《β射线的吸收338.docVIP

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理学09-2班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师： β射线的吸收 【实验目的】 1、了解β射线与物质相互作用的机理。 2、学习测量β射线最大能量的方法。 3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。 【实验原理】 一、β衰变与β能谱的连续性 放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A相同的核素称为β衰变。β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。以本实验所用的β源为例，其衰变图如图9-4-2所示。的半衰期为28.6年，它发射的β粒子最大能量为0.546MeV，衰变后成为，的半衰期为64.1小时，它发射的β粒子最大能量为2.27MeV，衰变后成为，因而源在0至2.27MeV的范围内形成连续的能谱。 图9-4-1 β射线能谱 图9-4-2 源衰变图 二、β射线与物质的相互作用 β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。β射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。此外，β射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。因为β粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上β射线强度减弱。当β射线穿过物质时，由于β射线与物质发生相互作用，使β射线强度减弱的现象称为β射线的吸收。 三、β射线最大能量的测量 β射线的能量是连续分布的，对于确定的放射源，有确定的最大能量E0，因此，如果能够测量出β射线的最大能量E0，则可以判别放射性核素的种类，其为放射性测量的一项重要内容。常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。 图9-4-3 β吸收曲线 实验表明，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的增加而减弱，并符合指数衰减规律。但由于β射线的能量不是单一的，而是连续分布的，所以β射线的吸收只是近似符合指数衰减规律，如图9-4-3所示。图中横轴为吸收物质的质量厚度，等于吸收物质层厚度x与物质密度ρ的乘积，单位采用。R0为有效射程，代表使β射线强度降为10-4的吸收物质层厚度，也采用作为单位。由于β射线与物质相互作用时会放生轫致辐射，并且放射性核素β衰变时还伴随有γ射线，所以在测量β射线的吸收曲线时，即使吸收物质层厚度已经超过β射线的最大射程（用R表示，代表β射线全部被吸收时的吸收物质层厚度），仍会测量到高于本底的计数，如图9-4-3中各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难，为此，在实际工作中通常是测量有效射程，来代替最大射程。有效射程不仅与吸收物质的性质有关，而且也与β射线的最大能量E0有关，对于铝吸收体，存在下述经验公式： 当时， （9-4-1） 当时， （9-4-2） 假设β衰变过程中只放出一种β射线，如图9-4-3中（a）所示，吸收曲线可近似用下式表示 （9-4-3） 对两边取对数，得 （9-4-4） 其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的β射线强度，是吸收物质的质量厚度，是吸收物质的质量吸收系数。由于在相同实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的β射线强度I成正比，所以（9-4-3）式和（9-4-4）式也可以表示为 （9-4-5） （9-4-6） 显然，与具有线性关系。在用NaI（Tl）闪烁能谱仪测量β射线能谱时，考虑到β射线的能量分布的连续性，其全谱计数率即为（9-4-5）式和（9-4-6）式中的n。 同有效射程一样，也与吸收物质的性质及β射线的最大能量有关。对于铝吸收体，存在经验公式 （9-4-7） 这样，只要在实验过程中，通过测量β射线在一定吸收物质中的吸收曲线，在曲线上求取R0和，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出β射线的最大能量。 四、吸收物质对β射线的阻止本领 β射线在吸收物质中单位路径长度上损失的平均能量定义为吸收物