放射性測量技術(shù)

1、1 第第2 2章章 放射性測量技術(shù)放射性測量技術(shù) 測量內(nèi)容：探測、分析、監(jiān)測、劑量。測量內(nèi)容：探測、分析、監(jiān)測、劑量。 探測器：射線信號(hào)探測器：射線信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào) ( (電流、電壓脈沖電流、電壓脈沖) ) 氣體氣體 電子離子對(duì) 氣體探測器 電離電離 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 電子空穴對(duì) 半導(dǎo)體探測器 激發(fā)激發(fā) 閃爍體閃爍體 熒 光 閃爍探測器2 2.12.1概述概述 氣體探測器氣體探測器 脈沖脈沖 電離室電離室 電流、累計(jì)電荷電流、累計(jì)電荷 種類種類 正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 GMGM計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管 介質(zhì)：隋性介質(zhì)：隋性ArAr氣氣+(CH+(CH) ) 3各種圓柱型和鐘罩型各種圓柱型和鐘罩型G-M管管4高

2、壓極高壓極收集極收集極保護(hù)極保護(hù)極0VKCGLR高壓高壓負(fù)載電阻負(fù)載電阻外殼外殼靈敏靈敏體積體積絕緣子絕緣子結(jié)構(gòu)：平板型電離室結(jié)構(gòu)：平板型電離室5C0VLRKG結(jié)構(gòu)：圓柱型電離室結(jié)構(gòu)：圓柱型電離室6輸出信號(hào)的物理過程輸出信號(hào)的物理過程以平行板電離室為例結(jié)論脈沖計(jì)數(shù)n正比于放射活度脈沖幅度正比于入射粒子的能量 AnEEWeECNeV0C)(0tI0R)(tV0V ab)(ti V(t)V(t)t t7o各類氣體探測器的工作特性區(qū)各類氣體探測器的工作特性區(qū)8o各類各類氣體探測器特性的對(duì)比氣體探測器特性的對(duì)比探測器電離室正比計(jì)數(shù)器GM計(jì)數(shù)管特性區(qū)電離室區(qū)正比區(qū)GM區(qū)輸出脈沖N0e/CMN0e/C等幅

3、9 閃爍探測器閃爍探測器 工作原理工作原理 工作過程：激發(fā)工作過程：激發(fā)熒光熒光光電子光電子光電倍增光電倍增電壓脈沖電壓脈沖10閃爍體閃爍體 利用射線的熒光效應(yīng)將射線能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿奈矬w。無機(jī)無機(jī) 含少量激活劑的無機(jī)鹽。 ZnS(Ag)， 強(qiáng)度。 NaI(Tl),CsI(Tl),強(qiáng)度、能量。有機(jī)有機(jī) 芳香族化合物 晶體，蒽，發(fā)光標(biāo)準(zhǔn)。 液體，。 塑料(苯乙稀加入POP、POPOP聚合的固溶體)，。11各類閃爍體的發(fā)射光譜各類閃爍體的發(fā)射光譜12各類閃爍體的物理特性各類閃爍體的物理特性13光電倍增管光電倍增管o 結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 光陰極光陰極 CsCs3 3S Sb b , K, K2

4、 2C Cs sS Sb b等等, ,發(fā)射光電子。發(fā)射光電子。 倍增極倍增極 6-146-14個(gè)，二次電子發(fā)射。個(gè)，二次電子發(fā)射。 陽極陽極 收集倍增后的電子，在負(fù)載上形成收集倍增后的電子，在負(fù)載上形成 電壓脈沖。電壓脈沖。 光電倍增管兼有能量光電倍增管兼有能量轉(zhuǎn)換及放大作用。轉(zhuǎn)換及放大作用。 14光電倍增管光電倍增管15o光譜響應(yīng)光譜響應(yīng) 光陰極在光照射下，發(fā)射光電子的概光陰極在光照射下，發(fā)射光電子的概率是入射光波長的函數(shù)，稱作率是入射光波長的函數(shù)，稱作“光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)”。 在選用閃爍體時(shí)，應(yīng)選用使二者匹配的閃爍體。16o 主要性能主要性能 光電量子轉(zhuǎn)換效率 電子倍增系數(shù) ,M105107

5、 要求工作高壓有較好穩(wěn)定性。 暗電流 無光照時(shí)自身產(chǎn)生的陽極電流，由熱電子射、 漏電、光子和正離子反饋等引起。光子數(shù)光電子數(shù)KAiiM陰極電流陽極電流不VVmMVM7717o使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)1）避光使用；2）保持閃爍體與光電倍增管光學(xué)接觸良好。 182.2 2.2 液閃計(jì)數(shù)器液閃計(jì)數(shù)器o 特點(diǎn)特點(diǎn)1.對(duì)軟探測效率高，4測量及避免了射線的自吸收和吸收。2.溶納樣品較大,可測量強(qiáng)度較弱的樣品。19o液閃裝置液閃裝置符合加法放大前置前置門控單道單道定標(biāo)器液閃儀框圖20o雙管符合電路雙管符合電路 符合電路使暗電流本底降低1045倍。 例例: : -8s ， ,則偶然符合：cpmnn421103

6、cpmnnnb3 . 0)103()60101(222482121單道脈沖輻度分析器單道脈沖輻度分析器 甄別閾Vd 輸入信號(hào)VVd,才有出 。反符合 因此，輻度分析器只能使V下VV上的脈沖通過。BAC22o閃爍液閃爍液 脂溶性 甲苯，二甲苯 主溶劑 水溶性 二氧環(huán) 溶劑 組成 助溶劑 甲苯中加甲醇，表面活性劑，二 六環(huán)加萘 主溶質(zhì) PPO 溶質(zhì) 助溶質(zhì) POPOP 波長轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)匹配 23o 液閃過程的淬滅現(xiàn)象液閃過程的淬滅現(xiàn)象 淬滅淬滅 導(dǎo)致閃爍過程能量傳遞效率降低，使光輸出 減小，輸出脈沖幅度降低，最終使探測效率降低的過程。 化學(xué)淬滅化學(xué)淬滅 非熒光物質(zhì)競爭激發(fā)能。 顏色淬滅顏色淬滅 有色

7、物質(zhì)吸收熒光。 光子淬滅光子淬滅 非均相發(fā)射體顆粒吸收射線。24o淬滅校正淬滅校正 內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法 通過在樣品中加入已知活度的標(biāo)準(zhǔn)源，由引起的附加計(jì)數(shù)，求儀器計(jì)數(shù)效率的校正法。 式中：）樣品加標(biāo)準(zhǔn)。（為標(biāo)注，為樣品，是計(jì)數(shù)率，下角標(biāo)ttsssscpm25道比值法道比值法。為高能道的計(jì)數(shù)率，代表全道，道比值法。進(jìn)行的一種效率校正方譜本身對(duì)淬滅的響應(yīng)所這是利用樣品R)(nnnnRBAABf26 外標(biāo)準(zhǔn)法外標(biāo)準(zhǔn)法 作為淬滅指示參量。增加而減小，因此可以，其隨淬滅校正因子之積子的平均脈沖幅度與一為康普頓電。和反轉(zhuǎn)外標(biāo)準(zhǔn)譜指數(shù)法品譜指數(shù)法兩種方法，樣器所推薦的方法。常有淬滅校正的且為現(xiàn)代儀譜的淬滅效應(yīng)

8、，進(jìn)行源所產(chǎn)生的康普頓電子利用外部KVSISSIStSIESISmeam27正參數(shù)。，利用二者之積作為校正因子指示參數(shù)，同時(shí)引入校代表淬滅的計(jì)數(shù)比，即點(diǎn)和點(diǎn)累計(jì)計(jì)數(shù)譜，并定義得康普頓電子譜的反轉(zhuǎn)，是通過反轉(zhuǎn)積分，獲FP/PEP%01P20%tSIE121228淬滅校正過程292.3 2.3 常用輻射防護(hù)監(jiān)測儀器常用輻射防護(hù)監(jiān)測儀器輻射報(bào)警儀輻射報(bào)警儀o 用途用途 輻射報(bào)警儀主要用于放射性工作場所放射性物質(zhì)，包括放射源及可能的沾污源以及工作場所輻射水平預(yù)警測量。o 類型類型 使用比較普遍的一類報(bào)警儀是G-M計(jì)數(shù)管型報(bào)警儀，用于-輻射或輻射的測量。用輻射的一般為薄端窗式G-M管。 30o Insp

9、ecotr Alert 手持式手持式、和和 輻射檢輻射檢測儀測儀 本產(chǎn)品采用GM探測器，用以監(jiān)測放射性工作場所和表面 ,實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)面、地板、墻壁、手、衣服、鞋的、和X放射性污染計(jì)數(shù)測量以及環(huán)境劑量率，是一款性價(jià)比高的輻射測量儀器。313233 技術(shù)性能與特點(diǎn)：技術(shù)性能與特點(diǎn)： 1. 檢測、和X射線 ；2. 計(jì)數(shù)測量、總計(jì)數(shù)測量和劑量率測量； 3. 最低響應(yīng)能量：20Kev（射線），對(duì)Cs-137源為5. 8Cps/Sv/h; 探測下限：對(duì)I-125是0.02微居; 4. 效率（4）：接觸下：對(duì)Sr-90源約38%，C-14源約5.3%；P-32源約33%；Co-60源約3% 5. G-M

10、計(jì)數(shù)管,有效直徑45mm,云母窗密度1.5-2.0mg/Cm;34 6. CPS：2500 CPS范圍時(shí)15% ， 在2500-5000CPS范圍20%； 7. 測量單位：該檢測儀常用單位（mR/h或CPM）或SI單位（Sv/h或CPS)。 35 表面沾污儀表面沾污儀 表面沾污儀主要是用來測量實(shí)驗(yàn)室臺(tái)表面沾污儀主要是用來測量實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面，儀表等物體表面污染，以便發(fā)現(xiàn)并及面，儀表等物體表面污染，以便發(fā)現(xiàn)并及時(shí)清除。表面沾污儀常用的探測器類型有時(shí)清除。表面沾污儀常用的探測器類型有G-MG-M管，正比計(jì)數(shù)管和閃爍計(jì)數(shù)器等，其管，正比計(jì)數(shù)管和閃爍計(jì)數(shù)器等，其測量對(duì)象是表面污染面源粒子的表面出射測量對(duì)象是

11、表面污染面源粒子的表面出射率。率。36 儀器讀數(shù) 直接測量的量為粒子的計(jì)數(shù)率n(cpm)，其與表面污染水平 有如下關(guān)系： 其中,K稱為刻度系數(shù)（也叫做總探測效率）。其意義是，對(duì)應(yīng)每單位污染水平，儀器所測到的計(jì)數(shù)率。Kn)2100/(2厘米分粒子數(shù)37 表面污染水平表面污染水平 所謂單位污染水平是指，每100厘米2的污染表面在單位時(shí)間內(nèi)向上所出射的表面粒子數(shù)?？潭认禂?shù)K與射線的探測效率及探測器端窗的面積大小等因素有關(guān)。 38 儀器刻度過程儀器刻度過程 根據(jù)探測器端窗面積，選擇相應(yīng)幾何形狀的標(biāo)準(zhǔn)面源，核素應(yīng)與實(shí)際污染源相同或射線能量相近。在確定的幾何位置條件下，測量它所引起的計(jì)數(shù)率，然后按下式求得

12、K值。39 TBM-3S系列表面沾污儀系列表面沾污儀 內(nèi)置直徑為2的扁平G-M管和揚(yáng)聲器，有3個(gè)量程，檢測、和射線，讀數(shù)為CPM（或mR/h）具有 尺寸小、重量輕和面積大的特點(diǎn)，是監(jiān)測工作臺(tái)面或檢查手掌、手指和衣服表面放射性污染的有效工具。40o技術(shù)規(guī)格技術(shù)規(guī)格 開關(guān)開關(guān)： OFF，電池測試，X100，X10，X1 量量 程程： 3個(gè)量程，線性，0-500，0-5,000，0-50,000 cpm（0-0.15，1.5，15 mR/h） 靈靈 敏敏 度：度： 150 cpm/ R/h（137Cs標(biāo)準(zhǔn)校正源） 41探探 測測 器器 T-1190扁平GM管窗直徑：4.5 cm窗厚度：1.5 mg/

13、cm2淬滅氣體：鹵素，長壽命管本 底：典型值50 cpm效 率：本征效率為10042 個(gè)人計(jì)量計(jì)個(gè)人計(jì)量計(jì) 佩戴在身體適當(dāng)部位，用以測量個(gè)人所受外照射劑量的儀器叫做個(gè)人劑量計(jì)。主要有儀器型和固體劑量計(jì)型兩類。43EPDEPD個(gè)人劑量計(jì)個(gè)人劑量計(jì)o、和X輻射劑量當(dāng)量Hp(10)、Hp(0.07)讀數(shù)用電子個(gè)人劑量計(jì)； o基于現(xiàn)代二極管探測技術(shù)的高度完備多功能個(gè)人輻射監(jiān)測器； o無與倫比的放射性能與先進(jìn)的軟硬件特色相結(jié)合，體積小、質(zhì)量輕； o標(biāo)稱使用能量范圍：輻射15keV-10MeV，粒子250keV-1.5MeV； o直接讀出ICRU定義的深部劑量Hp(10)和淺表劑量Hp(0.07)，單位為

14、(Sv)或雷姆(rem)； o可顯示劑量和劑量率值，可設(shè)定劑量/劑量率測量閾值報(bào)警模式。44 熱釋光劑量片熱釋光劑量片 固體劑量劑被廣泛用于個(gè)人劑量監(jiān)測，其固體劑量劑被廣泛用于個(gè)人劑量監(jiān)測，其中尤以熱釋光劑量計(jì)，如中尤以熱釋光劑量計(jì)，如LiF(Mg,Ti)LiF(Mg,Ti)最廣。其最廣。其測量原理是，熱釋光固體元件受到輻射的照射測量原理是，熱釋光固體元件受到輻射的照射后，其輻射能通過激發(fā)固體晶格中的電子，轉(zhuǎn)后，其輻射能通過激發(fā)固體晶格中的電子，轉(zhuǎn)變成電子的激發(fā)能同時(shí)被禁封在晶體中的陷阱變成電子的激發(fā)能同時(shí)被禁封在晶體中的陷阱中，此能量可以累加并保持一定時(shí)間，當(dāng)用高中，此能量可以累加并保持一定

15、時(shí)間，當(dāng)用高溫退火時(shí)，保持的激發(fā)能通過光輻射的形式發(fā)溫退火時(shí)，保持的激發(fā)能通過光輻射的形式發(fā)出，通過測量輻射光的強(qiáng)度就可確定熱釋光晶出，通過測量輻射光的強(qiáng)度就可確定熱釋光晶體所受照射劑量。體所受照射劑量。45 發(fā)光機(jī)制發(fā)光機(jī)制 按照能帶理論，晶體能級(jí)由兩類能級(jí)構(gòu)成：處于基態(tài)的已被電子占滿的容許能帶，稱為滿帶；沒有或尚未填滿電子的容許能帶，稱為導(dǎo)帶，二者被一定寬度的禁帶隔開。晶體中的雜質(zhì)原子或因原子或離子缺位和結(jié)構(gòu)錯(cuò)位等造成的晶格缺陷處會(huì)形成局部電荷中心，其能吸引和束縛異電荷粒子。46o 在能帶圖上，相當(dāng)于在禁帶中形成了一些孤立能級(jí)。在靠近導(dǎo)帶下面的局部能級(jí)，能吸引電子，稱為電子陷阱；靠近滿帶上

16、面的局部能級(jí)能吸附空穴，稱為激活能級(jí)。在沒有受到輻照時(shí)，電子陷阱是空著的，而激活能級(jí)是填滿電子的。滿帶導(dǎo)帶00-0禁帶FH12347 當(dāng)晶體因輻照被電離或激發(fā)時(shí)，滿帶中的電子因受激進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴（過程1）,進(jìn)入導(dǎo)帶的電子因熱擾動(dòng)會(huì)很快被電子陷阱捕獲，滿帶的空穴也會(huì)移入激活能級(jí)，分別形成所謂的F和H發(fā)光中心，并將輻射能量貯存起來。在常溫下這些中心可以保存很久。 當(dāng)對(duì)晶體加熱使其溫度達(dá)到一定值時(shí)，F(xiàn)發(fā)光中心的電子獲的能量重新進(jìn)入導(dǎo)帶并最終與H發(fā)光中心的空穴復(fù)合(過程3），在復(fù)合的過程中發(fā)出光，稱為熱釋光。熱釋光放出的總光子數(shù)與發(fā)光中心退激的總電子數(shù)成正比，也即與吸收的輻射能量成正比。因

17、此，測量一定溫度范圍退火溫度下的總發(fā)光量就可確定吸收劑量。48 發(fā)光曲線發(fā)光曲線 對(duì)照射后的熱釋光元件加熱退火，發(fā)光強(qiáng)度與退火溫度的關(guān)系稱為熱釋光曲線。 對(duì)于LiF(Mg,Ti)有如下圖的形狀。固體中的電子陷阱有深有淺，隨加熱溫度的升高，電子先由較淺的陷阱放出，熱釋光由小到大達(dá)到一峰值后接著下降，直至這種陷阱中貯存的電子都釋放出來，形成發(fā)光曲線的第一個(gè)峰。隨后較深陷阱中的電子釋放。49 對(duì)同一種固體，發(fā)光曲線形狀基本不變，但隨加熱速率稍有變化，加熱越快，峰越高，相應(yīng)的峰值溫度也有變化。然而對(duì)于給輻照劑量，發(fā)光總額是不變的。通常采用兩種測量方式，一種是測量主發(fā)光峰面積的積分測量法，另一種是測量主

18、峰的光峰高法。50熱釋光強(qiáng)度溫度，0CLiF（Mg，Ti）熱釋光體的發(fā)光曲線51 測量裝置測量裝置 熱光測量儀由加熱的裝置和光度計(jì)兩部分組成。測量過程如下：用線性加熱器使加熱盤上的熱光體受熱放出可見光，光信號(hào)經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，進(jìn)入電子學(xué)線路，最后由X-Y紀(jì)錄儀自動(dòng)畫出熱釋光曲線，根據(jù)積分或光峰高度法，并由標(biāo)準(zhǔn)曲線便可求出受照劑。52o種類和特性種類和特性 目前已使用的熱釋光材料很多，但大致可分為目前已使用的熱釋光材料很多，但大致可分為兩類：一類原子序較低，如兩類：一類原子序較低，如LiF,Li2B4O7(Mn),BeO等，接近為組織等效材等，接近為組織等效材料，能量向應(yīng)好；另一類的原子序高，如料，能量向應(yīng)好；另一類的原子序高，如CaF2(Mn),CaSO4(Dy)等，其靈敏度高，但能等，其靈敏度高，但能量響應(yīng)不好。量響應(yīng)不好。 1.能量響應(yīng)能量響應(yīng) 靈敏度是指單位吸收劑量所對(duì)應(yīng)的熱釋光量。靈敏度是指單位吸收劑量所對(duì)應(yīng)的熱釋光量。靈敏度可通過加金屬過濾片得以改善。靈敏度可通過加金屬過濾片得以改善。53