伽马γ能谱测量分析近代物理实验报告
γ能谱的测量
中山大学 2013级材料物理
供参（吓）考（你），此报告真心累
数据处理
注：本实验所有数据来自文件“蝙蝠侠”
一、改变高压，保持其他条件不变（通道数1024）观察137Cs能谱变化
图1 改变高压，137Cs能谱变化曲线图
分析：
1.137Cs的γ能谱应该呈现三个峰和一个平台的连续分布，从通道低到高依次为X射
线峰、反散射峰、康普顿效应贡献的平台以及反映γ能量的全能峰。高压越大，统计越明显。
2.随着高压增大，全能峰向右移动，并且高度下降、宽度增大。因为闪烁谱仪能量
分辨率不变，高压增大，道址增大，?V V又不变，则?V大，故宽度变大，高道址的粒子数减少，高度下降。
二、改变通道数，保持其他条件不变（高压500V）观察137Cs能谱变化
分析：（见图2）
1.由于通道数1500后粒子数很少，能谱曲线趋于横轴，故横坐标只取到1500，
方便观察。
2.道数越小，全能峰对应的道址越小，全能峰也越高、越瘦。因为道数越小，则
每个道址包含的能量间隔越大，统计的粒子个数就越多，从而使全能峰越高。
三、60Co的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）
图3 60Co的γ能谱曲线图
分析：
1.因为全能峰可以表示γ射线的能量，60Co两个峰对应的射线能量在图中标出，分别为
1173keV、1333keV。
2.为探究能谱仪的效率曲线，需要知道每个核素测量所得能谱图的全能峰面积。
计算方法如下：
全能峰面积即图中峰与底部线段所围成的面积，可用能谱曲线下的面积减去线段两端与横轴所围成的梯形面积，而能谱曲线下的面积可用线段之间所有道址对应的粒子数的加和来表示。加和结果通过matlab进行求和而得。虽然计算方式较为粗糙，但基本符合。
对于左侧全能峰：S(E)1=7287-(27+60)*(626-551)/2=3981
对于右侧全能峰：S(E)2=5824-(27+13)*(726-626)/2=3824
四、137Cs的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）
图4 137Cs的γ能谱曲线图
分析：
1.全能峰面积为：S(E)=9916-(13+2)*90/2=9241
2.137Cs的γ能谱呈现三个峰和一个平台的连续分布，A为全能峰，这一幅度的脉冲是
0.662MeV的γ光子与闪烁体发生光电效应产生的。B是一个平台，为康普顿效应产生
的，散射光子逃逸，留下连续的电子谱。C为反散射峰，没有被闪烁体吸收的γ光子与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时，反散射光子可能进入闪烁体发生光电效应，从而造成了反散射峰。D为X射线峰，Cs衰变产生β粒子，而变成激发态的Ba，放出内转换电子后，K层空缺，外层电子跃迁到K层产生X光子。因为137Cs的γ射线能量
0.662MeV小于1.02MeV，故只发生光电效应和康普顿散射，而没有发生电子对效应。
五、133Ba的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）
图5 133Ba的γ能谱曲线图
分析：
1.133Ba峰射线能量为356keV。
2.全能峰面积为S(E)=32545-(337+31)*60/2=21505
六、22Na的γ能谱曲线图（500V，通道数2014）
分析：
1.22Na峰射线能量为511keV。
2.全能峰面积为S(E)=4197-(51+49)*48/2=1797
图6 22Na的γ能谱曲线图
七、计算谱仪能量分辨率
对于单晶NaI(TI)γ谱仪来说，能量分辨率是以137Cs的0.662MeV单能γ射线的光电峰为标准的。
根据公式相对分辨率：η=?V V，即谱线的半宽度比上峰值道址。由实验数据及图4可得相关数据，并计算得：η=?V V=320?198309=7.12%
谱仪能量分辨率的值一般在8-15%，较好的可达6-7%，依实验结果来看，实验所用谱仪能量分辨率比较好。
八、能量刻度曲线
放射源60Co 60Co137Cs 133Ba 22Na 道址592 684 309 145 237 能量/keV 1173 1333 662 356 511
表1 各种放射源全能峰对应的道址与能量
以表中数据作出能量刻度曲线如下图：
图7 能量刻度曲线
拟合直线方程为：y=1.824x+89.49。相关系数为0.9997，拟合程度很高，线性很好。与理论线性方程E(X P)=G X P+E0对比，
可得，G=1.824KeV为每道对应的能量间隔，即增益；
E0为零道对应的能量，为89.49KeV。
九、根据当前已知源活度，结合衰变纲图数据，做探测效率曲线
探测效率定义：ε(E)=S(E)TTT?，其中活度A=T0(0.5)t T12?，A0、T1/2查表得
T为测量时间，b为分支比，查阅资料可得，全能峰面积上面算得，整理：放射源133Ba 22Na 137Cs 60Co
能量/keV 356 511 662 1173/1333
A0/kBq 127.0 40.2 48.0 71.8
T1/2/年10.59 2.60 30.17 5.27
A/kBq 25.83 0.0613 27.45 2.93
T/s 100 1200 100 500
S(E) 21505 1797 9241 3981/3824
b/(Bq-s)-10.620 1.81 0.851 0.998/1.00
ε(E) 3.13% 1.35% 0.40% 0.27%/0.26%
表2 探测效率相关数据
图8 谱仪探测效率与能量关系曲线图
用能量、探测效率进行拟合得到ε(E)=9.745?105 E?2.944+0.001461，相关系数为0.986，拟合程度较高。
十、计算未知探测源的射线能量，判断其种类，计算其活度。
图9 未知放射源的γ能谱曲线图
分析：
1.计算未知放射源的能量值，并估计其种类
由图可知，两个峰的道址（横坐标）分别为81、136
根据能量刻度曲线拟合方程y=1.824x+89.49，代入横坐标分别算得两个峰的能量分别为
E1=237.2KeV、E2=337.6KeV
对照放射源衰变纲图，估计未知元素为152Eu，与理论值比较得到表3
能量实验值能量理论值相对误差
全能峰1 237.2 KeV226.8 KeV 4.5%
全能峰2 337.6 KeV332.4 KeV 1.5%
表3 未知源能量数据分析表
相对误差较小，可以基本确定未知放射源为152Eu。
2.计算未知放射源的活度
根据探测效率的公式变形可得活度A=S(E)Tε(E)T
?
由图计算全能峰面积S(E)1=26342-(381+296)*(105-57)/2=10094
S(E)2=38992-(296+210)*(162-105)/2=24571
T=100s，b1=0.0755，b2=0.266，又根据实验能量值E1=237.2KeV、E2=337.6KeV 代入拟合方程：ε(E)=9.745?105 E?2.944+0.001461
算得实验所测效率、活度实验值，并与152Eu的理论活度对比如下表：
ε(E)实验值A实验值/KBq A理论值/KBq 相对误差
全能峰1 10.06 132.90
140 5.1%
全能峰2 3.65 252.07 80.0%
表4 活度数据分析表
误差分析：
a.探测效率曲线拟合不够精确，因为数据点不够，而且拟合情况多样。
b.未知探测源实验测得能量比已知探测源的能量都低，可能不在合适的拟合范围内。
c.实验仪器本身不够精确；一些数据处理方法不够精确，如全能峰面积的计算、道址
选取等。