核輻射測量原理復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)

第一章輻射源1、試驗(yàn)室常用輻射源有哪幾類？按產(chǎn)生氣制每一類又可細(xì)分為哪幾種？帶電粒子源快電子源：β衰變內(nèi)轉(zhuǎn)換俄歇電子重帶電粒子源：α衰變 自發(fā)裂變非帶電粒子源電子輻射源：伴隨衰變的輻射、湮沒輻射、伴隨核反響的射線、軔致輻射、特征X射線中子源：自發(fā)裂變、放射性同位素〔α，n〕源、光致中子源、加速的帶電粒子引起的反響2、選擇輻射源時(shí)，常需要考慮的幾個(gè)因素是什么？答：能量，活度，半衰期。3、252Cf可做哪些輻射源？答：重帶點(diǎn)粒子源〔α衰變和自發(fā)裂變均可、中子源。其次章 射線與物質(zhì)的相互作用電離損失而損失其能量作用機(jī)制：入射帶電粒子與靶原子的核外電子間的非彈性碰撞。輻射損失：入射帶電粒子與原子核發(fā)生庫侖相互作用，以輻射光子的方式損失其能量。作用機(jī)制：入射帶電粒子與靶原子核間的非彈性碰撞。能量歧離能量損失的統(tǒng)計(jì)分布，稱為能量歧離。引起能量歧離的本質(zhì)是：能量損失的隨機(jī)性。射程：帶電粒子沿入射方向所行徑的最大距離。路程：入射粒子在物質(zhì)中行徑的實(shí)際軌跡長度。入射粒子的射程：入射粒子在物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷損失能量，待能量耗盡就停留在物質(zhì)中，它沿原來入射方向所穿過的最大距離，稱為入射粒子在該物質(zhì)中的射程。重帶電粒子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)：1、主要為電離能量損失2、單位路徑上有屢次作用——單位路徑上會(huì)產(chǎn)生很多離子對3、每次碰撞損失能量少4、運(yùn)動(dòng)徑跡近似為直線5、在全部材料中的射程均很短電離損失： dE z2e4 輻射損失： dE z2E-

= NZB

NZ2 dx

ion

mv20

dx

m2rad快電子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)： S1、電離能量損失和輻射能量損失

1rad m2

S Erad2、單位路徑上較少相互作用——單位路徑上產(chǎn)生較少的離子對3、每次碰撞損失能量大4、路徑不是直線，散射大

S NZ2raddE/dxion

EZ800帶電粒子在靶物質(zhì)中的慢化：電離損失－帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞過程。輻射損失－帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞過程。帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞帶電粒子與核外電子彈性碰撞即軔致輻射：帶電粒子穿過物質(zhì)時(shí)受物質(zhì)原子核的庫侖作用，其速度和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，會(huì)伴隨放射電磁波。電子的散射與反散射：電子與靶物質(zhì)原子核庫侖場作用時(shí)彈性散射。向，電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，稱為反散射。反散射系數(shù)： I I 0I0MaEMaER Mc2kc 2E阻擋時(shí)間：TRRR Mc2kc 2Ev kv正電子與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)：

T1.2107R正電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量損失機(jī)制和電子一樣。湮沒，放出光子，或者，它與一個(gè)電子結(jié)合成正電子素，然后再湮沒，放出光子。湮沒輻射：正電子湮沒放出光子的過程。湮沒光子：正電子湮沒時(shí)放出的光子。兩個(gè)湮沒光子的能量一樣，各等于0.511MeV射線與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)：光子是通過次級(jí)粒子與物質(zhì)的原子核或原子核外電子作用，一旦光子與物質(zhì)發(fā)生作用，光子或者消逝或者受到散射而損失能量，同時(shí)產(chǎn)生次電子；產(chǎn)生次級(jí)粒子主要的方式有三種，即光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。光電效應(yīng)：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(gè)束縛電子，使之放射出去光電效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的最緊的K層電子上。光電子能量為：E =hv-Be i光電截面： 5σ =8σ =8πth3e22mc20

kk層光電截面mc2

7

172h mc2

321422

0 Z5 Z5 0 k h

th h 0

0

Z5

Z5 Z51k h 1

h ph光電效應(yīng)：

Z5

hv 電子對效應(yīng)： 康普頓散射：

phZ phcZ2cp低能、高Z，光電效應(yīng)占優(yōu)勢；中能、低Z，康普頓散射占優(yōu)勢；高能、高Z，電子對效應(yīng)占優(yōu)勢。康普頓效應(yīng)：發(fā)生變化，稱為散射光子。反沖電子與散射光子的能量與散射角及入射光子能量之間的關(guān)系：EPγE

hv=hv/cEmc2

mc20

mc2mv01-β2mv01-β2Pe

=mv=

v/cE2=P2c2+m2c4E散射光子能量：e 0EE= γγ E

反沖電子能量：E2(1cos)E 1+ γ0

(1-cosθ)

e mc2E0

(1cos)反沖角：

ctg1 E tg22 m0c 22任何一種單能射線產(chǎn)生的反沖電子的動(dòng)能都是連續(xù)分布的。且存在最大反沖電子動(dòng)能。在最大反沖電子動(dòng)能處，反沖電子數(shù)目最多，在能量較小處，存在一個(gè)坪。電子對效應(yīng)：是當(dāng)入射射線(光子)能量較高(>1.022MeV)時(shí)，當(dāng)它從原子核旁經(jīng)過時(shí)，在核力的作用下，入射光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子的過程。同時(shí)滿足能量和動(dòng)量守恒。電子對效應(yīng)要求入射光子的能量必需大于1.022MeV。正負(fù)電子的總動(dòng)能為： E E hv2mc2電子對效應(yīng)的截面 ehv 2mc2時(shí)：0

e 0 Z2Ep hv2mc20

時(shí)：

Z2lnEp 射線沒有射程的概念。窄束射線強(qiáng)度衰減聽從指數(shù)衰減規(guī)律，只有吸取系數(shù)及相應(yīng)的半吸取厚度的概念。質(zhì)量厚度：tt I(t)m

emtm0

t1/2

二項(xiàng)式分布數(shù)學(xué)期望 mE

N

nPN0

nN p0 n N

2 方差 σ2

= D ξ = =0

n-E ξ

P nN0 N pq E 0

1 p泊松分布

mnemn!數(shù)學(xué)期望 E 0

n P n m方差 D高斯分布 0概率密度函數(shù)為：

nE2Pnmfx

1 xm2exp22數(shù)學(xué)期望 Exxfxdx

22 方差 Dx

2fx

dx2串級(jí)隨機(jī)變量串級(jí)隨機(jī)變量的主要特點(diǎn)：1 2

2D

DE2D

12

1 21E 211 21一個(gè)核在0~t時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率為： Np 1etN0長壽命核素在核衰變過程中核衰變數(shù)的方差與其平均值相等誤差傳遞公式：y2 y2 y22x2

x2

x2y x x x1 2 n1 2 n分析一些常見狀況：(22)(22)x x 1 2 y

v y x

2x

)1/2/(x1

x)21 2 1 2tNb；其次次，放上樣品，在一樣時(shí)間內(nèi)測得樣品和本底的總計(jì)數(shù)為Ns。sb2N2sb2N2)bNs0N Nbs其標(biāo)準(zhǔn)偏差為：N NbsN0對放射性計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差只需用一次計(jì)數(shù)N或有限次計(jì)數(shù)的平均值 開方即可得到。mNNσ = = =mNNNv2(n0v2(n0n sn)2bminT＝ts+tb內(nèi)使測量結(jié)果的誤差最小ns1ns1 n/nbs/nbs

t 1 T11ns/nb產(chǎn)生電子—正離子對或電子—帶電粒子形成的離子對數(shù)是漲落的，同樣是一個(gè)隨機(jī)變量，聽從肯定的概率分布。共產(chǎn)生的離子對數(shù)的平均值：

n=E ω0離子對數(shù)漲落的標(biāo)準(zhǔn)誤差及相對標(biāo)準(zhǔn)誤差nEω0σnEω0

ν=σ= 1 = ωnn En0FFnFnF 觀測的nFnFn泊松統(tǒng)計(jì)推測的方差 n F一般取1/2—1/3(氣體)或0.1~0.15(半導(dǎo)體) 把這種分布稱為法諾分布。入射粒子直接產(chǎn)生的離子對稱為原電離。初電離產(chǎn)生的高速電子足以使氣體產(chǎn)生的電離稱為次電離?？傠婋x=原電離+次電離電離能ω ：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一電子離子對所需的平均能量。對不同的氣體，ω大約為30eVE0N=E0ω離子對聽從法諾分布離子對數(shù)的方差

σ2=FN=FE0ω電子與離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)：1、漂移〔電場作用；2、集中〔??；3、電子的吸附和負(fù)離子的生成；4電子吸附效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)等，都不利于電荷收集。電離室的工作機(jī)制脈沖型工作狀態(tài)記錄單個(gè)入射粒子的電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：脈沖電離室。用于重帶電粒子的能量和強(qiáng)度測量。累計(jì)型工作狀態(tài)記錄大量入射粒子平均電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：累計(jì)電離室。多用于X，γ、β和中子的強(qiáng)度、通量、劑量、劑量率測量。輸出回路的定義：輸出信號(hào)電流全部流過的回路都包括在輸出回路中。輸出回路的簡化過程：①感應(yīng)電荷在外回路上形成的電流，在負(fù)載電阻RL上形成電壓，有信號(hào)輸出；②測量儀器有內(nèi)阻、電容；C1。C′。輸出電流：

eN

N

I(t) E r

r

E r

r t V0電離室的輸出電壓信號(hào)

j1V

jt=

e-tRC te00C0

je-tRCe00

k kk10 探測效率

記錄下來的脈沖數(shù)射入電離室靈敏體積的粒子數(shù)能量區(qū)分率：

FWHMhEE靈敏度：單位強(qiáng)度的射線照耀下輸出的電離電流

輸出的電流〔電壓〕值入射粒子流的強(qiáng)度

A/(cm2s1)

Ne=E0eC ωC0 0 0——＋是ms度不能太大，并且要求放大器電路頻帶格外寬，噪聲大而非有用。輸出電壓脈沖幅度h-Q—與初始電離位置有關(guān)。正比計(jì)數(shù)器的工作原理出信號(hào)幅度比脈沖電離室顯著增大。雪崩--電在氣體中的電離碰撞過程。 發(fā)生雪崩的閾值電場：ET~106V/m。alnbaE alnba

~104V/cm

VT稱為正比計(jì)數(shù)器的起始電壓(閾壓).對于一個(gè)確定的正比計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)工作電壓V>VT時(shí)，才工作于正比計(jì)數(shù)器工作區(qū)，否則工作于電離室區(qū)。正比計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)主要由正離子漂移奉獻(xiàn)。氣體放大倍數(shù)M=n(a)/n(r)0與正比計(jì)數(shù)器比較，最根本的區(qū)分在于GM計(jì)數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的類型和能GM死時(shí)間tD：隨正離子鞘向陰極漂移導(dǎo)致電場屏蔽的減弱，電子又可以在陽極四周發(fā)生雪崩的時(shí)間?；謴?fù)時(shí)間tR：從死時(shí)間到正離子被陰極收集，輸出脈沖恢復(fù)到正常的時(shí)間。區(qū)分時(shí)間τ：從“0”到其次個(gè)脈沖超過甄別閾的時(shí)間，與甄別閾的大小有關(guān)。設(shè)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入探測器的平均粒子數(shù)即平均計(jì)數(shù)率為mn,不變nn時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器而沒被記錄的粒子數(shù)為mn。mnnm

n1n第五章閃耀體探測器閃耀體種類 無機(jī)晶體(摻雜)：NaITlCsITlZnSAg玻璃體：

LiO2

2SiO2

(鋰玻璃)純晶體：

GeO4 3 12二、有機(jī)閃耀體：有機(jī)晶體——蒽晶體等；有機(jī)液體閃耀體及塑料閃耀體。三、氣體閃耀體：Ar、Xe等。閃耀計(jì)數(shù)器工作機(jī)制：12PMT)的光陰極，通過光電效應(yīng)打出光電子。34發(fā)光效率：指閃耀體將所吸取的射線能量轉(zhuǎn)化為光的比例確定閃耀效率： EC

100%

Eph閃耀體放射光子的總能量；np E E入射粒子損耗在閃耀體中的能量。光能產(chǎn)額： n nph為產(chǎn)生的閃耀光子總數(shù)。Y ph E

光子數(shù)MeVn E 1 CY ph ph npph E hv E hvtτtτ對于大多數(shù)無機(jī)晶體，t時(shí)刻尚未退激的原子〔分子〕數(shù)：nt =n e-ph退激發(fā)出的光子數(shù)：

n t=n -n(t)=n (1-e-tτ)ph ph ph發(fā)光強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的總光子數(shù)〔打算輸出光脈沖的曲線外形〕n TMe

ph e 發(fā)光衰減時(shí)間M:光電倍增管總的倍增系數(shù)閃耀探測器輸出信號(hào)的漲落

v2 1

2 1 1

2 1nph n11

ne ne

n ph

M (1)12

1 2 1

1

1 1nA n

M n

1 Te ph閃耀譜儀能量區(qū)分率的極限：

1 n1

T 1

1hv2mc2

Eh E h

2.36 2.36n n 111ph10 Compton連續(xù)dN譜 全能峰(光電dE 峰)Compton邊沿hv2mc20 dNdE

hv雙逃逸峰

E全能峰(光電峰)Compton連續(xù)譜hv2m0c2 hv E全能峰(光電峰)屢次Compton散射hvEdNhv全能峰(光電峰)屢次Compton散射hvEdN0dEhv2mc2 dN0dE

雙逃逸峰

單逃逸峰

全能峰(光電峰)屢次Compton散射hv2mc20

hvmc2 hv E0反散射峰dNdE ①

漂浮峰③特征X射線峰

②0.2MeV

0.511MeVE閃耀譜儀的能量區(qū)分率 全能峰的半寬度全能峰頂所在處的幅度值第六章半導(dǎo)體探測器我們把氣體探測器中的電子－離子對PMT第一打拿極收集的電子及半導(dǎo)體探測器中的電子－空穴對統(tǒng)稱為探測器的信息載流子30eV(氣體探測器)，300eV3eV(半導(dǎo)體探測器)。半導(dǎo)體探測器的特點(diǎn)：能量區(qū)分率最正確；射線探測效率較高，可與閃耀探測器相比。常用半導(dǎo)體探測器有：P-N鋰漂移型半導(dǎo)體探測器；高純鍺半導(dǎo)體探測器；金硅面壘(SurfaceBarrier)探測器FFwE輸出脈沖幅度的統(tǒng)計(jì)漲落E2.36vE N

2.36FwEF為法諾因子，對Si，F(xiàn)=0.143；對Ge，F(xiàn)wE能量區(qū)分率FWHM表示：FWHMEE為半高寬或線寬，單位為：KeV。探測器和電子學(xué)噪聲

2.36

FWHME稱探測器的噪聲由P-N結(jié)反向電流及外表漏電流的漲落造成；電子學(xué)噪聲主要由第一FET構(gòu)成，包括：零電容噪聲和噪聲斜率。噪聲的表示方法：等效噪聲電荷ENC，即放大器輸出端的噪聲的均方根值等效于放大器加寬，參照產(chǎn)生信號(hào)的射線的能量，用FWHM表示，其單位就是KeV。例如，E