放射性核素γ射线谱的认识与测定 2011要点

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。

（一）γ射线能谱的测量摘要：本实验将了解闪烁探测器谱仪的工作原理及其使用；学习分析实验测量的137Cs和60Coγ谱之谱形和γ射线能谱的刻度测定谱仪的能量分辨率,本实验的目的是了解NaI(Tl)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(Tl)闪烁谱仪的使用方法和γ射线能谱的刻度。

关键词：γ射线Na(Tl)闪烁探测器能谱图单道脉冲幅度分析器引言：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测射线的仪器。

它的主要优点是：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。

核物理的发展,不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据,新的核技术，如核磁共振、穆斯堡尔谱学、晶体的沟道效应和阻塞效应，以及扰动角关联技术等都迅速得到应用。

核技术的广泛应用已成为现代化科学技术的标志之正文：实验原理1.闪烁谱仪结构与工作原理ＮａＩ（Ｔｌ）闪烁谱仪结构如图。

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α、β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（当Ｅγ＞1.02ＭｅＶ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。

闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，会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。

每产生一个电压脉冲就表示有一个粒子进入探测器。

由于电压脉冲幅度与粒子在闪烁体内消耗的能量（产生的光强）成正比，所以根据脉冲幅度的大小可以确定入射粒子的能量。

利用脉冲幅度分析器可以测定入射射线的能谱。

（一）γ射线能谱的测量摘要：本实验将了解闪烁探测器谱仪的工作原理及其使用；学习分析实验测量的137Cs和60Coγ谱之谱形和γ射线能谱的刻度测定谱仪的能量分辨率,本实验的目的是了解NaI(Tl)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(Tl)闪烁谱仪的使用方法和γ射线能谱的刻度。

关键词：γ射线Na(Tl)闪烁探测器能谱图单道脉冲幅度分析器引言：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测射线的仪器。

它的主要优点是：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。

核物理的发展,不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据,新的核技术，如核磁共振、穆斯堡尔谱学、晶体的沟道效应和阻塞效应，以及扰动角关联技术等都迅速得到应用。

核技术的广泛应用已成为现代化科学技术的标志之正文：实验原理1.闪烁谱仪结构与工作原理ＮａＩ（Ｔｌ）闪烁谱仪结构如图。

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α、β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（当Ｅγ＞1.02ＭｅＶ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。

闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，会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。

每产生一个电压脉冲就表示有一个粒子进入探测器。

由于电压脉冲幅度与粒子在闪烁体内消耗的能量（产生的光强）成正比，所以根据脉冲幅度的大小可以确定入射粒子的能量。

利用脉冲幅度分析器可以测定入射射线的能谱。

水中放射性核素的γ能谱分析方法放射性核素的γ能谱分析方法是利用各种传感器或仪器，检测水体中放射性核素的γ射线来分析水中放射性核素含量的方法，是测量水体放射能污染的主要手段之一。

通过研究和实践，该方法已成为可靠的检测技术，可以在一定范围内准确地测量水体中放射性核素的含量。

一、放射性核素的γ能谱测量原理首先，γ能谱分析是检测放射性核素的重要手段，其原理是通过放射性核素中γ射线的能量和数量特征，来确定放射性核素的含量。

其次，γ射线的能量受到放射性核素的原子结构、能级和电荷等参数的影响，因此每种放射性核素在γ射线能量上具有独特的特征。

最后，放射性核素的γ能谱总是由多条线构成，以及每条线的相对数量，可以使用其能谱指纹，判断水体中存在的放射性核素种类及其含量。

二、放射性核素的γ能谱测量技术放射性核素的γ能谱分析需要运用特殊的传感器和仪器，其目的是通过检测放射性核素中γ射线的能量和数量，从而分析水体中存在的放射性核素种类及其含量。

传感器和仪器中常用的有：（1）多普勒谱仪。

多普勒谱仪是一种可以对水体中放射性核素和其他辐射源进行非破坏性检测的仪器，其原理是利用γ射线的特性和谐振效应，从而使水体中放射性核素的能量得到分辨，以及放射性核素的数量得到评估。

（2）γ波谱计。

它是一种非破坏性检测放射性核素的仪器，利用多种探测元件对水体中放射性核素的γ射线进行能谱分析，从而获得准确的能谱结果，从而确定其中放射性核素的种类及其含量。

（3）γ计数器。

它是一种可以检测和测量放射性核素的仪器，它的原理是通过检测放射性核素中的γ射线来确定水体中放射性核素的含量，而通过设置有效的放射事故报警系统，从而可以对异常的γ射线能谱结果作出有效的预警措施。

三、放射性核素的γ能谱测量结果分析在实际操作中，放射性核素的γ能谱测量结果以曲线图的形式表示，以提供给使用者准确的研究结果。

研究人员可以通过综合分析放射性核素的γ能谱曲线图，从而获得水体中放射性核素的种类和含量，从而为水体污染物的识别和控制提供重要的参考依据。

附录D（资料性附录）应急监测中γ能谱分析可能涉及的放射性核素表D.1 应急监测中γ能谱分析可能涉及的放射性核素核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Ac-227 100 3.17×10-47.96×103 84 2.21×10-4Ar-41 1293.6 9.91×10-17.59×10-2Ag-108m434 9.04×10-11.60×105 614.3 8.98×10-1Ag-110m 657.8 9.47×10-12.50×102 884.7 7.29×10-1Ag-113 298.6 1.00×10-1 2.24×10-1 Am-241 59.5 3.63×10-1 1.58×105 Am-242m 49.3 1.90×10-3 5.55×104 Am-243 74.7 6.60×10-1 2.70×106As-76 559.1 4.50×10-11.08×100 657 6.20×10-2As-78 613.8 5.40×10-16.30×10-2 694.9 1.67×10-11308.7 1.30×10-1Au-198 411.8 9.55×10-12.70×100 70.8 1.38×10-2Ba-13331 6.29×10-13.91×103 355.9 6.23×10-1Ba-137m 661.6 9.00×10-11.77×10-3 32.23.82×10-2Ba-139 165.9 2.37×10-1 5.76×10-2Ba-140 537.3 2.44×10-11.28×101 30 1.43×10-1162.7 6.22×10-2437.6 1.93×10-2Bi-207 567.0 9.80×10-11.39×104 1063.6 7.70×10-1Br-82 776.5 8.35×10-11.47×100 619.1 4.34×10-1698.3 2.85×10-11317.5 2.65×10-1Br-84 881.6 4.20×10-1 2.21×10-2 Cd-109 25 1.43×10-1 4.53×102核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Cd-113m 263.7 6.00×10-55.33×103 23.26.00×10-5Cd-115 336.2 4.59×10-12.23×100 527.9 2.75×10-1Cd-117 1303.3 1.84×10-1 1.04×10-1 Cd-117m 1066 2.31×10-1 1.40×10-1 Ce-139 165.9 0.80×10-1 1.38×102Ce-141 145.5 4.80×10-13.25×101 36 8.88×10-2Ce-143 293.3 4.28×10-11.38×100 664.6 5.89×10-2Ce-144 133.5 1.08×10-12.84×102 36.0 4.80×10-2Cf-252 43.4 1.30×10-48.99×102 Cm-242 44 3.25×10-4 1.63×102 Cm-243 103.8 2.08×10-1 1.04×104 Cm-244 42.8 2.55×10-4 6.61×103 Cm-245 103.8 2.30×10-1 3.11×106Co-56 846.8 1.00×1007.28×101 1238.2 6.76×10-1Co-57 122.1 8.56×1012.72×102 136.5 1.07×101Co-58 810.8 9.95×10-17.08×101 511 3.00×10-1Co-60 1332.5 1.00×1001.93×103 1173.2 9.99×10-12158.7 8.00×10-6Cr-51 320.1 9.83×10-2 2.77×101Cs-134 604.7 9.76×10-17.53×102 795.8 8.54×10-1Cs-136 818.5 1.00×1001.30×101 1048.1 8.00×10-1Cs-137 661.7 8.46×10-11.10×104 32.23.70×10-2Cs-138 1435.9 7.63×10-12.32×10-2 462.83.07×10-11009.8 2.98×10-1Eu-152 40.1 3.00×10-14.64×103 121.8 2.92×10-1Eu-154 123.1 4.05×10-13.11×103 1274.8 3.55×10-1核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Eu-155 86.5 3.27×10-11.81×103 105.32.18×10-1Eu-156 1230.7 7.98×10-21.52×101 1242.4 6.60×10-2646.3 6.28×10-2Eu-157 370.5 1.10×10-1 6.33×10-1Fe-59 1099.2 5.65×10-14.51×101 1291.6 4.32×10-1Ge-77 215.5 2.86×10-1 4.67×10-1Gd-153 41.5 6.00×10-12.42×102 40.93.20×10-1Hf-181 482.2 8.60×10-14.25×101 133.1 4.30×10-1Hg-203 279.2 8.15×10-14.66×101 72.9 6.40×10-2Ho-166m 184.4 7.39×10-14.38×105 810.35.97×10-1I-125 27.5 7.30×10-16.01×101 27.2 3.92×10-1I-129 29.8 3.60×10-15.73×109 29.5 1.90×10-1I-131 364.5 8.12×10-18.04×100 637 7.27×10-2284.3 6.06×10-280.2 2.62×10-229.8 2.59×10-2I-132 667.7 9.87×10-19.58×10-2 772.6 7.62×10-1I-133 529.9 8.70×10-18.68×10-1 875.3 4.51×10-21298.2 2.35×10-21236.4 1.51×10-2I-134847 9.54×10-13.65×10-2 1072.6 1.49×10-1595.4 1.11×10-1I-135 1260.4 2.89×10-12.74×10-1 1131.5 2.27×10-11678 9.67×10-2In-114m 24.2 2.00×10-14.95×101 189.9 1.77×10-1In-115m (Cd-115) 336.2 4.59×10-1 1.87×10-1核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Ir-192 316.5 8.70×10-17.40×101 468.1 5.18×10-1K-40 1460.8 1.07×10-1 4.68×1011Kr-85m 151.2 7.50×10-11.87×10-1 304.9 1.40×10-1Kr-87 402.6 4.96×10-1 5.30×10-2Kr-88 196.3 2.60×10-11.18×10-1 834.8 1.30×10-11529.8 2.15×10-2La-140 1596.2 9.55×10-11.68×100 487 4.30×10-1La-141 1354.5 1.64×10-21.63×10-1 1693.3 7.40×10-3La-142 641.3 4.7×10-16.33×10-2 894.9 8.34×10-11901.3 7.16×10-1Mn-54 834.8 1.00×100 3.12×102 Mn-56 846.7 0.989×10-1 1.07×10-1Mo-99 739.5 1.30×10-12.76×100 777.9 4.26×10-1Na-22511 1.80×1009.50×102 1274.5 9.99×10-1Na-24 1368.6 1.00×1006.23×10-1 2754 9.99×10-1Nb-94 871.1 1.00×1007.42×106 702.5 1.00×100Nb-95 765.8 9.90×10-1 3.52×101 Nb-97 657.9 9.80-10-1 5.01×10-2 Nb-97m(Zr-97) 743.4 1.00×100 6.79×10-4Nd-147 91.1 2.83×10-11.10×101 531 1.31×10-1439.9 1.20×10-2398.2 8.70×10-3Nd-149 211.3 2.59×10-17.21×10-1 423.6 7.40×10-2Ni-65 1481.8 2.40×10-11.05×10-1 1115.5 1.54×10-1Np-237 86.5 1.31×10-17.82×108 29.4 9.80×10-295.9 2.96×10-2核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Np-239 103.7 2.40×10-12.36×100 106.1 2.27×10-1Pa-234m 1001 5.90×10-38.13×10-4 766.6 2.07×10-3Pb-210 46.5 4.00×10-27.45×103Pm-145 37.4 3.86×10-16.47×103 36.9 2.11×10-1Pm-147 121.2 4.00×10-59.58×102Pm-149286 3.10×10-22.21×100 859.4 1.00×10-3Pm-151 340.1 2.23×10-11.18×100 40.1 1.66×10-1717.7 4.05×10-1Po-210 803 1.10×10-5 1.38×102Pr-144(Ce-144) 696.5 1.49×10-21.20×10-2 2185.6 7.70×10-3Pr-145 979 2.56×10-3 2.49×10-1Pu-236 47.6 6.90×10-41.04×103 109 1.20×10-4Pu-238 43.5 3.80×10-43.21×104 99.9 7.24×10-5Pu-239 51.6 2.08×10-48.81×106 129.3 6.20×10-5Pu-240 45.2 4.50×10-42.39×106 104.2 7.00×10-5Pu-241 98.4 2.20×10-55.54×103 94.7 1.20×10-5111 8.40×10-6Pu-242 44.7 3.60×10-21.41×108 103.5 7.80×10-3Ra-226186 3.28×10-25.84×105 83.78 3.10×10-3Rb-86 1076.6 8.76×10-2 1.86×101Rb-88(Kr-88) 1836 2.14×10-21.23×10-2 898 1.40×10-2Rh-105 318.9 1.90×10-2 1.47×100 Rh-105m (Ru-105) 129.6 2.00×10-1 4.63×10-4Rh-106(Ru-106) 511.8 2.06×10-13.46×10-4 621.8 9.81×10-2Ru-103 497.1 8.64×10-13.94×101 610.3 5.30×10-2核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Ru-105 724.3 4.70×10-11.85×10-1 469.4 1.75×10-1316.4 1.11×10-1Sb-124 602.71 9.81×10-16.02×101 1691 5.00×10-1Sb-125 427.9 0.30×10-11.01×103 600.6 1.79×10-1636 1.13×10-1Sb-126 695.1 9.97×10-11.25×101 666.2 9.97×10-1Sb-127 685.7 3.57×10-13.85×100 473 2.50×10-1Sb-128 754 1.00×100 3.77×10-1Sb-129813 4.30×10-11.82×10-1 1030.7 1.26×10-1Sb-130 793.4 1.00×100 2.74×10-2 Sb-131 943.4 4.70×10-1 1.60×10-2Sc-46 1120.5 1.00×1008.39×101 889.3 1.00×100Se-75 264.7 5.86×10-11.20×102 136 5.60×10-1Sm-153 103.2 3.14×10-1 1.94×100Sn-113 391.7 6.24×10-11.15×102 24.2 3.90×10-1Sn-123 1089 6.00×10-31.29×102 1032 4.00×10-4Sn-125 1067.1 9.00×10-29.62×100Sn-126 87.6 3.75×10-13.65×107 26.1 1.89×10-1Sr-89 909.2 9.50×10-4 5.05×101Sr-91 1024.3 3.30×10-14.02×10-1 749.8 2.36×10-1652.9 8.00×10-2Sr-92 1383.9 9.00×10-11.09×10-1 430.5 3.28×10-21142.4 2.79×10-2Ta-18267.8 4.13×10-11.15×102 1121.3 3.50×10-1Tb-160 876.4 3.00×10-17.21×101 298.6 2.74×10-1Tc-99 89.6 6.50×10-67.82×107核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Tc-99m(Mo-99) 140.5 9.09×10-1 2.50×10-1 Te-127 417.9 9.93×10-3 3.90×10-1Te-129 459.6 7.14×10-24.83×10-2 360.3 1.35×10-3Te-129m 27.5 1.53×10-13.36×101 27.2 7.80×10-2Te-131m 773.7 3.81×10-11.25×100 852.2 2.06×10-11206.6 1.27×10-1Te-132 228.2 8.85×10-13.20×100 116.3 1.96×10-228.5 5.40×10-1Te-133m 912.7 5.53×10-16.41×10-4 647.5 1.94×10-1Te-134 767.2 2.95×10-12.90×10-2 210.5 2.27×10-1278 2.12×10-1Th-227236 1.12×10-11.85×101 50.2 8.85×10-2256.3 6.80×10-1Ti-44 78.4 9.47×10-11.73×104 67.8 8.77×10-1Tl-204 70.8 7.40×10-31.38×103 68.9 4.00×10-3Tm-170 84.3 1.00×10-11.29×102 52.4 6.80×10-251.4 3.60×10-2U-235 185.7 5.40×10-12.57×1011 143.8 1.05×10-1163.4 4.70×10-2U-237 58.5 3.45×10-16.75×100 64.8 1.24×10-2332.4 1.20×10-2U-238 48 7.50×10-4 1.72×1012V-48 983.5 1.00×1001.61×101 1311.6 9.80×10-1511 9.80×10-1W-187 685.7 2.92×10-19.96×10-1 479.6 2.34×10-1Xe-133m 233.2 1.00×10-1 2.20×100核素γ射线能量/keV 分支比半衰期/天Xe-135 249.8 9.00×10-13.81×10-1 608.2 2.90×10-2408 3.59×10-3Xe-135m (I-135) 526.6 8.50×10-1 1.06×10-2Y-88 1836.1 9.97×10-11.07×102 898 9.37×10-1Y-90 1760.7 1.15×10-4 2.67×100Y-90m 202.5 9.73×10-11.33×10-1 479.5 9.07×10-1Y-91 1204.9 3.00×10-3 5.85×101 Y-91m(Sr-91) 555.6 9.50×10-1 3.45×10-2Y-92 934.5 1.39×10-11.48×10-1 1405.4 4.80×10-2561.1 2.40×10-2Y-93 266.9 7.30×10-24.24×10-1 947.1 2.09×10-21917.8 1.54×10-2Yb-169 50.7 7.81×10-13.07×101 63.14.50×10-149.8 4.22×10-1Zn-63 669.6 8.00×10-22.67×10-2 962.1 6.50×10-2Zn-65 1115.5 5.08×10-12.44×102 511 2.83×10-2Zr-95 756.7 5.48×10-16.44×101 724.2 4.42×10-1Zr-971148 2.61×10-26.98×10-1 1750.2 1.09×10-2注：根据美国材料实验协会(ASTM)2012年发布的《Standard practice for the rapid assessment of gamma-ray emitting radionuclides in environmental media by gamma spectrometry》(ASTM D7784—12)标准、日本原子力规制委员会2018年发布的《放射能測定法シリーズNo.29-緊急時におけるゲルマニウム半導体検出器によるγ線スペクトル解析法》手册和国际度量衡局（BIPM）发布的最新版本放射性核素表整理。

γ射线能谱测量和γ射线吸收和物质吸收系数μ的测定的实验报告许琪娜物理092 08070116摘要：本文主要简述了Nal（Tl）γ闪烁谱仪的结构和基本工作原理以及利用Nal （Tl）γ闪烁谱仪来测量γ射线能谱及γ射线吸收系数μ，具体实验操作过程以及实验中遇到的问题和解决方案。

关键词：γ射线能谱γ闪烁谱仪吸收系数引言：在放射性测量工作中，对射线的测量是一个非常重要组成部分，对射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。

NaI( Tl) 闪烁谱仪是一种常用的对射线进行能谱测量的谱仪，它与高纯锗谱仪相比具有探测效率高NaI( Tl) 晶体便于加工成各种形状，价格便宜等特点，因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。

γ射线是波长短于0.2A 的电磁波，它由原子核能级间的跃迁而产生, 是继γ射线后发现的第三种原子核射线。

γ射线具有比X射线还要强的穿透能力，目前广泛的应用于工业探伤、测厚、冶金、自动化、医疗等方面。

研究不同物质对γ射线的线性吸收系数的测量方法, 这对于在工业应用中对γ射线进行防护，以及用γ射线准确检测各种容器内所储存的液体、浆体或固体物料的位置, 都具有重要的意义。

正文：一．NaI( Tl) 闪烁谱仪1.如图为实验装置。

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。

其工作可分为五个相互联系的过程：（1）射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；（2）受激原子、分子退激时发射荧光光子；（3）利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多得收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光子；（4）光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号；（5）此信号由电子仪器记录和分析。

2.γ闪烁谱仪的调试方法：连接好实验仪器接线，高压为正极，所用的高压电缆在插头处有红色橡皮套，一头接探头后座，一头接仪器盒后面的+HV输出。

40闪烁谱仪测定γ射线的能谱γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态时发射的波长很短的电磁辐射。

研究γ射线的能谱对于放射性核素的应用和研究原子核的能级结构有很重要的意义。

闪烁探测器在科学技术的许多部门有着十分重要的应用，它的主要优点是：既能探测各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子，既能对辐射强度进行测量，又能对辐射的能量进行分析，而且探测效率高（比G-M 计数器高几十倍），分辨时间短（约108-秒）。

通过本实验，你将学习掌握一种测量射线能量的方法：用NaI(Tl)闪烁探测器测量γ能谱。

实验原理一、γ射线与物质的相互作用放射性核素放射出来的带电粒子（α、β粒子以及内转换电子）与物质相互作用主要为电离、散射和吸收三个方面。

γ射线是不带电的电磁辐射，它与物质的相互作用主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应三个过程。

1. 光电效应 入射的γ光子把能量全部转移给原子中的束缚电子，使之发射出来，而光子本身消失，这种过程称为光电效应。

光电效应中发射出来的电子叫光电子。

这过程如图2-2-1所示。

在光电效应中，若忽略被原子的反冲核所吸收的能量，则由能量守恒定律得到 E E E E r e i e =+@ (2-2-1)式中E r 为入射γ光子的能量，E e 为光电子获得的动能,E i 为i 层电子的结合能，一般E i 远小于E r 。

显然，如果入射γ光子是单能的，则产生的光电子也是单能的。

光电子可以从原子各个壳层中发射出来，但在K 壳层上打出电子的几率最大，L 层次之，M 、N 层更次之。

因此，在发射光电子的同时，还伴随着原子发射的特征X 射线或俄歇电子。

实验和理论都表明，γ射线与物质相互作用时，产生光电效应的几率随着物质原子序数的增大而迅速增大，又随着γ射线的能量增大而减小。

光图2-2-1 光电效应的示意图412. 康普顿效应入射的γ光子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子的能量和运动方向发生变化，这一过程称为康普顿效应．图2-2-2为康普顿效应的示意图。

放射性核素γ谱分析方法探讨第40卷第9期核技术 V ol.40, No.9 2017年9月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2017——————————————第一作者：卿云花，女，1987年出生，2015年于南京航空航天大学获硕士学位，从事辐射防护与监测，核技术及应用专业收稿日期：2017-02-20，修回日期：2017-04-08First author: QING Yunhua, female, born in 1987, graduated from Nanjing University of Aeronautics and Astronautics with a master’s degree in 2015,focusing on radiological protection and detection, major in nuclear technology and applicationsReceived date: 2017-02-20, accepted date: 2017-04-08 090502-1放射性核素γ谱分析方法探讨卿云花刘盼郑琪珊张燕黄丽华（福建省职业病与化学中毒预防控制中心福州 350000）摘要在实验室仅存在混合刻度源条件下，探讨不同解谱方法对放射性核素活度估算的适用性。

本文利用HPGe γ谱仪测量样品，并分别采用效率曲线法和相对比较法来分析样品中241Am 、60Co 、137Cs 、40K 核素活度。

结果表明，若干扰核素对样品中待分析核素产生的影响可忽略，但对混合刻度源中相应的待分析核素影响较大时，经综合考虑，相对比较法所得结果优于效率曲线法；若干扰核素对样品中待分析核素产生的影响不可忽略，但对混合刻度源中相应的待分析核素影响不大时，与相对比较法相比，效率曲线法占优势。

关键词HPGe γ谱仪，混合刻度源，分析方法，放射性核素中图分类号 TL12DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.090502γ spectrometry analytical method of radionuclideQING Yunhua LIU Pan ZHENG Qishan ZHANG Yan HUANG Lihua(Fujian Center for Prevention and Control of Occupational Diseases and Chemical Poisoning , Fuzhou 350000, China ) Abstract Background: Currently, mixture calibration sources, generally used in laboratory for saving cost, arelimited in spectrum analysis. Purpose: The aim is to study the suitability of two spectrum analysis methods under the condition of mixture calibration source. Methods: In this work, four radionuclides, 241Am, 60Co, 137Cs, and 40K, were measured by HPGe γ spectrometry and analyzed with relative comparison and efficiency curve methods under the condition of the mixture calibration source. Results: Relative comparison method can not calculate the radioactive activity of test nuclide influenced by interference nuclide, if interference nuclide could be ignored in mixturecalibration source. Conclusion: Relative comparison method has an advantage comparing with efficiency curvemethod, if interference nuclide has no effect on test nuclide included in sample, but has a great effect on test nuclide included in mixture calibration source. However, efficiency curve method has an advantage comparing with relative comparison method. If interference nuclide has a great effect on test nuclide included in sample, but no effect appears on test nuclide included in mixture calibration source.Key words HPGe γ spectrometry, Mixture calibration source, Analytical methods, Radionuclides随着我国核能行业的迅猛发展，放射性核素释放到环境介质中的概率也不断变大，通过监测环境介质中的放射性核素活度来评价放射性核素对环境造成的影响，这在环境保护和人类健康保障方面都有着重大的意义[1?2]。

放射性核素γ能谱相关标准分析张 奎* 陈迎锋 杨永新（中国人民解放军92609部队）摘　要：本文分析了当前放射性核素γ能谱相关标准，为提升标准的适用性与可操作性提出建议。

利用全国标准信息公共服务平台，对我国放射性核素γ能谱标准情况进行检索统计，包括国家标准、行业标准、团体标准，对放射性核素γ能谱系列标准存在的问题进行系统的分析与讨论。

结果表明，当前的放射性核素γ能谱系列标准存在术语定义不一致、标准内容重复、技术指标要求不统一等问题。

据此，建议修定并整合放射性核素γ能谱系列相关标准，增强标准的丰富性、适用性和可操作性等，以推动标准更加广泛的应用。

关键词：放射性核素，γ能谱，标准，分析 DOI编码：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.02.013Analysis of Standards for γ-Spectrometry of RadionuclideZHANG Kui * CHEN Ying-feng YANG Yong-xin（92609 Unit of PLA)）Abstract: The paper analyzes the existing standards related to γ-spectrometry of radionuclide, and provides suggestions for improving the effectiveness and suitability of the standards. It uses the national public service platform for standards information to search and make a statistic analysis of the standards for γ-spectrometry of radionuclide in china, including national standards, sectoral standards and association standards. The problems of γ-spectrometry of radionuclide standards system are systematically analyzed and discussed. The results show that in the current radionuclide γ-spectrometry series standards, there are problems such as the inconsistency on the definition of key terms, the duplicate standard content, the inconsistent requirements for technical indicators. Accordingly, it suggests revising and integrating the relevant standards on γ-spectrometry of radionuclide to enhance the richness, applicability and operability of the standards and promote their wider application.Keywords: radioactive,γ-spectrometry, standard, analysis作者简介：张奎，通信作者，硕士研究生，工程师，主要研究方向为核科学与技术。

闪烁谱仪γ射线能谱的测量摘要：核技术在现代物理学中占有重要地位，本文通过对闪烁谱仪的介绍和γ射线能谱的测量，了解核技术的相关探测仪器的使用原理和方法以及能谱测量和分析方法，并对核实验中的安全防护措施有初步的认识。

关键字：核技术；γ射线；能谱；闪烁探测器；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γ射线。

γ射线强度按能量分布即为γ射线能谱。

通过分析γ能谱可以确定原子核激发态的能级，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。

测量γ能谱最常用的仪器是闪烁γ能谱仪，下面我们就来介绍能谱测量的相关知识。

正文：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。

下面来简单的介绍一下闪烁谱仪的工作原理。

γ射线在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，这三种效应会产生次级电子，NaI （T1）单晶γ闪烁谱仪就是利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子，并照射在光阴极上产生光电子，这些光电子经过倍增管放大而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到γ射线能谱，具体结构图如下：经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的γ射线的能量成正比，线号脉冲的个数正比于γ射线的强度。

接收电信号的仪器可以分为单道和多道脉冲分析器，其功能是通过测量不同幅值电压脉冲信号的脉冲个数来画出入射γ射线能量与强度的关系。

单道分析器有一个下甄别电压1V 和一个上甄别电压2V ，只有当脉冲幅值在12V V 之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在12V V 之间的个数，通过改变1V 并保持12V V 不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为γ射线的能量与强度的关系。

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）。

测量γ射线能谱的装置就是上面所提到的NaI(TI)单晶γ闪烁探测器。

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。

11-核技术应⽤作业答题要点第⼀篇X射线荧光分析1、什么是X荧光？试述XRF的⼯作原理。

2、吸收限的定义是什么？它对原⼦的激发和特征X射线的产⽣有何意义？3、在什么情况下必须使⽤滤⽚？滤⽚能否改善探测器的能量分辨率？说明平衡滤⽚对的⼯作原理。

4、室内研究和校正基体效应的⽅法有哪些？试归纳出它们的依据、特点和应⽤条件。

答题要点：1答：X荧光：原⼦近核轨道电⼦丢失造成电⼦跃迁⽽导致的各种闪光。

XRF的⼯作原理：利⽤外界辐射激发待分析样品中的原⼦，使原⼦发出特征X射线（荧光），通过测定这些特征X射线的能量和强度，可以确定样品中微量元素的种类和含量，这就是X射线荧光分析，也叫做源激发X荧光分析。

2答：射线从给定元素原⼦特定能级上逐出⼀个电⼦所需的最⼩能量（或最⼤波长），称为该元素该能级的吸收限，对应相应电⼦的结合能。

激发相应电⼦壳层的X射线，所⽤射线能量以略⼤于吸收限为宜，由此可以选择性地激发相应元素的原⼦产⽣特征X射线。

3答：在X射线荧光现场测量中，主要使⽤的闪烁计数器谱仪，其能量分辨率往往不能区别相邻元素的X 射线荧光，此时如不便于使⽤分辨率较好的半导体探测器，则必须使⽤滤⽚。

不能。

利⽤两种物质吸收限能量的差别形成能量通带，使能量通带内的吸收系数差别很⼤，能量通带外的吸收系数近似相等，以排除通带外能量（主要来⾃周围伴⽣元素）的⼲扰，使分辨率较差的探测器也能分别测定相邻元素X射线荧光照射量率。

第⼆章中⼦活化分析1、简述中⼦活化分析的⼯作原理；感⽣放射性核素的积累与衰变有何规律? 答题要点：(⽤⾃⼰的语⾔合理表述)⽤中⼦照射样品，使待测核素发⽣核反应，产⽣放射性核素，测定其放射性活度、射线能谱和半衰期根据活化反应截⾯、中⼦通量等，确定被测样品的元素成分和含量的分析⽅法。

积累：衰变：第三章放射性同位素⽰踪1、什么是放射性同位素⽰踪？其基本性质是什么？2、在不同领域应⽤放射性同位素⽰踪技术时，需要考虑那些基本问题？答题要点： 1答：放射性同位素⽰踪：利⽤放射性核素作为⽰踪剂对研究对象进⾏标记的微量分析技术。

近代物理实验报告γ射线能谱的测量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Υ射线能谱的测量班级：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。

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。

光子能量计算公式：E=hv（h，普朗克常量；v，频率）h=6.63×10−34J·S=4.14×10−15eV·S1eV=1.6×10−19CV=1.6×10−19J（焦耳）（1eV相当于一个电子在1V的电势差上移动所做的功，其能量是为电子的电量和1V的乘积。

）一电子所带电量是1.6×10−19C（C，库伦，电荷单位）γ射线具有极强的穿透本领。

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。

照射量中文名称：照射量[1]英文名称：exposure符号：X定义：X=d Q/d m式中：d Q——光子在质量为d m的空气中释放的全部电子（负的和正的）完全被空气阻止时，在空气中产生的任一种符号的离子总电量绝对值。

单位：库/千克符号：C/kg已废除的非法定专用单位是伦琴(R)，1R=2.58×10E-4 C/kg。

1伦琴相当于在1立方厘米标准状况的空气（质量为0.001293克）中产生的正、负离子电荷各为1静电单位。

在早期辐射剂量测量中，测定空气中生成离子的电量是比较方便的。

在充气电离室中使两极板保持饱和电位即可准确测量离子的电量或产生的电流。

因此广泛使用射照量(当时称伦琴值)来表征辐射剂量。

不同密度或组分的物质放在同一点的空气中，即使照射量相同，吸收剂量并不相同。

如1伦琴相当于1千克空气吸收0.0089焦耳能量，而相当于1千克人体组织吸收0.0096焦耳能量。

因此,照射量只是一种参考比较的物理量，根据照射量测算各种物质中的吸收剂量不是很简易的过程。

还有一点值得注意，照射量只用于光子在空气中引起电离的情况，其他类型辐射虽然也可以在空气中引起电离，却不允许使用照射量。