《射线的吸收》报告

实验思考
1．设铅的μ=1/cm，铝的μ=0.2/cm，为了使γ辐射强度将为原来的1/10，所需要防护层厚度各位多少厘米？
答：（1）对于铅所需防护层厚度为
（2）对于铝所需防护层厚度为
2．待测的透射后γ光子的能量与入射光子的能量是否相同？为什么？
答：本实验采用的放射源为Cs—137（能量0.66MeV)。这一能量范围附近γ射线与吸收物质相互作用的三种效应主要以康普顿效应为主。光子与吸收物质的核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化。
编号
1
2
3
4
1+4
厚度（cm）
1.012
1.462
2.000
2.460
3.472
计数n
11713
10434
9174
8352
7117
根据式（6）、（7）得到：
算出：a=-0.4187。故得：
铜样品的线性吸收系数为
铜样品半吸收厚度为
最小二乘法曲线拟合如下图：
（3）铝片对γ射线的吸收系数的测量
编号
1
2
3
4
实验原理
当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量；γ射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为 的光子就消失，或散射后能量改变、并偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射γ束中移去。γ射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移；它不同于带电粒子穿过物质时，经过许多次小能量转移的碰撞来损失它的能量。带电粒子在物质中是逐渐损失能量，最后停止下来，有射程概念；γ射线穿过物质时，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”来表示γ射线对物质的穿透情况。
（5）
显然， 也是吸收物质的原子序数Z和γ射线能量 的函数。利用半吸收厚度，可以粗略估计γ射线的能量。
实验仪器
NaI闪烁体计数器，放射源Cs-137,铝片、铜片、铅片各若干，游标卡尺。测量装置如图3所示。
图3 测量装置
实验内容
1．实验步骤
（1）本底测量，关闭放射源射线出口，重复进行三次本底测量，取平均；
编号i
1
1+2
1+2+3
1+2+3+4
1+2+3+4+5
厚度（cm）
0.230
0.450
0.656
0.876
1.086
计数n
13724
12211
10471
9216
8577
根据式（6）、（7）得到：
算出：a=-1.0030。故得：
铅样品的线性吸收系数为
铅样品的半吸收厚度为
最小二乘法曲线拟合如下图：
（2）铜片对γ射线的吸收系数的测量
（3）
对两边同时取对数，得：
Baidu Nhomakorabea（4）
显然，lnn与 具有线性关系，如图2所示。
图2lnn-x曲线
通常，为了减小测量误差，提高测量结果的精度，实验时先测量多组 与x的值，再进行曲线拟合即可。
有时，物质对γ射线的吸收能力也用“半吸收厚度”表示，它是指使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质厚度，记作 ，由（1）式可见
本实验主要研究的是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的γ光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。“窄束”一词是实验上通过准直器得到细小的束而取名。这里所说的“窄束”并不是指几何学上的细小，而是指物理意义上的“窄束”。即使射线束有一定宽度，只要其中没有散射光子，就可称之为“窄束”。
窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即：
（1）
其中， 是入射γ射线强度， 是透射γ射线强度，x是γ射线穿透的样品厚度，μ是样品的线性吸收系数。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。
需要注意的是，吸收系数μ是物质的原子序数和γ射线能量的函数。γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都随吸收物质的原子序数和入射γ射线的能量改变，因而，γ射线的线性吸收系数μ是三种效应的线性吸收系数之和，即：
1+4
厚度（cm）
1.020
1.480
1.956
2.456
3.476
计数n
14618
13905
13463
12760
11744
根据式（6）、（7）得到：
算出：a=-0.1362。故得：
铝样品的线性吸收系数为
铝样品的半吸收厚度为
最小二乘法曲线拟合如下图：
5．总结
通过实验，我们可以发现不同的物质对γ射线的吸收能力是不同的,实际上即使是同一种物质，它对不同能量的γ射线的吸收能力也是不同的。在相同的厚度条件下，铅对γ射线的吸收能力大大高于其他两种材料，这也正是铅服用来防护γ射线辐射的原因。
射线的吸收
摘 要：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射线在不同厚度的样品中的吸收系数。通过对γ射线的吸收特性，分析与物质吸收系数有关的因素。
引言
由于射线与物质的相互作用，使射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱，称为物质对射线的吸收。研究物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等，在防护核辐射、核技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义。本实验是要学习和掌握γ射线与物质相互作用的特性，并且测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数μ。
（3）本底计数：(4390+4727)/2=4556。
3.数据处理方法：最小二乘法
由（4）式： ,设a=-μ，b= , ，得： ,
再设 ,根据最小二乘法： 最小为“最优判据”。故可将函数 对a和b求偏导，令偏导数为零即可。有：
（6）
（7）
由此解出a，b即可。
需要注意的是：式中的
4．数据记录及处理
（1）铅片对γ射线的吸收系数的测量
（2）用游标卡尺量出每一片铅片的厚度；
（3）每次在放射源射线出口处加入两片厚度以知的铅片，计数，测三组数据取平均；
（4）对铜片和铅片重复上述的（2），（3）两步；
（5）数据处理。
2．实验条件
（1）放射源：Cs—137（编号N0.432 强度75.3× 能量0.66MeV)；
（2）统一测量时间：100s；
（2）
式中 、 、 分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数。
下图给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的线性关系。
图1 铅、锡、铜、铝对γ射线的吸收系数和能量的关系
用实验的方法测得透射率 与厚度x的关系曲线，便可根据（1）式求得线性吸收系数μ的值。在相同实验条件下，由于某一时刻的计数次数n总是与该时刻的γ射线强度I成正比，所以（1）式也可以表示为：