射线的吸收与物质吸收系数μ的测定设计
毕业设计(论文)
题目γ射线的吸收与物质吸收
系数μ的测定
学院名称核科学技术学院
南华大学
毕业设计（论文）任务书
学院：核科学技术学院
题目：γ射线的吸收和物质吸收系数μ的测定起止时间： 2011.1.5——2011.5.20
学生姓名：
专业班级：核工程与核技术071
指导教师：
教研室主任：
院长：
2011年 3 月 6日
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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实验四填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定姓名：学号：；学院专业级班； 同组同学姓名：；；。 实验日期：；天气：；室温：大气压：；成绩： . 一、实验目的 1.了解填料吸收塔的结构和操作流程； 2.掌握产生液泛现象的原因和过程。 3.明确吸收塔填料层压降p与空塔气速u在双对数坐标中的关系曲线及其意义，了 解实际操作气速与泛点气速之间的关系 4.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响； 5. 掌握气相总容积吸收传质系数Ky,α的测定方法 二、基本原理 吸收是指利用气体中各组分在液相中溶解度的差异而分离气体混合物的操作。在吸收过 程中，所用液体成为吸收剂（或溶剂）；气体中被溶解的组分称为吸收质或溶质；不被溶解 的气体组分称为惰性气体或载体；吸收操作所得到的液体称为溶液（主要成分为吸收剂和溶质）；剩余的气体为尾气，主要成分为惰性气体，还有残余的吸收质。 1.气液相平衡关系 大多数气体物质A溶解形成稀溶液时，稀溶液上方溶质A的平衡分压p A*与其在溶液 中的 摩尔分数x A成正比： p A* = Ex A (4-1) 这就是亨利定律。式中，E为亨利系数（kPa）。 若气相组成也用平衡摩尔分数y*表示，则(3-4-1)式可写为：
y A* = Ex A/p (4-2) 令E/p= m，则 y A* = mx A (4-3) 式中，m为相平衡系数，量纲为1。 吸收过程中，溶液和气体的总量在不断变化，使得吸收过程的计算比较复杂。为了简便 起见，工程计算中采用在吸收过程中数量不变的惰性气体（如空气）和纯吸收剂为基准，用 物质的量之比（也称为比摩尔分数）来表示气相和液相中吸收质A的含量，并分别用Y A和 X A表示。平衡时，其关系式为： Y A*= mX A/(1?(1?m)X A) 当溶液浓度很低时，X A很小，则1+(1－m)X A?1，式(3-4-4)可简化为： Y A*＝mX A 2.填料吸收塔流体力学特性 填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料塔上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降△P的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数，它包括压强降液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。 在填料塔中，当气体自下而上通过干填料（L=0）时，与气体通过其它固体颗粒床层一样，气压降△P与空塔气速u的关系可用式△P=u1.8-2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线，斜率为 1.8— 2.0。在有一条喷淋（L≠0）时，气体通过床层的压降除与气速和填料有关外，还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下，当气速小时，阻力与空塔速度仍然遵守△P∝u1.8-2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在，填料中的空隙减小，填料空隙中的实际速度增大，因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加到某一值时。由于上升气流与下降液体的摩擦阻力增大，开始阻碍液体的顺利下流，以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加，此现象称为拦液现象，此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。进入载液区后，当空塔气速再进一步增大，则填料层内拦液量不断增高，到达某一气速时，气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动，填料层的压力将急剧升高，在△P∝u n关系式中，n的数值可达10左右，此点称为泛点。在不同的喷淋密度下，在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。随着喷淋密度的增加，填料层的载点气速和泛点气速下降。 本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下，逐步增大气速，记录填料层的压降与塔顶表压的大小，直到发生液泛为止。 3.吸收速率方程式
昆明理工大学实验报告 课题名称：化工原理实验 实验名称：填料吸收塔的操作和吸收系数的测定 姓名：成绩： 学号：班级： 实验日期： 实验内容：1.测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降△P与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。 2.测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混合气体中氨的体积吸收系数K a。 Y
填料吸收塔的操作和吸收系数的测定 一、实验目的 1.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。 2.熟悉填料塔的流体力学特性。 3.掌握总传质系数K Y a测定方法。 4.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。 二、基本原理 1.填料塔流体力学特性 填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过。支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、θ网环都属于实体填料。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料塔上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降△P的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数，它包括压强降液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。 在填料塔中，当气体自下而上通过干填料（L=0）时，与气体通过其它固体颗粒床层一样，气压降△P与空塔气速u的关系可用式△P=u1.8—2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线，斜率为1.8—2.0。在有一条喷淋（L≠0）时，气体通过床层的压降除与气速和填料有关外，还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下，当气速小时，阻力与空塔速度仍然遵守△P∝u1.8—2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在，填料中的空隙减小，填料空隙中的实际速度增大，因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加到某一值时。由于上升气流与下降液体的摩擦阻力增大，开始阻碍液体的顺利下流，以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加，此现象称为拦液现象，此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。进入载液区后，当空塔气速再进一步增大，则填料层内拦液量不断增高，到达某一气速时，气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动，填料层的压力将急剧升高，在△P∝u n关系式中，n的数值可达10左右，此点称为泛点。在不同的喷淋密度下，在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。随着喷淋密度的增加，填料层的载点气速和泛点气速下降。 本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下，逐步增大气速，记录填料层的压降与塔顶表压的大小，直到发生液泛为止。 2.体积吸收系数K Y a的测定 在吸收操作中，气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内，气液两相在塔内逆流接触，使气体混合物中的溶质溶解在吸收质中，于是塔顶主要为惰性组分，塔底为溶质与吸收剂的混合液。反映吸收性能的主要参数是吸收系数，影响吸收系数的因素很多，其中有气体的流速、液体的喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物理化学性质等。吸收系数不可能有一个通用的计算式，工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定。对于相同的物料系统和一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。 本实验用水吸收空气—氨混合气体中的氨气。氨气为易溶气体，操作属于气膜控制。在
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 。
序号：40 化工原理实验报告 实验名称：填料吸收传质系数的测定 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺
1、熟悉填料塔的构造与操作。 2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。 3、掌握总传质系数K x a 的测定方法并分析影响因素。 4、学习气液连续接触式填料塔，利用船只速率方程处理传质问题的办法。 一、 实验原理 本装置先用吸收柱讲将水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作)，送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数a x K ，并进行关联，得到 b a V AL K ?=a x 的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。本实 验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。 1、填料塔流体力学特性 气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8～2的直线(图中aa 线)。当有喷淋量时，在低气速下(c 点以前)压降也正比于气速的1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降(图中bc 段)。随气速的增加，出现载点(图1中c 点)，持液量开始增大，压降-气速线向上 弯，斜率变陡(图中cd 段)。到液泛点(图中d 点)后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。 图一 填料层压降-空塔气速关系示意图 2、传质实验 填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。 本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方式为： m p x A x V a K G ???=
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
实验四填料塔吸收传质 系数的测定 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
4填料塔吸收传质系数的测定 4.1实验目的 1. 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2. 掌握总体积传质系数的测定方法； 3. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响； 4．了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO 2浓度和测量方法。 4.2实验原理 气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO 2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般将配置的原料气中的CO 2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO 2在水中的溶解度很小，所以此体系CO 2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定K xa 和H OL 。 1）计算公式 填料层高度Z 为 OL OL x x xa Z N H x x dx K L dZ z ?=-= =? ?* 1 2 0 （6－1） 式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol/(m 2·s)； K xa △X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m 3 ·s)； H OL 传质单元高度，m ； N OL 传质单元数，无因次。 令：吸收因数A=L/mG （6－2）
])1ln[(11 1 121A mx y mx y A A N OL +----= （6－3） 2）测定方法 （1）空气流量和水流量的测定 本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。 （2）测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2； （3）平衡关系。 本实验的平衡关系可写成 y =m x （6－4） 式中： m 相平衡常数，m =E /P ； E 亨利系数，E ＝f (t)，Pa ，根据液相温度测定值由附录查得； p 总压，Pa ，取压力表指示值。 对清水而言，x 2=0,由全塔物料衡算 可得x 1。 4.3实验装置与流程 1〕装置流程 本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。
4.8吸收系数的测定 一、实验目的 1. 了解填料吸收装置的基本流程及设备结构； 2. 掌握总体积吸收系数的测定方法，了解单膜控制过程的特点； 3. 了解气体空塔速度和喷淋密度对总吸收系数的影响； 4. 了解气体流速与压降的关系。 5. 吸收率的测定 二、基本原理 要决定填料塔的塔高，总吸收系数是有待确定的参量，而实验测定是其来源之一，另外在测定生产中塔的性能时，也需要测定总吸收系数，在吸收过程为单膜控制时，单膜吸收系数近似等于总吸收系数，因而可用总吸收系数的测定，代替单膜吸收系数的测定，从而可建立单膜吸收系数的实验关系式。 当吸收溶液的浓度小于10%时，平衡关系服从亨利定律，则总吸收系数为 m Y Y h Y Y G K ??-= )(21α (4-35) 式中:h —填料层高度，m ； Y 1、Y 2—分别为塔底与塔顶的气体摩尔流量，kmol/(m 2·h)； ΔY m —气相平均推动力。 三.实验装置的基本情况： 图4-16 填料吸收塔实验装置流程示意图 1-鼓风机、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4-16,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。 四. 实验方法及步骤: 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,?然后在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(见图二). 2. 测量某喷淋量下填料层(△P ／Z)─u 关系曲线: 用水喷淋量为40L ／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40L ／h 下(△P ／z)─u?关系曲线(见图二),确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。 ⑴选泽适宜的空气流量和水流量(建议水流量为30L ／h)?根据空气转子流量计读数为保证混合气体中氨组分为0.02-0.03左右摩尔比，计算出氨气流量计流量读数。 (2)先调节好空气流量和水流量,打开氨气瓶总阀8调节氨流量,使其达到需要值,在空气,氨气和水的流量不变条件下操作一定时间过程基本稳定后,?记录各流量计读数和温度,记录塔底排出液的温度,并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。 (3)尾气分析方法: a.排出两个量气管内空气,使其中水面达到最上端的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。 b.用移液管向吸收瓶内装入5mL 浓度为0.005Ｍ左右的硫酸并加入1─2滴甲基橙指示液。 c.将水准瓶移至下方的实验架上,缓慢地旋转三通旋塞,让塔顶尾气通过吸收瓶,旋塞的开度不宜过大,以能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。 从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液体的颜色,?中和反应达到终点时立即关闭三通旋塞,?在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条件下读取量气管内空气的体积。 若某量气管内已充满空气,但吸收瓶内未达到终点,可关闭对应的三通旋塞,?读取该量气管内的空气体积,同时启用另一个量气管,继续让尾气通过吸收瓶。 d.用下式计算尾气浓度Y 2 因为氨与硫酸中和反应式为: 2NH 3＋H 2SO 4＝(NH 4)2SO 4 所以到达化学计量点(滴定终点)时,被滴物的摩尔数n NH3和滴定剂的摩尔数 n H2SO4 之比为: n NH3∶n H2SO4＝2∶1 n NH3＝2n H2SO4＝2M H2SO4·ＶH2SO4 Y2＝ 空气 N n NH 3 ＝ 4 .220 (4 2422）量气管 量气管T T V SO H SO H V M ? ? 式中: n NH3,N 空气─分别为NH3和空气的摩尔系数, M H2SO4─硫酸溶液体积摩尔浓度, mol 溶质／l 溶液
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
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
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
4填料塔吸收传质系数的测定 实验目的 1. 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2. 掌握总体积传质系数的测定方法； 3. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响； 4．了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO 2浓度和测量方法。 实验原理 气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO 2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般将配置的原料气中的CO 2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO 2在水中的溶解度很小，所以此体系CO 2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定K xa 和H OL 。 1）计算公式 填料层高度Z 为 OL OL x x xa Z N H x x dx K L dZ z ?=-= =? ?* 1 2 0 （6－1） 式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol/(m 2·s)； K xa △X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m 3 ·s)； H OL 传质单元高度，m ； N OL 传质单元数，无因次。 令：吸收因数A=L/mG （6－2） ])1ln[(11 1 121A mx y mx y A A N OL +----= ?（6－3）
2）测定方法 （1）空气流量和水流量的测定 本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。 （2）测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2 ； （3）平衡关系。 本实验的平衡关系可写成 y=m x（6－4） 式中：m相平衡常数，m=E/P； E亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得； p总压，Pa，取压力表指示值。 对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算 可得x1。 实验装置与流程 1〕装置流程 本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。 图6—1吸收装置流程图 2〕主要设备 （1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填
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
吸收系数的测定 一、实训目的 1、 了解填料吸收装置的基本流程及设备结构； 2、 掌握吸收系数的测定方法； 3、 了解空塔气速和喷淋密度对总吸收系数的影响； 4、 了解气体空塔流速与压强降的关系。 二、基本原理 根据传质速率方程： m Y A Y K N ?= 即；m Y A Y F K F N G ?== 所以； m Y Y F G K ?= , 通过实验分别测定和计算（单位时间吸收的组分量）、（气液两相接触面积）、（平均传质推动力）的值，便可代入上式计算得吸收系数的值。 1、 单位时间吸收的组分量G （Kmol/h ） )(21Y Y V G -= 上式中：V(惰性气体流量)用空气转子流量计来测定；Y 1(进塔气体组成)可通过测定进塔时氨及空气流量来计算得到；Y 2(出塔气体组成)采用化学法进行尾气分析测定和计算得到。 2、 气液两相接触面积F(m 2) z D a aV F ?? ==24 π 上式中：V —填料的总体积(m 3 ) Z —填料层高度(m) D —吸收塔的内径(m) a —有效比表面积(m 2/m 3) η/t a a = 式中：a t —干填料的比表面积(m 2/m 3) η—填料的表面效率，可根据最小润湿分率查图表（参看教材） 最小润湿分率=规定的最小润湿率操作的润湿率 式中：填料的最小润湿分率=0.08m 3/m 2.h(规定的最少润湿率) 操作的润湿率=W/a t (m 3/m 2.h) 式中：W —喷淋密度，每小时每平方米塔截面上的喷淋的液体量。 （塔截面积）（水的体积流量）水Ω= V W 3、 平均传质推动力 m Y ? 本实验的吸收过程处于平衡线是直线的情况下，所以可用对数平均推动力法计算 m Y ?。
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