用闪烁谱仪测γ射线能谱

用闪烁谱仪测γ射线能谱
PB05210153 蒋琪
实验原理
1.γ能谱的形状
闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型Cs 137的γ射线能谱图。

图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。

从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰e E ，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量γE 。

这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。

光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量i z B E =的X 射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了z e E E +的全部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对Cs 137，此能量为0.661Ｍe Ｖ。

C E 即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。

背散射峰b E 是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体
内，形成的光电峰，一般峰很小。

2．谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度
闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。

但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。

如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。

因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。

例如选择Cs 137的光电峰γE ＝0.661Ｍe Ｖ和Co 60的光电峰MeV E 17.11=γ、MeV E 33.12=γ等能量值，先分别测量两核素的γ能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。

可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。

如果对应MeV E 661.01=的光电峰位于Ａ道，对应MeV E 17.12=的光电峰位于Ｂ道，则有能量刻度
MeV A
B e --=
661
.017.1 （1）
测得未知光电峰对应的道址再乘以e 值即为其能量值。

（2）谱仪分辨率
γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。

由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。

光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。

如图 2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率η为
%100⨯∆=∆=
V
V
E E 光电峰脉冲幅度半高度η （2） η表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。

目前一般的
闪烁谱仪分辨率在10%左右。

对 的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。

实验内容
1、调节550V共压稳定20分钟，直至峰值计数大于1000。

2、识别137Cs的γ谱峰。

3、测量137Csγ射线光电峰与放大器放大倍数的关系，取10个数据绘图。

4、在合适高压及放大倍数下
①测137Cs的两峰道址，求能量刻度e和分辨率η，取20点绘图。

②测60Co的两峰道址，由e求出其能量，分析，取20点画图。

③由上述四峰再求2个能量刻度。

④作能量定标曲线。

数据处理
1.测量137Csγ射线光电峰与放大器放大倍数的关系，有下表：
放大倍数 3.45 3.1 2.7 2.3 1.9 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 光电峰道址535 496 457 415 372 328 295 265 234 198
由以上表格数据画出两者的关系曲线如下：
以下为Origin线性拟合的过程：
[2007-4-7 13:55 "/Graph1" (2454197)]
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
A 168.54063 1.07999
B 106.38405 0.52293
R SD N P
0.9999 1.68902 10 <0.0001
易见，137Csγ射线光电峰道址与放大器放大倍数线性相关。

斜率为106。

2．测137Cs的两峰道址
※背散射峰：81 光电峰：406 ※测量的20个点:
道址 20 40 102 224 283 380 478 553 584 617
计数 2192 1543 1608 1277 1144 996 990 1075 1027 787 道址 667 700 718
751
772
803 838 860 890 912 计数
659
532
814 1581 1021
253
801
1161
561 166
※ 两个半高峰的道址：383，112 （1） 计算能量刻度：
由公式（1）： e=
0.6610.184
40681
--=1.468keV
（2） 计算分辨率：
由公式（2）：
%100⨯∆=∆=
V V E E 光电峰脉冲幅度半高度η=383112
406
-=66.7% （3） 画出137Cs γ的能谱图：
3．测60Co的两峰道址:
※光电峰1：751 光电峰2：860
※60Co能谱的20个点：
道址20 40 102 224 283 380 478 553 584 617 计数2192 1543 1608 1277 1144 996 990 1075 1027 787 道址667 700 718 751 772 803 838 860 890 912 计数659 532 814 1581 1021 253 801 1161 561 166 （1）计算两峰的能量：
由2所得结果：e=1.468keV
则：E1=751⨯1.468keV=1.10MeV
E2=860⨯1.468keV=1.26 MeV。

分析：光电峰２能量比光电峰１的能量高，
（2）画出60Co能谱图：
４．由四个峰再求两个能量刻度值：
60Co光电峰１与137Cs 光电峰：11.170.661
1.475
751406
e keV
-
==
-
60Co光电峰２与137Cs 背闪射峰：2
1.330.184
1.471
86081
e keV
-
==
-
５．作能量定标曲线。

各峰的道址与计数值：
元素
项目
137Cs 60Co
背闪射峰光电峰光电峰１光电峰２道址81 406 751 860
能量(Mev) 0.184 0.661 1.17 1.33 由上表得能量定标曲线为：
下面为Origin线性拟合的结果：
[2007-4-7 15:10 "/Graph2" (2454197)]
Linear Regression for Data3_B:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 0.06265 0.00101
B 0.00147 1.44414E-6
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
1 4.84035E-4 3 6.23721E-4
------------------------------------------------------------
易见，能量刻度
相差无几。

思考题
用闪烁谱仪测量γ射线能谱的时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出137Cs和60Co的光电峰，应如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？
答：。