实验报告
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实验题目：丫能谱及丫射线的吸收
实验目的： 学习闪烁丫谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对丫射线的吸收规律
实验原理：
Y能谱的形状
闪烁丫能谱仪可测得 丫能谱的形状，下图所示是典型 137CS的丫射线能谱图。图的纵轴代表单位时间的脉冲
数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。
J i
A
能址
图2.1A 6川。的T能请图
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 丫射线的能量E。这是由于
丫射线进入闪烁体后，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。光电子逸岀原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放岀
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
部能量，所以光电峰的能量就代表 丫射线的能量，对137Cs，此能量为0.661 Me Vo
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，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 丫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 丫谱
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， 即给岀每道所对应的能量增值E。
例如选择137Cs的光电峰E = 0.661 me V和60Co的光电峰E i 1.17MeV、E 2 1.33MeV等能量值，先
分别测量两核素的 丫能谱，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，可给岀各峰位所为应
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，就可以计算岀多道
分析器的能量刻度值E。如果对应 E1 0.661MeV的光电峰位于A道，对应 E2 1.17MeV的光电峰位于e
道，则有能量刻度
1.17 0.661B AMeV(1)测得未知光电峰对应的道址再乘以
1.17 0.661
B A
MeV
(1)
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
丫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, 如丫光子进入闪烁体损失能量、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
脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布增极上逐级打岀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
的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力
半高度V光电峰脉冲幅度V
半高度V
光电峰脉冲幅度V
100%
(2)
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
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。
⑶物质对丫射线的吸收
当丫射线穿过物质时，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 丫射线（或良好几何条件下的射线束） 。实验
表明，单能窄束 Y射线的衰减遵循指数规律：
(8)
其中 、分别是通过物质前、后的 丫射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示， ?：是丫射线通过物质的厚
度，匸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 丫射
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 丫射线能力的大小。
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。
丫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：
In 2
In 2 0.693
(9)
实验容：
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的丫能谱的形状，截取能谱图，在图上指岀光电峰、康普
顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位；
137Cs的光电峰对应能量为 0.661MeV ，60Co的左侧光电峰能量为 1.17MeV，请对谱仪进行能量
刻度、作图，并测量 60Co的右侧光电峰能量
确定137Cs光电峰的能量分辨率 （不扣本底）
选择良好的实验条件，测量 137Cs的丫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% ），求岀相应的线性吸收系数和半吸收厚度。
实验数据：
1. 137Cs和60Co的Y能谱图
137 、
Cs的能谱图
60 '
CO的能谱图:
60
能谱仪的能量刻度并测量 CO右侧光电峰的值
实验测得：
137 Cs :峰值道址：454
60CO :右光电峰道址：938，左光电峰道址：817
137 60
已知 Cs的光电峰E1 0.661Mev， Co左光电峰道址 E2 1.17Mev
有能量刻度
e E2 日行7 0.661 1.4 1°3Mev/道
BA 817 454
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
1 33 1 32
相对误差 0.75%，与理论值吻合得较好
1.33
通过作图也可以发现， 60Co的右光电峰确实落在 137Cs光电峰和60 Co左光电峰形成的直线上
0 9-Equsllgfiy - s +
0 9-
Equsllgfi
y - s +
hie vveightna
Rc?du?l Sum
□ISquar-es
Aj^. R-Square1
0.9?73
Value
Stands m Ermr
a
Jmrupt
0.0324A
0.01221
口
Q 00139
1 50?1E^5
0.6 彳一400,5T
0.6 彳一
400
I 1 1 r T 1 I 1 T T I
500 600 700 m 900 1000
道址
能谱仪的能量分辨率
测得的 137Cs 光电峰半高宽 39.1 道， E 39.1 e 39.1 1.4 10 3 0.0548Mev
能量分辨率 — 00548 8.3%
E1 0.661
由于未扣本底，与计算机得岀的结果 8.6%有一定误差
137CS的丫射线的线性吸收系数和半吸收厚度
穿透的铜片厚度
铜片编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
厚度(cm)
0.294
0.284
0.290
0.300
0.288
0.296
0.286
0.286
0.288
0.290
按顺序每次叠加一个铜片，那么穿透厚度 x为
穿透厚度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
厚度(cm)
0.294
0.578
0.868
1.168
1.456
1.752
2.038
2.324
2.612
2.902
每次穿透过后的光强，即光电峰的面积为
放铜片编号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
光强
27954
23538
20098
17181
14444
12156
10381
8918
7501
6407
5665
10 4 n 光强
10 4 n 光强In :丨）
10 2 -
■
1D D -
■
■
■
9.6 -
54 -
y z
■9 □-
& 6 -1
06 -
1 " II - 1
0.0 0 5 1 0
Equation
V = a +
No W&nghiEing
Residual Sum of
0.M139
Adj. R-Squa.r
a 9OA4A
Stand! a rd Err
F
intercept
10 229
000702
Slope
^5567
0 OCM06
穿透吐度讥cm)
线性拟合得到直线斜率k=-0.5567
线性拟合得到直线斜率
k=-0.5567，又吸收系数 =-k
故吸收系数 =0.5567
半吸收厚度di2
半吸收厚度di
2
In 2
0.6931
0.5567
1.245cm
思考题：
1、用闪烁谱仪测量 Y射线能谱时，要求在多道分析器的道址围能同时测量岀 137Cs和60Co的光电峰，应如何选
择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？
答：合适的工作条件，要求能够充分利用多道分析器的道址围，具体来说，就是要求 60Co的右光电峰恰好 能够完全显示，因为 60Co 的右光电峰能量最大，为 E 2 1.33Mev
试 验中的工作条件即为 500V 左右 在测量过程中，此条件不可改变。若改变，将道址能谱图整体平移。如果在测量能量刻度是发生平移，将造 成实验结果的错误
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