γ射线能谱测量实验报告(共12页)

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。

γ射线能谱测量——物理0805 乔英杰u200810200王振宇u200810256实验背景：19世纪下半叶，物理学家对X射线和阴极射线进行了大量的研究，导致了放射性、电子以及α、β、γ射线的发现，这些射线的发现同时也为原子科学的发展奠定了基础。

自20世纪进入原子能时代，科学家对射线进行了更进一步的研究，射线在科学技术中开始渗透，根据γ射线具有波长短、能量高、穿透能力强和对细胞有很强的杀伤力的特性，γ射线的应用也成了一门新兴产业，现在它已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域，特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益，为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深刻的影响。

目前γ射线的应用正在蓬勃快速的发展，应用领域仍在不断拓宽，它以低能耗、无污染、无残留、安全卫生等优点，深受众多行业的青睐，可是，其危害性也不容忽视。

我们需要对γ射线深入了解，才能在降低其危害性的同时让其更好的为我们服务。

本实验采用闪烁探测器和多道脉冲幅度分析器对γ射线的能量分布谱进行测量，以便我们了解用闪烁探测器测量γ射线的方法，学会分析能谱的特征及其影响因素。

实验原理：1、闪烁探测器工作原理：闪烁探测器探测γ射线时，γ光子与物质作用不直接产生电离，而是发生光电效应、康普顿效应、电子对效应，闪烁体的原子、分子、电离或激发的作用来自三种效应所产生的次级电子。

这样，我们就得到了对应于γ射线能量强度的电信号。

之后，光电倍增管将所得电信号放大（倍增管阴极与阳极之间有十余个打那级，每个打那级均发生电子的倍增现象），其阳极最后收集电子的电极，与射级跟随器电路相连，使收集到的电子流以电压脉冲的方式输出。

2、γ闪烁能谱仪的工作原理：如下图（1）所示，整个仪器的信号传递大致是：由γ射线放射源放出的γ射线被闪烁探测器接受并转换为电压脉冲，前置放大器和脉冲放大器对探测器输出的电压脉冲进行放大，最后这些脉冲被多道分析器采集、处理。

多道分析器的到是指在分析器中存在的记录不同高度脉冲的位置。

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）。

N al(Tl)γ闪烁谱仪及γ射线的吸收和物质吸收系数μ的测定实验报告物理072 07180217 陈焕摘要：介绍了Nal(Tl)γ闪烁谱仪，以及进行γ射线能谱的测量和物质吸收系数μ的测定实验内容以及所涉及的实验原理。

关键字：Nal(Tl)γ闪烁谱仪γ射线物质吸收系数μ引言：γ射线由法国科学家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。

γ射线是因核能级间的跃迁而产生，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。

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。

实验内容：本实验使用的仪器为RES-02型相对论效应实验仪，也就是Nal(Tl)γ闪烁谱仪。

1、γ射线能谱的测量Nal(Tl)γ闪烁谱仪实际是记录射线强度和能量。

强度通过转变为电压信号的幅值来反映，而能量通过道数来反映，能量与道数成正比，这样就可以得到最终的曲线图。

进行γ射线能谱实验，放入放射源，要分别对放射源137Cs、60Co源进行能谱分析。

点开软件，设置参数。

137Cs源的测量时间为300s，60Co源的测量时间为500s，道数都为512。

调节电压到700V附近，再进行细调，使137Cs源的全能峰的峰值对应的道数为160，60Co 源的全能峰的峰值对应的道数为320。

然后进行测量。

因为γ射线的接受器不可能精确对准放射源的小孔，所以要选取三个位置测量，选取计数率最大的，作为最佳位置。

图像见附录。

2、物质吸收系数μ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h ν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。

γ射线穿过物质时，射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，公式为00r N xxI I eI eσμ--==。

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射线能谱的测量光信息081 邵顺富 08620122摘要：本实验要求大家了解NaI（TI）闪烁探测器的结构，并对其工作原理有一定的认识。

γ射线射入闪烁体，通过光电效应、康普顿效应和电子对产生这三种效应，产生次级电子，再由这些次级电子去激发闪烁体发光。

所发之光被光电倍增管接收，经光电转换及电子倍增过程，最后从光电倍增管的阳极输出电脉冲。

分析、记录这些脉冲就能测定射线的强度和能量，从而得到γ射线的能谱。

关键词：闪烁探测器γ射线能谱引言：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。

其能量由原子核跃迁前后的能级差来表示：γ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，即为“γ能谱”。

本实验采用NaI（TI）单晶闪烁谱仪测量“γ能谱”。

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10 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。

正文实验背景γ辐射是处于激发态原子核损失能量的最显著方式。

光子(γ射线)会与下列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下列三种效应中的一种：1）光子的完全吸收；2）弹性散射；3）非弹性散射。

因此从理论上讲，γ射线可能的吸收和散射有12种过程，但在从约10KeV到约10MeV范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种：光电效应、康普顿效应、电子对。

实验目的1．了解闪烁探测器的结构、原理；2．掌握Nal（T1）单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法；3．了解和电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理；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。

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。

实验报告陈杨 PB05210097 物理二班实验题目:用闪烁谱仪测γ射线能谱实验目的:1. 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。

2. 学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。

实验原理:闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其根据原子核结构理论，原子核的能量状态是不连续的，存在着分立能级。

处在能量较高的激发态能级2E 上的核，当它跃迁到低能级1E 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12E E hv -=，此处h 为普朗克常数，ν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射线强度按能量的分布。

（1）闪烁谱仪测量γ射线能谱的原理闪烁能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）的现象来测量能谱的。

这种荧光物质常称为闪烁体。

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晶体闪烁体。

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。

此处仅对常用的无机晶体闪烁体的发光机制作简单介绍。

最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常写为NaI (T1)，属离子型晶体，是绝缘体，按固体物理的概念，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带。

如有带电粒子进入到闪烁体中，引起后者产生电离或激发过程，即可能有电子从价带激发到导带或激发到激带，然后这些电子再退激到价带的可能过程之一是发射光子。

这种光子的能量还会使晶体中其他原子产生激发或电离过程，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到。

为此在晶体中掺入少量的杂质原子称为激活原子，如在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级，见图2.2.1-1示意图。

这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激发到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。

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。