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数理与信息工程学院《近代物理实验》报告
实验名称：γ射线能谱的测量；物质吸收系数的μ测定
班级：物理091班学号：09180103姓名：陈旦妮

【摘要】本实验在理解γ射线与物质相互作用的基本特性基础上，通过使用γ闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱。并且研究窄束γ射线在不同物质中的吸收系数，并对比不同物质的吸收系数
【关键字】RES-02型相对论效应实验谱仪、能谱、γ射线、吸收
【引言】
γ射线首先由HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/64741.htm"\t"_blank"法国科学家P.V.维拉德发现的，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。γ射线是光子，是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出γ射线。
γ射线强度按能量分布即为γ射线能谱。通过分析γ能谱可以确定原子核激发态的能级，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。
测量γ能谱最常用的仪器是闪烁γ能谱仪，闪烁探测器是利用带电粒子转化成带电粒子对物质原子的激发，从而产生发光效应来探测射线的，它还能测量粒子强度和能量，由于具有探测效率高和分辨时间短等优点得到广泛应用。

γ射线具有比HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/45735.htm"\t"_blank"X射线还要强的穿透能力。因为γ射线有很强的穿透力，所以工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。在科研、工农业生产、医疗和环境保护等方面，应用γ射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质中各种微量元素的含量。

【正文】一、γ射线能谱的测量
NaI(TI)闪烁探测器的结构：整个谱仪由探头（包括闪烁体，光电倍增管，射极跟随器），高压电源，线性放大器，多道脉冲幅度分析器等组成。闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子放大器件三个主要部分组成。
开启实验仪器工作时射线通过闪烁体，闪烁体的发光强度与射线在闪烁体内损失的能量成正比，即入射线的能量越大，在闪烁体内损失能量越多，闪烁体的发光强度也越大。当射线（如γ、β）进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子（一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去）。在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去，当闪烁光子入射到光阴极上，就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚集，在各级打拿极上发生倍增（一个光电子最终可产生104～109个电子），最后被阳级收集。大量电子会在阳极负载上建立起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子学仪器中去。
γ射线与物质的相互作用有多种方式，但在能量不高的情况下，最主要的有三种，即光电效应、康普顿效应和正、负电子效应。
最终实现了能谱图样的输出如下：

图一γ能谱图
图一中的横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度，也就是射线的密集程度，与计数成正比。根据图一可以看出实验中产生了多个峰值，但是B/C/D这三个峰值的能量比较低，不适合我们记录，为了能够同时获得高能量以及大密集度的峰值我们选取最右端的峰值，也就是A峰。这个峰我们又把它称为全能峰。实验过程中要保证最终的峰值与图中A峰的CH（道数）尽量的接近，这样测得的结果才有实验价值。其中全能峰又称光电峰，它是有两部分作用产生的，一是由γ射线与闪烁体的光电效应产生的光电子峰；二是康普顿散射后部分散射光子没有逸出晶体，而被晶体再次吸收，这样两次作用对输出的贡献叠加在一起形成一个脉冲。这样两次作用使闪烁体仍然得到了入射γ射线的全部能量，所以光电峰的能量就代表了γ射线的能量。
二、物质吸收系数的μ测定
当γ光子穿过物质时，不是完全转化成了电子的能量，就是偏离了原来入射时的方向。与其他物质不同的是，γ光子与物质之间的相互作用只要发生一次碰撞就会有大量的能量发生转移；而其他带点粒子转过物质时，经过许多次小能量转移碰撞来损失它的能量。
本实验中我们主要研究的是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的γ光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。射线束有一定宽度，只要其中没有散射光子，就可称之为“窄束”。窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即

其中，I0、I分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm），σr是光电、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，μ是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm）。显然μ的大小反映了物