β吸收实验报告doc.docx
《β吸收实验报告doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《β吸收实验报告doc.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
β吸收实验报告doc
β吸收实验报告
篇一：
β射线的吸收
中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：
姓名：
同组者：
实验9-4β射线的吸收
和γ射线相比，β射线与物质的相互作用要复杂得多。
β射线在吸收物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。
通过研究β射线的吸收规律，测量吸收物质对β射线的阻止本领，可以指导β辐射防护的选材及确定厚度。
另外，通过测量物质对β射线的吸收系数，或β射线在吸收物质中的射程，可以估算β射线的最大能量，这是鉴别放射性核素的有效办法。
【实验目的】
1、了解β射线与物质相互作用的机理。
2、学习测量β射线最大能量的方法。
3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。
【实验原理】
一、β衰变与β能谱的连续性
放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A相同的核素称为β衰变。
β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使
90
β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。
以本实验所用的38Sr?
9039Yβ源为例，其衰9090变图如图9-4-2所示。
它发射的β粒子最大能量为0.546MeV，38Sr的半衰期为28.6年，38Sr90衰变后成为90它发射的β粒子最大能量为2.27MeV，衰变后39Y，39Y的半衰期为64.1小时，9090成为40Zr，因而38Sr?
9039Y源在0至2.27MeV的范围内形成连续的能谱。
图9-4-1β射线能谱图9-4-238Sr?
39Y源衰变图
90
90
二、β射线与物质的相互作用
β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。
β
射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。
电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。
当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。
根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。
此外，β射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。
因为β粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上β射线强度减弱。
当β射线穿过物质时，由于β射线与物质发生相互作用，使β射线强度减弱的现象称为β射线的吸收。
三、β射线最大能量的测量
β射线的能量是连续分布的，对于确定的放射源，有确定的最大能量E0，因此，如果能够测量出β射线的最大能量E0，则可以判别放射性核素的种类，其为放射性测量的一项重要内容。
常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。
图9-4-3β吸收曲线
实验表明，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的增加而减弱，并符合指数衰减规律。
但由于β射线的能量不是单一的，而是连续分布的，所以β射线的吸收只是近似符合指数衰减规律，如图9-4-3所示。
图中横轴xm为吸收物质的质量厚度，等于吸收物质层厚度x与物质密度ρ的乘积，单位采用g/cm。
R0为有效射程，代表使β射线强度降为10的吸收物质层厚度，也采用g/cm作为单位。
由于β射线与物质相互作用时会放生轫致辐射，并且放射性核素β衰变时还伴随有γ射线，所以在测量β射线的吸收曲线时，即使吸收物质层厚度已经超过β射线的最大射程（用R表示，代表β射线全部被吸收时的吸收物质层厚度），仍会测量到高于本底的计数，如图9-4-3中各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难，为此，在实际工作中通常是测量有效射程，来代替最大射程。
有效射程不仅与吸收物质的性质有关，而且也与β射线的最大能量E0有关，对于铝吸收体，存在下述经验公式：
当0.8MeV?
E0?
0.15MeV时，
1.38
（9-4-1）R0?
0.407E0
-4
2
2
当E0?
0.8MeV时，
R0?
0.542E0?
0.133（9-4-2）
假设β衰变过程中只放出一种β射线，如图9-4-3中（a）所示，吸收曲线可近似用下式表示
I?
I0e?
?
mxm（9-4-3）
对两边取对数，得
lnI?
lnI0?
?
mxm（9-4-4）
其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的β射线强度，xm是吸收物质的质量厚度，?
m是吸收物质的质量吸收系数。
由于在相同实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的β射线强度I成正比，所以（9-4-3）式和（9-4-4）式也可以表示为
n?
n0e?
?
mxm（9-4-5）
lnn?
lnn0?
?
mxm（9-4-6）
显然，lnn与xm具有线性关系。
在用NaI（Tl）闪烁能谱仪测量β射线能谱时，考虑到β射线的能量分布的连续性，其全谱计数率即为（9-4-5）式和（9-4-6）式中的n。
同有效射程一样，?
m也与吸收物质的性质及β射线的最大能量有关。
对于铝吸收体，存在经验公式
?
m?
17
（9-4-7）1.14
E0
这样，只要在实验过程中，通过测量β射线在一定吸收物质中的吸收曲线，在曲线上求取R0和?
m，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出β射线的最大能量。
四、吸收物质对β射线的阻止本领
β射线在吸收物质中单位路径长度上损失的平均能量定义为吸收物质对β射线的阻止本领（简称阻止本领），记作
dE
，实际使用中，为了消除密度的影响，常用的是质量阻止dx
本领，即
1dE
，其中ρ为吸收物质的密度。
?
dx
根据β射线与物质的相互作用，我们知道，在一般能量范围内（如E0?
10MeV），β射线在吸收物质中的能量损失主要来自于电离损失和辐射损失，因此总的阻止本领应为这两种能量损失所对应的碰撞阻止本领及辐射阻止本领之和。
总的阻止本领的计算比较复杂，但可以通过实验，测量不同能量的单能电子在吸收物质中的能量损失，来求得这一物质在不同
能量时的总的阻止本领。
单能电子的获得可以通过横向半圆磁聚焦β谱仪分离β射线得到，实验中，只要改变NaI（Tl）闪烁探测器相对于横向半圆磁聚焦β谱仪的位置，就可以探测不同能量的单能电子。
显然，当NaI（Tl）闪烁探测器位于某个位置时，只要我们能够测量出β射线经过吸收物质前后对应的单能电子能量E0和E1，就可以计算出该吸收物质对能量为
E?
?
E0?
E12的单能电子的质量阻止本领，即
1dEE0?
E1
（9-4-8）?
?
dxdm
其中dm为吸收物质层的质量厚度。
【实验装置及器材】
实验所需仪器主要包括横向半圆磁聚焦β谱仪（真空型）、NaI（Tl）闪烁探测器、多道
9090
脉冲幅度分析器、计算机等，另外还用到γ放射源60Co和137Cs，β放射源Sr—Y。
实验装置如图9-4-4所示。
图9-4-4β射线吸收实验装置
【实验内容】
1、阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的使用方法。
2、仪器开机并调整好工作电压（700~750V）和放大倍数后，预热30分钟左右。
3、在多道分析软件中调整预置时间为600s。
4、用γ放射源60Co和137Cs标定闪烁谱仪，绘制能量刻度曲线，用最小二乘法确定相应的表达式。
5、抽真空，真空度由真空表监测。
6、测量铝在不同能量下对β射线总的质量阻止本领。
左右移动闪烁能谱仪的探头，在加吸收片和不加吸收片两种情况下，分别测量β射线（用
β放射源Sr—Y）能谱中单能电子峰位对应的多道脉冲幅度分析器的道数。
根据道数由能量刻度曲线计算单能电子的能量，进一步得到铝在不同能量下对β射线总的质量阻止本领，并绘制质量阻止本领与探头位置之间的关系曲线。
需要注意的是，由于闪烁体前有一厚度约200μm的铝质密封窗，周围包有约20μm的铝质反射层，所以单能电子穿过铝质密封窗、铝质反射层后，其损失的部分能量必须进行修正。
当材料的性质及其厚度固定后，这种能量损失的大小仅与入射粒子的能量有关，因此应根据实验室提供的仪器具体参数进行校正，而由测量到的粒子的能量，给出入射粒子进入窗口前的能量大小。
表9-4-1列出了单能电子经过220μm铝质薄膜前后的能量对应关系，其中E1为入射前的能量，E2为出射后的能量。
根据测得的能量，在表格中利用插值法可计算出入射前的能量。
7、用一组铝吸收片测量对Sr—Y放射源的β射线的吸收曲线（lnn~xm曲线），用最
90
90
9090
小二乘法求出质量吸收系数，进而求取β射线的最大能量，并与2.27MeV比较，求相对不确定度。
【注意事项】
1、当工作指示灯亮时，切勿关闭仪器。
2、领用和归还放射源必须作好登记。
【数据记录及处理】
1、绘制能量刻度曲线
60137
篇二：
物质对β射线的吸收
物质对β射线的吸收
By金秀儒物理三班Pb05206218
实验题目：
物质对β射线的吸收
学号：
PB05206218
姓名：
金秀儒
实验目的：
是学习和掌握与物质对射线吸收的有关知识和实验方法，测量吸收曲线并求出β射线的射程和最大能量。
同时进一步加深对计数管、定标器等仪器的了解。
实验仪器：
G-M计数管、放射源、薄铝箔、厚铝箔。
实验原理：
当一定能量的β射线（即高速电子束）通过物质时，与该物质原子或原子核相互作用，由于能量损失，强度会逐渐减弱，即在物质中被吸收。
电子与物质相互作用的机制主要有三种：
第一，电子与物质原子的核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，电子以此种方式损失能量称为电离损失。
电离损失的能量损失可由下式给出：
?
2mv2?
4?
e4?
dE?
式中v为电子速度，N、?
?
?
NZln?
1.2329?
?
?
?
此式适用于非相对论情况，2
I?
dx?
ionmv?
?
Z、I分别为靶物质单位体积内的原子数、原子序数、平均激发能。
由此看出，电离损失的能量
与入射电子的速度、物质的原子序数、原子的平均激发能等因素有关。
第二，电子受物质原子核库仑场的作用而被加速，根据电磁理论作加速运动的带电粒子会发射电磁辐射，称为轫致辐射，使电子的部分能量以X射线的形式放出，称为辐射损失。
这主
Z2?
dE?
要在能量较高的电子与物质相互作用时发生。
辐射损失?
?
?
?
2NE式中m、E分别为
dxm?
?
rad
入射电子的质量、能量，Z、N分别为靶物质的原子序数和单位体积中的原子数。
除以上两种能量损失外，β射线在物质中与原子核的库仑场发生弹性散射，使β粒子改
变运动方向，因电子质量小，可能发生比较大角度的散射，还可能发生多次散射，因而偏离原射束方向，使入射方向上的射线强度减弱，这种机制成为多次散射。
如果散射角超过90，这种散射称为反散射。
?
β射线通过物质时主要以上述三种相互作用方式损失能量使强度减弱。
发生三种相互作用的概率与β粒子的能量、吸收物质的原子序数等因素有关。
考虑一束初始强度为I0的单能电子束，当穿过厚度为x的物质时，强度减弱为I，其示意图
强度I随厚度x的增加而减小且服从指数规律，可表示为I?
I0e?
?
x式中μ是该物质的线性吸收系数。
实验指出，不同物质的线性吸收系数有很大的差别，但随原子序数Z的增加，质量吸收系数?
m?
?
/?
（ρ是该物质的密度）却只是缓慢地变化，因而常用质量厚度d?
?
?
x来代替线性厚度x，原子核β衰变放出高速电子的同时，还放出中微子，因此放出的电子并不是单一能量的，而是具有各种能量分布的连续能谱，因此β射线的吸收曲线并不精确地服从指数规律。
从图中可以看出，有一最大能量Emax，不同的核发生β衰变时，放出的电子能谱的Emax值不同，常以Emax代表β射线的特征能量。
某些放射性核素会同时发射几种最大能量不同的β射线，这就会使实验得到的吸收曲线更为复杂，放射性核素β衰变还可能伴随γ射线，加之轫致辐射的影响，伴有X射线，使吸收曲线的尾部偏离指数规律，具有一定最大能量的β射线，在具有一定吸收系数的物质中所能穿过的最大厚度，称为该射线在该物质中的最大射程。
通常定义通过吸收物质后，射线强度降低到I/I0?
10?
4时，所对
应的吸收物质厚度d即为β射线的射程R。
在实际测量中吸收曲线的尾部由于γ射线和轫致辐射的存在而变平，因此只能根据曲线变平之前的下降趋势按直线外推至I/I0?
10?
4处，从而得到β射线的射程R。
β射线的射程与β射线的最大能量之间，有经验公式相联系，如吸收物质是铝，则当射程R?
0.3g/c（本文来自：
小草范文网:
β吸收实验报告）m2时，E?
1.85R?
0.245式中E为β射线的最大能量，单位为MeV。
当用质量厚度表示射程R时，对于原子序数相近的物质，射程也近似相同。
公式（5）不仅对铝适用，对那些原子序数与铝相近的物质也是适用的。
图，通过该曲线也可由射程求出对应的能量，或由β射线的能量找出对应的射程。
该图的坐标轴均取对数坐标。
数据处理及结论：
1.铝箔的测量
铝箔的测量
薄片厚片
长/cm6.36.2
宽/cm4.75.3
质量/mg557.783550
2.测量β射线密度与铝箔厚度的关系
3.绘制吸收曲线，并求出R和EMAX：
篇三：
TP1实验报告_V2
γ射线与β射线吸收能谱模拟与分析
中法核工程与技术学院核能与核技术工程
郭辉
摘要：
本文采用TRIPOLI4对内含有碘化钠晶体的和放射源的铅室进行了γ和β射线辐照模拟，画出吸收能谱图。
分析结果表明γ射线通过光电效应，康普顿散射和电子对效应与物质作用，在入射光子能量附件形成较高的全能峰。
此外电子对效应会发出0.511MeV的逃逸光子，在能谱上形成逃逸峰。
同时逃逸光子也会继续与其它物质作用。
同时受γ射线的作用，物质也会发出特征X射线。
在β射线行进过程中能量逐步损失，空气对其吸收能力较弱，但经过空气后在到达其它物质时峰值的能量会被削减。
1.引言
近年来，随着对微观粒子的不断深入研究，对微观粒子的吸收屏蔽分析也受到越来越广泛的关注。
衰变及裂变反应的伴随产物Gamma粒子，beta粒子对人体具有伤害，因此对其防护及吸收的意义重大。
也有多种粒子探测器可以检测粒子，但费用成本较高，操作要求严格。
TRIPOLI4是法国原子能中心（CEA）开发的基于三维蒙特卡罗粒子运输计算程序[1]，在反应堆物理分析，辐射防护设计，核电安全评估等领域得到广泛应用。
它能够详细模拟中子，光子以及中子光子耦合的运输过程，使用精细的点截面以及多群等效截面的数据库，广泛用于裂变反应堆堆芯物理计算以及屏蔽分析中。
本文利用TRIPOLI4模拟光子运输工程的功能及其精细的点截面数据库来分别模拟了Gamma射线及beta射线对含NaI晶体及以铅作为边界的的空气室的作用。
分析了NaI晶体，铅及空气对Gamma射线和beta射线的吸收能谱。
从而更深刻理解Gamma粒子及beta粒子与物质的相互作用。
2.模型与方法
TP1-1：
一个20cm×20cm×20cm空气室，底部有一个点状gamma源，顶部有一个NaI晶体。
模拟NaI晶体的能量吸收谱。
取室温300K，标准大气压。
已知空气密度为1.205×10-3g/cm3，NaI晶体的密度为3.67g/cm3，gamma射线能量为2.754MeV。
研究空气和NaI的吸收能谱。
TP1-2：
以上例脚本为底板，通过修实现以下研究。
?
在空气室外加一个1cm厚的铅，形成铅室，（铅的密度为3.67g/cm3）；?
把gamma源改为24Na源（两条gamma射线，能量分别为1.368MeV，2.754
MeV，发射概率均为100%）；
?
同时输出空气、NaI晶体和铅室的吸收能谱。
TP1-3：
把上例的gamma射线源改为90Sr-beta源（Ebeta=0.546MeV），研究空气、NaI晶体和铅室的吸收能谱。
需要应用TRIPOLI4的几何构造语句在脚本文件中建立几何模型；规定好各种物质的属性，并按照模型填充到相应位置；然后规定放射源的位置，方向，强度，能量大小及分布。
3结果与讨论
3.1TP1-1的脚本注释与结果讨论
3.1.1TP1-1脚本注释GEOMETRY
TITRENaI_Gammma
TYPE1CYLZ10.02.5!
定义一个平行于Z轴的圆柱体，半径为10cm，高为5.0cm
TYPE2BOITE20.020.020.0!
定义一个边长为20cm的立方体VOLU11!
定义一个有坐标的体积COMBI1!
用1几何体0.00.07.25
FINV!
把1几何体中心放到坐标0.00.07.25，并将所形成的空间称为11VOLU12COMBI20.00.00.0
VMOINS111
FINV!
把2几何体中心放到坐标0.00.00.0，并将所形成的空间称为12FINGEOM
COMPOSITION2!
要定义两种物质PUNCTUAL
300!
温度为300KNAI_dete
2!
该物质含两种元素NA231.47E-2!
10?
24?
NV?
?
?
NA
M
NaI的密度为3.67g/cm3，M=150.
本文件和说明书，回答脚本本件后的问题。
I1271.47E-2!
定义物质NaIPUNCTUAL300AIR2N144.00E-5
O169.74E-6!
10?
24?
NV?
?
?
NA
M
，空气密度1.205×10-3g/cm3，M=29，
?
N?
?
air
Mair
*78%*MN2；N（?
VN）
?
N*NA
MN
FIN_COMPOSITION
GEOMCOMP
NAI_dete111!
将NAI_dete放到之前定义的空间11中AIR112!
把Air放到1个几何体里，该几何体为12FIN_GEOMCOMP
LIST_SOURCE1!
以下要规定1个放射源SOURCE
INTENSITE1.0!
该源占百分比为1PHOTON!
发射粒子为光子
PONCTUAL0.00.0-9.9!
定义为点源该源的位置0.00.0-9.9ANGULAR_DISTRIBUTIONISOTROPIC!
规定该源角发布为各向同性ENERGETIC_DISTRIBUTIONSPECTREMONOCINETIQUE2.754!
能量发布为单能，为2.754MeV
TIME_DISTRIBUTIONDIRAC0.!
时间分布，随时间连续均匀分布定义源FIN_SOURCESFIN_LIST_SOURCE
LIST_DECOUPAGE1!
定义一种能量间隔的分割GRID_E281!
将能量划分为281个区间
0.00100.01100.02100.03100.04100.05100.06100.07100.08100.0910
0.10100.11100.12100.13100.14100.15100.16100.17100.18100.1910
0.XX0.21100.22100.23100.24100.25100.26100.27100.28100.2910
0.30100.31100.32100.33100.34100.35100.36100.37100.38100.3910
0.40100.41100.42100.43100.44100.45100.46100.47100.48100.4910
0.50100.51100.52100.53100.54100.55100.56100.57100.58100.5910
0.60100.61100.62100.63100.64100.65100.66100.67100.68100.6910
0.70100.71100.72100.73100.74100.75100.76100.77100.78100.7910
0.80100.81100.82100.83100.84100.85100.86100.87100.88100.8910
0.90100.9910
1.00101.0910
1.10101.1910
1.XX1.2910
1.30101.3910
1.40101.4910
1.50101.5910
1.60101.6910
1.70101.7910
1.80101.8910
1.90101.9910
2.00102.0910
0.91100.92101.01101.02101.11101.12101.21101.22101.31101.32101.41101.42101.51101.52101.61101.62101.71101.72101.81101.82101.91101.92102.01102.02100.93100.94101.03101.04101.13101.14101.23101.24101.33101.34101.43101.44101.53101.54101.63101.64101.73101.74101.83101.84101.93101.94102.03102.04100.95100.96101.05101.06101.15101.16101.25101.26101.35101.36101.45101.46101.55101.56101.65101.66101.75101.76101.85101.86101.95101.96102.05102.06100.97100.98101.07101.08101.17101.18101.27101.28101.37101.38101.47101.48101.57101.58101.67101.68101.77101.78101.87101.88101.97101.98102.07102.0810
升级会员 