NaI(T1)闪烁谱仪测定γ射线的能谱
NaI(Tl)闪烁晶体γ能谱测量
NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量实验人：吴家燕学号：15346036一、实验目的1、加深对γ射线和物质相互作用的理解；2、掌握NaI(Tl) γ谱仪的原理及使用方法；3、学会测量分析γ能谱；4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线；5、测定未知放射源的能量和活度。
二、实验原理1、γ谱仪的组成NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。
图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。
2、射线与闪烁体的相互作用当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。
图2 为示波器上观察到的单能γ射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。
图3 是137Cs、22Na 和60Co 放射源的γ能谱。
图中标出的谱峰称为全能峰。
在γ射线能区，光电效应主要发生在K 壳层。
在击出K 层电子的同时，外层电子填补K 层空穴而发射X 光子。
在闪烁体中，X 光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光电子。
上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非减去该层电子结合能）。
3、137Cs 能谱分析4、闪烁谱仪的性能能量分辨率探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。
即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4 所示。
通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即 FWHM，有时也用表示。
半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。
因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。
一般谱仪在线性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即对于一台谱仪来说，近似地有对于单晶谱仪来说，能量分辨率是以137Cs 的0.662MeV 单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%。
γ射线的能谱测量和吸收测定_实验报告
γ射线能谱的测量【摘要】某些物质的原子核能够发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，γ射线产生的原因正是由于原子核的能级跃迁。
我们通过测量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。
因此本实验通过使用γ闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱。
同时学习和掌握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。
【关键词】γ射线能谱γ闪烁谱仪【引言】从1896年的法国科学家贝可勒尔发现放射性现象开始，经过居里夫人等一系列科学家对一些新放射性元素的发现及其性质进行研究的杰出工作后，人类便进入了对原子核能研究、利用的时代。
而原子核衰变能放出α、β、γ三种射线，这些射线可以通过仪器精确测量。
本次实验主要研究γ射线，通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。
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。
人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。
因此本次实验研究了不同材料对于γ射线的吸收情况这是非常具有实际意义的，比如在居民区制造防空洞的时候可以使用一定厚度的抗辐射材料确保安全，而且在核电站、军事防护地以及放射源存放处等地方我们都有必要使用防辐射材料。
γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生这三种过程，如下图所示。
本实验主要研究的是窄束γ射线在物质中的吸收规律。
所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。
窄束γ射线再穿过物质时，由于上述三种效应，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律。
本次实验仪器如下：NaI 闪烁谱仪，γ射线源137Cs 和60Co ，高压电源放大器，Pb,Al 吸收片各四片，计算机NaI(TI)闪烁探测器的结构如下图所示。
[通信电子]NaIT1单晶γ能谱测量实验
![[通信电子]NaIT1单晶γ能谱测量实验](https://img.taocdn.com/s3/m/951d401b4b7302768e9951e79b89680202d86b50.png)
新开近代物理实验讲义之一γ能谱测量实验-----NaI(T1)单晶γ能谱仪的简要工作原理一NaI(T1)单晶1、总体概述BH1324型微机γ多道谱仪系列的基本系统由碘化钠能谱探头、高压电源(HV)/线性放大器(AMP)、4096道模数变换器(ADC)、电脑串行接口RS-232及计算机等组成。
线性放大器将对从探测器输出的电脉冲信号进行适当的放大，然后再送入模数变换器(ADC)。
ADC的主要任务是把模拟量(电压幅度)变换为脉冲数码并对模拟量进行选择，变换出的脉冲数码经电脑接口送入计算机的一个特定内存区。
高压电源供给探测器所需高压及低压。
2、线性放大器整个放大器由输入缓冲器、第一级成形电路、第一级放大器、第二级成形器、第二级放大器、同相/反相器及输出缓冲器等六个部分组成。
两个缓冲器均为互补式射极跟随器，利用这种电路输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使放大器的输入端与探头，输出端与ADC很好匹配，成形电路主要是为提高信噪比。
两个放大级均采用快速运算放大器LM318，每一级提供2倍、4倍和8倍的增益。
同相/反相器也由LM318集成运算放大器组成。
因为放大器输出总是接ADC，ADC输入信号要正极性，所以不管放大器输入极性如何，通过极性选择开关使输出信号为正极性。
3、模数变换器(ADC)本模数变换器是线性放电型ADC。
在幅度分析(PHA)时，微机通过串口接口给出启动电平，ADC即可工作。
在没有输入信号时，线性门开着，输入信号轻缓冲器、零点调节器、并通过线性门送到峰展宽器，输入信号向展宽器的记忆电容(CM)充电，当记忆电容的电压充电到输入信号的峰值后，展宽器的充电二级管截止，电容上的电荷保持着 (这就是所谓展宽器的意思) 。
如果输入信号在上下阈之间，快地址不产生溢出，在充放标志(CFB)脉冲产生后，将启动定相电路并关闭线性门，定相触发器(A7)的输出去控制线性放电，当记忆电容上的电压放到基线值时，展宽器因充电二级管导通而复原，此时充放标志也随之复原，并关闭时钟门。
NaI(Tl)闪烁谱仪r能谱
NaI （Tl ）闪烁谱仪测量γ能谱实验目的1. 掌握NaI(Tl) γ闪烁谱仪的结构、原理和工作过程2. 掌握NaI(Tl)γ闪烁谱仪的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。
实验内容1. 学会NaI(Tl) 单晶γ闪烁谱仪装置的使用操作方法2. 掌握调整谱仪参数，选择最佳测量工作条件的方法3. 测量谱仪的能量分辨率、刻度能量线性。
4. 了解数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。
一．γ射线与物质的相互作用γ射线光子与物质原子相互作用的机制主要有以下三种方式，如图1所示。
图1 γ射线光子与物质原子相互作用（1）光电效应当能量为E γ的入射γ光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失。
发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应。
发射光电子的动能为i e B E E -=γB i 为束缚电子所在壳层的结合能。
原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X 射线。
这种X 射线在闪烁体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子，所以闪烁体得到的能量是两次光电效应产生的光电子能量之和。
值得注意的是，由于必须满足动量守恒定律，自由电子（非束缚电子）不能吸收光子能量而成为光电子。
光电效应的发生除入射光子和光电子之外，还需有一个第三者参加，这第三者就是发射光电子之后剩余下来的整个原子。
它带走一些反冲能量，但该能量十分小。
由于它的参加，动量和能量守恒才能满足。
而且，电子在原子中被束缚得越紧（即越靠近原子核的电子），越容易使原子核参加上述过程。
所以在K 壳层上发生光电效应的概率最大。
（2）康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ光子被散射，改变了原来的能量和方向。
反冲电子的动能为()θγγcos 1120-+=E c m E E e （式中20c m 为电子静止能量，约为0.5MeV ；角度θ是散射光子的散射角。
新开近代物理实验讲义之一 -----NaI(T1)单晶 γ 能谱测量实验
新开近代物理实验讲义之一γ能谱测量实验-----NaI(T1)单晶γ能谱仪的简要工作原理一NaI(T1)单晶1、总体概述BH1324型微机γ多道谱仪系列的基本系统由碘化钠能谱探头、高压电源(HV)/线性放大器(AMP)、4096道模数变换器(ADC)、电脑串行接口RS-232及计算机等组成。
线性放大器将对从探测器输出的电脉冲信号进行适当的放大，然后再送入模数变换器(ADC)。
ADC的主要任务是把模拟量(电压幅度)变换为脉冲数码并对模拟量进行选择，变换出的脉冲数码经电脑接口送入计算机的一个特定内存区。
高压电源供给探测器所需高压及低压。
2、线性放大器整个放大器由输入缓冲器、第一级成形电路、第一级放大器、第二级成形器、第二级放大器、同相/反相器及输出缓冲器等六个部分组成。
两个缓冲器均为互补式射极跟随器，利用这种电路输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使放大器的输入端与探头，输出端与ADC很好匹配，成形电路主要是为提高信噪比。
两个放大级均采用快速运算放大器LM318，每一级提供2倍、4倍和8倍的增益。
同相/反相器也由LM318集成运算放大器组成。
因为放大器输出总是接ADC，ADC输入信号要正极性，所以不管放大器输入极性如何，通过极性选择开关使输出信号为正极性。
3、模数变换器(ADC)本模数变换器是线性放电型ADC。
在幅度分析(PHA)时，微机通过串口接口给出启动电平，ADC即可工作。
在没有输入信号时，线性门开着，输入信号轻缓冲器、零点调节器、并通过线性门送到峰展宽器，输入信号向展宽器的记忆电容(CM)充电，当记忆电容的电压充电到输入信号的峰值后，展宽器的充电二级管截止，电容上的电荷保持着 (这就是所谓展宽器的意思) 。
如果输入信号在上下阈之间，快地址不产生溢出，在充放标志(CFB)脉冲产生后，将启动定相电路并关闭线性门，定相触发器(A7)的输出去控制线性放电，当记忆电容上的电压放到基线值时，展宽器因充电二级管导通而复原，此时充放标志也随之复原，并关闭时钟门。
γ射线能谱分析试验报告
γ射线能谱分析试验一、预习报告实验名称:γ射线能谱分析试验.实验内容:1.学会Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪整套装置的操作.调整和使用.2.了解多道脉冲分析器在Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪测量中的数据采集及其基本功能.3.测量Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪的能量和线性.4.分析137C S单能Y射线谱仪.5. 测量Na(TI)单晶Y闪烁探测器的计数率随工作电压变化的关系曲线.实验目的:1.了解闪烁探测器的结构.原理.2.掌握Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪的几个性能指标和测量方法.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.4.测量Na(TI)单晶Y闪烁探测器的坪曲线,确定合适的工作电压;实验仪器:Ｎa(TI)单晶Y闪烁探头;微机多道Y(X)谱仪装置;Y放射源137C S一个.实验原理：1. 射线与物质的相互作用γ射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时发射的波长很短的电磁辐射，研究γ射线的能谱对原子核的能级结构和放射性核素的应用等方面具有重要的意义。
γ射线与物质相互作用，可以有许多方式。
当γ射线的能量在30MeV 以下时，在所有相互作用方式中，最主要的三种，如图 1-1所示。
图1-1 γ射线与物质相互作用示意图(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，光子本身消失而把束缚电子打出来形成光电子这个过程称为光电效应。
由于束缚电子的电离能E i 一般远小于入射γ射线的能量E γ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量，即：E 光电 = E γ - E i ≈E γ （1）(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，散射与入射只能发生在一个平面内。
设入射γ光子能量为hv ，散射光子能量为hv′，康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为：)cos 1(1θ-+='a hv v h（2）式中2c m hva e =，即为入射γ射线能量与电子静止质量m e所对应的能量之比。
γ射线能谱的测定实验报告
γ射线能谱的测定【摘要】：本实验主要通过测量γ的能谱和采用NaI( Tl) 闪烁谱仪测全能峰的方法测量了137Cs 和60 Co 的γ射线在铅铜中吸收，对137Cs( 0. 661 MeV) 分别为1. 213、0. 642、0. 194 cm- 1, 与公认值相差均约1%; 对60Co 分别为0. 674、0. 481、0. 149 cm- 1 , 与公认值相差均在5%以内。
本实验就是利用探测器的输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比的规律来测得能量与其强度的关系曲线。
通过对CS、CO能谱的测定，可以加深对γ射线能量与强度的关系，γ射线与物质相互作用的理解；可以进一步了解NaI(T )闪烁谱仪原理，特性与结构，掌握NaI(T )闪烁谱仪的使用方法以及鉴定谱仪的能量分辩率与线性。
【关键词】：γ射线、能谱、NaI（Tl）γ闪烁谱仪【引言】：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 和质量数A 均保持不变的退激发过程, 是激发核损失能量的最显著方式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 和质量数A 均保持不变的退激发过程, 是激发核损失能量的最显著方式。
闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探5g射线的仪器。
它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒天既能测量粒子强度，又能测量粒子能氨并且探测效率高，分辨时间短。
它在核物理研究和放射性同位索的测量中得到广泛的应用。
本实验的目的是了解NaI(T1)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌捏NaI(T1)闪烁谱仪的使用方法，鉴定潜仪的能量分辨率和线性，并通过对于y射线能谱的测量，加深对y射线与物质相互作用规律的理解。
【实验方案】：实验原理原子核的衰变产生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。
实验六和实验七NaI(TI)闪烁谱仪及r能谱的测量+γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
实验一NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪一．实验目的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．实验内容1．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。
2．测量137Cs、60Co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．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。
4．数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。
三．原理1．N aI(Tl)闪烁探测器①概述核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。
下图是闪烁探测器组成的示意图。
首先简要介绍一下闪烁探测器的基本组成部分和工作过程。
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、若干个倍增极和阳极组成；通过高压电源和分压电阻使阳极、各倍增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焦，在各级倍增极上发生倍增(一个光电子最终可产生104~109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。
实验.2γ辐射的能量和强度测量
实验1.1.2 γ辐射的能量和强度测量一．实验目的1.了解NaI(T1)闪烁谱仪的组成，基本特性及使用方法。
2. 掌握测量γ射线的能量和强度的基本方法。
二．实验原理1.γ射线与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正负电子对产生三种过程(1)光电效应：入射γ光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E1一般远小于入射γ射线能量Eγ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量E光电?Eγ?E1?Eγ（2）康普顿散射：设入射γ光子能量为h?，散射光子能量为h?，则反冲康普顿电子的动能Ee?h??h?'康普顿散射后散射光子能量与散射角?的关系为'h?'?h? 1??(1?cos?)??h? 2mec2? 1?2?2?为入射γ射线能量与电子静止质量之比。
易知Ee(max)?h?*（3）正、负电子对产生：当γ射线能量超过2mec（1.022MeV）时，γ光子受原子核或电子的库仑场的作用可能转化为正、负电子对。
入射γ射线的能量越大，产生正、负电子对的几率也越大。
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，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。
2.闪烁谱仪结构与工作原理NaI(Tl)闪烁谱仪由探头，高压电源，线性放大器，多道脉冲幅度分析器及部分组成。
射线通过闪烁体时，闪烁体的发光强度与射线在闪烁体内损失的能量成正比。
带电粒子通过闪烁体时，将引起大量的分子或原子的激发或电离，这些受激的分子或原子由激发态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。
闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，汇聚到光电倍增管的光电阴极上，打出光电子。
光阴极上打出的光电子在光电倍增管中倍增出大量电子，最后为阳极吸收形成电压脉冲。
闪烁谱仪测量γ射线能谱 (1)
实验名称：闪烁谱仪测γ射线能谱实验目的：1. 掌握闪烁频谱仪的工作原理和使用方法；2. 学会谱仪的能量标定方法；3. 测量137Cs 和60Co 的γ射线能谱。
实验原理：（以下原理部分摘自教学资源实验讲义，详见手写预习报告）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。
i. 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。
这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离过程，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到。
为此在晶体中掺入少量的杂质原子称为激活原子，如在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图 2.2.1-1示意图。
这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。
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。
γ辐射的能量和强度测量
Y 射线的能量和强度测量摘 要：Y 射线测量中通常使用Nal (T1)闪烁谱仪和髙纯错半导体谱仪。
通过本实验主要 掌握测呈Y 射线的能量和强度的基本方法。
导言探测Y 射线的能量和强度是核辐射探测的基本技术之一.在核物理研究及核技术应用领 域具有十分重要的意义。
在Y 样品分析中，测得了 Y 射线的能量，就可知道样品中所含放射 性核素的种类，测得了Y 射线的辐射强度，就可以确左样品中的放射性核素的含量。
由于 Nal (T1)闪烁谱仪具有探测效率髙，使用方便，价格便宜等特点，所以得到了广泛的使用。
实验仪器及原理1. Nal (T1)闪烁谱仪的组成NaI(T 1)闪烁谱仪由探头，髙压电源，线性放大器，微机多道分析器组成，如图(1)所 示。
探头由NaKTl)闪烁体、光电信增管.射极输出器组成。
图⑴烁谱仪当丫射线进入Nal (T1)闪烁体后，会与物质发生多种相互作用。
当丫射线的能量不太 高时(Ey<30MeV),作用过程主要有光电效应，康普顿散射效应和电子对效应三种，作用的 结果，产生了具有一泄动能的次级电子，而Y 射线被吸收或散射，这些次级电子获得的动 能T 与入射Y 光子的能量Ey 的关系如表1所示。
（3）电子对产生？ 心原子t 原子+宀旷 电子对均分仙E —W 支架次级电子在闪烁体中运动时，使闪烁体的原子激发而发射出荧光光子，光电倍增管的 光阴极收集这些荧光光子后发射出光电子，光电子再经过倍增后由阳极收集，在阳极负载电 阻上形成一个电压脉冲信号。
这一信号经过射极输岀器放大后再输岀至线性放大器，因此, 探头输出信号的电压脉冲幅度，与次级电子在闪烁体中损失的能量成正比，次级电子的能量 来自于入射的Y 光子，所以信号脉冲的幅度也与入射的Y 光子的能量有关，由表1可知，由 于三种不同的相互作用，对相同能量Ey 的入射Y 射线，也可以产生不同能量的次级电子。
因此对于单能的丫射线，所得到的信号脉冲幅度也有一个很宽的分布。
NaI单晶γ闪烁谱仪实验报告
道数
能量（Mev）
329.45
1.33
289.71
1.17
160.24
0.662
经典力学：
量子力学：
3.应用定标曲线，找出 的γ能谱康普顿峰计数一半处的道数，求电子能量与理论值比较。
半峰位道数为130ch，根据y=0.00394x+0.02992，得能量E=0.542MeV。
反散射电子动能：
Ek(MeV)
E1(MeV)
E2(MeV)
相对论Pc理论值（MeV）
经典Pc理论值（MeV）
百分差（%)
65.74
17.60
0.03800
0.7423
0.2889
0.3867
0.3990
0.7530
0.6386
1.4
127.12
20.30
0.05150
1.0061
0.5308
0.6263
0.6373
6.用γ放射源进行能量定标时，为什么不需要对γ射线穿过220μm厚的铝膜时进行“能量损失的修正”？
γ射线在空气中的损失可以忽略不计，因此不需要修正，而β粒子需要真空条件，因此要用铝膜隔绝空气。
7.为什么用γ放射源进行能量定标的闪烁探测器可以直接用来测量β粒子的能量？
得到的道数与能量关系图本身是由 、 获得的，证明与何种粒子无关，故可以直接测量β粒子。
4.观察狭缝的定位方式，试从半圆聚焦β磁谱仪的成象原理来论证其合理性。
快速电子在磁场作用下受洛仑磁力作圆周运动，狭缝的定位对应不同半径的电子，可获得其有不同能量的电子。
5.本实验在寻求P与△X的关系时使用了一定的近似，能否用其他方法更为确切地得出P与△X的关系？
碘化钠闪烁谱仪
8
表4： 60Co 的计数测量
电压（ v） 计数 电压（ v） 计数 电压（ v） 计数
7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 6.7
455 637 748 728 579 347 270
6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1 6.0
304 543 840 1091 1155 903 652
68 87 114 227 570 1393 2992 5169 7786 9746 10350 10049 8428 6200 4315 2627 1910 1393 997 785 686 524 515 499 527 565 630 796 1138
5.1 5.0 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 7
4
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。 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。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。 γ射线与物质相互作用时可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子 对效应，这三种效应产生的次级电子在NaI(Tl)晶体中产生闪烁发光；如下图所 示。 表1列出了这些相互作用的基本过程。
光电转换器件一般采用光电管与光电倍增管。但是，后出现的半导体光电器 件，具有高的量子转换效率和低功耗，便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨 率。已有人研制成闪烁体与光电器件均用半导体材料组成的单片集成化的闪烁探 测器。
浙师大物理实验预习报告-NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量
浙师大近代物理实验预习报告NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定任希 物理081 08180123摘要：在了解了γ射线与物质相互作用的基本特性与多道脉冲幅度分析器在NaI （T1）单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能之后，我们将通过使用NaI （T1）γ闪烁谱仪，测量137Cs 和60Co 的γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。
并且进一步了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，并通过仪器测量了γ射线在不同物质中的吸收系数，通过对比不同物质的吸收系数，了解γ射线的性质。
关键词：NaI （T1）γ闪烁谱仪137Cs 、60Co γ能谱 吸收系数引 言γ射线是原子核能级跃迁的辐射，它是一种不含任何带点微粒、不受电场影响，并且穿透本领很强的特殊电磁波。
波长短于0.2埃的电磁波。
原子核由高能级向低能级跃迁时会放出γ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υh E E E r =-=12。
射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的γ射线。
我们将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”。
测量能谱的装置称为“能谱仪”。
本实验中主要应用NaI γ闪烁谱仪来测量γ射线的能谱。
正文：以下是本实验使用到的仪器： 1.闪烁探测器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。
归结起来，闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：(1).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、分子退激时发射荧光光子；(3).利用反射物和光导体将闪烁光子尽可能多地收集到光电增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；(4).光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个．电子流在阳极负载上产生电信号；(5).此电信号由电子仪器记录和分析。
实验五 NaI(Tl)单晶γ能谱的认识与分析
实验五 NaI(Tl)单晶γ能谱的认识与分析一 实验目的1. 初步认识几种放射性核素在NaI （T1）谱仪中形成的γ能谱；2. 了解数字化多道谱仪系统（Ispeter 2000）以及NaI （T1）谱仪系统的特点，并学会操作使用该系统；3. 掌握测量和分析天然放射性（40-K 、226-Ra 、232-Th ）水平的原理和方法；二 实验器材NaI （T1）闪烁探测器、铅室、Ispeter 2000数字化多道谱仪、环境放射性标准样品，137-Cs 源，计算机。
三 实验原理利用碘化钠晶体和光电倍增管组成的闪烁计数器，把具有一定能量的光子变为电脉冲，且输出的脉冲幅度与入射光子能量成正比。
通过对脉冲幅度的分析，从而得到光子能量的分布，这就是γ能谱仪进行能谱分析的基本原理。
但是用γ能谱仪测得的放射源的γ谱，与放射源产生的起始γ谱有很大差别，这种由能谱仪测量得到的、被复杂化的核辐射原始线谱称为仪器谱。
放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系，辐射的含量与能量的强度存在正比关系。
在γ射线与闪烁体发生光电效应时，γ射线产生的光电子动能给出为：i e B E E -=γ其中，i B 为K 、L 、M 等壳层中电子的结合能。
在γ射线能区，光电效应主要发生在K 壳层。
此时，K 壳层留下的空穴将为外层电子所填补，跃迁时将放出X 光子，其能量为X E 。
这种X 光子在闪烁晶体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子。
因此闪烁体得到的能量将是两次光电效应产生的光电子能量和：γγE E B E E X i =+-=)(所以，由光电效应形成的脉冲幅度就直接代表了γ射线的能量。
在康普顿效应中，γ光子把部分能量传递给次级电子，而自身则被散射。
反冲电子动能为)cos 1(120θγγ-+=E cm E E e散射光子的散射角为θ；20c m 为电子静止能量（0.511MeV ）。
为方便起见上式可近似写成：)cos 1(211θγγ-+≈E E E e散射光子能量也可近似写成：)cos 1(21θγγγ-+≈E E E （1）当θ=180°时，即光子向后散射，称为反散射光子。
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。
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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 137
γ源
和Co 60
γ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-+=
hv
hv 其中2
0c m hv =α
康普顿电子的能量在0至α
α
212+hv
之间变化。
3．正、负电子对的产生 当γ射线能量超过2
02c 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。
光阴极上打出的电子在光电倍增管中倍增出大量电子，最后为阳极所接收形成电压脉冲。
每产生一个电压脉冲就表示有一个粒子进入探测器。
由于电压脉冲幅度的大小与粒子在闪烁体内消耗掉的能量及产生的光强成正比，所以根据脉冲幅度可以确定入射粒子的能量。
利用脉冲幅度分析器和定标器可以测定入射射线的能谱。
三、仪器性能
1.闪烁体
a.对入射粒子的阻止本领10%
b.光能输出额
c.发光的衰减时间
d.响应匹配
2.光电倍增管
a.光阴极的光谱响应
b.阳极灵敏度
c.暗电流与本底脉冲
d.光电倍增管的时间特性
3.能量分辨率
4.时间分辨本领
137单能γ射线的响应
四、闪烁探测器对Cs
137的γ谱的全能峰是比较典型和突出的，因此通常用它作为标准源，一方面Cs
用来检验γ谱仪的能量分辨率，另一方面作为粒子能量测量的相对标准。
五、NaI（T1）闪烁谱仪的能量线性关系及其检验
对于理想的闪烁谱仪，脉冲幅度与能量之间应当呈线性关系。
对于实际的NaI（T1）闪烁谱仪，γ射线能量在100keV到1.3MeV区域内是近似线性的，只是在γ射线
能量特别低或特别高时才出现非线性。
实验上对于能量线性关系的检验，通常使用已知能量的一组标准源，测量相应的全能峰处的脉冲幅度，建立曲线。
也称能量刻度曲线。
典型的能量刻度曲线为一不通过原点的直线，即 0)(E X G X E P P +∙=
其中P X 为全能峰峰位，G 为增益，0E 为直线截距。
[实验内容]
1． 用示波器观察
Cs 137
γ源在线性放大器的输入与输出端所形成的脉冲。
调整工作条件，达到在不破坏线性条件下谱仪分辨率为最佳的工作状态。
2． 调节线性放大器的放大倍数，定出γ谱仪的能量分辨率。
3． 使
Cs 137
和Co 60的全能谱合理分布在适当区间内，依次测量其能谱。
用最小二乘
法直线拟合定出增益G 和截距0E 4． 重复步骤2，检验谱仪工作的稳定性 5． 测定一未知源的γ射线能量
[实验数据]
1．
Cs 137
的γ能谱
电压/V n 电压/V n 电压/V n 8.0 95 5.6 786 2.4 4383 7.9 191 5.5 847 2.3 4693 7.8 372 5.4 999 2.2 4662 7.7 780 5.3 1132 2.1 4832 7.6 1705 5.2 1427 2.0 4760 7.5 3529 5.1 1729 1.9 4329 7.4 5786 5.0 2117 1.8 3855 7.3 8675 4.9 2482 1.7 3643 7.2 11470 4.8 2916 1.6 3586 7.1 13550 4.7 3129 1.5 3530 7.0 13805 4.6 3340 1.4 3597 6.9 12952 4.5 3259 1.3 3549 6.8 10619 4.4 3507 1.2 3549 6.7 8225 4.3 3410 1.1 3425 6.6 5788 4.2 3205 1.0 3508 6.5 4019 3.9 3224 0.9 3610 6.4 2499 3.6 3122 0.8 3580 6.3 1659 3.3 3345 0.7 3636 6.2 1182 3.0 3413 0.6 3548 6.1 835 2.9 3570 0.5 3857 6.0
684
2.8
3560
0.4
8078
5.9 653 2.7 3725 0.3 12777
5.8 722 2.6 3840 5.7
723
2.5
4093
2．拟合增益和截距 a ．
Cs 137
b ．Co 60
由此得到
Cs 137
和Co 60的峰值所在位置
Cs 137
：二号峰 1.1V(0.184MeV) ，一号峰 3.5V(0.662MeV)
Co 60
：二号峰 6.2V(1.17MeV)， 一号峰 7.0V(1.33MeV)
用最小二乘法，对于Y=aX+b a=0.193，b= -0.0224
[思考题]
1． 测量能谱时，要获得较好的谱线，就需要使测量的时间和仪器的能量分辨率相匹配，
为了获得较好的谱线，取决于仪器的能量分辨率、时间分辨本领以及探测器对射线的响应。
而对于固定的仪器，则需要调节合适的测量时间间隔与仪器性能相匹配。
2． 进入单道脉冲幅度分析器的全能峰所对应的脉冲幅度，需要考虑仪器的能量分辨率，
由于E
E
∆=
ε，这就同样涉及到了匹配的问题。
在本实验中，将其选为7.0V 。
3． 反散射峰是由于入射γ射线穿过晶体，打到光电倍增管上发生180度的康普顿散射，
反散射的光子又返回晶体，与晶体发生光电效应所形成的。
γ射线在源衬底材料上的反散射也会对反散射峰有贡献。
实验中，可以通过屏蔽噪声的方法减弱后一种反散射，而对于前一种，则没有有效的方法。
4． 对称的θ势峰
[讨论]
1. 由于实验室放射元素的实验，所以在取用样品时需要注意操作规范。
本实验中，由
于放射线已经较弱，所以在这方面没有非常注意。
2. 实验中，使用单道和多道分析器，与上次实验类似，故使用时不像上一实验时陌生，
操作也要熟练一些。
3. 实验原理还不是了解得很透彻，只能在要求的项目上完成实验，没有加入其他的思
考和分析。