TP2-COMPTON散射角研究报告.pdf

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TP2-COMPTON散射角研究报告

TP2 Compton 散射和散射角 研究报告 姓名 马蓓蓓 学号 院系 中法核工程与技术学院 专业 核能与核技术 摘要 研究 Compton 散射在辐射与材料中有着非常重要的意义。经 Compton 散 射后的γ射线会以一定的散射角出射出金属箔片,这就是 Klein-Nishina 公式所 描述的现象。为研究出射γ射线的能量和 Compton 散射角之间的关系,我们使 用法国 CEA 开发的 Tripoli 软件来实现在近似真空的环境中模拟 0.511MeVγ射 线在铝箔中发生 Compton 散射现象。结果证明了 Klein-Nishina 公式的结论, 随着散射角在 0 到 180 度之间变大,射出的γ射线能量越来越低 ;Compton 散 射的反应截面在不断减小 ,且在0°附近下降很快,而后逐渐变趋向稳定值。 关键词:Compton 散射;Klein-Nishina 公式 ;Tripoli ;γ射线;散射角 目录 摘要2 引言3 模型与方法4 Tripoli 模型的建立介绍5 散射效应6 结果与讨论8 Comtpon 散射在 0°8 Comtpon 散射的反应截面9 误差分析 15 结论 15 参考资料: 15 代码 15 引言 1923 年,美国物理学家Arthur Compthon 在研究 X 射线与较轻物质的相互 作用中发现散射谱线中除了有波长与入射波波长相同的成分外,还有波长更长 的成分。他在 1923 年 5 月的《物理评论》上写道 “任一特殊的X 射线(光子) 不是被靶物质中的所有电子散射,而是把他的全部能量耗散在某个特殊的电子 上,这个电子又将射线向某一特殊的方向散射,这个方向与入射射线成某个角 度。辐射量子路径的弯折引起动量的变化。结果,散射电子以一等于X 射线动 量变化的动量反冲。散射射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的 动能。”1 在 1920 年代,虽有光电效应支持,光的粒子性理论依然备受争议, Compton 散射第一次从实验上清晰明确地证实了光子具有动量的假设,这在物 理学史波粒二象性的发展有着重要意义。实际上,我们知道依据动量守恒和能 量守恒,光子和靶物质中的带电粒子,尤其和电子容易发生非弹性散射,导致 光子能量降低,波长变长,而变成新的γ射线或者 X 射线从物质中射出。因此 2 部分γ射线能量变成电子的动能,产生反冲电子(recoiling electron )。 为了探测γ射线的强度,我们用探测器通过测量出射光子和探测器物质中发 生作用后,产生电子个数和能量的方式来间接测量光子的个数和能量。 TRIPOLI 是法国 CEA 联合众多机构开发的一款通过 Monte-Carlo 算法模拟 在任意三维几何中,求解中子、光子、电子以及正电子的 Boltzmann 线性方程。 该实验所用的数据库主要以欧洲官方原子核数据提供的 CEA V5.1.1 为准。通 过这个软件,我们高效地计算那些能量衰减迅速的粒 子能量分布。 在经典力学中,两个物体碰撞后,能量传递和碰 撞后的出射角度θ是相关的 ,在这里,我们通过对经 典力学中的非弹性碰撞模型进行相对论修正后,研究 出射光子角度和能量的关系。 1 《X 射线受轻元素散射的量子理论》 Figure 1 Compton 效应 2 郑碧华,熊正烨.2003 《在γ 能谱测量中验证康普顿效应》中山大学学报 模型与方法 由于铝的原子数较小,光子不易在同样厚度的铝片中被屏蔽,所以选用铝片做靶物质。 另外由 Figure 2.18 可以观察到,在低于 0.3MeV能区时,γ射线的光电效应占主要比 例,光电子的产生对探测器测量光子有重要干扰;在高于 1MeV能区时,产生光子的 电子对效应开始显现,这对探测器测量Compt

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