正比计数管测量X射线的吸收和特征谱
一、实验目的：（1）、学习使用正比计数器并熟悉其工作原理（2）、了解X射线与物质的相互作用，及其在物质中的吸收规律；（3）、测量Cu的源激发X射线在Al中的质量吸收系数；（4）、验证元素特征X射线能量与原子序数Z的关系（莫塞莱关系）；二、实验仪器：Be窗正比计数器1个、FH423电荷灵敏前置放大器1个、FH426B高压电源1个、FH1031A型低压电源1个、FH1002A线形放大器1个、UMS微机多道采集系统、样品台和屏蔽体1套238PuX射线源1个、55FeX射线源1个、金属膜样品Ge、Z
、Cu、Fe、Cr、Ti各一个、未知金属样品三个、不同厚度的Al吸收片（0、2、4、6、8、10、12、14）三、实验原理：（1）X射线的吸收一束单色X射线垂直入射到吸收体上时，通过吸收体后，其强度将减弱，即X射线被物质吸收。这一过程分为吸收和散射两部分。其中吸收主要是光电吸收效应，即X射线激发原子内层电子逃逸后，高层电子跃迁发射本征X射线（其中最主要的K线系本征X射线）或放出俄歇电子（对轻元素发生机率较大）。散射主要是X射线与核外电子相互作用发生不改变波长的汤姆孙散射和改变波长的康普顿散射两个过程。理论上X射线垂直通过厚度为t的物质后，强度衰减为
ItI0e
t
其中，为该物质对某一能量X射线的线性吸收系数，Nσ，N为原子的数密度，σ为截面。吸收系数除以物质的质量密度就是物质的质量吸收系数为m
m
cm
2
g
NAA
所以
ItI0e
mt
Al吸收体在X射线能量为15596keV到620keV之间时，质量吸收系数的经验公式为
m1616123981E
27345
（2）X射线的特征谱根据玻尔理论，核外电子跃迁时放出的光子能量为
Z
2
2m0e
2
4
h
2

1
1
2

1
2
2

1
f其中
1
2位电子终态、始态所处壳层的主量子数，对Kα线系
11
22，根据特征X射线的能量，可以分辨吸收体的元素种类。莫塞莱在实验中发现，轻元素的原子序数与Kα及Lα系特征X射线的频率12v之间存在线性关系。Kα系的关系为
h
12
kZ1
（3）源激发X射线源激发X射线是指由低能γ源、X射线源或轫致辐射源照射样品，激发样品原子的核外电子产生相应元素的本征X射线。激发源的活度一般在1mCi至1Ci之间，本实验中采用的是238Pu源。同时，源激发的本征X射线产额较低，因而需要有高分辨的探测器才能达到较好的效果。（4）正比计数器正比计数器的工作原理是当气体电离室r