核輻射探測復(fù)習(xí)資料(盧秉禎版)

核輻射探測第一章核輻射及其探測原理1.1核輻射根本特性輻射和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(yīng)或快速輕帶電粒子穿過物質(zhì)時的電磁輻射效應(yīng)。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(yùn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)行的。1.3X和射線的探測原理：利用他們在物質(zhì)中的光電效應(yīng)，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(yīng)：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)生概率大。中能中Z電子對效應(yīng)：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(jìn)行探測。方法：1：中子與核反響放出帶電粒子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根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：輻射光子；2.發(fā)射俄歇光子；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(yùn)動，并和氣體分子碰撞，會發(fā)生以下物理過程：擴(kuò)散，電子吸附，復(fù)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(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)，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(yīng)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電極和保護(hù)環(huán)等組成。保護(hù)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(yīng)的脈沖幅度之比：2.3正比計(jì)數(shù)管利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)放大，對直接電離效應(yīng)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。光子反響：次電子可以在電場的加速發(fā)生電離碰撞。正比計(jì)數(shù)器輸出信號主要由正離子漂移奉獻(xiàn)，全部輸出信號均為正離子由陽極外表向陰極漂移而在外回路流過的感應(yīng)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(dāng)電子到達(dá)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。2.4G-M計(jì)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(jì)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：形成“離子電流”，是輸出脈沖主要奉獻(xiàn)；4.正離子在陰極外表的電荷中和過程。在工作氣體中參加少量有機(jī)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(shí)計(jì)數(shù)率n記錄到的計(jì)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(zhǔn)直孔半徑h：源到準(zhǔn)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(yīng)打出光電子。3.電子運(yùn)動并倍增，并在陽極輸出回路輸出信號。3.1.閃爍體分類：無機(jī)閃爍體，有機(jī)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(yùn)動〕而到達(dá)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(qiáng)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(biāo)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(dāng)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.剩余氣體電離-離子反響；剩余氣體的激發(fā)-光子反響；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(yīng)；康普頓散射；電子對效應(yīng)。原理：輻射入射到閃爍體，通過光電效應(yīng)，康普頓散射和電子對效應(yīng)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；比擬法。3.5特殊譜儀的原理全吸收反符合譜儀：當(dāng)主晶體單獨(dú)有輸出，該輸出才被記錄和分析；而當(dāng)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(jìn)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(dāng)光子在中心探測器發(fā)生電子對效應(yīng)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(dǎo)體探測器4.1半導(dǎo)體根本性質(zhì)半導(dǎo)體探測器特點(diǎn)：1.能量分辨率高；2.射線探測效率較高。常用半導(dǎo)體探測器：P-N結(jié)型；鋰漂移型；高純鍺半導(dǎo)體分為：本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體。由于熱運(yùn)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(yùn)動的時間。高的電阻率和長的載流子壽命是組成半導(dǎo)體探測器的關(guān)鍵。4.2P-N結(jié)半導(dǎo)體探測器種類：面壘型；擴(kuò)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(dāng)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(qiáng)電場，但幾乎沒有電流通過。入射粒子進(jìn)入結(jié)區(qū)后，通過與半導(dǎo)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)厚度探測器窗度：入射粒子進(jìn)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(jì)漲落2.核散射效應(yīng)3.探測器噪聲4.空氣和窗吸收影響4.3鋰漂移半導(dǎo)體探測器探測效率：4.4高純鍺半導(dǎo)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(jì)漲落；2.探測器中載流子的復(fù)合和俘獲；3.探測器和電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲。4.5半導(dǎo)體探測器應(yīng)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(fù)雜能譜。Si(Li)X射線能譜儀：優(yōu)點(diǎn)：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：光電效應(yīng)：光子被原子吸收后發(fā)射軌道電子的現(xiàn)象?？灯疹D效應(yīng)：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。電子對產(chǎn)生效應(yīng)：當(dāng)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。電子吸附效應(yīng)：電子在運(yùn)動過程中與氣體分子碰撞時可能被分子俘獲，形成負(fù)離子，這種現(xiàn)象稱為電子吸附效應(yīng)。復(fù)合：電子和正離子相遇或者負(fù)離子和正離子相遇能復(fù)合成中性原子或中性分子。漂移：電子和正離子在電場的作用下分別向正、負(fù)電極方向運(yùn)動，這種定向運(yùn)動叫做漂移運(yùn)動。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。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。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?；罨涸雍宋罩凶雍螅兂赏环N元素的另一種核素，這種現(xiàn)象叫做活化。真符合計(jì)數(shù)：時間上有關(guān)的事件產(chǎn)生的脈沖引起的符合計(jì)數(shù)稱為真符合計(jì)數(shù)。偶然符合計(jì)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(jì)數(shù)稱為偶然符合計(jì)數(shù)。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(jìn)行衰變的概率。碘逃逸峰：當(dāng)r射線在NaI(Tl)晶體外表發(fā)生光電效應(yīng)時，碘的KaX射線很容易逃逸出晶體，形成一個碘逃逸峰。〔28.61KeV〕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γ光子數(shù)的比。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。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。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(yīng)的脈沖幅度之比：探測效率：儀器譜：能譜：記錄粒子能量和單位能量間隔內(nèi)計(jì)數(shù)的譜。全能峰：入射γ射線能量全部損失在探測器靈敏體積內(nèi)時，探測器輸出的脈沖形成的譜峰。逃逸峰：假設(shè)高能γ射線與探測器物質(zhì)發(fā)生電子對效應(yīng)時，湮沒輻射光子中的一個或者兩個逃離探測器。特征峰：假設(shè)光電效應(yīng)發(fā)生在外表，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?？傂剩喝V內(nèi)的計(jì)數(shù)與源發(fā)射的γ光子數(shù)之比。峰總比：全能峰內(nèi)的計(jì)數(shù)與全譜內(nèi)的計(jì)數(shù)之比。峰康比：全能峰中心道最大計(jì)數(shù)與康普頓連續(xù)譜平坦局部內(nèi)平均計(jì)數(shù)之比。源效率：記錄到的脈沖數(shù)與源發(fā)射的γ光子數(shù)之比。源峰效率：湮滅輻射峰：對較高能量的γ射線，當(dāng)探測器周圍的物質(zhì)發(fā)生電子對產(chǎn)生效應(yīng)時，湮沒輻射產(chǎn)生的兩個γ光子中，假設(shè)其中一個進(jìn)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。玻爾茲曼常數(shù)：8.31/6.02×=1.38×J/K電離：帶電粒子進(jìn)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。假設(shè)電子獲得的能量較少，缺乏以克服原子的束縛，只是從較低能量狀態(tài)上升到較高能量狀態(tài)，那么原子被激發(fā)。激發(fā)：帶電粒子進(jìn)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。假設(shè)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，那么原子失去電子成為正離子，即原子被電離。死時間：從脈沖的開始形成到計(jì)數(shù)管內(nèi)電場恢復(fù)到能再維持放電的電場，這一段時間稱為計(jì)數(shù)管的死時間?；謴?fù)時間：從失效時間至電場恢復(fù)到能產(chǎn)生正常脈沖幅度所需的時間稱為恢復(fù)時間。分辨時間：計(jì)數(shù)管一次計(jì)數(shù)后恢復(fù)到再次計(jì)數(shù)的時間間隔。渡越時間：光子到達(dá)光陰級的瞬間至陽極輸出脈沖到達(dá)某一指定值之間的時間間隔。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：α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)。γ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(yīng)、電子對效應(yīng)。β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、軔致輻射、彈性散射、正電子淹滅。由NaI(Tl)組成的閃爍計(jì)數(shù)器，分辨時間約為：零點(diǎn)幾、幾、十幾、幾十、幾百μs；Ｇ-Ｍ計(jì)數(shù)管的分辨時間大約為：幾百μs。電離室、正比計(jì)數(shù)管、G-M計(jì)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)〕半導(dǎo)體探測器比氣體探測器的能量分辨率高，是因?yàn)椋浩潴w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。由ZnS(Ag)組成的閃爍計(jì)數(shù)器，一般用來探測α射線的能量和強(qiáng)度。由NaI(Tl)組成的閃爍計(jì)數(shù)器，一般用來探測γ射線的能量和強(qiáng)度。電離室一般用來探測帶電粒子射線的能量和強(qiáng)度。正比計(jì)數(shù)管一般用來探測α、β、γ、X、帶電粒子、重帶電粒子射線的能量、強(qiáng)度、能量和強(qiáng)度。Ｇ-Ｍ計(jì)數(shù)管一般用來探測α、β、帶電粒子射線的強(qiáng)度。Ｇ-Ｍ計(jì)數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的種類無關(guān)。金硅面壘型半導(dǎo)體探測器一般用來探測γ射線的能量和強(qiáng)度。Si(Li)半導(dǎo)體探測器一般用來探測γ射線的能量和強(qiáng)度。HPGe半導(dǎo)體探測器一般用來探測γ射線的能量和強(qiáng)度。對高能γ射線的探測效率那么主要取決于探測器的有效體積。對低能γ射線的探測效率那么主要取決于探測器材料的有效原子系數(shù)。Ｇ-Ｍ計(jì)數(shù)管的輸出信號幅度與入射射線的能量無關(guān)。帶電粒子的能量損失率又叫物質(zhì)的阻止本領(lǐng)。γ射線與物質(zhì)的主要作用方式有光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對效應(yīng)。死時間是指計(jì)數(shù)管一次計(jì)數(shù)后恢復(fù)到再次計(jì)數(shù)的時間間隔。電離室按工作方式可分為脈沖電離室和累積電離室。典型的氣體探測器有電離室、正比計(jì)數(shù)管、G—M計(jì)數(shù)管。測量α射線一般選用ZnS(Ag)閃爍體?！睳aI(Tl)閃爍體、ZnS(Ag)閃爍體、塑料閃爍體)放射性活度的測量方法一般有絕對測量法和相對測量法。在NaI(T1)中2MeVγ射線相互作用的光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)的截面比為1：20：2，入射到NaI(T1)中的2MeVγ射線的脈沖幅度譜給出的峰總比是大于1/23?！泊笥凇⑿∮?、等于〕6MeV的α粒子穿過其厚度為其射程1/3的物質(zhì)后，能量減小，強(qiáng)度不變。進(jìn)行放射性測量中，樣品計(jì)數(shù)率的大小為100cps,假設(shè)要求計(jì)數(shù)率的相對統(tǒng)計(jì)誤差不大于1%，那么最短測量時間應(yīng)為100s。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)。光電子的能量等于入射γ射線能量減去散射γ射線的能量。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(dāng)電子電離損失率與輻射損失率一樣時在G-M計(jì)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。測量α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)探測器對一個入射粒子的相應(yīng)是一個電流脈沖。G-M計(jì)數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的能量無關(guān)。電子脈沖電離室輸出回路的時間常數(shù)為<<RC<<。用涂鈾電離室探測中子是通過核裂變方法間接探測中子。帶電粒子的能量損失率又叫物質(zhì)的阻止本領(lǐng)。光電效應(yīng)中光電子的能量等于入射γ射線能量減去散射γ射線的能量。正電子與電子相遇會發(fā)生湮沒而放出湮沒光子。電離室按工作方式可分為脈沖電離室和累積電離室。正比計(jì)數(shù)器雪崩通常發(fā)生在陽極絲附近。測量γ射線一般選用NaI(Tl)閃爍體?！睳aI(Tl)閃爍體、ZnS(Ag)閃爍體、塑料閃爍體)光電倍增管一般由光陰級、倍增極和陽極組成。6MeV的α粒子穿過其厚度為其射程1/3的物質(zhì)后，能量減小，強(qiáng)度不變。進(jìn)行放射性測量中，測得的總計(jì)數(shù)N為4000，那么計(jì)數(shù)率的相對統(tǒng)計(jì)誤差為1.58％。σ=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)。反沖電子的能量等于入射γ射線能量減去散射γ射線的能量。自猝滅GM計(jì)數(shù)管加的自猝滅氣體一般是有機(jī)分子氣體〔酒精等〕和鹵素氣體。測量α射線一般選用ZnS(Ag)閃爍體?！睳aI(Tl)閃爍體、ZnS(Ag)閃爍體、塑料閃爍體)閃爍體探測器的高壓是通過分壓器加在光電倍增管?！查W爍體、光導(dǎo)、光電倍增管)。放射性活度的測量方法一般有相對測量法和絕對測量法。進(jìn)行放射性測量中，要求計(jì)數(shù)率的相對統(tǒng)計(jì)誤差不大于±1%時，要求總的計(jì)數(shù)N應(yīng)不小于100。σ=離子脈沖電離室輸出回路的時間常數(shù)為。用涂鈾電離室探測中子是通過核裂變方法間接探測中子。重帶電粒子的能量損失率與物質(zhì)的電子密度和電荷數(shù)有關(guān)。原子外層電子填充內(nèi)層電子留下的空位是會發(fā)生俄歇效應(yīng)和軔致輻射。正電子與負(fù)電子相遇會發(fā)生湮沒而放出湮沒γ光子。重帶電粒子與物質(zhì)相互作用的主要能量損失方式是電離損失。坪特性是衡量計(jì)數(shù)管質(zhì)量好壞的主要參量。電離室按工作方式分為脈沖電離室和累積電離室。重帶電粒子與物質(zhì)相互作用主要三種方式：電離與激發(fā)、非彈性碰撞和彈性碰撞。最廣泛、最常用的三種氣體探測器是電離室、正比計(jì)數(shù)管探測器、G—M計(jì)數(shù)管探測器。中子探測的主要兩種方法是：次級帶電粒子、中子與初級帶電粒子。2MeV的γ射線穿過3mm厚的物質(zhì)后，其能量為2MeV。在測量β放射源的活度時，為了降低軔致輻射的影響，源的托盤最好采用有機(jī)玻璃〔合金、銅、不銹鋼、有機(jī)玻璃〕材料。氣體探測器兩端收集到的離子對數(shù)和兩端外加電壓存在一定的關(guān)系。具體如以下圖所示。填空:Ⅰ復(fù)合區(qū)〔1分〕Ⅱ飽和區(qū)〔電離室區(qū)〕〔1分〕Ⅲ正比〔計(jì)數(shù)〕區(qū)〔1分〕Ⅳ有限正比區(qū)〔1分〕ⅤG-M區(qū)〔1分〕注：1〕有限區(qū)的0.5分簡答題：電子對產(chǎn)生效應(yīng)必須滿足的兩個條件？答：〔1〕電子對產(chǎn)生效應(yīng)必須有第三者—原子核參加，才能滿足能量守恒和動量守恒定律?！?〕入射光子的能量要大于1.02MeV。X射線和γ射線有何異同？答：γ輻射和X射線都是電磁輻射。γ輻射是核躍遷或粒子湮沒過程中發(fā)出的電磁輻射。它們具有明顯的粒子性，因此通常也稱為光子。γ輻射大都是母核進(jìn)行α或β衰變后，子核處于較高激發(fā)態(tài)，退激發(fā)出的。X射線是核外電子躍遷過程中產(chǎn)生的電磁輻射，原子內(nèi)特定的軌道電子從高能級躍遷到低能級時發(fā)射的輻射稱為特征X射線。中子與原子核相互作用的方式有哪幾種？答：〔1〕中子與核反響放出帶電粒子；〔2〕中子彈性散射引起的核反沖；〔3〕中子引起的核裂變；〔4〕中子被核俘獲引起核激活。離子脈沖電離室和電子脈沖電離室的主要差異是什么？答：離子脈沖電離室的工作條件其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?yàn)槠漭敵雒}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(diǎn)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<<，可獲得較高的計(jì)數(shù)率，但不能精確的測量粒子的能量。正比計(jì)數(shù)管的氣體放大機(jī)制？答：當(dāng)射線通過正比計(jì)數(shù)管電極間的氣體時，電離產(chǎn)生的電子和正離子在電場的作用下，分別向陽極和陰極漂移。正離子的質(zhì)量大，且沿漂移方向的電場又是由強(qiáng)到弱，因此電場的加速缺乏以使它與氣體發(fā)生電離碰撞。而電子那么不然，漂移越接近陽極，電場強(qiáng)度越大。到達(dá)某一距離后，電子在平均自由程內(nèi)獲得的能量足以加速再次與氣體發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生新的離子對，新的電子又被加速再次與氣體發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生更多的新離子對。漂移電子越是接近陽極，電離碰撞的概率越大。于是不斷地增殖，增殖的結(jié)果將產(chǎn)生大量的電子和正離子，這就是氣體放大的過程。有時也稱氣體放大為電子雪崩。試定性分析，分別配以塑料閃爍體及NaI(T1)閃爍晶體的兩套閃爍譜儀所測得0.662MeV射線譜的形狀有何不同？答：由于塑料閃爍體有效原子序數(shù)、密度及發(fā)光效率均低于NaI(T1)閃爍晶體，測得的0.662MeV射線譜的形狀，其總譜面積相應(yīng)的計(jì)數(shù)、峰總比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)閃爍晶體差，甚至可能沒有明顯的全能峰。試說明G-M管陽極上感應(yīng)電荷的變化過程？答：G-M管陽極上感應(yīng)電荷的變化對有機(jī)管和鹵素管略有不同，以有機(jī)管為例，可分為幾個階段：1〕在入射帶電粒子徑跡產(chǎn)生正負(fù)離子對的瞬間陽極呈電中性，電子很快漂移向陽極過程中，陽極上的正感應(yīng)電荷增加，但數(shù)量很??；2〕電子雪崩過程開始，直到正離子鞘形成的過程中，電子很快向陽極運(yùn)動，此時，陽極上正感應(yīng)電荷增加，同時，此電荷流經(jīng)負(fù)載電阻，快前沿的負(fù)脈沖，約占總輸出脈沖幅度的10%。到達(dá)陽極的電子與陽極上的正感應(yīng)電荷中和。陽極上留下與正離子鞘等量的負(fù)感應(yīng)電荷。3〕正離子鞘向陰極漂移，負(fù)感應(yīng)電荷流向陰極，同時。在外回路形成輸出信號。試解釋NaI(T1)閃爍探測器的能量分辨率優(yōu)于BGO閃爍探測器的原因，為何后者的探測效率要更高一些？答：NaI(T1)閃爍探測器的能量分辨率優(yōu)于BGO閃爍探測器是由于前者的發(fā)光效率明顯優(yōu)于后者，BGO探測器僅為NaI(T1)閃爍探測器的8%。而后者的密度和有效原子序數(shù)那么優(yōu)于前者。衡量脈沖型核輻射探測器性能有兩個很重要的指標(biāo)，這兩個指標(biāo)是指什么？探測效率能量分辨率簡述小立體角法測量β放射性活度需考慮哪些修正因子。答：9個修正因子。畫出金硅面壘型重帶電粒子能譜儀的原理框圖，用示意圖表示抽真空前后對測量α能譜的影響。說明在多晶譜儀中能增強(qiáng)全能峰的幾種方法。畫出鑒別重帶電粒子類型的△E探測器工作原理框圖并解釋。閃爍探測器測量γ射線的能譜，反射峰是什么原因造成的？簡述反符合康普頓譜儀的工作原理和畫出框圖。簡述中子的探測方法及各種方法的根本原理。答：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(jìn)行探測。方法：1：中子與核反響放出帶電粒子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。簡述閃爍體探測器的測量γ射線的工作原理及譜形產(chǎn)生復(fù)雜的原因。答：γ射線的根本原理通過光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)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〕，熒光光子到達(dá)光電倍增管光陰極通過光電效應(yīng)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〕，在陽極輸出電流脈沖信號。這就是爍體探測器探測γ射線的根本原理。注：按步驟給分。簡述正比計(jì)數(shù)器的工作機(jī)制〔原理〕。簡述屏柵電離室的工作原理及電極上的感應(yīng)電荷變化過程。試粗略計(jì)算6.0MeV的α粒子在電離室和金硅面壘半導(dǎo)體探測器中產(chǎn)生的初始電離(離子對數(shù)目)，并以此說明金硅面壘半導(dǎo)體探測器能量分辨率比正比計(jì)數(shù)管高的原因。簡述核輻射探測器探測效率曲線的一般特征。以表格方式比擬氣體探測器、閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測器的主要特性、特點(diǎn)(著重比擬探測器效率、能量分辨率、價格、用途及使用中的考前須知等)。NaI閃爍伽瑪探頭的根本構(gòu)成及其工作過程。帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生相互作用有哪幾種方式？答：與原子核彈性碰撞；〔核阻止〕與原子核的非彈性碰撞；〔軔致輻射〕與核外電子彈性碰撞；與核外電子的非彈性碰撞；〔電離和激發(fā)〕正電子湮滅；通用閃爍體探頭的組成部件有那些？為什么要進(jìn)行避光處理？〔5分〕答：1〕閃爍體〔1分〕、光學(xué)收集系統(tǒng)〔1分〕〔硅油和反射層〕、光電倍增管〔1分〕2〕光電倍增管的光陰極〔1分〕具有可見光光敏性〔1分〕，保護(hù)光電倍增管。PN結(jié)型半導(dǎo)體探測器為什么要接電荷靈敏前置放大器？〔5分〕答：由于輸出電壓脈沖幅度h與結(jié)電容Cd有關(guān)〔1分〕，而結(jié)電容隨偏壓〔2分〕而變化，因此當(dāng)所加偏壓不穩(wěn)定時，將會使h發(fā)生附加的漲落，不利于能譜的測量；為解決該矛盾，PN結(jié)半導(dǎo)體探測器通常不用電壓型或電流型前置放大器，而是采用電荷靈敏前置放大器。電荷靈敏放大器的輸入電容極大，可以保證C入>>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(dǎo)體探測器原理得1分。衡量脈沖型核輻射探測器性能有兩個很重要的指標(biāo)，這兩個指標(biāo)是指什么？為什么半導(dǎo)體探測器其中一個指標(biāo)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(diǎn)：第1問：能量分辨率〔1.5分〕和探測效率〔1.5分〕注：1〕答成計(jì)數(shù)率得1分第2問：〔1分〕〔1分〕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(diǎn)：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〕核反響法〔1分〕、活化法〔1分〕、核裂變法〔1分〕試證明光子的光電效應(yīng)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?！?分〕證明：假設(shè)光電效應(yīng)只與自由電子發(fā)生相互作用，那么應(yīng)該滿足動量和能量守恒定理。假設(shè)何光子能量Eγ=hυ〔得1分〕,動量Pγ=hυ/c〔得1分〕；根據(jù)相互作用滿足能量守恒定理，那么電子能量Eβ=hυ=mc2〔得1分〕，電子動量Pβ=〔hυ/c2〕×v〔得1分〕；由于電子速度小于光子速度，所以Pβ＜Pγ〔得1分〕，動量不守恒所以得證γ光子的光電效應(yīng)是光子與原子整體相互作用。利用誤差傳遞公式假設(shè)對某放射性樣品重復(fù)測量K次，每次測量時間t相同，測得的計(jì)數(shù)為N1、N2，…Nk,試證明計(jì)數(shù)率平均值的統(tǒng)計(jì)誤差為：證明：典型的氣體探測器有哪幾種？各自輸出的最大脈沖幅度有何特點(diǎn)，試用公式表示?！?分〕答：典型的氣體探測器有〔1〕電離室〔得1分〕〔2〕正比計(jì)數(shù)管〔得1分〕〔3〕G-M計(jì)數(shù)管〔得1分〕脈沖幅度：〔1〕電離室：〔得1分〕〔2〕正比計(jì)數(shù)管：〔得0.5分〕〔3〕G-M計(jì)數(shù)管最大脈沖幅度一樣〔得0.5分〕簡述閃爍體探測器探測γ射線的根本原理。〔5分〕答：γ射線的根本原理通過光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)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〕，熒光光子到達(dá)光電倍增管光陰極通過光電效應(yīng)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〕，這就是爍體探測器探測γ射線的根本原理。注：按步驟給分。常用半導(dǎo)體探測器分為哪幾類？半導(dǎo)體探測器典型優(yōu)點(diǎn)是什么？〔5分〕答：常用半導(dǎo)體探測器分為(1)P-N結(jié)型半導(dǎo)體探測器〔1分〕(2)鋰漂移型半導(dǎo)體探測器；〔1分〕(3)高純鍺半導(dǎo)體探測器；〔1分〕半導(dǎo)體探測器典型優(yōu)點(diǎn)是(1)能量分辨率最正確；〔1分〕(2)射線探測效率較高，可與閃爍探測器相比?！?分〕屏蔽β射線時為什么不宜選用重材料？〔5分〕答：β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(hù)的x射線〔2分〕。故不宜選用重材料。注：按步驟給分。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?！?分〕答案要點(diǎn)：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〕、中子核反響〔1分〕、中子裂變反響〔1分〕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(yīng)，而在真空中是不可能的。答：對光子能量；〔1分〕動量?！?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(jì)算題：用Ge(Li)探頭測量的射線，由于電子空穴對的統(tǒng)計(jì)漲落引起的能量展寬是多少?F=0.13,=2.96eV。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。死時間分別為20和100的探測器A和B，假設(shè)B探測器的死時間漏計(jì)數(shù)率是A探測器死時間漏計(jì)數(shù)率的兩倍，求應(yīng)測的計(jì)數(shù)率是多少？本底計(jì)數(shù)是100，樣品計(jì)數(shù)是1440，求凈計(jì)數(shù)的值、其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。用NaI(T1)晶體測3MeV射線能譜時，可以看到的峰有幾個，并計(jì)算相應(yīng)的能量，畫出能譜圖。能量為1.5MeV的γ放射源放在鉛容器里，為了平安，必須使容器外的強(qiáng)度減小為原來的1/2000,試求容器壁至少需多厚。Z=82Pbρ=11.34g/cm3質(zhì)量線性吸收系數(shù)Eγ=1Mev0.0703Eγ=1.5Mev0.0517Eγ=2.0Mev0.0453為了探測α粒子，有兩種探測器可以選擇，一種的本底為7計(jì)數(shù)/min,效率為0.02;另一種的本底為3計(jì)數(shù)/min,效率為0.016,對于低水平測量工作，應(yīng)選用哪一種探測器更好些。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)，假設(shè)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〕NaI(Tl)閃爍探測器測量Am-59keV的γ射線的能譜，碘的Kα特征X射線能量為2.957keV，試畫出能譜示意圖。一個0.622MeV的γ光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。假設(shè)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？用Ge(Li)探頭測量的射線，由于電子空穴對的統(tǒng)計(jì)漲落引起的能量展寬是多少?F=0.13,=2.96eV。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。當(dāng)單能粒子被準(zhǔn)直得垂直于硅P-N結(jié)探測器的外表時，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〕。5分鐘測得本底計(jì)數(shù)率是100，10分鐘測得樣品計(jì)數(shù)是1440，求凈計(jì)數(shù)率的值、其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。用NaI(T1)晶體測3MeV射線能譜時，可以看到的峰有幾個，并計(jì)算相應(yīng)的能量，畫出能譜圖。本底計(jì)數(shù)率15計(jì)數(shù)/min,測量樣品計(jì)數(shù)率135計(jì)數(shù)/min,試求對給定總的測量時間來說凈計(jì)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;假設(shè)凈計(jì)數(shù)率的相對統(tǒng)計(jì)誤差為1％，測量總時間的最小值是多少？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〕。假設(shè)認(rèn)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〕死時間分別為30和100的探測器A和B，假設(shè)B探測器的死時間漏計(jì)數(shù)率是A探測器死時間漏計(jì)數(shù)率的兩倍，求應(yīng)測的計(jì)數(shù)率是多少？一個0.622MeV的γ光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。假設(shè)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？一個2.0MeV的γ光子射在探測器上，遭受兩次相繼的康普頓散射逃離。假設(shè)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)當(dāng)α粒子被準(zhǔn)直得垂直于金硅面壘探測器的外表時，241Am刻度源的主要α射線峰中心位于多道分析器的461道。然后改變幾何條件，使α粒子偏離法線350角入射，此時，峰位移到449道，試求死層厚度〔241Am刻度源的主要射線能量，以α粒子粒子能量損失表示〕?！?0分〕解：假設(shè)多道的增益〔即每道所對應(yīng)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，那么在偏離法線入射時在死層內(nèi)損失的能量。可得到方程解可得計(jì)算24Na2.76MeVγ射線在NaI(T1)單晶γ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(xì)解釋γ射線在NaI(T1)閃爍體中產(chǎn)生那些次級過程〔一直把γ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Emax＝Er〔1＋meC22Er〕＝2.526Mev光電效應(yīng)光電子康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)死時間分別為30和100的探測器A和B，假設(shè)B探測器的死時間漏計(jì)數(shù)率是A探測器死時間漏計(jì)數(shù)率的兩倍，求應(yīng)測的計(jì)數(shù)率是多少？解：由依題意對某樣品測得計(jì)數(shù)率Ns=870±25cps，本底計(jì)數(shù)率Nb=20±4cps,求樣品的凈計(jì)數(shù)率及其統(tǒng)計(jì)誤差和相對統(tǒng)計(jì)誤差。解：凈計(jì)數(shù)率N0=870-20=850cps統(tǒng)計(jì)誤差〔252+42〕1/2=25.3cps相對統(tǒng)計(jì)誤差25.3/850=2.98%畫出以下圖輸出電路的等效電路，并標(biāo)明極性。答：評分標(biāo)準(zhǔn)：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，只要正確標(biāo)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試計(jì)算充Ar脈沖電離室和正比計(jì)數(shù)器對5MeV粒子的最正確能量分辨率.(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(jì)數(shù)器：能量為1.50MeV的γ放射源放在鉛容器里，為了平安，必須使容器外的強(qiáng)度減小為原來的1/1000,試求容器壁至少需多厚。解：當(dāng)單能粒子被準(zhǔn)直得垂直于硅P-N結(jié)探測器的外表時，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(dāng)能量為損失E0的粒子垂直入射時＝0設(shè)粒子在探測器死層內(nèi)的能量為E1那么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(dāng)＝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(jìn)行。本底計(jì)數(shù)率25計(jì)數(shù)/min,測量樣品計(jì)數(shù)率100計(jì)數(shù)/min,試求對給定總的測量時間來說凈計(jì)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;假設(shè)凈計(jì)數(shù)率的相對統(tǒng)計(jì)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(jì)算結(jié)果不對的，按步驟扣掉一半的分。絕對峰效率為30％的NaI〔T1〕閃爍探測器，對57Co點(diǎn)源的122kevγ射線測量15min光電峰計(jì)數(shù)180000個。然后同樣的源置于離外表積為314平方毫米的Si(Li)探測器的外表為10㎝記錄60min得到一個譜。如果在7.1kev的KX射線峰下面的計(jì)數(shù)為1200個，那么在這個能