NaI(Tl)單晶γ能譜的測量

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上五實驗數據處理與分析第一次實驗：掌握并熟悉NaI（Tl）譜儀，確定譜儀的工作參數。1. 預熱幾分鐘，熟悉多通道脈沖幅度分析器數據采集軟件的使用。2. 由于實驗沒有配備示波器，因此無法利用示波器觀察閃爍體探頭輸出信號。3.本實驗利用放射源137Cs通過改變高壓、放大倍數、道數等參數觀察能譜曲線的變化。a） 把放射源放在托盤上，調節(jié)改變電壓分別為500V，550V，600V，630V，保持測量道數1024道和放大倍數5.00m不變，數據采集時間設100s，所得能譜曲線如圖1所示。圖1.不同高壓下對應的能譜曲線結論：由圖1可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰

2、位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。b)調節(jié)改變放大倍數分別為4.80，5.20，5.40，5.60，保持測量道數1024道和電壓550V不變，數據采集時間設為100s，所得能譜曲線如圖2所示。圖2.不同放大倍數下對應的能譜曲線結論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。c） 調節(jié)改變通道數分別為256，512，1024，2048，4096保持放大倍數5.00和電壓550V不變，數據采集時間設為100s，所得能譜曲線如圖3所示。圖3.不同放大倍數下對應的能譜曲線結論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能

3、峰右移，道址增大，即峰位E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。d） 把放射源放在托盤上，通過反復調節(jié)，最后參數調節(jié)為：通道數1024、放大倍數5.20、電壓值550V，數據采集時間設為300s，所得能譜曲線如圖4所示。圖4.60Co的能譜曲線分析：我們測得的60Co的能譜曲線的兩個全能峰都能清楚看見，查閱的衰變綱圖可知兩個全能峰的能量分別是1.17MeV和1.33MeV，其中1.33MeV的全能峰對應道數835,由計算1.33MeV/835*1024=1.631MeV,略超0-1.50MeV,不影響后續(xù)實驗。 e） 把放射源放在托盤上，參數保持不變，所得能譜曲線如圖5示。 圖5.

4、 的能譜曲線分析：如圖5所示，137Cs的能譜曲線是三個峰和一個平臺的連續(xù)分部。參考137Cs的放射源衰變綱圖，峰A為全能峰，這一幅度的脈沖是0.662MeV的光子與閃爍體發(fā)生光電效應而產生的，它直接反映了射線的能量；平臺B是康普頓效應的貢獻，它的特征是散射光子逃逸出晶體后留下的一個連續(xù)的電子譜。峰C是反散射峰，當射線射向閃爍體時，總有一部分射線沒有被吸收而逃逸出，當它與閃爍體周圍的物質發(fā)生康普頓散射時，反散射光子可能進入閃爍體發(fā)生光電效應，其脈沖就產生反散射峰。第二次實驗：能量刻度、活度測量及未知源的確定。4.能譜數據。以60Co的測量條件為標準，即電壓固定為550V,放大倍數5.2，通道參

5、數為1024，再分別測量本底、60Co、137Cs、133Ba、22Na未知放射源分別放入時的能譜；5.數據分析本底的能譜曲線：圖7.本底的能譜曲線結論：由上圖可知，本底也會產生計數，即本底能譜曲線對各放射源的能譜曲線有一定的影響，所以在分析各放射源的能譜曲線時扣除本底的影響，否則會引起較大的誤差。b) 扣除本底影響后，可得、的能譜曲線如下列圖所示。查閱已知源的衰變綱圖，根據測量的能譜曲線確定各峰對應的射線能量。圖8 的能譜曲線圖8.137Cs的能譜曲線圖9.133Ba的能譜曲線圖10.22Na的能譜曲線C）分析各峰的峰參數，得出得出譜儀的能量分辨率，做出能量刻度曲線，分析其線性。1) 由圖8

6、-圖10可得各放射源峰道址和對應射線能量如表1所示；表1 放射源峰道址和對應射線能量的關系放射源道址N740835435233340能量E/MeV1.1731.3330.6620.3560.511由表1可用origin擬合的EN曲線圖如圖11所示：圖11.各已知放射源全能峰點能量與道址線性擬合圖根據擬合結果，E=-0.03569+0.00163N，能量線性刻度曲線，線性擬合度R=0.99974，線性度非常接近1，說明這組數據較為合理。2) 計算譜儀的能量分辨率因為標準放射源的全能峰最為明顯和典型，所以選用其射線的能量分辨率來檢驗與比較譜儀的能量分辨率。如下圖所示：圖12.137Cs的能譜曲線圖

7、由圖12可知，全能峰對應的道址為N=435，半峰高處對應的道址為N1=413和N2=449。 因此的全能峰的半寬度為：由圖11和所得的EN擬合方程E=-0.03569+0.00163N可知，能量E與道址數N成線性關系，所以能量分辨率可寫為： 所以的能量分辨率為：誤差分析：137Cs最佳的能量分辨率為7.8%，我們所測得的實驗結果為9.58%，相差較大，由此可知實驗所用的閃爍譜儀能量分辨率不是很好，譜儀對相鄰脈沖幅度或能量的分辨本領不很理想。這也有可能是由實驗誤差造成的，比如實驗條件還不是沒有調成最佳的，讀數的誤差等。同理可求出測量其他放射源時的譜儀分辨率為：表2.測量不同放射源在不同的全能峰時

8、的譜儀分辨率放射源能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110對應道數N744837435234337半寬度4946363033能量分辨率6.59%5.50%8.28%12.8%9.65%由上表可知：閃爍譜儀分辨率在測量測量不同放射源在不同的全能峰時是不同的。當全能峰的峰位較大時，譜儀的分辨率較好。3）計算當前已知源的活度表3 已知放射源活度表（測量時間為1991年7月1日）放射源活度71.848.0127.040.2半衰期5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的規(guī)律進行衰變： 其中表示初始的未發(fā)生衰變的原子數目，N表示當前剩余的未衰變原子數目，是一個

9、衰變常數，對于不同的元素，相應的也是不同的。 定義時所經歷的時間為，稱為半衰期，可得出其衰變常數， 放射源活度A表示單位時間內放射源發(fā)生的衰變次數，對于一定量的放射源而言，其總體的活度與其包含的放射性粒子數目是成正比的，即： 本次的實驗時間為2012年12月28日，表3中的放射源活度測試時間距離實驗時的時間間隔為t=21.5年。由上面幾個式子可得出當前各已知放射源的活度如表4所示：表4 已知放射源實驗時活度（2012年12月28日）放射源活度71.848.0127.040.2半衰期5.2730.0810.522.60衰變常數0.1320.02300.06590.267實驗時活度4.2029.2

10、730.790.134） 得到探測效率曲線；以的全能峰為例，計算其探測效率。由圖8137Cs的修正能譜曲線圖并結合其半峰寬的位置可以得出，137Cs全能峰的通道數范圍為413-449，由于橫坐標的每個間隔為1，所以對這個范圍內的縱坐標進行求和即可求得全能峰在以通道數為橫坐標下的面積,即由E-N的線性關系E=-0.03569+0.00163N可得，實際的全能峰面積已知，測量時間T=100s，活度A由表4可知A=29.27（kBq），分支比b由的衰變綱圖可知b=85.1%，故的探測效率為：同理可得其他已知放射源各全能峰的探測效率，如表5所示。表5 譜儀在各放射源峰值處探測效率放射源能量E/MeV1

11、.1731.3330.66170.35600.5110全能峰面積7.204.9527.1348.132.56測量時間T/s300300100100620活度A/kBq4.204.2029.2730.790.13分支比b99.97%99.98%85.1%62.05%99.94%探測效率0.57%0.39%1.09%2.52%3.18%用origin作指數衰減擬合得曲線如圖13所示圖13.譜儀的探測頻率曲線可以近似地認為譜儀的探測效率曲線為指數衰減函數：由擬合關系可知探測效率隨能量增大以近似的指數形式衰減5） 根據能量刻度曲線，計算未知放射源的射線能量，判斷放射源的種類在相同實驗條件下，測出未知放

12、射源的能譜曲線如圖28所示圖14.未知放射源的能譜曲線由E-N的線性關系E=-0.03569+0.00163N可得，圖14標識出的全能峰所對應的能量為：表6 未知放射源各全能峰對應的能量N72104160225510627705877E/MeV0.0820.1340.2250.3310.8000.9861.1131.394對比元素的衰變綱圖：Strong Gamma-rays from Decay of EU-152 Decay mode Half-life Gamma-ray energy (keV) Intensity (%) EC 9.3116 H 0.0003 963.390 11.7

13、+- 1.4 EC 13.516 Y 0.006 121.7817 28.58+- 0.09 EC 13.516 Y 0.006 244.6975 7.58+- 0.03 EC 13.516 Y 0.006 443.965 2.821+-0.020 EC 13.516 Y 0.006 964.079 14.60+- 0.04 EC 13.516 Y 0.006 1112.069 13.64+- 0.04 EC 13.516 Y 0.006 1408.006 21.00+- 0.06 B- 13.537 Y 0.006 344.2785 26.5+- 0.6 B- 13.537 Y 0.006

14、778.9040 12.94+- 0.15 圖29 的衰變綱圖將圖29中的衰變綱圖與表6中的能量進行對比之后，可以確定，該未知放射源是。6） 根據探測效率曲線，計算未知放射源的活度實驗中測得的count為探測到的放射線數，而實際放射線數，而活度，即探測放射線數等于實際放射線數乘于探測效率，活度等于單位時間內的放射線數，由此可以用這種方法來計算放射源的活度。其中能量線性刻度曲線E=-0.03569+0.00163N，探測效率曲線方程。對全部實際放射線數進行求和，可得總實際放射線數所以放射源的活度A=M總/T=/100Bq=.78Bq=177.47 kBq查閱資料可知，的半衰期大約為13.5y,初始活度約為490kBq，距離如今的實驗時間為t=21.5y,可以算出，如今的活度A=162.47 kBq。比較實驗計算得的活度，可以看到兩者非常接近。7)分析測量結果并總結1.本實驗測量出了幾種已知放射源的能譜曲線，并確定了各峰對應的射線能量。由各峰的峰參數計算出了譜儀的能量分辨率，做出了能量刻度曲線，計算得到了各放射源的活度。本實驗還根據能量刻度曲線，計算未知放射源的射線能量，判斷放射源的種類為。通過這次實驗我們掌握了譜儀的原理及使用方法，學會了測量分析能譜，對射線和物質的相互作用有了一定的了解。2.誤差分析：