《致電離輻射探測學(xué)》練習(xí)題

實(shí)用文檔選擇題:1、寫出放射性原子核衰變時(shí)所服從的泊松分布和高斯分布表達(dá)式。答：。2、描述探測器分辨時(shí)間的模型如下圖所示，請給出這兩個模型對測量計(jì)數(shù)的修正公式。解：真實(shí)計(jì)數(shù)率為n,探測器測得的計(jì)數(shù)率m,探測器分辨時(shí)間為τ非時(shí)滯延遲模型非時(shí)滯延遲模型時(shí)滯延遲模型時(shí)滯延遲模型3、用正比計(jì)數(shù)管測量輻射如示意圖，畫出測得的微分能譜解：4、電離室中存在的負(fù)電性氣體分子會：（1）捕獲電子形成負(fù)離子，減小復(fù)合損失；（2）捕獲離子，形成負(fù)離子，增加復(fù)合損失；（3）捕獲電子形成負(fù)離子，增加復(fù)合損失；（4）捕獲離子，形成負(fù)離子，增加復(fù)合損失（）5、減小由于負(fù)離子的形成而造成的復(fù)合損失的措施（1）增加工作氣體的壓力；（2）減小工作電壓；（3）純化氣體，添加少量雙原子氣體；（4）減小電子的漂移速度（）6、電離室輸出的脈沖信號是由（1）電極完全收集電子和離子后形成的；（2）電極收集電子和離子過程中，電極上感生電荷的變化形成的；（3）收集快電子形成的；（4）收集慢離子形成的（）7.什么原因造成電離室在飽和區(qū)內(nèi)電流仍隨電壓升高而增大？（1）電壓升高時(shí)，電極邊緣的電場增強(qiáng)，使實(shí)際的靈敏體積擴(kuò)大（2）由于負(fù)電性氣體雜質(zhì)的存在，消除負(fù)離子和正離子復(fù)合需要更強(qiáng)的電場。8.電離室測量輻射時(shí)，輸出的電流或電壓信號，試分析他們的成份，并畫出隨時(shí)間變化規(guī)律的示意圖。電離室的電流或電壓信號是由電子和離子的定向漂移，在電極上感生電荷的變化形成的，其主要成分為，電子脈沖和離子脈沖，其變化規(guī)律如圖發(fā)射的光子，分析氣體探測器中的電壓信號的成分，并給出信號隨時(shí)間變化的關(guān)系和變化曲線示意圖。答：主要有電子和離子的漂移感生的兩種信號構(gòu)成： 其變化如圖所示9、畫出氣體脈沖電離室典型的輸出脈沖波形，說明輸出回路對波形的影響。10.簡述正比計(jì)數(shù)管中的雪崩現(xiàn)象當(dāng)射線通過電極間氣體時(shí)，電離產(chǎn)生的電子和正離子在電場作用下，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)盜弱，因此電場的加速不足以使它發(fā)生電離碰撞。而電子則不然，漂移愈接近陽極，電場強(qiáng)度愈強(qiáng)。到達(dá)某一距離后，電子在平均自由程上獲得的能量足以與氣體分子發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生新的離子對。同樣地，新的電子又被加速再次發(fā)生電離碰撞。漂移愈接近，電離碰撞的概率愈大。于是，不斷增殖的結(jié)果將倍增出大量的電子和正離子，這就是電子雪崩的過程。11.正比計(jì)數(shù)器在發(fā)生電子雪崩的過程中，除了加速電子與氣體分子的碰撞產(chǎn)生的電子之外，還有哪些原因產(chǎn)生新的電子？光電效應(yīng)：受激原子在退激發(fā)時(shí)發(fā)射的光子，以及復(fù)合等過程，只要能量足夠大，都可能在氣體分子或光陰極表面打出光電子陰極表面的二次電子發(fā)射：正離子或受激原子撞擊陰極表面時(shí)可能發(fā)射二次電子12.猝熄氣體的主要作用是什么？吸收紫外光的作用抑制正離子發(fā)射作用13.造成G-M管的死時(shí)間的原因是（1）電子雪崩產(chǎn)生的大量的電子，削弱陽極的電場強(qiáng)度；（2）電子雪崩產(chǎn)生的大量的正離子，削弱陽極的電場強(qiáng)度；（3）猝熄分子終止放電；（4）猝熄抑制正離子的發(fā)射。14、在GM管中，引起多次放電的主要原因是什么？如何抑制這種現(xiàn)象？答：主要原因有兩個：（1）受激氣體退激發(fā)產(chǎn)生的紫外光在陰極上由于廣電效應(yīng)產(chǎn)生新的電子；（2）具有一定動能的正離子撞擊在陰極上產(chǎn)生的二次電子發(fā)射。這些新產(chǎn)生的電子在GM管中引起新的放電。（2分）抑制的措施：引入多原子分子，由于它們具有密集的振動和轉(zhuǎn)動能級，能強(qiáng)烈地吸收多種能量的光子，從而抑制光電子的產(chǎn)生；引入猝熄氣體分子，利用它與正電荷氣體分子的電荷交換，由于激發(fā)態(tài)猝熄分子的解離壽命比退激發(fā)光的壽命短很多，故大部分也超前解離而不發(fā)射光子，從而抑制正離子在陰極上的二次電子發(fā)射。15.G-M管的坪曲線存在坪斜的原因？亂真放電隨電壓升高而增多，從而造成假計(jì)數(shù)增多，亂真放電有以下兩個來源猝息不完全：猝息分子的正離子到達(dá)陰極有時(shí)還能打出少數(shù)電子；負(fù)離子的形成：電子被捕獲形成負(fù)離子后漂移速度大大減慢，一直等到放電終止后才能到達(dá)強(qiáng)場區(qū)16、造成GM管死時(shí)間的原因是什么？如何確定GM管的分辨時(shí)間？答：入射粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)器引起放電后，形成了正離子鞘，使陽極周圍的電場減小。終止了放電，這時(shí)，進(jìn)入計(jì)數(shù)器的粒子則不能引起放電，直到正離子鞘移出強(qiáng)場區(qū)，場強(qiáng)恢復(fù)到足以維持放電的強(qiáng)度為止，這段時(shí)間為死時(shí)間。采用雙源法17.光電倍增管的光陰極的作用是(1)將電離輻射轉(zhuǎn)換為光子；（2）將電離輻射轉(zhuǎn)換成電子；（3）將電子轉(zhuǎn)換成光子；（4）將光子轉(zhuǎn)換為光電子18.閃爍體NaI晶體中摻元素鉈（Tl）的作用是（1）增加光子轉(zhuǎn)換效率；（2）增加光電效應(yīng)（3）減小晶體對輻射產(chǎn)生的光子的自吸收；（4）改善晶體的發(fā)射光譜19、指出NaI(Tl)閃爍體的優(yōu)缺點(diǎn).密度大，平均原子序數(shù)高，對X射線Gamma射線阻止本領(lǐng)大能量轉(zhuǎn)換效率高，相對發(fā)光效率相當(dāng)于蒽晶體的兩倍對自身的閃爍光不產(chǎn)生吸收，因此可做成大塊閃爍體容易加工極易潮解，必須密封在帶有光學(xué)玻璃的金屬容器中使用20、下圖是兩種尺寸的半導(dǎo)體探測器的峰總比隨能量變化的結(jié)果，試解釋差異的原因。答：γ射線入射到探測器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級γ射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用，其結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng)；累積效應(yīng)與探測器晶體的大小有關(guān)，與射線的能量有關(guān)，尺寸大的累計(jì)效應(yīng)大，因此，大體積的晶體的峰總比大于小體積的峰總比。21.光電倍增與閃爍晶體的之間匹配目的是（1）增加光子的收集效率；（2）減小光子的反射；（3）輸出更多的光電子；（4）減小光電子渡越時(shí)間22、引起光電倍增管的暗電流主要原因有哪些？答：熱發(fā)射歐姆漏電殘余氣體電離場致發(fā)射切倫科夫光子玻璃管殼放電和玻璃熒光23.簡述閃爍探測器工作的五個相互聯(lián)系的過程（1）射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子的電離和激發(fā)；（2）受激原子、分子退激發(fā)時(shí)發(fā)射熒光光子；（3）光子收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子；（4）光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個倍增到104-109個，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號；（5）此信號由電子儀器記錄和分析。24.解釋光電倍增管的渡越時(shí)間Delta函數(shù)光源的閃光到達(dá)陰極瞬間與陽極輸出脈沖到達(dá)峰值時(shí)刻之間的時(shí)間間隔25.γ射線能譜上的全能峰歸因于（1）光電效應(yīng)；（2）康普頓散射；（3）電子對效應(yīng)；（4）特征X射線26.造成γ射線能譜上的反散射峰的原因是（1）探測器晶體中康普頓反散射；（2）探測器周圍材料中康普頓反散射；（3）探測器周圍材料中湮滅光子；（4）探測器晶體中的多次康普頓散射27、用一個大尺寸的探測器探測輻射，如下列示意圖所示，請預(yù)期測得的能譜，并解釋原因。解：能譜（）答：γ射線入射到探測器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級γ射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用，其結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng)28.半導(dǎo)體探測器探測射線時(shí)，將射線能量轉(zhuǎn)換成（1）電子-離子對；（2）電子-光子（3）光電子；（4）電子-空穴對29、如何增加半導(dǎo)體探測器的靈敏體積？答：PN結(jié)的厚度為通過增加反向偏壓V0，或減小半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度的辦法達(dá)到增加靈敏體積的目的。30.PN結(jié)探測射線的原理PN結(jié)區(qū)內(nèi)的載流子濃度很低，電阻很高，當(dāng)加上反向電場時(shí)，電壓幾乎完全降落在結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)形成一個很強(qiáng)的電場，而幾乎沒有漏電流流過。當(dāng)帶電粒子射入結(jié)區(qū)后，通過與半導(dǎo)體材料的相互作用，很快地?fù)p失掉能量，帶電粒子所損失的能量將使電子由價(jià)帶跳到滿帶上去，于是導(dǎo)帶中有了電子，在價(jià)帶中留下空穴，形成導(dǎo)電的電子-空穴對。在電場的作用下，電子和空穴分別向兩極漂移，于是在回路中形成信號。31、使用金硅面壘探測器時(shí)，為什么采用電荷靈敏放大器？答：金硅面壘探測器存在結(jié)電容因此探測器輸出的電壓信號分布電容分布電容結(jié)電容結(jié)電容則輸出的電壓信號會隨加在PN結(jié)上的偏壓變化而變化，從而影響儀器的能量分辨率。連接電荷靈敏放大器，則電壓為（1分）其中KCf為電荷靈敏放大器的輸入電容，K為放大倍數(shù)，Cf為放大電路的反饋電容，KCf>>Ci+Cd，因此從而消除結(jié)電容的影響。32.通常γ源伴有β射線，實(shí)際測得的γ能譜中，康普頓坪臺的低能部分向上傾斜的原因是（1）β能譜的疊加；（2）韌致輻射的結(jié)果；（3）多重電子散射；（4）電子的湮滅33.隨著探測器尺寸的增加，能譜的峰康比將（1）不變；（2）減??；（3）增大；（4）為零34、試從原理上分析Ge（Li）探測器對Gamma射線的能量分辨率好于NaI（Tl）晶體的主要原因。解：半導(dǎo)體探測器的探測原理是射線在靈敏體積內(nèi)消耗能量產(chǎn)生電子-空穴對，通過對它們的收集，得到電流，平均產(chǎn)生一對電子空穴對所需的能量為幾eV;閃爍探測器的探測原理是射線在閃爍體中消耗能量，發(fā)出光子，通過光電轉(zhuǎn)換為電流，平均產(chǎn)生一個光電子需約300eV;這兩種探測器的能量分辨率分別決定于的漲落和光電子數(shù)的漲落，在相同射線能量下，半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)目遠(yuǎn)大于閃爍體中的光電子數(shù)目，根據(jù)關(guān)系，可知，電子-空穴對的漲落遠(yuǎn)小于光電子的漲落，Ge（Li）探測器對Gamma射線的能量分辨率好于NaI（Tl）晶體。35、半導(dǎo)體探測器如簡圖所示，請畫出圖中各個作用點(diǎn)的輸出脈沖Q(t)的時(shí)間變化曲線。①①xx②①d②①d③①③①④①④①⑤①⑤①解：①①th①th①空穴收集②①空穴收集②①電子收集電子收集③①③①電子收集空穴收集④①電子收集空穴收集④①⑤①⑤①te①te①36、半導(dǎo)體探測器如簡圖所示，請畫出圖中各個作用點(diǎn)的輸出脈沖Q(t)的時(shí)間變化曲線。①①xx②①d②①d③①③①④①④①⑤①⑤①解：①①th①th①空穴收集②①空穴收集②①電子收集電子收集③①③①電子收集空穴收集④①電子收集空穴收集④①⑤①⑤①te①te①37、在符合測量中，如何選擇放射源的活度？在符合分辨時(shí)間確定時(shí)，為保證真符合率大于偶然符合率，源強(qiáng)必須小于1/2τ38、137Cs的衰變綱圖如下圖所示，請基于符合測量原理，測量β1在鋁中的射程（要求給出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖）答：當(dāng)x大于或等β1的最大能量時(shí)，T1(x)=0，因此從變化曲線可定出β1的最大射程.（1分）說明中子活化分析法中活化的流程，并大致畫出活化片中放射性核素的變化情況。解：39、周圍材料對探測器的影響如下圖所示，請畫出探測器測得的能譜。探測器放射源探測器放射源康普頓散射電子對湮滅光子特征X射線背散射峰解：E~0.2背散射峰E~0.20.511MeVdH/dEX射線峰湮滅峰40.解釋延遲符合曲線和瞬時(shí)符合曲線在符合測量裝置中，人為地改變兩符合道的相對延遲時(shí)間時(shí)，符合計(jì)數(shù)率隨延遲時(shí)間的分布曲線稱為延遲符合曲線；對于瞬發(fā)事件，即發(fā)生的時(shí)間間隔遠(yuǎn)小于符合分辨時(shí)間的事件，所得延遲符合曲線稱為瞬時(shí)符合曲線。41.定時(shí)信號的拾取中，限制時(shí)間分辨本領(lǐng)的三個主要因素是什么？消除它們影響的方法有哪些？（1）探測器和放大器的噪聲；（2）脈沖波形的漲落；（3）脈沖幅度不同引起的時(shí)移。方法有：過零定時(shí)法、恒比定時(shí)法、幅度上升時(shí)間補(bǔ)償法、舍棄上升脈沖的定時(shí)法42.如圖是NaI（Tl）探測器測得的77mSe的能譜，在全能峰162keV左邊存在134keV的峰，試解釋形成的原因。在NaI(Tl)晶體中，碘原子的K層特征X射線的能量是28keV，如果光電效應(yīng)在晶體的表面處發(fā)生，則這一X射線可能逃逸出晶體，相應(yīng)的脈沖幅度所對應(yīng)的能量將比入射光子的能量小28keV，這種脈沖所組成的峰成為碘逃逸峰。43.解釋累計(jì)效應(yīng)γ射線入射到探測器中與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的次級射線可以在次與物質(zhì)發(fā)生相互作用，其結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，這就是累計(jì)效應(yīng)。44.中子探測通常有哪些方法核反應(yīng)法、核反沖法、核裂變法、活化法45.高斯分布的半高寬多少？46、在γ能譜測量中，常在全能峰的右邊（更高能量處）會出現(xiàn)一個或幾個峰，這些是什么峰？如何產(chǎn)生的？解：是兩種能量的和峰它們是由和峰效應(yīng)產(chǎn)生的47、設(shè)一個輻射粒子的能量為E，在氣體中產(chǎn)生一對離子消耗的能量為w。單位時(shí)間有n個粒子穿過電離室靈敏區(qū)域，若全部能量消耗在此靈敏體積內(nèi)，寫出電離電流的表達(dá)式解：48、為什么137Cs源可以作為偶然符合源？答：根據(jù)137Cs衰變綱圖可知，子核激發(fā)態(tài)的壽命約2.5分鐘，因此關(guān)聯(lián)的β和γ射線發(fā)射時(shí)間差為2.5分鐘，這種發(fā)射的延遲遠(yuǎn)大于通常符合測量系統(tǒng)的分辨時(shí)間，所以測量得到符合計(jì)數(shù)完全是偶然符合，故137Cs源可以做為偶然符合源。49、在符合測量中，如果信號的相對延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的符合分辨時(shí)間，那么測得的符合是什么符合？符合計(jì)數(shù)率多少？答：信號的相對延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于符合測量系統(tǒng)的分辨時(shí)間時(shí)，所測量得到符合是偶然符合；（2分）偶然符合計(jì)數(shù)率為、三.計(jì)算題(1.測量放射性樣品時(shí)，測得樣品的計(jì)數(shù)率為1200min-1，本底計(jì)數(shù)率為300min-1，根據(jù)要求，測量誤差小于2%，如何分配測量樣品和本底的時(shí)間？解：ns/nb=1200/300=4νn≤2%Tmin=1/(nb(νn)2((ns/nb)1/2-1)2)=8.3mintb=Tmin/(1+(ns/nb)1/2)=2.8mints=Tmin(ns/nb)1/2/(1+(ns/nb)1/2)=5.5min2.計(jì)算充Ar氣電離室和正比計(jì)數(shù)器對6MeVα粒子的最佳能量分辨率（Ar對于α粒子的平均電離為26.3eV，正比計(jì)數(shù)器的放大倍數(shù)M為1000，，法諾因子為1/3）解：電離室：正比計(jì)數(shù)器：1、G-M計(jì)數(shù)管測量某放射性核素時(shí)，本底計(jì)數(shù)率為每分鐘25次，源加本底的總計(jì)數(shù)只比本底每分鐘多60次。如果總的測量時(shí)間為10分鐘，為了使測量結(jié)果的誤差最小，如何分配測量本底和樣品的時(shí)間？解：（5分）（5分）2、下面是某同學(xué)測量一放射性核素衰變時(shí)得到的兩次計(jì)數(shù)，5126和5468，試檢驗(yàn)這組數(shù)據(jù)的可靠性（已知）解：，按照水平，這組數(shù)據(jù)差異明顯，因此