高纯锗探测器测量放射性活度

四、实验装置

高纯锗探测器×1；高压电源×1；电脑（数据处理系统）×1；放射源152Eu（已知活度A=2.75×104Bq)；放射源241Am（未知活度）

五、实验步骤

1、高纯锗探测器的效率曲线图

利用已知活度的放射源152Eu测量高纯锗探测器的效率曲线图：

（1）将放射源152Eu置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，在探测系统中点击“Acquire”，找到“MCBProperties”项，设置工作高压为2000V，测量时间Livetime为600.00s（即10min），点击开始测量

（2）找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值和对应的分支比。

（3）待测量系统显示测量时间Livetime达到设置值，找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。

（4）根据c=S/εηt，单位：(Bq•s-1)计算出每个能量谱线的峰值所对应的探测效率ε，做出探测器探测效率与能量的关系曲线。

2、计算得出放射源241Am的比活度

（1）将放射源241Am置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，探测器参数参见1部分步骤无需更改（测量时间：10min)，点击开始测量。

（2）找出放射源241Am的能量谱线峰值以及相应的分支比。

（3）待测量系统显示测量时间Livetime达到设置值，找出放射源241Am能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。

（4）根据所测得高纯锗探测器的效率曲线图找到241Am能量谱线的峰值能量对应的探测效率ε，根据c=S/εηt，单位：(Bq•s-1)计算出放射源241Am的放射性活度A.。

六、实验数据记录及问题分析

1、高纯锗探测器的效率曲线图

表1：放射源152Eu各项参数值

根据上表数据，以能量为横坐标，

探测效率为纵坐标，用Excel做出

高纯锗探测器的效率曲线图，如图

1：

由图1可看出，探测器的探测效率

与射线放射能量近似呈现乘幂函

数关系，对实验曲线做乘幂拟合，

得出其趋势线公式为

y=2512.7x^(-1.0268)

该趋势线的R2为0.9509，近似于1，可见该趋势线可信度高。

观察曲线图可看出当能量在200keV与300keV之间和400keV与700keV之间时，实验曲线与拟合趋势线符合的不太好，推测原因为：在计算各项能量对应的探测效率时并没有把全吸收峰净面积的误差值计算进去，并且当能量为244.6keV，411.0keV和443.9keV时，在该能量区间，康普顿散射发生几率占主导地位，实验环境中康普顿散射本底大，且此时分支比仅为28%，7%和18%，此时该放射源γ光子的发射几率很小，因此对探测器探测造成了一定影响，故出现了较大的偏差。

2、计算得出放射源241Am的放射性活度

表2：放射源241Am各项参数值

x=59keV代入y=2512.7x^(-1.0268)即可得此时的探测效率ε=38.18.

由c=S/εηt以及A=ct可知A=S/εη,即A=308905/（38.18×35.7%）=2.27×104Bq。

由于在计算并测绘高纯锗探测器效率曲线图和利用A=S/εη计算放射性活度时并没有考虑全吸收峰净面积的误差值，故计算所得241Am放射性活度存在一定的误差。

七、实验结果

1、利用利用已知活度的放射源152Eu测量高纯锗探测器的效率曲线图如图1所示：探测器的探测效率与射线放射能量近似呈现乘幂函数关系，其趋势线公式为y=2512.7x^(-1.0268)，该趋势线的R2为0.9509，近似于1，可见该趋势线可信度高。

2、当能量在200keV与300keV之间和400keV与700keV之间时，实验曲线与拟合趋势线符合的不太好，推测原因为：在计算各项能量对应的探测效率时并没有把全吸收峰净面积的误差值计算进去，并且当能量为244.6keV，411.0keV和443.9keV时，康普顿散射发生几率占主导地位，实验环境中康普顿散射本底大，且此时分支比仅为28%，7%和18%，此时该放射源γ光子的发射几率很小，因此对探测器探测造成了一定影响，故出现了较大的偏差。

3、利用测得的高纯锗探测器探测曲线图计算出对于能量为59keV的241Am的探测效率为

38.18，其放射性活度为2.27×104Bq，计算所得241Am放射性活度存在一定的误差。

八、思考题

1、高纯锗探测器的效率曲线图先高后低的原因分别是什么？

当γ射线进入探测器灵敏体积内时会与探测介质发生相互作用。当其能量小于1022keV时，主要为光电效应以及康普顿散射，当其能量大于1022keV时还会发生电子对效应。对于灵敏体积不大的高纯锗探测器，对吸收峰内的脉冲计数贡献主要来自光电效应，因此，当能量逐渐增加时，发生光电效应的概率就逐渐减小，同时康普顿散射的概率也越来越大，这对吸收峰内的脉冲计数产生了一定程度的影响，由于探测效率是由c=S/εηt以及A=ct计算得到，即在探测时间，活度一定的情况下，探测效率的大小与全吸收峰净面积的大小成正比，

因此，随着能量的增长，对吸收峰内的脉冲计数产生了影响使其减少，对探测效率的测得也相应减小。

2、影响探测器效率大小的因素有哪些？他们的理论计算是怎样的？

（1）几何条件：只有对着探测器的灵敏体积发射的那个立体角内的射线才有可能被记录（不考虑散射的影响）

（2）物质减弱因子。射线从放射源发出往往要穿过源的包装材料、空气和探测器的外壳等才能到达灵敏区。不用射线在这些材料的穿透程度也不同。

（3）作用概率：射线达到灵敏区后与探测介质发生相互作用。探测介质的材料与尺寸不同，产生次级带电粒子的概率也不同，因而探测效率也不同。

（4）记录效率：1）在探测组件中形成信号不一定会被记录下来：对电信号形成的脉冲信号必须高于探测系统所设置的阈值，而阈值的高低又跟噪声有关，并且，探测系统存在死时间也会缺失一部分计数。2）探测系统有时只做选择的测量：只探测γ射线下面的全能峰下面的计数等等。3）探测条件不一样，各种因素的影响也不同：比如测量低能粒子时。探测器的噪声影响比较大，而测量高能粒子时探测系统的分辨时间又是一大问题。

有上述影响因素，因此提出将探测效率分为两大类：源探测效率和本征探测效率。

源探测效率（绝对探测效率）：εs=记录脉冲数/放射源发射的粒子数（或γ光子数）

——与上述四种影响因素有关

本征（探测）效率：εin=记录脉冲数/射到探测器灵敏体积内的粒子数（或γ光子数）——与几何条件无关

当只记录全能峰对应的计数时，此时的探测效率称为峰探测效率，亦可分为源峰探测效率εsp和本征峰探测效率εinp:

εsp=全能峰内的计数/放射源发射的光子数

εinp=全能峰内的计数/射到探测器灵敏体积内的光子数

九、成绩评定