伽马射线的吸收实验报告

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射线的吸收实验报告实验报告：γ射线的吸收实验一、实验目的通过实验探究γ射线的吸收规律，分析各种不同物质对γ射线吸收的影响。

二、实验原理γ射线是一种能量很高的电磁辐射，对物质有很强的透射能力。

当γ射线通过不同物质时，会发生吸收现象，即射线的强度会发生变化。

主要影响γ射线吸收的因素包括物质的厚度、密度、原子序数等。

实验中通过改变不同材料的厚度和密度，来研究γ射线吸收规律。

三、实验器材和试剂1.γ射线源：用于发射γ射线的辐射源。

2.安全屏蔽装置：用于屏蔽γ射线的辐射。

3.各种材料：如不同厚度和密度的铅片、铝片等。

四、实验步骤1.取一块铝片作为基准样品，记录γ射线源发出的射线强度。

2.依次将铅片放在铝片上，每次增加一块铅片并记录射线强度，直到达到一定厚度。

3.记录各个厚度下的射线强度，计算吸收率。

4.将铝片和不同厚度的铅片放在γ射线源和探测器之间，记录射线强度和各种材料的厚度、密度。

5.分析各个实验结果，总结出γ射线的吸收规律。

五、实验数据和结果实验结果如下表所示：材料，厚度（cm），密度（g/cm³），射线强度（cps）:-----，:--------:，:----------:，:------------:铝片，0，2.7，600铝片+铅片，0+0.5，11.3，500铝片+铅片，0+1.0，11.3，300铝片+铅片，0+1.5，11.3，100铝片+铅片，0+2.0，11.3，50铝片+铅片，0+2.5，11.3，20根据实验数据，可以绘制γ射线强度与不同厚度材料的关系图。

根据实验数据和图表分析可得到结论：随着铅片厚度的增加，γ射线的吸收率逐渐增大，射线强度逐渐减小。

当铅片厚度超过2.5cm时，射线强度已经变得非常弱。

六、讨论和分析1.实验结果符合γ射线的吸收规律。

厚度越大，吸收率越高。

2.实验中使用了铝片作为基准样品，因为铝对γ射线的吸收相对较低，便于观察强度的变化。

铅作为一种重金属，对γ射线有较高的吸收能力，可以用于改变吸收率。

伽马射线的吸收实验分析报告伽马射线是一种高能电磁辐射，它具有较强的穿透能力和高能量。

为了研究伽马射线在物质中的吸收特性，我们进行了一系列的实验，并对实验结果进行了详细的分析。

实验目的：1.研究伽马射线在不同物质中的吸收情况；2.了解伽马射线的穿透能力和吸收特性；3.探究伽马射线吸收实验的应用价值。

实验装置：1. 伽马射线源：选用共振核素Cesium-137 (Cs-137)。

2.探测器：采用闪烁体探测器，记录伽马射线的强度变化。

3.不同材料：如铅、铝、聚乙烯等具有不同密度和原子序数的材料。

实验步骤：1.将伽马射线源定位在一定距离的位置上，探测器放置在伽马射线源的背面，预留一定的触发时间。

2.依次将铅、铝和聚乙烯等材料放置在伽马射线源和探测器之间，记录不同材料下的伽马射线强度。

3.根据伽马射线的强度变化情况，分析不同材料对伽马射线的吸收程度。

实验结果与分析：我们进行了三组实验，分别使用了铅、铝和聚乙烯作为吸收材料。

我们记录了不同材料下伽马射线的强度变化情况。

首先，当伽马射线通过铅材料时，我们观察到伽马射线的强度明显减弱。

这是因为铅具有较高的密度和原子序数，能够对伽马射线产生较强的吸收作用。

所以，铅是一种比较好的屏蔽伽马射线的材料。

其次，当伽马射线通过铝材料时，尽管铝的密度较低，但其原子序数较高，对伽马射线也有一定的吸收作用。

与铅相比，铝的吸收效果较弱。

这可能是因为伽马射线的穿透能力与其能量有关，而铝的原子序数相对较小，无法有效吸收高能伽马射线。

最后，当伽马射线通过聚乙烯材料时，我们观察到伽马射线的强度几乎没有明显的减弱。

这是因为聚乙烯的密度较低，原子序数也很小，无法有效吸收伽马射线。

因此，聚乙烯对伽马射线的屏蔽效果很差。

通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1.伽马射线的穿透能力与所穿过材料的密度和原子序数有关。

密度和原子序数较大的材料对伽马射线具有较强的吸收能力。

2.铅是一种较好的屏蔽伽马射线的材料，其吸收能力远远高于铝和聚乙烯。

浙江师范大学实验报告实验名称物质吸收系数μ测定班级物理071姓名骆宇哲学号07180132同组人沈宇能实验日期09/12/24室温气温γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定摘要：本实验中学生将了解γ射线与物质相互作用的特性；窄束γ射线在物质中的吸收规律；测量γ在不同物质中的吸收系数关键词：吸收体厚度吸收体质量密度全能峰引言：伽马射线是波长小于0.1纳米的电磁波，是比X射线能量还高的一种辐射，它的能量非常高。

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。

γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。

军事上，伽马射线也被用来做成伽马射线弹等核武器。

同时探测伽玛射线有助天文学的研究。

当人类观察太空时，看到的为“可见光”，然而电磁波谱的大部份是由不同辐射组成，当中的辐射的波长有较可见光长，亦有较短，大部份单靠肉眼并不能看到。

通过探测伽玛射线能提供肉眼所看不到的太空影像。

正文：一、实验内容1．测量137Cs的γ射线（取0.661MeV光电峰）在一组吸收片（铅、铜或铝）中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数。

2．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。

二、实验步骤1．调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。

2．在闪烁探测器和放射源之间加上1片、2片、3片、4片已知质量厚度的吸收片如Pb、Al（所加吸收片最后的总厚度要能吸收γ射线70%以上），进行定时测量，并存下实验谱图。

3．根据软件测得相关数据并记录下来。

4、根据各个能谱图中光电峰的净面积S（与总计数率N成正比）和相应的吸收片厚度的关系画lnN-R直线，用二乘法求直线的斜率。

即为用作图法算吸收片材料的质量吸收系数。

三、实验数据1、测量Al对137Cs的吸收系数Al的密度为ρ=2.7g/cm3预置时间设为300秒电压858伏找137Cs放射源准直孔和闪烁探测器的中心对准位置的位置时，所测得的数据如下表。

γ射线的吸收实验报告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.窄束射线在物质中的吸收规律。

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，作用的结果使射线的强度减弱。

准直成平行束的射线称为窄束射线，单能窄束射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即：(1)其中为入射射线强度，为透射射线强度，x为射线穿透的样品厚度，为线性吸收系数。

用实验的方法测得透射率与厚度的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数值。

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与的值，再用曲线拟合来求解。

则：（2）由于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都有贡献，可得：（3）式中为光电效应的贡献，为康普顿效应的贡献，为电子对效应的贡献。

它们的值不但与光子的能量Er有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。

对于能量相同的射线不同的材料、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，如光透视，光CT技术，对肿瘤的放射性治疗等。

图1表示铅、锡、铜、铝材料对射线的线性吸收系数μ随能量E变化关系。

图中横座标以光子的能量与电子静止能量mc2的比值为单位，由图可见，对于铅低能射线只有光电效应和康普顿效应，对高能射线，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：（4）式中xm=x·ρ，称为质量厚度，单位是g/cm2。

半吸收厚度x1/2：物质对射线的吸收能力也常用半吸收厚度来表示，其定义为使入射射线强度减弱到一半所需要吸收物质的厚度。

由（1）式可得：（5）显然也与材料的性质和射线的能量有关。

图2表示铝、铅的半吸收厚度与E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。

实验二 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、测量γ射线在不同介质中的吸收系数。

二、实验器材：1、KZG03C 辐射检测仪一台；2、Cs137点放射源一个；3、铅准直器一个；4、40×40×dcm3的水泥、铝、铁、铜、铅吸收屏若干块（附屏支架）；5、手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。

三、实验原理：天然γ射线与物质相互作用的三种主要形式：光电效应、康普顿散射和形成电子对效应。

由于三种效应的结果，γ射线通过物质时发生衰减（吸收），其总衰减系数应为三者之和：实验证明，γ射线在介质中的衰减服从指数规律：de I I μ-=0，mm d e I I μ-=0μ=(- Ln(I/I O ))/d ， μm =(- Ln(I/I O ))/d m式中：I 为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底）；I 0为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）； d 为介质厚度，单位为cm; d m 为介质面密度，单位为g/cm 2 ；μ 为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm -1；κστμ++=μm 为γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm 2 ； 半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即021I I =时，μ2ln 21=d 或 212ln d =μ四、实验内容：1. 选择良好的测量条件（窄束），测量 Cs 137源的γ射线在同一组吸收屏（水泥、铝、铁、铜、铅）中的吸收曲线，并由半厚度定出吸收系数；2. 用最小二乘拟合的方法计算出吸收系数与1中的结果进行比较；3. 测量不同散射介质时（同一角度，同一厚度）γ射线的强度。

五、实验步骤： 1. 吸收实验1) 调整装置，使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上； 2) 测量本底I 0’；3) 将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度I 0”；4) 逐渐增加吸收屏，并按相对误差在N ±δ的要求测出对应厚度计数I d ’，每个点测三次取平均植；5) 更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变。

实验3：伽马射线的吸收实验目的1． 了解γ射线在物质中的吸收规律。

2． 测量γ射线在不同物质中的吸收系数。

3． 学习正确安排实验条件的方法。

内容1． 选择良好的实验条件，测量60Co （或137Cs ）的γ射线在一组吸收片（铅、铜、或铝）中的吸收曲线，并由半吸收厚度定出线性吸收系数。

2． 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸收系数。

原理1． 窄束γ射线在物质中的衰减规律γ射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应（当γ射线能量大于1.02MeV 时,才有可能产生电子对效应）。

准直成平行束的γ射线，通常称为窄束γ射线。

单能的窄束γ射线在穿过物质时，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。

γ射线强度的衰减服从指数规律，即xNxeI eI I r μσ--==00 （ 1 ）其中I I ,0分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x 是γ射线穿过的物质的厚度（单位为cm ），r σ是三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数（N r σμ=，单位为1=cm ）。

显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。

由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率n 总是与该时刻的γ射线强度I 成正比，因此I 与x 的关系也可以用n 与x 的关系来代替。

由式我们可以得到 x e n n μ-=0 （ 2 ）㏑n=㏑n 0-x μ （ 3 ）可见，如果在半对数坐标纸上绘制吸收曲线，那末这条吸收曲线就是一条直线，该直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数μ。

由于γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量γE 和吸收物质的原子序数Z 而变化，因此单能γ射线的线性吸收系数μ是物质的原子序数Z 和能量γE 的函数。

p c ph μμμμ++= （ 4 ）式中ph μ、c μ、p μ分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数。

其中5Zph ∝μZ c ∝μ （ 5 ）2Zp ∝μ图2给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的关系曲线。

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。

数据处理：1. 作坪曲线原始数据：2. 用最小二乘法处理铝吸收片的数据，计算铝的质量吸收系数和半吸收厚度由公式x e I I μ-=0得：x I Iμ=-0ln，以0ln I I -为纵坐标，x 为横坐标作图并拟合： （1） 以总面积为光强，所得结果：y = 0.0219x - 0.0098-0.0500.050.10.150.20.250.30.3505101520铝片厚度与透过率铝片厚度与透过率 线性 (铝片厚度与透过率)斜率为 0.0219；（2） 以净面积为光强，所得结果：斜率为0.0317；平均斜率为0.0268铝片平均面密度为2.44g/cm^2,密度为2.6989g/cm^3,则平均厚度为2.44/2.6989cm=0.904cm.μ=0.0268/0.904cm=0.0296cm-1半吸收厚度：2ln x μ, x=23.417cm3. 用作图法处理铝吸收片的数据，计算铝的质量吸收系数和半吸收厚度（1） 以总面积为光强，所得结果：斜率为0.0406；（2） 以净面积为光强，所得结果：斜率为0.0321； 平均斜率为0.0364铝片平均面密度为1.87g/cm^2,密度为11.350g/cm^3,则平均厚度为1.87/11.350cm=0.165cm.μ=0.0364/0.165cm=0.2206cm-1半吸收厚度：2ln x μ, x=3.1421cm思考题：1 什么是坪曲线？坪曲线的测量在研究核衰变统计规律中的意义。

坪曲线：入射粒子的强度不变时，计数器的计数率随着工作电压变化的曲线；意义：在研究核衰变统计规律中，需要工作环境恒定不变，但在实际中电压会有少量飘移，需要选用计数率随电压变化较小的工作点。

2：什么是γ吸收？为什么说γ射线通过物质是无射程概念？γ射线与物质作用机制理解。

γ吸收:γ与电子发生作用，能量被完全吸收；γ射线通过物质时若不与其发生作用，则能量不会衰减，因而无射程概念。