宽束γ射线注量率与距离关系测定.docx

yl-76_L Ali.宽束Y射线11注量率与距离关系测定摘要Y射线的发现为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深 刻的影响。根据Y射线的特性，Y射线与物质之间的三中相互作 用和在物质中的衰减规律，我们将之应用于社会的各个方面，并 且取得了巨大的成果和显著的效益。本论文认真分析并选取了符合实验方案的仪器清单。以相同条件 下，某一时刻的计数率与该时刻的注量率成正比关系，求出计数 率之与距离之间的关系，即为注量率与距离之间的关系。论文中 以理论上粒子注量率与距离r成平方反比为假定基础，通过实 验数据的处理分析，画出计数率与距离的乘幕曲线图，得到相关 关系公式y = E . X T.9604，并与理论值比较之后，讨论误差产生的 原因。关键词：Y射线计数率注量率平方反比AbstractThe discovery of y-ray has played a huge impact on science technology and human history. According to the characteristics of Y-rays, three interaction betweeny-ray and the matter, and the law that Y-rays weaken in the matter, we apply it in various aspects of society , receiving great achievements and significant benefits.This paper makes a careful analysis and selects equipment list in line with the experiment project. On even ground, when the counting rate at a time is proportional to fluency rate, calculate the relationship between count rate and distance, which is the relationship of fluency rate and distance. This paper makes a theoretical assumption as the basis that particle fluency rate 9 is inverse square to the distance r, then get the formula y = e x -1.9604 by curve of count rate and distance power obtained from the analysis of experimental data. The cause of error will be discussed after comparisons with theoretical value.Keywords:y-raycount rate fluency rate inverse square目录摘要IAbstractII目录III0.前言10.1研究背景10.2研究目的和意义10.3研究的主要内容11. Y射线相关基础知识31.1 Y射线的性质31.2 y射线的应用31.2.1 y射线在农业中的应用31.2.2 y射线在工业中的应用41.2.3 y射线在医疗卫生中的应用51.2.4 y射线在环境保护上的应用51.2.5 y射线在未来的应用趋势51.3y射线的危害62. y射线与物质的相互作用72.1光电效应72.2康普顿效应72.3电子对效应92.4 y射线在物质中的衰减规律113. 丫 射线注量率与距离的关系133.1注量与注量率133.1.1粒子注量与粒子注量率133.1.2 能量注量与能量注量率143.1.3能量注量与粒子注量的关系153.2注量率与距离的关系154. 实验准备174.1实验物品的选择174.2放射源174.3探测器184.3.1闪烁探测器的原理184.3.2 NaI(T l)闪烁探测器204.4单道脉冲幅度分析器214.5注意事项225.数据的采集、处理和分析235.1数据的采集235.1.1实验仪器连接框图235.1.2实验步骤235.1.3实验数据记录245.2 实验数据的处理255.3数据分析265.3.1实验值与理论值265.3.2误差分析27结论29致谢30参考文献310.前言0.1研究背景放射性核素及其辐射在地球形成之初，就已经存在了，只是 因其看不见，摸不着，人类对它的认识要比其它的自然科学现象 和规律认识晚的多。直到19世纪末20世纪初，放射性及放射性 核素才逐渐被发现，并呈现井喷式发展，随后各种放射性测量方 法也迅速发展起来。20世纪20年代首先在俄国和德国实现了野 外Y射线的探测，Y射线的应用也成为了一种新兴产业，现在它 已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域。特别是在工农业、 医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益1。0.2研究目的和意义通过对宽束Y射线的注量率与距离之间关系的测定，我们得 到了相关的关系公式y = E . X -1.9604，将之与理论值比较，发现由 于受到误差的影响，注量率与距离之间实际上达到满足平方反比 定律，这为科学研究距离的平方反比关系，降低误差有着重要的 意义。根据本次论文所得到的注量率与距离之间的乘幕的绝对值 小于理论值的绝对值2,在科学研究中，我们应该尽可能的克服 造成误差的原因，提高测量精确度，并在利用注量率与距离的关 系式，根据当时情况适当的选取稍小于理论值-2的乘幕值，用以 避免造成更大的误差。研究注量率与距离之间的乘幕关系，得到准确的乘幕数值之 后，可以以此为基础，计算剂量、空气比释动能、照射量率、屏 蔽厚度等的数值，使得在一般情况下的计算值更精确。0.3研究的主要内容通过Y射线相关基础知识，了解了丫射线的性质、在社会各 方面的应用及其危害。研究丫射线与物质之间相互作用的产生，三种主要的相互作 用的产生条件和相对强弱：对于低原子序数的物质，康普顿效应 在很宽的能量范围内都占优势，对于中等原子序数的物质，在低 能时，光电效应占优势；在高能时，电子对效应占优势。当光子 能量在10MeV以上，并且与它作用物质的原子序数为任何值时， 光电效应、康普顿效应的截面随光子能量的增加而降低，电子对 效应的截面却随着光子能量的增加而增大，相对于前两种过程占 优势。深入理解Y射线在物质中的衰减规律。通过对注量与注量率之间的了解和分析，得到了注量率与距 离之间理论上成平方反比关系。全面细致的认识点源和实验仪器， 通过实验步骤记录下的数据并加以整理分析，得到注量率与距离 之间的乘幕关系，并与理论值相比较，发现实际得到的乘幕的绝 对值小于理论值的绝对值，由此我们对于误差的产生原因进行了 细致的分析。1.Y射线相关基础知识1.1 Y射线的性质Y射线，又称Y粒子流，中文音译为伽马射线，是原子核 能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。首 先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继a、P射线后发现的 第三种原子核射线。原子核衰变和核反应均可产生 Y射线。 Y射线的波长比X射线要短，所以Y射线具有比X射线还要 强的穿透能力。通过对Y射线谱的研究可了解核的能级结构。 Y射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控 制。Y射线对细胞有杀伤力。人体受到Y射线照射时，Y射 线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产 生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都 是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人 体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡，医疗上 用来治疗肿瘤UK1.2 Y射线的应用1.2.1 Y射线在农业中的应用（1）农作物的辐射育种利用Y射线照射农作物的种子、植株或某些器官和组织，促 使它们产生各种变异，再从中选出我们所需要的可遗传的优良变 异，经过培育而成为优良的新品种。例如：用一定强度的Y射线 照射水稻种子，就可得到变异的后代，选出种子的品种，经过几 代培育可得高产、抗病、早熟的优良品种。（2）Y射线引起害虫绝育人们在与农业上的各种害虫作斗争的过程中，希望有一种巧 妙的方法，能够达到消灭害虫的后代，以便最后根绝虫害的目的。人们从研究射线的生物效应中发现，辐射不对其它细胞有严 重的损伤，只引起雄性害虫的遗传基因发生变化，这种害虫与雌 虫交配过以后，雌虫就失去了繁殖后代的能力，这样，我们一次 灭虫就不是只杀灭一只或几只害虫，而是灭绝一群，灭绝一代以 至几代的害虫。（3）Y射线刺激生物生长在射线的剂量不是很高时，用射线照射生物，生物细胞会发 生一系列物理的化学的和生理的变化，有可能加速细胞分裂的过 程，因此刺激生物的生长发育。例如：用少剂量的Y射线照射一 串红花的幼苗，促进植株快速生长，提前开花期。1.2.2 Y射线在工业中的应用（1）Y射线探伤Y射线有很强的穿透性，Y射线探伤就是利用Y射线的穿 透性和直线性来探伤的方法。Y射线虽然不会像可见光那样凭肉 眼就能直接察知，但它可使照相底片感光，也可用特殊的接收器 来接收。当Y射线穿过（照射）物质时，该物质的密度越大，射 线强度减弱得越多，即射线能穿透过该物质的强度就越小。此时， 若用照相底片接收，则底片的感光量就小；若用仪器来接收，获 得的信号就弱。因此，用Y射线来照射待探伤的零部件时，若其 内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的路径比没有缺陷的 路径所透过的物质密度要小得多，其强度就减弱得少些，即透过 的强度就大些，若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片 上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影；若用其它接收器也同 样可以用仪表来反映缺陷垂直于射线方向的平面投影和射线的透 过量。一般情况下，Y射线探伤是不易发现裂纹的，或者说，Y 射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，Y射线探伤对气孔、夹渣、 未焊透等体积型缺陷最敏感。即Y射线探伤适宜用于体积型缺陷 探伤，而不适宜面积型缺陷探伤。（2）放射性物质的检测根据Y射线自身的特性，如波长短、频率高、穿透性强等做 出的射线检测仪就可以对物质进行检测是否有放射性，就可在公 共运输系统，政府大楼，重要集会场所，军事部门等处应用。1.2.3 Y射线在医疗卫生中的应用（1）Y射线治疗肿瘤Y射线对细胞有很强的杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。肿瘤 细胞受到Y射线照射时发生电离作用，电离产生的离子破坏了组 成细胞的蛋白质、核酸和酶等有机分子，使肿瘤细胞死亡。目前利用最广泛的就是伽马刀手术，该手术无创伤、不出血、 不需麻醉，无手术禁忌症，是一种理想的肿瘤局部治疗手段，适 应症较广。（2）利用Y射线对死后经过时间的推断动物死后对Y射线的辐射强度和死后经过时间呈近似的指数 衰减的相关关系。所以，用动物死后对Y射线的吸收变化规律可 对死后经过时间的推断。1.2.4 Y射线在环境保护上的应用Y射线对废水的净化处理，Y射线的照射能使废水中的有害 物质发生分解而达到清除的目的。射线处理污水，最大的优点就 是不会造成二次污染。1.2.5 Y射线在未来的应用趋势（1）Y射线在信息产业中的应用21世纪已成为信息化的时代，计算机、网络等信息产业都在 飞速的发展，因此信息传递也越来越受到人们的关注。在未来， Y射线将会取代传统的信息通讯方式，迎来信息产业的新篇章。（2）Y射线在人类生活中的应用趋势现在电磁辐射在人类生存的空间中已是无处不在，给人类的 生产生活带来了极大的危害，并且科学家也越来越重视电磁辐射 的危害，电磁辐射已经成了科学家研究的重要课题。为了给人类创造一个环保、健康的生活环境，Y射线将会成 为这一领域的重要一员。如果科学家可以根据Y射线所特有的性 质研发能吸收电磁波的电磁波吸收仪，就可以减少人类生存环境 中的辐射。（3）Y射线在军事科技中的应用趋势国家军事力量的强大直接体现着一个国家的强大，军事力量 的强大就得依靠先进的科学技术，Y射线的应用作为一门新兴产 业和一项先进的技术将会趋向于军事科技。如：Y射线炸弹，它 无需炸药引爆，令某些放射性元素在极短的时间内迅速衰变，从 而释放出大量的伽马射线。Y射线弹爆炸后产生的效应不大，也 不会使人立刻死去，但能造成放射性沾染，迫使敌人离开，所以 它比氢弹、中子弹更高级更有威慑力。1.3 Y射线的危害Y射线能够使植物发生变异也能杀死人体的肿瘤细胞和变 病组。同样，过量的Y射线照射也会破坏人体的正常组织，造成 部分机体的失常，引起射线病，如皮炎、脱发、呕吐、白血球减 少、癌症甚至死亡。随着现在人们生活节奏的加快，科学的快速发展，人们吃的 粮食、蔬菜大部分都被射线处理过，人们长时间食用这些被射线 处理过的食物，部分放射性元素有可能就会残留在体内，最终引 起射线病，严重的很有可能就会遗传给下一代，影响下一代的正 常生活，因此Y射线也称为“隐形炸弹”。2. Y射线与物质的相互作用Y射线、韧致辐射、湮没辐射和X射线等，都属电磁辐射。 它们与物质相互作用的方式，只取决于它们能量的大小，而与其 起源无关34。Y射线与物质的相互作用机制属于全或无相互作用，不同于 a、P射线的多次小相互作用，Y射线穿透物质后强度减小但能 力几乎不降低，a、p射线穿透物质后强度减小，能量也降低。Y射线与物质的相互作用和带电粒子与物质的相互作用有着 明显的不同。带电粒子主要是通过与物质原子的核外电子的许多 次非弹性碰撞逐渐损失能量的，每一次碰撞所转移的能量很小。 而Y光子不带电，不能像带电粒子那样，直接使靶物质原子电离、 激发或发生韧致辐射；Y光子与物质原子的一次碰撞中将会损 失掉大部或全部能量，Y光子不是完全消失就是发生大角度散射。 Y射线穿过物质时，它的照射量率按指数规律衰减。Y射线与物质相互作用的方式有许多种，但当Y射线的能 量在30MeV以下时，作用方式主要有三种，即：光电效应、康普 顿效应和电子对效应6,7。2.1光电效应Y光子与物质原子中的束缚电子作用时，光子把全部的能量 转移给原子中某个束缚电子，使之从原子中发射出来，而Y光 子本身消失，这种过程称为光电效应如图2.1。光电效应中发射 出来的电子称为光电子3。2.2康普顿效应当入射Y光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，光子的 一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化，这一过程称为康普顿效应。 如图2.2所示，h°和h°，分别为入射光子和散射光子的能量；o 为散射光子与入射光子方向间的夹角，称散射角，$为反冲电子 的出射角，成为反冲角。图2.2康普顿效应示意图康普顿效应与光电效应的不同之处在于，光电效应中光子本 身消失，能量完全转移给核外的电子；康普顿效应中光子只是损 失掉一部分能量。光电效应发生在束缚得最紧的内层电子上；康 普顿效应总是发生在束缚得最松的外层电子上。虽然光子与束缚 电子之间的康普顿散射，严格地讲是一种非弹性碰撞过程。但外 层电子的结合既是较小的，是电子伏数量级，这和入射Y光子的 能量相比较，完全可以忽略，所以可以把外层电子看作是“自由 电子”。因此，康普顿效应就可以认为是Y光子与处于静止状态 的自由电子之间的弹性碰撞。入射光子的能量就由反冲电子和散 射光子两者之间进行分配7，具体由下式（2.1）和（2.2）表示。hvh o r 1 + ho （1 COS 中）（2.1）m c 2h oE 中 1m c2（2.2）h o （1 - cos 0 ）上述两式中，ho、ho,分别是入射光子的能量和散射光子的 能量；m c 2为电子静质量。2.3电子对效应当Y光子从原子核旁经过时，在原子核库仑场作用下，Y光 子转化为正-负电子对，这种过程称为电子对效应如图2.3。根据能量守恒定律，只有当入射光子能量ho大于2m c2，即 ho> 1.02MeV时，才能发生电子对效应。入射光子的能量出一部 分转变为正-负电子对的静止能量（1.02MeV）外，其余就作为它 们的动能，即有关系式（2.3）：h o = E + E + 2 m c 2（2.3）式中，E和E分别为正、负电子的动能。与光电效应相 似，电子对效应除涉及入射光子和电子对以外，必须有一个第三 者一一原子核的参与，才能满足能量和动量守恒定律。图2.3电子对效应示意图正电子通过物质时，和负电子一样，要与核外电子和原子核 相互作用，产生电离损失、辐射损失和弹性散射。能量相等的正 电子和负电子，它们在物质中的能量损失和射程是大体相同的。 可是，正电子有其特点：高速正电子进入物质后很快被慢化，然 后遇负电子即发生湮没，放出Y光子；或者，与一个负电子结合 在一起，形成正电子素，衰变后转变成电磁辐射，即形成正电子 素后才湮没。正负电子湮没放出的Y光子称为湮没光子。湮没时， 两个光子的发射方向相差近似180度，各自的能量为0.511MeV3。对于低原子序数的物质，康普顿效应在很宽的能量范围内都 占优势，对于中等原子序数的物质，在低能时，光电效应占优势; 在高能时，电子对效应占优势。当光子能量在10MeV以上，并且 与它作用物质的原子序数为任何值时，光电效应、康普顿效应的 截面随光子能量的增加而降低，电子对效应的截面却随着光子能 量的增加而增大，相对于前两种过程占优势。三者相对强弱可表 示为图2.4。图2.4 Y射线与物质的三中相互作用ZW姓管2.4 Y射线在物质中的衰减规律在单能窄束Y射线穿过物质时，因Y射线与物质将会发生 光电效应、康普顿效应和形成电子对效应等，注量率将逐渐衰减， 注量率的衰减服从指数衰减规律，即：I = I e -即（2.4）式中，iY射线穿过物质后的注量率；I Y射线穿过物质前的注量率；物质的线吸收系数（单位为cm -1）；d物质的厚度（单位为cm）。在相同的实验条件下，某一时刻的计数率总是与该时刻Y射 线的注量率成正比，因此上式中的注量率与物质厚度的关系可以 用计数率n （仪器读数）与物质厚度的关系来代替，因此（2.1）式 亦可写为：n = n e - d（2-5）式中，nY射线穿过物质后的仪器测量的计数率；nY射线穿过物质前的仪器测量的计数率； 公式(2.50)表示Y射线遵循典型的指数衰减规律。在线性坐标系 中是一条光滑的逐渐减弱的指数曲线。若对(2.5)式两端取对 数，则得到：ln n = ln n - d(2.6)从而可得物质吸收系数1(n )H = ln -° I(2.7)d I n )(2.6)式显示若在半对数坐标纸上，吸收曲线将是一条直线， 直线斜率的绝对值即为h，如图2.5所示。图2.5计数率的的对数与物质厚度关系曲线3. Y射线注量率与距离的关系3.1注量与注量率3.1.1粒子注量与粒子注量率6,7描述辐射场性质简单的方法是计算入射粒子的数目。粒子注 量，就是根据入射粒子数的多少描述辐射场特性的一个量。ICRU （国际辐射单位与测量委员会）定义：辐射场中某一点 处的粒子注量，是进入以该点为球心的一个小球的粒子数dN除 以该球截面积da而得的商，即dNO = 、da（E式中，粒子注量，m - 2 ；dN 进入小球体的粒子数（不包括从小球体内流出的 粒子数）；da 小球体的截面积，m 2。由于小球体内的截面积可任意选取，对无论任何方向入射到 小球体上的粒子，都可以选取出相应的截面积。故ICRU定义的粒 子注量既适用于定向辐射场的情况，也适用于非定向辐射场的情 况。也就是说，粒子注量与粒子的入射方向无关。在辐射防护领 域，人们主要关心的是辐射作用于某一点所产生的效应，而不管 辐射的入射方向。因此，粒子注量在辐射防护上是一个重要的辐 射量。实际上，到达辐射场某点的粒子，它们的能量往往不是单一 的。因此，辐射场中某点的粒子注量存在着按粒子能量分布的谱 分布。谱面积有积分分布化）和微分分布两种形式。积分分布化），表示能量在0e间的粒子注量。微分分布 是积分分布对能量E的导数，即d 中(E )dE(3.2)中AE于是，能量在E到E + dE之间的微分粒子注量为:d（E ）(3.3)dEdE中她娅Le0 dE(3.4)将上式对全粒子能谱积分，子能量便得到能量为08范围内的粒粒子注量率歹是指单位时间内进入单位截面积小球的粒子 数，其定义为d中除以dt所得的商，即d d 2 N(3.5)9 =dt dadt式中，（p粒子注量率，m -2 . s-1 ；d中时间间隔dt内粒子注量中的增量。3.1.2能量注量与能量注量率除粒子数外，也可用辐射场中某点的粒子能量来定量描述辐 射场的性质。为此又引进能量注量这一辐射量。ICRU定义：进入辐射场中某一点处的能量注量，是以该点为 球心的小球的所有粒子能量（不包括静止能量）之和dE除以该球 截面积da所得的商，即dE中=da（3.6）式中，甲能量注量，J . m -2 ；dE进入小球体所有粒子的能量之和（不包括静止能j ；da小球体的截面积，m 2。能量注量率w是指单位时间内进入单位截面积小球的所有粒 子能量之和，其定义为d中除以dt所得的商，即量），d 中 d 2 E w =dt dadt(3.7)式中，v 能量注量率，J . m-2 . s-1 ；d中时间间隔dt内能量注量的增量。3.1.3能量注量与粒子注量的关系对于能量为E的粒子，能量注量甲和粒子注量的关系为(3.8)当粒子能量具有谱分布时，由E + dE之间的微分能量注量为（3.3）式可推导得能量在e到（3.9）（3.10）d O（E ） EdEdE则进入单位截面积球体内的粒子能量注量为中=广d"LdE0 dE3.2注量率与距离的关系图3.1所示，假定在一半径为r的真空球的球心处有一各向 同性的放射性Y点源，活度为A。我们以成cs为点源，则成Cs的 活度A =人N ,可以计算出A的数值。在半径为r的球的表面上任 意点，即距点源r处的任一点的粒子注量率式中，4n r2是球的表面积。从式（3.11）可以看出，距点源y处 的任一点的粒子注量率（P与距离r的平方成反比例关系，即注量 率与距离乘幕关系的理论值为-2。因此，在放射性测量仪器刻度 时，在知道放射源活度和放射源与探测器之间的距离的条件下， 可以得到探测器所在位置的粒子注量率与仪器计数（率）的关系， 即刻度系数；在放射性测量中，知道粒子注量率和放射源与探测 器之间距离的条件下，可以推算放射源的活度8】。图3.1平方反比定律关系几何示意图一个 一套 一台1台1台一套一套一把若干定标器自制的木板轨道卷尺各类连线4. 实验准备4.1实验物品的选择本次实验清单如下：CD 137 CS 点源(2 )带铅块的窗口直径3-4cmNaI(Tl)闪烁体探测器(3) 工作电压为600V的高压电源(4) 线性脉冲放大器(5) 单道脉冲幅度分析器(6)(7)(8)(9)铯137是能量为0.661MeV的单色Y射线源，如图4.1所示& D1X1 -图4.1 137 Cs的Y射线仪器谱I0.R4 IWi VU 6&1 M吠4.2放射源Y射线的探测，主要是测量Y射线在探测元件中产生的次级 电子。Y射线在NaI(Tl)晶体中产生光电效应、康普顿效应及电子 对效应。所形成的次级电子能量是各不相同的。Y射线与NaI(Tl) 晶体发生的光电效应，所产生的光电子能量几乎等于入射光电子 的能量。E =如一£ =如0光电子在晶体中形成的脉冲就代表了丫射线的能量。Y射线与晶体产生康普顿效应时，仅有部分能量传给反冲电 子，因而，反冲电子的能量较小。Y射线大于1.02MeV时，形成正负电子对效应，带男子对的 动能：E 寸=hu - 1.02(MeV )铯137是P-衰变核素，发射两种。-粒子，最大能量分别为 0.51163兆电子伏(94.0% )和1.176兆电子伏(6.0%)。半衰期为 30.17年。铯137发射0.51163兆电子伏的。-射线后，转变为 137Bam(或写作钡137m)。137Bam作同质异能跃迁衰变，其Y能 量为0.662兆电子伏，半衰期为2.55分钟。铯137一钡137m能迅 速达到放射性平衡，所以铯137作为y放射源，放出的Y射线容 易被接收到。4.3探测器目前常用的Y射线探测器主要有：G-M计数器、NaI(Tl)闪烁 探测器和HPGe半导体探测器等。其中NaI(Tl)闪烁探测器探测效 率高，价格低廉，不需要制冷、易于维护等优点，广泛应用于Y 射线测量中9,10。4.3. 1闪烁探测器的原理核辐射与某些透明物质相互作用，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。由NaI(Tl) 晶体和光电倍增管组成的闪烁计数器，把具有一定能量的光子转变为 电脉冲，输出脉冲幅度与入射光子能量成正比。通过对脉冲幅度 分析，从而测得光子能量的分布。闪烁探测器主要由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三 个主要部分组成。图4.2是闪烁Y射线探测器的结构框图，探头 部分主要包括闪烁体和光电倍增管和前置放大器；主机部分包括 线性放大器，脉冲幅度分析器、定标器等。定标器光导层光屯倍增菅萤道分析器绽蹴大器前置成太器新出信号图4.2闪烁探测器结构框图偶压电源5I 1条道分J析器高压圭源1目前，闪烁品体主要使用NaI(Tl)晶体，它的密度大(p = 3.67 g /cm)，而且高原子序数的碘(Z=53)占重量的85%，所以对Y 射线探测效率特别高，相对发光效率大，它的光谱最强波长为 415nm左右，能与光电倍增管的光谱响应较好的匹配，品体的透 明性也好9,11。测量y射线时能量分辨率也是闪烁品体中较好的 一种。但是NaI(Tl)晶体容易潮解，吸收空气中水分会变质失效， 所以一般NaI(Tl)晶体使用时都是装在密封的金属盒中。Y射线与NaI(Tl)晶体相互作用，会使其电离、激发而发射荧 光，从闪烁体出来的光子通过光导射向光电倍增管的光阴极，由 于光电效应，在光阴极上打出电子。光电子经过各级之间的电压 加速、聚焦后射向打拿极。每个光电子在打拿极上击出几个电子， 这些电子射向后续的打拿极。所以，最后射向阳极的电子数目是 很多的。阳极把这些电子收集起来，转变成电信号并输出。经过NaI(Tl)探测器和光电倍增管输出的信号往往较弱，需 要加前置放大器。其主要作用是：提高系统的信噪比；减小 信号经电缆传送时外界干扰的影响；阻抗匹配，功率放大。4.3.2 NaI(Tl)闪烁探测器(1) NaI闪烁体将碘化钠掺入少量(0.10.5%)的铊，在高温高压下制成圆 柱体或其它几何体，再将单品闪烁体装入铝壳内，在铝壳的内壁 上涂有氧化镁MgO，以利于光线的反射，并能起到防潮作用，然 后用玻璃密封制成。 单品NaI(Tl)闪烁体的缺点：a、易潮解：仪器长期不用时，应将晶体拆下，放入干燥器皿 中，使其玻璃面向下，以防受潮脱油。受潮后的品体品面变黄， 探测效率降低，严重变黄则报废。b、潮解后流出的水有剧毒，因为铊(Tl)是剧毒物质，应注意 安全。c、易裂：NaI(Tl)闪烁体剧冷热后易裂，故在使用中于以注 意。 多晶Na(Tl)闪烁体：把单品Na(Tl)在高温环境中，施加适当的压力使晶格错位，即 用热锻把单品制成多晶闪烁体。它的结构紧密，机械性能良好， 能量分辨率温度特性也得到改善。 高温NaI(Tl)闪烁体：我国最近还研制成功适合高温和深井用的NaI(Tl)闪烁体，能 够适应高达200r环境中。这种闪烁体主要是封装技术的提高。 值得指出的一点是它的温度效应并没改善，在仪器电路需要进行 温度补偿或修正。(2) 闪烁体计数器的特点 探测效率高：能够探测微弱辐射强度，能够区别微弱变化 的辐射场强。 分辨时间短：死时间短，漏记射线少，探测强辐射时仍有 良好的线性。 低能射线灵敏度高，能探测几KeV能量的X射线。 能量分辨力高：输出电讯号幅度与入射射线能量成正比， 适合进行射线谱测量。4.4单道脉冲幅度分析器单道脉冲幅度分析器是一种对核脉冲信号幅度信息进行甄别 测量的装置，它可以是落入道宽的脉冲产生输出。由于单道脉冲 幅度分析器具有结构简单、价格便宜，还可以选择感兴趣的幅度 范围或选取一定能量范围的信号作为测量对象等优点，所以它在 核探测领域仍有用武之力。如图4.3所示，单道脉冲幅度分析器要求只有输入的脉冲幅 度落入给定的电压（下甄别阈电平VL、上甄别阈电平VH）范围 之内时，才输出逻辑脉冲，而输入脉冲幅度小于VL或大于VH时， 均无输出。上下甄别阈电平和与之中心电平由参考电压运算器提 供，采用道宽对称调节的方式。参考电压运算器由上下两个放大 器组成的加法器、减法器以及精密的参考电压源构成12。两个高稳定稳压二极管提供稳定的参考电压，经两路多圈精 密的电位器分别提供阈值中心的参考电压（Vr）和道宽的参考电 压（Vw）。4.5注意事项实验室应注意：(1) 严格按照放射源操作章程，切莫用于触摸放射源，切莫 近距离直视137Cs源！(2) 在移动放射源或探测器位置时，保持放射源处于探测器 轴线上，以保证整个测量过程几何条件的一致性。5 .数据的采集、处理和分析5.1数据的采集5.1.1实验仪器连接框图5.1.2实验步骤实验的具体操作步骤如下：（1）熟悉所使用的设备和电路插件。按设备连接框图连接好 各个插件。经教师检查后再接通电源，使仪器充分预热。（2）按推荐值调节好探测器高压、放大器的放大倍数，并调 节ADC的阈值，以抑制仪器噪声，使用600v高压电源，放大倍数 32，单道负信号输出，阈值0.08，延时1s。（3）先将放射源移开，每次的测量时间选择为300s，测量 环境本底，测量三次记录得到的数据。（4）将放射源放在探测器前，从距离探测器10cm开始，以 5cm开始递增，当距离到达50cm后，每次的递增距离加到10cm， 当距离达到100cm以后，每次递增距离变成20cm.不同的位置， 每次的测量时间选择为300s，分别测量各不同位置三次，并记录 下所测得的数据。（5）实验操作完毕，检查数据，将放射源放到指定地方封存， 经教师检查认可后关闭电源。整理好个人实验桌上设备，离开实 验室。5.1.3实验数据记录根据以上实验步骤，得到测量数据，如表5.1所示表5.1实验数据距离r （cm）读数123143021435014320 （本底）10cm17203771718919171859815cm86538986955387001220cm54332455029854568425 cm37306337252037105330cm27215027151127184135cm21006321052821018940cm16532916605116617945 cm13667613582713660450cm11416511414511413160cm85552850518510370cm67731675866797280cm54892551015507990cm459384569846052100cm394023865439077120cm316543172731782140cm270062716027143160cm2338692379724040180cm200cm2168519854217992001521706201485.2实验数据的处理本次实验所测得平均本底数据为14324，根据实际测量值二所 得到的平均值-本底，这样就得到了不同位置的实际测量值，再用 实际测量值除以所用时间300s，就得到了计数率，列于下表5.2。表5.2实际测量值距离r（cm）平均值实际测量值计数率10cm171929817049745683.2515cm8683188539942846.6520cm546435.33532111.331773.7025cm3722123578881192.9630cm271834257510858.3735cm210260195936653.1240cm165853151529505.1045cm136369122045406.8250cm11414799823332.7460cm85235.3370911.33236.3770cm6776353439178.1380cm5502440700135.6790cm4589631572105.24100cm39044.3324720.3382.40120cm317211739757.99140cm271031277942.60160cm23902957831.93180cm21730740624.69200cm20005.675681.6718.945.3数据分析5.3.1实验值与理论值利用表5.2所得到的数据绘出距离与计数率的关系图，如图 5.2所示。根据下图5.2可得y = E . x T.9604，因为粒子注量率不 能直接由实验所测得，在相同的条件下，某一时刻的计数率总是 与该时刻的注量率成正比。所以，求出计数率与距离的关系，即 为注量率与距离的关系。因此得到的计数率与距离的乘幕值即为 注量率与距离的乘幕值。而所得到的乘幕为-1.9604的绝对值小 于理论值的绝对值2,但在误差允许范围以内。图5.2计数率与距离的乘幕曲线图我们选取任意相邻的两个距离和此时所得到的计数率进行 分析，由于它们之间具有相