验证γ射线在物质中的吸收

实验三 γ射线在物质中的吸收

1） 实验目的

1.了解γ 射线在物质中的吸收规律； 2.测量γ 射线在不同介质中的吸收系数。

2） 实验原理简介

天然γ射线与物质相互作用的三种主要形式：光电效应、康普顿散射和形成电子对效应。由于三种效应的结果，γ 射线通过物质时发生衰减（吸收），其总衰减系数应为三者之和：

=++

实验证明，γ射线在介质中的衰减服从指数规律：

II0ed,II0emdm

(Ln(I/I0)/d,m(Ln(I/I0))/dm

式中：I为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底）；

I0为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）；

d为介质厚度，单位为cm;

dm为介质面密度，单位为g/cm2；

为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm-1；

m为γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm2；

半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即

I1ln2ln2I0时，d1或=。

22d12

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3）实验设备与器材

γ辐射仪或定标器，水泥、大理石板吸收屏，Ru-233，吸收装置实验台，手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。

4）实验内容与步骤

1．调整装置（如图1），使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上，做窄束γ射线吸收实验；

2.测量本底I0'；

3.将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度I0''；

'4.逐渐增加吸收屏，并按相对误差在x的要求测出对应厚度计数Id，

每个点测三次取平均值；

5.更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变；

6.去掉放射源铅准直器，重复步骤1-5，做宽束γ射线吸收实验，并记录相应数据。

7.比较窄束γ射线穿过物质时的变化规律。

图1 实验装置图（窄束）

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5）实验报告要求

表1 本底数据

读数1 读数2 读数3 均值 85.33

74.6 70.2 76.71 表2 有放射源无吸收介质数据（窄束）

读数1 849.53 读数2 832.6 读数3 838.33 均值 840.153 I0I有源I本底 763.443 表3.数据记录

吸收介质：大理石 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 厚度(mm) 第一次 41.5 65.5 88.5 108 128.5 148.5 168.4 192 211.5 232 253.8 292.8 333.8 7874.06 4957.6 3457.8 2381.4 1656.26 1159.53 796.5 544.33 402.5 296.56 213.3 141.8 101.66 第二次 7915.03 4937.86 3476.43 2406.5 1664.36 1653.6 782.96 542.6 406.03 295.56 216.06 138.96 97.9 第三次 7922.56 4855.76 3458.73 2398.7 1661.76 1149.26 793.43 548.83 403.93 292.5 216.96 143.56 98.36 均值 7903.883 4917.073 3464.32 2395.533 1660.793 1320.797 790.9633 545.2533 404.1533 294.8733 215.44 141.44 99.30667 II平均I本底 Ln(I/I0) 7827.173 4840.363 3387.61 2318.823 1584.083 1244.087 714.2533 468.5433 327.4433 218.1633 138.73 64.73 22.59667 -0.49968 -0.9802 -1.3371 -1.7167 -2.0972 -2.3388 -2.8938 -3.3154 -3.6737 -4.0797 -4.5325 -5.2948 -6.3472

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表4.数据记录：

吸收介质：水泥板 序号 1 2 3 4 5 6 7 厚度（mm） 第一次 100 158 217.9 272.4 324.6 369.7 415.7 3063.6 1232.3 580.26 290.2 171.7 123.7 90.06 第二次 3078.46 1263.26 584 290.76 173.23 125.33 94.6 第三次 3069.23 1257.1 586.2 291.4 167.76 122.83 90.33 均值 3070.43 1250.887 583.4867 290.7867 170.8957 123.9533 91.6633 II平均I本底 Ln(I/I0) 2993.72 1174.177 506.7767 214.0767 94.1867 47.2433 14.9533 -0.8333 -1.0192 -1.8595 -2.7212 -3.5423 -4.2322 -5.3826

在origin中做出两组数据的散点图并连线绘制成吸收线。发现两组数据都存在共同的零点，并且拥有相同的相关性，即与吸收厚度呈负相关。画出如图1所示。

图2 γ射线在不同介质中的吸收曲线

（注：三角为水泥吸收数据，圆点为大理石吸收数据）

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图3.水泥拟合吸收曲线 图4.大理石拟合吸收曲线 由origin分析系统得出斜率（Slope）和截距（Intercept），两种材料比较如图5.

图5. 误差小于或约等于0.1，由数据分析得出两种材料的吸收方程：

水泥：y=-0.01581x+0.1132 大理石：y=-0.01907x+0.29094

表5 吸收系数比较（窄束）

介质 水泥 大理石 原子序数 多种元素 多种元素 半厚度（cm） 20.785 16.69 拟合吸收系数（cm/g） 0.01581 0.01907 1

6）思考题

1．在窄束条件下，对比不同吸收屏时，γ射线吸收实验中计数的变化以及吸收系数的变化，并说明情况；

答：试验中不同的吸收材料对于γ射线的吸收能力差别明显，以水泥和大理石作对比，由你和吸收系数可以看出大理石拥有较高的伽马射线吸收能力，在屏蔽角度看性能优于水泥。

在图2中可以看出大理石相比于水泥数据波动性更大，由图5中的较大误差恰好说明这点，原因是因为水泥混合物拥有更好的均匀性，而大理石均匀性较差，并且材料的中心厚度可能与边缘测量有差异。

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