核輻射測量方法復(fù)習(xí)

1、第一章1、誤差類型 偶然誤差：在實際的測量中，由于某些無法控制的因素或測量的量的本身具有統(tǒng)計漲落的規(guī)律，使得測得的數(shù)據(jù)總是不一樣，有時大，有時小，總在某一數(shù)值附近上下變化。（2）系統(tǒng)誤差：由某未發(fā)現(xiàn)或未校正的影響因素造成了測量數(shù)據(jù)與另一組數(shù)據(jù)相比單向的偏大或偏小，一旦這種影響因素被校正，誤差就會消失。（3）過失誤差：由操作人員粗心大意或者不負責(zé)任等原因引起的誤差。2、靈敏度的概念所謂靈敏度是指被測定的物理量的變化會引起測量值變化的幅度。若幅度大，說明靈敏度高；反之，若幅度小，則說明靈敏度差。3、檢出限所謂檢出限是指最小的探測極限。4、置信度的概念置信度是指某測量值落在某一范圍內(nèi)的概率。如單次測

2、量值落在之內(nèi)的或然率為，即置信度為；落在內(nèi)的或然率為，即置信度為；落在內(nèi)的或然率為，即置信度為。5、放射性統(tǒng)計漲落的計數(shù)標準偏差的表示方法：6、可疑觀測值的處理方法可疑觀測值不可輕易舍棄，需經(jīng)過初步分析判斷再決定保留或舍棄。處理的方法如下：可疑值的初步判斷 在發(fā)現(xiàn)某一次觀測值與已有的觀測數(shù)據(jù)相差較大時，例如大于標準差的二倍，則需要加以注意。因為誤差大于的觀測值出現(xiàn)的或然率只有。檢查的內(nèi)容主要包括：測試樣品有無污染、損失、測量幾何條件是否正確；儀器工作是否正常；電源及周圍環(huán)境、溫度、濕度是否在正常范圍內(nèi)；操作、讀數(shù)、記錄是否有誤等等。若這些方面都沒有發(fā)現(xiàn)問題或差錯，則只有根據(jù)誤差理論對數(shù)據(jù)的可靠

3、性進行判斷，再決定數(shù)據(jù)的取舍。（2）舍棄的標準除去可疑數(shù)值外，將其余數(shù)值做平均值；若可疑數(shù)值與平均值之差大于，則舍棄此觀測值。第二章1、放射性核素的衰變類型 衰變：放射性核素的原子核自發(fā)地放出粒子而變成另一種核素的原子核的過程稱為衰變。衰變式如下：；特點：（1）衰變時放出的粒子能量是一定的； （2）有的核素衰變時放出單一能量的粒子，有的核素衰變時放出幾種能量不同的粒子； （3）當(dāng)衰變放出幾種能量的粒子時，可伴隨放出射線.衰變：放射性核素的原子核自發(fā)地放出粒子而變成另一個核素的原子核的過程稱為衰變。衰變式如下：特點：（1）粒子的能量是連續(xù)分布的，形成一連續(xù)譜； （2）有一個確定的最大能量值； （

4、3）在能量約為處，曲線有一極大值，即在該處粒子的能注量率最大； （4）衰變后形成的子核常處于激發(fā)態(tài)， 原子核由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時放出射線， 所以衰變往往伴隨放出射線； （5）有的核素衰變時放出幾組不同能量的粒子，因而伴隨放出幾種能量的射線，與衰變相比，衰變放出的射線的能注量率大的多。衰變：放射性核素的原子核自發(fā)地放出粒子而變成另一種核素的過程稱為衰變。衰變式如下：；特點：（1）粒子的能譜同樣是連續(xù)的； （2）粒子被介質(zhì)阻止而喪失動能時，能與介質(zhì)中的電子相結(jié)合，同時輻射出兩個方向相反，能量各為的光子，這種輻射稱為正電子湮沒輻射；（3）在衰變時，也伴隨放出射線。軌道電子俘獲：指原子核俘獲了一個軌道電

5、子，使原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子并放出中微子的過程，經(jīng)軌道電子俘獲形成的子核與母核的質(zhì)量數(shù)相同，但原子序數(shù)減少一位，使衰變過程可用下式表示：特點：（1）軌道電子俘獲后，新形成的核素的電子層產(chǎn)生了空位，這個空位由外層電子（例如層電子）來填充。當(dāng)能級較高的軌道電子（例如層電子）填充層電子空位時，多余的能量（等于層電子與層電子結(jié)合能之差）以射線（或稱標識射線）的形式放出；（2）這個多余的能量也可以傳給層電子，使之成為自由電子，即俄歇電子；（3）俄歇電子的能量也是單一的。躍遷：衰變或衰變形成的子核往往處于激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，它要直接退激或級聯(lián)退激到基態(tài)，原子核由激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)（能量較低的激

6、發(fā)態(tài)或基態(tài)）時，常常放出光子。這種原子核由激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)，而核的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)均保持不變的過程，稱為躍遷（或稱衰變）。2、內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象：原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低的能態(tài)或基態(tài)時，除發(fā)射光子外，還可以通過發(fā)射電子的方式來完成，即原子核將多余的能量傳給殼層（層或?qū)樱╇娮樱闺娮用撾x原來軌道，形成單能的內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，這種現(xiàn)象簡稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。內(nèi)轉(zhuǎn)換過程使核素的一個電子殼層中留下了一個空位，該空位被外殼層電子填充時，會產(chǎn)生特征射線，甚至可導(dǎo)致發(fā)射俄歇電子。3、放射性現(xiàn)象的統(tǒng)計特征放射性的統(tǒng)計漲落現(xiàn)象：當(dāng)我們測量某一放射性物質(zhì)在相同時間間隔的計數(shù)率，其測量數(shù)據(jù)都不相同。在任何一個放射性注量率的測量中，即使

7、所有的測量條件都是穩(wěn)定的，如源的放射性活度、源的位置、源與探測器間的距離、探測器的工作電壓及儀器的工作狀態(tài)等都保持不變，我們會發(fā)現(xiàn)，在相同時間內(nèi)，每次測到的計數(shù)并不完全相同而是圍繞某個平均值上下漲落。這種現(xiàn)象稱為放射性計數(shù)的統(tǒng)計漲落。產(chǎn)生的原因：是微觀粒子運動過程中的一種規(guī)律性現(xiàn)象，是放射性原子核衰變的隨機性引起的。4、活度的概念放射性核素的活度是指在給定時刻，處于特定能態(tài)的一定量放射性核素在單位時間發(fā)生自發(fā)核躍遷的期望值。單位是“貝可勒爾”， 用表示。另外還有居里，居里（以表示）是放射性活度的非國際制單位，現(xiàn)已廢除，。第三章1、自然界中的三大放射性系列鈾（）系列、釷（）系列和錒鈾（）系列2、

8、三大放射性系列原子序數(shù)遵循的規(guī)律鈾（）系列4n+2、釷（）系列4n+3和錒鈾（）系列4n3、三大放射性系列中的一些放射性核素在三個系列中部各有一個氣態(tài)核素，鈾系的射氣是，釷系的射氣為，錒系的射氣為。三個系列的射氣衰變子體為釙的同位素（、等），它們幾乎全部放出射線而成為鉛的同位素（、等），再經(jīng)衰變成為鉍的同位素（、等），這些鉍同位素衰變時釋放出能注量率大的射線，所以鉍同位素是天然放射性系列中主要的輻射體。各系列衰變的最后產(chǎn)物是鉛的穩(wěn)定同位素，對應(yīng)于鈾系為，錒系為，釷系為。 4、鈾系里面主要的輻射體鈾系有四個主要輻射體：、和。其中的輻射能量總和占整個鈾系核素輻射能量總和的。具有分支衰變，每百次衰變

9、中平均有次進行衰變，次作衰變，它的輻射能量總和占整個鈾系核素輻射能量總和為，輻射的粒子最大能量可達，是鈾系中能量最大的粒子。5、釷系主要的輻射體釷系的主要輻射體有四個：、和。每百次衰變中平均以次作衰變，以次作衰變。在次衰變中平均有次放出的粒子，這是釷系中能量最大的粒子。6、鈾系里面主要的輻射體輻射出的射線的能量為、及。其中能量的光子輻射幾率最大，是鐳組的主要射線之一。是鈾系中最主要的輻射體，它的輻射量總和占整個鈾系核素輻射能量總和的，它的幾條主要射線的能量為、和。鈾系中能量大于的射線都是產(chǎn)生的。7、釷系里面主要的輻射體釷系中主要的輻射體為和，其次為和。有幾條主要的能量為、及、的 射線，其中的射

10、線是釷系的主要射線之一。放出能量為的主要射線，是釷系低能譜段中的重要射線。是釷系最重要的輻射體，其輻射能量總和占整個釷系核素的輻射能量總和的，主要射線有、和，其中的射線能量最高，輻射幾率又大，是釷系中一條很重要的特征射線。8、放射性核素的衰變規(guī)律放射性核素的原子核數(shù)隨時間增長而呈負指數(shù)規(guī)律衰變，即：。9、描述衰變快慢的幾個物理量衰變常數(shù)：從統(tǒng)計觀點來看，每個原子核在單位時間里衰變的幾率。的的單位是。半衰期：是指放射性核素數(shù)目衰減到原來數(shù)目一半所需要的時間的期望值。 半衰期與衰變常數(shù)之間關(guān)系式：衰變完成時間：定義當(dāng)某核素殘留的原子核數(shù)目為起始時的千分之一時，已可以認為該核素衰變完了。即一種放射性

11、核素經(jīng)過個半衰期后后，可以認為該核素已衰變完了。平均壽命：平均壽命是指放射性原子核平均生存的時間。平均壽命是半衰期的倍。10、兩種放射性核素的衰變規(guī)律當(dāng)時，當(dāng)時達到極大值，寫成即單位時間內(nèi)核素衰變的原子核數(shù)等于核素衰變的原子核數(shù)，此時稱兩核素達到放射性平衡。即經(jīng)過時間，核素與達到放射性平衡。當(dāng)時，當(dāng)足夠長時，即兩個核素的原子核數(shù)的比值保持不變，并且的變化規(guī)律隨核素的衰變規(guī)律而變化，這時兩核素所處的狀態(tài)稱為放射性動平衡。第四章1、粒子與物質(zhì)相互作用的主要形式粒子與物質(zhì)相互作用的主要形式是電離和激發(fā)。2、粒子與物質(zhì)中運動的規(guī)律由于粒子的質(zhì)量大，它與物質(zhì)的散射作用不明顯。粒子在氣體中的徑跡是一條直線

12、，由于粒子的電離本領(lǐng)強，天然放射性元素的粒子，在空氣中的射程雖然有幾個厘米，但一張紙就可以將其擋住。同一起始能量的粒子，在不同物質(zhì)中的射程也不同。3、射線與物質(zhì)相互作用的主要形式與原子核的彈性散射、與核外電子的彈性散射、電離、激發(fā)和軔致輻射。4、粒子在物質(zhì)中運動的特征在粒子的運動路程上，由于受到原子核和核外電子的散射，粒子運動方向不斷改變，且散射角度可以大于而形成反散射。因此，粒子的運動軌跡不是一條直線，而是一條不規(guī)則的折線。5、射線在物質(zhì)中的衰減粒子的單色譜與連續(xù)譜在物質(zhì)中的衰減是不同的。連續(xù)能譜的粒子在物質(zhì)的衰減規(guī)律近似為指數(shù)衰減。而單色譜的粒子比連續(xù)能譜的粒子衰減的慢，這是因為連續(xù)譜中的

13、低能粒子易被物質(zhì)吸收。具體衰變規(guī)律參看課本P80圖4-5.6、射線與物質(zhì)相互作用的主要形式一般射線與物質(zhì)相互作用時，具有光電效應(yīng)、散射效應(yīng)、電子對形成效應(yīng)、核共振反應(yīng)和光致核反映等。在通常進行核輻射探測、核環(huán)境檢測和核技術(shù)應(yīng)用中，主要是光電效應(yīng)、散射效應(yīng)和形成電子對效應(yīng)為主。7、作用截面的概念相互作用截面表示在單位面積內(nèi)一個入射光量子與一個靶物質(zhì)原子相互作用的幾率，量綱為。8、光電效應(yīng)的實質(zhì)光電效應(yīng)的物理過程為：電磁輻射光量子與物質(zhì)作用時，可能將全部能量傳遞給原子，然后光量子消失。能量在原子中分配，與原子核結(jié)合能較大的殼層電子獲得能量的幾率較大。只要電子獲得能量足以克服原子核的束縛，將以光電子

14、的形式發(fā)射，而原子將獲得一定的反沖能，以滿足能量和動量守恒。當(dāng)電子殼層發(fā)射光電子后，將在殼層上留下電子空位，并使原子處于激發(fā)態(tài)。躍遷初始能級與終止能級（發(fā)射光電子的能級）的能量差可能以兩種方式釋放：首先是以電磁輻射方式釋放發(fā)射特征射線；另一種方式是將能量傳遞給外層電子，使之具有一定能量，克服原子核的束縛而成為自由電子俄歇電子。9、光電作用截面的特征光電截面與入射光子能量的次方成反比；當(dāng)入射光子能量小于電子殼層的吸收限時，層光電效應(yīng)截面為；當(dāng)時，突然增大，然后按能量的次方減小，形成一不連續(xù)函數(shù)；光電截面與靶物質(zhì)有關(guān)，按其原子序數(shù)的次方增加。10、康普頓散射的實質(zhì)當(dāng)光子與核外外層電子相互作用時，由

15、于外層電子的結(jié)合能甚小，可以近似的認為光子與自由電子產(chǎn)生彈性碰撞，光子將一部分能量傳遞給電子，使之獲得一定能量，成為反沖電子。光子本身能量和運動方向都發(fā)生變化，成為散射光子。11、康普頓散射作用截面的特征當(dāng)入射光子能量很小時，散射光子向前和向后的幾率一樣，在時散射微分截面較??；當(dāng)入射光子能量增加時，散射光子向前的幾率也逐漸增大。參看圖4-12（P90）.康普頓散射截面是入射光子能量的函數(shù)。在低能部分，保持穩(wěn)定，隨能量的增加而緩慢增長。隨的增大而減小。其間，在幾百時保持穩(wěn)定，在一般情況下可視為常數(shù)。12、解說下圖作用截面與入射光子能量和作用物質(zhì)原子序數(shù)之間的關(guān)系 圖中曲線表示或時與的關(guān)系 隨著入

16、射射線能量的變化，三種效應(yīng)所占的比例是不同的。低能量的光子與物質(zhì)作用的主要形式是光電效應(yīng)；中等能量的光子與物質(zhì)作用的主要形式是康-吳效應(yīng)；高能量的光子與物質(zhì)相互作用的主要形式是形成電子對效應(yīng)。 對中等能量的射線而言，不論是原子序數(shù)較小的物質(zhì)，還是原子序數(shù)較大的物質(zhì)，康-吳效應(yīng)都是主要作用形式；對低能量射線和重物質(zhì)而言，光電效應(yīng)是主要作用形式；對高能量射線和重物質(zhì)而言，形成電子對效應(yīng)才是主要的作用形式。13、認知簡單的儀器譜，如137Cs，24Na，并會說明康普頓邊、康普頓平臺、反射峰以及單逃逸峰和雙逃逸峰的由來。（見課本95-98頁自己總結(jié)）14、單能、窄束和寬束的概念單能是指單一能量的射線束

17、；窄束是指不包含散射成分的射線束；寬束是指包含散射成分的射線束15、單能窄束在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 指數(shù)衰減：16、實驗上獲得窄束的方法下圖為獲得窄束的實驗裝置示意圖：（根據(jù)圖自己總結(jié)）17、實驗上測量散射射線的實驗結(jié)構(gòu)布置及應(yīng)注意的問題 （可參見課本圖4-24）18、中子活化的概念、中子活化的目的以及中子活化分析的幾種方法中子活化是指將本沒有放射性的物質(zhì)具有了放射性的過程；中子活化的目的是通過放射性分析，如分析射線能量或半衰期進行元素鑒定的定性分析，分析射線強度，對元素含量進行定量分析等；中子活化分析主要利用的核反應(yīng)有（n）、（n、p）和（n、），除此之外，多粒子發(fā)射、核裂變反應(yīng)、非彈性碰撞也可

18、用于中子活化分析。第五章1、放射源的概念 放射源是指具有已知參數(shù)的放射性物質(zhì)2、說出常見的中子源并說出其特點放射性核素中子源，包括中子源和光中子源，即利用粒子或光子轟擊靶核，使之發(fā)生核反應(yīng)釋放出中子。此外，還有一種利用重核自發(fā)裂變產(chǎn)生中子的自發(fā)裂變中子源，如锎-252252Cf源。其特點是：體積小，使用方便，但輻射強度不高，中子譜成分復(fù)雜。加速器中子源，其利用各類加速器產(chǎn)生的質(zhì)子、氘核、粒子等去轟擊靶核引起發(fā)射中子的核反應(yīng)，就構(gòu)成了加速器中子源。 反應(yīng)堆中子源，利用重核裂變鏈式反應(yīng)產(chǎn)生中子的裝置。3、常見的X射線激發(fā)源常見的有X射線管和放射性核素激發(fā)源。其中放射性核素激發(fā)源包括軟源，如，它可以

19、有效地激發(fā)原子序數(shù)為3565的元素的系射線熒光；也是常用的一種激發(fā)源。利用其和的射線，可以有效地激發(fā)等重元素的系譜線。的主要缺點是半衰期太短（），需要經(jīng)常更換新源，在工作過程中，半衰期需要隨時進行校正；另外還有X射線源，其中應(yīng)用最多的有。其中發(fā)射的射線能量很低，必須使用鈹出射窗。用它來激發(fā)原子序數(shù)在1723的系譜線非常有效,其半衰期為。在定量測定中工作天以上()時,初級輻射照射量率需要進行半衰期校正。第六章1、重帶電粒子和輕帶電粒子的概念 所謂重帶電粒子是指以粒子為代表的帶電粒子，包括質(zhì)子、氘核及其它較重的離子； 所謂輕帶電粒子是指正、負電子， 由于質(zhì)量不同，導(dǎo)致它們在物質(zhì)中的運動以及與物質(zhì)的

20、相互作用的形式等不同。2、在正比計數(shù)器測量粒子能譜時，采用的正比計數(shù)器有密封式和流氣式的，若要增加正比計數(shù)器探測的能量上限，可以增大氣壓來實現(xiàn)，若采用密封式正比計數(shù)器測量粒子能譜時，應(yīng)注意窗的吸收。3、注意在采用閃爍計數(shù)器測量粒子能譜時閃爍體的選擇在采用閃爍計數(shù)器測量粒子能譜時閃爍體采用無機晶體，常采用CsI(Tl)，這是因為ZnS(Ag)透明度差，能量分辨率也差，不適用于粒子能譜測量；NaI(Tl)易潮解，需要防潮包裝，也不適用于粒子能譜測量；另外CsI(Tl) 發(fā)光效率高，因此CsI(Tl)常用于粒子能譜測量。4、閃爍計數(shù)器測量粒子應(yīng)注意的問題Ø 粒子測量一般采用原子序數(shù)低的有機

21、晶體或閃爍體，如蒽，對聯(lián)三苯及塑料；Ø 為了解決粒子大角度散射引起的譜形畸變，可以采用如下方法：l 采用準直辦法，使粒子垂直入射；l 采用劈裂晶體法Ø NaI(Tl)晶體有較好的分辨率，但散射問題太嚴重。如果在制備晶體時將樣品摻入，則可取長補短。由于源在晶體內(nèi)部，射線可完全被吸收。這種做法對弱樣品的測量也是有利的。第七章1、累計效應(yīng)的概念以光子探測為例，累計效應(yīng)是指在光子與探測器的工作物質(zhì)發(fā)生康普頓散射或電子對效應(yīng)時，入射光子的能量逐次全部被工作物質(zhì)吸收，沒有能量逸出晶體，此時形成的脈沖幅度與入射光子所形成的光電子的脈沖幅度相等，從而增加了入射光子的光電子形成的脈沖數(shù)，這種

22、現(xiàn)象稱為累計效應(yīng)。2、累計效應(yīng)對能譜帶來的影響l 峰總比增大l 譜峰增寬3、常見的附加譜峰或干擾峰l 和峰，和峰是指當(dāng)兩個光子幾乎同時入射到探測器時，若兩個光子達到探測器的時間間隔小于探測器的分辨時間，則探測器無法分辨出是兩個光子，因此探測器輸出的脈沖幅度對應(yīng)于兩個光子能量之和所處的脈沖幅度的位置。l 特征射線逃逸峰，這是由于晶體中產(chǎn)生的特征X射線逃離晶體形成的特征逃逸峰，如如碘逃逸峰、鍺逃逸峰。l 特征X射線，這是由于初級射線激發(fā)周圍物質(zhì)的特征X射線引起的；l 反散射峰，這是由于入射的光子直接穿過晶體，與晶體直接接觸的物質(zhì)發(fā)生反散射，反散射射線返回到晶體引起的光電峰；l 湮滅輻射峰，這是由于能量大于1.02MeV的光子與周圍的物質(zhì)發(fā)生了電子對效應(yīng)，產(chǎn)生了正電子，當(dāng)正電子的能量在物質(zhì)消耗殆盡的時候，與一個負電子相結(jié)合，發(fā)生的電子湮滅現(xiàn)象，輻射出能量為0.511MeV光子，湮滅輻射峰該光子進入探測器而形成的光電峰。l 單逃逸峰和雙逃逸峰4、影響能譜形狀的