NaITl单晶能谱仪-复旦大学物理教学中心.DOCVIP

NaI(Tl)单晶?能谱仪实验 06300190016 成竞 摘要： 本实验对?能谱仪进行定标，并用其测量铅对射线的质量吸收系数求出散射截面。得到结果，。 关键词：核物理、?能谱仪、质量吸收系数、光电效应、康普顿散射 引言： 测量γ射线的强度和能量是核辐射探测的一个重要方面。在核物理研究中，测量原子核的激发能级、研究核衰变纲图、测定短的核寿命及进行核反应实验等，都需要测量γ射线。在γ射线测量过程中广泛使用了NaI(Tl)单晶γ能谱仪，本文将讨论能谱仪的使用和定标方法，并用其实际测量铅对射线的质量吸收系数并求出散射截面。 实验原理： γ射线与物质相互作用的三种方式 光电效应 物质在电磁辐射照射下，入射γ射线与物质原子中的束缚电子作用时，光子有可能把全部能量转移给电子，而把束缚的电子从原子中释放出来，光子本身则消失掉。 康普顿散射（康普顿效应） ?光子与原子的自由和静止的电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而?光子则被散射，散射光子的能量和运动方向发生变化。 由能量和动量守恒定律： 散射光子的能量与散射角的关系为：，其中 MeV，若以MeV为单位，则 1）当=0时 ，，既不发生散射 2）当时 散射光子能量最小： 而此时的反冲电子能量为最大值： 因此，康普顿电子的能量是连续分布的，从0到最大值 电子对效应 当?光子的能量大于（即1.022MeV）时，?光子在原子核或电子的库仑场的作用下，可能转化为正、负电子对，这一过程称为电子对效应。在物质中，正电子的寿命很短，当动能耗尽时便与物质原子的轨道电子发生湮灭，与此同时产生两个运动方向相反，能量均为0.511MeV的?光子。 二、?能谱仪 NaI(Tl)能谱仪是通过?光子与NaI(Tl)单晶的相互作用来探测?光子和它的能量的。它基本由探头（包括闪烁体、光电倍增管、射极跟随器）、高压电源、线性放大器、多道脉冲幅度分析器组成。 其工作过程大致为： 射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子电离和激发。 受激原子、分子退激时发射荧光光子。 利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阳极上，由于光电效应，光子在阳极上击出光电子。 光电子在光电倍增光中倍增，数量由1个增加到-个，电子流在阴极负载上产生电信号。 磁信号由电子仪器记录分析。 单道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类，多道脉冲分析器的作用相当于许多组单道脉冲分析器和定标器。主要由0-10V的AID转换器和存储器组成。 实验内容： 一、能谱仪能量定标和基本性能测量，要求谱仪的测量范围为0-1.5MeV 用源测量，在的能谱中求出谱仪的能量分辨率及光电峰面积与整个能谱面积的比值（用UMS软件中的积分功能）。 利用的一个光电峰和的两个光电峰对能谱仪定标，作图得出能量E和道数CH的关系。 将作为待测源，利用定标曲线，从的光电峰和正负电子湮灭峰的位置求出能量，并与理论值比较。 利用定标曲线在的能谱中求出反散射峰和康普顿边缘的能量。 二、用卡全能峰的方法求铅对射线的质量吸收系数 用源，实验用铅片5片，上面标有质量密度，定时200秒进行测量，读取137Cs光电峰的积分值（卡全能峰），共测量7组数据，包括未放铅片的一次测量和源取出后本底的测量；求出铅的质量吸收系数。 通过质量吸收系数求出散射截面。 结果与分析： 实验时先调节高压与脉冲放大器的增益，确定量程。 为使量程达到0-1.5MeV，取增益为10*（0.3+0.5）=8倍，积分0.5，微分0.5，高压580V 注意：实验中发现高压旋钮旋转一圈并不是100V而是130余伏，故实际高压值均由电压表测量得到。 使用与的光电峰定标： 根据光电峰得出能量分辨率=8.0%，光电峰面积与能谱总面积的比值为0.289 实验中单块样品的辐射较弱，双峰不明显，故用两块样品同时测量。 定标结果： 865.5 865.5 766.0 443.8 道址 1.33 1.17 0.662 能量（MeV） Co峰 Cs峰 拟合得：E=0.00153CH 用拟合结果测量的能谱中反散射峰和康普顿边缘的能量及的光电峰和正负电子湮灭峰的能量： 4.60% 4.60% 0.478 0.456 297.9 Cs康普顿边缘 3.80% 0.184 0.191 124.6 Cs反射峰 0.94% 1.275 1.263 825.3 Na光电峰 2.93% 0.511 0.526 343.9 Na湮灭峰 误差 理论值（MeV） 能量（MeV） 道址 误差分析： 1．寻峰时的误差 脉冲放大器只能记录道址为整数时的脉冲能量，而峰的实际位置处于相邻两道之间。而峰宽本身就窄，就给寻峰的精度带来一定影响。 为了减小这种误差，可在条件许可的情况下尽量缩短量程