近代物理实验(2)绪论解读
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二大类型的探测器：计数型、径迹型。
气体探测器（电离）、闪烁探测器（能量吸收）、 半导体探测器（载流子）、中子探测器（核反应）。
闪烁探测器：能量吸收后，退激发再发光。可由有 机体、无机体晶体构成闪烁体。
探测器系统：探测器（计数输出、电荷输出、时间 输出）＋处理（信号调理、放大、符合、信息提取） ＋表达（能量谱、时间谱、其他）
放射源的性质：
主要有：①半衰期T1/2； ②放出射线的种类，如、、γ、n； ③每种射线对应的能量； ④射线的放射强度（专业名词叫活度）。
其他： 形态（气态、液体、固体、粉末） 包装（密封、非密封） 可溶性 混合结构（数种放射源混合包装或形成链式反应）
137Cs：β—511.6kev（94.6％），1173.2kev（5.4％）, x—32.1936kev（3.69％） γ—661.661 kev（85.0％） 624.220 kev（7.79％） 655.672kev（1.44％） 30.17±0.05年。
吸收与释放
原子的跃迁
行星结构
分离光谱
电子跃迁（原子激发与退 激发，能量的量子化）、 能级与光子频率（光谱）， 能级图。
原子核的变化
原子核由中子和质子构成。其能量状态 仍然满足量子化，仍然存在激发与退激发， 但机制要复杂得多。
原子核的变化（一般是自发的衰变）常 常会放出α（氦原子核）、β（电子）和γ 射线（电磁波或光子）或 n（中子）。其中 γ射线的能量也与能级跃迁有关。
μc —— 康普顿效应； μp —— 电子对效应。
均与射线能量、物质的原子序数有关。
射线的生物效应或损伤机制：电离作用， 产生重带电粒子，产生放射性原子核。
射线强度的描述：“居里”或“贝可勒” （1ci=3.7x1010Bq）。
射线防护：中子——轻物质 γ射线——重物质 带电粒子——重物质
四、探测技术
• 了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量 中的数据采集及其基本功能。
• 数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合 等）。
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
NaI(TI)单晶γ闪烁谱仪
NaI(TI)探测器工作原理
系统构成： NaI(TI)无机晶体（吸收入射光子的能量，退激发 时发出闪烁光）、光电倍增管（在闪烁光的作用下，其光阴极 发射电子，后面的倍增极将电流放大，在最后的阳极上输出电 脉冲）、放大器、多道分析器（对输入的电脉冲作幅度分析， 并在计算机上以能谱形式表现入射γ射线的能量分布与强度分 布）。
近代物理实验（2）
陈羽 18038016667 办公室：实验楼S216
课程简介与安排
内容：（1）NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪； （2）γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定。
上课地点——实验楼(办公楼旁边，楼下有 邮局的) S223室。
讲义：电子版发给大家。
重点：（1）核探测器的构造与工作原理； （2）射线与物质的相互作用； （3）核应用系统与核技术方法。
入射光子被 吸收，其能量 被电子接收， 并转为自由电 子。
康普顿散射
入射光子与电 子发生散射，损 失部分能量转移 给电子。
如果入射光子的 能量 > 1.02MeV （两个电子的静止 质量），就可能发 生光子转换为两个 电子的情况（正负 电子对）。
电子对效应
γ射线在物质中的吸收规律（宏观）：
I = I0 e –μx 线性吸收系数： μ = μph + μc + μp 其中：μph —— 光电效应；
60Co： β—318.3kev（99.89％） γ—1173.238 kev（99.87％）， 1332.513 kev（99.982％） 5.270±0.003年。
三、射线与物质的相互作用
常见的射线： α（氦原子核）、β（电子）、γ（光子）、中子。
带电粒子与物质相互作用的描述（微观）：库仑散射，电离或 激发，轫致辐射，电子对湮灭。
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。
NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
2．实验内容
• 学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调 整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。
• 测量Cs137、Co60的γ能谱，求出能量分辨率、峰 康比、线性等各项指标，并分析谱形。
3. 实验完成一周后交实验报告。
预习
要求: 了解设备的连接过程、调整步骤与指标
数据；提出对本次实验的知识疑点与准备解 决的问题；列出数据处理的方法、步骤，设 计并准备好有关实验数据的记录表格。
上课前或上课中会对有关部分的知识点 进行提问，结果将计入成绩。
背景知识
一、射线源自文库来源 1.原子跃迁（x射线与电磁波） 2.原子核的激发/退激发以及内部核子的
本次实验主要涉及γ射线。
二、放射源
本次实验使用的放射源：Cs137与Co60 （也可写成137Cs与60Co ，数字表示
原子核内包含的核子数）
Cs137：主要为0.661MeV 的γ射线
Co60：主要为1.17MeV和 1.33MeV的两个γ射线
使用时注意： 1.不要将放射源出
射口对准人员。 2.使用后要洗手。
γ射线与物质相互作用的描述（微观）：作用截面（几率）， 作用对象（束缚电子、自由电子、库仑场吸收、核子），效 应（吸收、弹性散射、非弹性散射）。
中子与物质相互作用的描述（微观）：不与库仑场作用，非弹 性散射时原子核激发并放出光子退激发，原子核俘获发生衰 变或裂变。
重点：γ射线的三种基本作用
光电效应
实验要求（参见讲义）
1. 预习报告需要包含“实验目的”、“实验内容”、 “实验装置”和“实验步骤”等固定内容。“实验原 理”部分可从讲义中的思考题中任选5题回答，作为 实验原理部分。实验中采集到的数据、能谱图等需要 保存在自己的数据文件夹中，并在实验报告中注明此 文件夹，以备查验。
2. 实验之后的完整实验报告需完整反映实验内容中 的所有部分，包括步骤与数据（图表）。从其余的思 考题中再选择5题作为实验报告的思考题。数据处理 部分需要区分清楚测量数据、原始数据、计算过程、 结果数据等。（问题最多）
一般的核应用系统
五、能谱的表达与意义
能谱：以能量为横坐标，以强度为纵坐标，描述射线 在不同能量上的强度分布。
重点： 根据射线与
物质的相互作用 来理解能谱。
Co60能谱图
实验内容
一、NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
1、目的： （1）了解闪烁探测器的结构、原理。 （2）掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性
气体探测器（电离）、闪烁探测器（能量吸收）、 半导体探测器（载流子）、中子探测器（核反应）。
闪烁探测器：能量吸收后，退激发再发光。可由有 机体、无机体晶体构成闪烁体。
探测器系统：探测器（计数输出、电荷输出、时间 输出）＋处理（信号调理、放大、符合、信息提取） ＋表达（能量谱、时间谱、其他）
放射源的性质：
主要有：①半衰期T1/2； ②放出射线的种类，如、、γ、n； ③每种射线对应的能量； ④射线的放射强度（专业名词叫活度）。
其他： 形态（气态、液体、固体、粉末） 包装（密封、非密封） 可溶性 混合结构（数种放射源混合包装或形成链式反应）
137Cs：β—511.6kev（94.6％），1173.2kev（5.4％）, x—32.1936kev（3.69％） γ—661.661 kev（85.0％） 624.220 kev（7.79％） 655.672kev（1.44％） 30.17±0.05年。
吸收与释放
原子的跃迁
行星结构
分离光谱
电子跃迁（原子激发与退 激发，能量的量子化）、 能级与光子频率（光谱）， 能级图。
原子核的变化
原子核由中子和质子构成。其能量状态 仍然满足量子化，仍然存在激发与退激发， 但机制要复杂得多。
原子核的变化（一般是自发的衰变）常 常会放出α（氦原子核）、β（电子）和γ 射线（电磁波或光子）或 n（中子）。其中 γ射线的能量也与能级跃迁有关。
μc —— 康普顿效应； μp —— 电子对效应。
均与射线能量、物质的原子序数有关。
射线的生物效应或损伤机制：电离作用， 产生重带电粒子，产生放射性原子核。
射线强度的描述：“居里”或“贝可勒” （1ci=3.7x1010Bq）。
射线防护：中子——轻物质 γ射线——重物质 带电粒子——重物质
四、探测技术
• 了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量 中的数据采集及其基本功能。
• 数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合 等）。
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
NaI(TI)单晶γ闪烁谱仪
NaI(TI)探测器工作原理
系统构成： NaI(TI)无机晶体（吸收入射光子的能量，退激发 时发出闪烁光）、光电倍增管（在闪烁光的作用下，其光阴极 发射电子，后面的倍增极将电流放大，在最后的阳极上输出电 脉冲）、放大器、多道分析器（对输入的电脉冲作幅度分析， 并在计算机上以能谱形式表现入射γ射线的能量分布与强度分 布）。
近代物理实验（2）
陈羽 18038016667 办公室：实验楼S216
课程简介与安排
内容：（1）NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪； （2）γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定。
上课地点——实验楼(办公楼旁边，楼下有 邮局的) S223室。
讲义：电子版发给大家。
重点：（1）核探测器的构造与工作原理； （2）射线与物质的相互作用； （3）核应用系统与核技术方法。
入射光子被 吸收，其能量 被电子接收， 并转为自由电 子。
康普顿散射
入射光子与电 子发生散射，损 失部分能量转移 给电子。
如果入射光子的 能量 > 1.02MeV （两个电子的静止 质量），就可能发 生光子转换为两个 电子的情况（正负 电子对）。
电子对效应
γ射线在物质中的吸收规律（宏观）：
I = I0 e –μx 线性吸收系数： μ = μph + μc + μp 其中：μph —— 光电效应；
60Co： β—318.3kev（99.89％） γ—1173.238 kev（99.87％）， 1332.513 kev（99.982％） 5.270±0.003年。
三、射线与物质的相互作用
常见的射线： α（氦原子核）、β（电子）、γ（光子）、中子。
带电粒子与物质相互作用的描述（微观）：库仑散射，电离或 激发，轫致辐射，电子对湮灭。
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。
NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
2．实验内容
• 学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调 整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。
• 测量Cs137、Co60的γ能谱，求出能量分辨率、峰 康比、线性等各项指标，并分析谱形。
3. 实验完成一周后交实验报告。
预习
要求: 了解设备的连接过程、调整步骤与指标
数据；提出对本次实验的知识疑点与准备解 决的问题；列出数据处理的方法、步骤，设 计并准备好有关实验数据的记录表格。
上课前或上课中会对有关部分的知识点 进行提问，结果将计入成绩。
背景知识
一、射线源自文库来源 1.原子跃迁（x射线与电磁波） 2.原子核的激发/退激发以及内部核子的
本次实验主要涉及γ射线。
二、放射源
本次实验使用的放射源：Cs137与Co60 （也可写成137Cs与60Co ，数字表示
原子核内包含的核子数）
Cs137：主要为0.661MeV 的γ射线
Co60：主要为1.17MeV和 1.33MeV的两个γ射线
使用时注意： 1.不要将放射源出
射口对准人员。 2.使用后要洗手。
γ射线与物质相互作用的描述（微观）：作用截面（几率）， 作用对象（束缚电子、自由电子、库仑场吸收、核子），效 应（吸收、弹性散射、非弹性散射）。
中子与物质相互作用的描述（微观）：不与库仑场作用，非弹 性散射时原子核激发并放出光子退激发，原子核俘获发生衰 变或裂变。
重点：γ射线的三种基本作用
光电效应
实验要求（参见讲义）
1. 预习报告需要包含“实验目的”、“实验内容”、 “实验装置”和“实验步骤”等固定内容。“实验原 理”部分可从讲义中的思考题中任选5题回答，作为 实验原理部分。实验中采集到的数据、能谱图等需要 保存在自己的数据文件夹中，并在实验报告中注明此 文件夹，以备查验。
2. 实验之后的完整实验报告需完整反映实验内容中 的所有部分，包括步骤与数据（图表）。从其余的思 考题中再选择5题作为实验报告的思考题。数据处理 部分需要区分清楚测量数据、原始数据、计算过程、 结果数据等。（问题最多）
一般的核应用系统
五、能谱的表达与意义
能谱：以能量为横坐标，以强度为纵坐标，描述射线 在不同能量上的强度分布。
重点： 根据射线与
物质的相互作用 来理解能谱。
Co60能谱图
实验内容
一、NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
1、目的： （1）了解闪烁探测器的结构、原理。 （2）掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性