NaI(Tl)单晶 γ 能谱仪实验（扩展实验）

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1 NaI(Tl)单晶 γ 能谱仪实验（扩展实验）
杨浪 电子科学与技术

2 实验原理 γ射线与物质相互的作用 γ能谱仪 光电效应 康普顿散射 电子对效应 NaI（TI）闪烁体 光电倍增管 各种电子仪器
γ光子在闪烁体内消耗的能量与光电倍增管阳极输出的电压脉冲的幅度成正比

3 实验内容 研究高压变化对峰位置以及对能量分辨率的影响。 讨论的是全能峰的位置和其能量分辨率

4 实验结果 可近似认为，在一定高压范围内，其全能峰道址与高压成线性关系

5 实验结果 随着高压的升高，能量分辨率减小，能量分辨效果越好 能量分辨率： η= ∆𝑈 𝑈 0 = ∆𝐸 𝐸 （%）

6 实验分析 同种γ光子产生不同全能峰道址的原因：
光电倍增管的阳极输出电压与γ光子消耗的能量成正比，光电倍增管的阳极输出电压脉冲经过放大后输入到脉冲分析器与定标器，得能谱图。

7 实验分析 光电倍增管 改变高压后，光电倍增管内各级分压相应改变，使得电子的能量发生变化，导致次级发射系数变化，最后使得光电倍增管的阳极输出电压发生变化

8 实验分析 各级分压变化与总高压变化相应，导致在一定条件下阳极输出电压与高压成线性变化，所以全能峰道址与高压成线性关系

9 实验分析 一定电压下，偏离线性关系的原因： 各种电子仪器（放大器、脉冲分析器等）偏离线性关系。
光电倍增管中的光电阴极的发射系数与入射电子能量（极间电压）并不成线性关系，并且在一定电压下其次级发射系数可能达到饱和。

10 实验分析 全能峰道址与高压成线性关系，是在很小的电压范围内的一种特殊情况

11 实验分析 影响能量分辨率的因素： 谱仪灵敏体积中产生的载流数的统计涨落 探测器和电子系统的噪声 电子系统的噪声

12 实验分析 若只考虑光电倍增管的光阴极发射的电子数的统计涨落，可估算得全能峰的半高全宽： F𝑊𝐻𝑀=0.06×峰位/道数
高压升高使得全能峰道址数变大，因而导致其半高全宽减小，使得能量分辨率的值变小,满足实验结果。

13 实验分析 提高能量分辨能力的一个途径是减小光电倍增管增益的方差。 𝜎 2 𝑀 2 = 1 𝛿 1 · 𝛿 𝛿−1
𝜎 2 𝑀 2 = 1 𝛿 1 · 𝛿 𝛿−1 M为光电倍增管的增益，𝜎为其方差， 𝛿 1 为第一倍增极 发射系数，𝛿为之后倍增极的发射系数

14 实验分析 由上式可知，发射系数𝛿和 𝛿 1 越大，方差𝜎越小，能量分辨效果越好。
在一定电压范围内，提高高压可以增大次级发射系数𝜹和 𝜹 𝟏 ，因此可以提高能量分辨能力。满足实验结果。