引言:随着γ射线在现代生活中的运用愈来愈普遍,因此测量物质对γ射线的吸收规律显得很重要。例如,能够准确的通过物质对γ射线的吸收规律来选择正真适合的材料及厚度,进而有效地屏蔽γ辐射,反之,也可通过物质对γ射线的吸收规律能够直接进行探伤及测厚等。我们已通过实验9-3对“物质对γ射线的吸收规律”有了一定的了解,实验9-3是测定Al和Sb对γ射线的吸收系数。通过镍铬合金与铅这二种材料的比较可得出镍铬合金对γ射线的吸收远高于传统的屏蔽材料铅。因此,镍铬合金可以轻松又有效地利用在辐射防护射线屏蔽方面,从而对辐射防护的材料选择上提出新的见解。本实验是要测定镍铬合金对γ射线的吸收系数,并利用实验结果测量一块未知镍铬合金的厚度。本实验与实验9-3的实验原理与实验方法相同,具体的见下文:

  γ辐射是处于激发态原子核损失能量的最显著方式,γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数Z和质量数A均保持不变的退激发过程。带电粒子(a或b粒子等)在一连串的多次电离和激发事件中不断地损失其能量,而γ射线与物质的相互作用却在单次事件中便能导致完全的吸收或散射。简单地说,光子(γ射线)会与下列带电体发生相互作用:1)被束缚在原子中的电子;2)自由电子(单个电子);3)库仑场(核或电子的);4)核子(单个核子或整个核)。

  这些类型的相互作用可以导致下列三种效应中的一种:1)光子的完全吸收;2)弹性散射;

  3)非弹性散射。分别对应产生:1)光电效应;2)康普顿效应;3)电子对效应。

  本实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束,通过吸收片后的γ光子,仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。“窄束”一词是实验上通过准直器得到细小的束而取名。这里所说的“窄束”并不是指几何学上的细小,而是指物理意义上的“窄束”。即使射线束有一定宽度,只要其中没有散射光子,就可称之为“窄束”。

  窄束γ射线在穿过物质时,由于上述三种效应,其强度就会减弱,此现状称为γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律,即

  其中,I0、I分别是穿过物质前、后的γ射线强度,x是γ射线穿过的物质的厚度(单位cm),σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和,N是吸收物质单位体积中的原子数,μ是物质的线性吸收系数(μ=σrN,单位为cm)。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。

  式中、、分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数;其中:、、(Z为物质的原子序数)。γ射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量Eg和吸收物质的原子序数Z而改变。γ射线的线性吸收系数μ是三种效应的线性吸收系数之和。右图给出了铅对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的线性关系。

  实际工作中常用质量厚度Rm(g/cm2)来表示吸收体厚度,以消除密度的影响。因此(1—1)式可表达为