1、實驗10 B能譜的測量實驗目的1. 了解B能譜的特點及其測量方法。2. 學會用居里描繪方法分析B能譜。3. 學習應用居里描繪、比擬半衰期及內轉換系數分支比等方法判斷躍遷的性質，并得 到有關核結構的知識。實驗內容1. 用高反壓Au-Si面壘探測器測量137Cs的B能譜。2. 作居里描繪圖，確定137Cs B粒子的最大能量。3. 用logfT 1/2值判斷躍遷級次，作形狀因子修正后的居里描繪并確定B粒子的最大能 量。4. 計算137Cs 0.662MeV的丫射線的內轉換系數分支比，并確定丫躍遷的多極性。 原理B衰變指核自發地發射出 B粒子或俘獲一個軌道電子而發生的轉變。這一過程在核素表的所有核素范

2、圍內幾乎都能發生，因此對B衰變的研究，特別是B能譜測量及分析在核衰變與核結構研究以及同位素應用中均具有重要的意義。1. B能譜與居里描繪在B衰變過程中，發射 B粒子的同時還發射出中微 子或反中微子，因此B衰變能量在反沖核、B粒子及中 微子三者間分配。B粒子的能量沒有一個確定值，而是連 續分布，其最大能量 E gax為衰變能。一般 B能譜形狀如 圖1所示。根據經典的B衰變的費米理論，可以導出B粒子的N(p)dp -2 2g Mc c 3 3 檸72兀動量分布為：2 2F(Z,p)(E ：max -E ：) p dp2 2=KF (Z , p)( E :max - E ：) p dp( 1)如果使

3、用修正的費米函數G(Z, p) = F(Z,p)代替1式中的FZ,p，那么得到:' 2N(Jd =KG(Z, p)(E -：max - E J d -(2)整理后為 丄 | N ® ® 1= K'(Bmax 國砂(3)訶G(Z,p) 一H一2E B其中E B為B粒子的動能(MeV ) ； 為B粒子的總能量(m°c )、CO p = +1； Wmax為m°cB粒子的總能量moc2、®閔 =+1 ； p為B粒子的動量、P = ®p 11/2 ； FZ,pm°c為費米函數；K、K '對于容許躍遷是常數。將實

4、驗測得的B能譜，| N佝I對 沖作圖，使用這種方法來表示實驗結果的 彰GZ,p一圖稱為居里描繪。對于容許躍遷的居里描繪為一直線，因此該直線外推到與3卩軸之交點,即可比擬精確地確定 E gax。對于禁戒躍遷，居里描繪往往不是一條直線，但是選擇適宜的形狀因子SnE修正后,如果得到直線的居里描繪圖那么可以肯定這種躍遷是唯一型禁戒躍遷，其禁戒級次由SnE的級次n決定。修正后的居里描繪公式為-/2盤Wife =K'紳砂對唯一型一級和二級躍遷有:2 2SE = -1|.max -S2E ='2 -1 "max 一 4 ¥ '2 一1max 一 J'3通常

5、更簡便的方法是采用比擬半衰期fT1值來判斷躍遷級次。本實驗附錄1中給出了2各級躍遷的log fT1值的范圍。T1為母核的半衰期秒f為E imax和子核原子序數Z的函2 2數。當試驗上確定 B能譜的El:：.max后，根據、Z等可由圖2中求得log仃1值。2 2對于復雜B譜需要用居里描繪進行分解，求出各組B粒子的最大能量，再由 B譜的形狀因子及logfT1/2值來判斷躍遷類型或級次，并可由B譜所包圍的面積計算出各組 B粒子的相對強度。2 內轉換系數分支比和丫躍遷得類型及多級性在許多核連續B譜背景上出現明顯得單能電子峰。這是由于原子核從激發態躍遷到較低態或基態時，除發射丫光子外，還可以把激發能直接

6、交給原子的殼層電子而發射出電子。 種現象稱為內轉換，它與 B衰變過程完全不同。其放出的電子稱為內轉換電子，能量為Ei = E -W其中E是丫躍遷的能量，i表示原子的不同殼層如 K層、L層、M層Wi是i殼層電子的結合能。這些內轉換電子具有單一確實定的能量，因此可用來對B譜議進行能量刻度。內轉換系數a定義為，在原子核兩狀態間發射內轉換電子和丫光子幾率之比即式中鼻、，和Ne、N分別相應于發射內轉換電子和丫光子的幾率及單位時間的發射數目。：kNkN內轉換系數可由實驗測定，也可以由理論計算得出， 比擬實驗值與理論值便能夠確定丫躍遷的內型及多級性，從而獲得有關能級特性的知識。但直接測量內轉換系數是比擬困難

7、的，而測量內轉換系數分支比可有更高的精度，因此，常常是通過內轉換系數分支比來與理論作比擬。不同殼層或支殼層內轉換系數之比方L/K比定義為KL NNk、Ni表示單位時間K層及L層發射的內轉換電子數目。實驗上，只要B譜議有較高的能量分辨率，能夠將 K和L層內轉換電子峰分開，就可Kk以由峰下面積求出 K比。附錄中給出了 137Ba內轉換系數及其 K比的理論值。LLB射線穿透力較強，例如 1MeV的電子在硅中射程約為 1mm。因此，供B譜議使用的半導體探測器必須具有足夠厚的耗盡層。一般選用Si(Li)探測器或厚耗盡層的 Au-Si面壘探測器。本實驗選用高分壓 Au-Si面壘探測器配以低噪聲電荷靈敏放大

8、器，在室溫、非真空條件下，用多道分析器進行能譜測量。實驗裝置實驗儀器高反壓Au-Si面壘探測器電荷靈敏放大器多道分析器高壓電源脈沖示波器137Cs204TI放射源實驗步驟耐壓600伏以上1個FH-432 耐壓 500-600 伏 1臺FH-4211臺300-2000伏連續可調1臺SBM-101臺幾十微居1個1.測量137Cs的B譜和內轉換電子譜。1按圖連接各儀器，并根據給定的探測器偏壓、電荷靈敏放大器的放大倍數等條件使譜議處于正常工作狀態。置源于探頭前源架上并用示波器觀察137Cs源脈沖信號。2將信號送入多道分析器，進行能譜測量。測量時間要足夠長，以使137Cs內轉換峰有足夠多的計數。2. 同

9、上條件測量204ti B譜。3. 用脈沖發生器對系統進行線性刻度。1將脈沖發生器信號輸入到多道分析器，調節脈沖幅度Vi，在多道道址上找到與它對應的道數Hi。2改變脈沖輸出幅度為 V2、V3測得與它們相對應得道數H2、H3直測到多道分析器得最高道數為止，并注意校準零道閾附近之值。4. 數據處理結果分析及數據處理思考題1. 試說明實驗中為什么選用137Cs內轉換電子峰作能量刻度，而不用137Cs的丫射線作能量刻度？2. 試訴能否測量到60Co源的內轉換電子峰。3. 137Ba基態自旋1=3/2、宇稱n=+ 1，根據你的試驗結果能得出137Ba核有關能級特性的知識？4. 如何從居里標繪得到多成份B譜

10、的各組B成份的相對強度？5. 試根據你修正后的137Cs 204ti 居里描繪圖，畫出校正后的B能譜，并討論所測3譜低能局部產生畸變的主要原因。附錄B衰変躍遷級次的分類w躍遷級次1居輕繪1 loe/r,/,客許Of ±1+1a絞3T 一銀談戒 唯一型一級衆戒。甜一1S|修王后為宜經698105二級禁戒 唯一 58二圾蔡戒fi+1S,修正恵為宜今 1013三級兼戒 唯一型三級禁戒-1&修正后為直線 1618PGPGPG0.06.2701.2S.7B24.05.0300.16.2611.45.7104.S4.9490.26.2341.65.B406.04.8660.36U911.85.5746.04.7310“6.1372.05.5107.04.5190.56.0822.25.4508.04血40.86.0302.45.39294.4400.76,