一、实验目的

（一）了解谱仪的使用方法

（二）学会分析实测γ射线仪器谱的特征。

（三）深入理解形成γ射线仪器谱的原因。

二、实验内容

（一）学习调整测谱装置和谱仪的正常工作状态。

（二）测量¹³⁷Cs源的γ射线仪器谱，分析讨论其产生的原因。

（三）测量⁶⁰Co-源的γ射线仪器谱，计算谱峰，分析产生的可能原因。

三、实验原理

入射γ射线与闪烁体相作用，会发生光电效应、康普顿散射、电子对效应。前二者会产生电子（光电子、反冲电子），后者会产生正负电子对，这些电子统称为次级电子，其获得的动能可列表如下：

表2-1   γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程

次级电子能量消耗于闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发、继而产生荧光。荧光被光电倍增管阴极转换成光电子，这些光电子经倍增管倍增，最后在其阳极负载电阻上形成电压脉冲。由表2-1可知，三种效应产生的次级电子能量各不相同，致使谱仪产生的脉冲幅度也不相等（因为脉冲幅度正比于次级电子能量），即使对一束单能量的γ射线，由闪烁探测器输出的次级电子的电压脉冲幅度分布也会很宽，同时，由于不同能量的次级电子数不同，致使谱仪测得的γ射线谱曲线是复杂的、连续的谱线。因它的产生和形状与仪器性能关系十分密切，故常称为γ射线仪器谱。如图2－1所示。

    图中表明，¹³⁷Cs源的原始γ射线是单能量的，为0．661MeV，但是其γ射线仪器谱却是一条能量连续的谱曲线，¹³⁷Cs 的 γ射线仪器谱由康普顿平台（5）、康普顿边（4）、反散射峰（2）、光电峰（1），K－X射线峰（3）组成。

    前三者是由康普顿散射引起的，如表2-1所列。光电峰系指光电效应引起的脉冲峰，因为能量小于0.3MeV的人射 γ射线作用于NaI（TI）闪烁体晶时，光电效应发生的几率占优势，且其产生的光电子能量Ee几乎等于人射的γ光子能量E_γ，故习惯上称仪器谱上的对应峰为光电峰。Ee等于E_γ的原因是因为光电效应主要发生在K层，在γ射线击出K层电子时，需要克服K层的电子结合能E_k。但是，与击出K层电子的同时，外层电子会迅速填满K层上出现的空穴而发出能量等于E_k的X光子，这个X光子在闪烁体中很快产生光电吸收，将其能量转移给光电子。由于上述两个过程几乎是同时发生的，因此二者的光输出必然叠加在一起，于是光电效应形成的脉冲幅度直接指示了入射γ射线的能量，即Ee=E_γ。因此，光电峰也称全能峰。实际上，在形成光电峰的脉冲中，还可能包含康普顿散射和电子对效应（对E_γ> 1．02MeV的人射 γ射线而言）的叠加（光脉冲叠加）效应产生的脉冲。

     K－X射线峰（3）是¹³⁷Cs的衰变产物钡，在受到γ射线照射时发射K－X射线引起的脉冲峰。

    为了便于分析γ射线仪器谱中各种效应的贡献和实验装置与其周围物质散射对谱形的可能影响，表2－2列出了十二种可能发生的情况，以供分析时参考。表中，γ=E_γ/m₀c²，E_γ为入射γ射线能量。m₀c²=0.51MeV。

    除了上述起始γ射线能量和表2－1中所列情况对仪器谱产生影响外，还有探测器类型、尺寸、分辨率、谱仪工作状态和γ射线源的成分、尺寸、源与闪烁体间的距离等，都是不可忽视的重要影响因素，但是这些因素都是能够统一调试、统一控制的。

四、设备与装置图

（一）设备

 1．配有NaI（TI）闪烁探头的FJ-367探头单道谱仪系统1套。

 2．¹³⁷Cs γ射线源1个。

 3．⁶⁰Coγ射线源1个。

 (二)装置图

 γ射线仪器谱测量装置，如下图所示。

 

 

 

五、实验步骤

（一）检查谱仪各旋纽和开关是否处于正常位置，然后接通电源开启仪器，‘预热”15一30min。

（二）调节仪器处于测谱要求的工作状态（具体要求由实验教师现场指导）。

（三）控装置图的要求，根据放射源的活度大小调节源与探头间的距离，使仪器有适当的计数率。

 （四）测量¹³⁷Cs源的仪器谱，并作图画。

 （五）测量⁶⁰Co源（光源）的仪器谱，并作图。

 （六）重复步骤（四）以检查仪器的稳定性。

六、编写实验报告

    实验报告编写的具体要求如下：

    （－）给出各谱峰的道址。

    （二）由谱仪的能量刻度值（MeV道）求出各谱峰对应的能量。

    （三）勾画出计数率背景曲线，由其高度及形态分析其特点。

七、思考题

    1．γ射线通过物质时能量及照射量率都会降低，当测量全能峰时是否要对探头外壳进行能量和照射量率吸收的校正？

    2．从仪器谱可明显看出：高能量段的峰较宽，低能量段的较窄，原因是什么？

    3．由于受分辨率限制会造成重峰，试给出它们的最大重合量？与不同的能量段有什么关系？

    4．已知两个单能γ射线核素，各自的能量为 1.0MeV和4MeV，试绘制它们可能出现的仪器谱。

    5．实际测定的¹³⁷Cs的仪器谱中，0.661MeV的γ射线全能峰明显显示低能段计数率高，高能段计数率低，原因是什么？