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1、近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：2009 年 12 月 14 日，第 十六周，周 一，第 5-8 节实验者：班级材料 0705 学号 5 姓名童凌炜同组者：班级材料 0705 学号 7 姓名车宏龙实验地点：综合楼 507 实验条件：室内温度，相对湿度%，室内气压实验题目：物质对伽马射线的吸收实验仪器：（注明规格和型号）射线放射源；闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；吸收片若干。仪器组成如下图所示：实验目的：1.了解掌握射线与物质相互作用的性质和特点2.学习掌握物质对射线的吸收规律3.测量射线在不同物质中的吸收系数4.实验原理简述：当原子核发生和衰变时，通常衰变到原子核的激
2、发态，由于处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发态跃迁，同时往往放出光子，这一现象称为衰变。光子会与下列带电体发生相互作用，原子中的束缚电子，自由电子，库伦场及核子。这些类型的相互作用可以导致下列三种过程的一种发生：光子完全吸收、弹性散射、非弹性散射。如右所示为为射线与物质相互作用的示意图图中的三种状况分别为：1.低能时以光电效应为主。2.光子可以被原子或单个电子散射到另一方向，其能量可损失也可不损失。3.若入射光子的能量超过，则电子对的生成成为可能从上面的讨论可以清楚地看到，当光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应能量损失，射线一旦与吸收物质原子发生这三种
3、相互作用，原来能量为的光子就消失，或散射后能量改变、偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射束中移去。射线穿过物质是，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”来表示射线对物质的穿透情况。本实验研究的主要是窄束射线在物质中的吸收规律。所谓窄束射线是指不包括散射成分的射线束通过吸收后的光子，仅由未经相互作用或未经碰撞的光子组成。射线束有一定宽度，只要没有散射光子，就可称之为“窄束”。射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即xeII0I和0I分别是穿透物质前后的射线强度；x 是射线穿过物质的厚度是
4、光电、康普顿、电子对三种效应截面之和；N是吸收物质单位体积中的原子数；是物质的吸收系数，反映了物质吸收射线能力的大小，并且可以分解成这样几项：pcph文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2
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10、码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4射线与物质相互作用的三种效应的截面都随入射射线的能量E和吸收物质的原子序数Z 而改变。如右所示，图中给出了铅对射线
11、的吸收系数与射线能量的线性关系图。实际中通常用质量厚度)(2cmgxRm来表示吸收体的厚度，以消除密度的影响，则射线强度的表达式修改为：/0)(mRmeIRI计数率 N总是与该时刻的射线强度成正比，因此可得：0InNRInNm将对数形式的吸收曲线表达为图像，得到这样的一条直线，如右图所示.并且可以从这条直线的斜率求出1212mmRRInNInN而物质对射线的吸收也可用“半吸收厚度”表示，记作693.022/1Ind实验步骤简述：1准备1.1在教师指导下，熟悉整套实验装置。1.2检查仪器线路连接是否正确。开启总电源，开启计算机。1.3放大盒前面板的HV钮反时针扭转到最小，开通放大盒电路，慢慢顺时
12、针转动HV钮，按放大盒面板上的 HV值加高压。稳定15min。1.4取下放射源Cs137一枚。1.5打开并放好放射源Cs137，探测器对准放射源。1.6熟悉计算机软件的使用。1.72测量铝对射线的吸收2.1在闪烁探测器和放射源之间加上4 片已知质量厚度的铝吸收片。2.2调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8
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19、S7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X42.3启动计数器，探测到设定时间。2.4记录峰道值和峰的“净面积“；记录吸收片的总质量厚度。2.5依次一片片取下铝吸收片，重复和，测量3 片、2 片、1 片和没有铝片时对射线的吸收。2.63测量铅对射线的吸收3.1将铝片换成铅片，重复步骤2 全部，测量铅对射线的吸收。3.24结束实验4.1关闭计算机。4.2慢慢旋转放大盒前面板上的HV钮反时针扭转到最小。电压降为0 后，关闭放大盒电源。4.3将全部放射源放回库房，关闭总电源。4.4充分吸收后，结束本次实验。经教师同意后，可以离开实验室。文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2
20、Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5
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26、 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4原始数据、数据处理及误差计算：实验中获得的原始数据如下，其中峰净面积已经由软件自动按照TPA法计算完成Al 样品：R/g*cm-20N63464801414333532970ln(N)Lf,Rf560,707553,707564,706572,708548,676Pb样品：R/g*cm-20N63465
27、198421735702785ln(N)Lf,Rf560,707560,701561,705552,691593,730吸收系数的计算：1.Al 样品1.1 作图法计算1.2 由于有关系式0InNRInNm存在，以 lnN 为应变量，质量厚度R为自变量，则函数图像的斜率k将 lnN 和 R画出函数图像，如下所示：文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2
28、Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5
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34、 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4从图中取两个点，可以读出直线的斜率为k1=1.3 最小二乘法计算1.4 从获得的实验数据看，曲线的拟合方程必然是一个y 轴截距 0，而斜率 0 的直线方程1.5 而实验数据中包含截距值，故将每一个y 值减去截距，使的直线变为过原点的形式，以简化而计算斜率。1.6 计算斜率的公式为如右所示：1.7 过程量如下所示1.8N12345SUMy0 x*y0 x20得到最终的拟合斜率值为k1=又吸收系数k，其中 Al 的密度为可以得到，由作图法得到的吸收系数值为=文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:
35、CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 H
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38、码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9
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40、 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文
41、档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4而通过最小二乘法得到的吸收系数值为=取两者的平均值，=得到半吸收厚度cmIndAl1777.3693.022/12.Pb样品（与Al 样品的计算处理方法相同，故文字说明略，只留计算部分）2.1 作图法计算2.2从图中取两个点，可以读出直线的斜率为k2=文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q
42、5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9
43、J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2
44、D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L
45、8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7
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47、Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS
48、7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4最小二乘法计算N12345SUMy0 x*y0 x20得到最终的拟合斜率值为k1=又吸收系数k，其中 Pb的密度为可以得到，由作图法得到的吸收系数值为=而通过最小二乘法得到的吸收系数值为=取两者的平均值，=得到半吸收厚度cmIndPb56055.0693.022/1思考题，实验感想，疑问与建议：1.什么叫 吸收为什么说 射线通过物质时没有射程的概念谈谈对 涉嫌与物质
49、相互作用机制的认识。2.当 射线穿过物质时，与物质作用发生光电效应、康普顿效应和电子对效应（当 射线的能量大于），射线损失其能量，射线与物质的原子一旦发生上述三种相互作用，原来为E 的光子就消失，或散射后能量改变并偏离原来的入射方向。射线通过物质时其强度会逐渐减弱，这种现象称为 射线的吸收。3.4.因为 射线穿过物质时，强度逐渐减弱，按照指数规律衰减；而不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程的概念可言。5.6.射线与物质相互作用的实质，就是其光子与物质的原子及电子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应。7.文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 Z
50、W5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编码:CS7L8Q5X1T9 HK2Y7J9J10M6 ZW5A9Z2D4X4文档编