r射线能谱实验报告

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实验题目：γ能谱及γ射线的吸收

实验目的： 学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律 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。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η的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。

(3)物质对γ射线的吸收

当γ射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束γ射线（或良好几何条件下的射线束）。实验表明，单能窄束γ射线的衰减遵循指数规律：

（8）

其中、分别是通过物质前、后的γ射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示，是γ射线通过物质的厚度，

是三种作用截面之和，N 是吸收物质单位体积的原子数，μ是物质的线性吸收系数，表示单位路程上γ射

线与物质发生三种相互作用的总几率，其大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。

可见，如果在半对数坐标图上绘制吸收曲线，那么这条曲线就是一条直线，直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数μ。

γ射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度12

d ，从（8）式可知：

12

ln 2

0.693

d μ

μ

=

=

（9）

实验内容：

１． 熟悉仪器，开启高压电源，预热20分钟； ２．

用多道分析器测量并观察

Cs 137

和Co 60的γ能谱的形状，截取能谱图，在图上指出光电峰、康普

顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位；

３．

137

Cs 的光电峰对应能量为0.661MeV ，60

Co 的左侧光电峰能量为1.17MeV ，请对谱仪进行能量刻度、

作图，并测量60

Co 的右侧光电峰能量

４． 确定

137

Cs 光电峰的能量分辨率η（不扣本底）

５．

选择良好的实验条件，测量

Cs 137

的γ射线在紫铜吸收片中的吸收曲线（要求至少10个点，各点

统计误差小于2%），求出相应的线性吸收系数和半吸收厚度。

实验数据：

1.

Cs 137

和Co 60的γ能谱图

Cs 137

的能谱图

Co 60

的能谱图：

2.能谱仪的能量刻度并测量

Co 60

右侧光电峰的值

实验测得：

Cs 137

：峰值道址：454

Co 60

：右光电峰道址：938，左光电峰道址：817

已知

Cs 137

的光电峰Mev E 661.01=，Co 60左光电峰道址Mev E 17.12=

有能量刻度道/104.1454

817661

.017.1312Mev A B E E e -⨯=--=--=

根据测得的

Co 60

右光电峰的道址，有Co 60右光电峰能量Mev C e E 32.1938104.133=⨯⨯=⨯=-

已知

Co 60

右光电峰能量为Mev E 33.12=λ