核辐射测量原理课程总结
核辐射测量原理 (4)
闪烁探测器；
半导体探测器。
1
辐射探测的基本过程：
➢ 辐射粒子射入探测器的灵敏体积；
➢ 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量；
➢ 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。
辐射探测器学习要点（研究问题）：
➢探测器的工作机制；
➢探测器的输出回路与输出信号；
电子或离子 电子或离子 电子或离 粒子流密度 的扩散常数 子密度
与气体的性质、温度和压强有关
14
若电离粒子的速度遵守麦克斯韦分布，则 扩散常数 D 与电离粒子的杂乱运动的平均
速度 v 之间的关系为：
D 1 v
3
平均自由程
电子的平均自由程和乱运动的平均速 度都比离子的大，因此其扩散系数比离子 的大，因而电子的扩散效应比离子的严重。
35
同一点引入正负电荷：
qq11 a
V0
e e i(t)
qq22 b
q q1 q q2
q1 q2 e
当同时在同一位置引入一离子对，则在
外回路流经的电流：i(t)= i+(t)+ i –(t)
流过外回路的总电荷量：△q+ +△q- e =36
结论：
(1)只有当空间电荷在极板间移动时，在外回 路才有电流流过，此时i(t)= i+(t)+i –(t)，正、负
关。
37
引伸结论：
(1) 当入射粒子在探测器灵敏体积内产生
N个离子对，它们均在外加电场作用下 漂移，这时，产生的总电流信号是：
N
N
It
i
j
t
i
j
t
I
(t)
核辐射检测技术
3.核辐射检测的基本原理 根据粒子、射线与物质的相互作用原理，选择合适的辐
射源，使其射线与被测物质相互作用，由此产生的相应变化 由探测器检测出来，即可达到测量的目的。 如:β、X、γ射线穿过物质层后，由于物质的吸收作用，使射线的强度按
指数规律衰减，即：
I I0eh
式中 I、I0 —— 分别为出射和入射的辐射通量的强度； μ —— 吸收层的线性吸收系数； h —— 吸收层的厚度。
四、核辐射式物位计
在物位检测仪表中，一般都采用穿透能力强的γ射线， 其放射源采用Co60、Cs137等同位素。核辐射式物位计也是 基于物质对放射线的吸收特性设计的。
1.γ射线物位计的几种类型 γ射线物位计有许多种类型，如定点监视型、跟踪型、
度h 的关系为：
I I0emh
h 1 Ln I3.透射式γ射线测厚仪的应用----输煤量的测量
检测器安装位置示意图
为了使煤层保持一定形状以保证测量的准确性，输煤皮 带前方应安装一些刮板。测量用的三套放射源－核辐射探测 器输出的信号，经单片机的计算处理，可以求出煤层的截面 积，再测出传送皮带的速度，即可由单片机计算出煤的质量 流量并予以显示。如果把这个信号进行积分处理，还可以得 到总的耗煤量的信息。
147Pm 170Tm 192Ir 204Tl 210Po 288Pu 241Am
半衰期
5720 年 2.7 年 270 天 5.26 年 125 年 9.4 年 19.9 年 290 天 1.3 年 2.3 年 33.2 年 282 天
2.2 年 120 天 74.7 天 2.7 年 138 天 86 年 470 天
此关系式是设计穿透式厚度计和物位计的理论基础。
若引入质量吸收系数μm=μ/ρ（其中ρ为密度），则上 式可改写为：
核辐射剂量检测仪原理
核辐射剂量检测仪原理
核辐射剂量检测仪原理是通过测量环境中的核辐射剂量来保护人员和环境免受
核辐射的影响。
它可以用于核电厂、医学设施、核实验室、辐射监测站等场所。
核辐射剂量检测仪的原理基于核辐射与物质的相互作用。
当核辐射通过物质时，它会与物质中的原子相互作用，导致原子的电离和激发。
检测仪可以测量核辐射所产生的电离或激发的粒子或能量，从而确定辐射剂量。
常见的核辐射剂量检测仪有三种类型：电离室、闪烁体和半导体探测器。
电离室是最常用的核辐射剂量检测仪。
它基于气体中的电离现象来测量核辐射
剂量。
当核辐射通过气体时，它会电离气体分子，产生带电粒子和电离的气体分子。
电离室中有两个电极，通过测量电离室中的电流来确定核辐射的剂量。
闪烁体核辐射剂量检测仪使用一种特殊的晶体来测量核辐射。
当核辐射通过闪
烁体时，它会激发晶体内的原子或分子，使其跃迁到一个高能级。
跃迁过程中，晶体会发出可见光或紫外光。
检测仪使用光电倍增管或光电二极管来测量闪烁体发出的光信号，从而确定核辐射的剂量。
半导体探测器是最先进的核辐射剂量检测仪器之一。
它使用半导体材料来测量
核辐射。
当核辐射通过半导体材料时，它会激发半导体中的电子和空穴，产生电流。
检测仪通过测量电流来确定核辐射的剂量。
核辐射剂量检测仪的原理是基于核辐射与物质的相互作用，并利用不同的检测
技术来测量核辐射剂量。
它在核能行业、医学领域和环境监测中起着至关重要的作用，保护人类和环境免受核辐射的损害。
核辐射探测复习知识点
第一章辐射与物质的相互作用与物质相互作用:1.带电粒子与靶原子核的核外电子非弹性碰撞(电离,激发)2.带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞(辐射损失)3.带电粒子与靶原子核弹性碰撞(核阻止)4.带电粒子与核外电子弹性碰撞电离损失能量:入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞使靶物质原子电离或激发而损失的能量(电离:核外层电子客服束缚成为自由电子,原子成为正离子激发:使核外电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态)辐射损失能量:入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞以辐射光子损失能量轫致辐射:入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用使带电粒子的速度和方向改变,并伴随发射电磁辐射阻止本领:单位路径上的能量损失S=-dE/dx=S ion+S rad重:S=S ion=(1/4πε0)2(4πz2e4/m0v)2NBBethe公式结论:1.电离能了损失率和入射带电粒子速度有关,质量无关2.和电荷数平方z2正比3.S ion随粒子E/n变化曲线:a段:入射粒子能量E较低时, S ion与z2成正比,曲线上升b段(0.03MeV-3000MeV):相对论项作用不显著, S ion与E成反比,曲线下降c段:能量较高时,相对论修正项起作用, S ion与B成正比,曲线上升4.高Z 和ρ物质阻止本领高布拉格曲线:随穿透距离增大而上升,接近径迹末端,由于拾取电荷而下降。
同样能量的入射带电粒子经过一定距离后,各个粒子损失的能量不会完全相同,是随机性的,发生了能量离散,即能量歧离. 射程歧离:单能离子的射程也是涨落的为何峰值上升?因为部分粒子已经停止运动,相当于通道变窄,剩余粒子能量集中,导致峰值上升.沿x方向,能量降低,离散程度变大,峰值降低.射程R带电粒子沿入射方向所行径的最大距离路程:实际轨迹长度解释各种粒子的轨迹:重带电粒子质量大,其与物质原子的轨道电子相互作用基本不会导致运动方向有偏差,径迹几乎是直线:由于次级电离,曲线会有分叉:质子和α粒子粗细差别:能量提高,径迹变细.电子的径迹不是直线,散射大. 射程R正比于m/z21.v同两种粒子同物质R1/R2=m1/m2*（z2/z1）22.v同一种粒子两物质R a/R b=√A a/√A b *(ρb/ρa)α粒子空气射程R0=0.318Eα1.5R=3.2*10-4√A/ρ*R air比电离:带电粒子在穿透单位距离介质时产生的离子对的平均数δ射线:带电粒子在穿透介质时产生的电子-离子对中的具有足够能量可以进一步电离的电子电子S rad/S ion=EZ/800快电子S rad正比于z2E/m2*NZ2屏蔽电子材料:当要吸收、屏蔽β射线时,不宜选用重材料:当要获得强的X射线时,选用重材料做靶.电子反散射及效应:电子由原入射方向的反方向反射回来,从入射表面射出.对于放射源,反散射可以提高产额:对于探测器,会产生测量偏差. When反散射严重:对于同种材料,入射电子能量越低反散射越严重:对同样能量的入射电子,原子序数越高的材料,反散射越严重光电效应:光子把全部能量转移给某个束缚电子,使其发射出去而光子本身消失的过程.是光子和整个原子的作用结果,主要集中在内层电子,还会有俄歇电子或特征X射线.(为何不与自由电子-因为入射光子有部分能量传递给原子,使其发生反冲,否则能量不守恒)采用高Z材料可提高探测效率,有效阻挡γ射线:γ光子能量越高,光电效应截面σph 越小. 入射光子能量低时,光电子趋于垂直方向发射:入射光子能量高时,光电子趋于向前发射.康普顿效应:γ射线和核外电子非弹性碰撞,入射光子一部分能量传递给电子,使之脱离原子成为反冲电子,光子受到散射,运动方向和速度改变,成为散射光子. 散射角θ=180时即入射光子和电子对心碰撞,散射光子沿入射光子反方向射出,反冲电子沿入射方向射出-反散射.能量高的入射光子有强烈的向前散射趋势,低的向前向后散射概率相当.康普顿坪:单能入射光子所产生反冲电子的能量为连续分布,在能量较低处反冲电子数随能量变化小,呈平台状:康普顿边缘:在最大能量处,电子数目最多,呈尖锐的边界.峰值Ee=hν-200keV电子对效应:当入射光子能量较高,从原子核旁边经过时,在库伦场作用下转换成一个正电子和一个负电子.电子对效应出现条件:hν>2m0c2=1.022MeV 电子和正电子沿入射光子方向的前向角度发射,能力越高,角度越前倾. 湮没辐射:正电子湮没放出光子的过程.实验上观测到511kev的湮没辐射为正电子的产生标志单双逃逸峰:发生电子对效应后,正电子湮没放出的两个511keV的γ光子可能会射出探测器,使得γ射线在探测器中沉积的能量减小.低能高Z光电,中能低Z康普顿,高能高Z电子对.线形衰减系数μ=σγN 质量衰减系数μm=μ/ρ质量厚度x m=ρx平均自由程: 表示光子每经过一次相互作用之前,在物质中所穿行的平均厚度λ=1/μ 宽束N=N0Be-μd窄束I(x)=I0e-μx半减弱厚度:射线在物质中强度减弱一半时的厚度D1/2= λ ln2第二章气体探测器信息载流子:气体(电子离子对w=30eV,F=0.2-0.5)闪烁体(第一打拿极收集到的光电子w=300ev,F=1)半导体(电子空穴对w=3ev,F=0.1 )平均电离能:带电粒子在气体中产生一对离子对所平均消耗的能量电子和离子相对运动速度:电子漂移速度为离子1000倍,约106cm/s雪崩:电子在气体中碰撞电离的过程. 条件:足够强的电场和电离产生的自由电子非自持放电:雪崩只发生一次自持放电:通过光子作用和二次电子发射,雪崩持续发展R0C0<<1/n脉冲(电子T-<<R0C0n<<T+、离子R0C0n>>T+)、R0C0>>1/n累计(电流、脉冲束)1.仅当正离子漂移时外回路才有离子电流i+(t)2.正离子从初始位置漂移到负极过程,流过外回路电荷量不是离子自身的电荷量e,而是在正极感应电荷量q1 电子电流i-(t)同理本征电流i(t)=i+(t)+i-(t) q1+q2=e电离室构成:高压极,收集极,保护极和负载电阻工作气体:充满电离室内部的工作介质,应选用电子吸附系数小的气体.圆柱型电子脉冲原理:利用圆柱形电场的特点来减少Q-对入射粒子位置的依赖关系,达到利用”电子脉冲”来测量能量的目的.能量分辨率η=ΔE/E*100%=Δh/h*100%=2.36ΔE能谱半高宽FWHM=ηE=2.36=2.36σ探测效率:入射到脉冲探测器灵敏体积内辐射粒子被记录下的百分比总输出电荷量Q=N*e=E/W*e脉冲电离室饱和特性曲线:饱和区斜率成因:灵敏体积增加,对复合的抑制,对扩散的抑制饱和电压V1-对应90%饱和区的脉冲幅度放电电压V2工作电压V=V1+(V2-V1)/3 坪特性曲线:描绘电离室计数率和工作电压关系成因:甄别阈不同电压小于V1时在符合区,但不是每个粒子都能形成一个电子离子对.仅少数可达到计数阈值h,V0上升至饱和电压后电子离子对N基本不变分辨时间(死时间):能分辨开两个相继入射粒子间的最小时间间隔时滞:入射粒子的入射时刻和输出脉冲产生的时间差累计电离室工作状态要求输出信号的相对均方涨落V I2≈1/nT<<1 V V2≈1/2R0C0n<<1 饱和特性曲线斜率:灵敏体积增大,复合的抑制,漏电流灵敏度η=输出电流或电压值/射粒子流强度(采用多级平行电极系统可提高) why曲线后部分离:部分电子离子对复合,未达到饱和电压,引起输出电流信号偏小正比计数器是一种非自持放电的气体探测器,利用碰撞电荷讲入射粒子直接产生的电离效应进行放大,使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大输出电荷信号主要由正离子漂移贡献r处场强E(r)=V0/rlnb/a V T=ET*alnb/a 只有V0>V T才工作于正比工作区,否则电离室区气体放大倍数A=n(a)/n(r0)A仅于V0V T有关,与入射粒子位置无关气体放大过程(电子雪崩)当电子到打距极丝一定距离r0后,通过碰撞电离过程电子数目不断增加电子与气体分子碰撞过程中碰撞电离,碰撞激发(气体退激发射子外光子,阴极打出次级电子,次级电子碰撞电离) 光子反馈:次级电子在电场加速下发生碰撞电离A t=A/1-γA 光子反馈很快;加入少量多原子分子气体M可以强烈吸收气体分子退激发出的紫外光子变成M*,后来又分解为小分子(超前离解) 气体放大过程中正离子作用:1.停止电子倍增2.再次触发电子倍增(离子反馈)输出信号:1.电流脉冲形状一定,与入射粒子位置无关,电压脉冲为定前沿脉冲2.响应时间快3.R0C0>>T+时,获得最大输出脉冲幅度ANe/C0分辨时间/死时间τD与脉冲宽度正比,τD内产生的脉冲不会被记录造成计数损失,死时间可扩展. m=n/1-nτD m真实n测量时滞:初始电子由产生处漂移到阳极时间时间分辨本领:正比计数器对时间测量的精度正比计数器坪特性曲线斜率:由于负电性气体、末端与管壁效应等,有部分幅度较小的脉冲随工作电压升高而越来越多地被记录下来GM放电过程:1.初始电离和碰撞电离:电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩 2.放电传播(光子反馈):Ar*放出紫外光子打到阴极上打出次级电子 3.正离子鞘向阴极漂移,形成离子电流4.离子反馈:正离子在阴极表面电荷中和缺点GM死时间长,仅计数A t=A/1-γA自持放电:阴极新产生电子向阳极漂移引起新的雪崩,从而在外回路形成第二个脉冲,周而复始.-实现自熄:改变工作高压,增加猝熄气体-有机(阻断光子,离子反馈;工作机制:1.电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩过程 2.Ar*放出紫外光子被有机气体分子吸收3. 正离子鞘向阴极漂移实现电荷交换4.有机气体离子在阴极电荷中和),卤素(工作机制:1.电离过程靠Ne的亚稳态原子的中介作用形成电子潮2.Ne*退激发出光子在阴极打出电子,或被Br2吸收打出新点子3.正离子鞘Br+向阴极漂移4.Br+在阴极表面与电子中和超前解离)GM管和正比计数器区别:GM输出信号幅度和能量无关,只能计数,死时间非扩展型死时间校正:m=n(mτD+1)GM坪特性曲线坪斜成因:随工作电压增高,正离子鞘电荷量增加,负电性气体电子释放增加,灵敏体积增大,尖端放电增加死时间t d:电子再次在阳极附近雪崩的时间复原时间t e:从死时间到正离子被阴极收集,输出脉冲恢复正常的时间分辨时间t f:从0到第二个脉冲超过甄别阈的时间GM计数管离子对收集数N与工作电压关系图:1.复合区(电压上升,复合减少,曲线上升)2.饱和区(电荷全被收集)3.正比区N=N0M(碰撞电离产生气体放大,总电荷量正比于原电荷量)4.有限正比区N>>N0(M过大,过渡区)5.盖格区(随电压升高形成自持放电,总电离电荷与原电离无关,几条曲线重合)第三章闪烁体探测器优点:1.探测效率高,可测量不带电粒子,对于中子和γ光子可测得能谱2.时间特性好,可实现ns的时间分辨工作过程：射线沉积能量,电离产生荧光,荧光转换为光电子,光电子倍增,信号流经外回路闪烁体探测器组成:闪烁体,光电倍增管,高压电源,低压电源,分压器和前置放大器分类:无机闪烁体(无机盐晶体,玻璃体,纯晶体),有机闪烁体(有机晶体,有机液体闪烁体,塑料闪烁体)气体闪烁体(氩、氙)无机闪烁体发光机制:入射带电粒子可以产生电子空穴对,也可以产生激子(相互转化) 有机闪烁体发光机制:由分子自身激发和跃迁产生激发和发光气体闪烁体发光机制:入射粒子径迹周围部分气体被激发,返回基态时发射出光子产生电子空穴对需要三倍禁带宽度能量光能产额Y ph=n ph/E=4.3*104/MeV 闪烁效率C ph=E ph/E=13%闪烁光子传输和收集通道:反射层,光学耦合剂,光导反射层:把光子反射到窗:镜面反射和漫反射耦合剂(折射系数较大的透明介质,周围介质折射系数n1,闪烁体n0,全反射的临界角θc=sin-1n1/n0):排除空气,减少由全反射造成的闪烁光子损失光导:具有一定形状的光学透明固体材料,连接闪烁体和光电倍增管,有效地把光传输到光电转换器件上:具有较高折射系数,与闪烁体和光电转换器光学接触好. 光电倍增管PMT:把光信号转换为电信号并放大;由入射窗,光阴极,聚焦电极,电子倍增极(打拿极,次级电子产额δ=发射的次级电子数/入射的初级电子数),阳极和密封玻璃外壳组成.光谱效应:光阴极受到光照射后发射光电子的几率为波长的函数量子效率Q k(λ)=发射电子数/入射光子数光阴极的光照灵敏度S k=i k/F S a=i a/F S a=g c*M*S k第一打拿极的电子收集系数g c=第一打拿极收集到的光电子数/光阴极发出的光电子数PMT的电流放大倍数M=阳极收集到的电子数/第一打拿极收集到的电子数飞行时间(渡越时间)te:一个光电子从光阴极到达阳极的平均时间渡越时间离散Δte为te的分布函数的半宽度闪光照射到光阴极时,阳极输出信号可能不同-原因:1.光阴极的灵敏度在不同位置不同2.光阴极不同位置产生的光电子被第一打拿极收集的效率不同解决:1.改进光阴极均匀性 2.改进光电子收集均匀性 3.利用光导把光电子分散在整个光阴极输出信号:闪烁体发出闪烁光子数n ph=Y ph E 第一打拿极收集到光电子数n e=n ph T 阳极收集到电子数n A=n e M 输出电荷量Q=n A e=Y ph TMe电压脉冲型工作状态R0C0>>τ优:脉冲幅度大缺:脉冲前沿后沿慢电流脉冲型工作状态R0C0<<τ优: 脉冲前沿后沿快缺:脉冲幅度小小尺寸闪烁体:仅吸收次级电子的能量,大尺寸闪烁体:吸收全部次级电子、次级电磁辐射能量中尺寸闪烁体:吸收次级电子能量,可能吸收次级电磁辐射能量;康普顿边沿与全能峰之间连续部分-多次康普顿散射造成-康普顿效应产生的散射光子又发生康普顿效应;单逃逸峰-正电子湮没辐射时产生的两个511keV的湮没光子一个逃逸而另一个被吸收,双逃逸峰-两个光子都逃逸;全能峰-对应γ射线能量的单一能峰第四章半导体探测器本征半导体:理想的纯净半导体,价带填满电子,导带无电子禁带宽度硅300K-1.115ev 0K-1.165ev锗300K-0.665ev 0K-0.746ev 电子空穴密度硅n=p=2*1010/cm3锗n=p=2.4*1013/cm3半导体探测器分类:均匀型,PN结型,PIN结型,高纯锗HPG,化合物半导体,雪崩半导体,位置灵敏半导体半导体探测器的优点:1.非常好的位置分辨率 2.很高的能量分辨率3.很宽的线形范围4.非常快的响应时间Si:适合带电粒子测量,射程短Ge:纯度高,可以做成较大的探测器:可用于γ能谱测量掺有施主杂质的半导体中多数载流子是电子,叫做N型半导体:掺有受主杂质的半导体中多数载流子是空穴,叫P型半导体补偿效应:当p>n,N型转换为P型半导体p=n时完全补偿平均电离能特点:1.近似与入射粒子种类和能量无关,根据电子空穴对可推入射粒子能量 2.入射粒子电离产生的电子与空穴数目相等 3.半导体平均电离能约3eV,远小于气体平均电离能30eV 陷落和复合使载流子减少半导体探测器材料特性:长载流子寿命(保证载流子可被收集),高电阻率(漏电流小,结电容小)PN型半导体:适合测量α粒子这类短射程粒子,不适合测量穿透力强的射线势垒高度V0=eN d W2/2ε宽度W=(2εV0/eN d)1/2=(2εV0ρnμn)1/2PIN半导体:温度升高,Li+漂移变快;Li+形成PN结,Li+与受主杂质中和,实现自动补偿形成I区(完全补偿区,耗尽层,灵敏体积),形成PIN结why半导体PN结可作为灵敏区？1.在PN结区可移动的载流子基本被耗尽,只留下电离了的正负电中心,具有高电阻率 2.PN结上加一定负偏压,耗尽区扩展,可达全耗尽,死层极薄,外加电压几乎全部加到PN结上,形成高电场 3.漏电流小,具有高信噪比高纯锗:一面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质形成N区,并形成PN结,另一面蒸金属形成P+作为入射窗,两端引出电极第五章辐射探测中的统计学f(t)=me-mt t=1/m σt2=1/m2第六章核辐射测量方法符合事件:两个或以上在时间上相关的事件真符合:用符合电路选择同时事件反符合:用反符合电路来消除同时事件,当一个测量道没有输入信号时,另一道的信号才能从符合装置输出符合道计数率nc=Aεβεγ偶然符合:在偶然情况下同时达到符合电路的非关联事件引起的符合(偶然计数n rc=2τs n1n2) 电子学分辨时间τe=FWHM/2符合计数n c=n co+n rc 真偶符合比R=n co/n rc=1/2τs A电压工作状态脉冲幅度⎺h=Ne/C0 E=Κ1⎺h+K2=Gx+E0 G0增益E0零截α能量分辨率FWHMs=2.36√FEαW0探测器选择α:金硅面垒半导体探测器、屏栅电离室、带窗正比计数器β:半导体探测器、磁谱仪γ:单晶γ谱仪全能峰E f=Eγ单Es= Eγ-511keV双E d= Eγ-1022keVy(i)=y(I p)exp[-(i-I p)2/2σ2] η=FWHM/I p FWHM=2.36σ峰康比p=全能峰的峰值/康普顿平台的峰值半导体峰总比f p/T=特征峰面积/谱总面积第七章中子探测反应堆周期T:反应堆内中子密度变化e倍所需时间平均每代时间τ:上一代中子的产生到被吸收后又产生新一代中子的平均时间K=堆内一代裂变中子总数/堆内上一代裂变中子总数T=τ/K-1反应堆功率测量系统功能:为反应堆提供工况控制信息(控制方面),为反应堆的安全保护系统提供安全保护信号(安全方面)中子测量方法:核反冲法,核反应法,核裂变法,活化法中子能谱测量方法：核反应法,核反冲法,飞行时间法中子探测器原理:通过中子与核相互作用产生可被探测的次级粒子并记录这些刺激粒子探测过程:1.中子和辐射体发生相互作用产生带电粒子或感生放射性2.在某种探测仪表记录这些带电粒子或放射性中子探测器种类:1.气体探测器(BF3正比计数管,涂硼正比计数管,长计数管,平行板电离室,圆柱形电离室,γ补偿电离室,长中子电离室)2.固体探测器(硫化锌快中子屏,硫化锌慢中子屏,含锂闪烁体,有机闪烁体)堆芯外仪表:核仪表系统(2个源量程测量通道2个中间量程测量通道4个功率量程测量通道),提供信号,提供控制信号,监测功能堆芯内仪表:堆芯裂变电离室,涂硼室,γ温度计.自给能探测器堆芯中子注量率测量系统:驱动装置,组选择器,路选择器,中子探头。
核辐射探测的原理
核辐射探测的原理一、核辐射的基本原理核辐射是指放射性物质在衰变过程中释放出的能量或粒子。
常见的核辐射有α粒子、β粒子和γ射线。
核辐射具有穿透力强、能量高等特点，对人体和环境具有一定的危害性。
二、核辐射的探测方法1. 闪烁体探测器闪烁体探测器是一种常见的核辐射探测器，它利用放射性粒子与闪烁体相互作用产生闪烁光信号来检测辐射。
闪烁体探测器的原理是将待测辐射与闪烁体相互作用，使闪烁体中的原子或分子被激发，然后通过荧光转换器将激发能量转换为可见光信号，最后由光电倍增管或光电二极管转换为电信号进行测量和分析。
2. 电离室探测器电离室探测器是利用电离室原理测量核辐射的一种设备。
它由一个金属外壳和一个中心电极组成，内部充满了气体。
当核辐射穿过电离室时，会产生电离效应，使气体中的离子和电子产生。
通过测量电离室中的电离电流大小，可以间接测量核辐射的强度。
3. 半导体探测器半导体探测器是利用半导体材料的电离效应测量核辐射的仪器。
常见的半导体探测器有硅探测器和锗探测器。
当核辐射穿过半导体材料时，会与材料中的原子或分子发生相互作用，产生电子空穴对。
通过测量半导体材料中的电流变化，可以确定核辐射的能量和强度。
4. 闪烁体探测器+光电倍增管闪烁体探测器结合光电倍增管可以提高探测灵敏度。
闪烁体探测器将辐射能量转换为闪烁光信号，然后通过光电倍增管放大光信号，最后转换为电信号进行测量。
5. 电离室探测器+放大器电离室探测器结合放大器可以提高测量精度。
电离室探测器测量的是电离电流信号，通过放大器对电离电流信号进行放大和处理，可以提高测量的灵敏度和精确度。
三、核辐射探测的应用核辐射探测技术广泛应用于核工业、医疗、环境监测等领域。
在核工业中，核辐射探测用于核电站的安全监测和辐射防护；在医疗领域，核辐射探测用于医学影像学、癌症治疗等；在环境监测中，核辐射探测用于监测环境中的放射性物质，保障公众的健康和安全。
总结：核辐射探测的原理是基于核辐射与物质相互作用的特性，通过测量辐射与探测器的相互作用所产生的效应，来间接测量核辐射的能量和强度。
核辐射测量原理 (2)
重带电粒子与单个电子的碰撞情况：
电子受到的库仑力：
fx
m0 , e
ze(e) ze 2 f r2 r2
r
f fy
b
该作用过程的时间为：
v
~
M, ze
0
x
在 t 时间内，带电粒子传给电子的动量 P 为：
P f t
整个作用过程中，传给电子的总动量为：
P f dt
在x方向，电子获得的动量为：
第二章
射线与物质的相互作用
Radiation Interactions with Matter
2.1 带电粒子与靶物质原子的碰撞 2.1.1 什么是射线？ 射线，指的是如X射线、射线、射 线、射线等，本质都是辐射粒子。
射线与物质相互作用是辐射探测的基 础，也是认识微观世界的基本手段。
本课程讨论对象为致电离辐射，辐射 能量大于10eV。即可使探测介质的原 子发生电离的能量。
2.2 重带电粒子与物质的相互作用
Interaction of Heavy Charged Particles
2.2.1重带电粒子与物质相互作用的特点
重带电粒子均为带正电荷的离子；
重带电粒子主要通过电离损失而损失 能量，同时使介质原子电离或激发；
重带电粒子在介质中的运动径迹近似 为直线。
11
α 射线与β射线电离效应比较
-
ln
1
-
v2 c2
-
v2 c2
-
C Z
入射粒子电荷数 入射粒子速度 m0为电子静止质量
靶物质平均等效电离电位 靶物质原子的原子序数 靶物质单位体积的原子数
(3)
Bethe
公式的讨论
Sion
dE dx
核辐射监测原理及应用
核辐射监测原理及应用核辐射监测是指对周围环境中的核辐射水平进行测量和监测。
核辐射是指自然界或人工制造的核放射物质释放出的辐射能量，主要包括α射线、β射线和γ射线。
核辐射具有辐射能量高、穿透能力强和对人体组织具有较高的生物学危害性等特点，所以对核辐射进行监测是非常重要的。
核辐射监测的原理主要是利用辐射监测仪器进行测量。
辐射监测仪器中最常用的主要有γ剂量仪、α活度计和β剂量仪。
γ剂量仪可以测量γ射线的辐射剂量率和累计剂量；α活度计可以测量α射线放射源的活度；β剂量仪可以测量β射线的辐射剂量率和累计剂量。
这些仪器通过探测辐射粒子的能量、强度和活度等参数，对辐射水平进行定量监测。
核辐射监测的应用非常广泛。
首先，核辐射监测在核电站和核工业等核设施的安全监测中起到重要作用。
核电站和核工业是可能产生核辐射的重要场所，对其周围环境进行监测可以及时了解辐射水平，保证核设施的安全运行。
其次，核辐射监测在核事故和核灾难中的应急响应中起到重要作用。
在核事故或核灾难发生后，核辐射监测可以及时监测辐射水平的变化，为灾区人员撤离和辐射防护提供重要依据。
再次，核辐射监测在环境监测领域中也非常重要。
环境中的核辐射水平对人类健康和生态系统的影响至关重要，通过对环境中的核辐射进行监测，可以及时发现和控制辐射污染，保护环境和人类的健康。
此外，核辐射监测还广泛应用于科学研究领域，如核物理试验、核医学等领域。
除了核辐射监测的原理和应用外，还需要注意核辐射监测的方法和技术。
核辐射监测常用的方法包括空气监测、土壤监测、水体监测和食物监测等。
通过不同的监测方法，可以全面掌握辐射水平的变化情况。
在核辐射监测技术方面，随着科技的发展，新的监测技术不断涌现，如敏感探测器、遥感技术和分析仪器等。
这些技术可以提高核辐射监测的准确性和效率。
总之，核辐射监测是对周围环境中核辐射水平进行测量和监测的过程。
核辐射监测的原理主要是利用辐射监测仪器对辐射粒子的能量、强度和活度等参数进行测量。
核辐射测量原理课程总结
第一章 辐射源
1
2、典型辐射源
Am-241，Cs-137，Co-60，Cf-252.
第二章 射线与物质的相互作用
2、重点与难点
重带电粒子与物质相互作用的特点和规律，快电子与物质相互作用的特点和规律，伽马射线与物质相互作用的特点和规律，物质对伽马射线的吸收，中子与物质相互作用的四种方式。
第三章 核辐射测量的统计误差和数据处理
1、基本内容
基本概念 核衰变与核辐射测量的统计分布 核辐射测量中的统计误差与数据检验
2、重点与难点
知道核衰变与核辐射测量的统计分布类型，掌握核辐射测量中的统计误差计算以及知道其常规数据检验方法。
第四章 核辐射探测器
1、基本内容
2、重点与难点
三大探测器的工作原理与特性。
第五～八章 核辐射测量方法
1
2、重点与难点
能够根据给出的设备及辅助工具正确测量各种射线活度测量及能量。
核辐射探测器。
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基础知识： 电离；
射
电离损失
线 与
快电子
辐射损失 散射
物
无确定射程
质
的
光电效应
相 互 γ射线 作 用
康普顿效应 电子对效应 物质对γ射线吸收
激发；
电离损失； 辐射损失；
能量歧离； 射程歧离；
光电效应；
核反应
康普顿效应；
中子
核反冲 核裂变
电子对效应；
核活化
相关公式：
Sion
=
-
dE dx
ion
z2 v2
NZ
Srad
dE dx rad
z2E m2
NZ 2
dE/dx rad
EZ
dE/dxion 700
I (t ) I0e t
μ=
Σ
= σγ N
= σγ
NAρ A
σ ph Z 5
σc Z
σ
ph
-7
(hν) 2
hν(hν)-1
σc (hν)0 hν(hν)-1
Eγ
=
1+
Eγ
Eγ m0 c 2
9
考题类型：
一、填空题 二、判断题 三、名词解释 四、简述题 五、计算题 六、设计题
10
11
辐射源
基础知识 射线与物质的相互作用
放射性测量中的统计学
核
辐
气体探测器
射
闪烁探测器
测 量
探测器
半导体探测器
原
其他探测器及其进展
理
带电粒子测量方法
γ射线测量方法 测量方法 核物理实验中的符合法
中子测量方法
1
带 电
重带电粒子源
α衰变 241Am 自发裂变
粒 子 源
快电子源
β衰变3H, 14C 内转换 俄歇电子
E( x) eN A (b x)
(-a x 0) (0 x b)
V (x) = - eND (x + a)2 + V -a
2ε
V (x) = eN A (x - b)2 + V b
2ε
-a x 0 0 < x b
h = Ne = E0 e C ωC
ND a＝NA b
1/2
d
=
辐 射
伴随核衰变的γ辐射 60Co,137Cs
源
湮没辐射 22Na
非 带 电
电磁辐射源
伴随核反应的γ射线 韧致辐射 特征X射线
粒 子 源
自发裂变 252Cf
中子源
放射性同位素源(α,n) 光致中子源
加速的带电粒子引起的反应(D,T), (D2 ,D)
电离损失-能量歧离 重带电粒子 有确定射程-射程歧离
差
脉冲幅度的统计分布
和
数
存在本底时净计数误差的计算
据 误 存在本底时计数率的误差
处 理
差 平均计数的统计误差
计 算
平均计数率的统计误差
测量时间的选择
5
电离室 气体 正比计数器
G-M计数器
基础知识：
探测器的工作原理或工作过程；
核 辐
闪烁体 闪烁 光电倍增管
射
NaI(Tl)谱仪
探
测
P-N结
器 半导体 Li漂移
(1
-
cosθ)
σ p Z 2 σ p hν
hν ln(hν)
Ee
E2(1 cos ) m0c2 E (1 cos )
二项式分布
核 类 泊松分布
辐 射 测
型 高斯分布（正态分布） 合成分布
量
核衰变数
的 统 计 误
核 脉冲计数 测 测量计数的统计误差 量 （标准误差，相对标准误差，标准偏差）
2εV0 eN i
V0
1
Cd
S
eN D 2V0
2
V0
相对测量 活度 绝对测量，影响因素及修正
核
辐 射 测
能量刻度 能谱 γ能谱，识谱，知谱峰形成原因
量
分得清主过程，次过程及外界干扰过程
方
法
基本定义
符合
测量方式：符合，反符合，延迟符合 分辨时间
降低偶然符合的方法
8
各概念的 准确定义及公式 以课堂PPT所讲内容为准！
HPGe
探测效率，灵敏度；
峰源探测效率，γ射线探测效率； 能量分辨率，γ谱仪能量分辨率； 峰康比，峰总比； 饱和特性， 坪特性；
发射光谱，光谱响应； 发光效率； 光照灵敏度，PMT增益；
其它 热释光（TLD） 工作原理，选材依据
相关公式：
(
x)
eeNNDA
(a x 0) (0 x b)
E( x) eN D ( x a)