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低本底伽玛γ能谱仪：是测定放射性物质γ射线能量的辐射仪。能谱仪主要有探测器、脉冲幅度分析器、记录显示电路三部分组成。

低本底伽玛γ能谱仪工作时，探测器将不同能量的射线变成相应幅度的电脉冲并加以放大。放大的脉冲送到脉冲幅度分析器加以分离，然后由记录显示电路记录。它既可以测量γ能谱，又可以测量总γ照射量率。γ能谱仪常用于测量岩石或地层的镭、钍、钾等含量。一般实验室用的多道γ能谱仪，CIT-3000F低本底伽玛γ能谱仪是 河北省虹宇仪器设备有限公司自行研发的新一代智能微机化低本底多道γ谱仪。该仪器是各级质量技术  监督检验部门、卫生防疫部门、环境保护、地质勘查、石材评价、科学研究和加工等单位进行²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K放射性  比活度和氡气定量测试的*检验仪器。

 

低本底伽玛γ能谱仪实验通过同时测量速度接近光速C的高速电子（ 粒子）的动量和动能来证明狭义相对论的正确性。能量为1MeV 粒子速度为0.94C. 实验所用 粒子的能量在0.4～2.27MeV范围。其速度非常接近光速C。所以能验证动质能的相对论关系。学习磁谱仪的测量原理及其他核物理的实验方法和技术。γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射，本质上它是一种能量比可见光和X射线高得多的电磁辐射。利用γ射线和物质相互作用的规律，人们设计和制造了多种类型的射线探测器。闪烁探测器即是其中之一。它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器，既能测量射线的强度，也能测量射线的能量，在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。本实验介绍一种常用的γ射线测量仪器：*单晶γ射线探测仪及 粒子的动量和动能相对论效应。
低本底伽玛γ能谱仪配置1、  智能化低本底多道γ能谱仪1024道主机一台；[符合γ谱仪检定规程（JJG 417）]
      2、  高灵敏低钾NaI（Tl）能谱探头一个（Ф75×75mm）；[符合γ谱仪检定规程（JJG 417）]
      3、  新一代标准铅室1套（壁厚100mm，内径200mm）；[符合γ谱仪检定规程（JJG 417）]
      4、  标准物质容器一套；
      5、  系统操作软件一套；
      6、  通讯电缆一根；
      7、  国家放射性标准物质一套（镭、钍、钾各一份）；
      8、  国家放射性标准物质证书3份（镭、钍、钾各一份）；
      9、  放射性标准样品盒一套；
      10、 *仪器鉴定证书一份（中国测试技术研究院）；
      11、 用户使用说明书一份；
      12、 品牌电脑一台；
      13、 打印机一台（选配品）；　

低本底伽玛γ能谱仪【实验目的】
 

 

　　1、了解闪烁探测器的结构、原理。
 

 

　　2、掌握NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。
 

 

　　3、测量快速电子的动能和动量。
 

 

　　4、验证快速电子的动量与动能的关系符合相对论效应。
 

 

低本底伽玛γ能谱仪【实验原理】
核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。下图是闪烁探测器组成的示意图。闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。上图中探测器zui前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线（如γ、?）进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子（一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去）。在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去。
低本底伽玛γ能谱仪所谓射线的能谱，是指各种不同能量粒子的相对强度分布；把它画到以能量E为横坐标，单位时间内测到的射线粒子数为纵坐标的图上是一条曲线。根据这条曲线，我们可以清楚地看到此种射线中各种能量的粒子所占的百分比。在单道中还有一个窗宽?V，使幅度大于V0+?V的脉冲亦被挡住，只让幅度为 的信号通过，单道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类：若线性脉冲放大器的输出是0~10V，如果把它按脉冲高度分成500级，或称为500道，则每道宽度为0.02V，也就是输出脉冲的高度按0.02V的级差来分类。逐点增加V0，这样就可以测出整个谱形。
低本底伽玛γ能谱仪γ射线与物质相互作用时可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，这三种效应产生的次级电子在NaI（Tl）晶体中产生闪烁发光；如光电效应 康普顿效应 电子对效应
 

 

　　图1 ?射线在NaI（Tl）闪烁体中相互作用的基本过程
 

 

　　表1 γ射线在NaI（Tl）闪烁体中相互作用的基本过程
 

 

　　基本过程 次级电子获得的能量T
 

 

　　1） 光电效应
 

 

　　γ+原子→原子激发或→离子激发+电子 （该层电子结合能）
 

 

　　2） 康普顿效应
 

 

　　γ+电子→ （散射）+反冲电子
 

 

　　按 ， ；?为散射角，从0至zui大能量 连续分布，峰值在zui大能量处。
 

 

　　3） 电子对产生
 

 

　　γ+原子→原子+ +
 

 

　　电子对均分能量
 

 

　　核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。下图是闪烁探测器组成的示意图。闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的
 

 

　　低本底伽玛γ能谱仪归结起来，闪烁探测器的工作可分为五个相互的过程：
 

 

　　1） 射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；
 

 

　　2） 受激原子、分子退激时发射荧光光子；
 

 

　　3）利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；
 

 

　　4） 光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号；
 

 

　　5） 此信号由电子仪器记录和分析。
 

 

　　通常NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪的能量分辨率以137CS的0.661MeV单能γ射线为标准，它的值一般是10%左右，可达6~7%。
 

 

　　低本底伽玛γ能谱仪探测器的线性问题：
 

 

　　能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关系，以及线性范围的大小。
 

 

　　NaI（Tl）单晶的荧光输出在150KeV<EΥ<6MeV的范围内和射线能量是成正比的。但是NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪的线性好坏还取决于闪烁谱仪的工作状况。
 

 

　　单道是逐点改变甄别电压进行计数，测量不太方便而且费时，因而在本实验装置中采用了多道脉冲分析器。多道脉冲分析器的作用相当于数百个单道分析器与定标器，它主要由0~10V的A/D转换器和存储器组成，脉冲经过A/D转换器后即按高度大小转换成与脉高成正比的数字输出，因此可以同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可得到整个能谱曲线，既可靠方便又省时。
 

 

　　由于单能γ射线所产生的这三种次级电子能量各不相同，甚至对康普顿效应是连续的，因此相应一种单能γ射线，闪烁探头输出的脉冲幅度谱也是连续的。
 

 

　　NaI（Tl）谱仪测得的137Cs的γ能谱
 

 

　　如下页图所示，测得的γ能谱有三个峰和一个平台。zui右边的峰A称为*峰，这一脉冲幅度直接反映γ射线的能量即0.661MeV；上面已经分析过，这个峰中包含光电效应及多次效应的贡献，本实验装置的闪烁探测器对0.661MeV的γ射线能量分辨率为7.5%。
 

 

　　平台状曲线B是康普顿效应的贡献，其特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到 的连续的电子谱。
 

 

　　峰C是反散射峰。由γ射线透过闪烁体射在光电倍增管的光阴极上发生康普顿反散射或γ射线在源及周围物质上发生康普顿反散射，而反散射光子进入闪烁体通过光电效应而被记录所致。这就构成反散射峰。
 

 

　　峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的。137Cs的?衰变体137Ba的0.661MeV激发态在放出内转换电子后造成K空位，外层电子跃迁后产生此X光子。
 

 

　　低本底伽玛γ能谱仪【实验内容】
 

 

　　1.NaI（Tl）单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。
 

 

　　2.137Cs、60Co的γ能谱，求出能量分辨率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形。
 

 

　　3.多道脉冲幅度分析器在NaI（Tl）单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能。
 

 

　　4.处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。
 

 

　　5. 测量快速电子的动量。
 

 

　　6. 测量快速电子的动能。
 

 

　　7. 验证快速电子的动量与动能之间的关系符合相对论效应。
 

 

　　低本底伽玛γ能谱仪【实验装置】
 

 

　　实验器材包括：①γ放射源137Cs和60Co（强度≈1.5微居里）；②200?mAl窗NaI（Tl）闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器。