物质衰减系数测量实验报告.docVIP

物质衰减系数实验报告 摘 要：通过本实验验证γ射线通过物质时其强度减弱遵循指数规律，测量γ射线在不同物质中的吸收系数。其方法是通过最小二乘法拟合直线，其斜率就是衰减系数。本实验中将测出γ射线能量为0.662Mev时钢的衰减系数， 关键字：衰减系数；射线；CT；最小二乘法； 引言 物质的衰减系数测量在科研和生产过程中有着重要的作用。人们通过衰减系数的测量判别待测物体内部的相关信息，如物质的密度，物质内部的疏密空间结构，由此也可判断物质的组成成分。此项技术应用非常重要，也非常广泛。 实验方案： 1 实验原理: 钢的射线衰减系数测量 根据γ射线通过物质时的衰减规律（朗伯-比尔定律）： （1） 对上式取对数： 如果通过实验测得γ射线穿过不同厚度的计数值，通过最小二乘法可以求得钢的衰减系数。 γ射线与物质相互作用，可以有许多种方式。当γ射线的能量不太高时，在所有相互作用方式中，最主要的三种方式包括光电效应、康普顿效应和电子对效应。因此，在γ射线的能量不太高时，衰减截面是光电效应截面、康普顿效应截面和电子对效应截面之和。即：。式中、、分别对应于以上三种效应截面。 γ射线与物质相互作用的衰减系数为： 由于，式中A为原子质量数，为阿伏伽德罗常数， 即： 令，称为质量衰减系数，则γ射线穿过物质的距离d时强度衰减为： （2） 从（2）式可以看出，γ射线的衰减系数与物质的密度有关，物质的密度越大，射线衰减越快。 1.1 衰减系数 光子 (射线)通过物体时会与一些带电体发生相互作用，产生完全吸收、弹性散射、非弹性散射三种效应中的一种。分别表现为 光电效应 康普顿效应 电子对效应 其能产生不同的全能图谱，宏观上表现为射线的吸收。其吸收规律为 其中，、分别是穿过物质前、后的射线强度，是射线穿过的物质的厚度（单位cm），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，是物质的线性吸收系数（，单位为cm）。显然的大小反映了物质吸收射线能力的大小，我们成为衰减系数。 上个学期我们曾经运动这样一个式子 初步研究过衰减系数。本次实验我们将运用式子 或 进一步研究衰减系数和物质密度的关系。 最小二乘法 由 可知衰减系数就是 和的线性系数，测量得出数据后根据最小二乘法的原则选择最佳拟合直线，这条直线的斜率就是衰减系数。 实际操作中，我们根据最小二乘法的原则，忽略测量距离带来的误差，假设测量k次，可以得到 实验步骤 实验中所采用的实验仪器有CD-50BGA+型CT教学实验仪、钢质台阶型测试试件、打印机等。放射源采用原子高科股份有限公司2007年2月出厂的铯-137. 下面讲述具体实验步骤： 打开CD-50BGA+型CT教学实验仪电源，使实验仪预热半小时，同时打开计算机。 预热完成后，将钢质台阶型测试试件侧方摆放在实验仪的平台上。打开软件，检验试验仪的机械运动性能。操作向右、向右运动以及旋转，确保实验仪平台处在正常平顺的工作状态。 调整平台高度，使实验仪的激光束打在钢质台阶型测试试件中间高度左右处。 确保肢体部位没有对准放射源口，顺时针旋转钥匙，打开放射源。 设置扫描参量，启动扫描。 重复扫描3次，扫描完成后立即关闭放射源。 现场处理数据 打印实验报表 关闭所有实验仪器，并做整理。 离开实验室后必须洗手 实验数据处理： 根据上次扫描数据，取出平均值，根据最小二乘法，即公式 下表是为了说明衰减系数和d的关系： D 4 8 12 16 20 0 I 4615 3645.0909091 2940.6363636 2311 1858.428 5728 4500 3599 2897.5 2316.5 1795 5668 4556 3633 2933 2336.6666667 1894 5645 4490 3685.25 2947.6666667 2354 1842.5 5584 I平均值 4