1物質(zhì)對β射線的吸收

1、物質(zhì)對卩射線的吸收6系童力PB05210381實驗目的:學習和掌握與物質(zhì)對射線吸收的有關(guān)知識和實驗方法，測量吸收曲線并求出 P射線的射程和 最大能疑。同時進一步加深對計數(shù)管、肚標器等儀器的了解。實驗原理:當一左能量的卩射線（即髙速電子束）通過物質(zhì)時，與該物質(zhì)原子或原子核相互作用，由于 能量損失，強度會逐漸減弱，即在物質(zhì)中被吸收。電子與物質(zhì)相互作用的機制主要有三種： 第一，電子與物質(zhì)原子的核外電子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)或電離，電子以此種方式損 失能量稱為電離損失。電離損失的能量損失可由下式給出：此式適用于非相對論情況，式中 V為電子速度，N、Z、I 分別為靶物質(zhì)單位體枳內(nèi)的原子數(shù)、 原子序數(shù)

2、、平均激發(fā)能。由此看出，電離損失的能量與入射電子的速度、物質(zhì)的原子序數(shù)、 原子的平均激發(fā)能等因素有關(guān)。第二，電子受物質(zhì)原子核庫侖場的作用而被加速，根據(jù)電磁理論作加速運動的帶電粒子會發(fā) 射電磁輻射，稱為軻致輻射，使電子的部分能量以 X射線的形式放出，稱為輻射損失。這 主要在能就較髙的電子與物質(zhì)相互作用時發(fā)生。輻射損失式中 m、E 分別為入射電子的質(zhì)量、能量，Z、N 分別為靶物質(zhì)的原子序數(shù)和單位體積中的 原子數(shù)。由式（2）可以看出，0 射線在物質(zhì)中的輻射損失與物質(zhì)的 Z?成正比，與入射電子 的能量成正比。比較（1）、（2）兩式，可粗略看出入射電子的能量較低時，電離損失占優(yōu)勢, 當電子能量較高時輻射

3、損失占優(yōu)勢除以上兩種能量損失外，卩射線在物質(zhì)中與原子核的庫侖場發(fā)生彈性散射，使卩粒子改變運 動方向，因電子質(zhì)雖:小，可能發(fā)生比較大角度的散射，還可能發(fā)生多次散射，因而偏離原射朿方向，使入射方向上的射線強度減弱，這種機制成為多次散射。如果散射角超過 90 ,這 種散射稱為反散射。P 射線通過物質(zhì)時主要以上述三種相互作用方式損失能量使強度減弱。發(fā)生三種相互作用的 概率與卩粒子的能量、吸收物質(zhì)的原子序數(shù)等因素有關(guān)。考慮一束初始強度為I。 的單能電子束， 當穿過厚度為x的物質(zhì)時， 強度減弱為I， 其示意圖 見圖4.3.2-1。強度 I 隨厚度 x 的增加而減小且服從指數(shù)規(guī)律，可表示為(dE、4加J2m

4、v2_、 NZIn1.2329kdx)/(1)原子序數(shù) z 的增加，質(zhì)量吸收系數(shù)up（p是該物質(zhì)的密度）卻只是緩慢地變化,因而常用質(zhì)量厚度PX來代替線性厚度 X,于是式（3）變?yōu)镮 = IQed（4）原子核 P衰變放岀髙速電子的同時，還放出中微子,因此放出的電子并不是單一能量的，而 是具有各種能量分布的連續(xù)能譜，因此 B 射線的吸收曲線并不精確地服從指數(shù)規(guī)律,圖 43.2-2是典型的 0衰變的能譜圖。從圖中可以看出，有一最大能量 E 不同的核發(fā)生卩 衰變時，放出的電子能譜的En那值不同，常以 Emax 代表 0 射線的特征能量。某些放射性核 素會同時發(fā)射幾種最大能疑不同的卩射線，這就會使實驗得

5、到的吸收曲線更為復雜，一般如 圖 4.3.2-3所示。放射性核素卩衰變還可能伴隨丫射線，加之軻致輻射的影響，伴有 X射線, 使吸收曲線的尾部偏離指數(shù)規(guī)律，如圖 4.3.2-3中的（b）、（c）所示。具有一左最大能量的卩 射線，在具有一沱吸收系數(shù)的物質(zhì)中所能穿過的最大厚度，稱為該射線在該物質(zhì)中的最大射 程。通常左義通過吸收物質(zhì)后，射線強度降低到時，所對應的吸收物質(zhì)厚度 d 即為 0射線的射程 R。 在實際測量中吸收曲線的尾部由于 y 射線和軻致輻射的存在而變平， 因此只能根據(jù)曲線變平之前的下降趨勢按直線外推至/0 iL處，從而得到卩射線的射 程R。圖 4.3.2 -3 吸收曲線P射線的射程與 0

6、 射線的最大能量之間.有經(jīng)驗公式相聯(lián)系，如吸收物質(zhì)是鋁，則當射程R03g/cm2時E = 1.857?+ 0.245(5)式中E為卩射線的最大能量，單位為MeV。當用質(zhì)量厚度表示射程R時，對于原子序數(shù)相 近的物質(zhì)， 射程也近似相同。 公式(5)不僅對鋁適用， 對那些原子序數(shù)與鋁相近的物質(zhì)也 是適用的。 圖43.2-4給出卩射線的射程R與英能量E之間的關(guān)系曲線，通過該曲線也可由 射程求出對應的能雖:，或由卩射線的能量找岀對應的射程。該圖的坐標軸均取對數(shù)坐標。數(shù)據(jù)處理：實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理：1相應參數(shù)薄片質(zhì)量:557.78mg,厚片質(zhì)量:3550mg薄片:長cm6. 506. 40寬cm4. 804

7、. 90質(zhì)量厚度:17.83mg/cm2厚片：長cm6. 106. 00寬cm4. 804. 90質(zhì)量厚度:120.98mg/cm22測量對應于不同厚度鋁箔的卩射線強度。 本底記數(shù)：89 (300s)序號間隔時間/s記數(shù)每秒記數(shù)減去本 底類型質(zhì)量厚度1103978397.5無02206845342. 01薄片17.833206290314.22薄片35.664205859292.63薄片53.49520419270.64薄片71.326204957247.65薄片89.157204547227.06薄片106.898204315215.47薄片124.819204037201.68薄片142.

8、6410202662132.88薄片1厚片263.6211202512125.39薄片1厚片281.4512202265123.010薄片1厚片299.2813202086104. 011薄片1厚片317.111420116758.011薄片2厚片438.09152054827. 111薄片3厚片559.07166067010.911薄片4厚片680.05172008383.911薄片5厚片801.03185007471. 211薄片6厚片922.01196007050. 87512薄片6厚片939.84206006120. 7213薄片6厚片957.67218006830. 5514薄片6厚

9、片975.50a用以上數(shù)據(jù)作圖nl/l.-d,從線性擬合后的數(shù)據(jù)可得“則110-1 -2(Z -3- -4 -56 -7Linear Regression for Datal_B:Y = A+B *XParameter Value ErrorA 0.29702 0.12621B -0.00644 2.44092E-40200400600S001000X Axis Title1.0R SD N P-0.98663 0.38658 21 0.0001從線性擬合后的數(shù)據(jù)可得質(zhì)量吸收系數(shù)“”嚴 0.0061b用以上數(shù)據(jù)作圖，橫坐標為質(zhì)量厚度，縱坐標為1/1002004006008001000X Axi

10、s TitleC山圖可看出在縱坐標約為0 90 5處（箭頭所指）密布著八個點，且在拐點處, 用這八個點進行線性擬合0.90n B一Linear Fit of Data3 B0.85 -、0.80-、0.75 -、0.70-V0.65 -A，、0.60-、0.55 -、0.50-.20406080100120140160X Axis TitleLinear Regression for Data3_B:Y二 A+B *XParameter Value ErrorA 0.89250.01299B -0.00285 1.44292E-4R SD N P-0.99241 0.01667 80.00010.80.60.40.20.01.0由圖得 R=3136mg/cm2E = 1.85/?+ 0.245分析：由圖 43.2-4可得此數(shù)據(jù) 基本符合圖中曲線， 由于實驗 過程中外界對實驗的影響不 可避免，且記數(shù)器本身存在課 差，所以所得結(jié)果不可能完全 符合實驗規(guī)律。禺 4 3 2 - 4 射程與能風的關(guān)系1.在測量吸收曲線時，源、