γ射线能谱的测量

焦， 在各级打拿极上发生倍增(一个光电子最终可产生 10^4~10^9 个电子)， 最后被阳极收集。 大量电子会在阳极负载上建立起电信号， 通常为电流脉冲或电压脉冲， 然后通过起阻抗匹配 作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子学仪器中去。 实用时常将闪烁体、光电倍增管、分压器及射极跟随器安装在一个暗盒中，统称探头； 探头中有时在光电倍增管周围包以起磁屏蔽作用的屏蔽筒(如本实验装置)， 以减弱环境中磁 场的影响；电子仪器的组成单元则根据闪烁探测器的用途而异，常用的有高、低压电源，线 性放大器，单道或多道脉冲分析器等。 闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程： 1、射射线进入闪烁体与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子分子电离 和激发； 2、受激原子、分分子退激时发射荧光光子； 3、利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多的收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电 效应，光子在光阴级上击出光电子； 4、光电子在光电倍增管中倍增，数量有一个增加到 10 -10 个，电子流在阳极负载上 产生电信号； 5、此信号由电子仪器记录和分析。 2、NaI(Tl)单晶Υ 闪烁谱仪的主要指标： （1）能量分辨率： 由于单能带电粒子在闪烁体内损失能量引起的闪烁发光所放出的荧光光子数有统计涨 落； 一定数量的荧光光子打在光电倍增管光阴极上产生的光电子数目有统计涨落。 这就使同 一能量的粒子产生的脉冲幅度不是同一大小而近似为高斯分布。能量分辨率的定义是：
关键字：Υ 射线
wenku.baidu.com和 60Co
能谱 物质吸收系数μ 光电效应
康普顿效应 电子对效应 137Cs
引言：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 。对各种原子核γ 射线（包括其他核辐射）的 能谱测定， 不仅对于研究原子核的结构和性质至关重要， 而且对各种放射性同位素的应用也 是不可或缺的。
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100 %
（1）
由于脉冲幅度与能量有线性关系,并且脉冲幅度与多道道数成正比，故又可以写为 △CH η = CH ×100% （2） Δ CH 为记数率极大值一半处的宽度 （或称半宽度） ， 记作 FWHM （Full Width at half maximum） 。 CH 为记数率极大处的脉冲幅度。 显然谱仪能量分辨率的数值越小， 仪器分辨不同的能量的本领就越高。 而且可以证明能 量分辨率和入射粒子能量有关。 η = 1 ×100% E （3） 通常 NaI(Tl)单晶γ 闪烁谱仪的能量分辨率以 137CS 的 0.661MeV 单能Υ 射线为标准， 它的值一般是 10%左右，最好可达 6~7%。 （2）线性 能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关系，以及线性范围的大 小。
Υ 射线能谱的测量
班级：光信 081 姓名：吴勇军 学号：08620124
摘要：学会 NaI(Tl)单晶Υ 闪烁体整套装置的操作、调整和使用；在此基础上测量 137Cs
和 60Co 的Υ 能谱，求出能量变化率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形；了解多道脉 冲幅度分析器在 NaI(Tl)单晶Υ 谱测量中的数据采集及其基本功能， 在数据处理中包括对谱 形进行光滑、寻峰，曲线拟合等。
NaI(Tl)单晶的荧光输出在 150KeV<EΥ <6MeV 的范围内和射线能量是成正比的。但是 NaI(Tl)单晶γ 闪烁谱仪的线性好坏还取决于闪烁谱仪的工作状况。 例如当射线能量较高时， 由于光电倍增管后几个联极的空间电荷影响， 会使线性变坏。 又如脉冲放大器线性不好等等。 为了检查谱仪的线性，必须用一组已知能量的γ 射线，在相同的实验条件下，分别测出它们 的光电峰位，作出能量—幅度曲线，称为能量刻度曲线（或能量校正曲线） ，如右图所示。 用最小二乘法进行线性回归，线性度一般在 0.99 以上。对于未知能量的放射源，由谱仪测 出脉冲幅度后，利用这种曲线就可以求出射线的能量。 （3）谱仪的稳定性： 谱仪的能量分辨率，线性的正常与否与谱仪的稳定性有关。因此在测量过程中，要求谱 仪始终能正常的工作， 如高压电源， 放大器的放大倍数， 和单道脉冲分析器的甑别阈和道宽。 如果谱仪不稳定则会使光电峰的位置变化或峰形畸变。在测量过程中经常要对 137Cs 的峰 位，以验证测量数据的可靠性。为避免电子仪器随温度变化的影响，在测量前仪器必须预热 半小时。 3、单道脉冲幅度分析器和多道脉冲幅度分析器的工作原理：单道脉冲幅度分析器（简 称“单道” ）是分析射线能谱的一种仪器。 所谓射线的能谱， 是指各种不同能量粒子的相对强度分布； 把它画到以能量 E 为横坐标， 单位时间内测到的射线粒子数为纵坐标的图上是一条曲线。 根据这条曲线， 我们可以清楚地 看到此种射线中各种能量的粒子所占的百分比。 这一任务可以用单道或多道脉冲幅度分析器 来完成。 我们知道闪烁探测器可将入射粒子的能量转换为电压脉冲信号， 而信号幅度大小与入射 粒子能量成正比。因此只要测到不同幅度的脉冲数目，也就得到了不同能量的粒子数目。由 于γ 射线与物质相互作用机制的差异， 从探测器出来的脉冲幅度有大有小， 单道就起到从中 “数出”某一幅度脉冲数目的作用。 单道里有一个甄别电压 V0（此电压可以连续调节） ，称为阈值，它就象一道屏障一样，将所 有低于 V0 的信号都挡住了，只有大于 V0 的信号才能通过。但这样只解决了一半问题，因为 在通过的信号中实验者只知道它们都比 V0 高，具体的幅度还是不能确定。因此在单道中还 有一个窗宽 V， 使幅度大于 V0+V 的脉冲亦被挡住， 只让幅度为 的信号通过 （有 的单道是 ） ；当我们把 V 取得很小时，所通过的脉冲数目就可以看成 是幅度为 V0 的脉冲数目。 简单地说， 单道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类： 若线性
正文：
一、实验目的 1、 了解闪烁探测器的结构、原理。 2、 掌握 Nal（Tl）单晶γ 闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。 3、 了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。 二、实验原理 Υ 射线能谱的测量
1、NaI(Tl)单晶Υ 闪烁探测器介绍：
闪烁探测器有闪烁体、 光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。 上图中探测器 最前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线(如γ 、)进入闪烁体时，在某 一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子(一般光谱范围从 可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去)。在闪烁体周围包以反射物质，使光子集 中向光电倍增管方向射出去。光电倍增管是一个电真空器件，由光阴极、若干个打拿极和阳 极组成；通过高压电源和分压电阻使阳极、各打拿极和阴极间建立从高到低的电位分布。当 闪烁光子入射到光阴极上， 由于光电效应就会产生光电子， 这些光电子受极间电场加速和聚
脉冲放大器的输出是 0~10V，如果把它按脉冲高度分成 500 级，或称为 500 道，则每道宽度 为 0.02V，也就是输出脉冲的高度按 0.02V 的级差来分类。在实际测量能谱时，我们保持道 宽 V 不变（道宽的选择必须恰当，过大会使谱畸变，分辨率变坏，能谱曲线上实验点过少； 道宽过小则使每道的计数减小，统计涨落增大，或者使测量时间相应增加） ，逐点增加 V0， 这样就可以测出整个谱形。 上面所描述的情况可以称之为单道工作在微分状态下； 当单道工作在积分状态下时， 只 要脉冲高度大于阈值电压单道就输出一个脉冲，即记录大于某一高度的所有脉冲数目。 单道是逐点改变甄别电压进行计数， 测量不太方便而且费时， 因而在本实验装置中采用 了多道脉冲分析器。多道脉冲分析器的作用相当于数百个单道分析器与定标器，它主要由 0~10V 的 A/D 转换器和存储器组成，脉冲经过 A/D 转换器后即按高度大小转换成与脉高成正 比的数字输出，因此可以同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可得到整个能谱曲线， 既可靠方便又省时。 三、γ 全能谱图分析 当核辐射的能量全部耗尽在闪烁体内时，探测器输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比， 因此可以根据对脉冲幅度谱的分析来测定核粒子的能谱。NaI(Tl)单晶γ 谱仪既能对辐射强 度进行测量，又可作辐射能量分析，同时具有对γ 射线探测效率高和分辨时间短的优点，是 目前广泛使用的一种辐射探测装置。在工业、医学的应用领域及核物理实验中，NaI(Tl)单 晶γ 能谱仪有相当广泛的用途。 NaI(Tl)单晶γ 能谱仪由以下单元组成：闪烁探头(包括 NaI(Tl)晶体和光电倍增管)， 高压电源，线性放大器，脉冲幅度分析器(分为单道分析器和多道分析器)。 四、实验步骤 1、连接好实验仪器线路，经教师检查同意后接通电源。 2、开机预热后，选择合适的工作电压使探头的分辨率和线性都较好。 3、把γ 放射源 137Cs 或 60Co 放在探测器前，调节高压和放大倍数，使 60Co 能谱的最 大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分析范围。 4、分别测 137Cs 和 60Co 的全能谱并分析谱形，指明光电峰、康普顿平台和反散射峰。 5、利用多道数据处理软件对所测得的谱形进行数据处理，分别进行光滑化、寻峰、半 宽度记录、峰面积计算、能量刻度、感兴趣区处理等工作并求出各光电峰的能量分辨率。 6、根据实验测的相对于 0.661MeV、1.17MeV、1.33MeV 的光电峰位置，作 E—CH 能量定 标曲线（0.184MeV 的 137Cs 反散射峰也可记录在内） 。 7、对上一步骤所得结果进行最小二乘拟合，求出回归系数，并判断闪烁探测器的线性。 8、定标曲线的应用：测量 137Cs 谱形，积累一定计数（0.661MeV 峰顶计数达到 3000 以上）后寻找反散射峰和康普顿峰，分别记下道数，并找出康普顿峰计数一半处的道位（对 应 =1800 的 compton 反散射能量） ， 利用上一步得到的能量定标曲线求出反散射光子的能量 和反冲电子能量并与理论值相比较，计算百分误差，可以用公式（6） 、 （9）计算理论值。