核辐射测量原理复习
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：γ光子与轨道电子相互作用使得γ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：表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NaITl 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;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：0355.2E Fw V V =∆=η 探测效率：光子数源发射的记录到的脉冲数源γε= 光子数积内的入射到探测器灵敏区体记录到的脉冲数本征γε=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：光子放射源放出的全能峰的计数γε=sp 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：×=×J/K31. 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;填空题：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NaITl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：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ZnSAg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NaITl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.Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、带电粒子射线的强度;12.Ｇ-Ｍ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.SiLi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材料的有效原子系数;18.Ｇ-Ｍ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 ZnSAg 闪烁体 ;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体25. 放射性活度的测量方法一般有 绝对测量法 和 相对测量法 ;26. 在NaIT1中2MeV γ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NaIT1中的2MeV γ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CuZ=29靶上,其辐射能量损失率和电离能量损失率之比为 ; 电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800=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ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 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NaITl 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 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 ％;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ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 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+>>T C R 00;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: 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ⅤG-M区 1分注：1有限区的分简答题：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;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.试定性分析,分别配以塑料闪烁体及NaIT1闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得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NaIT1闪烁晶体,测得的射线谱的形状,其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaIT1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NaIT1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：NaIT1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NaIT1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5分答：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： 能量分辨率分和探测效率分注：1答成计数率得1分第2问： EFw 0362.=η 1分 气体电离室半导体00w w < 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3G-M 计数管脉冲幅度：1电离室：C e w E v =得1分2正比计数管：C e w E M v •= 得分3G-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分,辐射与物质的原子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;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。
11测控-核辐射测量原理-作业答题要点
第一章 辐射源1、谈谈你所感兴趣的一种辐射源。
答题要点（略）。
第二章 射线与物质的相互作用8、10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比是多少？20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失和电离损失之比是多少？解：已知辐射能量损失率理论表达式为：对于氘核而言，m d =1875.6139MeV ；对于电子而言，m e =0.511MeV ，则10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比为：222222822227.4210d e d e d e e dZ Z Z m Z NE Z NE m m Z m -=≈⨯Ee=20MeV 时，在相对论区，辐射损失和电离损失之比有如下表达式：()()800r e ZE dE dx dE dx -=-则 20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失和电离损失之比为：2082 2.05800⨯≈ 11、某一能量的γ射线在铅中的线性吸收系数是0.6cm -1，它的质量吸收系数和原子的吸收截面是多少？这γ射线的能量是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多少厚度的铅容器才能使容器外的γ强度减为源强的1/1000？ 解：已知μ=0.6cm -1，ρ=11.34g/cm 3，则由μm=μ/ρ得质量吸收系数μm=0.6/11.34cm 2/g=0.0529 cm 2/g由 得原子的吸收截面: 232322070.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm bγσμ-⎛⎫==⨯ ⎪⨯⎝⎭≈⨯= 查γ射线与物质相互作用截面和元素的质量衰减系数表可知，在μm=0.0517cm 2/g 时相对应的γ射线的能量为1.5 MeV ，μm=0.0703 cm 2/g 时，222NZ m E z dx dE S radrad ∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A m N Aγμμσρ==相对应的γ射线的能量为1.0 MeV ,如果以y 轴表示能量，x 轴表示质量吸收系数，则相对应的两个点（x1,y1）、（x2,y2）分别为（0.0517，1.5）、（0.0703，1.0）：利用插值与多项式逼近中的拉格朗日逼近：21121221x x x x y y y x x x x --=+--可得μm =0.0529 cm 2/g 时所对应的能量：0.05290.07030.05290.05171.5 1.00.05170.07030.07030.0517174121.5 1.01861861.50.935 1.00.0651.4030.065 1.468y MeV--=⨯+⨯--=⨯+⨯=⨯+⨯=+=(这里用的是两点式逼近，同学们有兴趣的话可以查表多找几个点用多项式逼近计算)由 得01()1000I t I =时铅容器的质量厚度t m 为： ()()()000332111000ln ln 11ln 10ln 100.052933 2.3ln 100.05290.0529130.435/m m m m I I t I I g cm μμμ--⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=- ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭=-=-⨯==≈ 或由 得： ()000111000ln ln 33ln 10 2.311.50.60.6I I t I I cm μμ⎛⎫⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭==⨯=第三章 放射性测量中的统计涨落3、本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±25min -1,求净计数率及误差。
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)
核辐射探测复习资料(卢秉祯版)
核辐射探测第一章 核辐射及其探测原理1.1核辐射基本特性辐射和X 辐射都是电磁辐射。
辐射是核跃迁或粒子湮灭过程中发出的电磁辐射。
X 辐射是核外电子从高能级跃迁过程中产生的电磁辐射。
1.2探测带电粒子的物理性质探测原理：利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离或激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁辐射效应。
带电粒子与物质的作用方式：带电粒子与核外电子的非弹性碰撞——电离与激发；带电粒子与原子核的非弹性碰撞——轫致辐射（带电粒子的速度和运动方向改变产生的电磁辐射）或切连科夫辐射(特定条件下物质产生定向极化而随之发出的电磁辐射)；带电粒子与原子核的弹性碰撞——弹性散射。
带电粒子的能量损失方式：电离损失和辐射损失。
EZ dx dE ion 2)(∝- 辐射长度om x 是电子在物质中由于辐射损失而使其能量减少到原来能量的1/e 时的物质度。
电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800= 带电粒子与物质作用后不再作为自由粒子而存在的现象叫吸收，其中带电粒子从进入物质到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离叫射程。
对正电子的探测一般是通过探测湮没γ光子间接进行的。
1.3 X 和γ射线的探测原理：利用他们在物质中的光电效应，康普顿散射，电子对产生等产生的次级电子引起物质的电离和激发探测。
光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。
内层电子（K ）容易些，低能高Z康普顿散射：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量。
2c m h e≈ν 外层电子发生概率大。
中能中Z 电子对效应：γ光子与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和一个正电子（电子对）的现象。
22c m hv e≥且要原子核参加。
高能高Z 1.4中子探测方法两步：1.中子和核的某种相互作用产生带电粒子或γ光子；2.利用这些带电粒子或γ光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。
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：
核辐射测量原理-作业答题要点.doc配套清华大学,复旦大学,北京大学合编的原子核物理实验方法
第一章 辐射源1、谈谈你所感兴趣的一种辐射源。
答题要点（略）。
第二章 射线与物质的相互作用8、10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比是多少？20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失和电离损失之比是多少？解：已知辐射能量损失率理论表达式为：对于氘核而言，m d =1875.6139MeV ；对于电子而言，m e =0.511MeV ，则10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比为：222222822227.4210d e d e d e e dZ Z Z m Z NE Z NE m m Z m -=≈⨯Ee=20MeV 时，在相对论区，辐射损失和电离损失之比有如下表达式：()()800r e ZE dE dx dE dx -=-则 20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失和电离损失之比为：2082 2.05800⨯≈ 11、某一能量的γ射线在铅中的线性吸收系数是0.6cm -1，它的质量吸收系数和原子的吸收截面是多少？这γ射线的能量是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多少厚度的铅容器才能使容器外的γ强度减为源强的1/1000？ 解：已知μ=0.6cm -1，ρ=11.34g/cm 3，则由μm=μ/ρ得质量吸收系数μm=0.6/11.34cm 2/g=0.0529 cm 2/g由 得原子的吸收截面: 232322070.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm bγσμ-⎛⎫==⨯ ⎪⨯⎝⎭≈⨯= 查γ射线与物质相互作用截面和元素的质量衰减系数表可知，在μm=0.0517cm 2/g 时相对应的γ射线的能量为1.5 MeV ，μm=0.0703 cm 2/g 时，222NZ m E z dx dE S radrad ∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A m N Aγμμσρ==相对应的γ射线的能量为1.0 MeV ,如果以y 轴表示能量，x 轴表示质量吸收系数，则相对应的两个点（x1,y1）、（x2,y2）分别为（0.0517，1.5）、（0.0703，1.0）：利用插值与多项式逼近中的拉格朗日逼近：21121221x x x x y y y x x x x --=+--可得μm =0.0529 cm 2/g 时所对应的能量：0.05290.07030.05290.05171.5 1.00.05170.07030.07030.0517174121.5 1.01861861.50.935 1.00.0651.4030.065 1.468y MeV--=⨯+⨯--=⨯+⨯=⨯+⨯=+=(这里用的是两点式逼近，同学们有兴趣的话可以查表多找几个点用多项式逼近计算)由 得01()1000I t I =时铅容器的质量厚度t m 为： ()()()000332111000ln ln 11ln 10ln 100.052933 2.3ln 100.05290.0529130.435/m m m m I I t I I g cm μμμ--⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=- ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭=-=-⨯==≈ 或由 得： ()000111000ln ln 33ln 10 2.311.50.60.6I I t I I cm μμ⎛⎫⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭==⨯=第三章 放射性测量中的统计涨落3、本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±25min -1,求净计数率及误差。
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。
核辐射测量原理复习知识要点
第一章 辐射源1、实验室常用辐射源有哪几类？按产生机制每一类又可细分为哪几种？带电粒子源快电子源： β衰变 内转换 俄歇电子 重带电粒子源： α衰变 自发裂变非带电粒子源电子辐射源：伴随衰变的辐射、湮没辐射、伴随核反应的射线、轫致辐射、特征X 射线 中子源：自发裂变、放射性同位素（α，n ）源、光致中子源、加速的带电粒子引起的反应 2、选择辐射源时，常需要考虑的几个因素是什么？ 答：能量，活度，半衰期。
3、252Cf 可做哪些辐射源？答：重带点粒子源（α衰变和自发裂变均可）、中子源。
第二章 射线与物质的相互作用电离损失：入射带电粒子与核外电子发生库仑相互作用，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量作用机制：入射带电粒子与靶原子的核外电子间的非弹性碰撞。
辐射损失：入射带电粒子与原子核发生库仑相互作用，以辐射光子的方式损失其能量。
作用机制：入射带电粒子与靶原子核间的非弹性碰撞。
能量歧离：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的，而发生了能量的离散；这种能量损失的统计分布，称为能量歧离。
引起能量歧离的本质是：能量损失的随机性。
射程：带电粒子沿入射方向所行径的最大距离。
路程：入射粒子在物质中行径的实际轨迹长度。
入射粒子的射程：入射粒子在物质中运动时，不断损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿原来入射方向所穿过的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程。
重带电粒子与物质相互作用的特点： 1、主要为电离能量损失2、单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对3、每次碰撞损失能量少4、运动径迹近似为直线5、在所有材料中的射程均很短 电离损失： 辐射损失：快电子与物质相互作用的特点： 1、电离能量损失和辐射能量损失2、单位路径上较少相互作用——单位路径上产生较少的离子对3、每次碰撞损失能量大4、路径不是直线，散射大⎛⎫ ⎪⎝⎭242ion 0dE 4πz e -=NZB dx m v ()()⋅≅rad ion dE/dx E ZdE/dx 800222NZ m E z dx dE rad∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-21m S rad ∝E S rad ∝2NZ S rad∝带电粒子在靶物质中的慢化：(a) 电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程。
(1)核辐射探测基础知识
28
怎样区分 Rn-222; Rn-220 ?
29
2.放射性平衡
与1克铀平衡时镭是多少？ λ N N Ra = U U λ Ra 226 Ra = × N Ra 23 6 . 023 × 10 λ N 226 = × U U 6 . 023 × 10 23 λ Ra
4 . 91 × 10 226 = × 23 6 . 023 × 10 1 . 37 × 10 − 11 = 3 . 4 × 10 − 7 克
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1.基本规律
在 t 到 t + dt 的时间间隔内，原子的衰变数 dN 与存在的原子总数 N 成正比。
− dN = λ Ndt dN = −λN dt
N
∫
N
0
dN N
t
= −
∫
0
λ dt
0
ln N = ln N N = N
0e −λt
− λt
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1.衰变常数
每个原子在单位时间内衰变的几率， 量纲 t-1(秒-1、日-1、年-1）
基态 ↓γ 0.059MeV,99.7% ↘ β 0.31MeV ↓γ 1.17MeV 60 ↓γ 1.33MeV 28 Ni 基态
13
铀系
uranium series
U - 238
钍系
thorium
series
Th- 232
锕铀系
actinium uranium series U- 235
镎系
neptunium series
8
２. β衰变 137
β 衰变；
−
Cs →137 Ba + β − 55 56
137 55
Cs
30 年 0.51 MeV ↘ 92 % ↓γ 0.661 MeV ↓ 基态 β
核辐射检测测试原理
核辐射检测测试原理
核辐射包括离子辐射和电磁辐射两种类型。
离子辐射包括α粒子、
β粒子和中子，电磁辐射包括γ射线和X射线。
核辐射的存在会对人体
和环境造成危害，因此需要进行核辐射检测来确保安全。
电离室是一种常用的核辐射探测器。
它由一个气体密封的空心金属容
器和电极组成。
当核辐射通过电离室时，会电离气体分子产生正、负电荷。
这些电荷在电场的作用下会分别移动到正、负电极上，产生电流。
通过测
量电流的大小，可以确定核辐射的强度。
比计数器是另一种常见的核辐射测量设备。
它由一个带有填充气体的
金属管和一个电路组成。
当核辐射通过填充气体时，会产生电离和激发。
电离和激发过程会产生光子，被光电倍增管吸收并产生电流。
通过测量电
流的大小，可以确定核辐射的水平。
闪烁体探测器通过材料吸收核辐射，将能量转化为可见光或可见光附
近的电磁辐射。
这种光在光电倍增管或光电二极管中产生电流或电荷，通
过测量电流或电荷的多少，可以确定核辐射的水平。
半导体探测器是一种基于半导体材料的核辐射检测技术。
它通过半导
体材料吸收核辐射，并在晶格中产生电离电子对。
通过应用电场，可以将
电离电子对分离，产生电流。
通过测量电流的大小，可以确定核辐射的水平。
在实际应用中，核辐射检测主要用于核电站和核工业中的辐射安全监测，医疗领域的放射医学设备监测，以及环境监测中的核辐射污染检测。
通过核辐射检测，可以确保辐射水平在安全范围内，从而保护人体健康和
环境安全。
核辐射测量方法考试必考点
剂量当量：是用适当的修正因数对吸收剂量进行修正，使得修正后的吸收剂量更好地和辐射所引起的有害效应联系起来。
定义为在组织内所关心的一点上的吸收剂量D 、品质因数Q 、修正因子的三项乘积。
这组辐射物理量适用于度量在各种介质中的各种射线。
吸收剂量与照射量的关系：空气辐射场的X 或γ射线，可通过下式将照射量X 换算为吸收剂量D ：其中：g 表示发生韧致辐射而逃逸出去的能量（未发生电离产生离子对）；W 为平均电离能；e 为电子电量。
2、简要说明放射性物质的常用重量单位及其适用对象，常用的活度单位及其适用对象，常用的含量单位有哪些？放射性物质的重量（常将重量和质量称呼一致）单位常用的有克、千克，适用长寿核素；常用的活度单位有Bq 、Ci ，适用长寿和短寿核素。
固体物质中放射性核素的含量单位有：克/克、克/100克（%）、克/吨（g/t ）、ppm ；液体或气体物质中放射性核素的含量单位有：g/L, mg/L ，Bg/L,Bg/m3。
3、说明放射性活度与射线强度的区别。
放射性活度：指单位时间内发生衰变的原子核数目。
射线强度：放射源在单位时间内放出某种射线的个数。
4、放射性核素的活度经过多少个半衰期以后，可以减少至原来的15%、7%、0.1%？根据： ，依次类推。
5、采用两种方法计算距一个活度为1居里的60Co 放射源一米远处的伽玛射线照射量率（注： 60CO 每次衰变放出能量为1.17MeV 和1.33MeV 的光子各一个，在空气中的质量吸收系数为2.66×10-3m2/Kg ）。
解法一（查表法）：查表知解法二（物理法）：6、简述外照射防护的基本原则和基本方法，以及内照射防护的最根本方法。
外照射防护基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射N Q D H ⋅⋅=W e g D W e g dm dE dm dQ X ⋅-=⋅-==)1()1(2/12ln T =λtT t e A e A t A 2/121ln)0()0()(==-λ2/121ln 3.0ln )0()0(15.02/1T t e A A t T =⇒=118-11121810109.25)1(10503.2107.31------∙⋅⋅⨯≈⋅⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯=Γ⨯=s kg C m s Bq kg m C Bq R A X 24R E An πψγγ= 118-19123261102109.2585.3310602.11066.2)1(1415926.3410)33.117.1(107.314------∙⋅⋅⨯≈⨯⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=s kg C eV kg m m eV s We R E An W e X a en aen Ｃρμπρμψγγ不超过国家规定的剂量限值。