低本底伽瑪γ能譜儀：是測定放射性物質γ射線能量的輻射儀。能譜儀主要有探測器、脈沖幅度分析器、記錄顯示電路三部分組成。

低本底伽瑪γ能譜儀工作時，探測器將不同能量的射線變成相應幅度的電脈沖并加以放大。放大的脈沖送到脈沖幅度分析器加以分離，然后由記錄顯示電路記錄。它既可以測量γ能譜，又可以測量總γ照射量率。γ能譜儀常用于測量巖石或地層的鐳、釷、鉀等含量。一般實驗室用的多道γ能譜儀，CIT-3000F低本底伽瑪γ能譜儀是 河北省虹宇儀器設備有限公司自行研發的新一代智能微機化低本底多道γ譜儀。該儀器是各級質量技術  監督檢驗部門、衛生防疫部門、環境保護、地質勘查、石材評價、科學研究和加工等單位進行²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K放射性  比活度和氡氣定量測試的*檢驗儀器。

 

低本底伽瑪γ能譜儀實驗通過同時測量速度接近光速C的高速電子（ 粒子）的動量和動能來證明狹義相對論的正確性。能量為1MeV 粒子速度為0.94C. 實驗所用 粒子的能量在0.4～2.27MeV范圍。其速度非常接近光速C。所以能驗證動質能的相對論關系。學習磁譜儀的測量原理及其他核物理的實驗方法和技術。γ射線是原子核衰變或裂變時放出的輻射，本質上它是一種能量比可見光和X射線高得多的電磁輻射。利用γ射線和物質相互作用的規律，人們設計和制造了多種類型的射線探測器。閃爍探測器即是其中之一。它是利用某些物質在射線作用下發光的特性來探測射線的儀器，既能測量射線的強度，也能測量射線的能量，在核物理研究和放射性同位素測量中得到廣泛的應用。本實驗介紹一種常用的γ射線測量儀器：*單晶γ射線探測儀及 粒子的動量和動能相對論效應。
低本底伽瑪γ能譜儀配置1、  智能化低本底多道γ能譜儀1024道主機一臺；[符合γ譜儀檢定規程（JJG 417）]
      2、  高靈敏低鉀NaI（Tl）能譜探頭一個（Ф75×75mm）；[符合γ譜儀檢定規程（JJG 417）]
      3、  新一代標準鉛室1套（壁厚100mm，內徑200mm）；[符合γ譜儀檢定規程（JJG 417）]
      4、  標準物質容器一套；
      5、  系統操作軟件一套；
      6、  通訊電纜一根；
      7、  國家放射性標準物質一套（鐳、釷、鉀各一份）；
      8、  國家放射性標準物質證書3份（鐳、釷、鉀各一份）；
      9、  放射性標準樣品盒一套；
      10、 *儀器鑒定證書一份（中國測試技術研究院）；
      11、 用戶使用說明書一份；
      12、 品牌電腦一臺；
      13、 打印機一臺（選配品）；　

低本底伽瑪γ能譜儀【實驗目的】
 

 

　　1、了解閃爍探測器的結構、原理。
 

 

　　2、掌握NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的幾個性能指標和測試方法。
 

 

　　3、測量快速電子的動能和動量。
 

 

　　4、驗證快速電子的動量與動能的關系符合相對論效應。
 

 

低本底伽瑪γ能譜儀【實驗原理】
核輻射與某些物質相互作用會使其電離、激發而發射熒光，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的。下圖是閃爍探測器組成的示意圖。閃爍探測器有閃爍體、光電倍增管和相應的電子儀器三個主要部分組成。上圖中探測器zui前端是一個對射線靈敏并能產生閃爍光的閃爍體，當射線（如γ、?）進入閃爍體時，在某一地點產生次級電子，它使閃爍體分子電離和激發，退激時發出大量光子（一般光譜范圍從可見光到紫外光，并且光子向四面八方發射出去）。在閃爍體周圍包以反射物質，使光子集中向光電倍增管方向射出去。
低本底伽瑪γ能譜儀所謂射線的能譜，是指各種不同能量粒子的相對強度分布；把它畫到以能量E為橫坐標，單位時間內測到的射線粒子數為縱坐標的圖上是一條曲線。根據這條曲線，我們可以清楚地看到此種射線中各種能量的粒子所占的百分比。在單道中還有一個窗寬?V，使幅度大于V0+?V的脈沖亦被擋住，只讓幅度為 的信號通過，單道脈沖分析器的功能是把線性脈沖放大器的輸出脈沖按高度分類：若線性脈沖放大器的輸出是0~10V，如果把它按脈沖高度分成500級，或稱為500道，則每道寬度為0.02V，也就是輸出脈沖的高度按0.02V的級差來分類。逐點增加V0，這樣就可以測出整個譜形。
低本底伽瑪γ能譜儀γ射線與物質相互作用時可能產生三種效應：光電效應、康普頓效應和電子對效應，這三種效應產生的次級電子在NaI（Tl）晶體中產生閃爍發光；如光電效應 康普頓效應 電子對效應
 

 

　　圖1 ?射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
 

 

　　表1 γ射線在NaI（Tl）閃爍體中相互作用的基本過程
 

 

　　基本過程 次級電子獲得的能量T
 

 

　　1） 光電效應
 

 

　　γ+原子→原子激發或→離子激發+電子 （該層電子結合能）
 

 

　　2） 康普頓效應
 

 

　　γ+電子→ （散射）+反沖電子
 

 

　　按 ， ；?為散射角，從0至zui大能量 連續分布，峰值在zui大能量處。
 

 

　　3） 電子對產生
 

 

　　γ+原子→原子+ +
 

 

　　電子對均分能量
 

 

　　核輻射與某些物質相互作用會使其電離、激發而發射熒光，閃爍探測器就是利用這一特性來工作的。下圖是閃爍探測器組成的示意圖。閃爍探測器有閃爍體、光電倍增管和相應的
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀歸結起來，閃爍探測器的工作可分為五個相互的過程：
 

 

　　1） 射線進入閃爍體，與之發生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發；
 

 

　　2） 受激原子、分子退激時發射熒光光子；
 

 

　　3）利用反射物和光導將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應，光子在光陰極上擊出光電子；
 

 

　　4） 光電子在光電倍增管中倍增，數量由一個增加到104~109個，電子流在陽極負載上產生電信號；
 

 

　　5） 此信號由電子儀器記錄和分析。
 

 

　　通常NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的能量分辨率以137CS的0.661MeV單能γ射線為標準，它的值一般是10%左右，可達6~7%。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀探測器的線性問題：
 

 

　　能量的線性就是指輸出的脈沖幅度與帶電粒子的能量是否有線性關系，以及線性范圍的大小。
 

 

　　NaI（Tl）單晶的熒光輸出在150KeV<EΥ<6MeV的范圍內和射線能量是成正比的。但是NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀的線性好壞還取決于閃爍譜儀的工作狀況。
 

 

　　單道是逐點改變甄別電壓進行計數，測量不太方便而且費時，因而在本實驗裝置中采用了多道脈沖分析器。多道脈沖分析器的作用相當于數百個單道分析器與定標器，它主要由0~10V的A/D轉換器和存儲器組成，脈沖經過A/D轉換器后即按高度大小轉換成與脈高成正比的數字輸出，因此可以同時對不同幅度的脈沖進行計數，一次測量可得到整個能譜曲線，既可靠方便又省時。
 

 

　　由于單能γ射線所產生的這三種次級電子能量各不相同，甚至對康普頓效應是連續的，因此相應一種單能γ射線，閃爍探頭輸出的脈沖幅度譜也是連續的。
 

 

　　NaI（Tl）譜儀測得的137Cs的γ能譜
 

 

　　如下頁圖所示，測得的γ能譜有三個峰和一個平臺。zui右邊的峰A稱為峰，這一脈沖幅度直接反映γ射線的能量即0.661MeV；上面已經分析過，這個峰中包含光電效應及多次效應的貢獻，本實驗裝置的閃爍探測器對0.661MeV的γ射線能量分辨率為7.5%。
 

 

　　平臺狀曲線B是康普頓效應的貢獻，其特征是散射光子逃逸后留下一個能量從0到 的連續的電子譜。
 

 

　　峰C是反散射峰。由γ射線透過閃爍體射在光電倍增管的光陰極上發生康普頓反散射或γ射線在源及周圍物質上發生康普頓反散射，而反散射光子進入閃爍體通過光電效應而被記錄所致。這就構成反散射峰。
 

 

　　峰D是X射線峰，它是由137Ba的K層特征X射線貢獻的。137Cs的?衰變體137Ba的0.661MeV激發態在放出內轉換電子后造成K空位，外層電子躍遷后產生此X光子。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀【實驗內容】
 

 

　　1.NaI（Tl）單晶γ閃爍譜儀整套裝置的操作、調整和使用，調試一臺譜儀至正常工作狀態。
 

 

　　2.137Cs、60Co的γ能譜，求出能量分辨率、峰康比、線性等各項指標，并分析譜形。
 

 

　　3.多道脈沖幅度分析器在NaI（Tl）單晶γ譜測量中的數據采集及其基本功能。
 

 

　　4.處理（包括對譜形進行光滑、尋峰，曲線擬合等）。
 

 

　　5. 測量快速電子的動量。
 

 

　　6. 測量快速電子的動能。
 

 

　　7. 驗證快速電子的動量與動能之間的關系符合相對論效應。
 

 

　　低本底伽瑪γ能譜儀【實驗裝置】
 

 

　　實驗器材包括：①γ放射源137Cs和60Co（強度≈1.5微居里）；②200?mAl窗NaI（Tl）閃爍探頭；③高壓電源、放大器、多道脈沖幅度分析器。

技術/