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β吸收实验报告
篇一:β射线的吸收
中国石油大学近代物理实验实验报告成班级: 姓名: 同组者:
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
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β射线具有连续的能量分布,如图9-4-1所示。以本实验所用的38Sr?9039Yβ源为例,其衰9090变图如图9-4-2所示。,,,衰变后39Y,,9090成为40Zr,因而38Sr?。
图9-4-1 β射线能谱图9-4-2 38Sr?39Y源衰变图
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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
β射线的能量是连续分布的,对于确定的放射源,有确定的最大能量E0,因此,如果能够测量出β射线的最大能量E0,则可以判别放射性核素的种类,其为放射性测量的一项重要内容。常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。
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。图中横轴xm为吸收物质的质量厚度,等于吸收物质层厚度x与物质密度ρ的乘积,单位采用g/cm。R0为有效射程,代表使β射线强度降为10的吸收物质层厚度,也采用g/cm作为单位。由于β射线与物质相互作用时会放生轫致辐射,并且放射性核素β衰变时还伴随有γ射线,所以在测量β射线的吸收曲线时,即使吸收物质层厚度已经超过β射线的最大射程(用R表示,代表β射线全部被吸收时的吸收物质层厚度),仍会测量到高于本底的计数,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:
?E0?,

(9-4-1) R0?
-4
2
2
当E0?,
R0??(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)
其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的β射线强度,xm是吸收物质的质量厚度,?m是吸收物质的质量吸收系数。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