核辐射探测器及核电子学
《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题
一、填空题（20分，每小题2分）
1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离
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、形成电子对
3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射
4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百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入射射线的能量成正比。
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射线的强度
8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度
9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。
10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量
11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度
12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度
13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强
度、能量和强度
14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量
15．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
16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收
17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。
18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。
20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形
21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求
22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号
23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率
26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL
二、名词解释及计算题（10分，每小题5分）
1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用
全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示
2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面)
的粒子数之比
3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图，
是一连续谱
4.能谱：脉冲幅度经能量刻度后就可以得到计数率
5.全能峰：入射粒子以各种作用方式(一次或多次)将全部能量消耗在探测器
内而形成的仪器谱峰
6.逃逸峰：若光电效应在靠近晶体表面处发生，则X射线可能逸出晶体，相
应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子能量小，这种脉冲所形成的峰称为全能峰
7.特征峰：许多放射源本身具有特征X射线它们在能谱上形成的峰为特征X
射线峰
8.分辨时间：第一个脉冲开始到第二个脉冲幅度恢复到Vd的时间，该时间
内探测器无法记录下进入计数管的粒子
9.死时间：入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围
的电场削弱，终止了放电。这时，若再有粒子进入就不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止。这段时间称为死时间。
10. 试粗略计算6.0MeV的α粒子在电离室和金硅面垒探测器中产生的初始电离(离子对数目)，并以此说明金硅面垒半导体探测器能量分辨率比正比计数管高的原因。
电离室是气体探测器，金硅面垒探测器是半导体探测器，它们的平均电离能(W)大约分别为30eV和3eV。所以：
电离室产生的初始电离(N1)=6000000/30=200000（对）金硅面垒探测器产生的初始电离(N2)=6000000/3=2000000（对）
可见，N2比N1大10倍，即N2因统计涨落产生的相对标准差比N1小，金硅面垒探测器的能量分辨率(FWHM)比电离室好。
三、论述题（30分，每小题10分）
1． 简述闪烁计数器探测γ射线的工作过程。
答题要点：发光过程、光电转换过程、电子倍增过程、信号形成过程
1.发光过程：入射粒子使闪烁体的原子核激发电离产生荧光光子
2.光电转换过程：荧光光子在光电倍增管的光阴极（K 极）上由于光电效应而转化为光电子
3.电子倍增过程：K 极发出的电子在第一打拿极上打出的N 倍电子第一极在第二极上打出N 倍电子，最后在阳极上收集到一大群电子
4.脉冲信号形成过程：阳极上的电子在前置放大器上通过放大形成脉冲信号
2． 简述核辐射探测器探测效率曲线的一般特征。（曲线自己画哈）
1.E 较低时，η随入射能量E 增加而增加；取决于窗口吸收
2.E 增大到一定数值，到达最大值，在一定时间保持稳定
3.E 继续增大，η随E 的增大而减小，此时取决于探测器厚度
3． 简述正比计数器的工作原理。
正比计数器工作于正比区，在离子收集的过程中出现气体放大现象，即被加速的原电离离子在电离碰撞中逐次倍增而形成电子雪崩。于是，在收集电板上感生的脉冲幅度∞V 将是原电离感生的脉冲幅度的M 倍，即ο
οC MN V =∞，M 为气体放大系数，No 为原电离离子对数，Co 为K,C 两电极间电容，负号表示负极产生脉冲。并且在确定的工作条件下，气体放大倍数与原初电离无关。
4． 简述多道脉冲幅度分析器的一般构成及其工作特征。
答题要点：三个组成部分——脉冲峰值保持器、ADC 、MCB 。四个过程——脉冲峰值保持过程、ADC 过程、数据处理过程、复位过程。
1 基本构成：脉冲峰值保持器 ADC 多道数据缓存器 外设PC
2工作过程：①峰值保持过程：信号进入脉冲峰值保持器，跟信号并保持峰值到复位信号，同时在峰位过去后给ADC 发出启动变换的信号 ②A/D 变换
过程（数字化过程）：ADC被启动进行一次变换，当变换结束时，输出变换结果m（m代表道址，脉冲幅度，能量），同时输出一个变换信号给MCB③计数过程（寄存器计数方式）：首先是MCB从RAM的第m个寄存器读出原有的读数Nm，再加上1（Nm=Nm+1），接下来将Nm再写回第m个寄存器
5．简述前置放大器的作用、分类及主要特点。，ηηηηηη
1.主要作用：①提高系统的信噪比②减小信号经电缆传送时外界干扰的影响
③阻抗匹配（由于D的Rin很大，屏蔽能力弱。所以需进行幅度放大或功率放大）
2.分类及特点：①积分放大器：包括电压灵敏型电荷灵敏型：特点是输出信号幅度正比与输出电流对时间的积分即输出信号的幅度与探测器输出的总电荷量成正比②电流型放大器：包括电流灵敏前置放大器；特点输出信号波形与探测器输出电流信号的波形保持一致
6．简述谱仪放大器中微分电路、积分电路、基线恢复器的主要作用。1.微分电路作用：a、使长尾变短，减小信号的堆积（高通滤波相当于隔直电容（注：对噪声信号无用））b、高通滤波
2.积分电路的作用：a、使前沿变缓，后沿不变b、低频通过，高频滤去，低频滤波
3.基线恢复器作用：将信号产生的“基线”（输出端的直流电压，恢复到“先前”的水平）
7．简述稳谱电路的工作原理。
1.首先说稳谱电路分类：①硬件稳谱②软件稳谱
2.硬件稳谱工作原理：由上下道输出脉冲选入可逆计数器，进行差值计数（上道作减法，下道作加法），其结果经数模变换器转换成控制电压，去调整闪烁计数器的高压。①当峰位右移输出脉冲幅度增大时，则n上>n下，可逆计
数器输出数减小，经转换后得到电压值降低，使高压降低，闪烁体输出幅度变小。②反之，当输出脉冲幅度变小时，n上>n下，可逆计数器输出数增大，经转换后得到电压值增高，使电压上升，闪烁体输出幅度变大，通过以上反馈，使脉冲幅度得以保持。软件手选谱工作原理：通过重新进行能量刻度的方法来稳谱
8．简述开关电源(DC/DC变换器)的工作原理及其特点。
四、综合题（40分，每小题20分）
1．以表格方式比较气体探测器、闪烁计数器、半导体探测器的主要特性、特点(着重比较探测器效率、能量分辨率、价格、用途及使用中的注意事项等)。
2．画出单道脉冲幅度分析器的工作原理图、工作波形，简述其工作过程及主要特点。
（1）工作原理图
其中反符合电路逻辑功能如下表：
（2）工作波形
（3）工作过程：
a、V i b、V L c、V i>V u：上下甄别器均有输出，反符合电路无输出 （4）主要特点：a、单道脉冲幅度分析器由上下甄别器及反符合电路组成 b.只有输入脉冲落入给定电压（阈电单）范围（V u~V L）内时才有逻辑脉冲输出，只有得到信号输入端单独有信号的才有输入，若都有或都无信号输入则无输出，测量误差较大c．针测一个能谱仍需逐点改变阈值，易受仪器不积定影响d、结构简单，价格便宜，可以选择幅度范围或能量范围作为校正信号3．画出一般的线性脉冲放大器的原理框图、指出各部分的主要作用、主要节点的波形变化。 答题要点：五个组成部分——微分电路或极零相消电路、可调放大电路、积分电路、输出级、基线恢复器、(限幅器) 4．画出无源CDD基线恢复器的电路简图，简述其工作原理。（简图自己画）D1，D2为孪生二极管，特性完全一致。 工作过程：a.充电过程：当脉冲来时，电容充电（左正右负），u0增加，因为D2接地UD-U0《UD，所以D1截止，I1经D2接地，充电电流为I2，冲到 脉冲结束为止 b.放电过程：脉冲过后，由于Uc作用，U0为负，D1导通，D2截止（U0=U0+UD1），流过D1电流I1=2I2，所以电容C以电流I2放电 5．画出一般线性放电法多道脉冲幅度分析器的原理框图、简述其工作过程、指出各主要节点的波形变化、给出变换时间的计算公式。 O——脉冲峰值保持器——ADC——多到数据缓存器——外设PC/uP ——O MCA MCB 工作过程： a.峰值保持过程：信号进入脉冲峰值保持电路，跟踪信号并保持峰值到复位 信号，同时要峰值过去后给ADC发出启动变换的信号 b.A/d转换过程（数字化过程）：ADC被启动进行一次变换，当变换结束时输 出变换结果m（m代表道址，脉冲幅度，能量），同时输出一个变换结束信号给MCB c.数据处理过程（寄存器计数）：首先是MCB从RAM的第m个寄存器中读出 原有数据Nm，再加I（Nm=Nm+I），接下来将Nm在写回第m个寄存器 d.复位过程：读写结束，电路复位，允许输入信号进入峰值保持器。6．NaI闪烁伽玛探头的基本构成及其工作过程。（基本构成自己画） 工作过程： a.发光过程：受激原子退激时发射紫外光过程 b.光电转换过程：闪烁体发出的光子到达PMT的光阴极（K极），发生光电 效应 c.光电倍增过程;光电子进入PMT，逐级倍增过程，A≈ 10^6倍（3—6）^n d.信号形成过程：PMT产生的大量电子在A极（阳极）上被收集，形成脉冲 信号 核技术探测复习材料 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞；（1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．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。（5分） 填空: Ⅰ复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ正比（计数）区（1分） Ⅳ有限正比区（1分）Ⅴ G-M区（1分） 注：1）有限区的0.5分 3．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？（5分） 答案要点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。 4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分） 答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容 随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）而 C 入是十分稳定的，从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。 注）1所有讲述半导体探测器原理得1分 5．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，试用公式解释？（5分） 答案要点： 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： E Fw 0 362.=η （1分） 气体电离室半导体00w w < （1分） 6．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） 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 /1V C d ∝ 第2问：核反冲法（1分）核反应法（1分）、活化法（1分）、核裂变法（1分） 7.试定性分析，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 γ射线谱的形状有何不同？（5分） 答案：由于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度ρ及发光效率（3点得1分）均低于NaI(T1)闪烁晶体，对测得的0.662MeV γ射线谱的形状，其总 谱面积相应的计数（得1分）、峰总比（得1分）、全能峰的能量分辨 率（得1分）均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰 （得1分）。 注：抓住要点给分，1个要点1分 二、证明题：（共 10 分） 1．试证明γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电 子发生相互作用。（5分） 证明：假设光电效应只与自由电子发生相互作用，那么应该满足动量和能量守恒定理。 假如何光子能量Eγ=hυ（得1分）,动量Pγ=hυ/c（得1分）； 根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量Eβ=hυ=mc2（得1分），电子动量Pβ=（hυ/c2）×v（得1分）； 由于电子速度小于光子速度，所以 Pβ＜Pγ（得1分），动量不守恒所以得证γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。 2．（5分）利用误差传递公式 t相同，测得的计数为N1、N2，…N k, 证明： 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1n x n x x y x y x y x y σ σ σ σ?? ? ? ? ? ? ? + + ?? ? ? ? ? ? ? + ?? ? ? ? ? ? ? = ) 1( /)1( ][)1( ][)1 () 1( ,,,) 1( ][)1(, ,,)1( 22122222122222221212121分得所以得证分得分得分得根据误差传递公式具有统计误差性因为分得kt n k N kt N N N kt N N N kt N N N kt N N N n n k n K N N N N N N n k k K k ==++====+++=++= σσσσσσσσσ 三、计算题。（共 55 分） 1. （5分）画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。 答： 评分标准：1）等效电路图3分 具体分配，电流源、电容、电阻位置正确各得1分 2）极性 2分，只要正确标出和说明极性均得2分 注：1) 只有极性没有等效电路图不得分 2.（5分）试计算充Ar 脉冲电离室和正比计数器对5MeV α粒子的最佳能量分辨率.(取 法诺因子 3.0=F ,Ar 的平均电离能为26.3eV) 解：对充Ar 脉冲电离室： 分不对扣单位或者单位没有分 得分 得或者 分 得分得1kev kev 1 kev 14.823 1.5 10526.30.336.236.21 0.296% 1.5 10 5 6.323.036.236.26060=???==?=??==?=E Fw E E Fw E E η 对充Ar 正比计数器： 分不对扣单位或者单位没有分 得分 得或者 分 得分得1kev kev 1 kev .79162 1.5 10526.3)68.03.0(36.2)68.0(36.21 0.536% 1.5 105 6.32)68.03.0(36.268.036.26060 =???+=+=?=??+=+=?=E w F E N F E E η 3．（5分）能量为1.50MeV 的γ放射源放在铅容器里，为了安全，必须使容器外的强度减小为原来的1/1000,试求容器壁至少需多厚。 解： 每步扣掉一半的分 计算结果有不对的分 不对的扣结果没有单位或者单位分得分得或者分得分得分得分得根据分得查表时当,1) 1( /61.133)1(0517.01000ln ln : ) 1( 78.11 )1(5862.01000ln ln ) 1(5862.0/34.11/g 0.0517cm ) 1( ) 1(/g,0.0517cm ,5.1 20 0132-00-2----=======?=?=====cm g I I x cm I I x cm cm g u u e I e I I Mev E m m m x u ux m m m μμρμγ 4.（6分）当单能α粒子被准直得垂直于硅P-N 结探测器的表面时，单能α射 线峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改变几何条件使α粒子偏离法线45°角入射，此时看到峰漂移至460道。试求死层厚度（以多道道址表示）。 解：当能量为损失E 0的α粒子垂直入射时 θ＝0 设α粒子在探测器死层内的能量为?E 1则探测器灵敏体积得到的能量为（E 0-?E 1）α谱峰位在460道 E 0-?E 1=480G (G 代表能量刻度系数，没写不扣分) （得1分） 当θ＝450 时 死层内能量损失为?E 2＝11245E COS E ?=? （得2分） 探测器灵敏体得到的能量为（E 0-?E 2）＝102E E ?- = 460G （得1分） (480-460)G=1)12(E ?- 得：G E 3.481=? （得1分） 注：评分按步骤逐步进行。 5．（6分）本底计数率25计数/min,测量样品计数率100计数/min,试求对给定总的测量时间来说净计数率精确度最高时的最优比值样品测量时间和本地测量时间之比;若净计数率的相对统计误差为1％，测量总时间的最小值是多少？ 解： )1( min 400) 1( min 672min 313)2( 01.025*********)2( 225 100分得分得分得分得=+====-+= -+====s b s b b b b s b b s s b s b s t t T t t t t n n t n t n n n t t δ 没有单位或者单位不对的扣掉1分；计算结果不对的，按步骤扣掉一半的分。 6. （6分）绝对峰效率为30％的NaI （T1）闪烁探测器，对57 Co 点源的122kev γ射线测量15min 光电峰计数180000个。然后同样的源置于离表面积为314平方毫米的Si(Li)探测器的表面为10㎝记录60min 得到一个谱。如果在 7.1kev 的K βX 射线峰下面的计数为1200个，那么在这个能量时Si(Li)探测 器的效率是多少？（对于57 Co 的特征X 射线和γ射线的强度比X/γ分别为：对6.40kev 的K α线为0.5727，对7.1kev 的K β线为0.7861。） 解： 依题意可得57Co 源122kev 的γ射线强度 )2( 66760 1530%180000180000 分得源峰源峰Bq t N I N t I =??====∑∑γγ 则7.1kev 的K βX 射线强度为 )1( 5247861.0分得Bq I I x =?=γ 每步扣掉一半的分计算结果有不对的分得分得源峰源峰几何源峰几何,% 4.2560 605240.002481200) 1(t ) 1( 0.00248 ) cm 103.14cm 10cm 1(21 )1(2 14222 22=????===+-=+-=Ω=∑∑∑∑ ∑x I N h r h π π 7. （6分）已知一γ放射源的活度A 为1010贝克，假设该源各向同性地放出γ光子，假设射到一个G-M 计数管的γ光子数为106/s ，该G-M 计数管输出的脉冲数为104/s ，还已知该G-M 计数管的分辨时间为20us,求该G-M 计数管的本征效率和总效率。 解： )2(1010) 2(%110: )2( 1025.110) 2(%25.110) 2( /1025.1 10201011016-1066-10 60 46 44 0分得分得没有经过计数率修正分得分得分得总效率本征总效率本征====?====?=??-=-=∑∑∑∑-n n n n s n n n τ 计算结果不对的，按步骤扣掉这一步一半的分。 8. （8分）1.详细分析2MeV γ射线在闪烁体中可产生哪些次级过程? 2.并计算该γ射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱上，康 普顿边缘与单逃逸峰之间的相对位置。 3.并画出下列两种情况下该γ射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出 脉冲幅度谱图 1)NaI(T1)晶体为中等晶体时 2)NaI(T1)晶体为无限大晶体时 解：1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。（全对得2分，不全者得1分） 2）单逸峰 E=2-0.511=1.249Mev (得1分) 散射光子最小能量()'211cos r r r e E E E m c θ= +-=Mev 227.02*511 .0212=+ 反冲电子最大能量即康普顿边缘Mev E E Ee 773.1227.02'=-=-=γγ （得1分） 3)中等晶体 注：每标对1个得0.5分 4）无限大晶体，画对给全分 9. （8分）设在平行板电离室中α粒子的径迹如图所示,径迹长度为L,假设沿径迹各处的单位路程上产生的离子对数N 相等,且电子的漂移速度W ＿ ,试求电子的电流脉冲。 解：分三种情况讨论： 1）当-≥ W D t 时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲0=-e I ；（得2 分） 2）当-- eW N L I e --??=；（得2分） 3）当--<≤-W D t W L D θco s ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲： 电子可以看作时做匀速直线运动逐渐到达正极板的，根据运动规律得 下面方程 'cos cos N W L D t N L W L - ---=?θθ （得2分） 解得已到达正极板得电子数:θ θcos )cos ('D L t W N N -+?=-,还剩下电子数：''N N L N N L -?=-?，此时电子的电流脉冲： （得2分） 注：最后一题属于拔高题，根据答的情况酌情给学生分数。 《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 五、 填空题（20分，每小题2分） - --?-+-?=W D N D L t W N L t I e )cos cos ()(θθ 27．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。 28．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、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。 29．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。 30．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；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：零点几、几、十几、几十、一百、几百μs。 31．电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量、初始电离产生的离子对数、初始电离产生的电荷总数成正比。32．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。 33．由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，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。34．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，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。 35．电离室一般用来探测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。 36．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。 37．Ｇ-Ｍ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。 38．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测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。 39．Si(Li)半导体探测器一般用来探测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。 40．HPGe半导体探测器一般用来探测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。 41．对高能γ射线的探测效率则主要取决于γ射线的能量、“窗”的吸收、γ射线的强度、探测器的有效体积、探测器材料的密度、探测器材料的有效原子系数。 42．对低能γ射线的探测效率则主要取决于γ射线的能量、“窗”的吸收、γ射线的强度、探测器的有效体积、探测器材料的密度、探测器材料的有效原子系数。 43．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与入射射线的能量、工作电压无关。44．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电压-电流型、电流型、电流-压电型器、电荷灵敏型、脉冲型、积分型、微分型。45．前置放大器的两个主要作用是：信号放大、提高信-噪比、防止信号堆积、脉冲成形、阻抗匹配。 46．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、提高信-噪比、防止信号堆积、脉冲成形、阻抗匹配。 47．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求。 X X X X X X 2007 –2008 学年度第2学期 核辐射探测 课程试卷(A 卷、05级反应堆工程、生物医学工程专业) 考试日期：2008年6月13日 考试类别：考试 考试时间：120分钟 题号 一 二 三 四 五 …… 总分 得分 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．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。（5分） 填空: Ⅰ 复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ 正比（计数）区（1分） Ⅳ 有限正比区 （1分）Ⅴ G-M 区 （1分） 注：1）有限区的0.5分 3．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？（5分） 答案要点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。 4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分） 答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容 随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）而 C 入是十分稳定的，从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的 得分 阅卷人 学院 专业 考号 姓名 ………………………………………线………………………………………订………………………………………装……………………………………… 0/1V C d 第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ?=?= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ?=?= 试计算239U ，236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后，放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1，C 14的573021=T 年；K 40的天然丰度为%0118.0，其半衰期a T 911026.1?=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变： Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90??→????→?--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间，其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000 cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-?U 。假定后者与其子体达平衡，试计算31000 cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得 Ra 226 的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42 MeV T =α两种α粒子组成，试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图（简图） （1）子体Rn 222核的反冲能； （2）Ra 226的衰变能； （3）激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度： Th He U 2304234+→； Rn C U 22212234+→； Po O U 21816234+→。 第七章作业答案 1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解： 5152 5(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371! 5(0;5)0.08422! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为： (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2.若某时间内的真计数值是100，求得到计数为104的概率。 解： 高斯概率密度函数为： 2 22220.012102()2(100104)4(;,)100,10 104 (104;100;10)0.0145 N N P N N e N N P e e σσσ?-----======== 5.本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=60计数/min,试求对给定的测 量时间t b +t s 来说净计数率精确度最高时的最优比值t b /t s ;若净计数率的误差为 5％，t b 和t s 的最小值是多少？ 解： 2:2:1 s b s b t t t t ==== 若要使净计数率的误差为5％ 1122222211222222()60(6015)17.778().(6015).(5%) ()15(6015)8.889().(6015).(5%)s s s s b s s b n b s b b s b n n n n t n n n n n t n n δδ+?+?===--+?+?= ==-- 6.为了探测α粒子，有两种探测器可以选择，一种的本底为7计数/min,效率为0.02;另一种的本底为3计数/min,效率为0.016,对于低水平测量工作，应选用 第一章 1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信号的特点来说明。 在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。 1.4 当探测器输出等效电流源/0()t o i t I e τ -=时，求此电流脉冲在 探测器输出回路上的输出波形并讨论R 0C 0<<τ的情况。 V 0(s) = I 0(s)·[R 0∥(1/sc)] = I 0[1/(s+1/τ)]·[R 0(1/sc 0)/( R 0+(1/sc 0)) =( I 0/ c 0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R 0 c 0)]} ∴ 0000000()1t t R C I R V t e e R C τ τ --??=- ? ???- 000000t t R C I R e e R C τττ--?? =- ? ?-? ? 当R 0 c 0<<τ时，τ－R 0 c 0≈τ ∴ 00 000 () t t R C V t I R e e τ - - ?? =- ? ? ?? 1.5 如图，设/ () T i t θ? =? ? 0t T t T ≤≤ ≥ ，求输出电压V(t)。 111 () Ts Ts Q Q e I s e T s s T s - - - ?? =-= ? ?? 11 () 1 H s c s τ = + 111 () 11 Ts Ts Q e Q Q V s e cT s cT cT s s τττ ττ - - - =-+ ++ ()()() / () t T t Q Q Q V t s t s t e e s t cT cT cT ττ τττ ττ - - - ∴=---+- ?? ?? 《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 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、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百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入射射线的能量成正比。 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射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强 度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．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 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图， 是一连续谱 西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235== 试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到 核技术 核探测复习材料 一、简答题： 1．γ射线与物质发生相互作用有哪几种方式？（ 5分） 答：γ射线与物质发生相互作用（1）光电效应 （2）康普顿效应（得2分）（3）电子对效应（得2分） 2．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：典型的气体探测器有（1）电离室（得1分）（2）正比计数管（得1分）（3）G-M 计数管（得1分） 脉冲幅度：（1）电离室：C e w E v = （得1分）（2）正比计数管：C e w E M v ?= （得0.5分）（3）G-M 计数管 最大脉冲幅度一样（得0.5分） 3．简述闪烁体探测器探测γ射线的基本原理。（5分） 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），这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理。 注：按步骤给分。 4．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） 5．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分），辐 射能量损失率 2 22NZ m E z dx dE S rad rad ∝??? ??-= 与物质的原子Z 2成正比（2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。 6．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（1分）、中子的辐射俘获（1分）、中子核反应（1分）、中子裂变反应（1分） 二、证明题：（共10分） 1． （5分）试证明γ光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电 子对效应，而在真空中是不可能的。 答： 答：对γ光子能量 νγh E =；（1分）动量c h P ν γ=。（1分） 由能量守恒，有 核辐射物理及探测学 辐射的定义（R a d i a t i o n）: 以玻或运动粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量（如声辐射、热辐射、电磁辐射、α辐射、β辐射、中子辐射等）的统称。 通常论及的“辐射”概念是狭义的，它不包括无线电波和射频波等低能电磁辐射，也不包括声辐射和热辐射，而仅是指高能电磁辐射（光辐射）和粒子辐射。这种狭义的“辐射”又称为“射线”。 按照其来源，辐射（射线）可以分为核辐射、原子辐射、宇宙辐射等，又可分为天然辐射、人工辐射等。 按照其荷电情况和粒子性质，辐射（射线）又可分为：带电粒子辐射，如α、p、D、T、±π、±μ、±e等；中性粒 子，如n、ν、?π等；电磁辐射，如γ射线和X射线等。 课程介绍： 核辐射物理及探测学是工程物理系本科生的一门主干专业基础课。本课程要使学生对于核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法具有深入明确的了解，并具有创造性地灵活应用的能力。经过后续实验课的学习，学生在辐射探测实验技术方面将进一步获得充分的训练。 核辐射物理及探测学是一门内容非常丰富与科学实验关系极其密切的课程。核辐射物理涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征，辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等，是核科学及核工程的基础。辐射探测学是近百年来核科学工作者在实践中发明、发展的探测器与探测方法的归纳和总结。通过课程学习应当培养学生掌握如何从实际出发分析问题、解决问题，以及如何综合应用基础理论和所学的各种知识的思维方法和能力，本课程中讲授的核辐射物理、辐射探测器与探测方法方面的知识，将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工作打下良好的基础。 本课程主要由三部分组成： （1）核辐射物理学。（第一章～第六章）这既是辐射探测的物理基础，又是其他专业课的基础。 22学时 （2）辐射探侧器件与装置的原理、性能和应用。（第七章～第十章）26学时 （3）探测辐射的理论和方法。（第十一章，第十二章）16学时 教科书：《核辐射物理与探测学》（讲义）陈伯显编著 《致电离辐射探测学》（讲义）安继刚编著 参考书：《原子核物理实验方法》复旦,清华,北大合编出版社：原子能出版社 《辐射探测与测量》(美)格伦F.诺尔著出版社：原子能出版社 《N u c l e a r R a d i a t i o n P h y s i c s》 R a l p h E. L a p p a n d H o w a r d L. A n d r e w s, P r e n t i c e-H e l l, I n c, E n d l e w o o d C l i f f s, N e w J e r s e y, 1997. 第一章 核电子学与一般电子学的不同在哪里以核探测器输出信号的特点来说明。 在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。 当探测器输出等效电流源/0()t o i t I e τ -=时，求此电流脉冲在探测 器输出回路上的输出波形并讨论R 0C 0<<τ的情况。 V 0(s) = I 0(s)·[R 0∥(1/sc)] ^ = I 0[1/(s+1/τ)]·[R 0(1/sc 0)/( R 0+(1/sc 0)) =( I 0/ c 0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R 0 c 0)]} ∴ 当R 0 c 0<<τ时，τ－R 0 c 0≈τ ∴ 如图，设，求输出电压V(t)。 | 表示系统的噪声性能有哪几种方法各有什么意义输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压为什么 ENV ENC ENN ENE η (FWHM)NE 不是 ' 设探测器反向漏电流I D =10-8A ，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于I D 的比值。 115.6610A -==?= 35.6610D I -=?= 试计算常温下（设T=300K ）5M Ω电阻上相应的均方根噪声电压值（同样设频宽为1MHz ），并与1MHz 能量在20pF 电容上的输出幅值作比较。 52.8810V -===? 。 ∵ 2 12 E CV = ∴0.126V V == 求单个矩形脉冲f （t ）通过低通滤波器，RC=T ，RC=5T ，及RC=T/5，时的波形及频谱。 U 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 () MeV ....c v c m m c E e 924003521511012 2 22 =?? ? ??-= -= =； 动能 () MeV c v c m T e 413.0111 2 2=??? ? ? ?? ?? ?--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+ =≈-= α粒子的质量 g u m m 232 2 010128.28186.1295.010026.41-?==-= -= βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 122 8 5 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ( )( ) u .U M ;u .U M 045582236043944235236 235 == 试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?=()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6 求C 136和N 13 7核库仑能之差。 答：C 136和N 137核库仑能之差为 ()()?? ?????---?=?3 1011220211453A r Z Z Z Z e E C πε () ??? ? ???????-????? =---311512 2 19 131051566710858410602153...π MeV .J .935210696413=?=- 1-8利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +?? ? ??----=--12 3 123 22, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 习题解答 第一章绪论 1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的 ①时间测量。核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。 ②核辐射强度测量。核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况(如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍)，如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。 ③能谱测量。辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。 ④位置测量。基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。目前空间定位的精度可达到微米级。 ⑤波形测量。核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速(纳秒至皮秒级)的。 ⑥图像测量。核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射(如裂变反应产生的辐射)以反映目标体本身的图像。图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。CT技术就是这种处理方法的代表。 2、抗辐射加固主要涉及哪些方面 抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。 3、核电子学的应用领域主要包括哪些方面 核电子可应用于核与粒子物理基本研究、核辐射探测器电子学、核反应堆电子学、加速器电子学、同位素应用仪表、核医学电子仪器以及剂量测量仪器等。 第一章射线与物质的相互作用 1.不同射线在同一物质中的射程问题 如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？ 解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。”根据公式：)()(22 v R M M v R b a b b a a Z Z = ，可求出。 步骤：1先求其初速度。 2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。 3带入公式。 2：阻止时间计算： 请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。 解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um 由T ≌1.2×107-R E Ma ，Ma=4得 T ≌1.2×107-×17.8×106-×4 4()s ＝2.136×1012-()s 3：能量损失率计算 课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。代参数入求解。 第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算： ()2082 2.34700700 ()rad ion dE E Z dx dE dx *?? =≈ 4光电子能量： 光电子能量：（带入B K ） 康普顿反冲电子能量： 200.511m c Mev = i e hv E ε-= 22020 0(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.06 0.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06 Er Ee Mev m c Er θθ--?====+-+-+?5:Y 射线束的吸收 解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ= 122 2 0.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cm μμρ--∴===?质量吸收系数 由r N μσ=*可得吸收截面： 123 2223 0.61.84103.2810/ r cm cm N cm μ σ--===?? 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =? 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0 () 0.1%0.001t I t e I μ-∴ =∴=即t=5In10 =11.513cm 6：已知)1()(t ι- -=e A t f t 是自变量。 ①求ι增大时，曲线的变化形势。 ②画出f(t)的曲线。 答：①当ι增大时，曲线同一个自变量t 值最后将是函数结果减小。 当A>0时，f(t)=)1(A /Γ--t e 的图像为下面图一：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为Γ为0.25,0.5,1,2,3,4时的图像 当A<0时，f(t)=)1(A /Γ--t e 的图像为下面图二：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为Γ为 核辐射探测器 nuclear radiation detector 又称核探测元件(nuclear detection element)。是探测辐射射线用的器件。常用的有电离室、计数管和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。这类探测元件可以测量辐射射线和它们的性质。其原理主要是利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应。如应用带电粒子与物质作用产生电离的原理制作的电离室、计数管，以及α径迹探测器等；利用其荧光作用做成的闪烁计数器；利用电离和激发所引起的化学反应过程制作原子核乳胶，固体核径迹探测器等。对带电离子可直接应用上述性质，对不带电的粒子(如γ射线)，则应用其与物质作用的三种效应(光电效应、康普顿-吴有训效应、电子对效应)所产生的二次电子来达到上述目的。[1] 计数器 以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。 气体电离探测器 通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M 计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。半导体探测器辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型;②在电阻率较高的p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型;③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高,可在室温下保存,应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。闪烁计数器通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体,常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏,发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银(Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子;玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射,加入载体后可测量中子；氟化钡(BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体,包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等),前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒,快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒 核电子学复习整理 第一章 一、名词解释 探测效率：探测器探测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的粒子总数的比值。 散粒噪声：（在电子器件或半导体探测器中）由于载流子产生和消失的随机涨落形成通过器件的电流的瞬时波动，或输出电压的波动，叫做散粒噪声。 分辨率：识别两个相邻的能量、时间、位置（空间）之间最小差值的能力。（主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率） 死时间校正：在监察信号的时间T Ip内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监察时间就是堆积拒绝电路所产生的死时间。计时电路就不应该把这个时间计入测量时间，而应从总的测量时间中扣除这个死时间得到活时间。由测到的总计数除以活时间就是信号计数率。这种办法称为死时间校正。 二、填空题 1.核电子学是核科学与电子学相结合的产物； 2.探测器按介质类型及作用机制主要分为：气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器； 3.核电子学中主要的噪声指三类：散粒噪声、热噪声、低频噪声； 4.核辐射探测器的输出信号特点是：随机分布的电荷或电流脉冲。（时间特性、幅度上是非周期非等值的）； 5.功率谱密度为常数即S(W)=a的噪声为白噪声。 三、简答题 1.简述核电子学的信号特点。 答：1.随机性；2.信号弱，跨度大；3.速度快。 2.简述白噪声与干扰以及两者的区别。 答：干扰：主要是指空间电磁波感应，工频交流电网的干扰，以及电源纹波干扰等外界因素。（可在电路和工艺上予以减小或消除） 噪声：是由所采用的元器件本身产生的。（可以设法减小但无法消除）白噪声定义为功率谱密度为常数的噪声。 3.降低前置放大器噪声的措施有哪些？ 答：1.输入级采用低频噪声器件；2.低温运行；3.减少冷电容C s；4.反馈电阻R f和探测器负载电阻R D选用低噪声电阻，阻值一般在109欧~1020欧左右。 除此之外，用滤波网络来限制频带宽度，也可进一步抑制噪声。 4.构成核电子学的测量系统的三部分是哪些？ 答：1.模拟信号获取和处理，2.模数变换，3.数据的获取和处理三个部分 5.简述前置放大器的作用。 答：1.提高信噪比、2.减少外界干扰的影响、3.合理布局，4.便于调节和使用、5.实现阻抗转换和匹配； 第二章 前置放大器的作用与分类？ 作用：提高信噪比、减少外界干扰的影响、合理布局，便于调节和使用、实现阻抗转换和匹配； 分类（按输出信号成形方式分）：电压灵敏前置放大器、电荷灵敏前置放大器、电流灵敏前置放大器。 《核电子学与探测技术》系中国核工业集团公司主管的，由中国核学会、中国电子学会所属核电子学与核探测技术分会主办的会刊，中国核工业集团公司北京核仪器厂承办，原子能出版社出版。《核电子学与探测技术》期刊多年来，来稿数量逐年增多，因此，从1981年创刊以来已5次扩大版面，从16开的64页扩大到现今的A4开本128页，从黑白封面改为彩色封面，内页纸张也从52g普通纸该为70g胶版纸。《核电子学与探测技术》先后被《中国学术期刊（光盘版）》、万方数据（ChinaInfo）系统《科技期刊群》期刊网、中国期刊网、科技部西南信息中心维普信息资源网、国防科工委期刊网收录、《CEPS中文电子期刊服务》、《书生数字期刊》收录，被美国工程信息公司（Ei）、化学文摘（CA）、国际原子能机构（IAEA）的检索刊物INIS和国内多家权威文摘刊物等所收录。被《中国学术期刊（英文版）》即《Chinese Science Abstracts》、《中国学术期刊（中文版）》等文摘刊物收录。据《中国期刊网》和中国科技信息研究所的《万方数据—数字化期刊群》等调查，本刊的Web影响因子在原子能科技类刊物中名列前茅，读者从网上对本刊的点击率和下载率是名列前茅的。 2004年3月《中国知识资源总库》编辑委员会致函本刊，函件中说：通过对《中国期刊全文数据库》中近8000种期刊10年的引文统计分析，筛选出文献引用频次排名在前500名的高水平期刊，进行全面、系统、完整的数字化整合，以期建成我国有代表性的、完备的、系统的国家级期刊精品数据库。函件中告知本刊已被编入国家级期刊精品数据库《中国知识资源总库·科技精品期刊库》。多年来一直被评为全国中文核心期刊，在原子能科技类遴选的15种核心期刊中排名第五位（见北京大学出版社出版的《中文核心期刊要目总览》2004年版（即第四版）第77页。一直被中国科技论文统计与分析（中国科学技术信息研究所受国家科学技术部发展计划司委托项目）、中国学术期刊综合评价数据库和中国科学引文数据库等作为来源期刊。 2003年开始采用著名核科学家、“两弹一星”元勋、两院院士原全国政协副主席朱光亚为本刊题写的刊名。 《核电子学与探测技术》征稿简则 1) 来稿务求论点明确, 文字简练, 数据可靠。 2) 文章题目简明(20个汉字以内); 中英文摘要须包括题目、作者姓名、作者单位、城市名、省名和邮政编码，并应写成叙述性文摘(含有研究目的、方法、结果和结论)；关键词为3～5个，并提供该文的中图分类号。 3) 文稿应采用阿拉伯数字进行分级编号, 最多可用4级。引言不编号,也不写“引言” 字样。 4) 作者简介包括（第1作者姓名（出生年--）、性别（民族，汉族省略）、籍贯、职称、学位、从事研究方向） 5) 基金项目名称及项目编号、需以脚注形式写明。 核辐射探测器的现状及其展望 文章主要阐述了核辐射探测仪器的发展历史和国内外发展现状，并介绍了几款探测仪器及其相关技术，最后阐述了其技术的改进与发展趋势。 标签：核辐射探测；研究现状；展望 一、核辐射探测器的发展历史 核辐射探测器是通过使核辐射在气体、液体或者固体中发生电离效应、发光现象、物理变化或者化学变化来监测核辐射的仪器。1896年法国科学家A.H.贝可勒尔研究含铀矿物质的荧光现象时，偶然发现铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不可见射线。不久人们在加有磁场的云室中研究这种射线时，证明它是由3种射线成分组成：α射线、β射线和γ射线。贝可勒尔在发现放射性现象的同时使用照相底片（最初的核乳胶）实现了人类历史上的第一次核辐射探测。云室、核乳胶等成为了最早的核辐射探测方法。1908年，出现了气体电离探测器，但是还存在快速计数的问题。而1931年由于脉冲计数器的出现，解决了快速计数问题。1947年出现的闪烁计数器，利用物质密度远大于气体而提高了对粒子的探测效率。例如使用的碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线具有较高的能量分辨能力。到了60年代初，半导体探测器的发明，促使能谱测量技术的发展。对于现代用于核物理、高能物理等其他科学技术领域的各种探测器件和装置，都是以上面三种类型探测器件为基础经过不断改进创新而实现的。现如今人们对核能利用的日益广泛，促进核监测能力不断发展。 迄今为止，核辐射探测仪器衍生了很多种类，所运用的原理也不尽相同，其与核辐射探测技术共同发展，相辅相成，都经历了计数、测谱以及图像显示等发展阶段。能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。 二、核辐射探测器的研究现状 目前国内外针对不同场合、不同辐射种类、不同能量范围的辐射探测器有很多，其主要是利用粒子与物质之间的相互作用来进行工作，下面就对以下五大类探测器加以介绍。 （1）气体探测器：气体探测器作为一种核辐射探测器，其中最常用的比如有正比计数器（Proportional Counter）、盖革-弥勒（G-M）计数管等。它的工作原理是通过电极将气体分子原子产生电离电荷信息收集起来，用以探测粒子，获取粒子信息，从而实现探测作用。 （2）闪烁探测器：应用在脉冲辐射的测量当中，某些透明物质在带电离子的电离、激发作用下会发光。这里先将电离辐射转换成光辐射，在光敏层中由光转换为电信号，打出光电子。由这些光电子形成的电脉冲获得粒子信息。 核辐射的检测方法，指标，仪器，原理和相关的环境标准 核辐射与物质间的相互作用是核辐射检测方法的物理基础。核辐射与物质间的相互作用包括电离作用、核辐射的散射与吸收，利用物质衰变辐射后的电离、吸收和反射作用并结合α、β和γ射线的特点可以完成多种检测工作。 核辐射检测仪器 核辐射监测原理及方法 能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。 计数器以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。 气体电离探测器通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。 多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒核辐射探测A答案.
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