γ射线束宽窄对衰减影响

Question

如题所述

Answer 1

(一)单色窄射线束在物质中的衰减

图2-12是测量窄射线束通过物质的实验装置。放射源放出一束窄而平行的射线，探测器周围用铅屏蔽起来，免得周围散射射线被记录。在这种装置下康谱顿散射射线全部不会记录到。此时，总衰减系数为各部分系数之和，即

图2-12 窄束射线在物质中衰减的实验装置

μ=τ+σ+κ=τ+σ_a+σ_s+κ

窄射线束通过厚度为d的介质后，射线照射量率按指数规律变化，即

放射性勘探方法

式中：I₀为没有吸收屏时，测得的射线照射量率；I为通过吸收厚度为d的物质时，测得的射线照射量率。

图2-13是各种能量射线的单色窄射线束在铅中的衰减。纵坐标为相对照射量率I/I₀，横坐标为铅的厚度。从图中可看出射线照射量率减弱严格按指数规律衰减，在对数坐标里衰减曲线成一条直线。其斜率就是吸收系数μ。由图2-13曲线计算得到铅对²⁴Na(2.754MeV)的吸收系数为0.46，铅对⁶⁵Zn(1.116MeV)的吸收系数为0.71，铅对⁵⁴Mn(0.835MeV)的吸收系数为0.92。这说明在窄射线束情况下，吸收系数μ与入射γ光子能量及介质的原子序数有关，而与介质厚度无关。

图2-13 窄射线束在铅中的衰减

(二)宽射线束在物质中的衰减

在窄束条件下，散射射线没有被记录，而对宽射线束来说，有部分散射射线会被记录下来。所以通过介质吸收后的γ辐射照射量率比按I=I₀e^-μ·d计算的照射量率大。这是因为吸收系数μ比在窄束条件下要小。在宽束条件下有

μ=τ+σ_a+qσ_s+κ

式中q为修正系数，在0～1之间。

在窄束条件下q=1，而宽射线束通过较厚物质时，q=0，此时

μ=τ+σ_a+κ

一般情况下，吸收系数μ介于这两种极端情况之间：

τ+σ_a+κ<μ<τ+σ_a+σ_s+κ

显然，吸收系数与测量条件(窄束或宽束)密切相关，随着测量条件的不同，射线的衰减会发生变化。图2-14是宽射线束在平面钢板中的衰减曲线。曲线1是宽射线束在不同钢板厚度中的实测变化曲线，曲线2是窄射线束的理论吸收曲线。可见曲线1不像曲线2是一条直线，而是一条斜率(即吸收系数)不断变化的曲线。开始吸收系数小(斜率小)，随着钢板厚度增加，吸收系数增大(斜率增大)。当钢板厚度达到4cm后，吸收系数几乎不变了(斜率不变)。但较窄射线束的吸收系数明显要小。

图2-14 宽射线束通过平面钢板的衰减曲线

1—平面⁶⁰Co源通过平面钢板时γ射线的衰减实测曲线；2—窄射线通过物质的理论曲线

要从理论上来描述宽射线束在物质中的衰减规律是比较困难的，目前仍以指数规律来粗略地描述宽射线束在物质中的衰减规律。但这时吸收系数μ要采用有效吸收系数，用

来表示，即

放射性勘探方法

或

放射性勘探方法

其中，

用实测照射量率按下述公式计算，即

放射性勘探方法

例如，镭源在矿石-水泥模型上(ρ=2.08t/m³)，用FD-61K测量的结果如下(J-306充气计数管)：

放射性勘探方法

有效质量吸收系数为

放射性勘探方法

这里需要指出的是，有效质量吸收系数在不同吸收厚度(ρ·d)处是不相同的。因此，在某一厚度处测得有效质量吸收系数，只能在类似条件下(厚度大体相同)应用。例如，在相应吸收厚度为25～40cm的条件下测定有效质量吸收系数，那么在天然产状下测定矿石体重时，吸收层厚度(炮眼之间的距离)也应控制在25～40cm之间。

(三)γ射线射程R_γ

用10倍的半衰减厚度近似的表示，即

放射性勘探方法

现通过下边例子，了解一下γ法的探测深度。

例：试计算能量为3.0MeV的γ射线，需要多厚的铝板将其完全吸收掉?

解：因为经过10倍半衰减厚度时，即可认为完全衰减掉了，所以

放射性勘探方法

当E_γ=3.0MeV时，μ_m=0.035cm²/g，而ρ=2.7g/cm³。将其代入上式，得

放射性勘探方法

由于常以铝作为造岩元素的代表，所以这实际计算的就是γ法的探测深度。