伽玛射线能谱测量实验报告

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）。

近代物理仿真实验—γ能谱实验γ能谱实验和原子的能级间跃迁产生原子光谱类似，原子核的能级间产生γ射线谱。

测量γ射线强度按能量的分布即γ射线谱，简称γ能谱，研究γ能谱可确定原子核激发态的能级，研究核蜕变纲图等，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。

在科研、生产、医疗和环境保护各方面，用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质各种微量元素的含量。

测量γ射线的能谱最常用的仪器是闪烁谱仪，该谱仪在核物理、高能离子物理和空间辐射物理的控测中都占有重要地位，而且用量很大。

本实验的目的是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，学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱。

一实验目的（1）学习用闪烁谱仪测量γ射线能谱的方法（2）要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法，（3）学会谱仪的能量标定方法，并测量γ射线的能谱二实验原理根据原子核结构理论，原子核的能量状态时不连续的，存在分立能级。

处在能量较高的激发态能级E2上的核，当它跃迁到低能级E1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hγ= E2 - E1，此处h为普朗克常熟，γ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射线按能量的分布。

闪烁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。

这种荧光物质常称为闪烁体1. 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。

对于无机晶体NaI(Tl)而言，其发射光谱最强的波长是415nm的蓝紫光，其强度反映了进入闪烁体内的带电粒子能量的大小。

应选择适当大小的闪烁体，可使这些光子一射出闪烁体就被探测到。

伽马射线强度和能量的测量-副本伽马射线强度和能量的测量读书报告一．引言γ射线（包括X射线）的强度和能谱测量是核辐射探测器的一个重要方面。

在核物理的研究中，测量原子核激发态能级、研究核的衰变纲图、测定短的核寿命、进行核反应实验研究等都离不开对γ射线的测量。

在放射性分析、技术应用等方面都有应用。

二、γ射线测量的一般考虑γ射线的测量从获取信号的方式看可以分为两类：测量单个脉冲，从测量的大量脉冲事件中得到有关入射γ射线的信息；和测量累计电流，从平均输出电流中定出入射γ射线的强度。

前者使用更为普遍。

对其细分。

对于不同的实验目的可分为三种类型：1.测量γ射线的强度，常用的有G—M计数器、正比计数器、各种闪烁计数器等。

2.测量γ射线的能谱，典型的以NaI（Tl）闪烁谱仪与HPGe谱仪为代表。

3.测量时间信息常用有机闪烁探测器等。

对于探测的性能和指标，主要有能量分辨率、探测效率、峰总比和峰康比、能量线性、晶体形状和大小的选择。

三、γ射线能谱分析和能量刻度γ射线谱形的形成，主要为光电效应、康普顿效应和电子对效应，其输出能谱也比较复杂，在能谱中形成全能峰、康普顿坪、单逃逸峰和双逃逸峰等。

除了考虑以上三种效应外，在实际测量中情况更复杂，还需要考虑散射光子和反散射峰、湮没辐射峰、特征X射线、轫致辐射、累计效应、和峰效应、碘逃逸峰、边缘效应等。

归纳起来，可以分为（1）γ射线的能量和分支比；（2）放射源的特性；（3）探测器物理性质（4）实验条件和环境布置为了根据γ射线的能量确定所測谱的峰位(道址），或反过来,根据所测峰位确定γ射线的能量都需要预先对谱仪进行能量刻度。

能量刻度就是在谱仪所确定的条件下（包括谱仪的组成元件和使用参数，如高压、放大倍数、时间常数等），利用一组已知能量的γ源，測出对应能量的全能峰峰位,然后作出能量和峰位(道址）的关系曲线。

有了这样的能量刻度，那末測到了未知γ射线的峰位即可求出γ射线的能量。

根据能暈刻度结果还可以检验谱仪的线性范围和线性好坏。

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射线能谱测量γ 射线能谱测量中的物质变化过程是：γ 射线（光子）→ 次级电子（三种相互作用）→ 荧光（光子，探头的闪烁体发出）→ 光电子（在打拿极上产生并倍增）→ 光电流打拿极上光电子激发更多次级电子，打拿极上所加电压对电子加速，使形成更多的电子，从而形成足够大的较稳定的可以被探测到的光电流。

电流与极间电压应该成正比关系，计数不能反映初始的电子产生数目，但能反映其统计规律，计数应该是由光电流的大小与单个电子的电量的比值所得到的。

示波器的幅度可以反映射线粒子的能量大小。

数据处理与结果○1 0(6.98，127.6) B (7.67，127.5) C (7.42，255.21)7.42 V U 0.69 V 0.69 W=100%8.97%7.67O A U U U =∆=∆⨯== ○20截距=-0.04473 G=斜率=0.1962线性方程 E(x )0.19620.04473p O p p E E Gx x ==+=- 实验分析○1 示波器上的波形有一波幅最大的曲线，下面的弥漫区域还有小的波形。

这是因为在闪烁体中发生了光电效应，康普顿效应，电子对效应，这三种效应中，光电效应最强，产生的次级电子最多，对应着波幅最大的波形，下面的小波形则是由康普顿效应造成的，其强度要弱于光电效应。

○2 γ射线是单能射线，其对应的能谱应该是单一的分立的，但是我们测得的能谱却是连续的。

这是因为三种效应激发出的电子的能量是不一样的，加上闪烁体分辨能力低,还有其它电子学的干扰存在，因此闪烁体谱仪测量单能射线不可能就一单能峰值。

○3实验中用示波器观察波形的时候，为什么要将光电峰置于8伏左右？我猜想是：示波器的波幅实际上是反应的电流的强弱，光电峰的强度应该是在8伏左右；电子在经过单道分析器的时候，是需经过选择的，只有能量介于某一道宽内的时候才能通过，在设置好道宽后，通过调节阈值就可以测得不同能量的电子了，表现出不同的光电流强度和计数率的变化，也可以解释为什么我们测得的是一条连续的曲线了。

闪烁伽马能谱测量实验报告一、实验目的1.熟悉闪烁探测器的工作原理和使用方法。

2.了解伽马射线的特性和能谱分析的原理。

3.掌握使用闪烁探测器进行伽马能谱测量的技巧。

二、实验原理1.闪烁探测器的工作原理闪烁探测器是利用物质受到射线激发后产生荧光闪烁而测量射线的一种仪器。

当射线入射到闪烁体中时，闪烁体中的原子或分子被激发，由于能级的跃迁导致能量的差异，从而发出可见光。

通过光电倍增管将光电转换为电信号，进而进行电子学测量和处理。

2.伽马能谱的特性伽马射线是一种高能射线，具有穿透性和能量范围广的特性。

根据射线的能量，不同的射线在闪烁体内产生的闪烁光强度也不同，从而形成能谱。

3.测量方法通过将待测样品放置在闪烁探测器前，待测伽马射线与闪烁体发生相互作用并产生闪烁光。

光信号经过光电倍增管转换为电信号，再经过放大和测量电路进行测量和分析。

三、实验步骤1.打开仪器电源，预热一段时间，使仪器稳定后，将准直孔对准探测器，并调整探测器与准直孔之间的距离。

2.将样品放置于准直孔后，在样品的右侧放置标样。

3.调整电压和增益，使仪器工作在最佳状态。

4.打开计算机并启动相应的数据采集软件，进行数据采集。

5.启动伽马射线源，待稳定后开始测量。

四、实验结果与数据处理将测得的数据导入计算机，通过数据处理软件进行能谱分析。

根据能谱图可以得到伽马射线的能量分布情况，进一步分析样品中是否存在特定的伽马射线。

五、实验讨论与分析根据能谱图可以看出不同的伽马射线对应的峰位和峰面积，分析样品中存在的放射性核素和相应的伽马能量。

六、实验结论本次实验熟悉了闪烁探测器的工作原理和使用方法，了解了伽马射线的特性和能谱分析的原理。

通过实验测量并分析了闪烁伽马能谱，初步掌握了使用闪烁探测器进行伽马能谱测量的技巧。

七、实验总结本次实验中，通过操作仪器和进行数据处理，深入了解了闪烁伽马能谱的测量原理和方法。

但在实验中还存在一些问题，如测量的准确性和数据处理的复杂性等，需要进一步学习和探讨。