1、近代物理實驗報告學 院數理與信息工程學院班級 物理092姓名艾合買提江學 號 09180218時 間 2011年9月26日Nal（Tl） Y閃爍譜儀及Y射線能譜的測量摘要: 放射性物質含有許多不穩定的原子。這些源自在核衰變時輻射曲，8 , Y射線和中子流等，并且都具有一定的能量。Y射線是原子核從激發態躍遷到較低能態或基態時所產 生的一種輻射。它是一種波長極短的電磁波，其輻射能量標示為E r=E i E f=hv,其中E i和E f分別為原子核所處的未態和初態的能量。V是Y射線光子的頻率。本實驗將Y射線的次級 電子按不同能量分別進行強度測量，從而得到Y輻射強度按能量的分布，即所謂能譜丫射線能譜物

2、質吸收系數|J光電效應康普頓效應電子對效應引言：原子核由高能級向低能級躍遷時會輻射射線，它是一種波長極短的電磁波，其能量由 原子核躍遷前后的能級差來表示即:射線與物質發生相互作用則產生次級電子或能量較低的 射線，將射線的次級電子按不同能量分別進行強度測量，從而得到輻射強度按能量的分布， 即為“能譜”。測量能譜的裝置稱為“能譜儀”。閃爍探測器是利用帶電粒子或非帶電粒子與某些物質的相互作用下轉化成為帶電粒子 對物質原子的激發，從而會產生發光效應的特性來測量射線的儀器。它的主要優點是即能測 量各種類型的帶電粒子，又能探測中性粒子；即能測量粒子強度，又能測量粒子能量；并且 探測效率高。Y射線，又稱Y粒

3、子流，是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線，是波長短于0.2埃 的電磁波。首先由法國科學家P.V.維拉德發現，是繼a、8射線后發現的第三種原 子核射線。原子核衰變和核反應均可產生 Y射線。Y射線的波長比X射線要短，所以Y射線具有比X射線還要強的穿透能力。當 Y射線通過物質并與原子相互作用時會產生光電效應、 康普頓效應和正負電子對三種 效應。原子核釋放出的Y光子與核外電子相碰時，會把全部能量交給電子，使電子 電離成為光電子，此即光電效應。由于核外電子殼層出現空位，將產生內層電子的躍 遷并發射X射線標識譜。高能Y光子（ 2兆電子伏特）的光電效應較弱。Y光子 的能量較高時，除上述光電效應外，還可能與核

4、外電子發生彈性碰撞，Y光子的能量和運動方向均有改變，從而產生康普頓效應。當 Y光子的能量大于電子靜質量的兩 倍時，由于受原子核的作用而轉變成正負電子對，此效應隨Y光子能量的增高而增強。Y光子不帶電，故不能用磁偏轉法測出其能量，通常利用Y光子造成的上述次級效應間接求出，例如通過測量光電子或正負電子對的能量推算出來。 此外還可用Y 譜儀（利用晶體對Y射線的衍射）直接測量Y光子的能量。由熒光晶體、光電倍增 管和電子儀器組成的閃爍計數器是探測 Y射線強度的常用儀器。通過對Y射線譜的研究可了解核的能級結構。Y射線有很強的穿透力，工業中可 用來探傷或流水線的自動控制。Y射線對細胞有殺傷力，醫療上用來治療腫

5、瘤。Y射線 是原子核從激發態躍遷到較低能態或基態時所發出的一種輻射，其輻射的能量由原子核躍遷 前后兩能級的能量之差決定。由于Y射線的能量與原子核激發態的能級密切相關，因此，Y 射線能量的測量對于了解原子核的結構、獲得原子核內部的信息是一個十分重要的途徑。正文實驗目的了解閃爍探測器的結構、原理；掌握Nal (T1)單晶丫閃爍譜儀的幾個性能指標和測試方法；了解和電子學儀器的數據采集、記錄方法和數據處理原理；實驗內容學會NaI(Tl)單晶丫閃爍譜儀整套裝置的操作、調整和使用，調試一臺譜儀至正常工作 狀態。測量137Cs的Y能譜，求出能量分辨率、峰康比、線性等各項指標，并分析譜形。了解多道脈沖幅度分析

6、器在NaI(Tl)單晶Y譜測量中的數據采集及其基本功能數據處理(包括對譜形進行光滑、尋峰，曲線擬合等)。實驗原理Y射線能譜的測量閃爍探測器的工作可分為五個相互聯系的過程：射線進入閃爍體，與之發生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離 和激發；受激原子、分子退激時發射熒光光子；利用反射物和光導將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效 應，光子在光陰極上擊出光電子；光電子在光電倍增管中倍增，數量由一個增加到104109個，電子流在陽極負載上產 生電信號；此信號由電子儀器記錄和分析。某些物質的原子核能發生衰變，放出我們肉眼看不見也感覺不到的射線，核輻射主要有 a、8、y

7、三種射線。我們通過不同的實驗儀器能夠探測到這些肉眼無法看見的射線。本實 驗使用的是Y閃爍譜儀。Y閃爍譜儀內部含有閃爍體，可以把射線的能量轉變成光能。實驗 中采用含TI (鉈)的NaI晶體作Y射線的探測器。由原子物理學中可知Y射線與物質的相互作用主要是光電效應、康普頓散射和正、負電 子對產生這三種過程，最終實現了能譜圖樣的輸出如下：圖中的橫坐標CH表示道數，與能量成正比，縱坐標表示強度，也就是射線的密集程度， 與計數成正比。顯然多于實驗產生了多個峰值，但是B/C/D這三個峰值的能量比較低，不適合我們記錄， 為了能夠同時獲得高能量以及大密集度的峰值我們選取最右端的峰值，也就是A峰。這個 峰我們又把

8、它稱為全能峰。實驗過程中要保證最終的峰值與圖中A峰的CH （道數）盡量的 接近，這樣測得的結果才有實驗價值。由于射線與物質相互作用，導致射線通過一定厚度物質后，能量或強度有一定的減弱， 稱為物質對射線的吸收。研究物質對射線的吸收規律，不同物質的吸收性能等，在防護核輻 射、核技術應用和材料科學等許多領域都有重要意義。實驗裝置町醐蛔爵.散實驗步驟：熟悉儀器，檢查儀器安裝是否正確，特別注意高壓調節至0，以免接通電源后對閃爍探 測器的沖擊，影響儀器工作狀態和使用壽命，然后接通電源并預熱20分鐘左右。放上6Co放射源，打開蓋子；并使探測器大致對準放射源出射口。運行多道分析軟件開始計數測量。為了提高數據采

9、集的速度及能量分辨率，參數范圍設 置在512道，時間預置為500，并調節道數坐標320，縱軸刻度為自動線性顯示。調節電壓（700左右，不能超過900V）至合適值，線性放大調節到0.3倍，開始計數測 量，記錄總計數率。5 .文件保存為a.chn并按下清零按鈕。對探測器位置稍作調節，其他設置保持不變開始測量，記錄總計數率。文件另保存為b.chn并按下清零按鈕。又對探測器位置稍作調節，其他設置保持不變開始測量，記錄總計數率。文件另保存為c.ch。以上步驟是60Co的Y射線能譜測量，接下來是137Cs的Y射線能譜測量換137Cs輻射源，在測量過程中，除了注意時間預置為300，并調節道數坐標160之外，

10、其他 步驟與60Co的Y射線能譜測量類似，得到A.chn、B.chn、C.chn。最后分析并打印出實驗所得的圖像1、2 （a、b、c文件中取總計數率最大文件中的圖像 1； A、B、C文件中取總計數率最大文件中的圖像2），實驗結束后整理實驗儀器，老師簽字。 能譜測量數據：60。，電壓為684大倍數為0.3倍總計數率峰位半高寬凈面積分辨率道數計數4426th=318.8 5chn15.15chn32434.75%3206894504th=319.5 1chn18.47chn,29355.78%32065413Cs，電壓為668大倍數為0.3倍總計數率峰位半高寬凈面積分辨率道數計數27286功159

11、.5314.45986589.06%160238927416th159.8614.71999449.20%160262427965th160.2015.151020529.46%1602498實驗總結在本次實驗中有很多值得注意的地方，如對于放射源的操作。雖然放射源所開的孔很小， 但操作仍要十分小心，在擰開或關閉放射源蓋子時，需從側面慢慢蓋上或取下。對于暫時不 用的放射源應將它保存于抽屜中，切不可放在桌角等處，以防放射源掉下來造成嚴重的后果。 實驗問題分析1、為何分析儀需要將電壓調零后關機？答：儀器啟動時會有瞬間高壓產生，分析儀能產生170%的高壓，若在700V左右工作電 壓啟動，則開機時會擊穿光電倍增管。2、實驗中Cs137測量時間為300秒，Co60測量時間為500秒，可不可以講測量時間互 換？答：不能Cs放射性強，技術強，300s吸收已