1 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理学09-2 班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师： NaI 晶体谱仪及γ全能谱分析 【实验目的】 1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。 2、掌握 NaI（Tl）单晶 γ 闪烁能谱仪的几个性能指标和测试方法． 3、观测及分析 γ 全能谱。 4、了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。 【实验原理】 一、闪烁能谱仪测量 γ 能谱的原理 闪烁能谱仪是利用某些荧光物质在带电粒子作用下被激发或电离后，能发射荧光（称为闪烁）的现象来测量能谱的。这种荧光物质常称为闪烁体。 1、闪烁体的发光机制 有机闪烁体包括有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和有机塑料闪烁体等。 最常用的无机晶体是铊激活的碘化钠单晶闪烁体，常记为 NaI（Tl），属离子型晶体。在碘化钠晶体中掺入铊原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级。这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激到价带，这就形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收，不再会产生激发或电离。这说明只有加入少量激活杂质的晶体，才能成为实用的闪烁体。 对于 NaI（Tl）单晶闪烁体而言，其发射光谱最强的波长是 415 nm 的蓝紫光，其强度反映了进人闪烁体内的带电粒子能量的大小。 2、γ 射线与物质的相互作用 γ 射线光子与物质原子相互作用的机制主要有以下三种方式，如图 9-1-1所示。 （1）光电效应 当能量为 Eγ 的入射 γ 光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失。发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应。发射光电子的动能为 ieBEE （9-1-1） Bi为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征 X 射线。这种 X 射线在闪烁体内很容易再产生一次新的光电效应，将能量又转移给光电子，所以闪烁体得到的能量是两次光电效应产生的光电子能量之和。 （2）康普顿效应 γ 光子与自由静止的电子发生碰撞，将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ 光子被散射，改变了原来的能量和方向。反冲电子的动能为 图 9-1-1 γ 射线光子与物质原子相互作用 2 cos1120EcmEEe （9-1-2） 式中20cm为电子静...
