王 鳳，喻 曉，張高龍，屈衛(wèi)衛(wèi)

（北京航空航天大學，北京 100191）

由于射線與物質相互作用，對生物組織會產(chǎn)生破壞和損傷，因此需要進行防護。β射線與物質相互作用時主要通過電離效應、輻射效應和多次散射等方式損失能量［1］。當β射線穿過物質時，由于β射線與物質發(fā)生相互作用，使β射線強度減弱的現(xiàn)象稱為β射線的吸收。

實驗證明，物質對β射線的吸收過程比較復雜。當吸收體的厚度大于電子在吸收體中的最大射程時，吸收曲線可近似地用指數(shù)規(guī)律來表示為：

其中：I0和I分別是電子穿過吸收物質前、后的β射線強度，μ為吸收物質的線性吸收系數(shù)。x為吸收物質的吸收厚度。xm為吸收物質的質量厚度，單位是g／cm2，tm＝tρ，ρ為吸收物質密度。μm為吸收物質的質量吸收系數(shù)，單位是cm2／g，μm＝μ／ρ。對于鋁，有經(jīng)驗公式［2－3］

其中：Eβmax的單位是 MeV，適用的能量范圍為0.15MeV＜Eβmax＜3.5MeV。

一般電子能量是連續(xù)的，吸收曲線與單能電子的吸收曲線有明顯的不同，參考文獻上給出的大部分經(jīng)驗公式是利用電子最大能量得到，需要進一步的研究單能電子的情況。本實驗利用近物實驗室的磁譜儀對90Sr－90Y放射源產(chǎn)生的β射線進行偏轉，得到單能的電子束，研究其穿過不同厚度鋁膜的情況，得到擬合公式。

1 實驗方法

實驗裝置如圖1所示。90Sr—90Yβ放射源產(chǎn)生的連續(xù)β射線經(jīng)過磁譜儀進行偏轉，不同能量的β射線將沿著不同半徑的軌跡進行運動，這樣在某一軌跡下就出射單能的電子束，可以研究它在不同厚度鋁膜中的吸收情況。在實驗中對穿透鋁膜的電子用NaI（Tl）閃爍譜儀來進行測量。該譜儀由NaI（Tl）閃爍探測器、高壓電源和計算機多道脈沖幅度分析器組成。NaI（Tl）閃爍探測器的工作原理和計算機多道脈沖幅度分析器的工作原理分別見文獻［4－5］

對（1）式兩邊取對數(shù)，得到

由于在相同實驗條件下，某一時刻的計數(shù)N總是與該時刻的β射線強度I成正比，于是（3）式也可以表示為

顯然，lnN與xm具有線性關系，斜率大小就是對應能量下電子在鋁膜中的μm。

在實驗中，由于計算機多道脈沖幅度分析器上得到的電子能量是道數(shù)。需要把道數(shù)和能量之間的關系定標出來。在實驗中我們運用137Cs和60Co標準γ放射源，它們產(chǎn)生的γ射線能量分別是0.662，1.17，1.33MeV，在多道脈沖幅度分析器上對應的道數(shù)能夠測量到，可以定標出能量－道數(shù)的關系曲線來，只要給出道數(shù)，就可以知道射線的能量。然后在閃爍探測器前面累次加入鋁膜，每加一次，在計算機多道脈沖幅度器的能譜上就能得到計數(shù)、能量損失的數(shù)據(jù)。

圖1 β吸收實驗裝置示意圖

2 結果與分析

由于實驗中從磁譜儀偏轉出來的β粒子要穿過20μm的塑料閃爍膜和NaI（Tl）探測器中前表面封裝的220μm的鋁膜，因此需要進行能量修正。利用線性插值法可以計算得到磁譜儀出射口處的β粒子能量。

2.1 能量與吸收系數(shù)之間關系的研究

實驗中不同能量的β粒子得到的吸收系數(shù)實驗數(shù)據(jù)和擬合結果如圖2所示。

圖2 不同能量β粒子的計數(shù)隨鋁膜厚度變化的實驗數(shù)據(jù)和擬合結果

表1 實驗數(shù)據(jù)μm和經(jīng)驗公式（2）的結果比較

2.2 電子在鋁膜中實驗的能損和FIuka軟件計算的對比

實驗中測量了不同能量的電子在不同厚度鋁膜中的能損，并與Fluka軟件計算的結果進行比較，如表2所示。Fluka軟件是基于蒙特卡羅方法的粒子輸運模擬程序，可以處理多種高能粒子與材料的相互作用，在加速器工程、反應堆設計、探測器研究、防護設計等方面能發(fā)揮很大的作用［6］。

表2 實驗測量的電子在鋁膜中能損和Fluka計算的結果比較

3 結 論

利用磁譜儀偏轉得到單能電子，通過實驗測量了這些單能電子通過鋁膜時計數(shù)的變化和能損，得到了質量吸收系數(shù)和電子能量的參數(shù)化公式，得到的質量吸收系數(shù)和參數(shù)化公式與文獻上的經(jīng)驗公式計算的結果基本一致，說明得到的參數(shù)化公式能夠用于β射線的防護。實驗測量的能損和Fluka程序計算的結果進行了比較，兩者結果符合較好，說明實驗測量的能損可靠?？傊?，能夠利用此實驗裝置進行β射線在鋁膜中吸收的測量，對β射線吸收的測量有較高的精度，也為教學實驗提供了有力的工具。

［1］ 吳治華主編.原子核物理實驗方法［M］.北京：原子能出版社，1997：48－51.

［2］ Tsoulfanidis N，Measurement and Detection of Radiation［M］.Hemisphere Publishing Corporation，Washington，USA，1983.

［3］ Evans R D，The Atomic Nucleus，Chapter 18－25，McGraw－Hill Inc［Z］.，New York，1955.

［4］ Leo W R，Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments［M］.Springer Verlag，Berlin Heidelberg，1987：149－158.

［5］ 王芝英.核電子技術原理［M］.北京：原子能出版社，1989：273－275.

［6］ FassòA，《FLUKA－2011》（The manual of FLUKA codes）［Z］.INFN and CERN，201.