α射线能谱测量(有算能量刻度哦)

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西南科技大学

《α射线能谱测量》报告设计名称α射线能谱测量

学院

班级

学生姓名

学号

设计日期2014年12月

2014年10月制

目录

1实验目的 (1)

2实验内容 (1)

3实验原理 (1)

3.1α能谱 (1)

3.2α放射源 (2)

3.3α放谱仪 (3)

3.4探测器测量α射线能谱相关原理 (4)

3.5α谱仪的能量刻度和能量分辨率 (4)

4实验仪器、器材 (5)

5实验步骤 (5)

6实验数据记录、处理 (6)

7实验结论 (8)

1实验目的

α衰变中发射的α粒子能量及辐射几率的测量，对于核结构研究具有重要意义。这些核数据的测量通常是用α磁谱仪或半导体α谱仪。而本实验主要从以下几个方面进行：

1、了解α谱仪工作原理与特性

2、掌握α能谱测量原理及测量方法

3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下α能谱的数据与图像记录并进行刻度

2实验内容

测定α谱仪在不同源距下α能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。同时，进行能量刻度。

3实验原理

3.1α能谱

α粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，α在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均电能w），所以在物质中产生的正负离子对数与α粒子损失的能量成正比，即：E

N=

W

公式中N为α粒子在物质中产生的正负离子对数目，E是在物质中损失的α粒子能量。如果α粒子将其全部能量损失在物质内，E就是α粒子的能量。

由于α粒子在空气中的射程很短（在T=15℃，P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的α粒子，射程最大为Thc’(212Po) 为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm），所以测量室应采用真空室，如上图1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的α粒子的能量才近似等于放射性核素经过α粒子放出的α粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）。

α粒子在探测器中因电离、激发（由于α粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。α粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。）等效应而产生电流脉冲，其幅度与α粒子能量成正比。电流信号经前置放大器、主放大器放大，出来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用α谱仪硬件连接及内部结构框图如图1所示）。仪器谱以α粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内α粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的α粒

子的能量与活度。理论上，单能α粒子谱是线状谱，应是位于相应能量点处垂直于横坐标轴的单一直线，但由于α粒子入射方向、空气吸收、样品源自吸收的差异和低能粒子的叠加等原因，实际测得的是具有一定宽度的单个峰，其峰顶位置相应于α粒子的能量，谱线以下的面积为相应能量的α粒子的总计数率，峰的半高宽与峰顶能量比值的百分数则为α谱仪的能量分辨率。α谱仪硬件连接及内部结构框图图一所示。

图一α谱仪硬件连接及内部结构框图

3.2α放射源

α放射源是以发射α粒子为基本特征的放射源。α粒子能量一般为4-8MeV，在空气中的射程为2.5-7.5cm，在固体中的射程为10-20um。由于α粒子穿透物质的能力弱，为此，设计制备α放射源时必须考虑源的自吸收。目前工业用的α放射源主要有241Am、238Pu、239Pu、244Cm(锔)和210Po(钋)等，用量最大的是241Am源。因为241Am容易生产，价格便宜，而且半衰期长。常用α放射源核素数据如表一。

本次实验，所用α源：Am241的5.486MeV和Pu239的5.155MeV。

核素

半衰

期

主要α粒

子能量(MeV)

及分支比(%)

比

活度

(GBq/g)

来源

21 0Po

138.

4d

5.305

（100）

1.6

7×105

5.01

209210210

(,)d

Bi nγBi Po

−−−→

23 3U

1.59

×105a

4.824

（84.4）

22.3min27.0

232233233233

(,)d

Th nγTh Pa U

−−−→−−−→

表一常用α放射源核素数据

3.3α谱仪

放射性样品的α粒子与探测器相互作用，经前置放大器输出正比于α粒子能量的脉冲

信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析，得到的计数按照能量(道址)分布的α粒子能

谱，实现核素的识别和活度测定。

本次试验仪器拟采用西南科技大学国防重点试验室α能谱仪，该α谱仪为美国ORTEC 公司生产的8通道α能谱仪，型号为：ALPHA-ENSEMBLE.

ORTEC在α谱仪上采用超低本底和PIPS工艺（表面钝化、离子注入、可擦洗）硅探测器，同时真空舱室也为超低本底材料。面积上提供300、450、490、600、900和1200平方毫米的选择，有效耗尽层100μm。

结构特性与性能指标：

●样品直径可从13mm至51mm。探测器与被测样品之间有10档距离可选，相邻两档之间的距离差为4mm，最大距离可达44mm。

●真空计：范围10mTorr到20Torr（1 Torr ≈ 133.322 Pa）。

●探测器偏压：范围0±100V，大小和正负极性可调节。漏电流检测器：范围0到10,000nA，显示分辨率3nA。

●脉冲产生器；范围0到10MeV，稳定性<50ppm/ºC，脉冲的幅度可调。

●数字化MCA(多道脉冲幅度分析仪)：通过软件可设置系统转换增益(道数)为256、512、1024、2048或者4096道，细调增益为0.25到1；增益稳定性：≤150ppm/ºC；每个事件的转换时间(死时间)：<2µs。

●数字化稳谱、ADC的零点(ZERO)和下阈(LLD)均由计算机调节设置。谱仪的探测器偏压、漏电流均可在软件相关界面上以数字和图形显示出来。

●输入电源：120/240 V ac，50/60 Hz输入功率50W。

●通讯：USB2.0接口。每一个Alpha Ensemble最终提供一条电缆给PC。