核辐射探测器的现状及其展望
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。
核辐射探测A答案.
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
核辐射探测习题解答2
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
核辐射探测复习资料B.
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
核辐射物理与探测学课后习题
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+→。
辐射检测仪有哪些种类
核辐射检测仪又名辐射检测仪。市场上有辐射报警仪,辐射仪是不带剂量显示的仪器，只能提示佩戴人员当前所在场地射线是不是超标，至于辐射剂量具体是多少，不好确定。辐射剂量检测仪，这种仪器不仅可以报警，也可以清晰显示当前所在场地的辐射剂量值。 目前按照给出信息的方式，辐射探测器主要分为两类： 一类是粒子入射到探测器后，经过一定的处置才给出为人们感官所能接受的信息。例如，各种粒子径迹探测器，一般经过照相、显影或辐射监测仪化学腐蚀等过程。还有热释光探测器、光致发光探测器，则经过热或光激发才能给出与被照射量有关的光输出。这一类探测器基本上不属于核电子学的研究范围。 另一类探测器接收到入射粒子后，立即给出相应的电信号，经过电子线路放大、处理，就可以进行记录和分析。这一类称为电探测器。
电探测器是应用最广泛的辐射探测器。这一类探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。最常用的主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。 早在1908年，气体电离探测器就已问世。但直到1931年脉冲计数器出现后才解决了快速计数问题。1947年，闪烁计数器的出现，由于其密度远大于气体而大大提高了对粒子的探测效率。最显著的是碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线还具有较高的能量分辨本领。60年代初，半导体探测器的研制成功，使能谱测量技术有了新的发展。现代用于高能物理、核物理和其他科学技术领域的各种类型探测器件和装置，都是基于上述三种类型探测器件经过不断改进创新而发展起来的。 一般来说购买核辐射检测仪的客户可大概分为4类：
1.安全组织, 譬如警察局和消防队、紧急反应组织、环保组织、危险物料处置、金属回收公司、矿山等,他们接触到各种放射性的机率较高。 2.港口、码头、机场等，这些地方因为人员及各类进出口货物流量大，特别涉及到出入境人员受放射线污染的机率较高。 3.五金厂、陶瓷厂、医院、研究机构、实验室、药监局、大学等，他们接触到各种低强度或泄漏放射线的机率较高。 4.关注居住环境质量及个人安全的私人个体, 比如某人想在家,食物、水中等寻找周围的环境污染(各种突发事故或恐怖分子攻击等)。 而杭州旭辐检测技术有限公司实力雄厚，资源配置齐备，可以为客户提供各种工程辐射检测服务。 更多详情请拨打联系电话或登录杭州旭辐检测技术有限公司https://www.360docs.net/doc/808196567.html,咨询。
焦平面APD探测器的国内外技术现状和发展趋势
红外焦平面探测器的国内外技术现状和发展趋势 一、焦平面APD探测器的背景及特点 焦平面APD探测器主要是由：APD阵列和读出电路(ROIC)两部分组成，其中APD是核心元件。 1、APD 雪崩光电二极管（APD）是一种具有内部增益的半导体光电转换器件，具有量子响应度高、响应速度快、线性响应特性好等特点，在可见光波段和近红外波段的量子效率可达90%以上，增益在10～100倍，新型APD材料的最大增益可达200 倍，有很好的微弱信号探测能力。 2、APD阵列的分类 按照APD的工作的区间可将其分为：Geiger-mode APD（反向偏压超过击穿电压）和线性模式APD（偏压低于击穿电压）两种。 （1）Geiger-mode APD阵列的特点 优点： 1）极高的探测灵敏度，单个光子即可触发雪崩效应，可实现单光子探测； 2）GM-APD输出信号在100ps量级，即有高的时间分辨率，进而有较高的 距离分辨率，厘米量级； 3）较高的探测效率，采用单脉冲焦平面阵列成像方式； 4）较低的功耗，体积小，集成度高； 5）GM-APD输出为饱和电流，可以直接进行数字处理，读出电路(ROIC)不需 要前置放大器和模拟处理模块，即更简单的ROIC。
缺点： 1）存在死时间效应：GM-APD饱和后需要一定时间才能恢复原来状态，为 使其可以连续正常工作需要采用淬火电路对雪崩进行抑制。 2）GM-APD有极高的灵敏度，其最噪声因素更加敏感，通道之间串扰更严重。 （2）线性模式APD阵列的特点 优点： 1）光子探测率高，可达90%以上； 2）有较小的通道串扰效应； 3）具有多目标探测能力； 4）可获取回波信号的强度信息； 5）相比于GM-APD，LM-APD对遮蔽目标有更好的探测能力。 缺点： 1）灵敏度低于GM-APD；（现今已经研制出有单光子灵敏度的LM-APD） 2）读出电路的复杂度大于GM-APD（需对输入信号进行放大、滤波、高速 采样、阈值比较、存储等操作）。（其信号测量包括强度和时间测量两部 分） 按照基底半导体材料APD可分为：Si APD、Ge APD、InGaAs APD、HgCdTe APD。 其中Si的由于波长在1um左右，由于材料限制很难做到大于32*32的阵列，再考虑到人眼安全以及军事对高功率激光的需求，工作波长在：1.5um的InGaAs APD 及HgCdTe APD为研究的热点内容。
核辐射探测学
《核辐射探测学》研究生课程习题与思考题 第一套 1. 当电子的速度为 2.5×108m/s 时，它的动能和总能量各为多少MeV ？ 2. 已知32P ，14C ，238U 的半衰期分别为14.26d,5370a,4.468×109a ，试求它们的衰变常数（以s -1为单位）。 3.238Pu 的重要用途之一为制造核电池。假定238Pu （1/2T 87.75, 5.4992a E MeV α==）的α衰变能的5%转变为电能，当电池的输出 功率为20W 时，此电池应装多少克238Pu ？ 4. 确定下列核反应中的未知粒子x : (a) 188(,)O d p x ， (b) 8739(,)x p Y α ， (c) 123124 5253(,)Te x d I 。 5. 试计算234U 和241m A 的裂变阈能。 第二套 1. 已知： △（92，238）= 47.307MeV ； △(92,239) = 50.572MeV ； △ ( 92, 235) = 40.916MeV ； △(92,236)= 4 2.442MeV ； 试计算239U,236U 最后一个中子的结合能。 2. 计算下面1.0Ci 的放射源的原子核数？ （a ）18F ； (b)14C ； (c)222Rn ； (d)235U 。 3. 设Bb （A,Z ），Bb （4He ），Bb （A-4，Z-2）分别为母核、α粒子、子核的结合能，试证明 4Bb(A-4,Z-2)+Bb(He)-Bb(A,Z)Q α=。 4. 能量为6MeV 的质子投射到静态的12C 核上，试求质心的运动速度，取质子 的质量为1u 。 5. 设一个聚变堆的功率为100万kW ，以d+T 为燃料，试计算一年要消耗多少 氘？这么大功率的电站，若改用煤作燃料，则每年要消耗多少煤（煤的燃料热约为3.3×710 J/kg ）？ 第三套 1. 当质子在球形核里均匀均匀分布时，原子核的库仑能为： 203(1)54C e Z Z E R π-=ε Z 为核电荷数，R 为核半径，r 0 取1.5×10-15m 。试计算13C 和13N 核的库
核辐射测量方法
核辐射测量方法 葛良全 周四春 成都理工大学核技术与自化工程学院 2007．8
前言 本讲义旨在缓解我院“核工程与核技术”专业人才培养计划调整后尚无专业教材的状况。主要内容有核辐射测量基础知识、射线与物质相互作用、核辐射测量的单位、核辐射防护知识、γ射线测量方法、β射线测量方法、α射线测量方法、X射线荧光测量方法、核辐射测量统计学与误差预测等。该讲义可作为“核工程与核技术”和“辐射防护与环境保护”专业的核辐射测量方法课程的教材，也可作为“测控技术与仪器”、“勘查技术工程”和“地球化学”（铀矿地质勘探方向）等本科专业的教学参考书，以及“核科学与技术”学科专业研究生教学的参考书。 本讲义相关内容主要从以下几本参考书的有关内容编辑： [1]章晔，华荣洲、石柏慎编著，放射性方法勘查，原子能出版社，1990 [2]葛良全，周四春，赖万昌编著，原位X辐射取样技术，四川科学技 术出版社，1997 [3]格伦敦F 诺尔著（李旭等译），辐射探测与测量，原子能出版社， 1984。 [4]复旦大学、清华大学、北京大学，原子核物理实验方法，北京，原 子能出版社，1985 [5]李星洪等编，辐射防护基础，北京，原子能出版社，1982 [6]吴慧山，核技术勘查，北京，原子能出版社，1998 [7]王韶舜，核与粒子物理实验方法，北京，原子能出版社，1989
1 第1章 放射性方法勘查的基本知识 1.1 原子和原子核 1.1.1 原 子 原子是构成自然界各种元素的最基本单位，由原子核及核外轨道电子(又称束缚 电子或绕行电子)组成。原子的体积很小，直径只有10－ 8cm 左右，原子的质量也很小， 例如氢原子质量为1.67356×10－ 24g ，铀原子的质量为3.951×10-22g 。原子的中心为原子核，它的直径比原子的直径小得多，为n·10-13～n ·10-12(cm)，但它集中了原子的绝大部分质量。例如氢原子由原子核和一个束缚电子组成，其结构示于图1-1，氢核的质量为1.67×10-24g ，而束缚电子的质量仅 为9.1×10-28g ，两者的比值近似为1/1840。对 于原子序数较大的原子，这个比值更小些。例如，铀原子92个绕行电子的总质量和原子核质量之比为1/4717。 原子核带正电荷，束缚电子带负电荷，两者所带的电荷量相等，符号相反，因此原子本身呈中性。当原子吸收外来的能量，使轨道上的电子脱离原子核的吸引而自由运动时，原子便失去电子而呈现电性，成为正离子。 原子中束缚电子按一定的轨道绕原子核运动，相应的原子处于一定的能量状态。对一种原子来说，它的绕行电子的数目和运动轨道都是一定的，因此每一个原子只能处于一定的，不连续的一系列稳定状态中。这一系列稳定状态，可用相应的一组能量W i 表征，W 称为原子的能级。处于稳定状态的原子，不放出能量。当原子由较高能级W 1跃迁到较低的能级W 2时，相应的能量变化△W 即W 1一W 2，以发射光子的形式释放出来，此时光子的能量为： 21W W hv ?= 式中，h ——普朗克常数，等于6.6262×10-34J·s ； v ——光子的频率。 将某种原子发射的各种频率的光子按波长排列起来，便构成了该种原子的发射 图1-1 氢原子核结构示意图 10-13cm 10-8cm
核辐射物理与探测学复习
核辐射物理与探测学复习 注：本提纲中的问题覆盖范围并不完备，因此不能完全替代书本复习，仅作参考之用！ 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）； 答： 气体：电子－离子对； 闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子； 半导体：电子－空穴对； 2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探测 器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。这个能量是大些好，还是小些好？为什么？ 答： 平均电离能；30eV，300eV，3eV； 这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率； 3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一 个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？ 答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率； 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为载 流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？ 答： 对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）； 这些反应的产物都是次级电子； 对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV； 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有 哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？
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
原子核物理及核辐射探测学第一章-第三章习题参考答案
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 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
辐射探测器应用及发展
辐射探测器应用及其发展 摘要：本文详细的描述了辐射探测器的发展史，简单的介绍了探测器的分类和区别，最后重点阐述了GaN探测器的发展现状。 关键词：辐射探测器；GaN探测器 Application and Development of Radiation Detector Chen heng(SF1606018) Abstract：In this paper, the history of radiation detectors is described in detail, and the classification and difference ofdetectors are introduced. Finally, the development of GaN detectors is discussed. Key words：Radiation detector；GaN detectors 1.引言 在当代社会中，由于社会发展的要求，对核物理实验与核科学的研究起到了巨大的推动作用，也是由以上科学的发展，导致了核辐射探测技术的进一步发展壮大，不管是就核科学技术研究来说，还是出于对公共安全的考虑，我们都必须对核辐射探测技术领域的发展提出更高的要求标准。作为实现核辐射探测的关键，核辐射探测器的研制就显得尤为重要[1]。 相信我们仍然对2011年发生的日本福岛核电站事件记忆犹新，在那个事件中，日本福岛的第一核电站其中的1号反应堆发生爆炸。这场爆炸立刻吸引了全世界的注意，人们对此都表现除了强烈的担忧，因为这不禁让人联想起另一个与之相类似的事件。那就是在1986年，发生在前苏联的切尔诺比利的核电站出现的泄漏事故，那场事故所造成的深远影响至今仍没有消散。因而，对核能的安全利用问题的讨论，使得辐射探测技术这一问题，再一次成为了国内外研究的一个热点。 众所周知，核能是由原子核的质量转变而成的能量，由爱因斯坦经典的质能方程E=mc2，方程中的E是代表的是能量，c代表的是光速，m代表的是质量。在原子核的质量转变为能量的过程中会释放出巨大的能量。同时，在核反应产生能量的过程中还有大量的射线被释放出来，这些射线会对人类和环境产生巨大的伤害。射线主要有三种，分别为α，β和γ三种射线，其中α射线是He核，一
核辐射探测器
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
核辐射探测器的现状及其展望
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
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
核辐射探测习题解答6
第一章习题答案 1. 计算 Po 210 放射源发射的α粒子()MeV E 304.5=α 在水中的射程。 答：先求α粒子在空气中的射程 cm E R 88.3304.5318.0318.05.15 .10=?==α 由 1001 A A R R ρρ= 对多种元素组成的化合物或混合物，因为与入射粒子的能量相比，原子间的化学键能可以忽略，所以其等效原子量 ∑=i i i A n A 式中i n 为各元素的原子百分数。 对空气而言， 81.30=A ，在标准状态下，33010226.1--??=cm g ρ，所以 04102.3R A R ρ -?= 对水而言 2163 1132=+= =∑i i i A n A 在水中的射程 m R A R μρ 8.2488.32102.3102.3404 =???=?=-- 2. 已知MeV 1质子在某介质中的电离损失率为A ，求相同能量的α粒子的电离损失率。 答： 161 11 4422222 2,,=??= ??= =p p p p p p ion ion E m z E m z v z v z S S αααααα 所以 A S ion 16.=α 3. 试计算Cs 137KeV E 662=γγ射线发生康普顿效应时，反冲电子的最大能量。 答： MeV h c m h E e 478.0662 .02511.01662.02120max ,=?+=+=νν 4. 计算Cs 137 的γ射线对Al Fe Pb ,,的原子光电吸收截面及光电子能量。从中可得到什么 规律性的启迪？已知k ε分别为KeV KeV KeV 559.1,111.7,001.88。 答： Cs 137 的γ射线能量为MeV h 662.0=ν， 5 254 10625.61371324545Z K ph ????? ? ????==-σσ 2 5321033.1cm Z ??=- 对Pb ，82=Z ，KeV K 001.88=ε ()2235321093.4821033.1cm ph --?=??=σ KeV E e 660.573001.88661.661=-=
核辐射物理与探测学复习资料
核辐射物理与探测学复习 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）； 答： 气体：电子－离子对； 闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子； 半导体：电子－空穴对； 2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探 测器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。 这个能量是大些好，还是小些好？为什么？ 答： 平均电离能；30eV，300eV，3eV； 这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率； 3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一 个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？ 答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率； 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为 载流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV 的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？ 答： 对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）； 这些反应的产物都是次级电子； 对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV； 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有 哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？ 答：
核辐射探测学习题参考答案(修改)
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