低本底多道γ能譜儀技術(shù)規(guī)范

低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹康捅镜锥嗟?gamma;能譜儀技術(shù)規(guī)范了解閃爍探測器的結(jié)構(gòu)、原理。掌握NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的幾個(gè)性能指標(biāo)和測試方法。測量快速電子的動能和動量。驗(yàn)證快速電子的動量與動能的關(guān)系符合相對論效應(yīng)。
 

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　　1、了解閃爍探測器的結(jié)構(gòu)、原理。
 

 

　　2、掌握NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的幾個(gè)性能指標(biāo)和測試方法。
 

 

　　3、測量快速電子的動能和動量。
 

 

　　4、驗(yàn)證快速電子的動量與動能的關(guān)系符合相對論效應(yīng)。
 

 

低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)原理】
核輻射與某些物質(zhì)相互作用會使其電離、激發(fā)而發(fā)射熒光，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的。下圖是閃爍探測器組成的示意圖。閃爍探測器有閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀器三個(gè)主要部分組成。上圖中探測器zui前端是一個(gè)對射線靈敏并能產(chǎn)生閃爍光的閃爍體，當(dāng)射線（如γ、?）進(jìn)入閃爍體時(shí)，在某一地點(diǎn)產(chǎn)生次級電子，它使閃爍體分子電離和激發(fā)，退激時(shí)發(fā)出大量光子（一般光譜范圍從可見光到紫外光，并且光子向四面八方發(fā)射出去）。在閃爍體周圍包以反射物質(zhì)，使光子集中向光電倍增管方向射出去。
低本底伽瑪γ能譜儀所謂射線的能譜，是指各種不同能量粒子的相對強(qiáng)度分布；把它畫到以能量E為橫坐標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)測到的射線粒子數(shù)為縱坐標(biāo)的圖上是一條曲線。根據(jù)這條曲線，我們可以清楚地看到此種射線中各種能量的粒子所占的百分比。在單道中還有一個(gè)窗寬?V，使幅度大于V0+?V的脈沖亦被擋住，只讓幅度為 的信號通過，單道脈沖分析器的功能是把線性脈沖放大器的輸出脈沖按高度分類：若線性脈沖放大器的輸出是0~10V，如果把它按脈沖高度分成500級，或稱為500道，則每道寬度為0.02V，也就是輸出脈沖的高度按0.02V的級差來分類。逐點(diǎn)增加V0，這樣就可以測出整個(gè)譜形。
低本底伽瑪γ能譜儀γ射線與物質(zhì)相互作用時(shí)可能產(chǎn)生三種效應(yīng)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)，這三種效應(yīng)產(chǎn)生的次級電子在NaI（Tl）晶體中產(chǎn)生閃爍發(fā)光；如光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對效應(yīng)
 

 

　　圖1 ?射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
 

 

　　表1 γ射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
 

 

　　基本過程 次級電子獲得的能量T
 

 

　　1） 光電效應(yīng)
 

 

　　γ+原子→原子激發(fā)或→離子激發(fā)+電子 （該層電子結(jié)合能）
 

 

　　2） 康普頓效應(yīng)
 

 

　　γ+電子→ （散射）+反沖電子
 

 

　　按 ， ；?為散射角，從0至zui大能量 連續(xù)分布，峰值在zui大能量處。
 

 

　　3） 電子對產(chǎn)生
 

 

　　γ+原子→原子+ +
 

 

　　電子對均分能量
 

 

　　核輻射與某些物質(zhì)相互作用會使其電離、激發(fā)而發(fā)射熒光，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的。下圖是閃爍探測器組成的示意圖。閃爍探測器有閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀歸結(jié)起來，閃爍探測器的工作可分為五個(gè)相互的過程：
 

 

　　1） 射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發(fā)；
 

 

　　2） 受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子；
 

 

　　3）利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子；
 

 

　　4） 光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個(gè)增加到104~109個(gè)，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號；
 

 

　　5） 此信號由電子儀器記錄和分析。
 

 

　　通常NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的能量分辨率以137CS的0.661MeV單能γ射線為標(biāo)準(zhǔn)，它的值一般是10%左右，可達(dá)6~7%。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀探測器的線性問題：
 

 

　　能量的線性就是指輸出的脈沖幅度與帶電粒子的能量是否有線性關(guān)系，以及線性范圍的大小。
 

 

　　NaI（Tl）單晶的熒光輸出在150KeV 

 

　　單道是逐點(diǎn)改變甄別電壓進(jìn)行計(jì)數(shù)，測量不太方便而且費(fèi)時(shí)，因而在本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了多道脈沖分析器。多道脈沖分析器的作用相當(dāng)于數(shù)百個(gè)單道分析器與定標(biāo)器，它主要由0~10V的A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器組成，脈沖經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后即按高度大小轉(zhuǎn)換成與脈高成正比的數(shù)字輸出，因此可以同時(shí)對不同幅度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，一次測量可得到整個(gè)能譜曲線，既可靠方便又省時(shí)。
 

 

　　由于單能γ射線所產(chǎn)生的這三種次級電子能量各不相同，甚至對康普頓效應(yīng)是連續(xù)的，因此相應(yīng)一種單能γ射線，閃爍探頭輸出的脈沖幅度譜也是連續(xù)的。
 

 

　　NaI（Tl）譜儀測得的137Cs的γ能譜
 

 

　　如下頁圖所示，測得的γ能譜有三個(gè)峰和一個(gè)平臺。zui右邊的峰A稱為*峰，這一脈沖幅度直接反映γ射線的能量即0.661MeV；上面已經(jīng)分析過，這個(gè)峰中包含光電效應(yīng)及多次效應(yīng)的貢獻(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)裝置的閃爍探測器對0.661MeV的γ射線能量分辨率為7.5%。
 

 

　　平臺狀曲線B是康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)，其特征是散射光子逃逸后留下一個(gè)能量從0到 的連續(xù)的電子譜。
 

 

　　峰C是反散射峰。由γ射線透過閃爍體射在光電倍增管的光陰極上發(fā)生康普頓反散射或γ射線在源及周圍物質(zhì)上發(fā)生康普頓反散射，而反散射光子進(jìn)入閃爍體通過光電效應(yīng)而被記錄所致。這就構(gòu)成反散射峰。
 

 

　　峰D是X射線峰，它是由137Ba的K層特征X射線貢獻(xiàn)的。137Cs的?衰變體137Ba的0.661MeV激發(fā)態(tài)在放出內(nèi)轉(zhuǎn)換電子后造成K空位，外層電子躍遷后產(chǎn)生此X光子。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
 

 

　　1.NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀整套裝置的操作、調(diào)整和使用，調(diào)試一臺譜儀至正常工作狀態(tài)。
 

 

　　2.137Cs、60Co的γ能譜，求出能量分辨率、峰康比、線性等各項(xiàng)指標(biāo)，并分析譜形。
 

 

　　3.多道脈沖幅度分析器在NaI（Tl）單晶γ譜測量中的數(shù)據(jù)采集及其基本功能。
 

 

　　4.處理（包括對譜形進(jìn)行光滑、尋峰，曲線擬合等）。
 

 

　　5. 測量快速電子的動量。
 

 

　　6. 測量快速電子的動能。
 

 

　　7. 驗(yàn)證快速電子的動量與動能之間的關(guān)系符合相對論效應(yīng)。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)裝置】
 

 

　　實(shí)驗(yàn)器材包括：①γ放射源137Cs和60Co（強(qiáng)度≈1.5微居里）；②200?mAl窗NaI（Tl）閃爍探頭；③高壓電源、放大器、多道脈沖幅度分析器。

 

低本底伽瑪γ能譜儀工作時(shí)，探測器將不同能量的射線變成相應(yīng)幅度的電脈沖并加以放大。放大的脈沖送到脈沖幅度分析器加以分離，然后由記錄顯示電路記錄。它既可以測量γ能譜，又可以測量總γ照射量率。γ能譜儀常用于測量巖石或地層的鐳、釷、鉀等含量。一般實(shí)驗(yàn)室用的多道γ能譜儀，CIT-3000F低本底伽瑪γ能譜儀是 河北省虹宇儀器設(shè)備有限公司自行研發(fā)的新一代智能微機(jī)化低本底多道γ譜儀。該儀器是各級質(zhì)量技術(shù)  監(jiān)督檢驗(yàn)部門、衛(wèi)生防疫部門、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)勘查、石材評價(jià)、科學(xué)研究和加工等單位進(jìn)行²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K放射性  比活度和氡氣定量測試的*檢驗(yàn)儀器。

 低本底伽瑪γ能譜儀：是測定放射性物質(zhì)γ射線能量的輻射儀。能譜儀主要有探測器、脈沖幅度分析器、記錄顯示電路三部分組成。

低本底伽瑪γ能譜儀實(shí)驗(yàn)通過同時(shí)測量速度接近光速C的高速電子（ 粒子）的動量和動能來證明狹義相對論的正確性。能量為1MeV 粒子速度為0.94C. 實(shí)驗(yàn)所用 粒子的能量在0.4～2.27MeV范圍。其速度非常接近光速C。所以能驗(yàn)證動質(zhì)能的相對論關(guān)系。學(xué)習(xí)磁譜儀的測量原理及其他核物理的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。γ射線是原子核衰變或裂變時(shí)放出的輻射，本質(zhì)上它是一種能量比可見光和X射線高得多的電磁輻射。利用γ射線和物質(zhì)相互作用的規(guī)律，人們設(shè)計(jì)和制造了多種類型的射線探測器。閃爍探測器即是其中之一。它是利用某些物質(zhì)在射線作用下發(fā)光的特性來探測射線的儀器，既能測量射線的強(qiáng)度，也能測量射線的能量，在核物理研究和放射性同位素測量中得到廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)介紹一種常用的γ射線測量儀器：碘化鈉單晶γ射線探測儀及 粒子的動量和動能相對論效應(yīng)。
低本底伽瑪γ能譜儀配置1、  智能化低本底多道γ能譜儀1024道主機(jī)一臺；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
      2、  高靈敏低鉀NaI（Tl）能譜探頭一個(gè)（Ф75×75mm）；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
      3、  新一代標(biāo)準(zhǔn)鉛室1套（壁厚100mm，內(nèi)徑200mm）；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
      4、  標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)容器一套；
      5、  系統(tǒng)操作軟件一套；
      6、  通訊電纜一根；
      7、  國家放射性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)一套（鐳、釷、鉀各一份）；
      8、  國家放射性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書3份（鐳、釷、鉀各一份）；
      9、  放射性標(biāo)準(zhǔn)樣品盒一套；
      10、 *儀器鑒定證書一份（中國測試技術(shù)研究院）；
      11、 用戶使用說明書一份；
      12、 品牌電腦一臺；
      13、 打印機(jī)一臺（選配品）；