伽瑪射線能譜儀工作原理

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1、光電效應(yīng):光照射到金屬上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。只要光的頻率超過(guò)某一極限頻率，受光照射的金屬表面立即就會(huì)逸岀光電子，發(fā)生光電效應(yīng)（Photoelectriceffect康普頓效應(yīng)：伽瑪射線通過(guò)實(shí)物物質(zhì)發(fā)生散射時(shí)，散射光中除了有原波長(zhǎng)入0的伽瑪光外，還產(chǎn)生了波長(zhǎng)入〉入0的伽瑪光，其波長(zhǎng)的增量隨散射角的不同而變化，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)（ComptonEffect）o電子對(duì)效應(yīng)：當(dāng)輻射光子能量足夠高時(shí)，在它從原子核旁邊經(jīng)過(guò)時(shí)，在核庫(kù)侖場(chǎng)作用下，輻射光子可能轉(zhuǎn)化成一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子迭種過(guò)程稱作電子對(duì)效應(yīng)Electronpaireffect伽瑪射

2、線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，主要有三種作用過(guò)程：當(dāng)能量較低時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)；當(dāng)能量大于1.02MeV時(shí),可產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)。當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)或電子對(duì)效應(yīng)時(shí)，丫光子被完全吸收；發(fā)生康普頓效應(yīng)時(shí)，丫光子損失部分能量并改變運(yùn)動(dòng)方向，稱之為康普頓散射。由于這些效應(yīng)，使得實(shí)測(cè)的伽瑪射線能量譜線于原始情況有較大差異，計(jì)數(shù)率和譜線成分都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，特別是康普頓散射作用，使伽瑪射線的能量向低能方向轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步增加了低能頻段的伽瑪射線信息量。這些效應(yīng)除了與伽瑪射線的能量E有關(guān)，還與物質(zhì)的原子序數(shù)Z有關(guān)。他們的截面（幾率）可表示為：T（光電效應(yīng)）?Z4/E2o（康普

3、頓效應(yīng)）?Z/EX（電子對(duì)效應(yīng)）?Z2/（E-1.02）在天然伽瑪射線的能量范圍內(nèi)，巖石中主要產(chǎn)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)，而光電效應(yīng)僅發(fā)生在低能區(qū)。然而傳統(tǒng)的能譜測(cè)量中，常常把伽瑪射線的低能譜頻段作為干擾因素。能量在400keV以下的伽瑪射線約占全譜信息量的80%,野外地面伽瑪射線低能頻段中，除了U、Th系列低能特征譜的貢獻(xiàn)，更多的主要是高能伽瑪射線與巖石土壤等介質(zhì)多次發(fā)生康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)的作用形成的。伽瑪射線經(jīng)過(guò)康普頓效應(yīng)后，能量降低，因此，低能部分的天然伽瑪射線是多次康普頓散射的結(jié)果。在能量小于100keV的低能區(qū)，光電效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這一能區(qū)

4、的伽瑪射線與巖石土壤作用時(shí)，因發(fā)生光電效應(yīng)而被吸收。所以，天然伽瑪射線與巖石土壤作用時(shí)，光電效應(yīng)使得低能組分相對(duì)減少，高能組分相對(duì)提高；而康普頓效應(yīng)產(chǎn)生的次級(jí)散射射線，又提高了能譜成分的低能部分。這兩種效應(yīng)的綜合結(jié)果使能譜成分穩(wěn)定。此時(shí)，在低能區(qū)形成低能峰，其能量和譜線形態(tài)特征主要取決于巖石等介質(zhì)的物質(zhì)成分?！父邏弘娐冯娫醋儞Q脈沖福度分析器—1接口電路應(yīng)用筆記本軟件計(jì)算機(jī)操作臺(tái)伽瑪射線能譜儀電路原理圖探測(cè)器類型主蜃材料土耍覆測(cè)射找種英探測(cè)射線能雖范曲能fit分辨牢探測(cè)效家使用條件閃爍探測(cè)器Nal(Tl)無(wú)機(jī)品體Y?XnkeV?nMeV872%(661

5、kcV)jl+h工作電IE800-1500V績(jī)■便用Csl(T1)無(wú)機(jī)晶體YnkeV~nMeV8-12%(661keV)VTNal(TI)丁作電壓800-1500V常溫使用?價(jià)格較NH(TI)高BGO無(wú)機(jī)晶體YnkeV~nMeV約15%(661keV)好于Nal(TI)工作電壓800-1500V常溫便用?價(jià)格較Nal(TI)高正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管Y,XnkeV*nMeV10-25%(661kcV)幾％工作電壓1500-3500V常溫使用Si(Li)半甘體探測(cè)器⑴硅(鋰溫移)半導(dǎo)體Y.XnkeV*nMeV200cV(5.9kcV)約1%工作電圧800-

6、1500V低使用，價(jià)格昂貴HPGc半導(dǎo)體探測(cè)器【門高純楮半導(dǎo)體Y.XnkeV~nMeV200eV(5.9kcV)約1%工作電壓800-1500V低S-1961C使用，價(jià)格昂貴Si-PIN半導(dǎo)體探測(cè)器⑴Si-photodiode硅光二極管半導(dǎo)體X2-l50keV!86eV(5.9keV)約1%工作電壓9O~IIOV低溫?30€便用，價(jià)格CZT半導(dǎo)體探測(cè)魁⑷CdO.9ZnO.1Te?!鋅誹化合物半導(dǎo)體Y,XKMOOOkcV250cV(5.9keV)約1%工作電壓+400V低溫?30匸使用，價(jià)格昂貴伽瑪能譜測(cè)量是根據(jù)野外條件下，鈾、社、鉀的Y射線能譜曲線的

7、差異，測(cè)盤和計(jì)算出鈾、輕、鉀的含量的測(cè)定鈾、址、鉀三個(gè)元素的含量時(shí)，需要三個(gè)能譜段，三個(gè)譜段的選擇原則是：(1)選用高能段，減少散射Y射線的影響；(2)三個(gè)譜段盡備獨(dú)立，突出有關(guān)元素的貢獻(xiàn)，提高含量計(jì)算的穩(wěn)定性：(3)各譜段道數(shù)盡量多.以提高測(cè)量精度，減少含童計(jì)算誤差?為方便計(jì).仍沿用過(guò)去習(xí)慣了的討論辦法，設(shè)若三個(gè)譜段的選取范圍分別為M譜段l?641?86MeV.N?譜段I?37~l?57MeV,N3譜段24卜2?81MeV,分別計(jì)算三個(gè)譜段的計(jì)數(shù)率N】、N?、N3,它們與鈾、飪、鉀的含就將會(huì)有以下關(guān)系，即:Ni=aiU+b

8、Th+c】KN2=a：U

9、+STh+C2K(3.1)N3=a3U+bjTh+CjK式中，at%b

10、%C

11、bj>cj分別是與不同譜段相關(guān)