NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量

浙师大近代物理实验报告

NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪及γ射线能谱的测量 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定

任希 物理081 08180123

摘要：在了解了γ

射线与物质相互作用的基本特性与多道脉冲幅度分析器在NaI（T1）单

137晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能之后，我们通过使用NaI（T1）γ闪烁谱仪，测量

60Cs和Co的γ能谱，并求出各项指标，分析谱形。并且进一步了解窄束γ射线在物质中的吸收规律，并通过仪器测量了γ射线在不同物质中的吸收系数，通过对比不同物质的吸收系数，了解γ射线的性质。

关键词：NaI（T1）γ引 言

闪烁谱仪

137Cs、60Coγ能谱 吸收系数

16年法国物理学家H．贝可勒尔发现铀的放射性，以及18年M．居里和P．居里发现钋和镭以后，人们开始认识到一类元素具有放射性，并陆续发现了其他放射性元素。随着科技的不断进步发展，放射性元素最早应用的领域是医学和钟表工业。后来放射性元素的应用更深入到人类物质生活的各个领域，例如核电站和核舰艇使用的核燃料，工业、农业和医学中使用的放射性标记化合物，工业探伤、测井（石油）、食品加工和肿瘤治疗所使用的某些放射源等。由此可见放射性元素的价值所在。

在科研、工农业生产、医疗和环境保护等方面，应用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质中各种微量元素的含量。但直接测量γ射线的强度是很困难的。闪烁探测器是利用带电粒子转化成带电粒子对物质原子的激发，从而产生发光效应来探测射线的，它还能测量粒子强度和能量，由于具有探测效率高和分辨时间短等优点得到广泛应用。

正文：

1.γ射线能谱的测量

实验室所提供的仪器为NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪，其余素材包括Co和Cs两种放射源，还有Pb和Al两种测量吸收系数时所用的材料。根据所提供的实验素材，首先我们需要测量Cs和Co的全能峰，即利用电脑软件画出以上两种元素的能谱图，全能峰的测量具有一定的意义，

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在能谱图左侧的高峰虽然有一定的量子数，但是其包含的能量太低，中间的峰虽然有一定的能量，但量子数太低，只有最右侧的全能峰具有一定的量子数和一定的能量，有研究的价值。

1.1.60Co的能谱

Co的首先先把放射源Co放入实验装置中，放入装置时注意不要被放射源给照到，所以建议先把瓶盖先旋开一半，放入目标位置之后再把全部的瓶盖旋下，这样可以减少一定的辐射。

实验中仪器注意要先热机半小时左右，然后打开电压，把电压调到650到900V之间，放大倍数选择0.3，注意电压的调节要尽快完成，每次改变电压需要先调到零后再调到自己想要的电压值。实验中选用512道多道脉冲分析器进行分析。软件中预置时间设置为500秒，实验次数为3次（每次改变位置刻度），以下是实验中测得的相关数据：

预置时间：500秒；高压电压：668V；放大系数：0.3；全谱道数：512；扩展谱道数：128；道数：320道

60Co 第1个位置 41.80 559 2321 4th=320.10chn 17.40chn 5.44% 第2个位置 41.90 561 11 4th=320.32chn 17.55chn 5.48% 第3个位置 41.70 557 2816 4th=320.08chn 17.02chn 5.32% 位置刻度（cm） 总计数率 净面积A 峰位 半高宽 分辨率 其能谱图见附录

1.2.

137Cs的能谱

其大致步骤与测量Co的时候一样，需要改变的是预置时间，将其改为300秒，以下是相关的数据：

预置时间：300秒；高压电压：666V；放大系数：0.3；全谱道数：512；扩展谱道数：128；道数：160道

137Cs 第1个位置 40.80 3363 126399 第2个位置 40.70 3295 123088 第3个位置 40.60 3240 120208 位置刻度（cm） 总计数率 净面积A 浙师大近代物理实验报告

峰位 半高宽 分辨率 其能谱图见附录

6th=160.14chn 14.69chn 9.17% 6th=159.97chn 14.98chn 9.36% 6th=159.91chn 14.85chn 9.29% 2. 物质吸收系数μ的测定

在第一步实验的基础上，我们在这步实验中加入两种物质（Al与Pb）以测量它们对射线的吸收系数，基本步骤与之前相同，两种物质的薄片各有4片，做实验时需要一片片抽取，可以不管拿掉之后空气层的影响，它对实验的影响是微乎其微的，考虑到时间关系，实验中只对关于Cs元素的吸收系数。以下是实验中测得的数据：

2.1 Al对γ射线的吸收系数的测定：

铝密度：2.70 g/cm3；预置时间：300秒；高压电压：666V；放大系数：0.3；全谱道数：512；扩展谱道数：128；道数：160道

铝片个数 总计数率 质量厚度 g/cm2 0 607 0 1 513 2.57 2 438 5.01 3 367 7.46 4 290 9.94 根据吸收系数计算公式：

mlnN2lnN1 R2R10.17676379529

0.17585562432 0.18211136007 0.20063875692 0.2021844 0.174906719 0.18492183 0.19490370133 0.225824049 0.25637036198

得到：μ平均=0.1981cm-1

得到吸收系数为：单位（cm-1）

其源强与吸收体质量密度关系曲线如后图：

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2.2.Pb对γ射线的吸收系数的测定： 铅密度：11.34 g/cm2；预置时间：300秒；高压电压：861V；放大系数：0.3；全谱道数：512；扩展谱道数：128；道数：160道 铅片个数 总计数率 质量厚度 g/cm2 0 1792 0 1 1325 2.10 2 1038 4.20 3 807 6.28 4 681 8.36 根据计算公式得到吸收系数为：单位（cm-1） 1.3322066759 1.23593717 1.2126867175 1.103796 1.0241473001 1.13422504 1.1498715246 1.1651382304 0.9695096371 0.77624751873 得到：μ平均=1.1104cm-1 其源强与吸收体质量密度关系曲线如后图： 浙师大近代物理实验报告

3.总结与讨论

通过本实验之后，我们可以从实验的相关数据与图表了解到

137

Cs的能量偏低，但强度

大，而60Co的能量大，但强度低。通过这样的对比，我们可以理解137Cs广泛用于医学CT，而60Co用于工业CT。

而在吸收系数的实验中，可以得出结论：每种金属的吸收系数是不一样的。这进一步要求科学实验中或是工程建设的时候，制作防辐射道具时需要考虑到不同物质的吸收能力。比如说用铅制作时，材料可以薄一点，用铝制作时，就要加厚一点。

4.参考文献：

【1】林木欣：《近代物理实验》，广东教育出版社 【2】林木欣、熊予莹、高长连等：《近代物理实验教程》，科学出版社 【3】鄔鸿彦、朱明刚：《近代物理实验》，科学出版社 【4】高铁军、朱俊孔：《近代物理实验》，山东大学出版社

附录（见后一页）：