闪烁γ能谱测量实验报告精要.pdf

闪烁γ能谱测量实验报告 姓名： 学号： 一、实验目的 1. 加深对γ射线和物质相互作用的理解。 2. 掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法。 3. 学会测量分析γ能谱。 4.学会测定γ谱仪的刻度曲线。 二、实验仪器 FH1901NaI(Tl)闪烁谱仪、SR-28双踪示波器、137Cs放射源、60Co放射源 闪烁探测器主要由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。下图 是闪烁γ能谱仪的结构框图，探头部分主要包括闪烁体和光电倍增管和前置放大器；主 机部分包括主放大器，多道脉冲幅度分析器、接口电路、电源电路以及计算机和相应的 应用软件等。 γ射线能谱测量实验系统框图 闪烁晶体主要使用 NaI(Tl)晶体，它的密度大 （ρ=3.67g/cm），而且高原子序数 的碘（Z=53）占重量的 85%，所以对 γ射线探测效率特别高，相对发光效率大，它 的光谱最强波长为 415nm 左右，能与光电倍增管的光谱响应较好的匹配，晶体的透明 性也好。测量 γ射线时能量分辨率也是闪烁晶体中较好的一种。但是 NaI(Tl)晶体容 易潮解，吸收空气中水分会变质失效，所以一般 NaI(Tl)晶体使用时都是装在密封的金 属盒中。 γ射线与 NaI(Tl)晶体相互作用，会使其电离、激发而发射荧光，从闪烁体出来的光 子通过光导射向光电倍增管的光阴极，由于光电效应，在光阴极上打出电子。光电子经 过各级之间的电压加速、聚焦后射向打拿极。每个光电子在打拿极上击出几个电子，这 些电子射向后续的打拿极。所以，最后射向阳极的电子数目是很多的。阳极把这些电子 收集起来，转变成电信号并输出。 三、实验原理 1、γ射线与物质相互作用 γ射线与物质相互作用是γ射线能量测量的基础。γ射线与物质相互作用主要有三 种效应，即光电效应、康普顿散射和电子对效应。 1 8 第 页 共 页 光电效应：γ光子将全部能量 hν传递给原子中的电子，电子获取能量，脱离原子 的束缚，变为高能光电子，其动能 Ek 为： E h -w k 脱 式中 w脱 为脱出功，它远小于γ光子能量。因此，光电子的动能近似地等于γ光子 的能量。 康普顿散射：这是γ光子与物质中 “自由”电子（包括束缚甚弱的电子）非弹性散 射的过程，根据散射过程中的动量守恒和能量守恒定律可求得散射电子 （又称康普顿电 子）的动能为： (h) (1cos)2 E hh  k m c h(1cos)2 0 式中 mc2 为电子静止能量， 为γ光子的散射角， 为散射光子频率。当 0 时，   0 E 0k ，即未发生散射，θ=π时，康普顿电子获得最大动能（这时γ光子与电子发 生对心散射）： 2(h)2 (E )  k max mc h2 2 0 可看出康普顿电子的动能可以从0到(E ) 连续分布。 K max 电子对效应：当γ射线的能量超过2倍电子静止能量（2mc 1.023Mev0 2 ）时， γ光子在核场作用下，有可能转化为一对正、负电子，其几率随γ光子的能