概述

α、β、γ射线是三种学习中常遇到的射线。α射线是氦核； β射线是电子； γ射线是光子。三者的性质相差极大，与原子的相互作用情况有很大不同。了解这三种射线在物质中的行为会使我们对粒子和原子的相互作用有深入认识。

所作的实验

n        137Cs放出的γ射线通过不同厚度的锌、铜、铁、铝等金属时的吸收。

当γ射线穿过物质时，与物质作用发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，γ射线损失能量。总效应是γ射线通过物质后强度减弱。这种衰减遵循指数规律：

μ表示单位路程上γ射线与物质发生三种相互作用的总几率。

三种效应的反应截面与原子序数有关：

       

三种效应的相对重要性：光电效应在低E高Z区占优；康普顿效应在中E中Z区占优；电子对效应在高E高Z区占优。

不同物质，吸收系数不同。

处理数据的方法：对数拟合，求得斜率的绝对值即为μ

 

n        90Sr放出的β射线通过不同厚度的铝箔时的吸收。

β射线在通过物质的过程中发生的主要作用有：与原子核的库仑作用和与核外电子的碰撞（电离）。低能β射线以电离作用为主。

电子质量小，电离作用会改变电子的运动方向，在物质中的路径是折线。β射线能量连续，没有确定的射程 。β射线通过物质后的衰减是多种单能电子衰减曲线的叠加，近似遵循指数规律：

对铝有经验公式：

 

n        241Am放出的α射线通过不同介质时的能量损失。

天然放射性物质放出的α粒子能量在3--8MeV之间，核反应截面很小，产生卢瑟福散射的几率也很小，主要是与核外电子的相互作用。α粒子的质量比电子大得多，需经过多次碰撞才损失较多的能量。碰撞过程中，α粒子的运动方向基本不变化，通过物质的射程接近直线。

线性阻止本领S即带电粒子在吸收体内单位路程上的能量损失：

 

实验装置及测量方法

n        实验装置

实验装置图

=      放射源241Am(能量: 5.485MeV)，在测量室中可以加入各种介质，如铝箔或抽真空。

=      用金硅面垒半导体α探测器测量。

=      输出的电脉冲信号经放大后由多道分析器测出幅度的分布。

=      用相应软件完成对数据的分析。

n        测量方法

=      打开电源，将收集电压置于110V左右。

=      使用软件Winmcal记录收集的数据。

=      设定记数时间为2分钟。

=      计数完毕后，使用软件中的寻峰功能，确定所测各条能谱的峰位、半高宽度。

=      分别测量 α粒子经过真空、空气、真空中的铝箔和空气中的铝箔等四种不同介质的能谱。

 

实验结果及讨论

n        实验结果

=      介质为真空：

峰位：768.54chn  半宽度：9.28chn

=      介质为空气：

峰位：615.35chn   半宽度：19.00chn

=      介质为真空中的铝箔：

峰位：523.12chn   半宽度：43.27chn

=      介质为空气中的铝箔：

峰位：305.00 chn   半宽度：60.66chn

n        结论：

=      峰位：铝箔<空气<真空

=      半宽度：铝箔>空气>真空

n        讨论（1）

=      峰位：

真空     >   空气   >   真空+铝箔   >   空气+铝箔

（768.54）   （615.35 ）   （523.12）       （305.00）

=      α粒子电离介质原子，自身损失能量。介质对α粒子的作用强弱直接影响α粒子进入半导体探测器时的能量。

=      峰位是α粒子能量的直接体现。

n        讨论（2）

=      半宽度：

真空   <   空气   <   真空+铝箔   <   空气+铝箔

（9.28）    （19.00）     （43.27）        （60.66）

=      峰的展宽来源：

=      峰的展宽体现能量分布。

n        感想

两年的基础物理实验即将结束，它教给我们基本的实验技能和正确的实验态度。以后如果还有实验，就是各专业的专业实验了，那会是真正的考验。做实验除了要先了解清楚原理和方法外，还要有足够的恒心和毅力。另外，最好能有自己的想法，这样对实验能够理解得更深刻一些，这恐怕是目前我们比较缺乏的吧。祝同学们在以后的实验中一帆风顺！