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射线的吸收与物质吸收系数

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γ射线能谱的测量以及物质吸收系数的μ测定

陈媛媛 物理091班 09180104

摘要 本实验通过使用相对论效应实验谱仪来测量γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。介绍了NaI(Tl)单晶Υ闪烁体整套装置的操作、调整和使用，通过窄束γ射线在物质中的的能谱分析，得出吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。

关键字 γ能谱 吸收系数μ 吸收规律

引言

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。γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所发出的一种辐射，其辐射的能量由原子核跃迁前后两能级的能量之差决定。由于γ射线的能量与原子核激发态的能级密切相关， 因此，γ射线能量的测量对于了解原子核的结构、获得原子核内部的信息是一个十分重要的途径。

研究γ射线对不同物质的吸收规律和吸收系数对与γ射线在不同的领域中的运用有着不可或缺的作用。我们作为物理系的学生对于这些测量方法和作用要有一定的认识。

正文

一． 实验原理

1.1 γ射线能谱的原理

从原子核中发射出来的γ射线有不同的能量，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，均会产生次级电子，NaI（T1）单晶γ闪烁谱仪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。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，信号脉冲的个数正比于γ射线的强度。能谱图中，横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度（射线的密集程度），与计数成正比。

1.2物质吸收系数μ的测定

窄束γ射线在穿过物质时被吸收，强度随物质厚度的衰减服从指数规0lnlnmNRN/0()mRIRIe律，即xNxeIeIIr00

I0、I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cm），σr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是物质的线性吸收系数。

μ是物质的原子序数Z和γ射线能量的函数，且：pcph 式中phm、cm、pm分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数；其中：

5phZmµ、cZmµ、2pZmµ（Z为物质的原子序数）。

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E和吸收物质的原子序数Z而改变。γ射线的线性吸收系数μ是三种效应的线性吸收系数之和。

实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。

由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的射线强度I成正比，

如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线。/mmr可以从这条直线的斜率求出，即

二． 实验步骤和实验数据

1.1γ射线能谱测定

1.打开电源， 连接仪器，预热至少30分钟，使探测器和放射源中心位于一条直线上，调整工作电压在700V左右，放大倍数为0.3。

2. 把放射源137Cs或60Co放在探测器前，调节高压使137Cs或60Co能谱的最大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分析范围。

3. 打开软件，设置137Cs的扫描时间为300s（60Co为500s）,“纵轴刻度”为“自动线性显示”，“全谱道数”为512，“扩展谱道数”为128。点击运行，得到能谱图。寻峰，若全能峰在探测道数左边，则适当调大电压，反之则调小电压（应使60Co的全能峰在320道处，137Cs的全能峰在160道处）。

4. 将闪烁探测器分别左移和右移微小距离，重复测量。将三组能谱图数据记录如下：

cs-能谱 667v 300s 0.3倍 512－co-能谱 670v 500s 0.3倍 512－1212lnlnRRNNm160道 320道

位置（cm） 40.4 40.5 40.6 41.6 41.7

41.8

道数 159 159 160 320 321

321

计数 6630 6827 7289 265 283 282

峰位（chn） 6th=159.55 6th=159.36 6th=159.79 4th=320.13 4th=320.96 4th=320.81

半高宽（chn） 14.81 15.19 15.07 19.58 18.92 17.08

净面积 101230 103415 109014 3924 3770 3749

分辨率(%) 9.31 9.46 9.43 6.12 5.9 5.32

总计数率 2778 2860 2978 503 505 510

图表（1）cs-能谱和co-能谱数据

实验图：

图一 co-能谱(41.7cm)

图二 cs-能谱(40.6cm)

分析：

图中：(1). 137Cs的全能峰位置差不多是60Co的一半，可知137Cs的全能峰的能量约是60Co的一半，所以137Cs发出的γ射线强度要大于60Co。

(2). 137Cs发出的γ射线穿透力大于60Co,我们就可以运用这个特性，将其运用到适合的方面。

1.2物质吸收系数μ的测定

1. 在上一个实验的基础上，只用137Cs一种放射源，在探测器和放射原间先放放上4块不同的铝板（探测道设为160道），再依次拿下，分别测能谱图，记录各图的计数率及所加铝板密度（g/cm2）。

2. 将铝板换成不同的铅板（探测道设为160道），重复以上步骤。 2121lnlnmNNRR实验数据如下：

cs-吸收铝 668v 500s 0.3倍 512－160道 40.5cm

组别 1 2 3 4 5

道数 160 159 160 159 159

计数 1805 2057 2434 2827 3539

峰位（chn） 5th=159.72 5th=159.54 5th=159.64 5th=159.59 5th=159.47

半高宽（chn） 14.06 14.86 14.6 14.98 14.84

净面积 23081 29189 34468 42401 53613

分辨率(%) 8.81 9.31 9.14 9.39 9.3

总计数率 645 681 735 803 952

R(g/cm2) 9.86 7.42 4.93 2.47 0

峰位道数 159.72 159.54 159.64 159.59 159.47

总面积 30944 36708 42470 50488 61991

全谱计数 322857 340719 367132 401003 476076

图表（2）测量铝吸收系数数据

cs-吸收铅 668v 500s 0.3倍 512－160道 40.5cm

组别 1 2 3 4 5

道数 160 160 160 160 160

计数 3603 4451 5462 6678 8518

峰位（chn） 4th=160.31 4th=160.38 4th=160.31 4th=160.36 4th=160.27

半高宽（chn） 14.56 14.85 14.99 14.92 14.6

净面积 50285 63639 81274 97000 121073

分辨率(%) 9.08 9.26 9.35 9.31 9.11

总计数率 935 1120 1341 1601 2127

R(g/cm2) 8.29 6.18 4.13 2.12 0

峰位道数 160.31 160.38 160.34 160.36 160.27

总面积 63025 77906 97319 114673 141118

全谱计数 467498 559654 669690 799775 1061850

图表（2）测量铅吸收系数数据

由知： 得

得：铝的μ=0.2331cm-1 铅的μ=1.1964cm-1

三． 实验分析 通过本次实验了解闪烁探测器的结构与原理，了解射线与物质相互作用的特性以及窄束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。另外通过这次实验对核技术有个初步的了解。对于核技术在生活和发展方面的运用也有一定的了解，也明白做实验不仅要明白实验中的原理，也要知道它们对于的运用方面。

本次实验实验实现了对137Cs和60Co的γ射线能谱的测量，但所得的实验结果存在一定的误差，通过查找相关资料资料可能原因有：

1)、闪烁体由于长期使用性能下降，使有效的闪烁次数减少；

2)、计数不够多，能谱峰值处的横向座标还不够稳定就读了数

3)、调节放大倍数的器件本身有仪器误差。

在吸收系数μ的测定的实验中所得的结果与理论值也存在这偏差，可能的原因有：

1)、由于每次试验中探测器与放射源的距离都相等，这样导致每次试验过程中探测器与放射源之间的空气厚度不一样，由于空气对γ涉嫌也具有吸收能力，这样增加了实验的误差；

2)、在试验中Al片与Pb片的放置位置不是很规则，它们之间存在一定间隙，对实验结果产生影响；

3)、试验次数太少，导致偶然误差较大；

4）、NaI(TI)闪烁晶体的发光效率受温度的影响，在不同的温度下，同样能量的γ射线打出的光子数会发生变化，其结果必然会影响实验的准确性。

在试验的过程中要特别注意人身安全。在实验过程中一定要小心拿取放置放射源，并时刻注意时刻注意射线的位置及其朝向。实验结束后必须注意把电压与放大系数调零，以避免下次开机电压过高造成的损坏。在实验中也要读懂实验材料，明白试验中各个测量值的具体含义，以及如何转化成自己所需的数据。力求严谨，不能忽略每一个对实验结果有影响的因素，多分析探讨。还要有耐心做好多次的重复实验。。

四． 问题分析

1.名词解释

半高宽：又称为半峰宽，是指吸收谱带高度最大处高度为一半时谱带的全宽。

净面积：光电峰的毛面积与本地面积之差。

2.是否可以将137Cs和60Co的探测时间160s和320s互换进行实验？

不可以，因为137Cs的放射性要强于60Co，互换后60Co实验时300秒并没有达到稳定状态，不能完整反映出其能谱特性。而137Cs在300秒时就可以达到稳

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吸收系数的名词解释

吸收系数的名词解释

吸收系数的名词解释

吸收系数，是一个用来衡量材料吸收能量的物理量。它通常用来描述材料对电磁波辐射的吸收程度，也可应用于其他类型的波动，比如声波或横波等。吸收系数是材料与外界能量交互的重要属性，对于理解各种物理现象和工程应用都具有重要意义。

吸收系数的数值通常介于0和1之间。当吸收系数接近0时，材料对能量的吸收能力很弱，几乎反射所有的能量；而当吸收系数接近1时，材料对能量的吸收能力很强，几乎不发生反射。吸收系数的具体数值取决于材料的性质、频率和入射角等因素。

吸收系数与材料的结构和成分密切相关。具体来说，它与材料的电导率、磁导率、介电常数等参数有关。在电磁波的情况下，当波长远大于材料微观结构的尺度时，吸收系数主要由材料的电导率决定；当波长远小于材料微观结构的尺度时，吸收系数主要由材料的磁导率和介电常数决定。

吸收系数在各个领域的应用非常广泛。在光学领域，吸收系数被用来研究材料的光学性质，如颜色、透明度和光传导特性。在材料科学和工程中，吸收系数是评估材料性能和设计功能的重要参数。它被广泛应用于太阳能电池、纳米材料、光学镀膜等方面的研究。

吸收系数还在声学领域中发挥重要作用。在建筑设计和音乐工程中，吸收系数被用来评估材料对声波的吸收能力，从而改变室内声学环境。例如，在音乐厅中，通过选择具有适当吸收系数的材料来减少回声和共鸣，从而提高音乐演出的音质。

另外，吸收系数在医学成像、地球物理学和通信等领域也有着广泛应用。例如，在医学成像中，吸收系数被用来衡量不同组织对X射线或超声波的吸收程度，从而实现对人体内部结构的影像化。 虽然吸收系数在很多领域中都有重要的应用，但是它的准确测量并不容易。实验上，可以使用光谱法、散射法、共振法等方法来测定材料的吸收系数。此外，理论计算模型也可以用来估算吸收系数，但是这种方法对于复杂材料来说存在一定的挑战。

总结起来，吸收系数是衡量材料吸收能量能力的重要物理量，广泛应用于光学、声学、医学成像等领域。它与材料的结构和成分密切相关，通过实验测量和理论模型可以得到。进一步研究吸收系数的变化规律以及不同材料的吸收特性，将有助于推动各个领域的科学发展和工程应用的改进。

γ射线的吸收与物质吸收系数的测定

γ射线的吸收与物质吸收系数的测定

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1 材料物理08-1 XX同组者：XXX

指导老师：XXX 实验日期：2010年04月11号

实验9-3 γ射线的吸收与物质吸收系数的测定

测量物质对γ射线的吸收规律，不仅有助于了解γ射线与物质的相互作用机理，而且，作为一种重要的实验方法，在许多科学领域都发挥着巨大的作用。例如，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。

【实验目的】

1、进一步认识γ射线与物质相互作用的规律。

2、测量不同能量的窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。

【实验原理】

γ射线与物质发生作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应。对于低能γ射线，与物质的作用以光电效应为主，如果γ射线能量接近1MeV，康普顿效应将占主导地位，而当γ射线能量超过1.02MeV时，就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，由于上述三种效应，其强度会减弱，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

xxNeIeIIr00 （9-3-1）

其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的γ射线强度，x是γ射线穿过吸收物质的厚度（单位为㎝），σr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原子数，μ是吸收物质的线性吸收系数（Nr，单位为㎝-1）。显然μ的大小反映了吸收物质吸收γ射线能力的大小。

需要注意的是，由于γ射线与吸收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E和吸收物质的原子序数Z而变化，所以线性吸收系数μ是吸收物质的原子序数Z和γ射线能量E的函数。

考虑到σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，那么线性吸收系数μ就可以表示为

pcph （9-3-2）

γ射线能谱测量实验报告(共12页)

γ射线能谱测量实验报告(共12页)

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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，射线与闪烁体精选优质文档----倾情为你奉上

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。

物质对β射线的吸收

物质对β射线的吸收

研究物质对射线的吸收规律及不同物质的吸收性能，在了解核性质和核参数，核辐射防护方面都有重要意义。为了有效地屏蔽某种辐射，需根据物质对该射线的吸收性来选择合适的材料和必要的厚度，从而提供鉴定同位素的重要依据。

 实验原理

当一定能量的β射线通过物质时与物质的原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，在物质中被吸收，电子与物质的相互作用机制有三种：1、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，电子损失能量，称电离损失。2、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，称为轫致辐射损失。3、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，偏离原来方向，也造成原方向的射线强度减弱。

一束初始强度为I0的单能电子束，当穿过厚度不x的物质时强度减弱为I，强度I随厚度x的增加而减小且服从指数规律可表示为：

I = I0 e-μx

式中μ为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差别，但是随原子序数Z的增加，质量吸收系数μm = μ/ρ（ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度d =ρx来代替x于是上式变为： I = I0 e-μd

由于β射线不是单一能量见上右图，这会使吸收曲线偏离指数规律。

β射线的射程与β射线的最大能量之间，有经验公式相联系。如吸收物质是铝，则当射程R>0.3g/cm2时E=1.85R+0.245

式中E为β射线的最大能量，单位为Mev。

 实验内容

测量铝对β射线的吸收曲线，找出射程R，并通过射程求出β射线的最大能量。

测量对应于不同厚度铝箔的β射线强度，要求铝箔厚度由零逐渐有规律的啬，直到I/I0小于10-3以下为止，再测量其它物质对β射线的吸收曲线并加以讨论比较。

 思考题

 在测量吸收曲线时，源、吸收物质、探测器等的相对位置和工作条件是否可以改变？为什么？