司大伟，孙保华

(北京航空航天大学 物理学院，北京 100191)

环境本底辐射包括宇宙射线与天然放射性核素放出的射线. 天然放射性核素主要包括40K以及钍系、铀系和锕系三条放射系. 其中238U、232Th分别是铀系与钍系的母核，对它们的鉴别以及二者的相对含量测量在环境评估、考古测年、能源开发等领域均是重要的一个环节. 在高校开展针对40K、238U和232Th等核素的相对含量的拓展性实验，有利于培养学生利用核物理知识分析和解决实际问题的综合能力.

在此基础上，本文介绍了一个新的拓展性研究实验，即如何通过探测特征γ射线计算40K、238U和232Th三种核素的相对比例. 本文安排如下:首先介绍实验装置与测量装置，接着阐述本文所使用的衰变链与递次衰变规律公式，然后使用特征γ射线计数结合递次衰变公式计算出40K、238U和232Th的相对比例，最终将计算结果与普查数据进行对比.

1 实验装置

本实验涉及到的仪器主要包括高纯锗探测器、放大器、环境本底屏蔽系统、3 kV高压电源、多道分析器(MCA)、示波器和计算机[2].

图1 低本底测量系统示意图，长度单位为mm

在本文中，测量样本为北航沙河校区的土壤样本，测量有效时间为75595 s. 实验过程中，保持电子学仪器、测量条件参数不变，实验装置示意图如图2所示.

图2 实验装置示意图

2 实验原理

2.1 钍系与铀系

地球上存在3个天然放射系，即钍系、铀系和锕系，它们的母体半衰期很长，其中大多数成员具备α放射性，少数具有β放射性，一般都伴随γ辐射，经……