γ射线能谱的测量与物质吸收系数μ的测定

（实验报告）

物理081班周和建 08180140

【摘要】γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所产生的一种辐射。将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到γ射线的能谱。通过测量γ射线在不同物质中的吸收系数，了解γ射线的吸收规律。

【关键词】γ射线、闪烁谱仪、能谱图、物质吸收系数

【引言】γ射线是波长短于0.2埃的电磁波。首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。原子核衰变和核反应均可产生γ射线 。γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。此外还可用γ谱仪（利用晶体对γ射线的衍射）直接测量γ光子的能量。由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测γ射线强度的常用仪器。

【正文】核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。γ射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发。受激原子、分子退激时发射荧光光子。利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子。光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号。此信号传导至数据分析器，再进过放大后传至电脑，由电脑软件对其进行处理，得到能谱图。

在对γ射线能谱的测量实验中，我们对实验装置有了一定的了解后，对和分别进行了γ能谱的测量，对放大细调统一设置为0.3，由电脑软件所得到的数据如下表所示：

通过对以上各组数据的分析，根据计数值的大小，挑选出两组计数值最大的数据，即为最佳数据，其能谱图如附表所示。

    根据对以上实验数据的分析，（1）我们可以看到射线比射线弱，因此，其达到稳定的时间要大于达到稳定的时间。所以，在实验过程中，我们选定其时间为500秒，而仅为300秒。通过能谱图也可以看到，的谱线非常的平缓，峰值不明显，只有通过大量的点才可以较精确地选出其峰值位置。（2）在调节高压的过程中，应该对应能谱图进行调节，在此过程中必须注意的是：每次调好高压后，必须对能谱图置零，重新测定。如果没有置零，那么扫描的时间就大大减短了，有可能出现的情况是：射线还没有稳定，系统就已经停止对其测量了，这样就大大增加了误差。（3）在本实验中，我们设定放大细调为0.3，在此数据下，可以得到较好的谱线形状。但是，改变该系数，对射线测定结果不会有影响，改变的只是谱线的放缩比例而已。（4）实验结束后，应调节高压至零后，才能关闭分析器。因为，分析器内部有大量的电感性原件存在，如果在高压条件下关闭器件，分析器内部会产生瞬间高压，烧坏器件。

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变温霍尔效应

摘要：本实验采用范德堡测试方法，利用由控温仪、恒温器、电磁铁、恒流电源、电输运性质测试仪和装在恒温器内指上的锑化铟，碲镉汞单晶样品等组成的VTHM—1型变温霍尔效应仪首先测量室温条件下的电流和磁场不同方向的霍尔电压，又通过控温的方式测量了碲镉汞单晶样品的霍尔系数，得到并分析了实验与理论对比的lnRH?1/T曲线. 关键词：霍尔效应 半导体 载流子 霍尔系数

一：引言

对通电的导体或半导体施加一与电流方向垂直的磁场，则在垂直于电流和磁场方向上有一横向电位差出现，这个现象于1879年为物理学家霍尔所发现，故称为霍尔效应。在20世纪的前半个世纪，霍尔系数及电阻率的测量一直推动着固体导电理论的发展，特别是在半导体纯度以及杂质种类的一种有力手段，也可用于研究半导体材料电输运特征，至今仍然是半导体材料研制工作中必不可少的一种常备测试手法。在本实验中，采用范德堡测试方法，测量样品霍尔系数随温度的变化。

二:实验原理

2.1 半导体内的载流子

半导体内载流子的产生有两种不同的机制：本征激发和杂质电离

2.1.1本征激发

在一定温度下半导体产生自由电子和空穴，半导体内的两种载流子：自由电子和空穴的产生过程叫做本征激发，与导带和价带有效能级密度，导带底和价带顶的能量温度等有关，确切地说与禁带宽度和温度以及波尔兹曼常数有关。

2.1.2杂质电离

绝大部分的重要半导体材料都含有一定量的浅杂质，它们在常温下的导电性质，主要由浅杂质决定。从能带角度来看，就是价带中的电子激发到禁带中的杂质能级上，使硼原子电离成硼离子，而在价带中留下空穴，参与导电，这种过程称为杂质电离。由受主杂质电离提供空穴导电的半导体叫做P型半导体，由施主杂质电离提供电子导电的半导体叫做N型半导体。

2.2 载流子的电导率

霍尔效应示意图??nq?n?pq?p 2-2-1 其中n和p分别表示电子和空穴的浓度，q为电子电荷，?n和?p分别为电子和空穴的迁移率，可见电导率决定于两个因素，载流子浓度和迁移率，图1所示为半导体浓度随温度变化的规律，分为三个区域：B点右侧：杂质部分电离的低温区;A、B之间：杂质电离饱和的温度区；A点左侧：产生本征激发的高温区。 2.3 霍尔效应 图1 半导体电导率与温2.3.1霍尔效应 度的关系 霍尔效应是一种电流磁效应，如图2所示： 当样品通以电流I，并加一磁场垂直于电流，则在样品的两侧产生一个霍尔电位差： UIBH?RHd，2-3-1 UH与样品厚度d成反比，与磁感应强度B和电流I成正比。比例系数RH叫做霍尔系数。霍尔电位差是洛伦兹力和电场力对载流子共同作用产生的结果。 2.3.2 一种载流子的霍尔系数

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近代物理实验总结论文

班  级：电科11-2班

姓  名：  仝 帅

学  号：201120906046

指导老师： 丁昌江

近代物理实验总结论文

班级：电科11-2班    姓名：仝帅    学号：201120906046

前言.............................................................................................. 3

二、光电效应实验........................................................................ 4

三、电光效应实验........................................................................ 5

四、密立根油滴测电子电荷........................................................ 6

五、微机夫兰克—赫兹实验........................................................ 6

六、迈克尔逊干涉仪.................................................................... 7

七、微波迈克尔逊干涉实验........................................................ 8

八、微波布拉格晶体衍射实验..................................................... 8

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中国石油大学   近代物理实验    实验报告   成    绩：        

班级：     材物二班  姓名：     焦方宇     同组者：   杜圣   教师：周丽霞

光泵磁共振

【实验目的】

1.观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构的理解

2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。

3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场

【实验原理】

1．Rb原子基态及最低激发态的能级

在第一激发能级5P与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。到的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm； 到的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm。

在核自旋 I = 0 时，原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ与原子总磁矩μJ的关系                            μJ=-gJe2                      （1）

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20xx-20xx学年第一学期——

近

代

物

理

实

验

总

结

哈萨克族

时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。

我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍：

一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信，

了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。

二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点， 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。

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扫描隧道显微镜（STM）的原理及应用

【摘要】本实验主要学习扫描隧道显微镜的工作原理，掌握用电化学腐蚀钨丝的方法制备扫描隧道显微镜的针尖，并用所制作的钨探针扫描石墨样品，获取石墨样品的原子分辨像。再结合石墨的六角晶格结构和晶格常数，对石墨表面图像进行处理分析，计算x、y方向压电陶瓷的电压灵敏度为15.74 Å/V，并分析了扫描图像效果的差影响因素。

【关键词】扫描隧道显微镜、隧道效应、探针、粗逼近

一、引言：

扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy，简称STM）是国际公认的20世纪80年代世界十大科技成就之一，它由IBM公司的Binning博士、Rohrer博士及其同事于1982年研制成功，两位发明者因此于1986年获得诺贝尔物理学奖。STM技术的诞生使在纳米尺度范围探测材料的表面特性成为可能，这是因为STM 能够一个原子一个原子地将表面的几何结构和电子结构联系起来，实时地观察单个原子在物质表面的排列状态及与表面电子行为有关的物理、化学性质。

STM技术的最大优势在于可获得原子级的分辨率，通常它的分辨率在平行于表面的方向可达0.1纳米，在垂直于表面的方向可达0.01纳米，此外STM还可实时地获得材料表面实空间的三维图像；可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质；配合扫描隧道谱STS可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子势阱等。但STM也有明显的缺点：由于原子波函数的叠加，STM在恒电流的工作模式下对样品表面的某些沟槽不能准确探测，与此相关的分辨率较差；另外，STM所观察的样品必须有一定的导电性，对于半导体，观察效果就差于导体，而对于绝缘体则根本无法观察。不过，在STM之后衍生的原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等一系列新型非接触表面探针技术在很大程度上弥补了STM的不足，使探针显微镜技术日趋完善，并在纳米科技领域中得到越来越广泛的应用。

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塞曼效应

【摘要】本实验主要运用光栅摄谱仪拍摄在磁场中与无磁场中的谱线，了解谱线的分裂情况。并利用做比较光谱，用阿贝比长仪测量并计算的各个分裂谱线波长，与理论结果进行比较。

【关键词】塞曼效应、光栅摄谱仪、能级分裂、选择定则

一、引言

如果把光源置于足够强的磁场中，则光源发出的大部分单色光都分裂为若干条偏振的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同。这种现象被称为塞曼效应。

塞曼效应是1896年荷兰物理学家塞曼发现的，洛伦兹对此作出了令人满意的解释。塞曼效应的发现及其解释对研究原子中电子的角动量和反映角动量耦合作用的朗得因子 等原子结构信息有重要的作用，因此，两人于1902年获得了诺贝尔物理学奖。本实验将采用光栅摄谱仪的方法来研究这一现象。

二、实验原理

按照原子的半经典模型，质量为，电量为的电子绕原子核转动，因此，原子具有一定的磁矩，它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能，原子的磁矩与总角动量的关系为：

（1）

其中为朗德因子，与原子中所有电子的轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量有关。所以有：

其中是磁矩与外加磁场的夹角，又由于电子角动量空间取向的量子化，这种磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的方向相反，因此在外磁场方向上，

式中是普朗克常量，是电子的总角动量，是磁量子数。称为玻尔磁子，为未加磁场时原子的能量。则原子在外在磁场中的总能量为：

                  （2）

在耦合的情况下，设原子中电子轨道运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分别为、、和、、，它们的关系为

，

。

设与和的夹角分别为和，根据矢量合成原理，只要将二者在方向的投影相加即可得到形如（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系：

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