γ能谱及γ射线的吸收（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）（本实验当堂提交实验报告）根据原子核结构理论，原子核能级属于分立能级。当处于激发态上的核跃迁到低能级上时，就发射γ射线。放出的光量子能量，此处h为普朗克常数，ν为γ光子的频率。原子核衰变放出的γ射线的能量反映了核能级差，且能量大小通常为特征能量，因此通过测量γ射线强度按能量的分布即γ射线能谱，可以用于研究核能级、核衰变纲图等，在放射性分析、同位素应用及鉴定核素等领域有重要的意义。当γ射线穿过物质时，可能通过光电效应、康普顿效应和电子对效应（当）而损失能量，强度逐渐减弱，这种现象称为物质对γ射线的吸收。目前物质对γ射线的吸收规律广泛应用于工业、科研、医疗、资源勘探、环境保护许多领域。闪烁γ能谱仪具有实用范围广、探测效率高、时间分辨小、价格低廉等优点，是测量γ射线能谱最常用的工具。本实验的目的是学习闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对γ射线的吸收规律。实验原理1、γ射线与物质的相互作用γ射线与物质原子之间的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应。1）光电效应当能量的入射γ光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失，发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应．发射出光电子的动能（1）为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形成激发原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X射线。例如L层电子跃迁到K层，放出该原子的K系特征X射线。2）康普顿效应γ光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，γ光子1被散射改变了原来的能量和方向。计算给出反冲电子的动能为（2）式中为电子静止质量，角度θ是γ光子的散射角，见图2.2.1-2所示。由图看出反冲电子以角度φ出射，φ与θ间有以下关系：（3）由式（2）给出，当时，反冲电子的动能有最大值：（4）这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界EC。3）电子对效应当γ光子能量大于时，γ光子从原子核旁边经过并受到核的库仑场作用，可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和，如（5）其中。综上所述，γ光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子对效应而损失能量...
