低本底伽瑪γ能譜儀技術(shù)特點(diǎn)：
1,，該儀器由中國測試研究院刻度和檢定（儀器都單獨(dú)出具“檢定證書”），確保儀器指標(biāo)*符合*2002年1月1日實(shí)施的“建筑材料放射性核素*（GB6566-2001）”之檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),。符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417-2006）
2、測量精度：當(dāng)樣品的比活度大于18.5Bq/Kg時(shí),，其總不確定度不大于15%,；
3、測量時(shí)間：室內(nèi)定量分析2550秒,；現(xiàn)場快速分析：500秒,；
4、采用低功耗1024道多道脈沖分析器,。儀器分辨率：優(yōu)于8%（137Cs 0.66MeV）,；積分非線性≤0.003%；微分非線性≤4%,；死時(shí)間≤10微秒,；
5、單核素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn),，快速,、準(zhǔn)確、方便,；
6,、在能區(qū)50keV-3000keV內(nèi)本底計(jì)數(shù)率不大于6s-1（cps）；
7,、Windows全中文操作系統(tǒng),，人機(jī)對(duì)話，漢字菜單顯示,，操作簡單方便,；
8、整機(jī)功耗：電流小于300mA,；
9,、使用溫度： 0℃—50℃。
低本底伽瑪γ能譜儀實(shí)驗(yàn)通過同時(shí)測量速度接近光速C的高速電子（ 粒子）的動(dòng)量和動(dòng)能來證明狹義相對(duì)論的正確性,。能量為1MeV 粒子速度為0.94C. 實(shí)驗(yàn)所用 粒子的能量在0.4～2.27MeV范圍,。其速度非常接近光速C。所以能驗(yàn)證動(dòng)質(zhì)能的相對(duì)論關(guān)系,。學(xué)習(xí)磁譜儀的測量原理及其他核物理的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),。γ射線是原子核衰變或裂變時(shí)放出的輻射，本質(zhì)上它是一種能量比可見光和X射線高得多的電磁輻射,。利用γ射線和物質(zhì)相互作用的規(guī)律,，人們設(shè)計(jì)和制造了多種類型的射線探測器,。閃爍探測器即是其中之一。它是利用某些物質(zhì)在射線作用下發(fā)光的特性來探測射線的儀器,，既能測量射線的強(qiáng)度,，也能測量射線的能量，在核物理研究和放射性同位素測量中得到廣泛的應(yīng)用,。本實(shí)驗(yàn)介紹一種常用的γ射線測量儀器：碘化鈉單晶γ射線探測儀及 粒子的動(dòng)量和動(dòng)能相對(duì)論效應(yīng),。
低本底伽瑪γ能譜儀配置1、 智能化低本底多道γ能譜儀1024道主機(jī)一臺(tái),；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
2,、 高靈敏低鉀NaI（Tl）能譜探頭一個(gè)（Ф75×75mm）；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
3,、 新一代標(biāo)準(zhǔn)鉛室1套（壁厚100mm,，內(nèi)徑200mm）；[符合γ譜儀檢定規(guī)程（JJG 417）]
4,、 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)容器一套,；
5、 系統(tǒng)操作軟件一套,；
6,、 通訊電纜一根；
7,、 國家放射性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)一套（鐳,、釷、鉀各一份）,；
8,、 國家放射性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書3份（鐳、釷,、鉀各一份）,；
9、 放射性標(biāo)準(zhǔn)樣品盒一套,；
10,、 *儀器鑒定證書一份（中國測試技術(shù)研究院）；
11,、 用戶使用說明書一份,；
12、 品牌電腦一臺(tái),；
13,、 打印機(jī)一臺(tái)（選配品）；
低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br />
1,、了解閃爍探測器的結(jié)構(gòu),、原理,。
2、掌握NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的幾個(gè)性能指標(biāo)和測試方法,。
3,、測量快速電子的動(dòng)能和動(dòng)量。
4,、驗(yàn)證快速電子的動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系符合相對(duì)論效應(yīng),。
低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)原理】
核輻射與某些物質(zhì)相互作用會(huì)使其電離、激發(fā)而發(fā)射熒光,，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的。下圖是閃爍探測器組成的示意圖,。閃爍探測器有閃爍體,、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀器三個(gè)主要部分組成。上圖中探測器zui前端是一個(gè)對(duì)射線靈敏并能產(chǎn)生閃爍光的閃爍體,，當(dāng)射線（如γ,、?）進(jìn)入閃爍體時(shí)，在某一地點(diǎn)產(chǎn)生次級(jí)電子,，它使閃爍體分子電離和激發(fā),，退激時(shí)發(fā)出大量光子（一般光譜范圍從可見光到紫外光，并且光子向四面八方發(fā)射出去）,。在閃爍體周圍包以反射物質(zhì),，使光子集中向光電倍增管方向射出去。
低本底伽瑪γ能譜儀所謂射線的能譜,，是指各種不同能量粒子的相對(duì)強(qiáng)度分布,；把它畫到以能量E為橫坐標(biāo)，單位時(shí)間內(nèi)測到的射線粒子數(shù)為縱坐標(biāo)的圖上是一條曲線,。根據(jù)這條曲線,，我們可以清楚地看到此種射線中各種能量的粒子所占的百分比。在單道中還有一個(gè)窗寬?V,，使幅度大于V0+?V的脈沖亦被擋住,，只讓幅度為 的信號(hào)通過，單道脈沖分析器的功能是把線性脈沖放大器的輸出脈沖按高度分類：若線性脈沖放大器的輸出是0~10V,，如果把它按脈沖高度分成500級(jí),，或稱為500道，則每道寬度為0.02V,，也就是輸出脈沖的高度按0.02V的級(jí)差來分類,。逐點(diǎn)增加V0，這樣就可以測出整個(gè)譜形,。
低本底伽瑪γ能譜儀γ射線與物質(zhì)相互作用時(shí)可能產(chǎn)生三種效應(yīng)：光電效應(yīng),、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng),，這三種效應(yīng)產(chǎn)生的次級(jí)電子在NaI（Tl）晶體中產(chǎn)生閃爍發(fā)光；如光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng)
圖1 ?射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
表1 γ射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
基本過程 次級(jí)電子獲得的能量T
1） 光電效應(yīng)
γ+原子→原子激發(fā)或→離子激發(fā)+電子 （該層電子結(jié)合能）
2） 康普頓效應(yīng)
γ+電子→ （散射）+反沖電子
按 ,， ,；?為散射角，從0至zui大能量 連續(xù)分布,，峰值在zui大能量處,。
3） 電子對(duì)產(chǎn)生
γ+原子→原子+ +
電子對(duì)均分能量
核輻射與某些物質(zhì)相互作用會(huì)使其電離、激發(fā)而發(fā)射熒光,，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的,。下圖是閃爍探測器組成的示意圖。閃爍探測器有閃爍體,、光電倍增管和相應(yīng)的
低本底伽瑪γ能譜儀歸結(jié)起來,，閃爍探測器的工作可分為五個(gè)相互的過程：
1） 射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用,，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子,、分子電離和激發(fā)；
2） 受激原子,、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子,；
3）利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng),，光子在光陰極上擊出光電子,；
4） 光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個(gè)增加到104~109個(gè),，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào),；
5） 此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。
通常NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的能量分辨率以137CS的0.661MeV單能γ射線為標(biāo)準(zhǔn),，它的值一般是10%左右,，可達(dá)6~7%。
低本底伽瑪γ能譜儀探測器的線性問題：
能量的線性就是指輸出的脈沖幅度與帶電粒子的能量是否有線性關(guān)系,，以及線性范圍的大小,。
NaI（Tl）單晶的熒光輸出在150KeV<EΥ<6MeV的范圍內(nèi)和射線能量是成正比的。但是NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的線性好壞還取決于閃爍譜儀的工作狀況,。
單道是逐點(diǎn)改變甄別電壓進(jìn)行計(jì)數(shù),，測量不太方便而且費(fèi)時(shí)，因而在本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了多道脈沖分析器,。多道脈沖分析器的作用相當(dāng)于數(shù)百個(gè)單道分析器與定標(biāo)器,，它主要由0~10V的A/D轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器組成，脈沖經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后即按高度大小轉(zhuǎn)換成與脈高成正比的數(shù)字輸出,，因此可以同時(shí)對(duì)不同幅度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),，一次測量可得到整個(gè)能譜曲線,，既可靠方便又省時(shí)。
由于單能γ射線所產(chǎn)生的這三種次級(jí)電子能量各不相同,，甚至對(duì)康普頓效應(yīng)是連續(xù)的,，因此相應(yīng)一種單能γ射線，閃爍探頭輸出的脈沖幅度譜也是連續(xù)的,。
NaI（Tl）譜儀測得的137Cs的γ能譜
如下頁圖所示,，測得的γ能譜有三個(gè)峰和一個(gè)平臺(tái)。zui右邊的峰A稱為峰,，這一脈沖幅度直接反映γ射線的能量即0.661MeV,；上面已經(jīng)分析過，這個(gè)峰中包含光電效應(yīng)及多次效應(yīng)的貢獻(xiàn),，本實(shí)驗(yàn)裝置的閃爍探測器對(duì)0.661MeV的γ射線能量分辨率為7.5%,。
平臺(tái)狀曲線B是康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)，其特征是散射光子逃逸后留下一個(gè)能量從0到 的連續(xù)的電子譜,。
峰C是反散射峰。由γ射線透過閃爍體射在光電倍增管的光陰極上發(fā)生康普頓反散射或γ射線在源及周圍物質(zhì)上發(fā)生康普頓反散射,，而反散射光子進(jìn)入閃爍體通過光電效應(yīng)而被記錄所致,。這就構(gòu)成反散射峰。
峰D是X射線峰,，它是由137Ba的K層特征X射線貢獻(xiàn)的,。137Cs的?衰變體137Ba的0.661MeV激發(fā)態(tài)在放出內(nèi)轉(zhuǎn)換電子后造成K空位，外層電子躍遷后產(chǎn)生此X光子,。
低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
1.NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀整套裝置的操作,、調(diào)整和使用，調(diào)試一臺(tái)譜儀至正常工作狀態(tài),。
2.137Cs,、60Co的γ能譜，求出能量分辨率,、峰康比,、線性等各項(xiàng)指標(biāo)，并分析譜形,。
3.多道脈沖幅度分析器在NaI（Tl）單晶γ譜測量中的數(shù)據(jù)采集及其基本功能,。
4.處理（包括對(duì)譜形進(jìn)行光滑、尋峰,，曲線擬合等）,。
5. 測量快速電子的動(dòng)量。
6. 測量快速電子的動(dòng)能,。
7. 驗(yàn)證快速電子的動(dòng)量與動(dòng)能之間的關(guān)系符合相對(duì)論效應(yīng),。
低本底伽瑪γ能譜儀【實(shí)驗(yàn)裝置】
實(shí)驗(yàn)器材包括：①γ放射源137Cs和60Co（強(qiáng)度≈1.5微居里）,；②200?mAl窗NaI（Tl）閃爍探頭；③高壓電源,、放大器,、多道脈沖幅度分析器。
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