内容发布更新时间 : 2024/5/8 20:23:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验9-4 β射线的吸收

和γ射线相比，β射线与物质的相互作用要复杂得多。β射线在吸收物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。通过研究β射线的吸收规律，测量吸收物质对β射线的阻止本领，可以指导β辐射防护的选材及确定厚度。另外，通过测量物质对β射线的吸收系数，或β射线在吸收物质中的射程，可以估算β射线的最大能量，这是鉴别放射性核素的有效办法。

【实验目的】

1、了解β射线与物质相互作用的机理。 2、学习测量β射线最大能量的方法。 3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。

【实验原理】

一、β衰变与β能谱的连续性

放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A相同的核素称为β衰变。β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。

90 图9-4-1 β射线能谱 图9-4-2 38Sr?9039Y源衰变图

二、β射线与物质的相互作用

β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。β射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。此外，β射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。因为β粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上β射线强度减弱。当β射线穿过物质时，由于β射线与物质发生相互作用，使β射线强度减弱的现象称为β射线的吸收。

三、β射线最大能量的测量

常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。

班级：材料物理09-3 学号：09132304 姓名：武甜甜 同组者：张静 1

图9-4-3 β吸收曲线

实验表明，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的增加而减弱，并符合指数衰减规律。但由于β射线的能量不是单一的，而是连续分布的，所以β射线的吸收只是近似符合指数衰减规律，如图9-4-3所示。如图9-4-3中各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难，为此，在实际工作中通常是测量有效射程，来代替最大射程。有效射程不仅与吸收物质的性质有关，而且也与β射线的最大能量E0有关，对于铝吸收体，存在下述经验公式：

当0.8MeV?E0?0.15MeV时，

1.38 （9-4-1） R0?0.407E0当E0?0.8MeV时，

R0?0.542E0?0.133 （9-4-2）

假设β衰变过程中只放出一种β射线，如图9-4-3中（a）所示，吸收曲线可近似用下

式表示

I?I0e??mxm （9-4-3）

对两边取对数，得

lnI?lnI0??mxm （9-4-4）

由于在相同实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的β射线强度I成正比，所以（9-4-3）式和（9-4-4）式也可以表示为

n?n0e??mxm （9-4-5）

lnn?lnn0??mxm （9-4-6）

显然，lnn与xm具有线性关系。在用NaI（Tl）闪烁能谱仪测量β射线能谱时，考虑到β射线的能量分布的连续性，其全谱计数率即为（9-4-5）式和（9-4-6）式中的n。

班级：材料物理09-3 学号：09132304 姓名：武甜甜 同组者：张静

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同有效射程一样，?m也与吸收物质的性质及β射线的最大能量有关。对于铝吸收体，存在经验公式

?m?17 （9-4-7） 1.14E0这样，只要在实验过程中，通过测量β射线在一定吸收物质中的吸收曲线，在曲线上求取R0和?m，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出β射线的最大能量。

四、吸收物质对β射线的阻止本领

β射线在吸收物质中单位路径长度上损失的平均能量定义为吸收物质对β射线的阻止本领（简称阻止本领），记作

dE，实际使用中，为了消除密度的影响，常用的是质量阻止dx本领，即

1dE，其中ρ为吸收物质的密度。 ?dx只要我们能够测量出β射线经过吸收物质前后对应的单能电子能量E0和E1，就可以计算出该吸收物质对能量为E??E0?E1?2的单能电子的质量阻止本领，即

1dEE0?E1 （9-4-8） ??dxdm其中dm为吸收物质层的质量厚度。

【实验装置及器材】

实验所需仪器主要包括横向半圆磁聚焦β谱仪（真空型）、NaI（Tl）闪烁探测器、多道

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脉冲幅度分析器、计算机等，另外还用到γ放射源60Co和137Cs，β放射源Sr—Y。实验装置如图9-4-4所示。

【实验内容】

1、阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的使用方法。

2、仪器开机并调整好工作电压（700~750V）和放大倍数后，预热30分钟左右。 3、在多道分析软件中调整预置时间为600s。

4、用γ放射源60Co和137Cs标定闪烁谱仪，绘制能量刻度曲线，用最小二乘法确定相应的表达式。

5、抽真空，真空度由真空表监测。

6、测量铝在不同能量下对β射线总的质量阻止本领。 左右移动闪烁能谱仪的探头，在加吸收片和不加吸收片两种情况下，分别测量β射线（用

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β放射源Sr—Y）能谱中单能电子峰位对应的多道脉冲幅度分析器的道数。根据道数由能量刻度曲线计算单能电子的能量，进一步得到铝在不同能量下对β射线总的质量阻止本领，并绘制质量阻止本领与探头位置之间的关系曲线。

需要注意的是，由于闪烁体前有一厚度约200 μm的铝质密封窗，周围包有约20μm的铝质反射层，所以单能电子穿过铝质密封窗、铝质反射层后，其损失的部分能量必须进行

班级：材料物理09-3 学号：09132304 姓名：武甜甜 同组者：张静

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