实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目：γ能谱及γ射线的吸收
实验目的： 学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律 实验原理：
1.γ能谱的形状
闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，下图所示是典型
137Cs的γ射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉
冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。
从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰Ee，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量E?。这是由于γ射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式（1），如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量Ez?Bi的X射线，一般来说，闪烁体对低能Ｘ射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了Ee?Ez的全
137部能量，所以光电峰的能量就代表γ射线的能量，对
Cs，此能量为0.661ＭeＶ。
EC即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。
背散射峰Eb是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内，形成的光电峰，一般峰很小。 2．谱仪的能量刻度和分辨率 （1）谱仪的能量刻度
闪烁谱仪测得的γ射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改
变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用γ谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值Ｅ。例如选择
137Cs的光电峰E?＝0.661ＭeＶ和60Co的光电峰E?1?1.17MeV、E?2?1.33MeV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（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值）。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值Ｅ。如果对应E1道，则有能量刻度
?0.661MeV的光电峰位于Ａ道，对应E2?1.17MeV的光电峰位于Ｂ
e?1.17?0.661MeV （1）
B?A测得未知光电峰对应的道址再乘以e值即为其能量值。 （2）谱仪分辨率
γ能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如γ光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图2.2.1-7中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率?为
???E半高度?V??100% （2） E光电峰脉冲幅度V?表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在10%左右。对?的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。
(3)物质对γ射线的吸收
当γ射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束γ射线（或良好几何条件下的射线束）。实验表明，单能窄束γ射线的衰减遵循指数规律：
（8）
其中、分别是通过物质前、后的γ射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示，是γ射线通过物质的厚度，
是三种作用截面之和，N是吸收物质单位体积的原子数，?是物质的线性吸收系数，表示单位路程上γ射
线与物质发生三种相互作用的总几率，其大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
可见，如果在半对数坐标图上绘制吸收曲线，那么这条曲线就是一条直线，直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数?。
γ射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度d1，从（8）式可知：
2 d1?2ln2??0.693? （9）
实验内容：
１． ２．
熟悉仪器，开启高压电源，预热20分钟； 用多道分析器测量并观察
137Cs和60Co的γ能谱的形状，截取能谱图，在图上指出光电峰、康普
顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位；
３．
137
Cs的光电峰对应能量为0.661MeV，Co的左侧光电峰能量为1.17MeV，请对谱仪进行能量刻度、
60
60
作图，并测量Co的右侧光电峰能量
４． ５．
确定
137
Cs光电峰的能量分辨率?（不扣本底）
137选择良好的实验条件，测量
Cs的γ射线在紫铜吸收片中的吸收曲线（要求至少10个点，各点
统计误差小于2%），求出相应的线性吸收系数和半吸收厚度。
实验数据：
1371.
Cs和60Co的γ能谱图
137Cs的能谱图
60Co的能谱图：
2.能谱仪的能量刻度并测量
60Co右侧光电峰的值
实验测得：
137Cs：峰值道址：454
60Co：右光电峰道址：938，左光电峰道址：817
已知
137Cs的光电峰E1?0.661Mev，60Co左光电峰道址E2?1.17Mev
E2?E11.17?0.661??1.4?10?3Mev/道
B?A817?454有能量刻度e?根据测得的
60Co右光电峰的道址，有60Co右光电峰能量E3?e?C?1.4?10?3?938?1.32Mev
已知
60Co右光电峰能量为E?2?1.33Mev
r射线能谱实验报告
