α射线能谱测量有算能量刻度哦Word格式.docx

1、而本实验主要从以下几个方面进行：1、 了解a谱仪工作原理与特性2、 掌握a能谱测量原理及测量方法3、测量获取表中各种放射源在不同探源距下a能谱的数据与图像记录并进行刻度2实验内容测定a谱仪在不同源距下a能谱的数据，并通过计算获得相关能量分辨率。同时， 进行能量刻度。3实验原理3.1a能谱a粒子通过物质时，主要是与物质的原子的壳层电子相互作用发生电离损失，使物质产生正负离子对，对于一定物质，a在其内部产生一对离子所需的平均能量是一定的（即平均 电能W ）,所以在物质中产生的正负离子对数与a粒子损失的能量成正比，即:N=公式中N为a粒子在物质 中产生的正负离子对数目， E是在物质中损失的a粒子能量

2、。如果a粒子将其全部能量损失在物质内， E就是a粒子的能量。由于a粒子在空气中的射程很短（在 T=15 C, P=1大气压时，天然放射性核素衰变产生的a粒子，射程最大为 The （212Po）为8.62cm，能量最小232Th为2.5cm ）,所以测量室应采用真空室，如上图 1所示，采用真空泵将测量室抽成真空，这样与探测器接触的a粒子的能量才近似等于放射性核素经过a粒子放出的a粒子的初始能量（近似是因为不可能将测量室抽成绝对真空）a粒子在探测器中因电离、激发（由于a粒子的质量很大，所以与物质的散射作用很不明显。a粒子在空气中的径迹是一条直线，这种直线很容易在威尔逊云室中看到。 ）等效应而产生电

3、流脉冲，其幅度与a粒子能量成正比。电流信号经前置放大器、主放大器放大，出 来的电信号通过多道分析器进行数据采集，最后通过计算机采集并显示其仪器谱（实验用a谱仪硬件连接及内部结构框图如图 1所示）。仪器谱以a粒子的能量（即脉冲幅度）为横坐标，某个能量段内a粒子数（或计数率）为纵坐标，即可计算样品中各单个核素发射的a粒 子的能量与活度。理论上，单能a粒子谱是线状谱，应是位于相应能量点处垂直于横坐标轴 的单一直线，但由于a粒子入射方向、空气吸收、样品源自吸收的差异和低能粒子的叠加等 原因，实际测得的是具有一定宽度的单个峰，其峰顶位置相应于a粒子的能量，谱线以下的 面积为相应能量的a粒子的总计数率，峰

4、的半高宽与峰顶能量比值的百分数则为a谱仪的能 量分辨率。a谱仪硬件连接及内部结构框图图一所示。 、半导悻I探测器_丿图一a谱仪硬件连接及内部结构框图3.2a放射源4-8MeV ，在空气中a放射源是以发射a粒子为基本特征的放射源。a粒子能量一般为的射程为2.5-7.5cm，在固体中的射程为 10-20um。由于a粒子穿透物质的能力弱，为此,设计制备a放射源时必须考虑源的自吸收。目前工业用的a放射源主要有 241 Am、238 Pu、239 Pu、244 Cm（锔）和210Po（钋）等，用量最大的是241 Am源。因为241 Am容易生产，价格便 宜，而且半衰期长。常用a放射源核素数据如表一。本次

5、实验，所用a源： Am241 的5.486MeV 和Pu239的5.155MeV。半衰期主要a粒子能量（MeV）及分支比（）比活 度（GBq/g）来源210Po138.4d5.305（100 ）1.67 X105209Bi（n, Y210Bi 5.01d 210Po4.82433U1.59X105a（84.4 ）4.783232Th（n, Y 233Th 22.3min233Pa27.0d233（13.2 ）35U7.1 X10 8a4.216 （6）4.368（12 ）4.374 （6）4.400天然放射性核素87.75.44563 237Np（n, Y 238 Np 2.117d 238

6、Pu38Pu5a（28.7 ）5.499（71.1 ）6.45.103（11 ）238 , / 、239 23.5min 239 2.355d 2392.445.1422.2U（n, YUNp39PuX104a（15 ）85.155（73 ）5.443432（12.7 ）12238 U 多次中子俘获生成41Ama5.4866.9241 pu 14.4a241八Am（86）6.071162.（26.3 ）1.2238 U多次中子俘获加B衰变42Cm5d6.1155 X105（73.7 ）表一常用a放射源核素数据3.3a谱仪放射性样品的 粒子与探测器相互作用， 经前置放大器输出正比于 粒子能量的脉

7、冲信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析， 得到的计数按照能量（道址）分布的 粒子能谱，实现核素的识别和活度测定。本次试验仪器拟采用西南科技大学国防重点试验室a能谱仪，该a谱仪为美国 ORTEC公司生产的8通道a能谱仪，型号为： ALPHA-ENSEMBLE.ORTEC在a谱仪上采用超低本底和 PIPS工艺（表面钝化、离子注入、可擦洗）硅探测器，同时真空舱室也为超低本底材料。面积上提供 300、450、490、600、900和1200平方毫米的选择，有效耗尽层 100呵。结构特性与性能指标：样品直径可从13mm 至51mm。探测器与被测样品之间有 10档距离可选，相邻两档之间的距离差为 4m

8、m，最大距离可达 44mm。真空计：范围 10mTorr 到 20Torr （1 Torr 133.322 Pa ）。探测器偏压：范围 0100V，大小和正负极性可调节。漏电流检测器：范围 0到10,000nA，显示分辨率 3nA。脉冲产生器；范围 0到10MeV，稳定性50ppm/ oC,脉冲的幅度可调。数字化MCA（多道脉冲幅度分析仪）：通过软件可设置系统转换增益 （道数）为256、 512、1024、2048或者4096道，细调增益为 0.25至U 1 ;增益稳定性：w 150ppm/ oC; 每个事件的转换时间（死时间）：2卩s。数字化稳谱、ADC的零点（ZERO）和下阈（LLD）均由

9、计算机调节设置。谱仪的探测 器偏压、漏电流均可在软件相关界面上以数字和图形显示出来。输入电源：120/240 V ac ， 50/60 Hz 输入功率 50W。通讯：USB2.0接口。每一个 Alpha Ensemble 最终提供一条电缆给 PC。应用软件：MAESTRO-32 或 AlphaVision工作条件 温度0oC到50oC，相对湿度w 95%。分辨率与本底：基于使用450mm 2 ULTRA-AS探测器和高质量的241 Am点源，能 量分辨率（FWHM） ：W20KeV （探测器到源的距离等于探测器的直径 ），探测器效率：25% （探 测器到源的距离小于 10mm），本底：在3Me

10、V以上，每小时计数w 1。所有型号均可选择用于反冲抑制保护的样品盘选项。主要特点：探测室、前放、主放和多道一体化，系统具有高度的可靠性；全部功能由计算机通过仿真软件控制；每一路都完全独立、互不干扰或影响；每一路谱仪可配不同规格型号探测器；容纳样品直径最大可达 51mm，探测器面积最大可达 1200mm 2 ；系统可以扩展至8台共64路探测器。3.4探测器测量a射线能谱相关原理因离子注入PIPS a谱仪相关资料不足，故本实验报告以金硅面垒探测器为例加以说明。金硅面垒探测器是用一片 N型硅，蒸上一薄层金（100-200貝），接近金膜的那一层硅具有P型硅的特性，这种方式形成的PN结靠近表面层，结区即

11、为探测粒子的灵敏区。探测器工作加反向偏压。 粒子在灵敏区内损失能量转变为与其能量成正比的电脉冲信号，经放大并由多道分析器测出幅度的分布， 从而给出带电粒子的能谱。 偏置放大器的作用是当多道分析器的道数不够用时，利用它切割、 展宽脉冲幅度，以利于脉冲幅度的精确分析。为了提高谱仪的能量分辨率，探测器要放在真空室中。另外金硅面垒探测器一般具有光敏的特性， 在使用过程中，应有光屏蔽措施。金硅面垒型半导体 w谱仪具有能量分辨率高、能量线性范围宽、脉冲上升时间快、体积小和价格便宜等优点，在 戸粒子及其它重带电粒子能谱测量中有着广泛的应用。3.5 a谱仪的能量刻度和能量分辨率图一峰位-偏压曲线谱仪的能量刻度

12、就是确定”粒子能量与脉冲幅度大小以谱线峰位在多道分析器中的道址表示。W谱仪系统的能量刻度有两种方法：用一个239 Pu、241 Am、244Cm混合的戸刻度源，已知各核素 粒子的能量，测出该能量在多道分析器上所对应的道址，作能量对应道址的刻度曲线，并表示为：E=Gd+E o图二能量分辨率-偏压曲线E为a粒子能量（keV ） ,d为对应E谱峰所在道址，G是直线斜率（keV/每道），称为 刻度常数。Eo是直线截距（keV），它表示由于a粒子穿过探测器金层表面所损失的能量。4实验仪器、器材1、ALPHA-ENSEMBLE a谱仪探测器2、PC 机3、真空泵n 3Gc nB T4 4、所用 a源：Am

13、241 的 5.486MeV 和 Pu239 的 5.155MeV5实验步骤1、 打开PC机、8路a谱仪和真空泵2、 点击 PC 桌面上“ MAESTRO for Windows3、 测量源（也可测本底）3.1点MAESTRO for Windows ”的Acquire3.1.0设置3.1.1设置高压，点 high voltage 的可控按钮on ”，出现标志On ”表明高压设置ok3.2点“ MAESTRO for Windows ”的“ Alpha ”3.2.1Target 设为” 300 ”（小于 1000 即可）3.2.2vacuum 设置A“ Pump ”抽真空，通过“ actual ”看是否抽真空B“ Vent “放弃真空