放射性核素的探測(cè)課件

1、課堂練習(xí) 已知一Sr標(biāo)準(zhǔn)源1981年3月18日，標(biāo)定其強(qiáng)度為0.4uCi。若用一探測(cè)效率為40%，本底計(jì)數(shù)為600cpm的探測(cè)器測(cè)該標(biāo)準(zhǔn)源，問該標(biāo)準(zhǔn)源衰變到2004年9月18日時(shí)，其放射性強(qiáng)度是多少Bq?在某次測(cè)量中，5min測(cè)得放射源加本底的總計(jì)數(shù)N=1080，移去放射源，10min測(cè)得本底總計(jì)數(shù)為223，求放射源的靜計(jì)數(shù)率 第二章 放射性核素的探測(cè) 第一節(jié) 氣體電離探測(cè)器 第二節(jié) 閃爍探測(cè)器 第三節(jié) 放射性探測(cè)器中使用的電子儀器第四節(jié) 放射性樣品的測(cè)量第五節(jié)核計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理探測(cè)器測(cè)量核射線是基于第一章中我們學(xué)過的什么原理?射線與物質(zhì)作用能產(chǎn)生各種效應(yīng)。電離、激發(fā)、光電效應(yīng)放大電信號(hào)記錄器

2、記錄電脈沖（光變成電）。探頭電子線路常用的探測(cè)器類型 測(cè)量形式氣體電離探測(cè)器固體閃爍探測(cè)器液體閃爍探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器激光掃描儀r照相機(jī),PET,SPECT放射自顯影定量（強(qiáng)度測(cè)量）定性（能量測(cè)量）定位（相對(duì)定量，絕 對(duì)定位）當(dāng)帶電粒子穿過氣體時(shí)，氣體被電離產(chǎn)生電子和正離子， 并做混亂的熱運(yùn)動(dòng)。在沒有外電場(chǎng)(E)時(shí)，電離產(chǎn)生的電子和正離子在混亂的熱運(yùn)動(dòng)中，又復(fù)合成氣體分子。在外電場(chǎng)作用下,電子向正極漂移，正離子向負(fù)極漂移。當(dāng)EV1時(shí)，一些正離子和電子會(huì)重新復(fù)合成中性分子，電極兩端收集到的離子對(duì)數(shù)小于射線的初始電離的離子數(shù)。V1EV2，射線產(chǎn)生的電子和離子完全被收集，收集到.等于.V2EV3，電子

3、在運(yùn)動(dòng)過程中可獲得足夠的能量，產(chǎn)生次級(jí)電子。收集的.大于.,“氣體放大”。V3EV4,有限正比。V4EV5 ，G-M區(qū)，氣體探測(cè)器工作在這個(gè)區(qū)。放電區(qū)復(fù)合區(qū)飽和區(qū)正比區(qū)有限正比區(qū)G-M計(jì)數(shù)區(qū)放電區(qū)圖2-9. G-M計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖圖2-13. G-M防護(hù)儀（polon-ekolab的產(chǎn)品）閃爍探測(cè)器 （Scintillation Detectors） 閃爍探測(cè)器的組成見右圖。閃爍體的種類很多，從化學(xué)成份上看分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類，而從物理形態(tài)上又分為固體、固溶體、液體和氣體。理想閃爍體的特征。無(wú)機(jī)和有機(jī)閃爍體的發(fā)光機(jī)制有很大的不同。大家自己看講義。常用的無(wú)機(jī)閃爍體（NaI(Tl), ZnS(Ag

4、),常用的有機(jī)閃爍體（塑料閃爍體）液體閃爍體（組成、特點(diǎn)）1、閃爍體應(yīng)有較好的將吸收射線能量轉(zhuǎn)變成光的能力，即有高的發(fā)光效率。 2、能量響應(yīng)具有線性關(guān)系，即輸出脈沖與入射粒子能量之間應(yīng)有線性關(guān)系。 3、閃爍體閃爍的持續(xù)時(shí)間（），即發(fā)光衰減時(shí)間要短。 4、有好的化學(xué)和輻射穩(wěn)定性，及小的溫度效應(yīng)5、易作成大晶體，高密度。透明度和光學(xué)均勻 度好。 用于射線探測(cè)用于射線探測(cè)用于射線探測(cè)理想閃爍體特性：閃爍體應(yīng)有較好的將吸收射線能量轉(zhuǎn)變成光的能力，即有高的發(fā)光效率。能量響應(yīng)具有線性關(guān)系，即輸出脈沖與入射粒子能量之間應(yīng)有線性關(guān)系。閃爍體閃爍的持續(xù)時(shí)間（），即發(fā)光衰減時(shí)間要短。有好的化學(xué)和輻射穩(wěn)定性，及小的

5、溫度效應(yīng)。易作成大晶體，高密度。透明度和光學(xué)均勻度好。死時(shí)間”（D） 、“恢復(fù)時(shí)間”（R） 、“分辨時(shí)間”（） 一次雪崩后，質(zhì)量相對(duì)大的陽(yáng)離子，由于遷移速度遠(yuǎn)小于電子，故仍滯留在陽(yáng)極絲周圍，形成陽(yáng)離子鞘，抵消了一部分外電場(chǎng)。此時(shí)不能引起G-M計(jì)數(shù)器的再一次雪崩，這段時(shí)間稱G-M計(jì)數(shù)器的“死時(shí)間”（D）。隨著陽(yáng)離子鞘不斷向陰極運(yùn)動(dòng)，陽(yáng)極絲周圍的電場(chǎng)逐漸恢復(fù)，入射粒子形成的脈沖幅度逐漸增大，從有脈沖出現(xiàn)到脈沖幅度恢復(fù)到最大值所需要的時(shí)間稱為“恢復(fù)時(shí)間”（R）。 探測(cè)器能記錄下來的兩個(gè)相鄰脈沖的最短時(shí)間間隔，稱為“分辨時(shí)間”（） 。 光電倍增管將光變成電(陰極)光電子在倍增級(jí)中倍增陽(yáng)極輸出電脈沖光耦

6、合劑和光導(dǎo)探測(cè)器的調(diào)試確定甑別域值確定工作電壓調(diào)整放大倍數(shù)計(jì)算探測(cè)效率(E)品質(zhì)因素(F)的計(jì)算甑別域計(jì)數(shù)率有源無(wú)源工作閾值放射性樣品的測(cè)量 探測(cè)器的測(cè)量方式: 定量測(cè)量(獲得樣品量多少的測(cè)量) 絕對(duì)測(cè)量:利用測(cè)量裝置直接測(cè)量或經(jīng)過各種校正后測(cè)得樣品的活度。 相對(duì)測(cè)量:將樣品和標(biāo)準(zhǔn)源在相同條件下進(jìn)行測(cè)量。 定性測(cè)量：根據(jù)放射性核素在衰變時(shí)都會(huì)發(fā)射出自己特征能 量的射線 ，分析判斷出射線種類樣品的計(jì)數(shù)（cps)-本底計(jì)數(shù)（cps)E（探測(cè)效率） 測(cè)量樣品的制備 液閃測(cè)量中的淬滅校正方法 樣品的衰變數(shù)(dps)= 測(cè)量樣品的制備放射性測(cè)量對(duì)樣品制備的要求不高。相比之下液閃測(cè)量 ，多數(shù)樣品需根據(jù)其測(cè)

7、量形式進(jìn)行一定的處理。 液閃測(cè)量，包括：均相測(cè)量和非均相測(cè)量。非均相測(cè)量，包括：乳濁液測(cè)量法 、懸浮液測(cè)量 、固相法 。液體體積一樣,固體擺放位置一致。Tritonx-甲苯-水乳化劑:凝膠劑(硬脂酸鋁等)一定大小微粒固相載體擺放位置液閃測(cè)量中的淬滅校正方法 內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)源法 ：樣品計(jì)數(shù)效率用外加的標(biāo)準(zhǔn)源（對(duì)標(biāo)準(zhǔn)源有要求）來確定。具體操作步驟是：先測(cè)樣品計(jì)數(shù)率（C1）；加入已知活度（A）的標(biāo)準(zhǔn)源，并計(jì)數(shù)（C2）；確定計(jì)數(shù)效率E。 樣品道比法：原理：1、淬滅時(shí)，譜脈沖高度降低，能譜左移（見圖（1）2、譜在給定的兩個(gè)道內(nèi)計(jì)數(shù)比值發(fā)生變化（見圖（2）3、道比值與淬滅程度與儀器探測(cè)效率有線性關(guān)系（見右下圖）。

8、具體方法見后。外標(biāo)準(zhǔn)源道比法 淬滅1淬滅2計(jì)數(shù)率脈沖高度（1）無(wú)淬滅計(jì)數(shù)率B無(wú)淬滅A淬滅1淬滅2C脈沖高度（2）圖2-15. 淬滅對(duì)譜的影響用樣品道比法進(jìn)行淬滅校正的方法是：配制一組（一般79個(gè)）放射性活度（DPM）已知并相等，但淬滅程度不同的一系列標(biāo)準(zhǔn)樣品。計(jì)算道比值：在液閃中測(cè)出這些樣品在兩道中（A，B）的計(jì)數(shù)（CPM），B/A=?,算出道比值。計(jì)算探測(cè)效率：E=（樣品計(jì)數(shù)率-本底計(jì)數(shù)）/放射性活度以樣品道比值作為橫坐標(biāo)，探測(cè)效率作為縱坐標(biāo)可作出一條關(guān)系曲線（兩道選取合理所得到的是一條直線或光滑的曲線）。未知樣品測(cè)量時(shí)，可先測(cè)出該未知樣品在兩道中的計(jì)數(shù)率，算出道比值，利用道比值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上

9、查出探測(cè)效率。即可算出該未知樣品的放射性活度大小。NaI探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器激光掃描成像儀Cassen發(fā)明Anger發(fā)明SPECT和PET技術(shù)Gamma計(jì)數(shù)器Gamma照相機(jī)ECT技術(shù)二維投影三維顯像正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（Positron Emission Tomography）簡(jiǎn)稱 PET核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)的雙引擎單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（Single Photon Emission ComputedTomography）簡(jiǎn)稱SPECT探頭圍繞患者旋轉(zhuǎn)采集放射性核素空間分布投影采用濾波反投影等方法獲得放射性核素空間分布的斷層圖像The picture shows one-head SPECT照

10、相機(jī)探頭圍繞著病人旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)The picture shows two-head SPECTSiemens tri-head SPECT1964年環(huán)狀頭部PET，圖為第一臺(tái)的PET掃描儀，從圖中我們可以看到其紛繁的線路裸漏在外面。PET發(fā)展史商品化PET 通用公司 課堂練習(xí)在32P標(biāo)記寡核苷酸的實(shí)驗(yàn)中所購(gòu)買的r-32P生產(chǎn)標(biāo)定時(shí)的放射性比活度為20106 Bq/ml，在使用時(shí)r-32P的放射性比活度需5106 Bq/ml。32P半衰期為14天，問實(shí)驗(yàn)需要在距校定日多少時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)？,三種射線分別用什么類型探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)？其中液體閃爍探測(cè)器主要用于什么射線的測(cè)量？表2-8 一個(gè)長(zhǎng)壽命核素樣品重復(fù)

11、測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè) 量序 號(hào)計(jì)數(shù)(2min)Ni測(cè) 量序 號(hào)計(jì)數(shù)(2min)Ni11880-1832411197678608421887-11121121876-2248431915172891319013941815-47220914197981656151874-24576151836-62384461853-452025161832-6643537193133108917193032102481866-321024181917193619198082672419189911101893-525201890-864注：數(shù)據(jù)來源于核化學(xué)及核技術(shù)應(yīng)用平均值放射性統(tǒng)計(jì)誤差 第五節(jié) 核計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 誤

12、差來源：系統(tǒng)誤差、偶然誤差、過失誤差 。放射性統(tǒng)計(jì)誤差是一種特殊的偶然誤差，它是由核事件的微觀過程本身的隨機(jī)性所造成的。本節(jié)重點(diǎn)介紹涉及在核輻射計(jì)數(shù)測(cè)量應(yīng)用中的統(tǒng)計(jì)（偶然）誤差。核衰變的統(tǒng)計(jì)性 ，可通過實(shí)驗(yàn)觀察到。平均計(jì)數(shù)N10時(shí)，它服從泊松分布。當(dāng)N16時(shí)，它過渡到高斯分布。在放射性測(cè)量中N一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于16。 統(tǒng)計(jì)誤差的表示及運(yùn)算。測(cè)量結(jié)果表示：N N ，（ ）核衰變的標(biāo)準(zhǔn)誤差可表示為：N=N1/2 （中科院原子能所編“放射性同位素知識(shí)應(yīng)用”第156頁(yè)），所以測(cè)量結(jié)果又能寫成：N N1/2相對(duì)誤差F= N/N= N1/2 /N = 1/ N1/2 （相對(duì)誤差反映測(cè)量的精確度）誤差的運(yùn)算 （

13、見書67頁(yè)） 圖2-31。m=3.5時(shí)的泊松分布圖m=10時(shí)的高斯分布圖相加時(shí)為： 相減時(shí)為： 相乘時(shí)為： 相除時(shí)為： 設(shè)兩個(gè)獨(dú)立測(cè)量值和 誤差的運(yùn)算統(tǒng)計(jì)分析的應(yīng)用 平均計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： 1、計(jì)數(shù)率、平均計(jì)數(shù)和平均計(jì)數(shù)率標(biāo)準(zhǔn)誤差和相對(duì)誤差的表示 計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： 相對(duì)誤差為： 平均計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： 相對(duì)誤差為： 相對(duì)誤差為: 注意：在此時(shí)間（t）和測(cè)量次數(shù)（m）看作無(wú)誤差的確定值。 例一：在2分鐘里測(cè)得計(jì)數(shù)是4900，測(cè)量次數(shù)為次，求平均計(jì)數(shù)率 (n)和相對(duì)誤差(Fn)。 解：= 4900/2 =2450 CPM測(cè)量結(jié)果表達(dá)為：2450 352、樣品凈計(jì)數(shù)率的計(jì)算 所有的核探測(cè)器都有

14、本底計(jì)數(shù)。所以探測(cè)器測(cè)量樣品所得到的計(jì)數(shù)包括放射性樣品（Nc）和儀器本底（Nb）計(jì)數(shù)兩部分，樣品的凈計(jì)數(shù)（Ns）為： Ns = Nc - Nb 根據(jù)誤差運(yùn)算公式，凈計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為： 相對(duì)誤差為： 如果tc 和tb 分別為放射性樣品和本底的測(cè)量時(shí)間，則樣品的凈計(jì)數(shù)率為：例二：在樣品和本底測(cè)量時(shí)間各4分鐘里，測(cè)得總的樣品的計(jì)數(shù)是 6000，本底是計(jì)數(shù)4000。問：其凈計(jì)數(shù)率和標(biāo)準(zhǔn)誤差各是少？ 所以，ns = 500 25 cpm 3、測(cè)量時(shí)間的合理分配 在給定總測(cè)量時(shí)間T內(nèi)（T =tc + tb），tc 和tb如何分配可使測(cè)量誤差最??？因?yàn)樗裕筺s最小，應(yīng)令上式的一階導(dǎo)數(shù)為零，即 因?yàn)樯?/p>

15、式中故整理后例 ，一個(gè)放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況要求，樣品 和本底的總測(cè)量時(shí)間為2min，樣品的計(jì)數(shù)率為3840cpm，本底的計(jì)數(shù)率為60cpm。問，樣品和本底的測(cè)量時(shí)間各為多少時(shí)，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差最?。看穑阂阎闪r(shí)標(biāo)準(zhǔn)誤差最小。4、估算所需的測(cè)量時(shí)間 給定測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差，計(jì)算滿足不大于這個(gè)相對(duì)誤差時(shí)所需要的最短測(cè)量時(shí)間。 將代入得整理可得5、最小可測(cè)量量的計(jì)算 給定測(cè)量時(shí)間和誤差，計(jì)算至少需要多少放射性量。才能滿足實(shí)驗(yàn)要求。 ，兩式相加得：例三：如果某儀器的探測(cè)效率為60%，本底不超過40cpm，實(shí)驗(yàn)給定 的總測(cè)量時(shí)間T=2min，F(xiàn)ns5%，要達(dá)到上述要求，所需樣品最小的放射量是多少？解： 則所需最小強(qiáng)度為：cpmnc425=()()nc401205.022-=()n