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60
Co(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。
一、 实验名称： 吸收实验 二、实验目的： 1.学习填料塔的操作； 2. 测定填料塔体积吸收系数K Y a. 三、实验原理： 对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。 （一）、空塔气速与填料层压降关系 气体通过填料层压降△P 与填料特性及气、液流量大小等有关，常通过实验测定。 若以空塔气速o u [m/s]为横坐标，单位填料层压降 Z P ?[mmH 20/m]为纵坐标，在双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。当液体喷淋量L 0=0时，可知 Z P ?~o u 关系为一直线，其斜率约—2，当喷淋量为L 1时， Z P ?~o u 为一折线，若喷淋量越大，折线位置越向左移动，图中L 2＞L 1。每条折线分为三个区段， Z P ?值较小时为恒持液区， Z P ?~o u 关系曲线斜率与干塔的相同。Z P ?值为中间时叫截液区，Z P ?~o u 曲线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点A 。 Z P ?值较大时叫液泛区，Z P ?~o u 曲线斜率大于10，截液区与液泛区之间的转折点叫泛点B 。在液泛区塔已无法操作。塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间，此时塔效率最高。 吸收实验
图2-2-7-1 填料塔层的 Z P ?~o u 关系图 图2-2-7-2 吸收塔物料衡算 （二）、吸收系数与吸收效率 本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。其吸收速率方程可用下式表示： m Ya A Y H K N ???Ω?= （1） 式中：N A ——被吸收的氨量[kmolNH 3/h]； Ω——塔的截面积[m 2] H ——填料层高度[m] ?Y m ——气相对数平均推动力 K Y a ——气相体积吸收系数[kmolNH 3/m 3 ·h] 被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2）：
(3 ) 实验3：伽马射线的吸收 实验目的 1 ? 了解 射线在物质中的吸收规律。 2。测量 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。 内容 1. 选择良好的实验条件,测量 60 Co （或 137 CS)的 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.窄束射线在物质中的衰减规律 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 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 射线，通常称为窄束 射线。单能的窄束 射线在穿过物质时， 其强度就会减弱，这种现象称为 射线的吸收。 射线强度的衰减服从指数规律，即 =1 性吸收系数(P= σr N ，单位为Cm ）。显然μ的大小反映了物质吸收 Y 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 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。由式我们可以得到 —X n = n °e （2 ) 可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末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 J . r NX I o e ∣°e'x 其中∣o ,∣分别是穿过物质前、后的 射线强度，X 是射线穿过的物质的厚度（单位 为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, J 是物质的线 In n=l n n °- J X
10 计 ?104 専 ,LO3 IO1 厚反。K 图1 γ???S??X 由于射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射射线的能量E和吸收物质的原子序数Z而变化，因此单能射线的线性吸收系数是物质的原子序数 Z和能量E L f的函数. 式中^Ph、％、”p分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。其中 物质对射线的吸收系数也可以用质量吸收系数^m来表示。
1.3 γ射线的吸收 一、【实验目的】 1. 了解γ射线在物质中的吸收规律。 2. 掌握测量γ吸收系数的基本方法。 二、【实验原理】 1. 窄束 γ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 (1) 其中 0I 为入射 γ射线强度， x I 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 0/I I T x =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 x I 与 x 的值，再用曲线拟合来求解。则： x I I x μ-=0ln ln （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： p c ph μμμμ++= （3） 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 γ变化关系。
图中横座标以 γ光子的能量 υh 与电子静止能量mc 2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μm =μ/ρ为质量吸收系数，ρ为材料的质量密度。则（1）式可改写成如下的形式： m m x x e I I μ-=0 （4） 式中x m =x·ρ，称为质量厚度，单位是g/cm 2。 半吸收厚度x 1/2： 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。由（1）式可得： μ2 ln 2 1= x （5） 显然也与材料的性质和 γ射线的能量有关。图2表示铝、铅的半吸收厚度与E γ的关系。若用实验方法测得半吸收厚度，则可根据（4）求得材料的线性吸收系数μ值。 三、【实验内容与要求】 1．按图3检查测量装置，调整探测器位置，使放射源、准直孔、探测器具有同一条中心线。 2．打开微机多道系统的电源，使微机进入多道分析器工作状态（UMS ）。 3．选择合适的高压值及放大倍数，使在显示器上得到一个正确的60Co γ能谱。 4．测量不同吸收片厚度x 的60Co 的能谱，并从能谱上计算出所要的积分计数 x I 。 5．测量完毕，取出放射源，在相同条件下，测量本底计数 b I 。
近代物理实验报告指导教师：得分： 实验时间： 2009 年 12 月 14 日，第十六周，周一，第 5-8 节 实验者：班级材料0705 学号 5 姓名童凌炜 同组者：班级材料0705 学号 7 姓名车宏龙 实验地点：综合楼 507 实验条件：室内温度℃，相对湿度 %，室内气压 实验题目：物质对伽马射线的吸收 实验仪器：（注明规格和型号） 射线放射源；闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；吸收片若干。 仪器组成如下图所示： 实验目的： 1.了解掌握射线与物质相互作用的性质和特点 2.学习掌握物质对射线的吸收规律 3.测量射线在不同物质中的吸收系数 4. 实验原理简述： 当原子核发生α和β衰变时，通常衰变到原子 核的激发态，由于处于激发态的原子核是不稳定的， 它要向低激发态跃迁，同时往往放出γ光子，这一现 象称为γ衰变。γ光子会与下列带电体发生相互作 用，原子中的束缚电子，自由电子，库伦场及核子。 这些类型的相互作用可以导致下列三种过程的一种发生：光子完全吸收、弹性散射、非弹性散射。如右所示为为γ射线与物质相互作用的示意图
图中的三种状况分别为： 1. 低能时以光电效应为主。 2. 光子可以被原子或单个电子散射到另一方向，其能量可损失也可不损失。 3. 若入射光子的能量超过，则电子对的生成成为可能 从上面的讨论可以清楚地看到，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能量损失，γ射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为的光子就消失，或散射后能量改变、偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射束中移去。γ射线穿过物质是，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。所谓窄束γ射线是指不包括散射成分的射线束通过吸收后的光子，仅由未经相互作用或未经碰撞的光子组成。射线束有一定宽度，只要没有散射光子，就可称之为“窄束”。 射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即x e I I μ-=0 I 和0I 分别是穿透物质前后的γ射线强度；x 是γ射线穿过物质的厚度是光电、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是物质的吸收系数， 反映了物质吸γ收射线能力的大小， 并且可以分解成这样几项： p c ph μμμμ++= γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而改变。 如右所示， 图中给出了铅对γ射线的吸收系数与γ射线能量的线性关系图。 实际中通常用质量厚度)(2 -??=cm g x R m ρ来表示 吸收体的厚度，以消除密度的影响， 则射线强度的表达式修改为：ρ μ/0)(m R m e I R I -= 计数率N 总是与该时刻的射线强度成正比，因此可得：0InN R InN m +- =ρ μ 将对数形式的吸收曲线表达为图像， 得到这样的一条直线， 如右图所示. 并且可以从这条直线的斜率求出
实验九Y射线的吸收与物质吸收系数U的测定 实验目的 1 .了解射线与物质相互作用的特性 2.了解窄束射线在物质中的吸收规律 3?测量其在不同物质中的吸收系数 实验原理 一、射线与物质的作用 射线是由于原子核由激发态到较低的激发态退激（而原子序数Z和质量数A均保持不变）的过程中产生的，包括：（1）或衰变的副产品（2）核反应（3） 基态激发三部分，是处于激发态原子核损失能量的最显著方式；由于射线具不 带电、静止质量为0等特点决定了它同物质的作用方式与带电粒子不同，带电粒子（或粒子等）在一连串的多次电离和激发事件中不断地损失其能量，而射线与物质的相互作用却在单次事件中完全吸收或散射。光子（射线）通过物体时会与其中的下述带电体发生相互作用： 1）被束缚在原子中的电子； 2）自由电子（单个电子）； 3）库仑场（核或电子的）; 4）核子（单个核子或整个核）。 这些类型的相互作用可以导致：光子的完全吸收、弹性散射、非弹性散射三 种效应中的一种（在从约10KeV到约10MeV范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种）表现为： 光电效应: 低能光子所有的能量被一个束缚电 子吸收，核电子将其能量的一部分用来克 服原子对它的束缚，成为光电子；其余的 能量则作为动能，发生光电效应。 （光电效 应）
康普顿效应: 光子还可以被原子或单个电子散射， 当 光子的能量（约在 1MeV ）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，发生康普顿效应。 电子对效应： 若入射光子的能量超过 1.02MeV ， 光子在带电粒子的库仑场作用下则 可能产生正、负电子对，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（2mc 2=l.022MeV ） 子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量； 射线一旦与吸收物质 原子发生这三种相互作用，原来能量为 h 的光子就消失，或散射后能量改变、 并偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射 束中移去。 二、物质对 射线的吸收规律： 作用特点： 射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的 能量转移；它不同于带电粒子穿过物质时，经过许多次小能量转移的碰撞来损失 它的能量。带电粒子在物质中是逐渐损失能量， 最后停止下来，有射程概念； 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” 来表示射线对物质的穿透情况。 吸收规律：本实验研究的主要是窄束 射线在物质中的吸收规律。所谓窄束 射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的 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” 一词是实验上通过准直器得到细小的束而 从上面的讨论可以清楚地看到，当 光子穿过吸收物质时，通过与物质原 （电子对效应）
第四节X射线在物质中的衰减
扩散衰减 引起X 射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括传播过程中扩散衰减和吸收衰减两方面 对于均匀介质中的X 射线源在空间各个方向辐射时，若不考虑介质的吸收，与普通点光源一样，在半径不同的球面上，X 射线的减弱遵守反平方规律即： 212221r r I I 式中I 1，I 2分别为r 1和r 2的球面上X 射线的强度。 吸收衰减X 射线通过物质时，与物质发生相互作用过程中由于吸收和散射导致入射方向X 射线强度减少。 适用于真空
一、单能X 射线在物质中的衰减规律 单能窄束X 射线在物质中的衰减规律可表示为 0x I I e μ-=X 射线强度衰减到其初始值一半时所需某种物质的衰减厚度定义为半价层（half-value layer, HVL). 1. 衰减规律 2. 半价层μ 693 .0=HVL 3. 宽束X 射线宽束X 射线就是指含有散射线成分的X 射线束。
线性衰减系数，不是一个常数，而是与吸收体的厚度，面积，形状，探测器和吸收体间的距离以及光子的能量有关。 是积累因子，描述了散射光子 对辐射衰减的影响 x e BI I μ-=01-34
n s s n n N N N N N N N B n +=+==1n N 为物质中所考虑那一点的未经相互作用原射线光子计数率；1-35 物理意义：其大小反映了在考虑那一点散射光子对光子数的贡献。对宽束而言B>1,理想窄束条件下B=1. B 近似计算： s N 为物质中所考虑那一点的散射线光子计数率； 1B x μ=+
二、连续X 射线在物质中的衰减规律 一般情况下，X 射线束是由能量连续分布的光子组成。当穿过一定厚度的物质时，各能量成分衰减的情况并不一样，它不遵守单一的指数衰减规律，因此连续X 射线的衰减规律比单能X 射线复杂的多。理论上连续能谱窄束X 射线的衰减可由下式描述 12n I I I I =+++ 1201020n x x x n I e I e I e μμμ---=+++ 式中，I 1、I 2、……I n 表示各种能量X 射线束的透过强度；I 01、I 02、……I 0n 表示各种能量X 射线束的入射强度； x 为吸收物质层的厚度。 1μ2μn μ、、……表示各种能量X 射线1. 连续X 射线的衰减规律
实验火焰原子吸收法测定水样中铜的含量 —标准曲线法 一、实验目的 （1）学习原子吸收分光光度法的基本原理； （2）了解原子吸收分光光度计的基本结构及其使用方法 （3）学习原子吸收光谱法操作条件的选择 （4）掌握应用标准曲线法测水中铜的含量。 二、实验原理 原子吸收光谱法是一种广泛应用的测定元素的方法。它是一种基于待测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射吸收进行定量分析的方法。 铜离子溶液雾化成气溶胶后进入火焰，在火焰温度下气溶胶中的铜离子变成铜原子蒸气，由光源铜空心阴极灯辐射出波长为324.7nm的铜特征谱线，被铜原子蒸气吸收。 在恒定的实验条件下，吸光度与溶液中铜离子浓度符合比尔定律A=Kc 利用吸光度与浓度的关系，用不同浓度的铜离子标准溶液分别测定其吸光度，绘制标准曲线。 在同样条件下测定水样的吸光度，从标准曲线上即可求得说中铜的浓度，进而计算出水中铜的含量。 三、实验仪器和试剂 (1)原子吸收分光光度计M6 AA System (2)铜元素空心阴极灯 (3)空气压缩机 (4)乙炔钢瓶 (5)50ml容量瓶6支 (6)吸量管 (7)铜标准试液（0.9944mg/ml） (8)去离子水 (9)水样
(10)烧杯 四、实验步骤 (1)溶液的配制 准确移取0.25ml，0.50ml，1.00ml，2.,50ml，3.00ml铜标准溶液于50ml 容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，使其浓度分别为0.25、0.50、 1.00、 2.50、 3.00μg/ml。 (2)样品的配制 准备水样1和水样2于烧杯中。 (3)标准曲线绘制 测定条件： 燃气流量1:1 燃烧器高度7.0nm 波长324.8nm 根据实验条件，将原子吸收分光光度计按仪器的操作步骤进行调节。切换到标准曲线窗口，在开始测定之前，用二次蒸馏水调零，待仪器电路和气路系统达到稳定，记录仪上基线平直时，按照标准溶液浓度由稀到浓的顺序逐个测量Cu2+标准溶液的吸光度，并绘制Cu的标准曲线。 (4)水样中铜含量的测定 根据实验条件，测量水样的吸光度，并从标准曲线上查得水样中Cu的含量。 五、实验数据处理
3系08级 姓名：方一 日期：6月12日 PB08206045 实验题目: γ 能谱及γ射线的吸收 实验目的: 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: 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(2 02 02θθθγγ γγ-+ =-+-=E c m 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。由图看出反冲电子以角度φ出射，φ与θ间有以下关系： 2tan 1cot 20θ ?γ???? ??+=c m E （3） 由式（2）给出，当 180=θ时，反冲电子的动能e E 有最大值： γ γE c m E E 212 0max += （4） 这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界E C 。 3）电子对效应 当γ光子能量大于202c m 时，γ光子从原子核旁边经过并受到核的库仑场作用，可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和，如 202c m E E E e e ++=- + γ （5） 其中MeV c m 02.1220=。 综上所述，γ光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子对效应而损失能量，其结果是产生次级带电粒子，如光电子、反冲电子或正负电子对。次级带电粒子的能量与入射γ光子的能量直接相关，因此，可通过测量次级带电粒子的能量求得γ光子的能量。 闪烁γ能谱仪 2.1、闪烁谱仪的结构框图及各部分的功能 闪烁谱仪的结构框图示于图2.2.1-3中，它可分为闪烁探头、 供电与信号放
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 LI P 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。
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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。由（1 ）式可得: In 2 三、实验内容与要求 g/cm 2 。 显然也与材料的性质和 Y 射线的能量有关。 图 2表示铝、铅的半吸收厚度与 E 下的关系。 若用实验方法测得半吸收厚度, 则可根据（ 4） 求得材料的线性吸收系数 卩值。 1. 按图3检查测量装置, 调整探测器位置, 使放射源、准直孔、 探测器具有同一条中心线。 2. 打开微机多道系统的电源，使微机进入多道分析器工作状态（ 3. 4. 5. 选择合适的高压值及放大倍数，使在显示器上得到一个正确的 测量不同吸收片厚度 x 的60 Co 的能谱，并从能谱上计算出所要的积分计数 I b 。 测量完毕，取出放射源，在相同条件下，测量本底计数 V,, UMS ）。 60 Co Y 能谱。 1 x 。 6?把高压降至最低值，关断电源。 7?用最小二乘法求出 丫吸收系数 卩及半吸收厚度d ? 阳3半吸收1^.15和丫貼线能 就的爻衆 2. 百 ■岂蟄里密券 主 Mt ilLf S 零 jfi 打卬机
原子吸收光谱定量分析实验报告班级：环科10-1 姓名：王强学号：2010012127 一、实验目的： 1．了解石墨炉原子吸收分光光度计的使用方法。 2．了解石墨炉原子吸收分光光度计进样方法及技术关键。 3.学会以石墨炉原子吸收分光光度法进行元素定量分析的方法。 二、实验原理： 在原子吸收分光光度分析中，火焰原子吸收和石墨炉原子吸收是目前使用最多、应用范围最广的两种方法。相对而言，前者虽然具有振作简单、重现性好等优点而得到广泛应用，但该法由于雾化效率低、火焰的稀释作用降低了基态原子浓度、基态原子在火焰的原子化区停留时间短等因素限制了测定灵敏度的提高以及样品使用量大等方面的原因，对于来源困难、鹭或数量很少的试样及固态样品的直接分析，受到很大的限制。石墨炉原子化法由于很好地克服了上述不足，近年来得到迅速的发展。 石墨炉原子吸收方法是利用电能使石墨炉中的石墨管温度上升至2000 ~ 3000 ℃的高温，从而使待测试样完全蒸发、充分的原子化，并且基态原子在原子化区停留时间长，所以灵敏度要比火焰原子吸收方法高几个数量级。样品用量也少，仅 5 ~ 100 uL。还能直接分析固体样品。该方法的缺点是干扰较多、精密度不如火焰法好、仪器较昂贵、操作较复杂等。 本实验采用标准曲线法，待测水样品用微量分液器注入，经过干
燥、灰化、原子化等过程对样品中的痕量镉进行分析。 三、仪器和试剂： 1．仪器 由北京瑞利分析仪器公司生产的WFX-120型原子吸收分光光度计。 镉元素空心阴极灯 容量瓶 50 mL（5只）微量分液器0.5 ~ 2.5 mL及5 ~ 50 uL 2．试剂 100 ng/mL镉标准溶液（1%硝酸介质） 2 mol/L硝酸溶液 四、实验步骤： 1．测定条件 分析线波长：228.8 nm 灯电流：3 mA 狭缝宽度：0.2 nm 干燥温度、时间：100℃、15 s 灰化温度、时间：400℃、10 s 原子化温度、时间：2200℃、3 s 净化温度、时间：2200℃、2 s 保护气流量：100 mL/min 2．溶液的配制 取4只50 mL容量瓶，分别加入0 mL、0.125 mL、0.250 mL、0.500 mL浓度为100 ng/mL的镉标准溶液，再各添加2.5 mL硝酸溶液（2 mol/L），然后以Milli-Q去离子水稀释至刻度，摇匀，供原子吸收测
γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定 初阳学院综合理科081班马甲帅08800140 指导老师林根金 摘要： 本实验研究的主要是窄束γ射线在金属物质中的吸收规律。测量γ射线在不同厚度的铅、铝中的吸收系数。通过对γ射线的吸收特性，分析与物质的吸收系数与物质的面密度，厚度等因素有关。根据已知一定放射源对一定材料的吸收系数来测量该材料的厚度。 关键词：γ射线吸收系数μ60Co、137Cs放射源 引言：γ射线首先由法国科学家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射线具有比X射线还要强的穿透能力。γ射线是处于激发态原子核损失能量的最显著方式，γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数Z和质数A均保持不变的退激发过程。γ射线是光子，光子会与被束缚在原子中的电子、自由电子、库伦场、核子等带电体发生相互作用。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 1实验原理 1.1 γ射线与带电体的作用原理 γ射线与带电体的相互作用会导致三种效应中的一种。理论上讲，γ射线可能的吸收核散射有12种过程。这些效应所释放的能量在10KeV到10MeV之间的只有三种，也就是基本上每种相互作用都产生一种主要的和吸收散射过程。这三种主要过程是： 1.1.1光电效应： 低能γ光子所有的能量被一个束缚电子吸收，核电子将其能量的一部分用来克服原子对它的束缚，成为光电子；其余的能量则作为动能，发生光电效应。 1.1.2 康普顿效应： γ光子还可以被原子或单个电子散射，当γ光子的能量（约在1MeV）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，发生康普顿效应。 1.1.3 电子对效应： 若入射光子的能量超过1.02MeV，γ光子在带电粒子的库仑场作用下则可能产生正、负电子对，产生的电子对总动能等于γ光子能量减去这两个电子的静止质量能(2mc2=1.022MeV) 1.2 三种γ射线与带电体发生相互作用的基础上，物质对γ射线的吸收规律如下： 1.2.1作用特点：γ射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量
实验6 填料吸收塔实验报告 第四组成员：王锋，郑义，刘平，吴润杰 一、 实验名称 填料吸收塔实验 二、 实验目的 1、 了解填料吸收塔的构造并实际操作。 2、 了解填料塔的流体力学性能。 3、 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。 三、实验内容 测定填料层压强降与操作气速的关系曲线，并用ΔP/Z —u 曲线转折点与观察现象相结合的办法，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。 四、实验原理 1.气体通过填料层的压强降 压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP 与空塔气速u 的关系如下图所示： 图6-1 填料层的ΔP ～u 关系 当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP ～u 的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，ΔP ～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点” ，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP ～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。
五、实验装置和流程 图6-2 填料吸收塔实验装置流程图 1-风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度、5-液封管、6-吸收液取样口、7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调节阀、13-U型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度、20-吸收液温度、21-空气进入流量计处压力 实验流程示意图见图一,空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,?经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,?氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。?在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL 已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用∪形管压差计13测定。 六、实验操作方法及步骤 1、测量干填料层(△P／Z)─u关系曲线: 先全开调节阀 2,后启动鼓风机,用阀 2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△P,转子流量计读数和流量计处空气温度,测量12～15组数据?然后在双对数坐标纸上以空塔气速 u为横坐标,以单位高度的压降△P／Z为纵坐标,标绘干填料层(△P／Z)─u关系曲线。 2、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为30L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为30L／h下(△P／z)─u?关系曲线,确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。 3、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为50L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为50L／h下(△P／z)─u?关系曲线,确定液泛气速
实验3：伽马射线的吸收 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。 内容 1． 选择良好的实验条件，测量60Co （或137Cs ）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 I ,0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（单位为cm ），r σ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1 =cm ）。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。由式我们可以得到 x e n n μ-=0 （ 2 ） ㏑n=㏑n 0-x μ （ 3 ） 可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末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γE 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γE 的函数。 p c ph μμμμ++= （ 4 ） 式中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。其中 5 Z ph ∝μ Z c ∝μ （ 5 ） 2 Z p ∝μ 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。 物质对γ射线的吸收系数也可以用质量吸收系数m μ来表示。
填料吸收塔 一、实验目的 1．熟悉填料吸收塔的构造和操作。 2．测定气体通过干湿填料塔的压力降，进一步了解填料塔的流体力学特征。3．测定填料吸收塔的吸收传质系数。 二、实验原理 填料吸收塔一般要求控制回收率越高越好。填料塔为连续接触式的气液传质设备，填料塔操作时液体从塔顶经分布器均匀喷洒至塔截面上，沿填料表面下流经塔底出口管排出，气体从支承板下方入口管进入塔内，在压力的作用下自下而上的通过填料层的空隙而由塔顶气体出口管排出。填料层内气液两相成逆流流动，在填料表面的气液界面上进行传质，因此两相组成沿塔高边缘变化，由于液体在填料中有倾向塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分为若干段，在两段之间设置液体再分布装置，以利于流体的重新均匀分布。 填料的作用： 1．增加气液接触面积。满足（1）80%以上的填料润湿；（2）液体为分散相，气体为连续相。 2．增加气液接触面的流动。满足（1）合适的气液负荷；（2）气液逆流。 三、实验步骤 (1)将液体丙酮用漏斗加入到丙酮汽化器，液位高度约为液体计高度的2/3以上。 (2)关闭阀V3,向恒压槽送水，以槽内水装满而不溢出为度,关闭阀V5。 (3)启动空气压缩机，调节压缩机使包内的气体达到0.05~0.1Mpa时，打开V2，然后调节气动压力定值器，使进入系统的压力恒定在0.03Mpa。
(4)打开V4，调节空气流量（400L/H~500L/H）; 打开V6，调节空气流量 (5)室温大于15℃时，空气不需要加热，配制混合气体气相组成y1在12%~14%mol 左右；若室内温度较低，可预热空气，使y1达到要求。 (6)要改变吸收剂温度来研究其对吸收过程的影响，则打开液体加热电子调节器，温度t3<35℃。 (7)各仪表读数恒定5min以后，既可记录或取样分析有关数据，再按预先设计的试验方案调节有关参数。 (8)A1为取样测y1; A2为取样测y2; (9)阀V10为控制塔底液面高度，以保证有液封。 四、实验记录 测试方案： 1.固定气体流量，改变液体流量； 固定CO2的流量，改变H2O的流量：
γ射线的吸收 一、实验目的： 1. 了解γ射线在物质中的吸收规律。 2. 掌握测量γ吸收系数的基本方法。 二、实验原理： 1. 窄束 γ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 (1) 其中 0I 为入射 γ射线强度， x I 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 0/I I T x =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 x I 与 x 的值，再用曲线拟 合来求解。则： x I I x μ-=0ln ln （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： p c ph μμμμ++= （3） 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 γ变化关系。
图中横座标以 γ光子的能量 υh 与电子静止能量mc 2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μm =μ/ρ为质量吸收系数，ρ为材料的质量密度。则（1）式可改写成如下的形式： m m x x e I I μ-=0 （4） 式中x m =x·ρ，称为质量厚度，单位是g/cm 2。 半吸收厚度x 1/2： 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。由（1）式可得： μ2 ln 2 1= x （5） 显然也与材料的性质和 γ射线的能量有关。图2表示铝、铅的半吸收厚度与E γ的关系。若用实验方法测得半吸收厚度，则可根据（4）求得材料的线性吸收系数μ值。 三、实验内容与要求 1．按图3检查测量装置，调整探测器位置，使放射源、准直孔、探测器具有同一条中心线。 2．打开微机多道系统的电源，使微机进入多道分析器工作状态（UMS ）。 3．选择合适的高压值及放大倍数，使在显示器上得到一个正确的60Co γ能谱。 4．测量不同吸收片厚度x 的60Co 的能谱，并从能谱上计算出所要的积分计数 x I 。 5．测量完毕，取出放射源，在相同条件下，测量本底计数 b I 。 6．把高压降至最低值，关断电源。 7．用最小二乘法求出 γ吸收系数μ及半吸收厚度d ?
实验九γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验目的 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 3．测量其在不同物质中的吸收系数 实验原理 一、γ射线与物质的作用 γ射线是由于原子核由激发态到较低的激发态退激（而原子序数Z和质量数A均保持不变）的过程中产生的，包括：（1）α或β衰变的副产品（2）核反应（3）基态激发三部分，是处于激发态原子核损失能量的最显著方式；由于γ射线具不带电、静止质量为0等特点决定了它同物质的作用方式与带电粒子不同，带电粒子(α或β粒子等)在一连串的多次电离和激发事件中不断地损失其能量，而γ射线与物质的相互作用却在单次事件中完全吸收或散射。光子γ(γ射线)通过物体时会与其中的下述带电体发生相互作用： 1）被束缚在原子中的电子； 2）自由电子(单个电子)； 3）库仑场(核或电子的)； 4）核子(单个核子或整个核)。 这些类型的相互作用可以导致：光子的完全吸收、弹性散射、非弹性散射三种效应中的一种（在从约10KeV到约10MeV范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种）表现为： 光电效应： 低能γ光子所有的能量被一个束缚电 子吸收，核电子将其能量的一部分用来克 服原子对它的束缚，成为光电子；其余的 能量则作为动能，发生光电效应。(光电效应)
康普顿效应： γ光子还可以被原子或单个电子散射， 当γ光子的能量（约在1MeV）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，发生康普顿效应。(康普顿效应) 电子对效应： 若入射光子的能量超过1.02MeV， γ光子在带电粒子的库仑场作用下则 可能产生正、负电子对，产生的电子对 总动能等于γ光子能量减去这两个电子 的静止质量能(2mc2=1.022MeV) (电子对效应) 从上面的讨论可以清楚地看到，当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原 γ子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量；γ射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为hν的光子就消失，或散射后能量改变、并偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射γ束中移去。 二、物质对γ射线的吸收规律： 作用特点：γ射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移；它不同于带电粒子穿过物质时，经过许多次小能量转移的碰撞来损失它的能量。带电粒子在物质中是逐渐损失能量，最后停止下来，有射程概念；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。 吸收规律：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”一词是实验上通过准直器得到细小的束而
物质对β射线的吸收 PB05210153 蒋琪 实验原理 当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。电子与物质相互作用的机制主要有三种： 第一，电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种方式损失能量称为电离损失。电离损失的能量损失可由下式给出： ?? ????--=??? ??-2329.12ln 422 4I mv NZ mv e dx dE ion π （1） 此式适用于非相对论情况，式中v 为电子速度，N 、Z 、I 分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。由此看出，电离损失的能量与入射电子的速度、物质的原子序数、原子的平均激发能等因素有关。 第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射，使电子的部分能量以X 射线的形式放出，称为辐射损失。这主要在能量较高的电子与物质相互作用时发生。辐射损失 NE m Z dx dE rad 22∝??? ??- （2） 式中m 、E 分别为入射电子的质量、能量，Z 、N 分别为靶物质的原
子序数和单位体积中的原子数。由式（2）可以看出，β射线在物质中的辐射损失与物质的Z 2成正比，与入射电子的能量成正比。比较（1）、（2）两式，可粗略看出入射电子的能量较低时，电离损失占优势，当电子能量较高时辐射损失占优势。 除以上两种能量损失外，β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改变运动方向，因电子质量小，可能发生比较大角度的散射，还可能发生多次散射，因而偏离原射束方向，使入射方向上的射线强度减弱，这种机制成为多次散射。如果散射角超过90ο ，这种散射称为反散射。 考虑一束初始强度为I 0的单能电子束，当穿过厚度为x 的物质时，强度减弱为I ，其示意图见图4.3.2-1。强度I 随厚度x 的增加而减小且服从指数规律，可表示为 x e I I μ-=0 （3） 式中μ是该物质的线性吸收系数。实验指出，不同物质的线性吸收系数有很大的差别，但随原子序数Z 的增加，质量吸收系数ρμμ/=m （ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度x d ?=ρ来代替线性厚度x ，于是式（3）变为