輻射探測學(xué) 復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、輻射探測學(xué) 復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章 輻射與物質(zhì)的相互作用（含中子探測一章）1. 什么是射線？由各種放射性核素發(fā)射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。2. 射線與物質(zhì)作用的分類有哪些？重帶電粒子、快電子、電磁輻射（射線與X射線）、中子與物質(zhì)的相互作用3. 電離損失、輻射損失、能量損失率、能量歧離、射程與射程歧離、阻止時間、反散射、正電子湮沒、g光子與物質(zhì)的三種作用電離損失：對重帶電粒子，輻射能量損失率相比小的多，因此重帶電粒子的能量損失率就約等于其電離能量損失率。輻射損失：快電子除電離損失外，輻射損失不可忽略；輻射損失率與帶電粒子靜止質(zhì)量m的平方成反比。所以僅對電子才重點(diǎn)考慮輻射能量損失率：單位路徑上，

2、由于軔致輻射而損失的能量。能量損失率：指單位路徑上引起的能量損失，又稱為比能損失或阻止本領(lǐng)。按能量損失作用的不同，能量損失率可分為“電離能量損失率”和“輻射能量損失率”能量歧離(Energy Straggling)：單能粒子穿過一定厚度的物質(zhì)后，將不再是單能的（對一組粒子而言），而發(fā)生了能量的離散。電子的射程比路程小得多。射程：帶電粒子在物質(zhì)中不斷的損失能量，待能量耗盡就停留在物質(zhì)中，它沿初始運(yùn)動方向所行徑的最大距離稱作射程，R。實(shí)際軌跡叫做路 程P。射程歧離(Range Straggling)：由于帶電粒子與物質(zhì)相互作用是一個 隨機(jī)過程 ，因而與能量歧離一樣，單能粒子的射程也是 漲落的 ，這

3、叫做 能量歧離。能量的損失過程是隨機(jī)的。阻止時間：將帶電粒子阻止在吸收體內(nèi)所需要的時間可由 射程與平均速度 來估算。與射程成正比，與平均速度成反比。反散射：由于電子質(zhì)量小，散射的角度可以很大，多次散射，最后偏離原來的運(yùn)動方向，電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，稱為反散射。正電子湮沒放出光子的過程稱為湮沒輻射g光子與物質(zhì)的三種作用：光電效應(yīng)（吸收）、康普頓效應(yīng)（散射）、電子對效應(yīng)（產(chǎn)生）電離損失、輻射損失：P1384. 中子與物質(zhì)的相互作用，中子探測的特點(diǎn)、基本方法和基本原理中子本身不帶電，主要是與原子核發(fā)生作用，與g射線一樣，在物質(zhì)中也不能直接引起電離，主要靠和原子核反應(yīng)中產(chǎn)生的次級電離粒子而使

4、物質(zhì)電離。3905. Bethe公式應(yīng)用 對各種帶電粒子是有效的，條件是這些粒子的速度保持大于物質(zhì)原子中電子的軌道運(yùn)動速度。重離子治癌，質(zhì)子刀，“大部分的能量沉積在病灶”Bethe公式是描寫電離能量損失率Sion與帶電粒子速度v、電荷Z等關(guān)系的經(jīng)典公式。6. 輻射損失率公式應(yīng)用探測學(xué)中所涉及快電子的能量E 一般不超過幾個MeV，所以，輻射能量損失只有在高原子序數(shù)(大Z)的吸收材料中才是重要的。7. 自由電子不能發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)：g射線(光子)與物質(zhì)原子中束縛電子作用，把全部能量轉(zhuǎn)移給某個束縛電子，使之發(fā)射出去(稱為光電子photoelectron)，而光子本身消失的過程，稱為光電效應(yīng)。第二

5、章 輻射探測中的統(tǒng)計(jì)學(xué)1. ？計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義2. 隨機(jī)試驗(yàn)、隨機(jī)事件、隨機(jī)變量、概率、數(shù)學(xué)期望、方差、相對均方偏差、準(zhǔn)確度、精確度、系統(tǒng)誤差、偶然誤差隨機(jī)試驗(yàn)：一定條件下的每次觀測。隨機(jī)事件：隨機(jī)試驗(yàn)的各種結(jié)果。隨機(jī)變量：代表隨機(jī)事件的數(shù)量。概率：描述在某種隨機(jī)試驗(yàn)中的各個隨機(jī)事件出現(xiàn)的可能性數(shù)學(xué)期望：E()或E(X)，簡稱為期望，又稱為平均值、均值。描述的是隨機(jī)變量的平均值方差： D()或D(X)，描述的是隨機(jī)變量偏離其均值的程度。相對均方偏差：在實(shí)用中，我們會經(jīng)常用到相對均方偏差（與以后將要學(xué)習(xí)到的能量分辨率有關(guān)），也稱為相對均方漲落。準(zhǔn)確度(accuracy：測量值與被測對象真值的一致

6、程度?？捎脺y量值的平均值與真值的差來描述。精密度(precision)測量的可重復(fù)性或可靠性。可用測量的均方偏差來描述。系統(tǒng)誤差(systematic errors)由于儀器本身的不精確、或?qū)嶒?yàn)方法粗略、或?qū)嶒?yàn)原理不完善而導(dǎo)致的測量值與實(shí)際值之間的誤差。系統(tǒng)誤差難于發(fā)現(xiàn)。無法通過統(tǒng)計(jì)的方法來進(jìn)行分析，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都同時偏大或者偏小。偶然誤差(random errors)由于各種偶然因素對實(shí)驗(yàn)者、測量儀器、測量對象的物理量構(gòu)成影響而導(dǎo)致的測量誤差。利用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對偶然誤差的統(tǒng)計(jì)分析。偶然誤差可以對通過對大量測量值進(jìn)行平均的方法來進(jìn)行削弱。3. 伯努利試驗(yàn): 隨機(jī)試驗(yàn)只有兩種可能的

7、結(jié)果，非此即彼，這類隨機(jī)試驗(yàn)稱作伯努利實(shí)驗(yàn).4. 二項(xiàng)式分布、泊松分布、高斯分布及其期望、方差和相對方差對于長壽命的核素，在一定時間段內(nèi)發(fā)射出的粒子數(shù)n滿足泊松分布分布.泊松分布期望m1時，二項(xiàng)式分布可用泊松分布和高斯分布代替5. 較簡單復(fù)雜隨機(jī)變量的期望、方差和相對方差6. 串級型隨機(jī)變量的期望、方差和相對方差1747. 核衰變數(shù)與探測器計(jì)數(shù)的漲落分布8. 相鄰兩個和進(jìn)位信號脈沖的時間間隔9. 一些常見情況下計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差的傳遞ppt144在一般的核測量中，常涉及函數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差的計(jì)算，也就是誤差傳遞(Error Propagation(1) 和差關(guān)系(2) 倍數(shù)關(guān)系(3) 乘除關(guān)系(4) 平均

8、計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差(5) 不等精度獨(dú)立測量值的平均(6) 存在本底時凈計(jì)數(shù)率誤差的計(jì)算(7) 測量時間的選擇第三章 氣體電離探測器1. 為什么需要輻射探測器？2. 輻射探測器的定義與分類將被測的射線轉(zhuǎn)換為可觀測信號的特殊器件，稱之為電離輻射探測器，簡稱探測器利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行輻射探測的器件稱為輻射探測器。3. 輻射探測的基本工作過程輻射粒子射入“靈敏體積” 入射粒子與靈敏體積內(nèi)的工作介質(zhì)相互作用，損失能量并形成電離或激發(fā)探測器通過自身特有的工作機(jī)制將入射粒子的電離或激發(fā)效果轉(zhuǎn)化為某種輸出信號4. 原電離、次電離、總電離、電離能、光致電離光致電離

9、：介質(zhì)中原子吸收一個光子，放出一個電子而電離。5. 被激發(fā)原子的退激方式ppt1861) 輻射光子、2) 發(fā)射俄歇電子、3) 亞穩(wěn)態(tài)原子的退激。受激原子處于亞穩(wěn)態(tài)，僅當(dāng)它與其它粒子發(fā)生非彈性碰撞時才能退激。6. 電子與離子在氣體中的運(yùn)動規(guī)律氣體的電離與激發(fā)、氣體中電子與離子的漂移和擴(kuò)散、電子與離子的復(fù)合與負(fù)離子的形成一 氣體的電離與激發(fā)載流子的產(chǎn)生一 氣體中離子、電子的漂移與擴(kuò)散運(yùn)動載流子的移動一 氣體放電載流子的“增多” 分兩種情況來看：沒有外加電場的情況、有外加電場的情況7. 電離室的工作機(jī)制與輸出回路工作機(jī)制：輸出信號產(chǎn)生的物理過程l 極板a上加高壓V0，極板a b 間電容量為C1，則兩

10、極板的電荷量：l 在電離室內(nèi)某一點(diǎn)引入一單位正電荷+e l 當(dāng)+e電荷沿電場向收集極b運(yùn)動，則上極板a上感應(yīng)電荷q1減少，下極板b上感應(yīng)電荷q2增加。l 當(dāng)正電荷快到達(dá)極板的前一瞬間，-q1全部由a極板經(jīng)外回路流到b極板，b極板上的感應(yīng)電荷為-e輸出回路：輸出信號電流流過的所有回路。8. 脈沖電離室的輸出信號和測量系統(tǒng)框圖脈沖電離室的輸出信號：電荷信號、電流信號、電壓信號脈沖電離室的輸出信號需要用電子儀器來測量。9. 脈沖電離室的能量分辨率、飽和特性曲線、坪特性曲線、探測效率、時間特性能量分辨率反映了譜儀對不同入射粒子能量的分辨能力飽和特性曲線：ppt263.坪特性曲線探測效率時間特性10.

11、累計(jì)電離室的輸出信號和性能指標(biāo)累計(jì)電離室的主要性能：飽和特性、靈敏度、線性范圍、響應(yīng)時間、能量響應(yīng)11. 正比計(jì)數(shù)器的工作原理、光子反饋和離子反饋工作原理：利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)進(jìn)行放大了，使得正比計(jì)數(shù)器的輸出信號幅度比脈沖電離室顯著增大正比計(jì)數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測器。光子反饋：氣體放大過程中的光子作用光子反饋。在電子與氣體分子的碰撞中：不僅能產(chǎn)生碰撞電離，同時也能產(chǎn)生碰撞激發(fā)氣體分子在退激時會發(fā)出紫外光子，其能量一般大于陰極材料的表面逸出功紫外光子在陰極打出次電子。次電子可以在電場的加速下發(fā)生碰撞電離。這個過程稱為光子反饋。離子反饋21912. G-M管的工作原理

12、和性能指標(biāo)228一種利用自持放電的氣體電離探測器。第四章 閃爍探測器1. 為什么要使用閃爍探測器？閃爍探測器的優(yōu)點(diǎn)：探測效率高，適合于測量不帶電粒子，如射線和中子，能夠測量能譜。時間特性好，有的探測器（如塑料閃爍體、BaF2）能夠?qū)崿F(xiàn)ns的時間分辨2. 什么是閃爍探測器？閃爍探測器是利用輻射在某些物質(zhì)中產(chǎn)生的閃光來探測電離輻射的探測器。3. 閃爍探測器的工作過程 2454. 閃爍體分類、發(fā)光效率、光能產(chǎn)額、發(fā)光衰減時間2485. 光電倍增管：類型、結(jié)構(gòu)與工作原理、主要性能類型：1. 外觀的不同、2. 根據(jù)光陰極形式、3. 根據(jù)電子倍增系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：1. 光學(xué)窗2. 光陰極3. 電子倍

13、增系統(tǒng)(打拿極)4. 電子收集(陽極)光電倍增管為電真空器件。主要性能6. 閃爍探測器的輸出信號7. 單晶閃爍譜儀的組成和工作原理8. 能量分辨率、探測效率、全能峰、單逃逸峰、雙逃逸峰等相關(guān)性能指標(biāo)的計(jì)算分析能量分辨率：已知Ge 中法諾因子為F，射線產(chǎn)生一個電子空穴對所需的平均能量為w，設(shè)電荷收集是完全的、電子學(xué)噪聲忽略不計(jì)。問Ge（Li）探測器對Cs-137產(chǎn)生的0.662MeV 射線的期望能量分辨率？能量分辨率：主要用于測量重帶電粒子的能譜，如a,p等，一般要求耗盡層厚度大于入射粒子的射程。 影響活度測量的因素主要有哪些?（P337P338）幾何因素、探測器的本征探測效率、吸收因素、散射因

14、素、分辨時間（即死時間）、本底計(jì)數(shù)探測效率:記錄下來的脈沖數(shù)與進(jìn)入探測器的總的射線個數(shù)的比值.。對于一個各向同性、活度為A 的放射源，若探測器探測效率為，覆蓋的立體角為。則探測器的平均計(jì)數(shù)率是多少？若要某次測量的總計(jì)數(shù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.1%，則最短的測量時間應(yīng)該是多少？(P178)全能峰：對于一個由中等大小閃爍體晶體構(gòu)成的閃爍譜儀，若入射光子束能量為10MeV，則單逃逸峰、雙逃逸峰和康普頓邊緣對應(yīng)的能量分別是多少？（P154、P362）第五章 半導(dǎo)體探測器1. 為什么要使用半導(dǎo)體探測器？2. 半導(dǎo)體探測器的特點(diǎn)3. 半導(dǎo)體探測器的基本原理4. 什么是信息載流子5. 能帶知識、半導(dǎo)體基本知識、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)與施主能級、受主雜質(zhì)與受主能級、補(bǔ)償效應(yīng)6. P-N結(jié)半導(dǎo)體探測器的工作原理、類型、輸出信號、主要性能，P-N結(jié)、死層及其厚度求解7. P-I-N結(jié)、鋰漂移探測器的工作原理8. 高純鍺探測器的工作原理與特點(diǎn)？簡答題：2. 氣體放大倍數(shù)指的是正比計(jì)數(shù)器中，對直接電離效應(yīng)放