辐射防护屏蔽试验

一、实验目的

1、了解各种材料对给定能量和强度的γ射线的屏蔽防护能力；

2、通过分析实验测定值与理论计算值之间的关系和差别，获得直观的认识，加强理论与实际的联系；

二、实验原理

利用宽束X或γ射线的减弱规律，考虑康普顿散射效应造成的散射光子不是被完全吸收而仅仅是能量和传播方向发生改变，从而会继续传播而有可能穿出物质层。

探测器探测器辐射衰减的‘窄束’概念辐射衰减的‘宽束’概念

图1、窄束、宽束示意图

在辐射防护中遇到的辐射一般为宽束辐射，射线束较宽、准直性差，穿过的物质层也很厚，如上图1所示，在此情况下，受到散射的光子经过多次散射后仍然可能会穿出物质，到达观察的空间位置，此时考察点上观察到的不仅包括那些未经相互作用而穿出物质层的光子，而且还包括初级γ射线经过多次散射后产生的散射光子。

窄束、宽束是物理上的概念，而不是由射线束的几何尺寸决定的，即不是几何上的概念。窄束可以看作是宽束的特殊情况。

宽束条件下X、γ射线的衰减规律如下：

质量厚度 dNBN0edBN0e

积累因子  质量衰减系数 对积累因子B的数值可以从各种参考资料查找。

三、实验内容

1、测量给定厚度的混凝土层对γ射线的减弱程度，得到减弱倍数K或透射比η的测量值；

1

2、测量上述混凝土层的厚度，通过理论计算给出减弱倍数K或透射比η的理论值，并与上述测量值进行比较与分析；

3、以上述给出的K或η的测量值为准，测量得到铁板、铅板达到上述减弱倍数值时所需的厚度，如果没有正好合适厚度的材料，则利用由偏厚和偏薄的对应材料测量得到的减弱倍数值进行线性插值计算得到对应材料厚度；

4、宽束时测量得到铁板达到上述减弱倍数值时所需的厚度，并分析比较。

四、实验设备

1、Ra-226源一个； 2、混凝土、铅、铁板若干； 3、X-γ辐射仪一台；

五、实验步骤

布置实验台，注意：严格按照实验步骤进行，首先布置好准直器、探测仪，最后放置放射源，养成良好的操作习惯！！

实验步骤如下：

1、调节准直器以及探测仪器的相对位置，如下图2所示，调节到仪器的cps档，记录仪器的本底计数率Nd（连测3次以上，取平均值）；

2、在探测仪器对面布置好放射源，使得射束中轴线和准直器中轴线重合，如下图3所示，测定并记录未加屏蔽材料时仪器的计数率N0（连测3次以上，取平均值）；

3、暂时屏蔽放射源，并添加混凝土屏蔽材料，开启放射源，得到当前仪器的计数率N1（连测3次以上，取平均值），如下图4所示；

水箱 屏蔽层准直器探测器

图2、不放置放射源，测量本底Nd示意图

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水箱 屏蔽层准直器放射源探测器

图3、未加屏蔽材料，测量N0示意图

屏蔽材料准直器放射源探测器

图4、添加混凝土屏蔽材料，测量N1示意图

4、利用上述测定的计数Nd、N0、N1计算实验测定值，即减弱倍数K0(N0Nd)；

(N1Nd)5、暂时屏蔽放射源，计算混凝土的厚度d。课后根据经验公式，计算得到理论减弱倍数K1，并与实验值K0相比较；

6、测定要实现上述的减弱倍数K0需要的铅、铁的等效厚度dPb、dFe，基本过程是：放入足够厚的材料，使得读数小于N1，然后逐步撤出部分材料，使得仪器读数逐渐增大到N1，此时的材料厚度就是等效厚度。如果没有正好合适厚度的材料，则利用偏薄和偏厚的测定值进行线性插值计算得到。

7.在宽束情况下用进行上述实验，求出实现上述的减弱倍数K0需要铁的等效厚度dFe‘。

六、思考与计算

1、理论计算出铅、铁等效屏蔽厚度d’Pb、d’Fe，并与实验测定值dPb、dFe进行比较，以表格的形式列出对应结果，给出分析结论。

d’Pb 4.60cm d’Fe 7.44cm dPb 3.24cm dFe 6.30cm (理论计算中，查表得铅、铁的半价层分别为1.3cm、2.1cm)

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分析：1、实验设备测量不精确，导致结果偏小；

2、放射源使用太久，其活度变小，导致测量厚度变小； 3、测量过程中有误差，或未测量到最佳值；

2、利用计算得到的混凝土厚度d，利用经验理式，计算得到理论减弱倍数K1。 混凝土：d=24.79cm K1=

1H10I0===11.65 H1I0eude24.79*ln2/73、分析宽束和窄束情况下铁的等效屏蔽厚度的差别原因。 答：由窄束衰减公式II0eud和宽束衰减公式II0Beud除了知：屏蔽厚度d=0之外，积累因

子B总大于1，使得条件想同的情况下，宽束比窄束情况下铁的屏蔽厚度要大。

4、如果上述几组结果差别比较大，分析原因并给出分析结论。 答：

原因：1、不同屏蔽介质对于同种射线的屏蔽程度不同；

2、半价层有差别； 3、测量时间不一样；

结论：同种情况下，测量得出铝的屏蔽层最小，其屏蔽效果最好；

实验记录表格（单位：10-8Gy/h）

序号 1 2 1 14.5 169.5 测量值 平均值 2 14.6 162.9 3 14.5 174.9 铁 1 2 3 4 114.3 79.1 56.4 42.3 113.7 77.6 56.1 43.7 112.0 77.9 55.0 42.1 4 113.33 78.2 55.83 42.7 10.47mm 备注(屏蔽层厚度) 实验室本底Nd 源本底N0 14.53 169.1 21.09mm 31.mm 31.97mm 5 6 7 33.4 27.8 23.5 33.1 27.7 23.5 33.6 28.0 23.1 铅 33.37 27.83 23.37 42.27mm 52.mm 63.04mm 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9

129.4 93.5 69.4 .3 44.3 38.7 36.8 32.9 149.9 131.6 111.9 96.8 88.3 77.5 68.3 61.2 55.9 49.1 46.3 42.1 38.8 118.0 .5 67.3 55.3 43.3 40.9 34.8 30.1 26.8 130.9 91.9 69.1 53.3 43.9 39.5 35.8 32.0 149.4 130.7 111.5 97.5 87.6 77.2 68.4 62.8 56.3 50.2 46.4 41.3 38.8 118.5 91.4 67.2 53.4 43.8 40.5 34.9 30.4 26.8 129.9 91.6 68.6 55.1 43.9 39.8 36.6 31.7 铝 150.0 131.6 112.7 99.0 86.6 78.1 69.0 62.5 56.8 49.4 45.4 41.4 38.7 119.9 88.5 67.3 53.5 48.4 41.5 35.2 30.0 27.5 130.07 92.33 69.03 .23 44.03 39.33 36.4 32.2 2.60mm 7.8mm 12.85mm 18.15mm 23.35mm 26.41mm 29.41mm 32.41mm 7.9mm 17.56mm 29.6mm 39.65mm 49.35mm 59.26mm 69.mm 75.56mm 85.61mm 97.46mm 107.36mm 117.35mm 127.25mm 24.00mm 45.00mm 68.60mm .10mm 112.1mm 131.6mm 151.6mm 171.5mm 192mm 149.77 131.3 112.03 97.77 87.5 77.6 68.57 62.17 56.33 49.57 46.03 41.6 38.77 大理石 118.8 .8 67.27 .07 45.17 40.97 34.97 30.17 27.03 5