验证γ射线在物质中的吸收

实验三 γ射线在物质中的吸收

1） 实验目的

1.了解γ 射线在物质中的吸收规律；

2.测量γ 射线在不同介质中的吸收系数。

2） 实验原理简介

天然γ射线与物质相互作用的三种主要形式：光电效应、康普顿散射和形成电子对效应。由于三种效应的结果，γ 射线通过物质时发生衰减（吸收），其总衰减系数应为三者之和：

=++μτσκ

实验证明，γ射线在介质中的衰减服从指数规律：

00,m m d d I I e I I e μμ--==

00((/)/,((/))/m m Ln I I d Ln I I d μμ=-=-

式中：I 为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底）；

0I 为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）；

d 为介质厚度，单位为cm;

m d 为介质面密度，单位为g/cm 2；

μ为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm -1；

m μ为γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm 2；

半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即

01212

1ln 2ln 2

=2I I d d μμ

=

=时，或。

3）实验设备与器材

γ辐射仪或定标器，水泥、大理石板吸收屏，Ru-233，吸收装置实验台，手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。

4）实验内容与步骤

1．调整装置（如图1），使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上，做窄束γ射线吸收实验；

2.测量本底'0I ；

3.将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度''0I ；

4.逐渐增加吸收屏，并按相对误差在x σ+的要求测出对应厚度计数'd I ，

每个点测三次取平均值；

5.更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变；

6.去掉放射源铅准直器，重复步骤1-5，做宽束γ射线吸收实验，并记录相应数据。

7.比较窄束γ射线穿过物质时的变化规律。

图1 实验装置图（窄束）

5）实验报告要求

表1 本底数据

表2 有放射源无吸收介质数据（窄束）

表3.数据记录

表4.数据记录：

在origin中做出两组数据的散点图并连线绘制成吸收线。发现两组数据都存在共同的零点，并且拥有相同的相关性，即与吸收厚度呈负相关。画出如图1所示。

图2 γ射线在不同介质中的吸收曲线

（注：三角为水泥吸收数据，圆点为大理石吸收数据）

图3.水泥拟合吸收曲线 图4.大理石拟合吸收曲线 由origin 5.

误差小于或约等于0.1，由数据分析得出两种材料的吸收方程：

水泥：y=-0.01581x+0.1132 大理石：y=-0.01907x+0.29094

表5 吸收系数比较（窄束）

6）思考题

1．在窄束条件下，对比不同吸收屏时，γ射线吸收实验中计数的变化以及吸收系数的变化，并说明情况；

答：试验中不同的吸收材料对于γ射线的吸收能力差别明显，以水泥和大理石作对比，由你和吸收系数可以看出大理石拥有较高的伽马射线吸收能力，在屏蔽角度看性能优于水泥。

在图2中可以看出大理石相比于水泥数据波动性更大，由图5中的较大误差恰好说明这点，原因是因为水泥混合物拥有更好的均匀性，而大理石均匀性较差，并且材料的中心厚度可能与边缘测量有差异。