实验五 闪烁体中的光衰减长度

实验五 闪烁体中的光衰减长度

一、实验原理

光强I与光在介质中通过的距离x的关系为I=I0*exp(-x/λ)，其中λ为介质的衰减长度。对于闪烁体探测器来说，光强与电荷灵敏前面的输出电压成正比，故电荷灵敏前面的输出电压大致为V=A*exp(-x/λ)，其中x为光子产生的位置到输出端的距离，λ为闪烁体的衰减长度，A为常数。利用这个关系，我们可以测量闪烁体中的光衰减长度。

如下图所示，实验装置为三重符合电路，通过示波器测量在三重符合信号出现时位于下方的大块闪烁体两端的PMT所输出的信号，可以测量缪子通过滑块所在位置后下方闪烁体的两个输出端所收集到的电荷大小。实验时将滑块从下方大块闪烁体的一端移至另一端，就可以测量缪子通过不同位置时下方闪烁体的两个输出端所收集到的电荷大小。

根据V=A*exp(-x/λ)，下方大块闪烁体的右端PMT最终的输出电压V1与滑块距离左端的距离x的关系为V1=A1*exp((x-L)/λ)，而左端PMT最终的输出电压V2与滑块距离左端的距离x的关系为V2=A2*exp(-x/λ)，其中A1，A2为常数，L为下方大块闪烁体的长度。由此可得，V1/V2=A*exp((2x-L)/λ)，其中A=A1/A2，为常数。所以，只要测出下方大块闪烁体的总长度L，并测量滑块距离左端的距离x取不同值时的V1/V2，再对其进行指数拟合，就可以得到闪烁体中的光衰减长度λ。

二、实验内容及步骤

1、搭建三重符合电路；

2、练习利用示波器测量脉冲电荷（峰值或面积）；

3、积累缪子在不同位置穿过时电荷分布，其中包括缪子与读出端很近和很远的结果；

4、得出在远端的电荷分布，近段的电荷分布；

5、拟合计算衰减长度。

三、实验结果与思考

1、缪子在不同位置穿过时的电荷分布测量

（V1为右端PMT的输出电压, V2为左端PMT的输出电压）

（1）当滑块距闪烁体的左端的距离为4cm时：

V1/mV	104	272	168	252	428	168	108	192	496	188
V2/mV	248	472	344	724	740	320	296	436	820	500
V1/V2	0.419	0.576	0.488	0.348	0.578	0.525	0.365	0.440	0.605	0.376

V1的平均值为237.6mV，V2的平均值为490.0mV，V1/V2的几何平均值为0.463。

（2）当滑块距闪烁体的左端的距离为15cm时：

V1/mV	188	120	68	178		188	232	36	40	180
V2/mV	340	292	256	492	228	3	344	48		300
V1/V2	0.553	0.411	0.266	0.362	0.281	0.516	0.674	0.750	0.625	0.600

V1的平均值为129.4mV，V2的平均值为272.8mV，V1/V2的几何平均值为0.476。

（3）当滑块距闪烁体的左端的距离为26cm时：

V1/mV	172	244	180	196	180	112	300	72	113	136
V2/mV	3	340	320	416	380	288	516	128	284	272
V1/V2	0.473	0.718	0.563	0.471	0.474	0.3	0.581	0.563	0.398	0.500

V1的平均值为170.5mV，V2的平均值为330.8mV，V1/V2的几何平均值为0.505。

（4）当滑块距闪烁体的左端的距离为37cm时：

V1/mV	120	416	256	204	160	44	132	128	188	200
V2/mV	340	724	524	424	340	56	200	284	276	372
V1/V2	0.353	0.575	0.4	0.481	0.471	0.786	0.660	0.451	0.681	0.538

V1的平均值为184.8mV，V2的平均值为354.0mV，V1/V2的几何平均值为0.535。

（5）当滑块距闪烁体的左端的距离为48cm时：

V1/mV	180	68	124	56	256	40	180	168	328	72
V2/mV	228	92	144	136	404	44	356	236	488	92
V1/V2	0.7	0.739	0.861	0.412	0.634	0.909	0.506	0.712	0.672	0.783

V1的平均值为147.2mV，V2的平均值为222.0mV，V1/V2的几何平均值为0.684。

2、拟合计算衰减长度

滑块距闪烁体的一端的距离x，与V1/V2的几何平均值V1/V2_ave的关系如下：

x/cm	4	15	26	37	48
V1/V2_ave	0.463	0.476	0.505	0.535	0.684

又测得下方大块闪烁体的长度L=52cm，则V1/V2_ave与x的关系应该为：

V1/V2_ave=A*exp((2x-52)/λ)

使用MATLAB中的cftool对数据进行拟合，结果如下：

General model:

Coefficients (with 95% confidence bounds):

       a =      0.5272  (0.4659, 0.5884)

       b =       222.1  (40.29, 403.9)

故可得闪烁体的衰减长度λ为222.1cm。