核辐射测量原理复习资料

核辐射测量原理复习资料 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 核辐射测量原理复习资料 名词解释: 1. 光电效应:光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。 2. 康普顿效应:?光子与轨道电子相互作用使得?光子只改变方向而不损失能量。 3. 电子对产生效应:当r光子能量大于1.02Mev时，r光子经过与之相互作用的原子核附件时，与原子核发生电磁相互作用，r光子消失而产生一个电子和一个正电子。 4. 电子吸附效应:电子在运动过程中与气体分子碰撞时可能被分子俘获，形成负离子，这种现象称为电子吸附效应。 5. 复合:电子和正离子相遇或者负离子和正离子相遇能复合成中性原子或中性分子。 6. 漂移:电子和正离子在电场的作用下分别向正、负电极方向运动，这种定向运动叫做漂移运动。 7. 平均电离能:带电离子在气体中产生一对离子所需的平均能量称为平均电离能。 8. 轫致辐射:快速电子通过物质时，原子核电磁场使电子动量改变并发射出电磁辐射而损失能量，这种电磁辐射就是轫致辐射。 9. 截面:单位面积单位时间粒子与靶核发生相互作用的概率。 10. 活化:原子核吸收中子后，变成同一种元素的另一种核素，这种现象叫做活化。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11. 真符合计数:时间上有关的事件产生的脉冲引起的符合计数称为真符合计数。 12. 偶然符合计数:在时间上没有必然联系的事件产生的脉冲引起的符合计数称为偶然符合计数。 13. 衰变常数:示某种放射性核素的一个核在单位时间内进行衰变的概率。 14. 碘逃逸峰:当r射线在NaI(Tl)晶体表面发生光电效应时，碘的KaX射线很容易逃逸出晶体，形成一个碘逃逸峰。(28.61KeV) 15. 本征效率:探测器记录到的射线数与入射到探测器灵敏体积内的γ光子数的比。 16. 辐射损失率:电子在物质中通过单位长度路径，由于轫致辐射而损失的能量 为辐射损失率。 17. 电离损失率:入射粒子因原子的激发和电离在单位路径上引起的能量损失。 18. 能量分辨率:探测器微分脉冲幅度分布谱中的特征峰半高宽与峰值所对应的脉冲幅度之比:???V?2.Fw VE0 记录到的脉冲数记录到的脉冲数???源?探测效率: 本征 入射到探测器灵敏区体积内的?光子数源发射的?光子数 19. 仪器谱: 20. 能谱:记录粒子能量和单位能量间隔内计数的谱。 21. 全能峰:入射γ射线能量全部损失在探测器灵敏体积内时，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 探测器输出的脉冲形成的谱峰。 22. 逃逸峰:若高能γ射线与探测器物质发生电子对效应时，湮没辐射光子中的一个或者两个逃离探测器。 23. 特征峰:若光电效应发生在表面，光电子被打出后，探测介质原子发射的特征X射线可能逃出探测器，形成E=能量的峰，称为特征峰。 24. 总效率:全谱内的计数与源发射的γ光子数之比。 25. 峰总比:全能峰内的计数与全谱内的计数之比。 26. 峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿连续谱平坦部分内平均计数之比。 27. 源效率:记录到的脉冲数与源发射的γ光子数之比。 28. 源峰效率:?sp?全能峰的计数 放射源放出的?光子 29. 湮灭辐射峰:对较高能量的γ射线，当探测器周围的物质发生电子对产生效 应时，湮没辐射产生的两个γ光子中，若其中一个进入探测器中就会产生一个能量为511KeV的光电峰和康普顿连续谱，这个光电峰就是湮没辐射峰。 30. 玻尔兹曼常数:8.31/6.02×=1.38×J/K 31. 电离:带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用，使入 射带电粒子的能量转移给电子。若电子获得的能量较少，不足以克服原子的束缚，只是从较低能量状态上升到较高能量状态，则原子—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 被激发。 32. 激发:带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用，使入 射带电粒子的能量转移给电子。若电子获得了足够能量，将完全脱离原子的 束缚而成为自由电子，则原子失去电子成为正离子，即原子被电离。 33. 死时间:从脉冲的开始形成到计数管内电场恢复到能再维持放电的电场，这 一段时间称为计数管的死时间。 34. 恢复时间:从失效时间至电场恢复到能产生正常脉冲幅度所需的时间称为恢 复时间。 35. 分辨时间:计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔。 36. 渡越时间:光子到达光阴级的瞬间至阳极输出脉冲达到某一指定值之间的时 间间隔。 37. 时间分辨:探测器对两组相继发生的事件可以分辨开来的最小时间间隔，用 时间谱的半高宽表示。 填空: 1. α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种: 弹性散射、—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 电离和激发。 2. γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种: 康普顿散射、光电效应、电子对效应。 3. β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种:激发与电离、轫致辐射、弹性散射、正电子淹灭 。 4. 由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为: 零点几、几、十几、几十、几百 μs;,-,计数管的分辨时间大约为: 几百 μs。 5. 电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与 初始电离产生的离子对数 成正比。(与真别阈有关) 6. 半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为: 其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 。 7. 由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的 能量和强度。 8. 由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ射线的能量和强度。 9. 电离室一般用来探测带电粒子射线的能量和强度 。 10. 正比计数管一般用来探测 α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 11. ,-,计数管一般用来探测 α、β、带电粒子射线的强度。 12. ,-,计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的种类无关。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 13. 金硅面垒型半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度 。 14. Si(Li)半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度。 15. HPGe半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度。 16. 对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积。 17. 对低能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效原子系数。 18. ,-,计数管的输出信号幅度与 入射射线的能量无关。 19. 带电粒子的能量损失率又叫物质的 阻止本领 。 20. γ射线与物质的主要作用方式有 光电效应 、康普顿散射、电子对效应。 21. 死时间 是指计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔。 22. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室。 23. 典型的气体探测器有 电离室 、 正比计数管 、 G—M计数管 。 24. 测量α射线一般选用 ZnS(Ag)闪烁体 。(NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)闪烁体、塑料闪烁体) 25. 放射性活度的测量一般有 绝对测量法 和 相对测量法 。 26. 在NaI(T1)中2MeVγ射线相互作用的光电效应、康普顿效应和电子对效应的截面比为1:20:2，入射到NaI(T1)中的2MeVγ射—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 线的脉冲幅度谱给出的峰总比是 大于 1/23。(大于、小于、等于) 27. 6MeV的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后， 能量 减小，强度不变。 28. 进行放射性测量中，样品计数率的大小为100cps,若要求计数率的相对统计误差不大于1%，则最短测量时间应为 100s 。 29. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关。 30. 光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 。 31. 20MeV电子入射到Cu(Z=29)靶上，其辐射能量损失率和电离能量损失率之比为 0.725 。 2E?mc)zEdE(.ZCe电子的电离损失率和辐射损失率之比: ))2dx1600mc800e 当电子电离损失率与辐射损失率一样时EcZ 32. 在G-M计数管的工作气体中添加的少量抑制放电的气体，称为 猝灭气体 。 33. 测量α射线一般选用ZnS(Ag)闪烁体。(NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)闪烁体、塑 料闪烁体) 34. 探测器对一个入射粒子的相应是一个 电流 脉冲。 35. G-M计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的 能量 无关。 36. 电子脉冲电离室输出回路的时间常数为 <<RC<<。 37. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 38. 带电粒子的能量损失率又叫物质的 阻止本领 。 39. 光电效应中光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 。 40. 正电子 与电子相遇会发生湮没而放出湮没光子。 41. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室。 42. 正比计数器雪崩通常发生在 阳极丝附近 。 43. 测量γ射线一般选用NaI(Tl)闪烁体。(NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)闪烁体、塑料闪烁体) 44. 光电倍增管一般由 光阴级 、倍增极和阳极组成。 45. 6MeV的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后， 能量减小，强度不变。 46. 进行放射性测量中，测得的总计数N为4000，则计数率的相对统计误差为 1.58,。σ= 47. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关。 48. 反冲电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 。 49. 自猝灭GM计数管加的自猝灭气体一般是 有机分子气体(酒精等)和卤素气体。 50. 测量α射线一般选用ZnS(Ag)闪烁体。(NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)闪烁体、塑料闪烁体) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 51. 闪烁体探测器的高压是通过分压器加在 光电倍增管 。(闪烁体、光导、光电倍增管)。 52. 放射性活度的测量方法一般有 相对测量法 和 绝对测量法 。 53. 进行放射性测量中，要求计数率的相对统计误差不大于?1%时，要求总的计数N应不小于 100 。σ= 54. 离子脉冲电离室输出回路的时间常数为R0C0??T?。 55. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子。 56. 重带电粒子的能量损失率与物质的电子密度和电荷数有关。 57. 原子外层电子填充内层电子留下的空位是会发生俄歇效应和轫致辐射。 58. 正电子与负电子相遇会发生湮没而放出湮没γ光子。 59. 重带电粒子与物质相互作用的主要能量损失方式是电离损失。 60. 坪特性是衡量计数管质量好坏的主要参量。 61. 电离室按工作方式分为脉冲电离室和累积电离室。 62. 重带电粒子与物质相互作用主要三种方式:电离与激发、非弹性碰撞和弹性碰撞。 63. 最广泛、最常用的三种气体探测器是电离室、正比计数管探测器、G—M计数管探测器。 64. 中子探测的主要两种方法是:次级带电粒子、中子与初级带电粒子。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 65. 2MeV的γ射线穿过3mm厚的物质后，其能量为2MeV。 66. 在测量β放射源的活度时，为了降低轫致辐射的影响，源的托盘最好采用有机玻璃(合金、铜、不锈钢、有机玻璃)材料。 67. 气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。 填空: ? 复合区(1分)?饱和区(电离室区)(1分)? 正比(计数)区(1分)? 有限正比区 (1分)? G-M区 (1分) 注:1)有限区的0.5分 简答题: 1. 电子对产生效应必须满足的两个条件, 答:(1)电子对产生效应必须有第三者—原子核参加，才能满足能量守恒和动量守恒定律。(2)入射光子的能量要大于1.02MeV。 2. X射线和γ射线有何异同, 答:γ辐射和X射线都是电磁辐射。γ辐射是核跃迁或粒子湮没过程中发出的电磁辐射。它们具有明显的粒子性，因此通常也称为光子。γ辐射大都是母核进行α或β衰变后，子核处于较高激发态，退激发出的。X射线是核外电子跃迁过程中产生的电磁辐射，原子内特定的轨道电子从高能级跃迁到低能级时发射的辐射称为特征X射线。 3. 中子与原子核相互作用的方式有哪几种, 答:(1)中子与核反应放出带电粒子;(2)中子弹性散射引起的核反冲;(3)中子引起的核裂变;(4)中子被核俘获引起核激活。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 4. 离子脉冲电离室和电子脉冲电离室的主要差别是什么, 答:离子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为RC>>，离子脉冲电离室可用于测量入射粒子的能量，因为其输出脉冲幅度(饱和值)与初电离N成正比。离子脉冲电离室主要缺点是脉冲较宽，大大限制了技术速度。电子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为<<RC<<，可获得较高的计数率，但不能精确的测量粒子的能量。 5. 正比计数管的气体放大机制, 答:当射线通过正比计数管电极间的气体时，电离产生的电子和正离子在电场的作用下，分别向阳极和阴极漂移。正离子的质量大，且沿漂移方向的电场又是由强到弱，因此电场的加速不足以使它与气体发生电离碰撞。而电子则不然，漂移越接近阳极，电场强度越大。到达某一距离后，电子在平均自由程内获得的能量足以加速再次与气体发生电离碰撞，产生新的离子对，新的电子又被加速再次与气体发生电离碰撞，产生更多的新离子对。漂移电子越是接近阳极，电离碰撞的概率越大。于是不断地增殖，增殖的结果将产生大量的电子和正离子，这就是气 体放大的过程。有时也称气体放大为电子雪崩。 6.试定性，分别配以塑料闪烁体及NaI(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeV ?射线谱的形状有何不同, 答:由于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度?及发光效率均低于NaI(T1)闪烁晶体，测得的0.662MeV ?射线谱的形状，其总谱面积相应—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰。 6. 试说明G-M管阳极上感应电荷的变化过程, 答:G-M管阳极上感应电荷的变化对有机管和卤素管略有不同，以有机管为例，可分为几个阶段: 1)在入射带电粒子径迹产生正负离子对的瞬间阳极呈电中性，电子很快漂移向阳极过程中，阳极上的正感应电荷增加，但数量很小; 2)电子雪崩过程开始，直到正离子鞘形成的过程中，电子很快向阳极运动，此时，阳极上正感应电荷增加，同时，此电荷流经负载电阻，快前沿的负脉冲，约占总输出脉冲幅度的10%。到达阳极的电子与阳极上的正感应电荷中和。阳极上留下与正离子鞘等量的负感应电荷。 3)正离子鞘向阴极漂移，负感应电荷流向阴极，同时。在外回路形成输出信号。 7. 试解释NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器的原因，为何后者的探测效率要更高一些, 答:NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器是由于前者的发光效率明显优于后者，BGO探测器仅为NaI(T1)闪烁探测器的8%。而后者的密度和有效原子序数则优于前者。 8. 衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标，这两个指标是指什么 探测效率 能量分辨率 9.简述闪烁体探测器的测量γ射线的工作原理及谱形产生复杂—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的原因。 答:γ射线的基本原理通过光电效应 、 康普顿效应和电子对效应产生次级电子(得1分)，次级电子是使闪烁体激发(得1分)，闪烁体退激发出荧光(得1分)，荧光光子达到光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子(得1分)，光电子通过光电倍增管各倍增极倍增最后全部被阳极收集到(得1分)，在阳极输出电流脉冲信号。这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理。 10.带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式, 答:与原子核弹性碰撞;(核阻止)与原子核的非弹性碰撞;(轫致辐射) 与核外电子弹性碰撞;与核外电子的非弹性碰撞;(电离和激发)正电子湮灭; 11.通用闪烁体探头的组成部件有那些,为什么要进行避光处理,( 答:1)闪烁体(1分)、光学收集系统(1分)(硅油和反射层)、光电倍增管(1分)2)光电倍增管的光阴极(1分)具有可见光光敏性(1分)，保护光电倍增管。 12.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标，这两个指标是指什么,为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好，用公式解释,(5分) 第1问: 能量分辨率(1.5分)和探测效率(1.5分) 注:1)答成计数率得1分 第2问: ??2.Fw0 (1分) E w0半导体?w0气体电离室 (1分) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 13.中子按能量可分为哪几类,常用的中子探测方法有哪些,(5分) 第1问:快中子、热中子、超热中子、慢中子 第2问:核反冲法、核反应法、活化法、核裂变法 14.典型的气体探测器有哪几种,各自输出的最大脉冲幅度有何特点，试用公式表示。(5分) 答:(1)电离室(2)正比计数管(3)G-M计数管 脉冲幅度:(1)电离室:v?EeEe (得1分)(2)正比计数管:v?M? (得wCwC0.5分)(3)G-M计数管 最大脉冲幅度一样 15.常用半导体探测器分为哪几类,半导体探测器典型优点是什么,(5分) 答:常用半导体探测器分为(1) P-N结型半导体探测器(1分)(2) 锂漂移型半导体探测器;(1分)(3) 高纯锗半导体探测器;(1分) 半导体探测器典型优点是(1) 能量分辨率最佳;(1分)(2)射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。(1分) 16.屏蔽β射线时为什么不宜选用重材料,(5分) 答:β射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失，还要考虑辐射损失(1 与物质的原子Z2成正比(2分) 分)，选用重材料后，辐射能量损失率必然变大，产生更加难以防护的x射线(2分)。故不宜选用重材料。注:按步骤给分。 17.中子按能量可分为哪几类,中子与物质发生相互作用有哪几—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 种方式。(5分) 答案要点:第1问:快中子、热中子、超热中子、 慢中子 答对3个以上得1分。第2问:中子的弹性和非弹性散射、 中子的辐射俘获、中子核反应、中子裂变反应(1分) ——————————————————————————————————————