【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 結(jié)果 ...................................................... 30 使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的處理結(jié)果 .................................................................. 33 誤差分析 ........................................................................................................ 36 6 結(jié)論與展望 ........................................................................................................................................ 38 結(jié)論 ................................................................................................................ 38 展望 ................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................. 40 致 謝 .................................................................................................................................................. 41 附錄 A 使用康普頓散射譜儀的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) ..................................................................... 42 附錄 B 使用康普頓散射譜儀的到得能譜截圖 ..................................................................... 43 附錄 C 使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) ..................................................................................... 46 英文原文 .................................................................................................................................................. 49 翻譯 ............................................................................................................................................................ 60 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù) 學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 1 頁(yè)，共 66 頁(yè) 1 概 述 γ射線的產(chǎn)生 γ射線是一種強(qiáng)電磁波，它的波長(zhǎng)比 X射線還要短，一般波長(zhǎng)小于 納米。在原子核反應(yīng)中，當(dāng)原子核發(fā)生α、β衰變后，往往衰變到某個(gè)激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子核仍是不穩(wěn)定的，并且會(huì)通過釋放一系列能量使其躍遷到穩(wěn)定的狀態(tài)，而這些能量的釋放是通過 輻射 射線來實(shí)現(xiàn)的，這種射線就是γ射線 [1]。 γ射線的能量為 躍遷前后 始末激發(fā)態(tài)的能量差 (即 Eγ =E 初態(tài) E 末態(tài) )。 原子核的不同 激發(fā)態(tài)所攜帶的 能量 是 固定的，而且由 于 原子核 進(jìn)行γ躍遷服從 選擇定律 [2]，所以當(dāng)原子核進(jìn)行γ躍遷時(shí)只能從較 高的激發(fā)態(tài)躍遷到特定的激發(fā)態(tài) 或基態(tài) ，其所釋放的γ 射線 的能量是固定值， 比如 137Cs 釋放的γ 射線 能量只有 660KeV 一種 ， 60Co只有 1173KeV 和 1332KeV 兩種。 γ射線的屏蔽 [3,4] 屏蔽 γ 射線的材料很多，如水、土壤、鐵礦石、混凝土、鐵、鉛、鉛玻璃、以及鉛硼聚乙烯等。這些材料對(duì) γ 射線的屏蔽效果各不相同，其中重金屬最有效，體積小、總重量輕。目前人們通常采用鉛做屏蔽材料，因?yàn)殂U具有高的耐腐蝕性能抵抗空氣的氧化和酸的腐蝕，熔點(diǎn) 較 低 ( 0c )，在高溫 (260 0c 以上 )下 就 會(huì)發(fā)生變化，熔化澆注容易。目前我國(guó)大部分廠家采用兩塊外圍用鋼包的鉛塊拼成狹縫作為準(zhǔn)直板，用鉛屏蔽 x射線，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于 國(guó)外相同行業(yè)。自然界中，鉛的三 個(gè)同位素 206Pb 、 208Pb 、 207Pb 分別是三 個(gè)天然放射性系列鈾系、 釷 系、 錒 系的最終衰變產(chǎn)物，因 此 大家認(rèn)為鉛是有毒的。近年來國(guó)際上為了防止公 害、保護(hù)環(huán)境，提出了開發(fā)代替鉛的輻射屏蔽材料的要求。 天津紡織工學(xué)院發(fā)明了涉及一種中子和 x 射線屏蔽材料。其特征是該材料包括下述物質(zhì) :耐高溫聚合物占混合物重量 (下同 )的 16%～ 60%。屏蔽物質(zhì)占 30%～ 80%，平南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù) 學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 2 頁(yè)，共 66 頁(yè) 均粒徑為 1μ m～ 40μ m。硅烷類偶聯(lián)劑占 %～ %?？寡鮿┱?%～ %。交聯(lián)劑占 %～ 1% 。增強(qiáng)纖維占 2%～ 15%，該發(fā)明材料的成型體可在 2 50c ～ 190 0c 溫度內(nèi)不變形 ， 且 耐沖擊和振動(dòng)，對(duì)熱中 子 屏蔽率達(dá) 80～ 98% ,且無二次輻射，特別適于作測(cè)井儀上使用的屏蔽體。另外日 本曾用甲基丙烯酸鉛與乙烯基 酯 共聚的方法制取了防 γ 射線透明材料，防護(hù)效果較好，并 申 請(qǐng)了專利 。國(guó)內(nèi)蔣平平等通過溶劑法、重結(jié)晶法合成了純度較高，適合本體聚合的有機(jī)鉛化合物，制備了透光率大 于 80%，有一定力學(xué)性能的防輻射有機(jī)材料 。 高比重合金 (鎢合金 )材料是一類以鎢為基體 (W 含量 70%～ 99%)，并添加有 Ni, Cu, Co, Mo, Cr 等兀素組成的合金。按合金組成特性及用途分為 WNi , WNiCu, WCo, WCu, WAg 等主要系列，其密度高達(dá) g/ 3cm ～ ,而 被人們稱為高比重合金，它還具有一系列優(yōu)異的特性，比重大，強(qiáng)度高，吸收射線能力強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)大，有良好的可導(dǎo)電性能 。具有良好的可焊性和加工性。鑒于 高比重合 金有上述優(yōu)異的功能，它被廣泛地運(yùn)用在航天、航空、軍事、石油鉆井、 電器儀表、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。鎢鎳合金薄片，主要醫(yī)療器械上比如 CE 機(jī)器 X光機(jī)，以及安全檢測(cè)設(shè)備上，比如 奧運(yùn)會(huì)安全檢測(cè)上以及航天航空上，比如導(dǎo)航系統(tǒng)，凡是接觸到有信號(hào)，有輻射的地方都可以使用。 研究的目的和意義 γ 射線雖然有廣泛的用途，但人體受到放射線的照射，隨著射線作用劑量的增大，有可能隨機(jī)地出現(xiàn)某些有害效應(yīng)。例如它可能誘發(fā)白血病、甲狀腺癌、骨腫瘤等惡性腫瘤 。也可能引起人體遺傳物質(zhì)發(fā)生基因突變和染色體畸變，造成先天性畸形、流產(chǎn)、死胎、不育等病癥。不過，這種情況發(fā)生的幾率很低，其危險(xiǎn)度一般沒有超過目前人們可以接受的范圍 [5]。 γ 射線的威力主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面 :一是 γ 射 線的能量大。由于 γ 射線 的波長(zhǎng)非常短，頻率高，因此具有非常大的能量。高能量的 γ 射線對(duì)人體的破壞作用相當(dāng)大，當(dāng)人體受到 γ 射線的輻射劑量達(dá)到 200 雷姆 600 雷姆時(shí)，人體造血器官如骨南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù) 學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 3 頁(yè)，共 66 頁(yè) 髓將遭到損壞，白血球嚴(yán)重地減少，內(nèi)出血、頭發(fā)脫落，在兩個(gè)月內(nèi)死亡的概率為080%。當(dāng)輻射劑量為 6001000 雷姆時(shí)，在兩個(gè)月內(nèi)死亡的概率為 80100%。當(dāng)輻射劑量為 10001500 雷姆時(shí)，人體腸胃系統(tǒng)將遭破壞，發(fā)生腹瀉、發(fā)燒、內(nèi)分泌失調(diào)，在兩周內(nèi)死亡概率幾乎為 100%。當(dāng)輻射劑量為 5000 雷姆以上時(shí)，可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到破壞，發(fā)生痙攣、震顫、失調(diào) 、嗜眠，在兩天內(nèi)死亡的概率為 100 %。二是γ 射線的穿透本領(lǐng)極強(qiáng)。人體受到 γ 射線照射時(shí)， γ 射線可以進(jìn)入到人體的內(nèi)部，并與體內(nèi)細(xì)胞發(fā)生電離作用，電離產(chǎn)生的離子能侵蝕復(fù)雜的有機(jī)分子，如蛋白質(zhì)、核酸和酶，它們都是構(gòu)成活細(xì)胞組織的主要成份，一旦它們?cè)獾狡茐?，就?huì)導(dǎo)致人體內(nèi)的正?；瘜W(xué)過程受到干擾，嚴(yán)重的可以使細(xì)胞死亡。所以尋找一種安全可靠的防護(hù)材料對(duì)十從事放射性工作人員的安全至關(guān)重要防護(hù)， γ 射線的屏蔽材料的研究便成為一項(xiàng)十分重要 的課題 [3]。 隨著社會(huì)的進(jìn)步，能源問題日益突出，核能被 越來越多的國(guó)家列為第一發(fā)展能源。由 于核工業(yè)的快速發(fā)展，輻射防護(hù) 愈來愈顯的重要。核輻射主要包括以 下幾種粒子：中子、質(zhì)子、α粒子、中微子、γ射線、 X 射線和重離子。其中γ射線是這幾種粒子中最重要的危害粒子之一。 為了 減少 工作人員 承受的輻射 劑 量，除了減少與輻射源的接觸時(shí)間和擴(kuò)大與輻射源的距離外，還要對(duì)輻射源進(jìn)行屏蔽。 進(jìn)行屏蔽就需要對(duì)屏蔽材料進(jìn)行選擇。傳統(tǒng)的輻射防護(hù)材料是鉛，然而隨著核技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)：鉛作為輻射防護(hù)材料有 很多弊端，比如鉛在屏蔽γ射線時(shí)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次軔致輻射，硬度也 比較差的，同時(shí)鉛本身是重金屬污染源，很可能在使用過程中 造成重金屬中毒。因此，尋找安全可靠的屏蔽材料是至關(guān)重要的，做為評(píng)價(jià)防護(hù)材料好壞的重要標(biāo)準(zhǔn) —— 吸收系數(shù)，自然具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。 研究的內(nèi)容 本 課題主要進(jìn)行 以 下幾個(gè)內(nèi)容： 1） 137Csγ射線穿過不同物質(zhì)的吸收情況 ； 2）不同方法測(cè)定γ射線在不同物質(zhì)中的吸收系數(shù) ； 3）γ射線穿過不同物質(zhì)厚度的能譜變化關(guān)系 。 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù) 學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 4 頁(yè)，共 66 頁(yè) 2 伽馬 射線與物質(zhì) 作用機(jī)制及吸收規(guī)律 [1] γ射線與物質(zhì)作用機(jī)制 ? 射線是由于原子核由激發(fā)態(tài)退激到較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)（而原子序數(shù) Z 和質(zhì)量數(shù) A均保持不變）的過程中產(chǎn)生的，是處于激發(fā)態(tài)原子核損失能量的最顯著方式 。由于 ? 射線 不帶電、靜止質(zhì)量為 0等特點(diǎn)決定了它同物質(zhì)的作用方式與帶電粒子不同，帶電粒子 (?或 ?粒子等 )在一連串的多次電離和激發(fā)事件中不斷地?fù)p失其能量，γ 光子與物質(zhì)原子相互作用時(shí)，發(fā)生一次相互作用就導(dǎo)致?lián)p失其大部或全部能量(大量能轉(zhuǎn)移 )，光子不是完全消失就是大角度散射。 ? 光子 (? 射線 )通過物體時(shí)會(huì)與其中的 下述帶電體發(fā)生相互作用： 1） 被束縛在原子中的電子； 2） 自由電子 (單個(gè)電子 )； 3） 庫(kù)侖場(chǎng) (核或電子的 )； 4） 核子 (單個(gè)核子或整個(gè)核 )。 這些類型的相互作用可以導(dǎo)致：光子的完全吸收、彈性散射、非彈性散射三種效應(yīng)中的一種（在從約 10KeV 到約 10MeV 范圍內(nèi)，大部分相互作用產(chǎn)生下列過程中的一種） 主作用過程 有三種：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)。 光電效應(yīng)： γ光子與靶物質(zhì)原子的束縛電子 相互 作用時(shí)，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消失掉，這種過程稱光電效 應(yīng) （見圖 ） 。光電效應(yīng)發(fā)射出來的電子叫做光電子。光電子可以從原子的 K、 L、 M 等各個(gè)殼層中發(fā)射出來。但是由于要 滿足能量守恒的同時(shí)還要滿足動(dòng)量守恒定律，這就必須要有第三者即原子核的參加。因此，自由電子不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)。原子中外層電子的結(jié)合能很小，原子核反沖圖 光電效應(yīng) 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù) 學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 5 頁(yè)，共 66 頁(yè) 動(dòng)量也很小，動(dòng)量守恒條件不容易得到滿足；但隨著電子束縛程度的增加，原子核得到的反沖動(dòng)量很快增加，較易滿足動(dòng)量守恒，因此光電效應(yīng)概率隨著電子束縛程度 的自己 而很快增加。當(dāng)入射光子能量大于 K 層電子的結(jié)合能時(shí)，從 K殼層發(fā)射光電子的概率最大。 1） 光電子的能量 入 射光子的能量（ 0E =h? ）一部分用來克服電子在原子中的結(jié)合能，另一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能，所以光電子的能量可有動(dòng)量守恒定律得到 Ee= h? iB （ i=K， L， M，178。178。178。178。，） 式中 iB 為第 i殼層的結(jié)合能。 2） 光電截面 γ射線與物質(zhì)相互 作用發(fā)生光電效應(yīng)的概率就是光電吸收截面，或簡(jiǎn)稱光電截面。當(dāng) 2eh mc??? 而 h? kB 時(shí)，對(duì)于 K 層電子，每個(gè)原子的光電截面為 [6] 25 / 2 4 7 / 2 52 ( )eK PH thmc Zh? ? ??? 當(dāng) 2eh mc??? 時(shí) eK PH thmc Zh? ? ??? 式中：α = 2/e hc =1/137 是精細(xì)結(jié)構(gòu)常