核輻射測(cè)量原理復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)說(shuō)明

1、第一章輻射源1、 實(shí)驗(yàn)室常用輻射源有哪幾類 ？按產(chǎn)生機(jī)制每一類又可細(xì)分為哪幾種？帶電粒子源快電子源：B衰變 內(nèi)轉(zhuǎn)換 俄歇電子重帶電粒子源：a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(méi)輻射、伴隨核反應(yīng)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（a, n ）源、光致中子源、加速的帶電粒子引起的反應(yīng)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（a衰變和自發(fā)裂變均可）、中子源。第二章射線與物質(zhì)的相互作用電離損失：入射帶電粒子與核外電子發(fā)生庫(kù)侖相互作用，以使靶物質(zhì)原子電離或激發(fā)的方式而損失其能量作用

2、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(kù)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：?jiǎn)文芰Ｗ哟┻^(guò)一定厚度的物質(zhì)后，將不再是單能的，而發(fā)生了能量的離散；這種能量損失的統(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(zhǎng)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(lái)入射方向所穿過(guò)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、

3、主要為電離能量損失2、單位路徑上有多次作用一一單位路徑上會(huì)產(chǎn)生許多離子對(duì)3、每次碰撞損失能量少4、運(yùn)動(dòng)徑跡近似為直線5、在所有材料中的射程均很短電離損失： l-d I =4笫 NZB輻射損失：史oc -Z-E NZ2I dx JonmvI dx 丿radm2、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(duì)Sra廠 ESra廠NZ2快電子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn) 1、電離能量損失和輻射能量損失3、每次碰撞損失能量大 4、路徑不是直線，散射大dE/dx rad E ZdE/dx ion = 800帶電粒子在靶物質(zhì)中的慢化(a) 電離損失一帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞過(guò)程。(b) 輻射損

4、失-帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞過(guò)程。(c) 帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞(d) 帶電粒子與核外電子彈性碰撞即軔致輻射：帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)受物質(zhì)原子核的庫(kù)侖作用，其速度和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，會(huì)伴隨發(fā)射電磁波。電子的散射與反散射：電子與靶物質(zhì)原子核庫(kù)侖場(chǎng)作用時(shí)，只改變運(yùn)動(dòng)方向，而不輻射能量的過(guò)程稱為 彈性散射。由于電子質(zhì)量小，因而散射的角度可以很大，而且會(huì)發(fā)生多次散射，最后偏離原來(lái)的 運(yùn)動(dòng)方向，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)：_ Io - I入射電子能量越低,反散射越嚴(yán)重；對(duì)同樣能量的入射電子 ，原子序數(shù)越高的材料反散射越嚴(yán)重阻止時(shí)間：T =1.2 10 R正電子與物質(zhì)的

5、相互作用特點(diǎn)：正電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量損失機(jī)制和電子相同。湮沒(méi)，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(méi)，放出 光子。湮沒(méi)輻射：正電子湮沒(méi)放出光子的過(guò)程。湮沒(méi)光子：正電子湮沒(méi)時(shí)放出的光子。兩個(gè)湮沒(méi)光子的能量相同，各等于0.511 MeV射線與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)：光子是通過(guò)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)生作用光子或者消失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(duì)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，使之發(fā)射出去光電效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的最

6、緊的K層電子上。光電子能量為Ee = hv - Bi5；-phkp 4光電截面：ck為k層光電截面h : : m0c2h 處 moc25 1hCTPhz5光電效應(yīng)：匚門5 hv c ph電子對(duì)效應(yīng)(J cCT P康普頓散射：低能、高Z,光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；中能、低Z,康普頓散射占優(yōu)勢(shì)；高能、高Z,電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)?？灯疹D效應(yīng)：射線（光子）與核外電子的非彈性碰撞過(guò)程 。在作用過(guò)程中，入射光子的一 部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它脫離原子成為反沖電子 ，而光子受到散射，其運(yùn)動(dòng)方向和能量 都發(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：光子的能量光子的動(dòng)量電子的動(dòng)能PY =

7、hv / cEe = E - mc2電子的動(dòng)量相對(duì)論關(guān)系Pe =mvE22224=Pe c + mc散射光子能量e yE YE Y1+2 (1 - cos 0)mc反沖電子能量：Ee- cos。)2m0cE (1cos“反沖角：2mc丿etg2。且存在最大反沖電子動(dòng)(1)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)分布的臺(tái)匕 冃匕。(2)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(duì)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(guò)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(guò)程。電子對(duì)效應(yīng)除涉及入射光子與電子對(duì)以外，必須有第三

8、者一一原子核的參與，否則不能同時(shí)滿足能量和動(dòng)量守恒正負(fù)電子的總動(dòng)能為2Ee Ee_=hv_2moC電子對(duì)效應(yīng)要求入射光子的能量必須大于1.022MeV。電子對(duì)效應(yīng)的截面hv稍大于22m)chv2m0c2時(shí):P - Z2 In E射線沒(méi)有射程的概念窄束射線強(qiáng)度衰減服從指數(shù)衰減規(guī)律，只有吸收系數(shù)及相應(yīng)的半吸收厚度的概念。質(zhì)量厚度： tm = tPl(t)= Iomtm 切2=譽(yù)第三章概率統(tǒng)計(jì)問(wèn)題” N 0二項(xiàng)式分布m = E 二 n Pn0 n N pn =0數(shù)學(xué)期望方差泊松分布數(shù)學(xué)期望2CTD (E)=送n - E (E) PN(n)n=0N o pqnPl - n,me n!QOz0D h E

9、 I P n = m方差高斯分布概率密度函數(shù)為：f (x )=-、:2兀石-boEx 二 xfxdx 二m數(shù)學(xué)期望:-boD x - -E x 2 f x dx = ；： 2a串級(jí)隨機(jī)變量串級(jí)隨機(jī)變量的主要特點(diǎn) (A)期望值：E 二 E i E 2(B)方差：DJE 2 2d i E i D ；2(C)相對(duì)方差：一個(gè)核在0t時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率為： lN .p =1 _eNo長(zhǎng)壽命核素在核衰變過(guò)程中核衰變數(shù)的方差與其平均值相等分析一些常見情況yw* 7(牡+牡)Vy=e2+b；2)1/2/(XiX2)誤差傳遞公式f2、2/ -二CT2 =y丨CT2十CT2 + +cyCT2yCX1g丿 小）;

10、3、 電子的吸附和負(fù)離子的生成；4、復(fù)合;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(cè)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,y、J和中子的強(qiáng)度、通量、劑量、劑量率測(cè)量。輸出回路的定義：輸出信號(hào)電流所有流過(guò)的回路都包括在輸出回路中。輸出回路的簡(jiǎn)化過(guò)程： 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； 測(cè)量?jī)x器有內(nèi)阻、電容； 探測(cè)器電容C1。 線路的雜散電容 C。輸出電流

11、：l(t)二J 幾 tE rt 廠 rtk =11 0 te-t RA tV t =ee-tRoC0電離室的輸出電壓信號(hào)C0記錄下來(lái)的脈沖數(shù)-射入電離室靈敏體積的 粒子數(shù)探測(cè)效率_ FWHMh能量分辨率：.IEE靈敏度：?jiǎn)挝粡?qiáng)度的射線照射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/（cm，s）,Ne Eo e h =Co 30 Co輸出電壓脈沖幅度：離子脈沖電離室存在問(wèn)題 輸出電壓脈沖寬度非常大（T+是ms量級(jí)）,這樣入射粒子的 強(qiáng)度不能太大，并且要求放大器電路頻帶非常寬，噪聲大而非實(shí)用。電子脈沖電離室存在問(wèn)題：輸出電壓脈沖幅度 h-與初始電離的位置有關(guān)，也就是Q與初 始電離位置有

12、關(guān)。正比計(jì)數(shù)器的工作原理正比計(jì)數(shù)器中，利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)放大了，使得正比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)幅度比脈沖電離室顯著增大。雪崩-電子在氣體中的電離碰撞過(guò)程。發(fā)生雪崩的閾值電場(chǎng)：ET 106V/m。Et ：T 104V / cmaln baVT稱為正比計(jì)數(shù)器的起始電壓（閾壓）.對(duì)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)主要由正離子漂移貢獻(xiàn)。氣體放大倍數(shù)M = n（a） / n（ro ）與正比計(jì)數(shù)器比較，最基本的區(qū)別在于GM計(jì)數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的類型和能量無(wú)關(guān)，放電終止僅取決于陽(yáng)極電位的下降。只要有

13、電子進(jìn)入計(jì)數(shù)管的靈敏體積，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)，入射粒子僅僅起到一個(gè)觸發(fā)的作用。所以，GM計(jì)數(shù)管僅能用于計(jì)數(shù)。死時(shí)間tD:隨正離子鞘向陰極漂移導(dǎo)致電場(chǎng)屏蔽的減弱，電子又可以在陽(yáng)極附近發(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。分辨時(shí)間t從0!到第二個(gè)脈沖超過(guò)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(cè)器的平均粒子數(shù)即平均計(jì)數(shù)率為m,探測(cè)器的實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率為n,.不變時(shí)，單位時(shí)間需要的總分辨時(shí)間為n 在n .時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器而沒(méi)被記錄的粒子數(shù)為第五章閃爍體探測(cè)器閃爍體種類一、無(wú)機(jī)閃爍體：無(wú)幾晶體（摻雜）：NaI Tl，CsI Tl，ZnS Ag玻璃體：Li

14、OzESiQCe（鋰玻璃）純晶體：Bi 4Ge312、有機(jī)閃爍體：有機(jī)晶體一一蒽晶體等；有機(jī)液體閃爍體及塑料閃爍體、氣體閃爍體：Ar、Xe等。閃爍計(jì)數(shù)器工作機(jī)制1、 射線射入閃爍體使閃爍體原子電離或激發(fā)，受激原子退激而發(fā)出可見的熒光2、 熒光光子被收集到光電倍增管 （PMT）的光陰極，通過(guò)光電效應(yīng)打出光電子3、光電子運(yùn)動(dòng)并倍增，并在陽(yáng)極輸出回路輸出信號(hào) 。4、此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。發(fā)光效率：指閃爍體將所吸收的射線能量轉(zhuǎn)化為光的比例絕對(duì)閃爍效率：C = Eph燈。Eph閃爍體發(fā)射光子的總能量；npEE入射粒子損耗在閃爍體中的能量。光能產(chǎn)額：Y h = nph光子數(shù)/MeV nph為產(chǎn)生的閃

15、爍光子總數(shù)。PhEph 1hv Ehv退激過(guò)程服從指數(shù)衰減規(guī)律n t = nphe對(duì)于大多數(shù)無(wú)機(jī)晶體，t時(shí)刻尚未退激的原子（分子）數(shù):-tnph t = nph-n(t)= nph(1-e T)退激發(fā)出的光子數(shù)發(fā)光強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)出的總光子數(shù)（決定輸出光脈沖的曲線形狀 ）(t) = nph T M ee(t-te)/發(fā)光衰減時(shí)間M:光電倍增管總的倍增系數(shù)閃爍探測(cè)器輸出信號(hào)的漲落2nphn ph2Vne1 = _ 1ne nph T 11)2nA閃爍譜儀能量分辨率的極限hv 2m0c2* Compt on 連續(xù)dN譜全能峰（光電dE/:峰）Compton邊沿 十hvhv 2m0c2dNdEI全

16、能峰(:!1n ii L 巴11 /11 Ip IIIII1 1II1 i!ihv - 2m0c2hv雙逃逸峰Compton連續(xù)譜hv ： 2m0c2全能峰（光電峰）hv 八 2m0c單逃逸峰雙逃逸峰多次Compton散射反散射峰0.2MeV閃爍譜儀的能量分辨率口全能峰的半寬度_值第六章半導(dǎo)體探測(cè)器我們把氣體探測(cè)器中的電子一離子對(duì)、閃爍探測(cè)器中被PMT第一打拿極收集的電子及 半導(dǎo)體探測(cè)器中的電子 一空穴對(duì)統(tǒng)稱為探測(cè)器的信息載流子。產(chǎn)生每個(gè)信息載流子的平均能量分別為30eV(氣體探測(cè)器),300eV(閃爍探測(cè)器)和3eV(半導(dǎo)體探測(cè)器)。半導(dǎo)體探測(cè)器的特點(diǎn)：(1) 能量分辨率最佳；(2) 射線探

17、測(cè)效率較高，可與閃爍探測(cè)器相比。常用半導(dǎo)體探測(cè)器有：(1) P-N結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器;(2) 鋰漂移型半導(dǎo)體探測(cè)器；(3) 高純鍺半導(dǎo)體探測(cè)器；金硅面壘(Surface Barrier)探測(cè)器=2.36vn= 2.36(1)影響能量分辨率的因素輸出脈沖幅度的統(tǒng)計(jì)漲落F為法諾因子，對(duì)Si, F=0.143 ;對(duì)Ge, F=0.129。w為產(chǎn)生一個(gè)電子一空穴對(duì)所需要 的平均能量能量分辨率可用FWHM表示：FWHM - E二E = 236 . F w EFWHM或:E稱為半高寬或線寬，單位為：KeV。探測(cè)器和電子學(xué)噪聲探測(cè)器的噪聲由P-N結(jié)反向電流及表面漏電流的漲落造成；電子學(xué)噪聲主要由第一級(jí)FET構(gòu)

18、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輸入端的噪聲電荷，以電子電荷為單位；由于噪聲疊加在射線產(chǎn)生的信號(hào)上，使譜線進(jìn)心E2 =(FWHM )2 =2.36ENC) w = 1.64KeV一步加寬，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，ENC=200電子對(duì)，由噪聲引起的線寬為：6.3 鋰漂移半導(dǎo)體探測(cè)器6.4 高純鍺(HPGe)半導(dǎo)體探測(cè)器1)能量分辨率：址二EiUEjUE：巳=2.36 FE為載流子數(shù)的漲落*2 二 2.3& (ENC)E3為漏電流和噪聲；為載流子由于陷阱效應(yīng)帶來(lái)的漲落，通過(guò)適當(dāng)提高偏置電壓減小3）峰康比P =全能峰峰值/康普頓平臺(tái)的峰值第八章輻射測(cè)量方法符合方法：用不同的探測(cè)器來(lái)判斷兩個(gè)或兩個(gè)以上事件的時(shí)間上的同時(shí)性或相關(guān)性的方法。探測(cè)器的本征探測(cè)效率或靈敏度 （1）對(duì)脈沖工作狀態(tài)：本征探測(cè)效率；100%測(cè)到的脈沖計(jì)數(shù)率單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入靈敏體 積的粒子數(shù)（2）對(duì)電流工作狀態(tài)：靈敏度信號(hào)電流（或電壓）值 入射粒子流強(qiáng)度A（v）/單位照射量率1.符合測(cè)量裝置1）、多道符合能譜儀2 ）、HPGe反康普頓譜儀3）4；-符合裝置4）雙PMT液體閃爍計(jì)數(shù)器中子與物質(zhì)的相互作用中子的分類與性質(zhì)1）慢中子：01KeV2）中能中子:1KeV0.5Me