得Co 60的γ能谱图图像如下：-50005001000150020002500300035004000峰值峰道址由e= MeV E 3632.1-和1γE （721）、2γE （828）的道址可得两峰的能量为：1γE =MeV E 3632.1-*721=1.176MeV2γE =MeV E 3632.1-*828=1.351MeV又两峰能量的理论值为：'1γE =1.17MeV '2γE =1.33MeV相对误差分别为：%51.0%100*17.117.1176.11=-=η%57.1%100*33.133.1351.12=-=η5. 实验注意事项及误差分析：1. 测量前应该先将光电倍增管预热20分钟左右，以使测量时光电倍增管可以稳定工作； 2. 闪烁谱仪测量的是各能量段的粒子数，其结果服从统计规律。
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。
闪烁谱仪γ射线能谱的测量
闪烁谱仪γ射线能谱的测量摘要：核技术在现代物理学中占有重要地位，本文通过对闪烁谱仪的介绍和γ射线能谱的测量，了解核技术的相关探测仪器的使用原理和方法以及能谱测量和分析方法，并对核实验中的安全防护措施有初步的认识。
关键字：核技术；γ射线；能谱；闪烁探测器；多道分析器引言：γ射线首先由法国科学家P.V .维拉德发现的，γ射线是光子，是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出γ射线。
γ射线强度按能量分布即为γ射线能谱。
通过分析γ能谱可以确定原子核激发态的能级，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，下面我们就来介绍能谱测量的相关知识。
正文：原子核的衰变产生γ射线，不同能级间的衰变跃迁可以产生不同能量的γ射线，我们可以通过射线探测器对这些γ射线的能谱分析就可以推断出原子核的一些性质。
射线探测器的是根据射线与物质的相互作用规律研制的，可分为“信号型”和“径迹型”，本实验用的NaI （T1）单晶γ闪烁谱仪就是属于信号型。
下面来简单的介绍一下闪烁谱仪的工作原理。
γ射线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，这三种效应会产生次级电子，NaI （T1）单晶γ闪烁谱仪就是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，并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，具体结构图如下：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，线号脉冲的个数正比于γ射线的强度。
接收电信号的仪器可以分为单道和多道脉冲分析器，其功能是通过测量不同幅值电压脉冲信号的脉冲个数来画出入射γ射线能量与强度的关系。
单道分析器有一个下甄别电压1V 和一个上甄别电压2V ，只有当脉冲幅值在12V V 之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在12V V 之间的个数，通过改变1V 并保持12V V 不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为γ射线的能量与强度的关系。
用闪烁晶体测量γ射线能谱
在科研、生产、医疗和环境保护各方面，用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质各种微量元素的含量。
测量γ射线的能谱最常用的仪器是闪烁谱仪，该谱仪在核物理、高能离子物理和空间辐射物理的控测中都占有重要地位。
实验原理
γ射线是原子核能级跃迁的辐射。
对γ射线的能谱测量能了解原子核的结构，获得原子核内部运动的信息。
闪烁谱仪的结构如下图所示
其工作过程是当γ射线射入探头内的NaI（Tl）闪烁晶体时在晶体内部产生电离，把能量交给次级电子，在闪烁体内引起的荧光，照射支光电倍增管的光阴是，打出光电子，再经光电倍增管次阴级多次倍增所被阳极收集，在光电倍增管阴极负载上输出电压脉冲，此脉冲幅度大小与被测的γ射线能量成正比。
脉冲信号通过放大器放大后进入多道分析器，从而获得γ射线的能谱。
铯137的γ射线能谱如下所示
E b为背散射峰，一般很小，E c为康普顿散射边界，E e为光电峰，又称全能峰，对于137Cs此能量为0.661Mev。
能量分辨率是γ能谱仪的重要参数。
其意义如下图
定义能量分辨率η为
△V为半高宽度，V为光电峰脉冲幅度。
思考题
用闪烁谱仪测量γ射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出137Cs和60Co光电峰，应如何选择合适的工作条件，在测量过程中该条件可否改变？
为满足光电峰处计数率相对误差小于2%的要求，怎样从实验中确定计数所用的时间？。
用闪烁谱仪测γ射线能量
用闪烁谱仪测γ射线能量——PB04210251 敖欢欢一、 实验目的：1、学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法；2、要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法；3、学会谱仪的能量标定方法并测量γ射线的能谱。
二、实验原理：根据原子核结构理论，原子核阶跃放出的γ射线的光量子能量12E E hv -=。
1、γ射线与物质的相互作用 １） 光电效应 光电子的动能i e B E E -=γ （1）i B 为束缚电子所在壳层的结合能，γE 是入射γ光子的能量。
２） 康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子。
反冲电子的动能e E 有最大值，此时γγE c m E E 2120max +=（4）这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界E C 。
闪烁γ能谱仪是利用γ光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数目来推出次级带电粒子的能量，再推出γ光子的能量，以达到测量γ射线能谱的目的。
2、γ能谱的形状闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，图2.2.1-6所示是典型Cs 137的γ射线能谱图。
图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。
从能谱图上看，有几个较为明显的峰，1)光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。
对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。
2)C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
3、谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度如果对应MeV E 661.01=的光电峰位于Ａ道，对应MeV E 17.12=的光电峰位于Ｂ道，则有能量刻度MeV AB e --=661.017.1 （6）测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。
三、数据处理：1、 测量Cs 137的γ能谱光电峰位置与线性放大器放大倍数间的关系：400450500550600650700峰道址放大倍数[2006-4-2 20:06 "/Graph1" (2453827)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * XParameterValueError------------------------------------------------------------ A 252.689093.7388B86.07273 1.05141------------------------------------------------------------ RSD NP------------------------------------------------------------ 0.9994 2.86498 10 <0.0001由以上分析很容易看出放大倍数与峰道址是成线性关系 R=0。
闪烁γ能谱测量东北师范大学资料
闪烁γ能谱测量一、实验目的了解闪烁计数器的工作原理，熟悉其结构，并掌握用闪烁谱仪测量γ谱的原理和基本方法，并测量Co 60和Cs 137的γ射线的脉冲谱。
二、实验原理（一）工作原理闪烁计数器探测射线的基本过程：在射线的激发下闪烁体发光。
所发之光被光电倍增管接收，经光点转换及电子倍增过程，最后从光电倍增管的阳极输出电脉冲。
分析、记录这些脉冲就能测定射线的强度和能量。
（二）闪烁记数器的结构闪烁计数器探头中有闪烁体、光电倍增管和前置放大器，共同装在不透光的外壳内。
闪烁体吸收一个能量为E 入射粒子，在其激发下发射的光子数为N 。
这些光子打在光阴极上能打出PN 个光电子(P <1)，P 称为光 阴极的光电转换效率。
经过电子倍增在阳极可收集到MPN 个电子。
这里为了简单，没有考虑光和电子在传输过程中的损失。
设阳极系统对地的等效电容为C ，则在负载电阻足够大时（RC ＞＞闪烁体的 发光衰减时间）,电压脉冲幅度为此脉冲经过放大倍数为A 的线性放大器放大，最后得到脉冲 幅度为前置 放大器闪烁体光电倍增管光阴极倍增极阳极CeMPN V 光子=KEC h EeAMP V ==νη（三）闪烁体的吸收闪烁体吸收γ射线有光电效应，康普顿效应，电子对效应三种。
这三种吸收会影响到最后能谱的结构。
（四）能量分辨率因为闪烁体的发光，光阴极的光电子发射，倍增极的次电子发射等都服从统计规律，存在一定的统计涨落；闪烁体各部分的发光效率和光的收集效率不会完全一样，光阴极各部分的灵敏度也有差别。
这样即使闪烁体吸收一束能量为E 的带电粒子，得到的脉冲幅度不是都等于V E ，而是以V E 为中心有一定的分布（五）能谱图三、实验装置N 0/2N 0△VV E脉冲幅度高压电线性放大脉冲分定标扫描线性记录探四、实验内容1.连接仪器，检查线路确认无误后开低压电源预热，将137Cs放射源放在托盘上，加高压用脉冲示波器观察探头工作状态。
得到负脉冲表明探头以开始工作2. 调节放大器的放大倍数和时间常数，用示波器观察放大器输出波形，使放大器输出脉冲幅度为8V左右，且使输出波形尽量与探头输出波形相似。
- 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)。
实验题目: 用闪烁谱仪测γ射线能谱 实验原理: 1.γ能谱的形状
闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型Cs 137的γ射线能谱图。
图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。
从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。
这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。
光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。
C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。
2．谱仪的能量刻度和分辨率
（1）谱仪的能量刻度
闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。
但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。
如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。
因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。
例如选择
Cs 137
的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰
M e V E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分
析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。
可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。
如果对应
MeV E 661.01=的光电峰位于Ａ道，对应MeV E 17.12=的光电峰位于Ｂ道，则有能量刻度
MeV A
B e --=
661
.017.1 （1）
测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。
（2）谱仪分辨率
γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。
由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。
光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。
如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率η为
%100⨯∆=∆=
V
V
E E 光电峰脉冲幅度半高度η （2） η表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。
目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左
右。
对 的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。
实验内容:
1) 熟悉各仪器的使用方法。
用多道分析器观察
Cs 137
的能γ谱的形状，识别其光电峰及康普顿边界等。
改变线性放大器的放大倍数，观察光电峰位置变化的规律。
2) 调节线性放大器放大倍率，使20s 内Cs 137
的γ能谱光电峰位置计数超过10000。
3) 测量
Cs 137
和Co 60放射源的γ射线能谱，用已知的光电峰能量值来标定谱仪的能量刻度，然后计算未
知光电峰的能量值。
4) 绘出
Cs 137
和Co 60源的γ能谱图，给出谱仪的能量标定并计算Co 60源的γ射线能量。
5) 测量铜板的半衰减厚度。
实验数据：
137，能量分辨率的测量
Cs
观察
Cs 137
的光电峰并测量对应道址
观察Co 60
的光电峰并测量其左峰能量
数据处理:
1.测定Co 的左峰能量
由上面的图像，可得Cs 的光电峰及Co 的右光电峰的道址风别为398及840，它们对应的能量分别为0.661MeV 及1.33MeV ，故31.330.661
1.513610840398
e MeV --=
=⨯-
故()10.661732398 1.167E e MeV γ=+⨯-= 2.测定谱仪对Cs 的分辨率 可直接读出137,38.4
9.6%398
Cs V V γ
η∆=
== 3.测量铜的半衰减厚度
利用实验数据在Microsoft Office Excel 中作出图像，并用指数曲线拟合（最小二乘法）：
可见其却是服从指数规律衰减0t I I e
μ
-=
易得，
1
0.06116.39ln 211.36halt mm t mm μμ====
思考题
用闪烁谱仪测量γ射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出Cs 137
和Co 60的光电峰，应
如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？
答：应首先先观测Co 60
的右光电峰（此为所观测的能量中最高的），并调节线性放大器，使其的道指在1000
左右（1024为实验中所使用的闪烁谱仪的量程），试验中不能改变，否则会改变每道址所代表的能量。