《NaI(TI)单晶闪烁谱仪》.docVIP

NaI(TI)单晶闪烁谱仪 实 验者：杨亿斌 合作者：吴聪 （中山大学物理系，光信息科学与技术06级3班） 2008年12月26日 【实验目的】 1.加深对γ射线和物质相互作用的理解: 2.掌握NaI(TI) γ谱仪的原理与使用方法; 3.学会测量分析γ能谱; 4.学会测定γ谱仪的能量分辨率,线性,探测效率曲线; 5.测定位置放射源的能量和活度. 【实验仪器】 1.NaI(TI)闪烁探头 2.高压电源 3.多道脉冲幅度分析器 4.计算机 5.示波器 6.放射源5个,铅砖若干 【实验原理】 (一)闪烁探测器的结构框图及工作原理 NaI(TI)闪烁谱仪由NaI(TI)闪烁体,光电倍增管,射级输出器和高压电源以及线性脉冲放大器,单道脉冲幅度分析器(或多道分析器),定标器等电子学设备组成. 图1 NaI(TI)闪烁探测器示意图 闪烁探测器的基本组成部分和工作过程 基本组成部分 闪烁探测器有NaI(TI)闪烁晶体,光电倍增管和电子仪器三部分组成. 闪烁体:闪烁体是用来把射线的能量转变成光能的. 光电倍增管:光电倍增管的结构如图2.它利用光电效应把光转换为光电子,产生电流脉冲的方法来记录微弱的光.它包括光阴极,电子倍增极和阳极三个主要部分. 工作过程 当γ射线入射至闪烁体是发生三种基本相互作用过程:光电效应,康普顿散射和电子对效应.如图所示, 光电效应 康普顿效应 电子对效应 图2 前两种过程中产生电子,后一过程出现正,负电子对.这些次级电子获得动能(见表1)并将能量消耗在闪烁体中,使闪烁体中原子电离,激发而后产生荧光.光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成电子,光电子再在光电倍增管中倍增,最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来,并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号.??????? 表1 γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程 基本过程 次级电子获得的能量T 1） 光电效应 γ+原子→原子激发或→离子激发+电子 （该层电子结合能） 2） 康普顿效应 γ+电子→(散射)+反冲电子 按，；?为散射角，从0至最大能量连续分布，峰值在最大能量处。 3） 电子对产生 γ+原子→原子++ 电子对均分能量 【实验内容】 【实验内容一】:预习,掌握并熟悉NaI(TI)γ谱仪,确定谱仪的工作参数. 检查线路确认无误后开低压电源,预热几分钟.熟悉多道脉冲幅度分析器数据采集软件的使用. 选择高压,放大倍数,测量道数等参数; 把放射源放在托盘上.调节改变高压(350-700),保持其它条件不变,观察能谱曲线的变化; 调节改变放大倍数,保持其它条件不变,观察能谱曲线的变化; 调节改变测量道数(256,512,1024,2048,4096),保持其它条件不变,观察能谱曲线的变化; 把发射源60Co放在托盘上,调节参数,使两个全能峰均能清楚看见,并使能谱的能量范围约在0-1.5MeV. 把放射源137Cs放在托盘上,测量其能谱,解释能谱曲线形状,进一步理解γ射线和物质相互作用过程. 数据记录与分析 1 选择高压、放大倍数、测量道数等参数观察能谱曲线的变化。 a) 把放射源放在托盘上。调节改变高压值（350 -- 700V），保持其它条件不变，观察 能谱曲线的变化。使用作为放射源，控制测量道数固定为 1024 道，放大倍数控制为 3.50，数据采集时间均设为 200s 图 5 仅改变高压值能谱曲线的改变 可以发现，随着电压值的提高，所得全能峰的道址增加，即输出脉冲幅度增加。 b) 调节放大倍数，保持其它条件不变，观察能谱曲线的变化；保持电压值为 600V 不变，测量道数设置为 1024 道，数据采 集时间仍旧设置为 200s，然后分别调节放大倍数为 3.00、3.5和4.0 倍，可以观察到如图 6 所示的图形。 图 6 仅改变放大倍数时能谱曲线的改变 由图可知，随着放大倍数的增大，全能峰所对应的道址在增加。 由图5和图6可知，电压较高时，放大倍数要小，才能看见全能峰。 c) 调节测量道数，保持其它条件不变，观察能谱曲线的变化。保持电压值为 600V，放大倍数为 3.50，数据采集时间设置为 100s，分别调节测 量道数为 256、512、1024 和 2048，可以观察到如图 7所示的图形。 图 7 仅改变测量道数时能谱曲线的改变 由图 7可见，随着测量道数的增加，全能峰的道址在增加，而峰值的高度在降低。这一 点不难理解：测量道数相当于能量区间的划分，道数越多能量区间的划分