1、物質對射線的吸收實驗原理當一定能量的射線（即高速電子束）通過物質時，與該物質原子或原子核相互作用，由于能量損失，強度會逐漸減弱，即在物質中被吸收。電子與物質相互作用的機制主要有三種：第一，電子與物質原子的核外電子發生非彈性碰撞，使原子激發或電離，電子以此種方式損失能量稱為電離損失。電離損失的能量損失可由下式給出： （1）此式適用于非相對論情況，式中v為電子速度，N、Z、I分別為靶物質單位體積內的原子數、原子序數、平均激發能。由此看出，電離損失的能量與入射電子的速度、物質的原子序數、原子的平均激發能等因素有關。第二，電子受物質原子核庫侖場的作用而被加速，根據電磁理論作加速運動的帶電粒子會發射電磁

2、輻射，稱為軔致輻射，使電子的部分能量以X射線的形式放出，稱為輻射損失。這主要在能量較高的電子與物質相互作用時發生。輻射損失 （2）式中m、E分別為入射電子的質量、能量，Z、N分別為靶物質的原子序數和單位體積中的原子數。由式（2）可以看出，射線在物質中的輻射損失與物質的Z2成正比，與入射電子的能量成正比。比較（1）、（2）兩式，可粗略看出入射電子的能量較低時，電離損失占優勢，當電子能量較高時輻射損失占優勢。除以上兩種能量損失外，射線在物質中與原子核的庫侖場發生彈性散射，使粒子改變運動方向，因電子質量小，可能發生比較大角度的散射，還可能發生多次散射，因而偏離原射束方向，使入射方向上的射線強度減弱，

3、這種機制成為多次散射。如果散射角超過90，這種散射稱為反散射。考慮一束初始強度為I0的單能電子束，當穿過厚度為x的物質時，強度減弱為I，其示意圖見圖4.3.2-1。強度I隨厚度x的增加而減小且服從指數規律，可表示為 （3）式中是該物質的線性吸收系數。實驗指出，不同物質的線性吸收系數有很大的差別，但隨原子序數Z的增加，質量吸收系數（是該物質的密度）卻只是緩慢地變化，因而常用質量厚度來代替線性厚度x，于是式（3）變為 （4）原子核衰變放出高速電子的同時，還放出中微子，因此放出的電子并不是單一能量的，而是具有各種能量分布的連續能譜，因此射線的吸收曲線并不精確地服從指數規律，圖4.3.2-2是典型的衰

4、變的能譜圖。從圖中可以看出，有一最大能量Emax，不同的核發生衰變時，放出的電子能譜的Emax值不同，常以Emax代表射線的特征能量。某些放射性核素會同時發射幾種最大能量不同的射線，這就會使實驗得到的吸收曲線更為復雜，一般如圖4.3.2-3所示。放射性核素衰變還可能伴隨射線，加之軔致輻射的影響，伴有X射線，使吸收曲線的尾部偏離指數規律，如圖4.3.2-3中的（b）、（c）所示。具有一定最大能量的射線，在具有一定吸收系數的物質中所能穿過的最大厚度，稱為該射線在該物質中的最大射程。通常定義通過吸收物質后，射線強度降低到時，所對應的吸收物質厚度d即為射線的射程R。在實際測量中吸收曲線的尾部由于射線和

5、軔致輻射的存在而變平，因此只能根據曲線變平之前的下降趨勢按直線外推至處，從而得到射線的射程R。射線的射程與射線的最大能量之間，有經驗公式相聯系，如吸收物質是鋁，則當射程時， （5）式中E為射線的最大能量，單位為MeV。當用質量厚度表示射程R時，對于原子序數相近的物質，射程也近似相同。公式（5）不僅對鋁適用，對那些原子序數與鋁相近的物質也是適用的。圖4.3.2-4給出射線的射程R與其能量E之間的關系曲線，通過該曲線也可由射程求出對應的能量，或由射線的能量找出對應的射程。該圖的坐標軸均取對數坐標。實驗內容1. 先測量本底計數。2. 加入放射源后，先不加金屬片時計數3. 先加薄片，一片一片直到加到8

6、9片為止再加厚片89片最后加23片薄片，每次測量計數前將金屬片的面積量出。數據處理1.在時間300s，電壓1400V時測量本底計數為48。2.加入放射源后的測量。 （1）不加入金屬片時測量計數 （2）加入金屬片時計數。面積厚度的計算：薄片的質量：557.78mg，厚片的質量：3550mg列表如下：金屬片面積()時間(s)計數值面積厚度（）轉換成10s計數 薄片5.11*6.5510468016.6646800.848595-0.16417薄片4.92*6.4010425134.3742510.770807-0.26032薄片5.00*6.5010376851.5337680.683228-0.

7、38093薄片4.90*6.4010331269.3233120.600544-0.50992薄片4.90*6.6010304286.5730420.551587-0.59496薄片4.85*6.20102900105.1229000.525839-0.64276薄片4.85*6.50102618122.8126180.474705-0.74506薄片4.70*6.30204739141.652369.50.429646-0.84479薄片4.80*6.10204466160.7022330.404896-0.90413薄片105.00*6.50204099177.862049.50.3716

8、23-0.98988薄片114.60*6.20203979197.421989.50.360743-1.01959薄片124.70*6.30203616216.2618080.327833-1.11525厚片5.10*6.00404365332.271091.250.197869-1.62015厚片5.10*6.10502899446.38579.80.105131-2.25254厚片5.20*6.00902460560.16273.33330.049562-3.00453厚片4.95*6.002002344679.69117.20.021251-3.85135厚片5.30*6.0040017

9、03791.3342.5750.00772-4.86396厚片5.20*5.907001254907.0417.914290.003248-5.72963厚片5.10*6.008005981023.057.4750.001355-6.60366厚片5.20*6.008005421136.836.7750.001228-6.70199薄片136.30*4.708005371155.676.71250.001217-6.71126薄片144.80*6.258005351174.266.68750.001213-6.71499由上表測出鋁片的吸收曲線如下：由指數衰減擬合的結果知： 而理論值應當為：

10、比較知，實驗結果與理論值符合的較好。且可以得出鋁片的線性吸收系數為： 在半對數坐標紙上繪圖如下：線性擬合過程如下：2007-5-24 02:06 "/Graph2" (2454244)Linear Regression for Data2_B:Y = A + B * XParameterValueError-A0.043270.07002B-0.005961.17643E-4-RSDNP-0.996130.2237122<0.0001在擬合所得的直線y=0.04327-0.00596x 中令 y=ln0.0001可得出最大射程為：R=678.4 根據經驗公式得出E=1.500MeV思考題1.在測量吸收曲線時，源、吸收物質、探測器等的相對位置和工作條件等是否可以改變？為什么？答：不可以改變。吸收曲線的測量與擬合一定要保持環境的一致，一旦改變環境吸收曲線的擬合便會出現誤差，無法得出準確的結論。2.為了更好地反映出吸收曲線的拐點