γ射线能谱测量
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。
,γ能谱测量方法
γ能谱测量是一种用于分析和测量γ射线的能量和强度分布的方法。
以下是几种常见的γ能谱测量方法：
1.闪烁体探测器（Scintillation Detector）：该方法使用具有闪烁性质的物质作为探测器，
当γ射线通过闪烁体时，会产生光闪烁。
这些闪烁信号被转换为电信号，并通过放大和处理后，形成γ能谱。
2.半导体探测器（Semiconductor Detector）：半导体探测器利用半导体材料的特性来测量
γ射线的能量。
当γ射线与半导体相互作用时，会产生电子-空穴对。
通过测量这些电荷对的移动和收集，可以得到γ能谱。
3.多道分析器（Multichannel Analyzer）：多道分析器是一种将不同能量范围内的γ射线
分离并计数的设备。
它通常与闪烁体或半导体探测器一起使用。
多道分析器将接收到的信号根据能量进行离散化，并将其对应到不同的道址上，形成γ能谱。
4.探测器阵列（Detector Array）：此方法使用多个探测器组成的阵列来测量γ射线。
每个
探测器都可以提供关于能量和位置的信息，通过组合分析得到完整的γ能谱。
这些方法在γ能谱测量中具有不同的特点和应用范围，可以根据实验需求选择合适的测量方法。
无论采用哪种方法，γ能谱测量都是研究核物理、放射性衰变以及其他与γ射线相关领域的重要手段。
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量——物理0805 乔英杰u200810200王振宇u200810256实验背景：19世纪下半叶，物理学家对X射线和阴极射线进行了大量的研究，导致了放射性、电子以及α、β、γ射线的发现，这些射线的发现同时也为原子科学的发展奠定了基础。
自20世纪进入原子能时代，科学家对射线进行了更进一步的研究，射线在科学技术中开始渗透，根据γ射线具有波长短、能量高、穿透能力强和对细胞有很强的杀伤力的特性，γ射线的应用也成了一门新兴产业，现在它已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域，特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益，为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深刻的影响。
目前γ射线的应用正在蓬勃快速的发展，应用领域仍在不断拓宽，它以低能耗、无污染、无残留、安全卫生等优点，深受众多行业的青睐，可是，其危害性也不容忽视。
我们需要对γ射线深入了解，才能在降低其危害性的同时让其更好的为我们服务。
本实验采用闪烁探测器和多道脉冲幅度分析器对γ射线的能量分布谱进行测量，以便我们了解用闪烁探测器测量γ射线的方法，学会分析能谱的特征及其影响因素。
实验原理：1、闪烁探测器工作原理：闪烁探测器探测γ射线时，γ光子与物质作用不直接产生电离，而是发生光电效应、康普顿效应、电子对效应，闪烁体的原子、分子、电离或激发的作用来自三种效应所产生的次级电子。
这样，我们就得到了对应于γ射线能量强度的电信号。
之后，光电倍增管将所得电信号放大（倍增管阴极与阳极之间有十余个打那级，每个打那级均发生电子的倍增现象），其阳极最后收集电子的电极，与射级跟随器电路相连，使收集到的电子流以电压脉冲的方式输出。
2、γ闪烁能谱仪的工作原理：如下图（1）所示，整个仪器的信号传递大致是：由γ射线放射源放出的γ射线被闪烁探测器接受并转换为电压脉冲，前置放大器和脉冲放大器对探测器输出的电压脉冲进行放大，最后这些脉冲被多道分析器采集、处理。
多道分析器的到是指在分析器中存在的记录不同高度脉冲的位置。
闪烁谱仪测量γ射线能谱
实验名称：闪烁谱仪测γ射线能谱实验目的：1. 把握闪烁频谱仪的工作原理和利用方式；2. 学会谱仪的能量标定方式；3. 测量137Cs 和60Co 的γ射线能谱。
实验原理：（以下原理部份摘自教学资源实验讲义，详见手写预习报告）依照原子核结构理论，原子核的能量状态是不持续的，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 ~ 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射线的能量就能够够了解原子核的能级结构。
测量γ射线能谱确实是测量核素发射的γ射线强度按能量的散布。
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。
此处仅对经常使用的无机晶体闪烁体的发光机制作简单介绍。
最经常使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，引发后者产生电离或激发进程，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进程之一是发射光子。
这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离进程，也确实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，其关键作用是能够在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图-1示用意。
这些杂质原子会捕捉一些自由电子或激子抵达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁进程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而再也不被晶体吸收，再也可不能产生激发或电离。
伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告
γ能谱的测量中山大学 2013级材料物理供参（吓）考（你），此报告真心累数据处理注：本实验所有数据来自文件“蝙蝠侠”一、改变高压，保持其他条件不变（通道数1024）观察137Cs能谱变化图1 改变高压，137Cs能谱变化曲线图分析：1.137Cs的γ能谱应该呈现三个峰和一个平台的连续分布，从通道低到高依次为X射线峰、反散射峰、康普顿效应贡献的平台以及反映γ能量的全能峰。
高压越大，统计越明显。
2.随着高压增大，全能峰向右移动，并且高度下降、宽度增大。
因为闪烁谱仪能量分辨率不变，高压增大，道址增大，∆V V又不变，则∆V大，故宽度变大，高道址的粒子数减少，高度下降。
二、改变通道数，保持其他条件不变（高压500V）观察137Cs能谱变化分析：（见图2）1.由于通道数1500后粒子数很少，能谱曲线趋于横轴，故横坐标只取到1500，方便观察。
2.道数越小，全能峰对应的道址越小，全能峰也越高、越瘦。
因为道数越小，则每个道址包含的能量间隔越大，统计的粒子个数就越多，从而使全能峰越高。
三、60Co的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）图3 60Co的γ能谱曲线图分析：1.因为全能峰可以表示γ射线的能量，60Co两个峰对应的射线能量在图中标出，分别为1173keV、1333keV。
2.为探究能谱仪的效率曲线，需要知道每个核素测量所得能谱图的全能峰面积。
计算方法如下：全能峰面积即图中峰与底部线段所围成的面积，可用能谱曲线下的面积减去线段两端与横轴所围成的梯形面积，而能谱曲线下的面积可用线段之间所有道址对应的粒子数的加和来表示。
加和结果通过matlab进行求和而得。
虽然计算方式较为粗糙，但基本符合。
对于左侧全能峰：S(E)1=7287-(27+60)*(626-551)/2=3981对于右侧全能峰：S(E)2=5824-(27+13)*(726-626)/2=3824四、137Cs的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）图4 137Cs的γ能谱曲线图分析：1.全能峰面积为：S(E)=9916-(13+2)*90/2=92412.137Cs的γ能谱呈现三个峰和一个平台的连续分布，A为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV的γ光子与闪烁体发生光电效应产生的。
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量γ 射线能谱测量中的物质变化过程是：γ 射线（光子）→ 次级电子（三种相互作用）→ 荧光（光子，探头的闪烁体发出）→ 光电子（在打拿极上产生并倍增）→ 光电流打拿极上光电子激发更多次级电子，打拿极上所加电压对电子加速，使形成更多的电子，从而形成足够大的较稳定的可以被探测到的光电流。
电流与极间电压应该成正比关系，计数不能反映初始的电子产生数目，但能反映其统计规律，计数应该是由光电流的大小与单个电子的电量的比值所得到的。
示波器的幅度可以反映射线粒子的能量大小。
数据处理与结果○1 0(6.98，127.6) B (7.67，127.5) C (7.42，255.21)7.42 V U 0.69 V 0.69 W=100%8.97%7.67O A U U U =∆=∆⨯== ○20截距=-0.04473 G=斜率=0.1962线性方程 E(x )0.19620.04473p O p p E E Gx x ==+=- 实验分析○1 示波器上的波形有一波幅最大的曲线，下面的弥漫区域还有小的波形。
这是因为在闪烁体中发生了光电效应，康普顿效应，电子对效应，这三种效应中，光电效应最强，产生的次级电子最多，对应着波幅最大的波形，下面的小波形则是由康普顿效应造成的，其强度要弱于光电效应。
○2 γ射线是单能射线，其对应的能谱应该是单一的分立的，但是我们测得的能谱却是连续的。
这是因为三种效应激发出的电子的能量是不一样的，加上闪烁体分辨能力低,还有其它电子学的干扰存在，因此闪烁体谱仪测量单能射线不可能就一单能峰值。
○3实验中用示波器观察波形的时候，为什么要将光电峰置于8伏左右？我猜想是：示波器的波幅实际上是反应的电流的强弱，光电峰的强度应该是在8伏左右；电子在经过单道分析器的时候，是需经过选择的，只有能量介于某一道宽内的时候才能通过，在设置好道宽后，通过调节阈值就可以测得不同能量的电子了，表现出不同的光电流强度和计数率的变化，也可以解释为什么我们测得的是一条连续的曲线了。
γ能谱法 标准
γ能谱法标准γ能谱法是一种通过测量γ射线的能量分布来分析物质成分和结构的方法。
它具有高灵敏度、高分辨率和高准确性的特点，被广泛应用于环境监测、材料科学、核物理等领域。
为了确保γ能谱法测量的准确性和可靠性，需要制定相应的标准来规范实验操作和数据处理。
一、实验设备标准探测器：选择具有高探测效率、低本底噪声和稳定性能的探测器，如高纯锗探测器、闪烁计数器等。
屏蔽材料：采用适当的屏蔽材料，如铅、铜等，以减少外部γ射线和宇宙射线的干扰。
校准源：使用已知活度和能量的校准源，对探测器进行能量和效率校准，确保测量结果的准确性。
二、实验操作标准样品制备：根据实验需求，选择合适的样品制备方法，如研磨、压片等，以获得均匀的样品。
测量时间：根据样品的活度和探测器的性能，确定合适的测量时间，以确保足够的计数统计量。
背景测量：在没有样品的情况下进行背景测量，以扣除探测器本底和环境干扰对测量结果的影响。
数据记录：详细记录实验过程中的各种参数，如测量时间、源到探测器的距离、探测器的温度和电压等，以便后续的数据处理和分析。
三、数据处理标准能谱分析：利用专业的能谱分析软件，对测量得到的γ能谱进行平滑、去噪和寻峰处理，以获得准确的峰位和峰面积信息。
效率校正：根据探测器的能量响应和效率曲线，对测量结果进行效率校正，以消除探测器对不同能量γ射线的探测效率差异。
放射性核素识别：通过比对已知核素的γ射线能量和强度信息，识别样品中的放射性核素种类。
活度计算：根据识别出的核素种类和其对应的γ射线强度，结合相应的半衰期信息，计算样品中各核素的活度。
四、质量控制标准定期校准：定期对探测器和能谱分析系统进行校准，以确保其性能和测量结果的稳定性。
重复测量：对同一样品进行多次重复测量，以评估测量结果的稳定性和可靠性。
结果比对：将不同实验室或不同方法获得的测量结果进行比较和分析，以验证γ能谱法的准确性和适用性。
通过以上标准的制定和执行，可以确保γ能谱法测量的准确性和可靠性，为相关领域的研究和应用提供有力的技术支持。
γ射线能谱测量实验报告(共12页)
γ射线能谱测量实验报告篇一：γ射线能谱的测量及γ射线的吸收γ射线能谱的测量及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定【摘要】原子核从激发态跃迁到较低能级或基态跃迁能产生γ射线，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。
并通过测量γ射线在不同物质中的吸收系数，了解γ射线在不同物质中的吸收规律。
【关键字】γ闪烁谱仪γ射线能谱物质吸收系数当今的世界，以对核技术进行了相当广泛的运用。
从1896年法国科学家A.H.Becquerel发现放射性现象开始，经过M.Curie一些新放射性元素的发现及其性质进行研究后，人类便进入了原子核科学时代。
在原子核发生衰变时，会发出α、β、γ射线，核反应时会产生各种粒子。
人们根据射线粒子与物质相互作用的规律，研制了各种各样的探测器。
这些探测器大致可以分为“信号型”和“径迹型”两大类。
径迹型探测器能给出粒子运动的径迹，有的还能测出粒子的速度、性质等，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、多丝正比室等。
而信号型探测器根据工作物质和原理的不同，又可分为气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器。
其中闪烁探测器的工作物质是有机或无机的晶体闪烁体，射线与闪烁体相互作用，会使其电离激发而发射荧光。
从闪烁体出来的光子与光电倍增管的光阴极发生光电效应而击出光电子，光电子在管中倍增，形成电子流，并在阳极负载上产生电信号。
如NaI(TI)单晶γ探测器。
γ射线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，就有可能辐射出不同能量的γ射线。
人们已经对γ射线进行了很多研究，并在很多方面加以运用。
像利用γ射线杀菌，γ探伤仪等。
然而不恰当的使用γ射线也会对人类产生一定的危害。
γ射线的穿透力非常强，如果在使用过程中没有有效的防护，长时间被放射性元素照射的话可能发生细胞癌变。
在对γ射线进行了大量的研究后发现，按能量的不同，可以对其进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布（能谱）。
伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告
伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告近代物理实验报告：伽马γ能谱测量分析摘要：伽马射线是高能电磁辐射，具有较高的穿透能力和较高的能量。
本实验通过使用伽马能谱仪测量伽马射线的能谱，并分析得到的数据，研究不同放射源的放射性产物。
引言：伽马能谱测量是现代核物理实验中的一项重要技术手段。
伽马能谱测量可以提供关于放射源的重要信息，如能量跃迁和原子核结构等。
在本实验中，我们将使用伽马能谱仪测量不同放射源的伽马射线能谱，并通过数据分析得出相关结论。
实验设备与原理：实验使用的伽马能谱仪由探测器、多道分析器和计算机组成。
探测器用于探测伽马射线，将其转化为电信号。
多道分析器用于将电信号转换为频率信号，并将其进行分析和计数。
计算机用于控制实验设备和记录实验数据。
实验步骤：1.打开伽马能谱仪，预热一段时间使其稳定。
2.将放射源放置在探测器附近，并设置适当的探测器和源的距离。
3.开始测量并记录数据，包括每个能道的计数值和对应的能量值。
4.测量不同放射源的能谱，并记录观察到的峰值位置和计数值。
5.分析数据，绘制能谱图，并利用峰位与能量的关系确定放射源的能量特征。
实验结果与讨论：通过与已知伽马能量的标准源进行对比，我们发现通过测量得到的能谱图中的特征峰位对应的能量与标准源的能量相符合，证明测量结果的准确性和可靠性。
同时，我们还发现不同放射源的能谱特征略有差异，这表明放射源的核结构和核能级跃迁的能量差异。
通过分析能谱图，我们可以得到放射源的能级结构和核衰变方式等信息。
结论：通过伽马能谱测量分析，我们可以获得一种放射源的能级结构、核衰变方式和核能级跃迁的能量差异等信息。
伽马能谱测量是一种重要的实验技术手段，被广泛应用于核物理、天体物理等领域的研究中。
[1]“伽马能谱测量技术及应用”，《中国核物理》，2002年，29卷(1)：43-49[2]“准确测量伽马射线能谱技术研究”，《物理学报》，2024年，59卷(3)：2457-2463[3]“伽马能谱测量及数据分析”，《核物理学报》，2005年，22卷(2)：97-103。
γ射线能谱的测量
（一）γ射线能谱的测量摘要：本实验将了解闪烁探测器谱仪的工作原理及其使用；学习分析实验测量的137Cs和60Coγ谱之谱形和γ射线能谱的刻度测定谱仪的能量分辨率,本实验的目的是了解NaI(Tl)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(Tl)闪烁谱仪的使用方法和γ射线能谱的刻度。
关键词：γ射线Na(Tl)闪烁探测器能谱图单道脉冲幅度分析器引言：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测射线的仪器。
它的主要优点是：既能探测各种带电粒子，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。
它在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。
核物理的发展,不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据,新的核技术，如核磁共振、穆斯堡尔谱学、晶体的沟道效应和阻塞效应，以及扰动角关联技术等都迅速得到应用。
核技术的广泛应用已成为现代化科学技术的标志之正文：实验原理1.闪烁谱仪结构与工作原理ＮａＩ（Ｔｌ）闪烁谱仪结构如图。
整个仪器由探头（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几部分组成。
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（如α、β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（当Ｅγ＞1.02ＭｅＶ时），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，会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。
每产生一个电压脉冲就表示有一个粒子进入探测器。
由于电压脉冲幅度与粒子在闪烁体内消耗的能量（产生的光强）成正比，所以根据脉冲幅度的大小可以确定入射粒子的能量。
利用脉冲幅度分析器可以测定入射射线的能谱。
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。
实验报告γ射线能谱测定及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
实验报告γ射线能谱测定及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验目的：1.学习使用谱仪测定γ射线的能谱。
2.通过实验测定不同物质对γ射线的吸收比例，确定物质的吸收系数μ。
实验原理：1.γ射线能谱测定：γ射线是电磁波谱中能量较高的一种，具有较强的穿透力。
通过使用谱仪，可以测定γ射线的能量分布，也称为能谱。
2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定：当γ射线穿过物质时，会与物质中的原子相互作用，包括散射、吸收等过程。
吸收系数μ表示单位长度物质对γ射线的吸收能力，是一个与物质本身性质相关的参数。
实验步骤：1.连接γ射线源和能谱仪，打开仪器，并调整合适的工作电压和放大倍数。
2.调整谱仪下方的定位器，使得探测器能够垂直于γ射线的入射方向。
3.选择一种物质样品，如铅，将其放在射线路径上，并记录下γ射线的能谱。
4.移除铅样品，选择其他物质样品进行测量，如铝、铁等，依次记录下γ射线的能谱。
5.根据能谱中的峰值位置和峰值强度，分析γ射线经过不同物质时的吸收情况。
实验结果：1.γ射线能谱测定结果：通过测量，得到γ射线的能谱图，并标出不同能量区间的峰值。
2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定结果：根据能谱分析，得到不同物质对γ射线的吸收比例，计算出它们的吸收系数μ。
实验讨论：1.γ射线的能谱测定是否准确和完整。
2.不同物质对γ射线的吸收程度是否与预期一致。
3.吸收系数μ的大小是否符合物质的性质和密度等参数。
实验结论：1.γ射线能谱可以通过谱仪测定，并且能够分析出不同能量区间的峰值。
2.不同物质对γ射线的吸收比例不同，吸收系数μ也因此而有所差异。
3.本实验所测得的吸收系数μ结果应该与物质的性质和密度等参数相符合。
实验中可能存在的误差：1.谱仪的仪器误差。
2.样品的放置位置和角度不准确。
3.γ射线的能量分辨能力不够精确。
改进方案：1.使用更高精度的谱仪。
2.对样品的放置进行更精确的定位和角度调整。
3.使用具有更高能量分辨能力的γ射线源。
【报告】伽马能谱实验报告
【关键字】报告伽马能谱实验报告篇一：闪烁伽马能谱测量实验报告实验题目：《闪烁γ能谱测量》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谱仪的刻度曲线.。
二、实验仪器Cs放射源Co放射源FH1901型NaI闪烁谱仪SR-28双踪示波器三、实验原理1. γ射线与物质相互作用γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子对效应。
1）光电效应：在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。
所以，释放出来的光电子能量和该束缚电子所处的电子壳层的结合能B?之差。
因此，E光电子=E??Bi?E?（需要原子核参加）2）康普顿散射：康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。
反冲电子的动能为：Ee?E?2(1?cos?)m0c2?E?(1?cos?)即使入射γ光子的能量是单一的，反冲电子的能量却是随散射角连续变化的。
3）电子对效应：电子对效应是γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库伦场作用下，γ光子转化为一个正电子和一个负电子的过程。
根据能量守恒定律，只有当入射光子的能量hν大于2m0c2，即hν〉1.02MeV时，才能发生电子对效应。
（与光电效应相似，需要原子核参加）2．NaI（Tl）γ能谱仪介绍1）闪烁谱仪装置示意图2）闪烁谱仪的工作原理Γ射线次级电子荧光Γ放射源与闪烁体发闪烁体受光阴极吸收生三种作用激辐射光电子电脉冲定标器记录分析器分析各打拿极逐级缩小3)能谱分析（以137Cs为例）全能峰是γ光子与闪烁体发生光电效应产生的，直接反映了γ射线的能量；康普顿坪是由康普顿效应贡献的；逸出的γ射线与闪烁体周围的物质发生康普顿散射，反散射光子进入闪烁体发生光电效应形成反散射峰。
4）谱仪的能量分(原文来自：小草范文网:伽马能谱实验报告)辨率和能量刻度曲线闪烁单晶γ谱仪最主要的指标是能量分辨率和线性。
实验二 野外γ能谱测量
野外γ能谱测量一、实验目的1.掌握野外γ能谱测量方法2.掌握γ能谱仪的使用3.学会实验数据的处理二、实验内容1.掌握γ能谱仪的使用方法2.布点测量U、Th、K含量3.U、Th、K含量图和U/Th、U/K、Th/K比值图三、实验原理每个放射性核素的原子核衰变到各个特定能量的激发态，以及各个激发态跃迁产生具有特定能量的γ射线，都具有固定的几率，即每个放射性核素都有自己特有的衰变纲图。
γ能谱分析就是通过测量样品中放射性核素特征γ射线的能量和强度，从而确定样品中含有什么放射性核素和该核素的含量。
放射性核素衰变放出γ射线与物质相互作用主要有三种效应：光电效应，康普顿效应和电子对效应。
光电效应：光子把它的全部能量交给核外束缚电子，使之脱离原子而成为光电子。
在γ射线能量低（小于1Mev），以及吸收物质原子序数高的情况下，这种效应占主要地位。
如果光电子被探测器吸收，因填充内电子壳层的空穴而产生的特征Χ射线（或俄歇电子）的全部能量也交给探测器，则在探测器上沉积的能量就是入射光子的能量，在能谱上出现全能峰。
康普顿效应：光子被原子中的束缚电子或自由电子散射，飞行方向发生偏转，同时电子受到反冲。
入射光子把部分能量传给反冲电子，能量范围从0到极大值。
反冲电子被探测器吸收，形成康普顿连续谱。
散射光子保留部分能量，可能又发生新的散射过程，最后被光电吸收或逃逸。
如果全部能量被吸收，也会产生全能峰计数。
在中等γ射线能量（几个Mev）范围，康普顿效应占主要地位。
电子对效应：能量大于1.02Mev的光子在原子核库仑场中产生正、负电子对。
入射光子能量减去1.02Mev在电子对之间分配。
正负电子的动能消耗在晶体中。
当正电子动能耗尽时，它与物质中一个电子发生湮灭而放出二个能量为0.551 Mev的光子。
这两个光子具有三种情况：（1）两个0.551 Mev的光子全被吸收，形成全能峰；（2）一个0.551 Mev的光子逃逸，产生比入射光子能量小0.551 Mev 的逃逸峰；（3）二个0.551 Mev的光子都逃逸，产生比入射光子能量小1.02 Mev 的双逃逸峰。
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闪烁能谱测量
γ闪烁能谱测量姓名：蓝清风 学号：207213238 成绩： 实验目的1. 掌握γ闪烁探测的原理。
2. 掌握γ闪烁单道能谱仪的原理和使用方法。
3. 测量137Cs 的γ能谱并理解其意义。
实验原理γ射线是原子核由激发态跃迁到较低能太时的高能电磁辐射，研究γ射线能量对研究原子核结构有着极其重要的意义。
γ闪烁能谱仪是用来测量γ射线能谱的仪器，它具有探测效率高，分辨时间短，能量分辨率高等优点，同时，还能测量γ射线强度。
一. 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。
1. γ射线与物质相互作用。
γ射线与物质的相互作用主要有三种：光电效应、康普顿散射和电子对效应。
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。
这个光电子的动能为：k E h W ν=-其中W 为逸出功，远小于γ光子能量（W h ν<）。
因此光电子的动能近似认为等于γ光子能量。
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，散射光子能量为′，康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为：1(1cos )h h a ννθ'=+-式中20h a m cν=，即为入射γ射线能量与电子静止质量e m 所对应的能量之比。
当时，这时0e E =，即不发生散射；当时，散射光子能量最小为12h aν+，这时康普顿电子的能量最大为m ax 212e a E h aν=+。
正、负电子对效应 当γ射线能量超过20(2 1.02)m c M eV =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,称为电子对效应。
此时光子能量可表示为两个电子的动能，如202e e E E E m c γ+-=++，其中，。
转化几率随γ光子的能量的增加而增大。
第5章 γ射线测量方法
可见：光电效应截面随作用物质原子序数的变化最显著。
由于优先选用的相互作用形式是光电吸收（思考：原因？）， 所以，选择用于探测γ射线的探测器侧重从含有原子序数高的元素 材料中挑选。
（一）光电效应产生的仪器谱特征
光子与原子相碰撞时，光子把 全部能量传递给原子，壳层中某一 个内层电子获得动能，克服原子束 缚成为自由电子，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。
5.2.1 γ能谱的测量原理
γ射线与物质相互作用过程：
γ射线对物质的间接电离作用两步过程
第1步
γ射线
γ射线与 物质原子作用
第2步
产生载能次级 电子
三种相互作用方式 光电效应 康普顿效应 电子对效应
次级电子使 物质原子电离
一、γ射线仪器谱的形成机制
γ射线光子是不带电的，它通过物质时不能直接使物质产生电 离或激发。γ射线的探测主要依赖于使γ射线光子进行一次相互作 用，将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子。该电子 的最大能量等于入射光子的能量，而且将以任何其它快电子（如β 粒子）的同一方式慢化并损失它们的能量。
因为次级γ射线的平均自由程 一般有几个厘米左右，如果探测 器的尺寸不超过1或2厘米，就算 满足‘小”的条件。
“小”探测器模型条件下γ射线的能谱响应曲线：
• 若入射γ射线能量低于 1.02MeV，对能谱的贡献只 有康普顿散射和光电吸收的 综合效应产生。相应于康普 顿散射电子能量的连续谱称 为康普顿连续谱，而相应于 光电子能量的窄峰称为光电 峰。对于“小”探测器，只 发生单次相互作用，而且光 电峰下的面积与康普顿连续 谱下的面积之比，和探测器 材料的光电截面与康普顿截 面之比是相等的。
——γ或X射线产生电离的本领而作出的一种量度：
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。
伽马射线能谱法
伽马射线能谱法
伽马射线能谱法是一种用于分析和测量伽马射线能量的方法。
这种方法利用伽马射线与物质相互作用时产生的能量损失进行测量和分析。
在伽马射线能谱法中，首先需要将要测量的样品暴露在伽马射线源中，然后将样品的辐射信号转换为电信号。
这些电信号经过放大和处理后将被送入一个能谱仪器中，用于测量不同能量范围内的伽马射线。
能谱仪器可以是一种像闪烁体探测器或硅探测器这样的探测器，它可以将伽马射线转换为电信号。
这些电信号随后通过电子学系统进行放大和滤波，然后被送入一个分析系统。
在分析系统中，利用不同能量的伽马射线与物质相互作用时产生的能量损失进行能谱测量和分析。
通过将能量损失与伽马射线的能量进行校准，可以确定每个能量的伽马射线的相对强度。
这样，就可以得到一个伽马射线能谱图，该图显示了样品中伽马射线的能量分布情况。
伽马射线能谱法在核物理、天体物理、医学和环境科学等领域有广泛的应用。
它可以用于确定样品中放射性核素的存在和浓度，研究天体中的伽马射线源，以及对放射性废物的处理和环境监测等。
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实验结果： 1.实验中我们一共测了 10 组数据,时间均为 600s,如下图
γ射线能谱测量表
t=600s
放大器 情况
电压 (V)
倍数
4号峰区 道址
域
计数
3号峰区 道址
域
计数
1号峰区 道址
域
计数
脉冲占总道址百
分比
900 900 900 950 951 950 980 980 980
4 64 31398 127 26966 372 20121
实验细节：
实验所用的仪器有：放射源，γ闪烁探测器，高压电源，放大器，微机 多道分析器．
实验步骤有： １测量系Байду номын сангаас准备。检查系统，预热系统设备，了解仪器操作。 ２.γ射线能谱测量。使用仪器观察γ射线能谱,选择合适的放大器电 压和放大倍数,测量γ射线能谱图. ３.谱仪的能量标定。 ４.谱仪能量分辨率计算。
长. <2>.放大器电压对放大器的影响是非线性的,但接近于线性.放大器电压
越大,能谱图越长. 故该放大器可以看作线性放大器.
结果讨论： 从原子核中发射出来的γ射线本身就是有不同的能量的，当我们用探测器去
测量时，因为有上述三种的效应存在，特别是康普顿效应的发射电子能量是连续 的，所以即使是单能的γ射线，我们从探测器中得到的信号也是连续的，应此γ 射线能谱有三个峰和一个平台，最右边的峰为全能峰，是由于光电效应贡献的， 平台是康普顿效应贡献的，1 号峰为反散射峰，是γ射线发生康普顿散射产生的， 为 X 射线峰。
康普顿效应是指入射γ射线光子与物质原子产生非弹性碰撞，一部分能量传 递给电子使其脱离原子，剩余的能量使得γ射线的能量和方向发生改变，这种改 变是连续的，故单能的γ射线入射时会产生连续能量的自由电子，并且发生康普 顿效应的几率随原子序数的增加而迅速增大，随入射γ射线能量的增大而减小， 但比光电效应减小的慢。
γ射线能谱测量
0802 班，程道辉，U200710222 0802 班，安志强，U200710210
前言： 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。 本实验采用闪烁探测器和多道脉冲分析器对γ射线的能量分布谱进行测量． 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”，
6 82 23339 167 19470 499 14402
8 98 18755 202 15392 607 11319
4 88 21312 178 17752 538 13097
6 116 15536 236 12520 727 9152
8 138 12137 284 9847 892 7075
4 108 16696 224 13721 672 10068
最后是电子对效应，其是指γ射线光子在原子库伦场的作用下转化成一对正 负电子，正电子寿命很短，最后只剩下自由的负电子。这种效应只有在γ射线能 量大于 1.022MeV 时才会发生，并且能量越大效应越显著。
综上所述，当γ射线能量较小时发生光电效应，当能量大与 1MeV 是康普顿 效应占优，电子对效应只有在能量大于 1.022MeV 时才会发生，并且能量越大效 应越显著。
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V1 和一个上甄别电压V2 ，只有当脉冲幅值在 V1 V2 之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在V1 V2 之间的个数， 通过改变V1 并保持V1 V2 不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为γ射
87%
组 为定标数据.
2.定标:我们测的定标数据为第十组 根据后边的理论知识,我们可以算得 3 号峰的能量值为 E=0.184MeV. 而一号和三号峰之间的道址差 n=706-232=474
每一个道址的能量
E 0.662MeV-0.184MeV 0.001008MeV 474
3.探索放大器电压和放大倍数对能谱图影响: 一开始我们想根据能谱占总道址的百分比来计算,但是其中几组数据都超
由数据表可知: 1.放大器倍数越大,能谱图越长.放大器电压越大,能谱图越长. 2.计数随着放大器倍数增加而减少.是由于放大器倍数越大,能谱图越长,而单位 时间内放射源释放出来的粒子数不变,因此计数随着放大器倍数增加而减少. 3.计数随着放大器电压增大而减小.
感想体会： 1. 通过本实验,我们了解了γ射线能谱图的特点,学习了γ射线闪烁探测器的 使用. 2.特别感谢唐老师对我们的指导.
参考文献：
唐朝群编 近代物理实验 华中科技大学物理系,2011 年 褚圣麟编 原子物理学 高等教育出版社
6 135 12159 290 9913 884 7174
8 167 9905 367 7905 不可见 不可见
45% 60% 72% 65% 85% 108% 78% 104% 140%
注:前面 9 组数据为探索放大器电压和放大倍数对γ射线曲线的影响.最后一
950
6 112 16151 232 13154 706 9623
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，γ闪烁探测器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：
线的能量与强度的关系。 多道分析器是多个单道分析器构成的，其通过给不同道数的单道以不同的下
甄别电压V1 ，从而一次性的测出整个能谱图，其中道数正比于下甄别电压V1 ，进 而正比于γ射线的能量。实验所得的能谱下图所示：
γ射线与物质相互作用有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。 光电效应是指γ射线光子在与物质互相作用时把全部能量都给了原子中的束缚 电子，使其脱离原子发射出来，可以知道，如果入射的γ射线是单能的，则发射 的电子也会是单能的，并且发生光电效应的几率随原子序数的增加而迅速增大， 随入射γ射线能量的增大而减小。
过 100%,为估算数据,因此改用 3,4 峰道址差作为参考数据. 根据计算,我们得到下图
γ射线能谱 3,4 峰道址差随放大器电压,放大倍数变化表
4
6
8
900
63
85
104
950
90
120
146
980
116
155
200
根据表做图得到下面两个图:
我们可以看出: <1>.放大器倍数对能谱图的影响是线性的.放大器倍数越大,能谱图越
下面我们利用上面的原理简单的来讨论一下γ射线能谱的特点，因为从原子 核中发射出来的γ射线本身就是有不同的能量的，当我们用探测器去测量时，因 为有上述三种的效应存在，特别是康普顿效应的发射电子能量是连续的，所以即 使是单能的γ射线，我们从探测器中得到的信号也是连续的，就如上图所示，γ 射线能谱有三个峰和一个平台，最右边的１号峰为全能峰，是由于光电效应贡献 的，２号平台区域是康普顿效应贡献的，３号峰为反散射峰，是γ射线发生康普 顿散射产生的，４号峰为为 X 射线峰。