核輻射探測復習資料(盧秉禎版)

1、核輻射探測第一章 核輻射及其探測原理1.1核輻射基本特性輻射和X輻射都是電磁輻射。輻射是核躍遷或粒子湮滅過程中發(fā)出的電磁輻射。X輻射是核外電子從高能級躍遷過程中產(chǎn)生的電磁輻射。1.2探測帶電粒子的物理性質(zhì) 探測原理：利用帶電粒子在物質(zhì)中對物質(zhì)原子產(chǎn)生的電離或激發(fā)效應或快速輕帶電粒子穿過物質(zhì)時的電磁輻射效應。 帶電粒子與物質(zhì)的作用方式：帶電粒子與核外電子的非彈性碰撞電離與激發(fā)；帶電粒子與原子核的非彈性碰撞軔致輻射（帶電粒子的速度和運動方向改變產(chǎn)生的電磁輻射）或切連科夫輻射(特定條件下物質(zhì)產(chǎn)生定向極化而隨之發(fā)出的電磁輻射)；帶電粒子與原子核的彈性碰撞彈性散射。帶電粒子的能量損失方式：電離損失和輻射

2、損失。輻射長度是電子在物質(zhì)中由于輻射損失而使其能量減少到原來能量的1/e時的物質(zhì)度。電子的電離損失率和輻射損失率之比： 當電子電離損失率與輻射損失率一樣時帶電粒子與物質(zhì)作用后不再作為自由粒子而存在的現(xiàn)象叫吸收，其中帶電粒子從進入物質(zhì)到被吸收，沿入射方向所穿過的最大距離叫射程。對正電子的探測一般是通過探測湮沒光子間接進行的。1.3 X和射線的探測原理：利用他們在物質(zhì)中的光電效應，康普頓散射，電子對產(chǎn)生等產(chǎn)生的次級電子引起物質(zhì)的電離和激發(fā)探測。光電效應：光子被原子吸收后發(fā)射軌道電子的現(xiàn)象。內(nèi)層電子（K）容易些，低能高Z康普頓散射：光子與軌道電子相互作用使得光子只改變方向而不損失能量。 外層電子發(fā)生

3、概率大。中能中Z電子對效應：光子與原子核發(fā)生電磁相互作用，光子消失而產(chǎn)生一個電子和一個正電子（電子對）的現(xiàn)象。 且要原子核參加。高能高Z1.4中子探測方法兩步：1.中子和核的某種相互作用產(chǎn)生帶電粒子或光子；2.利用這些帶電粒子或光子的次級帶電粒子引起的電離或激發(fā)進行探測。方法：1：中子與核反應放出帶電粒子 2：中子彈性散射引起核反沖 3：中子引起的核裂變 4：中子被核俘獲引起核激活。中子探測包括：中子通量密度，中子能量，中子截面。第2章 氣體探測器2.1基本原理 按探測核輻射的物理過程分為：電離型探測器和發(fā)光型探測器。 電離碰撞中被激發(fā)的原子，有3種可能的退激方式：1. 輻射光子；2.發(fā)射俄歇

4、光子；3.亞穩(wěn)原子。電離產(chǎn)生的電子和正離子從入射粒子得到動能，他們在氣體中運動，并和氣體分子碰撞，會發(fā)生以下物理過程：擴散，電子吸附，復合，漂移。 氣體探測器是利用收集核輻射在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來探測核輻射的。根據(jù)外加電壓的大小，分為復合區(qū)，飽和區(qū)，正比區(qū)，有限正比區(qū)，G-M計數(shù)區(qū)，連續(xù)放電區(qū)。2.2電離室 電離室就是工作在飽和區(qū)的氣體探測器。 按工作方式，分為：記錄單個核輻射粒子的脈沖電離室，主要用于測量帶電粒子輻射量和能量，這類電離室按其輸出電路的時間常數(shù)大小又可分為：離子脈沖電離室和電子脈沖電離室。另一類是記錄大量粒子平均電離效應的電流脈沖室。 常見的電離室結(jié)構(gòu)主要由兩個處于不同電位的

5、電極和保護環(huán)等組成。保護環(huán)的作用：主要使收集級邊緣的電極保持均勻，使電離室有確定的靈敏體積，也可使高壓電極的漏電流不通過集電極。 幾種常用脈沖電離室：1.粒子脈沖電離室；2.電子脈沖電離室；3.裂變電離室。4.屏柵電離室:在平行板電離室的高壓電極K和收集級A之間放置一個金屬網(wǎng)狀屏柵電極G，如果K,G之間的距離大于入射粒子射程，入射粒子電離限制在高壓電極K和屏柵電極G之間，由于G的靜電屏蔽作用，只有電子穿過G極才產(chǎn)生脈沖，正離子不穿過G極。 能量分辨率：探測器微分脈沖幅度分布譜中的特征峰半高寬與峰值所對應的脈沖幅度之比： 2.3正比計數(shù)管 利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應放大，對直接電離

6、效應放大倍數(shù)稱為氣體放大倍數(shù)A，屬非自持放電的氣體探測器。 光子反饋：次電子可以在電場的加速發(fā)生電離碰撞。 正比計數(shù)器輸出信號主要由正離子漂移貢獻，全部輸出信號均為正離子由陽極表面向陰極漂移而在外回路流過的感應電荷。電壓脈沖信號與輸出回路時間常數(shù)有光，與入射粒子位置無光。 當電子到達距絲極一定距離之后，通過碰撞電離過程。電子數(shù)目不斷增殖，這一過程稱為氣體放大過程，也叫電子雪崩。2.4 G-M計數(shù)管 一種利用自持放電的氣體電離探測器：靈敏度高，輸出電荷量大，死時間長，輸出脈沖幅度與入射粒子類型和能量無光。僅能用于計數(shù)。放電過程：1.初始電離及碰撞電離過程；2.放電傳播；3.正電子鞘向陰極漂移過程

7、：形成“離子電流”，是輸出脈沖主要貢獻；4.正離子在陰極表面的電荷中和過程。在工作氣體中加入少量有機氣體（多原子分子氣體，又稱淬熄氣體）的G-M管具有自熄能力。真實計數(shù)率 n記錄到的計數(shù)率 死時間2.5放射性活度小立體角法 立體角修正因子： r：準直孔半徑 h：源到準直孔距離第3章 閃爍探測器 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，可用來測量入射粒子能量。 其工作過程為： 1.輻射射入閃爍體使其原子電離或激發(fā)，受激原子退激而發(fā)出可見光波段的熒光。 2.熒光光子被收集到光電倍增管的光陰極，通過光電效應打出光電子。 3.電子運動并倍增，并在陽極輸出回路輸出信號。3.1.閃爍體 分類

8、：無機閃爍體，有機閃爍體，氣體閃爍體 激發(fā)態(tài)原子3種退激方式： 1.電子從激發(fā)態(tài)立即跳回基態(tài)，發(fā)射出光子； 2.電子把激發(fā)能轉(zhuǎn)換為晶格的振動（熱運動）而到達價帶，并不發(fā)射光子，稱為“淬滅過程”。 3.激發(fā)態(tài)是亞穩(wěn)態(tài)。 發(fā)光效率：閃爍體將吸收的射線能量轉(zhuǎn)化為光的比例。 ：閃爍體放射光子總能量 E：入射粒子損耗在閃爍體中的能量 光能產(chǎn)額： 為產(chǎn)生的閃爍光子總數(shù)。 閃爍體發(fā)光的過程包括閃爍的上升和衰減兩個過程。其中，發(fā)光強度下降到最大值1/e的時間叫發(fā)光衰減時間。 光衰減長度：光子數(shù)衰減到1/e是光子在閃爍體中通過的路程。標志閃爍體所能用的最大尺度。 源峰效率： 常用閃爍體：NaI(Tl)：發(fā)光效率

9、高，易潮解，適宜射線測量。能量分辨率正比。 ZnS(Ag)：透明度差，薄層，測粒子。3.2光電倍增管 當工作狀態(tài)下的光電倍增管完全與光輻射隔絕時，其陽極仍能輸出電流（暗電流）及脈沖信號（噪聲）。 形成原因：1.光陰極的熱電子發(fā)射；2.殘余氣體電離-離子反饋；殘余氣體的激發(fā)-光子反饋；3.工藝尖端放電及漏電。3.3.閃爍探測器輸出信號 閃爍探測器輸出脈沖信號的電荷量Q是與入射粒子在閃爍體內(nèi)耗損的能量成正比。3.4單晶閃爍譜儀 射線與物質(zhì)作用方式：光電效應；康普頓散射；電子對效應。 原理：輻射入射到閃爍體，通過光電效應，康普頓散射和電子對效應產(chǎn)生次級電子，使閃爍體中原子電離和激發(fā)而產(chǎn)生熒光，由光電

10、倍增管變成電脈沖信號，其幅度正比于次級電子能量。 鑒別中子和射線的n,甄別方法：閃爍探測器脈沖形狀；比較法。3.5特殊譜儀的原理 全吸收反符合譜儀：當主晶體單獨有輸出，該輸出才被記錄和分析；而當兩個晶體同時有輸出，就用外圍晶體的輸出通過反符合阻止主晶體輸出記錄和分析。 康普頓譜儀:對康普頓反沖電子和散射到一定角度的光子進行符合測量，從而得出反沖到一定方向的反沖電子的能量。 電子對譜儀：僅當光子在中心探測器發(fā)生電子對效應并且產(chǎn)生兩個湮滅光子分別被兩側(cè)探測器記錄時，中心探測器才輸出，即雙逃逸峰脈沖。第4章 半導體探測器4.1半導體基本性質(zhì)半導體探測器特點：1.能量分辨率高；2.射線探測效率較高。常

11、用半導體探測器：P-N結(jié)型；鋰漂移型；高純鍺半導體分為：本征半導體和雜質(zhì)半導體。由于熱運動而產(chǎn)生的載流子濃度稱為本征載流子濃度。載流子壽命：載流子在俘獲前，在晶體中自由運動的時間。高的電阻率和長的載流子壽命是組成半導體探測器的關(guān)鍵。4.2 P-N結(jié)半導體探測器種類：面壘型；擴散型；離子注入型。 工作原理：由于P-N結(jié)區(qū)載流子很小，電阻率很高，當探測器加上方向電壓后，電壓幾乎完全加在結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)形成強電場，但幾乎沒有電流通過。入射粒子進入結(jié)區(qū)后，通過與半導體相互作用，損失能量產(chǎn)生電子-空穴對。在外加電場作用下，電子和空穴分別向兩級漂移，在輸出回路中形成信號。 特征參數(shù)： 結(jié)區(qū)厚度：靈敏區(qū)厚度 探

12、測器窗度：入射粒子進入探測器的靈敏區(qū)之前通過的非靈敏區(qū)厚度 能量分辨率影響因素: 1.電子對-空穴對數(shù)的統(tǒng)計漲落2.核散射效應3.探測器噪聲4.空氣和窗吸收影響4.3鋰漂移半導體探測器探測效率： 4.4高純鍺半導體探測器按結(jié)構(gòu)分類：平面型和同軸型 影響能量分辨率因素：1，載流子對數(shù)目的統(tǒng)計漲落；2.探測器中載流子的復合和俘獲；3.探測器和電子學系統(tǒng)的噪聲。4.5半導體探測器應用 金硅面壘探測器是重帶電粒子能譜測量的理想探測器，可作為透射探測器通過測量入射粒子能量損失來識別粒子種類。 金硅面壘譜儀測量對象：,p等重帶電粒子。 HPGe探測器能量分辨率好，常用于分析復雜能譜。 Si(Li)X射線能

13、譜儀：優(yōu)點：較低噪聲水平，較薄入射窗，較好能量分辨率 可探測低能量X射線。名詞解釋：1. 光電效應：光子被原子吸收后發(fā)射軌道電子的現(xiàn)象。2. 康普頓效應：光子與軌道電子相互作用使得光子只改變方向而不損失能量。3. 電子對產(chǎn)生效應：當r光子能量大于1.02Mev時，r光子經(jīng)過與之相互作用的原子核附件時，與原子核發(fā)生電磁相互作用，r光子消失而產(chǎn)生一個電子和一個正電子。4. 電子吸附效應：電子在運動過程中與氣體分子碰撞時可能被分子俘獲，形成負離子，這種現(xiàn)象稱為電子吸附效應。5. 復合：電子和正離子相遇或者負離子和正離子相遇能復合成中性原子或中性分子。6. 漂移：電子和正離子在電場的作用下分別向正、負

14、電極方向運動，這種定向運動叫做漂移運動。7. 平均電離能：帶電離子在氣體中產(chǎn)生一對離子所需的平均能量稱為平均電離能。8. 軔致輻射：快速電子通過物質(zhì)時，原子核電磁場使電子動量改變并發(fā)射出電磁輻射而損失能量，這種電磁輻射就是軔致輻射。9. 截面：單位面積單位時間粒子與靶核發(fā)生相互作用的概率。10. 活化：原子核吸收中子后，變成同一種元素的另一種核素，這種現(xiàn)象叫做活化。11. 真符合計數(shù)：時間上有關(guān)的事件產(chǎn)生的脈沖引起的符合計數(shù)稱為真符合計數(shù)。12. 偶然符合計數(shù)：在時間上沒有必然聯(lián)系的事件產(chǎn)生的脈沖引起的符合計數(shù)稱為偶然符合計數(shù)。13. 衰變常數(shù)：表示某種放射性核素的一個核在單位時間內(nèi)進行衰變的

15、概率。14. 碘逃逸峰：當r射線在NaI(Tl)晶體表面發(fā)生光電效應時，碘的KaX射線很容易逃逸出晶體，形成一個碘逃逸峰。（28.61KeV）15. 本征效率：探測器記錄到的射線數(shù)與入射到探測器靈敏體積內(nèi)的光子數(shù)的比。16. 輻射損失率：電子在物質(zhì)中通過單位長度路徑，由于軔致輻射而損失的能量為輻射損失率。17. 電離損失率：入射粒子因原子的激發(fā)和電離在單位路徑上引起的能量損失。18. 能量分辨率：探測器微分脈沖幅度分布譜中的特征峰半高寬與峰值所對應的脈沖幅度之比：探測效率： 19. 儀器譜：20. 能譜：記錄粒子能量和單位能量間隔內(nèi)計數(shù)的譜。21. 全能峰：入射射線能量全部損失在探測器靈敏體積

16、內(nèi)時，探測器輸出的脈沖形成的譜峰。22. 逃逸峰：若高能射線與探測器物質(zhì)發(fā)生電子對效應時，湮沒輻射光子中的一個或者兩個逃離探測器。23. 特征峰：若光電效應發(fā)生在表面，光電子被打出后，探測介質(zhì)原子發(fā)射的特征X射線可能逃出探測器，形成E=能量的峰，稱為特征峰。24. 總效率：全譜內(nèi)的計數(shù)與源發(fā)射的光子數(shù)之比。25. 峰總比：全能峰內(nèi)的計數(shù)與全譜內(nèi)的計數(shù)之比。26. 峰康比：全能峰中心道最大計數(shù)與康普頓連續(xù)譜平坦部分內(nèi)平均計數(shù)之比。27. 源效率：記錄到的脈沖數(shù)與源發(fā)射的光子數(shù)之比。28. 源峰效率：29. 湮滅輻射峰：對較高能量的射線，當探測器周圍的物質(zhì)發(fā)生電子對產(chǎn)生效應時，湮沒輻射產(chǎn)生的兩個光

17、子中，若其中一個進入探測器中就會產(chǎn)生一個能量為511KeV的光電峰和康普頓連續(xù)譜，這個光電峰就是湮沒輻射峰。30. 玻爾茲曼常數(shù)：8.31/6.02=1.38J/K31. 電離：帶電粒子進入物質(zhì)時和物質(zhì)原子的軌道電子發(fā)生庫倫相互作用，使入射帶電粒子的能量轉(zhuǎn)移給電子。若電子獲得的能量較少，不足以克服原子的束縛，只是從較低能量狀態(tài)上升到較高能量狀態(tài)，則原子被激發(fā)。32. 激發(fā)：帶電粒子進入物質(zhì)時和物質(zhì)原子的軌道電子發(fā)生庫倫相互作用，使入射帶電粒子的能量轉(zhuǎn)移給電子。若電子獲得了足夠能量，將完全脫離原子的束縛而成為自由電子，則原子失去電子成為正離子，即原子被電離。33. 死時間：從脈沖的開始形成到計數(shù)

18、管內(nèi)電場恢復到能再維持放電的電場，這一段時間稱為計數(shù)管的死時間。34. 恢復時間：從失效時間至電場恢復到能產(chǎn)生正常脈沖幅度所需的時間稱為恢復時間。35. 分辨時間：計數(shù)管一次計數(shù)后恢復到再次計數(shù)的時間間隔。36. 渡越時間：光子到達光陰級的瞬間至陽極輸出脈沖達到某一指定值之間的時間間隔。37. 時間分辨：探測器對兩組相繼發(fā)生的事件可以分辨開來的最小時間間隔，用時間譜的半高寬表示。填空題：1. 粒子與物質(zhì)相互作用的形式主要有以下兩種： 彈性散射、電離和激發(fā)。2. 射線與物質(zhì)相互作用的主要形式有以下三種： 康普頓散射、光電效應、電子對效應。3. 射線與物質(zhì)相互作用的主要形式有以下四種：激發(fā)與電離、

19、軔致輻射、彈性散射、正電子淹滅 。4. 由NaI(Tl)組成的閃爍計數(shù)器，分辨時間約為： 零點幾、幾、十幾、幾十、幾百 s；-計數(shù)管的分辨時間大約為： 幾百 s。5. 電離室、正比計數(shù)管、G-M計數(shù)管輸出的脈沖信號幅度與 初始電離產(chǎn)生的離子對數(shù) 成正比。（與真別閾有關(guān)）6. 半導體探測器比氣體探測器的能量分辨率高，是因為： 其體積更小、其密度更大、其電離能更低、其在低溫下工作使其性能穩(wěn)定、氣體探測器有放大作用而使其輸出的脈沖幅度離散性增大 。7. 由ZnS(Ag)組成的閃爍計數(shù)器，一般用來探測射線的 能量和強度。8. 由NaI(Tl)組成的閃爍計數(shù)器，一般用來探測射線的能量和強度。9. 電離室

20、一般用來探測帶電粒子射線的能量和強度 。10. 正比計數(shù)管一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。11. -計數(shù)管一般用來探測 、帶電粒子射線的強度。12. -計數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的種類無關(guān)。13. 金硅面壘型半導體探測器一般用來探測射線的能量和強度 。14. Si(Li)半導體探測器一般用來探測射線的能量和強度。15. HPGe半導體探測器一般用來探測射線的能量和強度。16. 對高能射線的探測效率則主要取決于探測器的有效體積。17. 對低能射線的探測效率則主要取決于探測器材料的有效原子系數(shù)。18. -計數(shù)管的輸出信號幅度與 入射射線的能量無關(guān)。1

21、9. 帶電粒子的能量損失率又叫物質(zhì)的 阻止本領(lǐng) 。20. 射線與物質(zhì)的主要作用方式有 光電效應 、康普頓散射、電子對效應。21. 死時間 是指計數(shù)管一次計數(shù)后恢復到再次計數(shù)的時間間隔。22. 電離室按工作方式可分為 脈沖電離室 和累積電離室。23. 典型的氣體探測器有 電離室 、 正比計數(shù)管 、 GM計數(shù)管 。24. 測量射線一般選用 ZnS(Ag)閃爍體 。（NaI(Tl)閃爍體、ZnS(Ag)閃爍體、塑料閃爍體)25. 放射性活度的測量方法一般有 絕對測量法 和 相對測量法 。26. 在NaI(T1)中2MeV射線相互作用的光電效應、康普頓效應和電子對效應的截面比為1：20：2，入射到Na

22、I(T1)中的2MeV射線的脈沖幅度譜給出的峰總比是 大于 1/23。（大于、小于、等于）27. 6MeV的粒子穿過其厚度為其射程1/3的物質(zhì)后， 能量 減小，強度不變。28. 進行放射性測量中，樣品計數(shù)率的大小為100cps,若要求計數(shù)率的相對統(tǒng)計誤差不大于1%，則最短測量時間應為 100s 。29. 重帶電粒子的能量損失率與物質(zhì)的 原子序數(shù) 和 材料 有關(guān)。30. 光電子的能量等于入射射線能量減去 散射射線的能量 。31. 20MeV電子入射到Cu(Z=29)靶上，其輻射能量損失率和電離能量損失率之比為 0.725 。電子的電離損失率和輻射損失率之比： 當電子電離損失率與輻射損失率一樣時3

23、2. 在G-M計數(shù)管的工作氣體中添加的少量抑制放電的氣體，稱為 猝滅氣體 。33. 測量射線一般選用ZnS(Ag)閃爍體。（NaI(Tl)閃爍體、ZnS(Ag)閃爍體、塑料閃爍體)34. 探測器對一個入射粒子的相應是一個 電流 脈沖。35. G-M計數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的 能量 無關(guān)。36. 電子脈沖電離室輸出回路的時間常數(shù)為 RC，離子脈沖電離室可用于測量入射粒子的能量，因為其輸出脈沖幅度（飽和值）與初電離N成正比。離子脈沖電離室主要缺點是脈沖較寬，大大限制了技術(shù)速度。電子脈沖電離室的工作條件其輸出回路的時間常數(shù)為RC Cd ，（2分）而 C入是十分穩(wěn)定的，從而大大減小了Cd變化的影

24、響?？梢员ＷC輸出脈沖幅度不受偏壓變化的影響。 注）1所有講述半導體探測器原理得1分。27. 衡量脈沖型核輻射探測器性能有兩個很重要的指標，這兩個指標是指什么？為什么半導體探測器其中一個指標要比脈沖型氣體電離室探測器好，試用公式解釋？（5分） 答案要點：第1問： 能量分辨率（1.5分）和探測效率（1.5分） 注：1）答成計數(shù)率得1分 第2問： （1分） （1分） 28. 中子按能量可分為哪幾類？常用的中子探測方法有哪些？（5分） 答案要點：第1問：快中子、熱中子、超熱中子、慢中子 答對3個以上得1分。第2問：核反沖法（1分）核反應法（1分）、活化法（1分）、核裂變法（1分）29. 試證明光子的光

25、電效應是光子與原子整體相互作用，而不是與自由電子發(fā)生相互作用。（5分）證明：假設(shè)光電效應只與自由電子發(fā)生相互作用，那么應該滿足動量和能量守恒定理。假如何光子能量E=h（得1分）,動量P=h/c（得1分）；根據(jù)相互作用滿足能量守恒定理，則電子能量E=h=mc2（得1分），電子動量P=（h/c2）v（得1分）； 由于電子速度小于光子速度，所以 PP（得1分），動量不守恒所以得證光子的光電效應是光子與原子整體相互作用。30. 利用誤差傳遞公式 若對某放射性樣品重復測量K次，每次測量時間t相同，測得的計數(shù)為N1、N2，Nk,試證明計數(shù)率平均值的統(tǒng)計誤差為：證明： 31. 典型的氣體探測器有哪幾種？各自

26、輸出的最大脈沖幅度有何特點，試用公式表示。（5分） 答：典型的氣體探測器有（1）電離室（得1分）（2）正比計數(shù)管（得1分）（3）G-M計數(shù)管（得1分）脈沖幅度：（1）電離室： （得1分）（2）正比計數(shù)管： （得0.5分）（3）G-M計數(shù)管 最大脈沖幅度一樣（得0.5分）32. 簡述閃爍體探測器探測射線的基本原理。（5分） 答：射線的基本原理通過光電效應 、 康普頓效應和電子對效應產(chǎn)生次級電子（得1分），次級電子是使閃爍體激發(fā)（得1分），閃爍體退激發(fā)出熒光（得1分），熒光光子達到光電倍增管光陰極通過光電效應產(chǎn)生光電子（得1分），光電子通過光電倍增管各倍增極倍增最后全部被陽極收集到（得1分），這就

27、是爍體探測器探測射線的基本原理。注：按步驟給分。33. 常用半導體探測器分為哪幾類？半導體探測器典型優(yōu)點是什么？（5分） 答：常用半導體探測器分為(1) P-N結(jié)型半導體探測器（1分）(2) 鋰漂移型半導體探測器；（1分）(3) 高純鍺半導體探測器；（1分） 半導體探測器典型優(yōu)點是(1) 能量分辨率最佳；（1分）(2)射線探測效率較高，可與閃爍探測器相比。（1分）34. 屏蔽射線時為什么不宜選用重材料？（5分）答：射線與物質(zhì)相互作用損失能量除了要考慮電離損失，還要考慮輻射損失（1分），輻射能量損失率 與物質(zhì)的原子Z2成正比（2分），選用重材料后，輻射能量損失率必然變大，產(chǎn)生更加難以防護的x射線

28、（2分）。故不宜選用重材料。注：按步驟給分。35. 中子按能量可分為哪幾類？中子與物質(zhì)發(fā)生相互作用有哪幾種方式。（5分）答案要點：第1問：快中子、熱中子、超熱中子、慢中子 答對3個以上得1分。第2問：中子的彈性和非彈性散射（1分）、中子的輻射俘獲（1分）、中子核反應（1分）、中子裂變反應（1分） 36. 試證明光子只有在原子核或電子附近，即存在第三者的情況下才能發(fā)生電子對效應，而在真空中是不可能的。答：對光子能量；（1分）動量。（1分） 由能量守恒，有 （1分） 所以（1分）由此得到電子對的總動量（1分） 可見，過剩的動量必須由原子核帶走。計算題：1. 用Ge(Li)探頭測量的射線，由于電子空

29、穴對的統(tǒng)計漲落引起的能量展寬是多少?F=0.13, =2.96eV。2. 已知質(zhì)子在某介質(zhì)中的電離損失率為，求相同能量的粒子的電離損失率。3. 死時間分別為20和100的探測器A和B，若B探測器的死時間漏計數(shù)率是A探測器死時間漏計數(shù)率的兩倍，求應測的計數(shù)率是多少？4. 本底計數(shù)是100，樣品計數(shù)是1440，求凈計數(shù)的值、其標準偏差和相對標準偏差。5. 用NaI(T1)晶體測3MeVg射線能譜時，可以看到的峰有幾個，并計算相應的能量，畫出能譜圖。6. 能量為1.5MeV的放射源放在鉛容器里，為了安全，必須使容器外的強度減小為原來的1/2000,試求容器壁至少需多厚。Z=82 Pb =11.34

30、g/cm3質(zhì)量線性吸收系數(shù)E=1Mev0.0703E=1.5Mev0.0517E=2.0Mev0.04537. 為了探測粒子，有兩種探測器可以選擇，一種的本底為7計數(shù)/min,效率為0.02;另一種的本底為3計數(shù)/min,效率為0.016,對于低水平測量工作，應選用哪一種探測器更好些。8. 活度為的14C射線源（射線的平均能量為50keV）置于充Ar的4電離室內(nèi)，若全部粒子的能量都消耗在電離室內(nèi)，求飽和電流是多少？（氬的平均電離能為26eV）9. NaI(Tl)閃爍探測器測量Am-59keV的射線的能譜，已知碘的K特征X射線能量為2.957keV，試畫出能譜示意圖。10. 一個0.622MeV

31、的光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。若兩次散射的散射角度分別是，沉積在探測器中的反沖電子的總能量是多少？11. 用Ge(Li)探頭測量的射線，由于電子空穴對的統(tǒng)計漲落引起的能量展寬是多少?F=0.13, =2.96eV。12. 已知質(zhì)子在某介質(zhì)中的電離損失率為，求相同能量的粒子的電離損失率。13. 當單能粒子被準直得垂直于硅P-N結(jié)探測器的表面時，單能射線峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改變幾何條件使粒子偏離法線60角入射，此時看到峰漂移至440道。試求死層厚度（以多道道址表示）。14. 5分鐘測得本底計數(shù)率是100，10分鐘測得樣品計數(shù)是1440，求凈計數(shù)率的值、其標準

32、偏差和相對標準偏差。15. 用NaI(T1)晶體測3MeVg射線能譜時，可以看到的峰有幾個，并計算相應的能量，畫出能譜圖。16. 本底計數(shù)率15計數(shù)/min,測量樣品計數(shù)率135計數(shù)/min,試求對給定總的測量時間來說凈計數(shù)率精確度最高時的最優(yōu)比值樣品測量時間和本底測量時間之比;若凈計數(shù)率的相對統(tǒng)計誤差為1，測量總時間的最小值是多少？17. 電容為10PF的沖氬氣的脈沖電離室，前置放大器的噪聲約20MV，輸入電容20PF（忽略分布電容）。若認為信噪比小于5就無法測量了，求該電離室能夠測量的粒子最低能量。（氬的平均電離能為26eV）18. 死時間分別為30和100的探測器A和B，若B探測器的死時

33、間漏計數(shù)率是A探測器死時間漏計數(shù)率的兩倍，求應測的計數(shù)率是多少？19. 一個0.622MeV的光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。若兩次散射的散射角度分別是，沉積在探測器中的反沖電子的總能量是多少？20. 一個2.0MeV的光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。若兩次散射的散射角度分別是30和45，沉積在探測器中的反沖電子的總能量是多少？（10分）解：由 得出： Er2=0.749所以探測器中沉積能量為：E=2-0.749=1.251(Mev) 21. 當粒子被準直得垂直于金硅面壘探測器的表面時，241Am刻度源的主要射線峰中心位于多道分析器的461道。然后改變幾何條件，

34、使粒子偏離法線350角入射，此時，峰位移到449道，試求死層厚度（已知241Am刻度源的主要射線能量，以粒子粒子能量損失表示）。（10分）解：假設(shè)多道的增益（即每道所對應的能量）為。設(shè)粒子在垂直入射時，在死層厚度內(nèi)損失能量為，則在偏離法線入射時在死層內(nèi)損失的能量?？傻玫椒匠探饪傻?22. 計算24Na2.76MeV射線在NaI(T1)單晶譜儀測得的能譜圖上的康普頓邊緣與單光子逃逸峰之間的相對位置。試詳細解釋射線在NaI(T1)閃爍體中產(chǎn)生那些次級過程（一直把能量分解到全部成為電子的動能）？（10分）解：單逸峰 E=2.76-0.511=2.249Mev 康普頓峰 EmaxEr（1meC22Er

35、）2.526Mev 光電效應光電子康普頓效應電子對效應23. 死時間分別為30和100的探測器A和B，若B探測器的死時間漏計數(shù)率是A探測器死時間漏計數(shù)率的兩倍，求應測的計數(shù)率是多少？解：由依題意24. 對某樣品測得計數(shù)率Ns=87025cps，本底計數(shù)率Nb=204cps,求樣品的凈計數(shù)率及其統(tǒng)計誤差和相對統(tǒng)計誤差。解：凈計數(shù)率N0=870-20=850cps 統(tǒng)計誤差（252+42）1/2=25.3cps相對統(tǒng)計誤差25.3/850=2.98%25. 畫出下圖輸出電路的等效電路，并標明極性。答：評分標準：1）等效電路圖3分 具體分配，電流源、電容、電阻位置正確各得1分。 2）極性 2分，只要

36、正確標出和說明極性均得2分 注：1) 只有極性沒有等效電路圖不得分 26. 試計算充Ar脈沖電離室和正比計數(shù)器對5MeV 粒子的最佳能量分辨率.(取 法諾因子,Ar的平均電離能為26.3eV)解：對充Ar脈沖電離室： 對充Ar正比計數(shù)器：27. 能量為1.50MeV的放射源放在鉛容器里，為了安全，必須使容器外的強度減小為原來的1/1000,試求容器壁至少需多厚。解：28. 當單能粒子被準直得垂直于硅P-N結(jié)探測器的表面時，單能射線峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改變幾何條件使粒子偏離法線45角入射，此時看到峰漂移至460道。試求死層厚度（以多道道址表示）。解：當能量為損失E0的粒子垂直

37、入射時 0 設(shè)粒子在探測器死層內(nèi)的能量為E1則探測器靈敏體積得到的能量為（E0-E1）譜峰位在460道 E0-E1=480G (G代表能量刻度系數(shù)，沒寫不扣分) （得1分）當450時 死層內(nèi)能量損失為E2 （得2分）探測器靈敏體得到的能量為（E0-E2）= 460G （得1分）(480-460)G= 得： （得1分）注：評分按步驟逐步進行。29. 本底計數(shù)率25計數(shù)/min,測量樣品計數(shù)率100計數(shù)/min,試求對給定總的測量時間來說凈計數(shù)率精確度最高時的最優(yōu)比值樣品測量時間和本地測量時間之比;若凈計數(shù)率的相對統(tǒng)計誤差為1，測量總時間的最小值是多少？解：沒有單位或者單位不對的扣掉1分；計算結(jié)果

38、不對的，按步驟扣掉一半的分。30. 絕對峰效率為30的NaI（T1）閃爍探測器，對57Co點源的122kev射線測量15min光電峰計數(shù)180000個。然后同樣的源置于離表面積為314平方毫米的Si(Li)探測器的表面為10記錄60min得到一個譜。如果在7.1kev的KX射線峰下面的計數(shù)為1200個，那么在這個能量時Si(Li)探測器的效率是多少？（對于57Co的特征X射線和射線的強度比X/分別為：對6.40kev的K線為0.5727，對7.1kev的K線為0.7861。）解：依題意可得57Co源122kev的射線強度則7.1kev的KX射線強度為31. 已知一放射源的活度A為1010貝克，假設(shè)該源各向同性地放出光子，假設(shè)射到一個G-M計數(shù)管的光子數(shù)為106/s，該G-M計數(shù)管輸出的脈沖數(shù)為104/s，還已知該G-M計數(shù)管的分辨時間為20us,求該G-M計數(shù)管的本征效率和總效率。解：計算結(jié)果不對的，按步驟扣掉這一步一半的分。32. 詳細分析2MeV g射線在閃爍體中可產(chǎn)生哪些次級過程?并計算該g射線在NaI(T1)單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜上，康普頓邊緣與單逃逸峰之間的相對位置