南京大学近代物理实验-γ射线的吸收
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γ射线能谱测定以及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告摘要原子核的能级跃迁可以产生伽马射线，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。
同时通过学习了解伽马射线与物质相互作用的特性,测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数μ。
本实验通过使用伽马闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱；根据当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量。
闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子，闪烁光子入射到光阴极上，光电效应产生光电子，电子会在阳极负载上建立起电信号等原理，对γ射线进行研究。
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，波长短于0.2埃的电磁波，具有很强的穿透性。
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，通过电子学仪器得到它的能谱图。
实验中使用NaI单晶γ闪烁谱仪对γ的能谱进行测定。
最后得到γ射线在160道数及320道数位置的一些相关数据。
在这些位置它的数量和能量的值都比较合适，有一定数量，又有一定的穿透能力。
实验中将了解NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪是如何测量γ射线的能谱，NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的结构、原理与特性；掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使用方法。
并通过对137Cs和60Co 放射源γ能谱的测量，加深对γ射线与物质相互作用的理解以及通过该实验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。
在第一个实验的基础上，采用NaI闪烁谱仪测全能峰的方法测量137Cs的γ射线在铅、铝材料中的吸收系数。
并且通过实验对核试验安全防护的重要性有初步的认识。
关键词γ射线吸收系数μ60Co、137Cs放射源能谱NaI单晶γ闪烁谱仪多道分析器引言γ射线首先由法国科学家P.V.维拉德发现，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射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定[摘要]：测量137Cs 或60Co 的γ射线在一组吸收片（铅、铜或铝）中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数。
[关键词]：γ射线 吸收系数[正文]：窄束γ射线在穿过物质时，由于光电、康普顿、电子对效应，其强度就会减弱，通过这三种过程，γ射线损失能量，每发生一次相互作用，原来能量为h ν的光子消失, 或散射后能量和方向的发生改变, 发生相互作用的光子就从原来γ束中移去。
γ射线通过物质时, 是强度逐渐减弱的过程，而能量保持不变。
γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即x Nx e I e I I r μσ--==00其中，I 0、I 分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm ），σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数（μ=σr N ，单位为cm ）。
实验器材：①γ放射源137Cs 和60Co(强度≈1.5微居里)；②200μmAl 窗NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器；④Pb 、Cu 、Al 吸收片若干。
在γ源的源强约2微居里的情况下，由于专门设计了源准直孔（φ3⨯12mm ），基本达到使γ射线垂直出射；而由于探测器前有留有一狭缝的挡板，更主要由于用多道脉冲分析器测γ能谱，就可起到去除γ射线与吸收片产生康普顿散射影响的作用。
1. 调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。
2. 在闪烁探测器和放射源之间加上0、1、2 片已知质量厚度的吸收片，并存下实验谱图。
3. 计算所要研究的光电峰净面积A i =A g -A b ，这样求出的A i 就对应公式中的I i 、N i 。
4. 分别用作图法和最小二乘法计算吸收片材料的质量吸收系数。
5. 依照上述步骤测量其他金属对137Cs 的γ射线的质量吸收系数。
γ射线的吸收实验报告
丫射线的吸收一、实验目的：1. 了解丫射线在物质中的吸收规律。
2. 掌握测量丫吸收系数的基本方法。
、实验原理：1. 窄束丫射线在物质中的吸收规律。
Y 射线在穿过物质时， 会与物质发生多种作用， 主要有光电效应，康普顿效应和电子对 效应，作用的结果使 Y 射线的强度减弱。
准直成平行束的 丫射线称为窄束 Y 射线，单能窄束 Y 射线在穿过物质时，其强度的 减弱服从指数衰减规律，即：⑴其中|0为入射Y 射线强度，|x 为透射Y 射线强度，X 为Y 射线穿透的样品厚度， 卩为 T ^I x /1。
与厚度X 的关系曲线，便可根据(1)式内部组织病变的诊断和治疗，如 x 光透视，x 光CT 技术，对肿瘤的放射性治疗等。
图1表示铅、锡、铜、铝材料对丫射线的线性吸收系数 □随能量E线性吸收系数。
用实验的方法测得透射率 求得线性吸收系数 4值。
为了减小测量误差，提高测量结果精度。
合来求解。
实验上常先测得多组|x 与X 的值，再用曲线拟则:In I x=I n 10 — A x 由于 可得：Y 射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数 (2)4都有贡献，» ph 为光电效应的贡献， 巴为康普顿效应的贡献，丫光子的能量E r 有关，而且还与材料的原子序数、 能量相同的 Y 射线不同的材料、 4也有不同的值。
医疗上正是根据这一原理，来实现对人体式中 的值不但与LIP 为电子对效应的贡献。
它们原子密度或分子密度有关。
对于Y 变化关系。
hU出、谢.册、粗时*斯维的吗临的氏痰图中横座标以 Y 光子的能量 h u 与电子静止能量 mc 2的比值为单位，由图可见，对于铅低 能Y 射线只有光电效应和康普顿效应，对高能 Y 射线，以电子对效应为主。
为了使用上的方便，定义 卩m =卩/p 为质量吸收系数，P 为材料的质量密度。
则（1）式可 改写成如下的形式:I X = 10e"m式中X m =X P ，称为质量厚度，单位是半吸收厚度X i/2：物质对Y 射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示， 其定义为使入射 Y 射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。
南京大学近代物理实验-γ射线的能量和强度测量
γ射线的能量和强度测量摘要：闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。
本实验利用NaI（Tl）闪烁谱仪，进行γ射线的能量和强度测量。
关键词：NaI（Tl）闪烁谱仪，能量分辨率，探测效率一、实验目的1.了解NaI（Tl）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2.1γ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，将其打出形成光电子。
由于电子束缚能一般远小于入射γ光子的能量，所以光电子动能近似等于入射γ光子的能量。
(2)康普顿散射：入射γ光子与核外电子发生非弹性散射。
设入射γ光子能量为hν，散射光子能为hν′，则反冲康普顿电子的动能Ee为Ee=hν−hν′康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为hν′=hν/[1+α(1−cosθ)] (1)其中α=hν/m e c2为入射γ射线能量与电子静止质量之比。
由(1)式可得，当θ=0时，hν=hν′，这时Ee=0，即不发生散射；当θ=180°时，散射光子能量最小，为hν/(1+2α)，这时康普顿电子的能量最大，为Ee max=hν·2α/(1+2α)(2)所以康普顿电子能量在0至Ee max之间变化。
(3)正负电子对产生：当γ射线能量超过2 m e c2(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很短，当它在物质中耗尽自己的动能，便同物质原子中的轨道电子发生湮灭反应而变成一对能量各为0.511MeV的γ光子。
2.2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。
射线的吸收
实验1.3 射线的吸收实验时间：2010年10月21日【摘要】实验中我们分别探究了γ射线在铜，铝，铅中的吸收规律。
通过这次实验我们希望了解γ射线在物质中的吸收规律，同时掌握测量γ吸收系数的基本方法。
【引言】γ射线在穿透物质时，会被物质吸收，吸收作用的大小用吸收系数来表示。
物质的吸收系数的值与γ射线的能量有关，也与物质本身的性质有关。
正确测定物质的吸收系数，在核技术的应用与辐射防护设计中具有十分重要的意义。
例如工业上广泛应用的料位计、密度计、厚度计，医学上的γ照相技术等都是根据这一原理研究设计的。
【关键词】铜 铝 铅γ射线 吸收【正文】一、 实验原理1.窄束 射线在物质中的吸收规律。
γ射线在穿过物质时，会与物质发生多种作用，主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应，作用的结果使γ射线的强度减弱。
准直成平行束的γ射线称为窄束γ射线，单能窄束γ射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即：其中I 0为入射γ射线强度，I x 为透射γ射线强度，x 为γ射线穿透的样品厚度，μ为线性吸收系数。
用实验的方法测得透射率T=I x /I 0与厚度x 的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数μ值。
为了减小测量误差，提高测量结果精度。
实验上常先测得多组 I x 与x 的值，再用曲线拟合来求解。
则：ln I x =ln I 0−μx （2）由于γ射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数μ都有贡献，可得：μ=μph +μc +μp （3）式中μph 为光电效应的贡献， μc 为康普顿效应的贡献，μp 为电子对效应的贡献。
它们的值不但与γ光子的能量E r 有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。
对于能量相同的γ射线不同的材料、μ也有不同的值。
医疗上正是根据这一原理，来实现对人体内部组织病变的诊断和治疗，如x 光透视，x 光CT 技术，对肿瘤的放射性治疗等。
图1表示铅、锡、铜、铝材料对γ射线的线性吸收系数μ随能量E变化关系。
γ射线的吸收与物质吸收系数的测定
材料物理08-1 XX 同组者：XXX 指导老师：XXX 实验日期：2010年04月11号实验9-3 γ射线的吸收与物质吸收系数的测定测量物质对γ射线的吸收规律，不仅有助于了解γ射线与物质的相互作用机理，而且，作为一种重要的实验方法，在许多科学领域都发挥着巨大的作用。
例如，为了有效地屏蔽γ辐射，需要根据物质对γ射线的吸收规律来选择合适的材料及厚度，反之，利用物质对γ射线的吸收规律可以进行探伤及测厚等。
【实验目的】1、进一步认识γ射线与物质相互作用的规律。
2、测量不同能量的窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。
【实验原理】γ射线与物质发生作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。
对于低能γ射线，与物质的作用以光电效应为主，如果γ射线能量接近1MeV ，康普顿效应将占主导地位，而当γ射线能量超过1.02MeV 时，就有可能产生电子对效应。
准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。
单能的窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度的衰减服从指数规律，即x x N e I e I I r μσ--==00 （9-3-1）其中I 0和I 分别是穿过吸收物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过吸收物质的厚度（单位为㎝），σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中原子数，μ是吸收物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为㎝-1）。
显然μ的大小反映了吸收物质吸收γ射线能力的大小。
需要注意的是，由于γ射线与吸收物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，所以线性吸收系数μ是吸收物质的原子序数Z 和γ射线能量γE 的函数。
考虑到σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，那么线性吸收系数μ就可以表示为p c ph μμμμ++= （9-3-2）式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数，且⎪⎩⎪⎨⎧∝∝∝25ZZZpcphμμμ（9-3-3）从中可以看出线性吸收系数μ与吸收物质的原子序数Z之间的复杂关系。
γ射线在物质中的吸收
γ射线在物质中的吸收一、实验的目的和意义γ射线的测量在核辐射探测工作中占有非常重要的地位。
例如，在核物理研究中，测量原子核激发能级、核衰变纲图、短核的寿命以及进行核反应实验等都离不开γ射线的测量；同时，在放射性矿石分析、测定堆燃料元件的燃耗、实现某些裂变产物的流线分析以及在环境保护工作中分析污染物成分或进行活化分析等也都离不开γ射线的测量。
因此，研究γ射线与物质的相互作用、γ射线在物质中的衰变规律、吸收物质的吸收系数以及学习γ射线探测器的使用等就显得特别重要。
当γ射线穿过物质时，其注量率（单位时间内进入单位截面积小球的粒子数）将逐渐衰减。
对于单能窄束γ射线，在物质中符合负指数衰减规律。
本实验利用放射性核素137Cs衰变产生的γ光子（能量0.662MeV），经准直器准直后，通过观察γ探测器上（半导体高纯锗探测器）的计数的变化，研究其在不同物质中的衰减规律，计算出不同物质的吸收系数。
本实验的目的是学习γ探测器（半导体高纯锗探测器）的工作原理和使用方法；并在此基础上，利用半导体高纯锗探测器验证单能窄束γ射线在穿过物质时遵守指数衰减规律，并由此计算出各吸收物质的吸收系数。
通过实验要求学生掌握以下知识：1.学习半导体高纯锗探测器的设置和使用方法2.学会手工和电脑绘制物质厚度-计数的关系曲线3.掌握物质吸收系数的测量和计算方法4.比较不同吸收物质间吸收曲线的差异二、实验原理（1）γ射线的吸收当γ射线穿过物质时，γ射线与物质相互作用的主要三种形式：光电效应、康普顿效应和形成电子对效应。
这三种主要作用形式发生的几率（反应截面）与光子能量、吸收物质的原子序数如图8.1所示。
一般来说，低能量的光子与物质作用的主要形式是光电效应；中等能量的光子与物质作用的主要形式是康普顿效应；高能量的光子与物质作用的主要形式是形成电子对效应。
（2）窄束当γ射线穿过一定厚度的物质时，有些与物质发生了相互作用，有些则没有。
如果光子与物质发生光电效应或电子对效应，则光子完全被物质吸收；如果发生康普顿效应，则光子被散射，部分能量被吸收，散射光子亦可能穿过物质层。
γ能谱及γ射线的吸收
影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。
3、物质对 γ 射线的吸收 当 γ 射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子 就消失或通过散射改变入射方向。 通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成 的射线称为窄束 γ 射线（或良好几何条件下的射线束） 。实验表明，单能窄束 γ 射线的衰减遵循指数规律： （8） 其中 、 分别是通过物质前、后的 γ 射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积 表示， 是 γ 射线通过物质的厚度， 是三种作用截面之和，N 是吸收物质单位
k 1.17 0.661 MeV N 2 N1 b (0.661 1.17) k ( N1 N 2 ) MeV 2
（6）
将测得的未知光电峰对应的道址 N 代入 E kN b 即可得到对应的能量值。 （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过程，如 γ 光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、 荧光光子在光阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级倍增等等，这些统计涨 落使脉冲的幅度服从统计规律而有一定分布的。 定义谱仪能量分辨率 ：
E 2 (1 c o s) Ee 2 m0 c E (1 c o s) E m0 c 2 1 E (1 c o s)
（2）
式中 m0 c 2 为电子静止质量，角度 θ 是 γ 光子的散射角，见图 2.2.1-2 所示。 由图看出反冲电子以角度 φ 出射，φ 与 θ 间有以下关系：
2.2、γ 能谱的形状 闪烁 γ 能谱仪可测得 γ 能谱的形状，图 2.2.1-6 所示是典型 137Cs 的 γ 射线能 谱图。图的纵轴代表各道址中的脉冲数目，横轴为道址，对应于脉冲幅度或 γ 射 线的能量。 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 E 。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） ，其全部能量 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 E z Bi 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 Ee E z 的全部能量，所以光电峰的能量就代表 γ 射线 的能量，对 137Cs ，此能量为 0.661MeV。
实验2 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告
错误！未定义书签。=1.6983/cm
错误！未定义书签。=1.5699/cm
错误！未定义书签。=1.8537/cm
错误！未定义书签。=1.5843/cm
错误！未定义书签。=1.3041/cm
求平均值=(μ01+μ02+μ03+μ04+μ12+μ13+μ14+μ23+μ24+μ34）/10≈1.5638cm
本实验研究的主要是窄束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，通过吸收片后的γ光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。窄束γ射线在穿过物质时，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，即
（1）
其中，I0、I分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm），σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm）。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
5.依照上述步骤测量Al和Pb对137Cs的γ射线的质量吸收系数μAl、μPb。
6.整理仪器，经教师检查签字离开。
数据处理计算吸收系数μ
E=0.661MeV
对于Al,质量密度为2.70 g/cm2
块数
R
N
0
0
2812
7.94
1
2.57
1807
7.50
2
5.01
1315
7.18
3
7.46
900
6.80
与理论值1.213/cm比较，误差ε=29%
γ能谱及γ射线的吸收2012
γ能谱及γ射线的吸收（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）（本实验当堂提交实验报告）根据原子核结构理论，原子核能级属于分立能级。
当处于激发态2E 上的核跃迁到低能级1E 上时，就发射γ射线。
放出的光量子能量12E E hv -=，此处h 为普朗克常数，ν为γ光子的频率。
原子核衰变放出的γ射线的能量反映了核能级差，且能量大小通常为特征能量，因此通过测量γ射线强度按能量的分布即γ射线能谱，可以用于研究核能级、核衰变纲图等，在放射性分析、同位素应用及鉴定核素等领域有重要的意义。
当γ射线穿过物质时，可能通过光电效应、康普顿效应和电子对效应（当）而损失能量，强度逐渐减弱，这种现象称为物质对γ射线的吸收。
目前物质对γ射线的吸收规律广泛应用于工业、科研、医疗、资源勘探、环境保护许多领域。
闪烁γ能谱仪具有实用范围广、探测效率高、时间分辨小、价格低廉等优点，是测量γ射线能谱最常用的工具。
本实验的目的是学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律。
实验原理1、 γ射线与物质的相互作用γ射线与物质原子之间的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应。
1）光电效应当能量γE 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．发射出光电子的动能i e B E E -=γ （1）i B 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。
例如L 层电子跃迁到K 层，放出该原子的K 系特征X 射线。
2）康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而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。
计算给出反冲电子的动能为)cos 1(1)cos 1()cos 1(20202θθθγγγγ-+=-+-=E cm E E c m E E e （2）式中20c m 为电子静止质量，角度θ是γ光子的散射角，见图2.2.1-2所示。
γ射线的吸收与物资吸收系数μ的测定
量大大超过电子的结合能时，光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转 移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化，即所谓的康 普顿效应，光子能量在 1MeV 左右时，这是主要的相互作用方式； 若入射光子的能量超过 1.02MeV，则电子对的生成成为可能。在带电粒子的库仑场中， 产生的电子对总动能等于光子能量减去这两个电子的静止质量能(2mc2=1.022MeV)。
五．实验步骤
1．调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定
实验报告课程名称：近代物理实验II实验项目名称：γ射线的多道测量专业：物理学学号：姓名：联系方式：实验地点：实验日期：上交日期：指导教师：1、前言和实验目的1) 了解γ射线与物质相互作用的特性2) 了解窄束γ射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数2、实验原理γ射线是原子核从激发态跃迁到基态释放出的光子。
γ射线与被束缚在原子中的电子、自由电子、库仑场(核或电子的)、核子(单个核子或整个核)相互作用，可导致以下三种结果：a) 低能时，光电效应为主； b) 康普顿效应；c) 若入射光子的能量超过1.02MeV ，则电子对的生成成为可能。
从上面可看出，不论发生哪种情况，γ射线穿过物质时，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”来表示γ射线对物质的穿透情况。
本实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。
γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即x Nx e I e I I r μσ--==00，吸收系数μ是物质的原子序数Z 和γ射线能量的函数，且：p c ph μμμμ++=ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。
实际工作中常用质量厚度R m （g/cm 2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。
因此（3—1）式可表达为ρμ/0)(R m e I R I -=对上式取对数得：0ln ln N R N m+-=ρμ可见，ρμ/m 可以从这条直线的斜率求出，即1212ln ln R R N N m --=-ρμ物质对γ射线的吸收能力也经常用“半吸收厚度”表示。
所谓“半吸收厚度”就是使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质的厚度，记作：μμ693.02ln 21==d（请用自己的话来概括，不要照抄原文） 3、实验器材实验器材：①γ放射源137Cs 和60Co(强度≈1.5微居里)；②200 mAl 窗NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器；④Pb 、Cu 、Al 吸收片若干。
γ射线的吸收(338)
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级：应用物理学09-2班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师：γ射线的吸收【实验目的】1、进一步认识γ射线与物质相互作用的规律。
2、测量不同能量的窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。
【实验原理】γ射线与物质发生作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。
对于低能γ射线，与物质的作用以光电效应为主，如果γ射线能量接近1MeV ，康普顿效应将占主导地位，而当γ射线能量超过1.02MeV 时，就有可能产生电子对效应。
准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。
单能的窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度的衰减服从指数规律，即x x N e I e I I r μσ--==00 （9-3-1）其中I 0和I 分别是穿过吸收物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过吸收物质的厚度（单位为㎝），σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中原子数，μ是吸收物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为㎝-1）。
显然μ的大小反映了吸收物质吸收γ射线能力的大小。
需要注意的是，由于γ射线与吸收物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，所以线性吸收系数μ是吸收物质的原子序数Z 和γ射线能量γE 的函数。
考虑到σr 是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，那么线性吸收系数μ就可以表示为p c ph μμμμ++= （9-3-2）式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数，且⎪⎩⎪⎨⎧∝∝∝25Z Z Z p c ph μμμ （9-3-3） 从中可以看出线性吸收系数μ与吸收物质的原子序数Z 之间的复杂关系。
对于线性吸收系数μ与γ射线能量γE 之间的关系也比较复杂，并且随吸收物质的不同而存在显著差别。
图9-3-1给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收 系数μ与γ射线能量γE 之间的关系曲线。
γ射线的吸收和物质吸收系数的测量
实验2-2 γ射线的吸收和物质吸收系数的测量摘要：本文通过对γ射线与物质相互作用的相关知识介绍，使读者对不同作用的特点有基本的了解，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：核技术；γ射线；光电效应；康普顿效应；吸收系数引言：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，就有可能辐射出不同能量的γ射线。
不同能量的γ射线与物质的相互作用效果不同，为了有效地屏蔽γ辐射，需要根据物质对γ射线的吸收规律来选择合适的材料及厚度，反之，利用物质对γ射线的吸收规律可以进行探伤及测厚等。
因此研究不同物质对γ射线的吸收规律的现实意义非常巨大，如在核技术的应用与辐射防护设计和材料科学等许多领域都有应用。
正文：γ射线在吸收物质中会和物质中的束缚电子、自由电子、库伦场、核子发生相互作用，并且单次作用不可导致完全吸收或散射，理论上，相互作用有12个过程，但是对于10KeV 到10MeV 之间的γ射线来说，主要有三个效应，下面我们简单地介绍一下γ射线与物质相互作用的三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。
光电效应是指γ射线光子在与吸收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。
康普顿效应是指入射γ射线光子与吸收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。
最后是电子对效应，其是指γ射线光子在吸收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。
试验2γ射线的吸收
实验2 γ射线的吸收实验目的1. 了解γ射线在物质中的吸收规律。
2. 测量γ射线在不同物质中的吸收系数。
3. 学习正确安排实验条件的方法。
实验内容1. 选择良好的实验条件，测量60Co 的γ射线在一组吸收片（铅、铜或铝）中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。
2. 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。
原理1. 窄束γ射线在物质中的衰减规律γ射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应（当γ射线能量大于1.02MeV 时，才有可能产生电子对效应）。
准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。
单能的窄束γ射线在穿过物质时，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。
γ射线强度的衰减服从指数规律，即x Nx e I e I I r μσ--==00 （1）其中I 0, I 分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过物质的厚度（单位是cm ），σr 是三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ 是物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为cm -1）。
显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率n 总是与该时刻的γ射线强度I 成正比，因此I 与x 的关系也可以用n 与x 的关系来代替。
由（1）式可以得到：x e n n μ-=0 （2）x n n μ-=0ln ln （3）可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那么这条吸收曲线就是一条直线，该直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数μ 。
由于γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量E γ和吸收物质的原子序数Z 而变化，因此单能γ射线的线性吸收系数μ是物质的原子序数Z 和能量E γ的函数。
ph c p μμμμ=++式中ph μ、c μ、p μ分别为光电效应、康普顿效应、电子对效应的线性吸收系数。
其中52ph c p Z Z Z μμμ∝∝∝ 图2给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的关系曲线。
γ射线质量吸收测量中
05.08.2021
近代物理实验
结论
本实验装置的最佳条件
定计数法 距离尽量近一点！
定时法 不超过3.5cm 2.5-3.0cm
本实验装置需要改进
05.08.2021
近代物理实验
05.08.2021
近代物理实验
05.08.2021
近代物理实验
THANK YOU!
定时法 源于探头之间的距离分别为 1.7; 2.3; 3.0; 3.6; 4.6㎝ 定时：300s
05.08.2021
近代物理实验
3.实验结果与分析
定计数法
d (cm) 1.7 2.3 3.0 3.6
μ(g/c㎡) 0.100 0.097 0.089 0.087
05.08.2021
近代物理实验
γ射线质量吸收测量中
原理与方法
I I0e
μ：质量吸收系数 ξ：质量厚度
05.08.2021
近代物理实验
实验装置
05.08.2021
近代物理实验
用定计数法
lnt0lntn
用定时法
lnslns0n
n：片数
05.08.2021
近代物理实验
实验
定计数法 源于探头之间的距离分别为 1.7; 2.3; 3.0; 3.6㎝ 定计数：30000
误差（%） 6.5 9.3 16.8 18.7
定时法
d
μHale Waihona Puke 误差(㎝)(g/c㎡) （%）
1.7
0.109 5
2.34
2.3
05.08.2021
0.106 6
0.37
近代物理实验
分析
定计数法
05.08.2021
实验2γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告 (1)
近代物理实验报告γ射线的吸收与物质吸收系数测定学院数理与信息工程学院班级光信081班姓名陈亮学号08620114时间2011年04月27日γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定班级：光信081 姓名：陈亮学号：08620114摘要：学会NaI(Tl)单晶Υ闪烁体整套装置的操作、调整和使用；在此基础上测量137Cs和60Co 的Υ能谱，求出能量变化率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形；了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶Υ谱测量中的数据采集及其基本功能，在数据处理中包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等。
通过测量137Cs和60Co的Υ射线的吸收曲线，研究Υ射线与物质（被束缚在原子中的电子、自有电子、库仑场、核子）相互作用的特性，了解窄束Υ射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。
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。
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γ射线的吸收
摘要：闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。
本实验
利用NaI （Tl ）闪烁谱仪测量γ射线的吸收系数。
关键词：NaI （Tl ）闪烁谱仪，吸收系数
一、引言
γ射线在穿透物质时，会被物质吸收，吸收作用的大小用吸收系数来表示。
物质的吸收系数的值与γ射线的能量有关，也于物质本身的性质有关。
正确测定物质的吸收系数，在核技术的应用于辐射防护设计中具有十分重要的意义。
例如工业上广泛应用的料位计、密度计、厚度计，医学上的γ照相技术等都是根据这一原理研究设计的。
二、实验原理
1.窄束射线在物质中的吸收规律。
γ射线在穿过物质时，会与物质发生多种作用，主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应，作用的结果使γ射线的强度减弱。
准直成平行束的γ射线称为窄束γ射线，单能窄束γ射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即： x
x e I I μ-=0
其中I 0为入射γ射线强度，I x 为透射γ射线强度，x 为γ射线穿透的样品厚度，μ为线性吸收系数。
用实验的方法测得透射率T=Ix/I0与厚度x 的关系曲线，便可根据上式求得线性吸收系数μ值。
为了减小测量误差，提高测量结果精度。
实验上常先测得多组Ix 与x 的值，再用曲线拟合来求解。
则：
x I I x μ-=0ln ln
由于γ射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数μ都有贡献，可得：
p
c ph μμμμ++= 式中ph μ为光电效应的贡献，c μ为康普顿效应的贡献，p μ为电子对效应的贡献。
它们的值不但与γ光子的能量Er 有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。
对于能量相同的γ射线不同的材料、μ也有不同的值。
医疗上正是根据这一原理，来实现对人体内部组织病变的诊断和治
疗，如x 光透视，x 光CT 技术，对肿瘤的放射性治疗等。
图1表示铅、锡、铜、铝材料对γ射线的线性吸收系数μ随能量E 变化关系。
图中横坐标以γ光子的能量νh 与电子静止能量2c m e 的比值为单位，由图可见，对于铅低能γ射线
只有光电效应和康普顿效应，对高能γ射线，以电子对效应为主。
为了使用上的方便，定义
ρμμ/=m 为质量吸收系数，ρ为材料的质量密度。
则可改写成如下的
形式： m
m x x e I I μ-=0
式中ρ⋅=x x m ，称为质量厚度，单位是2/cm g 。
2．半吸收厚度1/2x ：
物质对γ射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射γ射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。
μ2ln 2/1=
x 显然也与材料的性质和γ射线的能量有关。
三、实验步骤
1.检查测量装置，了解各部件的名称、功能及其基本性能。
2.开电源，选择合适的工作条件，予置计数时间60秒并保持不变。
3.依次改变样品的厚度，记下相应的透射计数x I 1。
4.样品测量完毕，取出放射源，测得本底值b I ，则有b x x I I I -=1
5.用最小二乘法求得样品的线性吸收系数μ及半吸收厚度2/1d 。
6.测量结束，归还放射源，关机。
四、 数据处理及误差分析
1.放射源及标准值
本实验所用放射源（137Cs ）编号：432，放射源强度为375.310Bq ⨯，射线能量是0.66MeV 。
铅、铜、铝的γ射线吸收系数分别为
111
1.13,0.582,0.184Pb Cu Al cm cm cm μμμ---===
2.本底计数（60s ）：
不加吸收片和放射源，两次记录60s 的本底计数并求平均：
123684,3581,3633b b b I I I ===
3. Pb 样品
以扣除本底计数的自然对数为纵坐标，吸收片厚度为横坐标可得下图
用0ln ln x I x I μ=-+拟合可得
()1
1.1020.014ln 8.7040.009cm I μ-⎧=±⎪⎨=±⎪⎩
μ的相对误差为
2.48%μδ=
那么半吸收厚度为
12ln 2
0.629cm x μ
==
4.Cu 样品
仿铅的处理方法可得下图
并且直线的拟合方程为
ln 0.45548.647x I x =-+
也就是
1
0.455421.75%cm
μμδ-⎧=⎪⎨=⎪⎩
并且
12ln 2
1.522x cm μ=
=
5.Al 样品
仿铅的处理方法可得下图
并且直线的拟合方程为
ln 0.12878.660x I x =-+
也就是
1
0.128730.05%cm
μμδ-⎧=⎪⎨=⎪⎩
并且
12ln 2
5.386x cm μ=
=
五、思考题
1. 设铅的1
1.0cm μ-=，铝的10.2cm μ-=，为了使γ辐射强度将为原来的1/10，所需防护层厚度各为多少厘米？
答：
由
0x x I I e μ-=
可得
ln10x μ=
对于铅： 2.302x cm =
对于铝：11.513x cm =
2. 待测的γ光子的能量与入射光子的能量是否相同？为什么？
答：不相同。
对γ光子的吸收主要来自于三种作用：光电效应、康普顿效应、电子对效应。
其中康普顿效应由于光子将一部分能量传递给电子，所以放出的光子能量小于入射光子的能量，光电效应不会再放出光子。
3.
实验布置中，为什么要把放射源、准直孔、探测器的中心保持在同一直线上？
答：当三者处于同一直线上时探测器收到的射线都近似是垂直穿过吸收片，在吸收片内部穿过的距离与吸收片厚度近似相同。
如果三者不再同一直线上那么探测器接收到的信号所对应的吸收片厚度也就不是游标卡尺的测量值了。
4.
何为半吸收厚度？其值与哪些因素有关？
答：物质对γ射线的吸收能力常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射γ射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。
μ2
ln 2/1=x
主要与材料的吸收系数有关，而材料的吸收系数主要与材料本身的原子序数（如果是纯物质），分子密度、原子密度有关，此外，还与γ光子的能量r E 有关。
5. 为何铜、铝的吸收系数测量结果误差较大？
答：测量本底计数时的情形应与测量放射源被吸收时的情形相同，也就是每次测量放射源的吸收情况时，应该取下放射源，但保持吸收片不动，测量本底计数。
而本实验中采取的去掉所有吸收片和放射源测量本底计数的方法是不科学的。
而由于铅板较薄，铝、铜块较厚，本实验测量出的本底计数与有铅板时的本底计数接近，而与有铝、铜时的本地计数相差较大。
这就导致计算出的相应的 射线吸收系数误差较大。
参考文献
[1]黄润生，沙振舜，唐涛等，近代物理实验（第二版），南京大学出版社，2008.。