南京大学近代物理实验-γ射线的能量和强度测量

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能谱的测量中山大学 2013级材料物理供参（吓）考（你），此报告真心累数据处理注：本实验所有数据来自文件“蝙蝠侠”一、改变高压，保持其他条件不变（通道数1024）观察137Cs能谱变化图1 改变高压，137Cs能谱变化曲线图分析：1.137Cs的γ能谱应该呈现三个峰和一个平台的连续分布，从通道低到高依次为X射线峰、反散射峰、康普顿效应贡献的平台以及反映γ能量的全能峰。

高压越大，统计越明显。

2.随着高压增大，全能峰向右移动，并且高度下降、宽度增大。

因为闪烁谱仪能量分辨率不变，高压增大，道址增大，∆V V又不变，则∆V大，故宽度变大，高道址的粒子数减少，高度下降。

二、改变通道数，保持其他条件不变（高压500V）观察137Cs能谱变化分析：（见图2）1.由于通道数1500后粒子数很少，能谱曲线趋于横轴，故横坐标只取到1500，方便观察。

2.道数越小，全能峰对应的道址越小，全能峰也越高、越瘦。

因为道数越小，则每个道址包含的能量间隔越大，统计的粒子个数就越多，从而使全能峰越高。

三、60Co的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）图3 60Co的γ能谱曲线图分析：1.因为全能峰可以表示γ射线的能量，60Co两个峰对应的射线能量在图中标出，分别为1173keV、1333keV。

2.为探究能谱仪的效率曲线，需要知道每个核素测量所得能谱图的全能峰面积。

计算方法如下：全能峰面积即图中峰与底部线段所围成的面积，可用能谱曲线下的面积减去线段两端与横轴所围成的梯形面积，而能谱曲线下的面积可用线段之间所有道址对应的粒子数的加和来表示。

加和结果通过matlab进行求和而得。

虽然计算方式较为粗糙，但基本符合。

对于左侧全能峰：S(E)1=7287-(27+60)*(626-551)/2=3981对于右侧全能峰：S(E)2=5824-(27+13)*(726-626)/2=3824四、137Cs的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）图4 137Cs的γ能谱曲线图分析：1.全能峰面积为：S(E)=9916-(13+2)*90/2=92412.137Cs的γ能谱呈现三个峰和一个平台的连续分布，A为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV的γ光子与闪烁体发生光电效应产生的。

γ射线能谱测量实验报告篇一：γ射线能谱的测量及γ射线的吸收γ射线能谱的测量及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定【摘要】原子核从激发态跃迁到较低能级或基态跃迁能产生γ射线，实验，将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布。

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】γ闪烁谱仪γ射线能谱物质吸收系数当今的世界，以对核技术进行了相当广泛的运用。

从1896年法国科学家A.H.Becquerel发现放射性现象开始，经过M.Curie一些新放射性元素的发现及其性质进行研究后，人类便进入了原子核科学时代。

在原子核发生衰变时，会发出α、β、γ射线，核反应时会产生各种粒子。

人们根据射线粒子与物质相互作用的规律，研制了各种各样的探测器。

这些探测器大致可以分为“信号型”和“径迹型”两大类。

径迹型探测器能给出粒子运动的径迹，有的还能测出粒子的速度、性质等，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、多丝正比室等。

而信号型探测器根据工作物质和原理的不同，又可分为气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器。

其中闪烁探测器的工作物质是有机或无机的晶体闪烁体，射线与闪烁体相互作用，会使其电离激发而发射荧光。

从闪烁体出来的光子与光电倍增管的光阴极发生光电效应而击出光电子，光电子在管中倍增，形成电子流，并在阳极负载上产生电信号。

如NaI(TI)单晶γ探测器。

γ射线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。

人们已经对γ射线进行了很多研究，并在很多方面加以运用。

像利用γ射线杀菌，γ探伤仪等。

然而不恰当的使用γ射线也会对人类产生一定的危害。

γ射线的穿透力非常强，如果在使用过程中没有有效的防护，长时间被放射性元素照射的话可能发生细胞癌变。

在对γ射线进行了大量的研究后发现，按能量的不同，可以对其进行强度测量，从而得到γ辐射强度按能量的分布（能谱）。

γ射线能谱
γ射线，又称γ粒子流，是波长小于0.01nm的电磁波，频率超过3×1020Hz，能量极高，一般由能态较高的原子核向较低能态跃迁时（γ衰变）时产生。

γ光子是中性的，静止质量为0。

γ射线可由铀、钍、镭、锕等放射性金属发出，穿透力强，不会在磁场或电场中发生偏转，照射到物质时可与物质发生相互作用使得物质电离。

γ射线首先由法国物理学家维拉德（Paul Ulrich Villard）发现，也是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。

γ射线可用于军工的武器制造，也可用于医疗上的肿瘤治疗，工业中，用于工件探伤与自动控制，农业中，用于辐射育种与病虫害防治。

γ射线照射可对人体产生损伤，损伤较轻时会恶心、乏力、呕吐，损伤严重时会头昏、呕吐、失去工作能力，甚至死亡。

γ射线光子能量分析与解释γ射线是一种高能电磁波，其波长短于X射线，能量高于X射线。

γ射线的能量范围很广，从几百keV到数MeV不等。

γ射线的产生方式有多种，包括核反应、粒子对撞、放射性衰变等。

在医学上，γ射线被广泛用于放射治疗和诊断。

γ射线光子能量的计算方法γ射线光子的能量与其频率（或波长）有关。

根据普朗克-爱因斯坦公式E=hν（E为能量，h为普朗克常数，ν为频率），可以得到γ射线光子的能量公式：E=hc/λ其中c为光速，λ为γ射线的波长。

当已知γ射线的波长时，可以通过公式计算出其能量。

例如，当γ射线的波长为0.1nm时：E=hc/λ=(6.626×10^-34 J·s × 3×10^8 m/s)/0.1×10^-9m=1.989×10^-15 J=12.4 keV因此，该γ射线光子的能量为12.4 keV。

不同来源γ射线光子能量范围γ射线的能量范围很广，不同来源的γ射线光子能量也不同。

1. 核反应产生的γ射线核反应是一种常见的γ射线产生方式。

在核反应过程中，原子核发生裂变或聚变，释放出大量能量，并产生γ射线。

这些γ射线光子的能量通常在几百keV到数MeV之间。

例如，在核反应堆中，裂变过程会产生多种能量不同的粒子和辐射，其中包括能量在几百keV到数MeV之间的γ射线。

这些γ射线可以用于放射性同位素标记、放射治疗等领域。

2. 粒子对撞产生的γ射线粒子对撞是一种高能物理实验方法，通过将高速粒子（如电子、质子等）撞击靶物质来研究基本粒子结构和性质。

在粒子对撞过程中，高速带电粒子与靶物质原子核相互作用，释放出大量能量，并产生多种辐射，其中包括能量在几百keV到数MeV之间的γ射线。

例如，在欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）中，高能质子束与靶物质相撞，产生的γ射线能量可达到几TeV。

3. 放射性衰变产生的γ射线放射性衰变是一种自然现象，放射性元素的原子核在不稳定状态下会自发地发生衰变，释放出粒子和辐射。

实验⼀γ能谱测量实验⼀γ能谱测量⼀．实验⽬的1．了解闪烁探测器的结构、原理。

2．掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的⼏个性能指标和测试⽅法。

3．了解核电⼦学仪器的数据采集、记录⽅法和数据处理原理。

⼆．实验内容1．学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使⽤，调试⼀台谱仪⾄正常⼯作状态。

2．测量137Cs、60Co的γ能谱，求出能量分辨率、峰康⽐、线性等各项指标，并分析谱形。

3．数据处理（包括对谱形进⾏光滑、寻峰，曲线拟合等）。

三．原理1．N aI(Tl)闪烁探测器①概述核辐射与某些物质相互作⽤会使其电离、激发⽽发射荧光，闪烁探测器就是利⽤这⼀特性来⼯作的。

下图是闪烁探测器组成的⽰意图。

⾸先简要介绍⼀下闪烁探测器的基本组成部分和⼯作过程。

闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电⼦仪器三个主要部分组成。

上图中探测器最前端是⼀个对射线灵敏并能产⽣闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、 )进⼊闪烁体时，在某⼀地点产⽣次级电⼦，它使闪烁体分⼦电离和激发，退激时发出⼤量光⼦(⼀般光谱范围从可见光到紫外光，并且光⼦向四⾯⼋⽅发射出去)。

在闪烁体周围包以反射物质，使光⼦集中向光电倍增管⽅向射出去。

光电倍增管是⼀个电真空器件，由光阴极、若⼲个打拿极和阳极组成；通过⾼压电源和分压电阻使阳极、各打拿极和阴极间建⽴从⾼到低的电位分布。

当闪烁光⼦⼊射到光阴极上，由于光电效应就会产⽣光电⼦，这些光电⼦受极间电场加速和聚焦，在各级打拿极上发⽣倍增(⼀个光电⼦最终可产⽣104~109个电⼦)，最后被阳级收集。

⼤量电⼦会在阳极负载上建⽴起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作⽤的射极跟随器，由电缆将信号传输到电⼦学仪器中去。

实⽤时常将闪烁体、光电倍增管、分压器及射极跟随器都安装在⼀个暗盒中，统称探头；探头中有时在光电倍增管周围包以起磁屏蔽作⽤的坡莫合⾦(如本实验装置)，以减弱环境中磁场的影响；电⼦仪器的组成单元则根据闪烁探测器的⽤途⽽异，常⽤的有⾼、低压电源，线性放⼤器，单道或多道脉冲分析器等。

伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告近代物理实验报告：伽马γ能谱测量分析摘要：伽马射线是高能电磁辐射，具有较高的穿透能力和较高的能量。

本实验通过使用伽马能谱仪测量伽马射线的能谱，并分析得到的数据，研究不同放射源的放射性产物。

引言：伽马能谱测量是现代核物理实验中的一项重要技术手段。

伽马能谱测量可以提供关于放射源的重要信息，如能量跃迁和原子核结构等。

在本实验中，我们将使用伽马能谱仪测量不同放射源的伽马射线能谱，并通过数据分析得出相关结论。

实验设备与原理：实验使用的伽马能谱仪由探测器、多道分析器和计算机组成。

探测器用于探测伽马射线，将其转化为电信号。

多道分析器用于将电信号转换为频率信号，并将其进行分析和计数。

计算机用于控制实验设备和记录实验数据。

实验步骤：1.打开伽马能谱仪，预热一段时间使其稳定。

2.将放射源放置在探测器附近，并设置适当的探测器和源的距离。

3.开始测量并记录数据，包括每个能道的计数值和对应的能量值。

4.测量不同放射源的能谱，并记录观察到的峰值位置和计数值。

5.分析数据，绘制能谱图，并利用峰位与能量的关系确定放射源的能量特征。

实验结果与讨论：通过与已知伽马能量的标准源进行对比，我们发现通过测量得到的能谱图中的特征峰位对应的能量与标准源的能量相符合，证明测量结果的准确性和可靠性。

同时，我们还发现不同放射源的能谱特征略有差异，这表明放射源的核结构和核能级跃迁的能量差异。

通过分析能谱图，我们可以得到放射源的能级结构和核衰变方式等信息。

结论：通过伽马能谱测量分析，我们可以获得一种放射源的能级结构、核衰变方式和核能级跃迁的能量差异等信息。

伽马能谱测量是一种重要的实验技术手段，被广泛应用于核物理、天体物理等领域的研究中。

[1]“伽马能谱测量技术及应用”，《中国核物理》，2002年，29卷(1)：43-49[2]“准确测量伽马射线能谱技术研究”，《物理学报》，2024年，59卷(3)：2457-2463[3]“伽马能谱测量及数据分析”，《核物理学报》，2005年，22卷(2)：97-103。

γ射线能谱分析试验一、预习报告实验名称:γ射线能谱分析试验.实验内容:1.学会Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪整套装置的操作.调整和使用.2.了解多道脉冲分析器在Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪测量中的数据采集及其基本功能.3.测量Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪的能量和线性.4.分析137C S单能Y射线谱仪.5. 测量Na(TI)单晶Y闪烁探测器的计数率随工作电压变化的关系曲线.实验目的:1.了解闪烁探测器的结构.原理.2.掌握Ｎa(TI)单晶Y闪烁谱仪的几个性能指标和测量方法.3.了解核电子学仪器的数据采集.记录方法和数据处理原理.4.测量Na(TI)单晶Y闪烁探测器的坪曲线,确定合适的工作电压;实验仪器:Ｎa(TI)单晶Y闪烁探头;微机多道Y(X)谱仪装置;Y放射源137C S一个.实验原理：1. 射线与物质的相互作用γ射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时发射的波长很短的电磁辐射，研究γ射线的能谱对原子核的能级结构和放射性核素的应用等方面具有重要的意义。

γ射线与物质相互作用，可以有许多方式。

当γ射线的能量在30MeV 以下时，在所有相互作用方式中，最主要的三种，如图 1-1所示。

图1-1 γ射线与物质相互作用示意图(1)光电效应：入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，光子本身消失而把束缚电子打出来形成光电子这个过程称为光电效应。

由于束缚电子的电离能E i 一般远小于入射γ射线的能量E γ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量，即：E 光电 = E γ - E i ≈E γ （1）(2)康普顿散射：核外自由电子与入射γ射线发生康普顿散射。

根据动量守恒的要求，散射与入射只能发生在一个平面内。

设入射γ光子能量为hv ，散射光子能量为hv′，康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为：)cos 1(1θ-+='a hv v h（2）式中2c m hva e =，即为入射γ射线能量与电子静止质量m e所对应的能量之比。

γ射线能谱的测定【摘要】：本实验主要通过测量γ的能谱和采用NaI( Tl) 闪烁谱仪测全能峰的方法测量了137Cs 和60 Co 的γ射线在铅铜中吸收，对137Cs( 0. 661 MeV) 分别为1. 213、0. 642、0. 194 cm- 1, 与公认值相差均约1%; 对60Co 分别为0. 674、0. 481、0. 149 cm- 1 , 与公认值相差均在5%以内。

本实验就是利用探测器的输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比的规律来测得能量与其强度的关系曲线。

通过对CS、CO能谱的测定，可以加深对γ射线能量与强度的关系，γ射线与物质相互作用的理解；可以进一步了解NaI(T )闪烁谱仪原理，特性与结构，掌握NaI(T )闪烁谱仪的使用方法以及鉴定谱仪的能量分辩率与线性。

【关键词】：γ射线、能谱、NaI（Tl）γ闪烁谱仪【引言】：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 和质量数A 均保持不变的退激发过程, 是激发核损失能量的最显著方式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 和质量数A 均保持不变的退激发过程, 是激发核损失能量的最显著方式。

闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探5g射线的仪器。

它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒天既能测量粒子强度，又能测量粒子能氨并且探测效率高，分辨时间短。

它在核物理研究和放射性同位索的测量中得到广泛的应用。

本实验的目的是了解NaI(T1)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌捏NaI(T1)闪烁谱仪的使用方法，鉴定潜仪的能量分辨率和线性，并通过对于y射线能谱的测量，加深对y射线与物质相互作用规律的理解。

【实验方案】：实验原理原子核的衰变产生γ射线，不同能级间的衰变跃迁可以产生不同能量的γ射线，我们可以通过射线探测器对这些γ射线的能谱分析就可以推断出原子核的一些性质。

射线探测器的是根据射线与物质的相互作用规律研制的，可分为“信号型”和“径迹型”，本实验用的NaI（T1）单晶γ闪烁谱仪就是属于信号型。

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的测定实验目的：1.学习使用谱仪测定γ射线的能谱。

2.通过实验测定不同物质对γ射线的吸收比例，确定物质的吸收系数μ。

实验原理：1.γ射线能谱测定：γ射线是电磁波谱中能量较高的一种，具有较强的穿透力。

通过使用谱仪，可以测定γ射线的能量分布，也称为能谱。

2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定：当γ射线穿过物质时，会与物质中的原子相互作用，包括散射、吸收等过程。

吸收系数μ表示单位长度物质对γ射线的吸收能力，是一个与物质本身性质相关的参数。

实验步骤：1.连接γ射线源和能谱仪，打开仪器，并调整合适的工作电压和放大倍数。

2.调整谱仪下方的定位器，使得探测器能够垂直于γ射线的入射方向。

3.选择一种物质样品，如铅，将其放在射线路径上，并记录下γ射线的能谱。

4.移除铅样品，选择其他物质样品进行测量，如铝、铁等，依次记录下γ射线的能谱。

5.根据能谱中的峰值位置和峰值强度，分析γ射线经过不同物质时的吸收情况。

实验结果：1.γ射线能谱测定结果：通过测量，得到γ射线的能谱图，并标出不同能量区间的峰值。

2.γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定结果：根据能谱分析，得到不同物质对γ射线的吸收比例，计算出它们的吸收系数μ。

实验讨论：1.γ射线的能谱测定是否准确和完整。

2.不同物质对γ射线的吸收程度是否与预期一致。

3.吸收系数μ的大小是否符合物质的性质和密度等参数。

实验结论：1.γ射线能谱可以通过谱仪测定，并且能够分析出不同能量区间的峰值。

2.不同物质对γ射线的吸收比例不同，吸收系数μ也因此而有所差异。

3.本实验所测得的吸收系数μ结果应该与物质的性质和密度等参数相符合。

实验中可能存在的误差：1.谱仪的仪器误差。

2.样品的放置位置和角度不准确。

3.γ射线的能量分辨能力不够精确。

改进方案：1.使用更高精度的谱仪。

2.对样品的放置进行更精确的定位和角度调整。

3.使用具有更高能量分辨能力的γ射线源。

近代物理实验报告学院数理与信息工程学院班级物理092姓名艾合买提江学号09180218时间 2011年9月26日Nal(Tl) γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量摘要：放射性物质含有许多不稳定的原子。

这些源自在核衰变时辐射出α，β，γ射线和中子流等，并且都具有一定的能量。

γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所产生的一种辐射。

它是一种波长极短的电磁波，其辐射能量标示为Εr=Εi-Εf=hv,其中Εi和Εf分别为原子核所处的未态和初态的能量。

V是γ射线光子的频率。

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，从而得到γ辐射强度按能量的分布，即所谓能谱关键字：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。

原子核释放出的γ光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。

由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。

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。

近代物理实验内容及思考题近代物理实验内容及思考题第一轮实验项目：一、夫兰克—赫兹实验实验内容：1、仪器的安装调试。

2、逐点手动测量激发电位：在同一张坐标纸上作出I p ～V G2曲线，由曲线确定出各极值电位值。

求出氩原子第一激发态电位和测量误差。

3、自动测量激发电位：在示波器上调出I p ～V G2曲线，直接读出氩原子第一激发态电位值。

4、示波器观察分别改变减速电压V p 和灯丝电压V f 曲线I p －V G2应有何变化。

课后思考题：1、解释曲线I p －V G2形成的原因。

2、实验中，取不同的减速电压V p 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？3、实验中，取不同的灯丝电压V f 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？二、塞曼效应实验内容：1、调整光路，从测量望远镜中可观察到清晰明亮的一组同心干涉圆环。

2、接通电磁铁稳流电源，缓慢地增大磁场B ，从测量望远镜中可观察到细锐的干涉圆环逐渐变粗，然后发生分裂。

旋转偏振片为00、450、900各不同位置时，观察偏振性质不同的π成分和σ成分。

3、选定干涉级K 和K-1的位置，测量干涉圆环直径，用特斯拉计测出磁场B ，根据下式求出电子的比荷（e/m ）值。

（标准值m e /=1.76?1011C/kg ） dB c D D D D m e K K a b π422122?--=-（式中d=5mm ）4、观察沿磁场方向的塞曼分裂，将电磁铁旋转900，并抽出铁芯，放上1/4波片与偏振片，以区分左旋和右旋偏振光。

课后思考题：1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂？2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用?3、如何判断F-P 标准具已调好？4、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的π成分和σ成分？如何观察和分辨σ成分中的左旋和右旋偏振光？三、核磁共振实验内容：1、观察氢核1H 的NMR 现象（1）分别改变不同实验条件（射频场强度、扫场电压、样品在磁极间的位置）观察吸收信号的变化；（2）比较掺入顺磁物质浓度不同的水样品，观察吸收信号的差别。

γ 能 谱 测 量 实 验 教 案一、教学目的及要求：1．通过对典型的Cs 137，初步了解闪烁谱仪的结构、工作原理和测量方法；2. 对γ射线与物质的相互作用有进一步的认识； 3．学习初步调整γ闪烁能谱仪的技术，测定Cs 137、Co 60能谱； 4．掌握测定未知γ源能量的方法。

二、教学内容：1．测定以Cs 137、Co 60作标准源的γ能谱能量刻度的全能峰曲线；2．测定待测源的γ射线能量； 3．用多道分析仪代替单道分析仪，测定Cs 137、Co 60的γ能谱，与单道分析仪测量的结果比较。

三、教学重点难点：1．重点：测定以Cs 137和Co 60作标准源的γ能谱能量刻度的全能峰曲线；2．难点：如何正确掌握放大倍数、高压大小的合理选择。

四、教学进程及时间分配：1．检查学生实验预习情况。

（ 8min ）检查学生预习报告；2．学生熟悉实验仪器设备。

（ 50 min ）3．讲解实验的目的和要求。

（ 2 min ）4．实验原理介绍 （ 15 min ）◆ 提问：γ 射线与物质相互作用会产生哪几种效应？产生的原因是什么？（1）射线与物质相互作用的一般特性射线穿过物质时，它的强度按指数规律衰减。

γ 射线与物质相互作用的过程可以看作光子与物质中的原子或分子碰撞而损失能量的过程，主要的相互作用方式有三种光电效应，康普顿效应和电子对效应。

光电效应：当入射 光子与物质原子中的束缚电子作用时，γ 光子把能量全部移给某个电子，使它脱离原子的束缚变成自由电子，而光子本身消失掉。

这种过程称为光电效应。

光电效应中发射出来的电子称为光电子。

由于 射线的能量γE 远大于电子的束缚能i W ，所以光电子的能量i W E E -=γ光电，即光电子的动能近似地等于射线的能量。

康普顿效应：光子与原子的外层电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子使它脱离实验课程近代物理实验（1） 使用教材 《近代物理实验教程》 实验名称γ能谱测量 出 版 社 科学出版社 教学时数6学时 主 编 吴先球 熊予莹原子成为反冲电子，另一部分能量成为散射光'γ，这种过程称为康普顿效应。

伽马射线强度和能量的测量-副本伽马射线强度和能量的测量读书报告一．引言γ射线（包括X射线）的强度和能谱测量是核辐射探测器的一个重要方面。

在核物理的研究中，测量原子核激发态能级、研究核的衰变纲图、测定短的核寿命、进行核反应实验研究等都离不开对γ射线的测量。

在放射性分析、技术应用等方面都有应用。

二、γ射线测量的一般考虑γ射线的测量从获取信号的方式看可以分为两类：测量单个脉冲，从测量的大量脉冲事件中得到有关入射γ射线的信息；和测量累计电流，从平均输出电流中定出入射γ射线的强度。

前者使用更为普遍。

对其细分。

对于不同的实验目的可分为三种类型：1.测量γ射线的强度，常用的有G—M计数器、正比计数器、各种闪烁计数器等。

2.测量γ射线的能谱，典型的以NaI（Tl）闪烁谱仪与HPGe谱仪为代表。

3.测量时间信息常用有机闪烁探测器等。

对于探测的性能和指标，主要有能量分辨率、探测效率、峰总比和峰康比、能量线性、晶体形状和大小的选择。

三、γ射线能谱分析和能量刻度γ射线谱形的形成，主要为光电效应、康普顿效应和电子对效应，其输出能谱也比较复杂，在能谱中形成全能峰、康普顿坪、单逃逸峰和双逃逸峰等。

除了考虑以上三种效应外，在实际测量中情况更复杂，还需要考虑散射光子和反散射峰、湮没辐射峰、特征X射线、轫致辐射、累计效应、和峰效应、碘逃逸峰、边缘效应等。

归纳起来，可以分为（1）γ射线的能量和分支比；（2）放射源的特性；（3）探测器物理性质（4）实验条件和环境布置为了根据γ射线的能量确定所測谱的峰位(道址），或反过来,根据所测峰位确定γ射线的能量都需要预先对谱仪进行能量刻度。

能量刻度就是在谱仪所确定的条件下（包括谱仪的组成元件和使用参数，如高压、放大倍数、时间常数等），利用一组已知能量的γ源，測出对应能量的全能峰峰位,然后作出能量和峰位(道址）的关系曲线。

有了这样的能量刻度，那末測到了未知γ射线的峰位即可求出γ射线的能量。

根据能暈刻度结果还可以检验谱仪的线性范围和线性好坏。

物理几种射线强度计算公式物理学中，射线强度的计算是非常重要的，它可以帮助我们了解射线的能量分布和传播规律。

在实际应用中，有多种方法可以用来计算射线强度，下面我们将介绍几种常见的计算公式。

一、伽马射线强度计算公式。

伽马射线是一种高能量的电磁波，它的强度可以用以下公式来计算：I = I0 e^(-μx)。

其中，I表示射线的强度，I0表示初始强度，μ表示伽马射线的吸收系数，x表示射线穿过的材料厚度。

这个公式表明，伽马射线的强度随着穿透材料的厚度增加而减小，而减小的速度取决于材料的吸收系数。

二、X射线强度计算公式。

X射线是一种电磁波，它的强度可以用以下公式来计算：I = I0 e^(-μx)。

这个公式和伽马射线的强度计算公式非常相似，只是X射线的吸收系数和伽马射线不同。

在实际应用中，我们可以通过测量X射线的初始强度和穿透材料的厚度，来计算X射线的强度。

三、α射线强度计算公式。

α射线是一种带正电荷的粒子，它的强度可以用以下公式来计算：I = I0 e^(-μx)。

这个公式和伽马射线、X射线的强度计算公式也非常相似，只是α射线的吸收系数和穿透材料的厚度不同。

在实际应用中，我们可以通过测量α射线的初始强度和穿透材料的厚度，来计算α射线的强度。

四、β射线强度计算公式。

β射线是一种带负电荷的粒子，它的强度可以用以下公式来计算：I = I0 e^(-μx)。

这个公式和伽马射线、X射线、α射线的强度计算公式也非常相似，只是β射线的吸收系数和穿透材料的厚度不同。

在实际应用中，我们可以通过测量β射线的初始强度和穿透材料的厚度，来计算β射线的强度。

总结。

射线强度的计算是物理学中的重要课题，它可以帮助我们了解射线的能量分布和传播规律。

在实际应用中，我们可以通过测量射线的初始强度和穿透材料的厚度，来计算射线的强度。

不同类型的射线有不同的强度计算公式，但它们的基本形式都是指数衰减的规律。

通过研究射线的强度计算公式，我们可以更好地理解射线的特性，为射线应用提供更好的理论基础。

实验1.1.2 γ辐射的能量和强度测量一．实验目的1.了解NaI(T1)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1.γ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，而把束缚电子打出来形成光电子。

由于束缚电子的电离能E1一般远小于入射γ射线能量Eγ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量E光电?Eγ?E1?Eγ（2）康普顿散射：设入射γ光子能量为h?，散射光子能量为h?，则反冲康普顿电子的动能Ee?h??h?'康普顿散射后散射光子能量与散射角?的关系为'h?'?h? 1??(1?cos?)??h? 2mec2? 1?2?2?为入射γ射线能量与电子静止质量之比。

易知Ee(max)?h?*（3）正、负电子对产生：当γ射线能量超过2mec（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射线的能量越大，产生正、负电子对的几率也越大。

在物质中正电子的寿命是很短的，当它在物质中消耗尽自己的动能，便同物质原子中的轨道电子发生湮没反应而变成一对能量各为0.511MeV的γ光子。

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。

带电粒子通过闪烁体时，将引起大量的分子或原子的激发或电离，这些受激的分子或原子由激发态回到基态时就放出光子；不带电的γ射线先在闪烁体内产生光电子、康普顿电子及正负电子对，然后这些电子使闪烁体内的分子或原子激发和电离而发光。

闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，汇聚到光电倍增管的光电阴极上，打出光电子。

光阴极上打出的光电子在光电倍增管中倍增出大量电子，最后为阳极吸收形成电压脉冲。

γ能谱实验1近代物理仿真实验—γ能谱实验γ能谱实验和原⼦的能级间跃迁产⽣原⼦光谱类似，原⼦核的能级间产⽣γ射线谱。

测量γ射线强度按能量的分布即γ射线谱，简称γ能谱，研究γ能谱可确定原⼦核激发态的能级，研究核蜕变纲图等，对放射性分析，同位素应⽤及鉴定核素等⽅⾯都有重要的意义。

在科研、⽣产、医疗和环境保护各⽅⾯，⽤γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质各种微量元素的含量。

测量γ射线的能谱最常⽤的仪器是闪烁谱仪，该谱仪在核物理、⾼能离⼦物理和空间辐射物理的控测中都占有重要地位，⽽且⽤量很⼤。

本实验的⽬的是学习⽤闪烁谱仪测量γ射线能谱的⽅法，要求掌握闪烁谱仪的⼯作原理和实验⽅法，学会谱仪的能量标定⽅法，并测量γ射线的能谱。

⼀实验⽬的（1）学习⽤闪烁谱仪测量γ射线能谱的⽅法（2）要求掌握闪烁谱仪的⼯作原理和实验⽅法，（3）学会谱仪的能量标定⽅法，并测量γ射线的能谱⼆实验原理根据原⼦核结构理论，原⼦核的能量状态时不连续的，存在分⽴能级。

处在能量较⾼的激发态能级E2上的核，当它跃迁到低能级E1上时，就发射γ射线（即波长约在1nm-0.1nm间的电磁波）。

放出的γ射线的光量⼦能量hγ= E2 - E1，此处h为普朗克常熟，γ为γ光⼦的频率。

由此看出原⼦核放出的γ射线的能量反映了核激发态间的能级差。

因此测量γ射线的能量就可以了解原⼦核的能级结构。

测量γ射线能谱就是测量核素发射的γ射线按能量的分布。

闪烁谱仪是利⽤某些荧光物质，在带电粒⼦作⽤下被激发或电离后，能发射荧光（称为闪烁）的现象来测量能谱。

这种荧光物质常称为闪烁体1. 闪烁体的发光机制闪烁体的种类很多，按其化学性质不同可分为⽆机晶体闪烁体和有机闪烁体。

有机闪烁体包括有机晶体闪烁体，有机液体闪烁体和有机塑料闪烁体等。

对于⽆机晶体NaI(Tl)⽽⾔，其发射光谱最强的波长是415nm的蓝紫光，其强度反映了进⼊闪烁体内的带电粒⼦能量的⼤⼩。

应选择适当⼤⼩的闪烁体，可使这些光⼦⼀射出闪烁体就被探测到。

南京大学物理实验教学中心（国家级实验教学示范中心）佚名
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2013(32)12
【摘要】南京大学物理实验教学中心前身是1922年胡刚复教授在南京高等师范创建的物理实验室，曾培养了以吴健雄教授为代表的优秀物理学家。

物理实验教学中心成立于1998年，下设大学物理实验室、近代物理实验室和演示开放物理实验室三个实验室，
【总页数】1页(PJ0010-J0010)
【关键词】大学物理实验教学;实验教学示范中心;南京;国家级;物理实验室;高等师范;物理学家;吴健雄
【正文语种】中文
【中图分类】O4-45
【相关文献】
1.南京大学地球科学实验教学中心（国家级实验教学示范中心） [J],
2.南京大学生命科学实验教学中心(国家级实验教学示范中心) [J],
3.哈尔滨工程大学物理实验教学中心（国家级实验教学示范中心建设单位） [J],
4.上海交通大学物理实验教学中心（国家级实验教学示范中心） [J],
5.中南大学物理实验教学中心(国家级实验教学示范中心) [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。