实验题目：《闪烁γ能谱测量》
一、 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(Tl)γ谱仪的原理及使用方法。 3. 学会测量分析γ能谱。
4. 学会测定γ谱仪的刻度曲线. 。
二、实验仪器
Cs 放射源 Co 放射源 FH1901型NaI 闪烁谱仪 SR-28双踪示波器
三、 实验原理
1. γ射线与物质相互作用
γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子对效应。
1） 光电效应：在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原
子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。所以，释放出来的光电子能量和
该束缚电子所处的电子壳层的结合能B γ之差。因此，
E 光电子=E γ-B i ≈E γ
（需要原子核参加） 2） 康普顿散射：康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。反冲电子的动能为：
E e =
E γ2(1-cos θ) m 0c 2+E γ(1-cos θ)
即使入射γ光子的能量是单一的，反冲电子的能量却是随散射角连续变化的。
3） 电子对效应：电子对效应是γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库伦场作用下，γ光
子转化为一个正电子和一个负电子的过程。根据能量守恒定律，只有当入射光子的能量
h ν大于2m 0c 2
，即
h ν〉1.02MeV 时，才能发生电子对效应。（与光电效应相似，需要
原子核参加）
2． NaI （Tl ）γ能谱仪介绍 1）闪烁谱仪装置示意图
2）闪烁谱仪的工作原理
Γ射线 次级电子 荧光 Γ放射源
与闪烁体发 闪烁体受 光阴极吸收
生三种作用 激辐射
光电子
电脉冲 定标器记录 分析器分析 各打拿极逐级放大 3) 能谱分析（以137Cs 为例）
全能峰是γ光子与闪烁体发生光电效应产生的，直接反映了γ射线的能量；康普顿坪是由康普顿效应贡献的；逸出的γ射线与闪烁体周围的物质发生康普顿散射，反散射光子进入闪烁体发生光电效应形成反散射峰。 4） 谱仪的能量分辨率和能量刻度曲线
闪烁单晶γ谱仪最主要的指标是能量分辨率和线性。 a. 能量分辨率 W =
∆U
⨯100% U
闪烁谱仪的能量分辨率取决于闪烁体、光电倍增管、电子学线路的选择与配合。由于现在电子学线路技术的提高，分辨率主要取决于闪烁体的分辨本领。 b. 能量线性 E (x p ) =E 0+Gx p
能量线性是指谱仪的输出脉冲幅度与带电粒子能量之间是否有线性关系。由于NaI(Tl)单晶对于能量在100keV 到1300keV 是近似线性的，谱仪的能量线性主要取决于谱仪的工作情况。利用两种能量确定的放射源就可以做出能量刻度曲线。
四、 实验内容
1. 连接仪器，检查线路确认无误后开低压电源预热，将
137
Cs 放射源放在托盘上，加高压
用脉冲示波器观察探头工作状态。得到负脉冲表明探头以开始工作
2. 调节放大器的放大倍数和时间常数，用示波器观察放大器输出波形，使放大器输出脉冲
幅度为8V 左右，且使输出波形尽量与探头输出波形相似。
1
3. 把单道道宽设置为0.1V ，微积分开关置于微分位置，调节单道阈值，粗测谱形，以确认
光电峰在8V 左右（即确认整个波形是否落在单道分析器的可调范围内）。 4. 精测
137
Cs 能谱，单道道宽置于0.1V 不动，逐渐改变单道阈值，每隔0.1V 测一次计数，
137
确定测量时间为30s 。作出
Cs 的γ能谱并求出谱仪的能量分辨率。
5. 放上60Co 源，改变放大倍数和高压，使60Co 的1.33MeV 的光电峰脉冲在8V 左右，依
次测出
137
Cs 和60Co 的 γ光电峰，做出谱仪的能量刻度曲线。
五．实验数据记录与处理
1．
137
Cs 的能谱测量
2
2. 谱仪的能量分辨率
12000
（7.60,11715）
10000
8000
率
（7.40,5850）
（7.93,5850）
计数6000
4000
2000
6
7
8
9
10
脉冲幅度
由图可求出能量分辨率
W =
U U ⨯100%=7.93-7.407.60
⨯100%=6.97% 3．能量刻度曲线
60
Co 的光电峰测量数据
3
137
Cs 的光电峰测量数据
计数
阈值 (（V ）)
4
由上面数据画出能量刻度曲线
由图得到能量线性关系
E (x p ) =E 0+Gx p =-0.06292+0.18615x p
六、 实验结论与分析
1. 实验测得
137
Cs 的能谱图，在射线峰和反散射峰附近有多处峰值，自己无法区分，可能
60
是由于Co 在附近的影响，能谱出现波动。
2. 通过数据所得能量分辨率可知，实验所用谱仪的能量分辨率比较好，约为6.97%。 3. 由数据所得谱仪的能量刻度曲线，说明该谱仪具有良好的能量线性关系。
七、 注意事项
1、 实验调节高压，观察探头波形时要适度调节，依照实验书中所示波形图，保证探头正常
工作。
2、 实验中欲得到较理想的刻度曲线，还需注意放大器及单道分析器甄别阈的线性，进行必
要的检查调整；进行未知γ能量的测量时，必须保持其测量条件与能量刻度时的相同，若测量条件有较大变化时，应重新刻度。
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实验题目：《闪烁γ能谱测量》
一、 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(Tl)γ谱仪的原理及使用方法。 3. 学会测量分析γ能谱。
4. 学会测定γ谱仪的刻度曲线. 。
二、实验仪器
Cs 放射源 Co 放射源 FH1901型NaI 闪烁谱仪 SR-28双踪示波器
三、 实验原理
1. γ射线与物质相互作用
γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子对效应。
1） 光电效应：在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原
子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。所以，释放出来的光电子能量和
该束缚电子所处的电子壳层的结合能B γ之差。因此，
E 光电子=E γ-B i ≈E γ
（需要原子核参加） 2） 康普顿散射：康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。反冲电子的动能为：
E e =
E γ2(1-cos θ) m 0c 2+E γ(1-cos θ)
即使入射γ光子的能量是单一的，反冲电子的能量却是随散射角连续变化的。
3） 电子对效应：电子对效应是γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库伦场作用下，γ光
子转化为一个正电子和一个负电子的过程。根据能量守恒定律，只有当入射光子的能量
h ν大于2m 0c 2
，即
h ν〉1.02MeV 时，才能发生电子对效应。（与光电效应相似，需要
原子核参加）
2． NaI （Tl ）γ能谱仪介绍 1）闪烁谱仪装置示意图
2）闪烁谱仪的工作原理
Γ射线 次级电子 荧光 Γ放射源
与闪烁体发 闪烁体受 光阴极吸收
生三种作用 激辐射
光电子
电脉冲 定标器记录 分析器分析 各打拿极逐级放大 3) 能谱分析（以137Cs 为例）
全能峰是γ光子与闪烁体发生光电效应产生的，直接反映了γ射线的能量；康普顿坪是由康普顿效应贡献的；逸出的γ射线与闪烁体周围的物质发生康普顿散射，反散射光子进入闪烁体发生光电效应形成反散射峰。 4） 谱仪的能量分辨率和能量刻度曲线
闪烁单晶γ谱仪最主要的指标是能量分辨率和线性。 a. 能量分辨率 W =
∆U
⨯100% U
闪烁谱仪的能量分辨率取决于闪烁体、光电倍增管、电子学线路的选择与配合。由于现在电子学线路技术的提高，分辨率主要取决于闪烁体的分辨本领。 b. 能量线性 E (x p ) =E 0+Gx p
能量线性是指谱仪的输出脉冲幅度与带电粒子能量之间是否有线性关系。由于NaI(Tl)单晶对于能量在100keV 到1300keV 是近似线性的，谱仪的能量线性主要取决于谱仪的工作情况。利用两种能量确定的放射源就可以做出能量刻度曲线。
四、 实验内容
1. 连接仪器，检查线路确认无误后开低压电源预热，将
137
Cs 放射源放在托盘上，加高压
用脉冲示波器观察探头工作状态。得到负脉冲表明探头以开始工作
2. 调节放大器的放大倍数和时间常数，用示波器观察放大器输出波形，使放大器输出脉冲
幅度为8V 左右，且使输出波形尽量与探头输出波形相似。
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3. 把单道道宽设置为0.1V ，微积分开关置于微分位置，调节单道阈值，粗测谱形，以确认
光电峰在8V 左右（即确认整个波形是否落在单道分析器的可调范围内）。 4. 精测
137
Cs 能谱，单道道宽置于0.1V 不动，逐渐改变单道阈值，每隔0.1V 测一次计数，
137
确定测量时间为30s 。作出
Cs 的γ能谱并求出谱仪的能量分辨率。
5. 放上60Co 源，改变放大倍数和高压，使60Co 的1.33MeV 的光电峰脉冲在8V 左右，依
次测出
137
Cs 和60Co 的 γ光电峰，做出谱仪的能量刻度曲线。
五．实验数据记录与处理
1．
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Cs 的能谱测量
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2. 谱仪的能量分辨率
12000
（7.60,11715）
10000
8000
率
（7.40,5850）
（7.93,5850）
计数6000
4000
2000
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脉冲幅度
由图可求出能量分辨率
W =
U U ⨯100%=7.93-7.407.60
⨯100%=6.97% 3．能量刻度曲线
60
Co 的光电峰测量数据
3
137
Cs 的光电峰测量数据
计数
阈值 (（V ）)
4
由上面数据画出能量刻度曲线
由图得到能量线性关系
E (x p ) =E 0+Gx p =-0.06292+0.18615x p
六、 实验结论与分析
1. 实验测得
137
Cs 的能谱图，在射线峰和反散射峰附近有多处峰值，自己无法区分，可能
60
是由于Co 在附近的影响，能谱出现波动。
2. 通过数据所得能量分辨率可知，实验所用谱仪的能量分辨率比较好，约为6.97%。 3. 由数据所得谱仪的能量刻度曲线，说明该谱仪具有良好的能量线性关系。
七、 注意事项
1、 实验调节高压，观察探头波形时要适度调节，依照实验书中所示波形图，保证探头正常
工作。
2、 实验中欲得到较理想的刻度曲线，还需注意放大器及单道分析器甄别阈的线性，进行必
要的检查调整；进行未知γ能量的测量时，必须保持其测量条件与能量刻度时的相同，若测量条件有较大变化时，应重新刻度。
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