实验1.3γ射线的吸收
引言
γ射线在穿透物质时，会被物质吸收，吸收作用的大小用吸收系数来表示。物质的吸收系数的值与γ射线的能量有关，也于物质本身的性质有关。正确测定物质的吸收系数，在核技术的应用于辐射防护设计中具有十分重要的意义。例如工业上广泛应用的料位计、密度计、厚度计，医学上的γ照相技术等都是根据这一原理研究设计的。
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。
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
其中Io 为入射γ射线强度，Ix 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T=Ix/I0与厚度x 的关系曲线，便可根据上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Ix 与x 的值，再用曲线拟合来求解。则：
x I I x μ-=0ln ln
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++=
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 变化关系。
图中横坐标以γ光子的能量νh 与电子静止能量2c m e 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ρμμ/=m 为质量吸收系数，ρ为材料的质量密度。则可改写成如下的形式：
m m x x e I I μ-=0
式中ρ⋅=x x m ，称为质量厚度，单位是2
/cm g 。 2半吸收厚度2/1x ：
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。
μ
2
ln 2/1=
x
显然也与材料的性质和γ射线的能量有关。
三、实验内容
1.检查测量装置，了解各部件的名称、功能及其基本性能。
2.开电源，选择合适的工作条件，予置计数时间60秒并保持不变。
3.依次改变样品的厚度，记下相应的透射计数x
I
1。
4.样品测量完毕，取出放射源，测得本底值b I ，则有b x
x I I I -=1
5.用最小二乘法求得样品的线性吸收系数μ及半吸收厚度2/1d 。
6.测量结束，归还放射源，关机。
四、实验数据及处理
依次测量Pb 、Cu 、Al 样品的γ辐射线性吸收系数μ值。
所用放射源编号为No ：26 强度S ：66.6×103
Bq 能量Er ：0.66MeV
1.Pb 样品 本底：3639 编号 1
1+2 1+2+3 1+2+3+4 1+2+3+4+5 厚度（cm ） 0.216 0.421 0.611 0.826 1.034 计数（60s/次） 8568 7463 6840 5464 5072 8465 7420 6670 5690 5194 平均计数 8517 7442 6755 5577 5133 Ix 4568
3493
2806
1628
1184
ln(Ix)
y = -1.7007x + 8.856577.2
7.47.67.888.2
8.48.60
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
系列1
线性(系列1)
厚度
对于样品Pb 由测量数据所作的图如上，其中点为实际测得数据，图中直线为用最小二乘法拟合出来的直线。
拟合出来的μ=1.7007 lnI 0=8.8565
故Pb 的半吸收厚度 d 1/2=ln2/μ=0.408cm
2.Cu 样品 编号 1
2 3 4 1+4 厚度（cm ） 1.028 1.458 2.000 2.426 3.454 计数（60s/次） 6573 5772 5245 4920 4615 6595 5843 5227 4965 4453 平均计数 6584 5808 5236 4943 4534 Ix
2635
1859
1287
994
585
y = -0.6144x + 8.4414
123
4567890
1
2
3
4
l n (I x )
厚度
系列1
线性(系列1)
铜的吸收系数μ=0.6144 lnI 0=8.4414 故Cu 的半吸收厚度 d 1/2=ln2/μ=1.128cm
3.Al 样品 编号 1
2 3 4 1+4 厚度（cm ） 1．024 1.476 1.950 2.450 3.474 计数（60s/次） 8680 8431 7375 7015 6524 8724 7828 7085 6928 6473 平均计数 8702 8130 7230 6972 6499 Ix
4753
4181
3281
3023
2550
y = -0.2567x + 8.6842
7.7
7.87.988.18.28.38.48.58.60
1
23
4
l n (I x )
厚度
系列1
线性(系列1)
铝的吸收系数μ=0.2567 lnI 0=8.6842 故Cu 的半吸收厚度 d 1/2=ln2/μ=2.700cm
五、思考题
