《NaI(Tl)单晶γ能谱的测量(共13页).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NaI(Tl)单晶γ能谱的测量(共13页).docx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业五实验数据处理与分析五实验数据处理与分析第一次实验：掌握并熟悉 NaI（Tl）谱仪，确定谱仪的工作参数。1. 预热几分钟，熟悉多通道脉冲幅度分析器数据采集软件的使用。2. 由于实验没有配备示波器，因此无法利用示波器观察闪烁体探头输出信号。3.本实验利用放射源137Cs 通过改变高压、放大倍数、道数等参数观察能谱曲线的变化。a）把放射源Cs137放在托盘上，调节改变电压分别为 500V，550V，600V，630V，保持测量道数 1024 道和放大倍数 5.00m 不变，数据采集时间设 100s，所得能谱曲线如图 1 所示。020040060080010
2、001200-1000100200300400500600700800CountChannel 500V 550V 600V 630V图 1.不同高压下对应的能谱曲线结论：由图 1 可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。b)调节改变放大倍数分别为 4.80，5.20，5.40，5.60，保持测量道数 1024 道和电压 550V 不变，数据采集时间设为 100s，所得能谱曲线如图 2 所示。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业0200400600800100012000100200300400500CountChann
3、el 4.8V 5.2V 5.4V 5.6V图 2.不同放大倍数下对应的能谱曲线结论：由图 2 可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。c）调节改变通道数分别为 256，512，1024，2048，4096 保持放大倍数 5.00 和电压 550V 不变，数据采集时间设为 100s，所得能谱曲线如图 3 所示。01000200030004000-20002004006008001000120014001600CountChannel 256 5121024 2048 4096图 3.不同放大倍数下对应的能谱曲线结论：由图 2
4、可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。d）把放射源Co60放在托盘上，通过反复调节，最后参数调节为：通道数 1024、放大倍数 5.20、电压值 550V，数据采集时间设为 300s，所得能谱曲线如图 4所示。020040060080010001200-50050100150200250300350CountChannel Co图 4.60Co 的能谱曲线分析：我们测得的60Co 的能谱曲线的两个全能峰都能清楚看见，查阅Co60的衰变纲图可知两个全能峰的能量分别是 1.17MeV 和
5、 1.33MeV，其中 1.33MeV的 全 能 峰 对 应 道 数 835, 由 计 算 1.33MeV/835*1024=1.631MeV, 略 超0-1.50MeV,不影响后续实验。e）把放射源Cs137放在托盘上，参数保持不变，所得能谱曲线如图 5 示。0200400600800100012000100200300400500600CountChannel 137CsABC图 5.Cs137的能谱曲线精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业分析：如图 5 所示，137Cs 的能谱曲线是三个峰和一个平台的连续分部。参考137Cs 的放射源衰变纲图，峰 A 为全能峰，这一幅度的脉冲是 0
6、.662MeV 的光子与闪烁体发生光电效应而产生的，它直接反映了射线的能量；平台 B是康普顿效应的贡献， 它的特征是散射光子逃逸出晶体后留下的一个连续的电子谱。峰 C 是反散射峰，当射线射向闪烁体时，总有一部分射线没有被吸收而逃逸出，当它与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时，反散射光子可能进入闪烁体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。4.能谱数据。以60Co 的测量条件为标准，即电压固定为 550V,放大倍数 5.2，通道参数为 1024，再分别测量本底、60Co、137Cs、133Ba、22Na 未知放
7、射源分别放入时的能谱；5.数据分析本底的能谱曲线：020040060080010001200020406080100120140CountChannel 本底图 7.本底的能谱曲线结论：由上图可知，本底也会产生计数，即本底能谱曲线对各放射源的能谱曲线有一定的影响，所以在分析各放射源的能谱曲线时扣除本底的影响，否则会引起较大的误差。b) 扣除本底影响后，可得Co60、Cs137、Ba133、Na22的能谱曲线如下列图所示。查阅已知源的衰变纲图，根据测量的能谱曲线确定各峰对应的射线能量。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业02004006008001000120005010015020025
8、0CountChannel60Co1.173MeV1.333MeV图 8Co60的能谱曲线020040060080010001200-1000100200300400500600CountChanel 137Cs0.6617MeV图 8.137Cs 的能谱曲线精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业020040060080010001200-100001000200030004000500060007000CountChannel 133Ba0.356MeV图 9.133133Ba 的能谱曲线020040060080010001200-60-40-20020406080CountChanne
9、l 22Na0.511MeV图 10.22Na 的能谱曲线C）分析各峰的峰参数，得出得出谱仪的能量分辨率，做出能量刻度曲线，分析其线性。1)由图 8-图 10 可得各放射源峰道址和对应射线能量如表 1 所示；表 1放射源峰道址和对应射线能量的关系放射源Co60Cs137Ba133Na22道址 N740835435233340能量 E/MeV1.1731.3330.6620.3560.511精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业由表 1 可用 origin 拟合的 EN 曲线图如图 11 所示：2003004005006007008009000.20.40.60.81.01.21.4E/Me
10、VChannel图 11.各已知放射源全能峰点能量与道址线性拟合图根据拟合结果， E=-0.03569+0.00163N，能量线性刻度曲线， 线性拟合度R=0.99974，线性度非常接近 1，说明这组数据较为合理。2) 计算谱仪的能量分辨率因为标准放射源Cs137的全能峰最为明显和典型，所以选用其射线的能量分辨率来检验与比较谱仪的能量分辨率。如下图所示：020040060080010001200-1000100200300400500600137 CsCountChannel435413449图 12.137Cs 的能谱曲线图由图 12 可知，全能峰对应的道址为 N=435，半峰高处对应的道址
11、为 N1=413和 N2=449。 因此Cs137的全能峰的半宽度为：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业道36413449N1-N2N由图 11 和所得的 EN 拟合方程 E=-0.03569+0.00163N 可知， 能量 E 与道址数 N 成线性关系，所以能量分辨率可写为：NNVVEE所以Cs137的能量分辨率为：%28. 8%10043536NNCs误差分析：137Cs最佳的能量分辨率为 7.8%，我们所测得的实验结果为 9.58%，相差较大，由此可知实验所用的闪烁谱仪能量分辨率不是很好，谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领不很理想。这也有可能是由实验误差造成的，比如实验条件还不是
12、没有调成最佳的，读数的误差等。同理可求出测量其他放射源时的谱仪分辨率为：表2.测量不同放射源在不同的全能峰时的谱仪分辨率放射源Co60Cs137Ba133Na22能量 E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110对应道数 N744837435234337半宽度N4946363033能量分辨率6.59%5.50%8.28%12.8%9.65%由上表可知： 闪烁谱仪分辨率在测量测量不同放射源在不同的全能峰时是不同的。当全能峰的峰位较大时，谱仪的分辨率较好。3）计算当前已知源的活度表 3 已知放射源活度表（测量时间为 1991 年 7 月 1 日）放射源Co60Cs137Ba1
13、33Na22活度kBqA/071.848.0127.040.2半衰期y/5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的规律进行衰变：teNN0其中0N表示初始的未发生衰变的原子数目， N表示当前剩余的未衰变原子数精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目，是一个衰变常数，对于不同的元素，相应的也是不同的。定义2/0NN时所经历的时间为，称为半衰期，可得出其衰变常数，/2ln放射源活度 A 表示单位时间内放射源发生的衰变次数，对于一定量的放射源而言，其总体的活度与其包含的放射性粒子数目是成正比的，即：teAA0本次的实验时间为 2012 年 12 月 28 日，表 3 中的放射源活度
14、测试时间距离实验时的时间间隔为 t=21.5 年。由上面几个式子可得出当前各已知放射源的活度如表 4 所示：表 4 已知放射源实验时活度（2012 年 12 月 28 日）放射源Co60Cs137Ba133Na22活度kBqA/071.848.0127.040.2半衰期y/5.2730.0810.522.60衰变常数1/y0.1320.02300.06590.267实验时活度kBqA/4.2029.2730.790.134）得到探测效率曲线；以Cs137的全能峰为例，计算其探测效率。由图 8137Cs 的修正能谱曲线图并结合其半峰宽的位置可以得出，137Cs 全能峰的通道数范围为 413-44
15、9，由于横坐标的每个间隔为 1，所以对这个范围内的纵坐标进行求和即可求得全能峰在以通道数为横坐标下的面积)(ES,即44941316646.263255)()(iicountES由 E-N 的线性关系E=-0.03569+0.00163N 可得，实际的全能峰面积13. 726646100163. 0)(00163. 0)(ESES精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业已知， 测量时间 T=100s， 活度 A 由表 4 可知 A=29.27 （kBq） ， 分支比 b 由Cs137的衰变纲图可知 b=85.1%，故Cs137的探测效率为：%09. 1%100%1 .8527.2910013
16、.27)()(TAbESE同理可得其他已知放射源各全能峰的探测效率，如表 5 所示。表 5谱仪在各放射源峰值处探测效率放射源Co60Cs137Ba133Na22能量 E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110全能峰面积)(ES7.204.9527.1348.132.56测量时间T/s300300100100620活度 A/kBq4.204.2029.2730.790.13分支比 b99.97%99.98%85.1%62.05%99.94%探测效率)(E0.57%0.39%1.09%2.52%3.18%用 origin 作指数衰减拟合得E曲线如图 13 所示0.20.40
17、.60.81.01.21.40.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.035Data: Data1_BModel: ExpGro1Equation: y = A1*exp(x/t1) + y0Weighting: yNo weighting Chi2/DoF= 0.00007R2= 0.76748 y0-0.008650.06232A10.056450.02777t1-0.857422.51697 B ExpGro1 fit of Data1_BEE/MeV图 13.谱仪的探测频率曲线可以近似地认为谱仪的探测效率曲线为指数衰减函数：)857. 0exp(0564
18、5. 000865. 0)(EE精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业由拟合关系可知探测效率随能量增大以近似的指数形式衰减5）根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量，判断放射源的种类在相同实验条件下，测出未知放射源的能谱曲线如图 28 所示020040060080010001200-100001000200030004000500060007000ChannelChannel U nknow图 14.未知放射源的能谱曲线由 E-N 的线性关系E=-0.03569+0.00163N 可得，图 14 标识出的全能峰所对应的能量为：表 6未知放射源各全能峰对应的能量N721041602255
19、10627705877E/MeV0.0820.1340.2250.3310.8000.9861.1131.394对比Eu152元素的衰变纲图：StrongStrong Gamma-raysGamma-rays fromfrom DecayDecay ofof EU-152EU-152Decay modeHalf-lifeGamma-ray energy (keV)Intensity (%)EC9.3116 H 0.0003963.39011.7+- 1.4EC13.516 Y 0.006121.781728.58+- 0.09EC13.516 Y 0.006244.69757.58+- 0.0
20、3EC13.516 Y 0.006443.9652.821+-0.020EC13.516 Y 0.006964.07914.60+- 0.04EC13.516 Y 0.0061112.06913.64+- 0.04EC13.516 Y 0.0061408.00621.00+- 0.06B-13.537 Y 0.006344.278526.5+- 0.6B-13.537 Y 0.006778.904012.94+- 0.15图 29Eu152的衰变纲图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业将图 29 中的衰变纲图与表 6 中的能量进行对比之后，可以确定，该未知放射源是Eu152。6）根据探测
21、效率曲线，计算未知放射源的活度实验中测得的 count 为探测到的放射线数M， 而实际放射线数/0MM，而活度TMA/总，即探测放射线数等于实际放射线数乘于探测效率，活度等于单位时间内的放射线数，由此可以用这种方法来计算Eu152放射源的活度。其中能量线性刻度曲线 E=-0.03569+0.00163N，探测效率曲线方程)857. 0exp(05645. 000865. 0)(EE。对全部实际放射线数0M进行求和，可得总实际放射线数17747278)(102410iiMM总所以Eu152放射源的活度A=M总/T=/100Bq=.78Bq=177.47 kBq查阅资料可知，Eu152的半衰期大约
22、为 13.5y,初始活度约为 490kBq，距离如今的实验时间为 t=21.5y,可以算出，如今Eu152的活度 A=162.47 kBq。比较实验计算得的活度，可以看到两者非常接近。7)分析测量结果并总结1.本实验测量出了几种已知放射源的能谱曲线，并确定了各峰对应的射线能量。由各峰的峰参数计算出了谱仪的能量分辨率，做出了能量刻度曲线，计算得到了各放射源的活度。本实验还根据能量刻度曲线，计算未知放射源的射线能量，判断放射源的种类为Eu152。通过这次实验我们掌握了谱仪的原理及使用方法，学会了测量分析能谱，对射线和物质的相互作用有了一定的了解。2.误差分析：本实验还存在着一些误差，如谱仪的探测频率曲线拟合效果不是很好、计算出来的放射源活度不是很精确等。可能导致误差的原因有：1实验条件参数设置得不是很好，并不是最佳的。2测量不同放射源时，无法保证放射源与探头的相对位置不变。3计算探测效率时由于是粗略地计算积分面积，计算结果也存在着一定的误差。4仪器本身精确度会对实验结果造成误差，闪烁谱仪能量分辨率不是很好。5未知放射源的射线能量是根据能量刻度曲线计算的，未知放精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业射源的活度是根据探测效率曲线计算的，这会产生传递误差。