闪烁谱仪测γ射线能谱.docx

闪烁谱仪测 γ射线能谱 实验目的：是学习用闪烁谱仪测量 γ 射线能谱的方法，要求掌握闪烁谱仪的工作原理和实验方法，学会谱仪的能量标定方法，并测量 γ 射线的能谱。 实验原理： 光电效应： 当能量 E 的入射 γ 光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把 ? 全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失， 发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应．发射出光电子的动能 E ? E ? B e ??i （1） B 为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发 i 原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征 X 射线。例如 L 层电子跃迁到 K 层，放出该原子的 K 系特征 X 射线。 康普顿效应： γ 光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ 光子被散射改变了原来的能量和方向。计算给出反冲电子的动能为 E ? E 2? (1 ? cos?) ? E? （2） e m c 2 ? E 0 ? (1 ? cos?) 1 ? E m c 2 0(1 cos?) 0 ? ? 式中m c 2 为电子静止质量，角度 θ 是 γ 光子的散射角，见图 2.2.1-2 所示。 0 由图看出反冲电子以角度 φ 出射，φ 与 θ 间有以下关系： ??cot? ? ?1 ? E? ? tan ? ? ?  （3） ??m c 2 2 ? ? 0 由式（2）给出，当? ? 180 时，反冲电子的动能 E 有最大值，此时 e E E ???? （4） max m c 2 1 ???0 2E ? 这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界 E 。 C 电子对效应： 当 γ 光子能量大于2m c2 时，γ 光子从原子核旁边经过并受到核的库仑场作用， 0 可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和，如 E ? E ? ? e E ? e ? 2m c2 （5） 0 其中2m c 2 ? 1.02MeV 。 0 数据处理： 高压为 558V GAIN 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 峰道值 554.3 576.1 594.4 615.3 637.3 658.4 675.7 697.0 720.0 740.6 分辨率 8.7% 8.3% 8.2％ 8.7％ 8.2％ 8.7％ 8.8％ 8.4％ 8.3％ 8.9％ 观察137Cs ，其光电峰与放大倍数存在一定的线性关系。用 origin 拟合，图形如下： BLinear Fit of Data1_B B Linear Fit of Data1_B 700 lte Ti lt xis x A Y 600 550 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 X Axis Title 可以得到，由最小二乘法拟合的直线为：Y＝245.17455 + 103.00909*X 2．选择137Cs 的光电峰 E?1 ? 0.661MeV 、E?2 ? 0.184MeV 等能量值，先分别测量 两核素的 γ能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址。 峰道值峰能量分辨率E ? 峰道值 峰能量分辨率 E ? 0.661MeV ?1 410．7 8．6％ E ?2 ? 0.184MeV 105．7 268．5％ E ? E 0.661 ? 0.184 e ???? 1 ? 2 B ? A MeV＝ 410.2 ? 105.7 ? 1.5665 * E ? 3MeV 即道址的每一道相当于e ? 1.5665 * E ? 3MeV 60Co 的峰道值和峰能量分辨率： 测量数据： 峰道值 峰能量分辨率 较高峰 C 737.5 8.0% 较低峰 D 845.0 6.6% E ?1 ? C? e ? 737.5 *1.5665E ? 3 ? 1.156MeV E ?2 ? D ? e ? 845.0 *1.5665E ? 3 ? 1.323MeV 60Co 双峰的理论值分别为： E ? 1.17MeV E ? 1.33MeV ? 1 ? 2 相对误差分别为：η 1 = (1.17-1.156) / 1.17 = 1.20 % η 2 = (1.33-1.323) / 1.33 = 0.53 % 误差分析：1.增长测量时间可以在一定程度上减小误差。实验中137 Cs 和60Co 的时间测量都不够长，如果增长测量时间可以更好的定位峰值。 2．137 Cs 源和60Co 源并不是纯正的，而是有少许杂质的，这也会影响实验的准