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NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量实验人：吴家燕学号：15346036一、实验目的1、加深对γ射线和物质相互作用的理解；2、掌握NaI(Tl) γ谱仪的原理及使用方法；3、学会测量分析γ能谱；4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线；5、测定未知放射源的能量和活度。
二、实验原理1、γ谱仪的组成NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。
图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。
2、射线与闪烁体的相互作用当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。
图2 为示波器上观察到的单能γ射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。
图3 是137Cs、22Na 和60Co 放射源的γ能谱。
图中标出的谱峰称为全能峰。
在γ射线能区，光电效应主要发生在K 壳层。
在击出K 层电子的同时，外层电子填补K 层空穴而发射X 光子。
在闪烁体中，X 光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光电子。
上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非减去该层电子结合能）。
3、137Cs 能谱分析4、闪烁谱仪的性能能量分辨率探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。
即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4 所示。
通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即 FWHM，有时也用表示。
半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。
因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。
一般谱仪在线性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即对于一台谱仪来说，近似地有对于单晶谱仪来说，能量分辨率是以137Cs 的0.662MeV 单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%。
闪烁体探测器原理
闪烁体探测器是一种用于探测和测量辐射粒子的仪器。
它基于闪烁体的原理，当被探测粒子进入闪烁体时，产生的能量会激发闪烁体中的原子和分子跃迁至高能级，然后快速回到基态，并释放出可见光。
该可见光被探测器内部的光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）所转换和放大，最终转化为电
信号。
闪烁体的选择是非常关键的。
常见的闪烁体材料包括有机晶体（如NaI(Tl)）、无机晶体（如CsI(Tl)）和塑料闪烁体（如
BC-408）。
这些材料都具有较高的密度和原子数，能够有效
地捕获通过的粒子能量，并将其转化为可见光的形式。
在闪烁体探测器中，闪烁体材料通常被制成晶体或塑料条的形状。
当粒子进入闪烁体时，它与其中的原子或分子发生相互作用，产生电离和激发。
这些电离和激发会产生自由电子和离子，其中一部分被电场加速并引导到一个或多个光电倍增管中。
光电倍增管是检测器的关键组件之一。
它包含一个光学系统和一个电子增益系统。
光学系统将闪烁体产生的光转换为光电子，并经过多级倍增过程放大。
光电子在倍增过程中通过一系列的电子微通道，逐级增加电子数量，最终形成一个电子脉冲。
这个电子脉冲的数量和能量大小与入射粒子的能量有关，通过测量这些电子脉冲的数量和能量可以确定入射粒子的性质和能量。
闪烁体探测器的工作原理基于粒子与闪烁体的相互作用，将粒
子能量转换为可见光和电脉冲信号。
它在核物理、医学影像学、航空航天等领域有着广泛的应用。
附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。
闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。
无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。
其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。
若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。
价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为7.0eV。
也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。
自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。
当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。
而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。
有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。
一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。
为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。
闪烁体探测器原理闪烁体探测器是一种用于测量辐射的仪器，其原理是利用闪烁体材料对射线或粒子的敏感性来测量其能量和强度。
闪烁体探测器在核物理、医学影像学、核能工业等领域都有广泛的应用。
闪烁体探测器的原理主要包括闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统。
闪烁体材料是闪烁体探测器的核心部分，它能够将入射的辐射转化为可见光。
常见的闪烁体材料包括NaI(Tl)、CsI(Tl)等。
当射线或粒子入射到闪烁体材料中时，会激发其原子或分子的电子跃迁，产生光子。
这些光子被光电倍增管吸收后，会产生电子级联增强效应，最终转化为电荷脉冲信号。
光电倍增管是将闪烁体产生的光子转化为电荷信号的装置。
当光子进入光电倍增管时，会引发光电效应，产生电子。
这些电子会在光电倍增管中经过级联增强，最终转化为可测量的电荷脉冲信号。
光电倍增管具有高增益、低噪声和快速响应的特点，能够有效地将闪烁体产生的光信号转化为电荷信号。
信号处理系统是闪烁体探测器中用于处理和分析电荷脉冲信号的部分。
信号处理系统通常包括放大器、脉冲幅度分析器、多道分析器等。
放大器用于放大电荷脉冲信号，使其能够被后续的电子学设备处理。
脉冲幅度分析器用于测量电荷脉冲信号的幅度，从而确定辐射的能量。
多道分析器用于对不同能量的辐射进行分辨和测量。
除了闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统，闪烁体探测器的工作原理还涉及能量刻度、本底校正、探测效率等方面。
能量刻度是指通过标准放射源对闪烁体探测器进行能量校准，建立能量和幅度之间的对应关系。
本底校正是指对探测器本底辐射进行测量和修正，以保证测量结果的准确性。
探测效率是指探测器对入射辐射的探测能力，是衡量探测器性能优劣的重要指标。
总之，闪烁体探测器是一种利用闪烁体材料对辐射进行测量的仪器，其原理包括闪烁体材料、光电倍增管和信号处理系统。
通过对闪烁体产生的光信号进行放大、分析和处理，可以实现对入射辐射的能量和强度的测量。
闪烁体探测器在核物理、医学影像学、核能工业等领域有着重要的应用，对于研究和应用辐射具有重要的意义。
附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。
闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。
无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。
其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。
若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。
价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在左右，半导体在—之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为。
也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。
自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。
当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。
而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。
有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。
一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。
为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。
NaI(Tl)谱仪受磁场研究内容2.1 NaI(Tl)谱仪能量测量原理图2.1 光电倍增管结构图根据图2.1可以看出，最左边是一个能产生闪烁光的对射线敏感的闪烁体，当γ射线进入到闪烁体时，在某一个位置产生次级电子，它使闪烁体分子激发和电离，退激时发出大量的光子。
一般光谱范围从紫外光到可见光，并且光子向各个不同的方向发射出去。
在闪烁体周围包以物质，使其能够发射光子，这样可以使光子从光电倍增管方向发射出去，防止光子从入射角度漏出去。
光电倍增管是一个电真空器件，真空防止空气中的分子发生光电效应。
它由一个光阴极，若干个打拿极，大概十个左右，以及一个阳极组成。
光阴极前有一个玻璃或者半导体制作的窗，各电极由针脚引出，整个电子器件外部由玻璃制作。
通过分压电阻和高压电源，使阳极，打拿极，阴极之间建立起从高压到低压的电位分布。
闪烁光子入射到阴极上，由于光电效应的影响，会产生光电子，这些光电子受极间电压引起的极间电场加速和聚焦，打在第一个打拿极上面，产生了二次电子，这些二次电子在以后各级打拿极上又发生相同的倍增过程，使其达到一定的量级。
大量的电子会在阳极上建立起电信号，通常为电压脉冲或者电流脉冲，然后通过射极跟随器，可以起到阻抗的作用，再由电缆将信号传输到电子学仪器中去。
总体的过程，可以归结为五个步骤①射线进入到闪烁体，发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子的能量使分子、原子电离激发；②受激分子、原子退激时发射出荧光分子；③利用反射板和光导传递，尽可能多的将闪烁光子收集到光电倍增管的光阴极上，由于发生光电效应，光子在光阴极上轰击出光电子；④光电子在光电倍增管中经过各打拿极进行电子倍增，数量由一个增加到104-109个，电子组成的束流在阳极负载上产生电信号；⑤信号由电子仪器输出、记录和分析。
2.2 地磁场的存在与影响地球可视为一个磁偶极，其中一极位于地理北极附近，另一极位于地理南极周围。
通过这两个磁极的假想直线与地球的自转轴大约成一定的倾斜角度。
NaI(TI)闪烁谱仪实验一、引言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。
它们的主要优点是：既能探测各种带电粒子，又能探测中性粒子；既能测量粒子强度，又能测量粒子能量；且探测效率高，分辨时间短。
它在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。
本实验目的是了解NaI(TI)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(TI)闪烁谱仪的使用方法和—射线能谱的刻度，学会NaI(TI)闪烁谱仪的应用。
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粒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1E 一般远小于入射γ射线能量E γ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量1=E E E E γγ-≈光电（2）康普顿散射：核外电子与入射γ射线发生康普顿散射示意如图。
设入射γ光子能量为h υ，散射光子能量为'h υ，则反冲康普顿电子的动能r E'r E h h υυ=-康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为()'11cos h h υυαθ=+- 2e h m c υα= α为入射γ射线能量与电子静止质量之比。
由上式可得，当0θ=时，'h h υυ=。
这时0e E =，即不发生散射；当180θ=︒时，散射光子能量最小，它等于12h υα+，这时康普顿电子的能量最大，为()max 212e E h αυα=⋅+ 所以康普顿电子能量在0至212h αυα⋅+之间变化。
（3）正、负电子对产生：当γ射线能量超过202(1.022)m c MeV 时，γ光子受原子核或电子的库伦场的作用可能转化成正、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位0.511MeV 的γ光子。
http://202.207.213.2/physic/dzkjjqtwj01/jdwldzjan/NaI.htmNaI(TI)单晶闪烁谱仪与能谱的测量原子核的能级跃迁能产生射线，测量射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，研究核蜕变纲图，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。
射线强度按能量的分布即能谱，测量能谱常用的仪器是闪烁能谱仪。
该能谱仪的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子；既能测量粒子强度，又能测量粒子能量；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素的测量中得到广泛的应用。
本实验的目的是了解NaI(TI)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(TI)闪烁谱仪的使用方法，鉴定谱仪的能量分辨率和线性，并通过对射线能谱的测量，加深对射线与物质相互作用规律的理解。
一、闪烁谱仪的结构原理（一）结构框图及工作原理NaI(TI)闪烁探测器的结构如图1。
整个谱仪由探头（包括闪烁体，光电倍增管，射极跟随器），高压电源，线性放大器，多道脉冲幅度分析器等组成。
图 1 NaI(TI)闪烁探测器示意图首先介绍闪烁探测器的基本组成部分和工作过程。
1、基本组成部分闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子放大器件三个主要部分组成。
（1）闪烁体: 闪烁体是用来把射线的能量转变成光能的。
本实验中采用含TI （铊）的NaI晶体作射线的探测器。
（2）光电倍增管: 光电倍增管的结构如图2。
它由光阴极K、收集电子的阳极A和在光阴极与阳极之间十个左右能发射二次电子的次阴极D（又称倍增极、打拿极或联极）构成。
在每个电极上加上正电压，相邻的两个电极之间的电位差一般在100V左右。
当闪烁体放出的光子打到光阴极上时，发生光电效应，打出的光电子被加速聚集到第一倍增极D1上，平均每个光电子在D1上打出3～6个次电子，增值后的电子又为D1和D2之间的电场加速，打到第二倍增极D2上，平均每个电子又打出3～6个次级电子，……这样经过n级倍增以后，在阳极上就收集到大量的电子，在负载上形成一个电压脉冲。
附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。
闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。
无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。
其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。
若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。
价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为7.0eV。
也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。
自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。
当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。
而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。
有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。
一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。
为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。
Nal (Tl)闪烁谱仪系列实验张瑞 111120199一、实验原理1. 丫射线与物质的相互作用丫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。
(1) 光电效应。
入射丫粒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 一般远小于入射丫射线能量E 丫，所以光电子的动能近似等于入射丫射线的能量(2) 康普顿散射。
核外电子与入射丫射线发生康普顿散射的示意图见图 1.2-1。
设入射丫光子能量为h散射光子能量为h v ，则反冲康普顿电子的动能EevE e =h 卜—h康普顿散射后散射光子能量与散射角B 的关系为(1.2-1 )hv a = ----式中 ■'，即为入射丫射线能量与电子静止质量所对应的能量之比。
由式(B = 0时h “ =h 丁，这时E e =0,即不发生散射；当0 = 180。
时，散射光子能量最小, 它等于h ；/（l +E 光电=E Y —E 1~E Y1.2-1 ),2a），这时康普顿电子的能量最大，为（1.2-2）fi3V ■--------所以康普顿电子能量在0至1 --之间变化。
（3）正、负电子对产生。
当丫射线能量超过2m 0 c 2（1.022 MeV ）时，丫光子受原子核或电子的库仓场的作用可能转化成正、负电子对。
入射丫射线的能量越大，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0.511 MeV的丫光子。
2•闪烁谱仪结构与工作原理Nal （T1 ）闪烁谱仪结构如图1.2-2。
整个仪器由探头（包括闪烁体、光电倍增管、射极跟随器），高压电源，线性放大器、多道脉冲幅度分析器几部分组成。
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（如a、B粒子）通过闪烁体时，将引起大量的分子或原子的激发和电离，这些受激的分子或原子由激发态回到基态时就放出光子；不带电的丫射线先在闪烁体内产生光电子、康普顿电子及正、负电子对（当E Y> 1.02 MeV时），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。
附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。
闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。
无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。
其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。
若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。
价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为7.0eV。
也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。
自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。
当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。
而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。
有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。
一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。
为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。
碘化钠闪烁晶体能吸收外来射线能量使原子、分子电离和激发，退激时发射出荧光光子。
NaI(Tl)晶体的密度较大(ρ=3.67g/cm3)，而且高原子序数的碘占重量的85%，所以对γ射线的探测效率特别高，同时相对发光效率大；它的发射光谱最强波长为415nm左右，能与光电倍增管的光谱响应较好匹配。
此外，晶体的透明性也很好，测量γ射线时能量分辨率也是闪烁体中较好的一种。
一个需要指出的问题是：在闪烁体的选取上要注意闪烁体对所测的粒子要有较大的阻止本领，以使入射粒子(特别是能量较大的粒子)在闪烁体中能损耗较多的能量而退激产生光子。
原先使用的国产NaI(Tl)晶体尺寸为φ20×5mm，这一厚度对定标时测高能γ(E>1MeV)时的效率不够高，而且对高能β粒子的计数率也比较低；本装置的闪烁探测器采用的尺寸为φ20×20mm的NaI(Tl)晶体可以说是一大改进，一方面可以提高探测高能γ部分的效率，另一方面也提高了实验中高能β粒子的计数率。
NaI(Tl)晶体的缺点是容易潮解，吸收空气中的水分就会变质失效；因此我们采用了200μm 的铝来密封；这就需要对β穿过Al 膜时的能量损失进行修正。
在实验中我们发现，对于不同的β粒子能量的损失不尽相同；所以在实际的实验和数据处理中进行了能量损失的合理修正。
附录二 光电倍增管光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”)──阳极之间建立一个电位分布。
光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。
以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
K ——光阴极；F ——聚焦极；D 1～D 10——打拿极；A ——阳极。
根据打拿极的几何形状和排列方式，光电倍增管分为聚焦型(环状、直线)和非聚焦型(百叶窗式、盒栅式)。
本装置采用GDB44F 型百叶窗式光电倍增管，其优点为脉冲幅度分辨率较好，适用闪烁能谱测量。
它的主要指标应该包括以下几方面：光电转换特性、电子倍增特性、噪声或暗电流、时间特性等；在此主要介绍光电转换特性和电子倍增特性。
1） 光电转换特性——光阴极的光谱响应和灵敏度光阴极是接收光子并放出光电子的电极，一般是在真空中把阴极材料蒸发在光学窗的表面上，形成半透明的端窗阴极；光阴极材料的品种有数十种，但最常用的只是五、六种，如锑铯化合物等。
一般光电倍增管光阴极前的光学窗有两种：硼玻璃窗或石英窗，前者适用于可见光，后者可透过紫外光。
光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数，称为光谱响应。
在长波端的响应极限主要由光阴极材料的性质决定，而短波端的响应主要受入射窗材料对光的吸收所限制。
了解光电倍增管的光谱响应特性有利于正确选择不同管子使之与闪烁体的发射光谱相匹配。
在实际应用中，光电转换特性通常使用另一个宏观定义，即一定通量F 的白光照射阴极所能获得的光电子流（i k ）称为光阴极光照灵敏度：Fi S kk =（1） 其中i k 单位为微安；F 为光通量，单位为“流明”(lm)。
2） 电子倍增特性——光电倍增管的放大倍数及阳极灵敏度 ① 光电倍增管的放大倍数（增益）M由于打拿极的倍增作用，从光阴极发射出来的电子不断被倍增，最后可在阳极上得到大量电子。
从光阴极射出，到达第一打拿极的一个电子，经过多次倍增后在阳极得到的电子数，称为光电倍增管电流放大倍数（增益）。
子数第一打拿极收集到的电阳极接收到的电子数=M在理想情况下一般可写成：n M δ= （2）式中δ是平均二次发射系数，n 为打拿极的级数。
二次发射系数δ是极间电压的函数，可用经验公式表示：b D V a )(=δ （3）其中V D 为打拿极之间的电压，a 、b 为经验常数。
如果打拿极电子传递效率为g ，那么增益M 比较实际的表达式可写成：n g M )(δ= （4）对设计良好的聚焦型管子g 约等于1，对非聚焦型管子g<1。
② 阳极光照灵敏度S放大倍数是光电倍增管的重要参数之一，但往往有些技术说明书不直接给出它的数值，而是在给出光阴极光照灵敏度S k 的同时，给出光电倍增管的“阳极光照灵敏度”S a ，它们之间的关系是：Fi MS g S ak c a 入射到阴极的光通量阳极电流== （5） 其中S a 的单位为A/lm ，g c 为第一打拿极对光电子的收集效率。
阳极光照灵敏度的物理意义是：当一个流明的光通量照在光阴极上时，在光电倍增管阳极上输出的电流（阳极电流）i a 的数值。
当入射光通量F 增大时，阳极电流i a 在相当宽的围是线性增大的；但F 太大时，就出现偏离线性。
原因之一是打拿极发射二次电子疲劳，使放大倍数减小；其二是最后几级打拿极和阳极上有空间电荷堆积；也有可能是分压电阻选择不当，使最后几级打拿极以及阳极之间的电压降低，放大系数减小，这一问题可以通过调整分压电阻来解决。
阳极光照灵敏度S a 和总电压的关系由式(3)、(4)、(5)可知：bn a V S ∝，故V S a log log ∝，两个量的对数成线性关系；因而随着电流增加到某一数值会出现非线性，logS a 增加变得缓慢；一般说来，加在光电倍增管上的高压在1000V 之线性还是比较理想的。
需要指出的是：闪烁探测器的线性问题是由多个因素共同作用的结果，不仅光电倍增管是个重要因素，闪烁晶体本身也存在能量线性问题。
因此在实际应用中，必须考虑多方面的因素，比如各部件的匹配等，而常用的解决方法则是调整光电倍增管的工作参数。
光电倍增管的管脚插入底座。
底座是由分压器与射极跟随器组成。
1）分压器光电倍增管中各电极的电位由外加电阻分压器抽头供给。
本实验使用正高压电路，阴极接地，阳极处于高电位，输出端使用耐高压电容隔开。
所加电压应根据说明书或不同用途以及管子的性能进行考虑；建议用户在使用本实验装置时采用我们的推荐值。
2）射极跟随器射极跟随器具有电流放大作用(放大倍数一般为几十～一百以上)，但其电压放大倍数恒小于1而接近于1，且输出电压和输入电压同相，因此具有电压跟随的特点，频率响应较好。
附录三 多项式拟合及能谱的光滑处理和寻峰一．多项式拟合 1．概述在实际的物理实验中，我们经常测出某一未知形式函数)(x f 在若干点i x 处的值i y （i=1,2……n ），所要做的是根据这些数值点推导)(x f 的近似表达式，这就是所谓的曲线拟合问题。
在介绍曲线拟合之前首先要谈一下函数插值。
所谓函数插值是根据插值原理建立一个次数不高于n 的插值多项式)(x P n 作为函数)(x f 的近似表达式，基本要拟合曲线通过所有数据点。
而曲线拟合不要求通过所有数据点，只要求得出的近似函数能反映数据的基本关系，因此曲线拟合比函数插值得到的结果更能反映客观实际。
在某种意义上来说曲线拟合还更有实用价值，因为实际问题中所提供的数据点往往很多，用函数插值势必得出次数很高的插值多项式，导致计算上的很多麻烦，而且高次多项式的振荡问题也是一大弊端。
因此实际工作中更多采用了曲线拟合的处理方法。
那么对给出的数据点),(i i y x 作拟合曲线时，怎样才算“拟合得最好”？或者说采取的原则是什么？一般希望使各观测数据与拟合曲线的方差和最小，就能使拟合曲线更接近真实函数，即最小二乘原理。
2．算法用一个m 次多项式∑==++++=mj j mx a x a x a x a a x y j m 02210)( 来拟合n 个观测数据点，其中m远小于n 。
误差平方和：∑=-=nk kky x y a a a a F m 12])([),,(210 ，要求F 的极小值则必须分别对a 0、a 1、……a m求偏导数并使之为零，因此得到：0])([21=-=∂∂∑=nk j k k k j x y x y a F； （m j 2,1,0=） （3—1） 即：0][][111210210=-+++=-++++∑∑=++=nk j k k m j k j k j k nk j kk m kkk x y x a x a x a x y x a x a x a am m ，即系数a 0、a 1、……a m 应满足如下方程组：∑∑∑∑==+=+==+++nk j k k nk m j km nk j kn k j k x y xa xa x a 1111110 （3—2）此方程组中有m+1个方程，通常称为法方程；其系数矩阵为一个对称矩阵，并且是正定的，可以求出唯一解a 0、a 1、……a m 而后代入m 次多项式即可得拟合结果。
