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。

(b) 辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。

(c) 带电粒子与靶原子核的弹性碰撞 (d) 带电粒子与核外电子弹性碰撞即轫致辐射：带电粒子穿过物质时受物质原子核的库仑作用，其速度和运动方向发生变化，会伴随发射电磁波。

电子的散射与反散射：电子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量的过程称为弹性散射。

由于电子质量小，因而散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。

反散射系数：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，反散射越严重阻止时间：正电子与物质的相互作用特点：正电子与物质发生相互作用的能量损失机制和电子相同。

湮没，放出γ光子，或者，它与一个电子结合成正电子素，然后再湮没，放出γ光子。

湮没辐射：正电子湮没放出光子的过程。

湮没光子：正电子湮没时放出的光子。

两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV γ射线与物质的相互作用特点：γ光子是通过次级粒子与物质的原子核或原子核外电子作用，一旦光子与物质发生作用，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次电子；产生次级粒子主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。

光电效应：γ射线(光子)与物质原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去 光电效应主要发生在原子中结合的最紧的K 层电子上。

光电子能量为：光电截面： σk 为k 层光电截面e i E =hv -B k ph σσ45=20c m h <<ν()27552042113227⎪⎭⎫ ⎝⎛∝⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=νσνασh Z Z h c m thk 20c m h >>ννσνασh Z Z h c m th k 15.155204∝=0I II η-=E Mc kc R kv R v R T 22===E M RT a7102.1-⨯=5Z ph ∝σ光电效应： 电子对效应： 康普顿散射：低能、高Z ，光电效应占优势；中能、低Z ，康普顿散射占优势； 高能、高Z ，电子对效应占优势。

康普顿效应 ：γ射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。

在作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。

反冲电子与散射光子的能量与散射角及入射光子能量之间的关系： 光子的能量： 光子的动量： 电子的动能：电子的动量：相对论关系： 散射光子能量：反冲电子能量：反冲角： (1) 任何一种单能γ射线产生的反冲电子的动能都是连续分布的。

且存在最大反冲电子动能。

(2) 在最大反冲电子动能处，反冲电子数目最多，在能量较小处，存在一个坪。

电子对效应：是当入射γ射线(光子)能量较高(>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核力的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。

电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。

电子对效应要求入射光子的能量必须大于1.022MeV 。

正负电子的总动能为： 电子对效应的截面稍大于 时：时：γ 射线没有射程的概念。

窄束 γ 射线强度衰减服从指数衰减规律，只有吸收系数及相应的半吸收厚度的概念。

5ph Z ∝σph σ↓↑hv hv E =γγP =hv /c20220201c m c m c m E E e --=-=βe vP =mv =c v /=βe 222240E =P c +m c 'γγγ20E E =E 1+(1-cos θ)m c )cos 1()cos 1(202θθγγ-+-=E c m E E e 2012E ctg tg m c γθϕ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭202c m hv E E ee -=+-+γσE Z p 2∝hv 202c m 202c m hv >>γσE Z p ln 2∝Z ∝c σ2p Z ∝σ质量厚度：第三章 概率统计问题二项式分布数学期望 方差泊松分布 数学期望 方差 高斯分布概率密度函数为： 数学期望 方差 串级随机变量串级随机变量的主要特点：(A) 期望值：(B) 方差：(C) 相对方差：一个核在0~t 时间内发生衰变的概率为：长寿命核素在核衰变过程中核衰变数的方差与其平均值相等 误差传递公式： 分析一些常见情况：ρ⋅=t t m mm t e I t I μ-=0)(μ693.02/1=t ()()000N N n m E n P n N pξ===⋅=∑()()()⋅⎡⎤⎣⎦∑02N 2N n=0σ=D ξ=n -E ξP n ()()p E pq N -⋅==10ξ}{mn en m n P -==!ξ()()mn P n E =⋅=∑∞ξ()()[]()mn P E n D =⋅-=∑∞20ξξ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=222exp 21σσπm x x f ()()m dx x f x x E =⋅=⎰+∞∞-()()[]()22σ=-=⎰+∞∞-dx x f x E x x D ()()[]()()()21122ξξξξξD E D E D +=()()()21ξξξE E E ⋅=()()[]()21222211ξξξνξνξξνE E D +==t e N N p λ--=∆=1022222221221nx n x x y x y x y x y σσσσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 21x x y ±=)(2221x x y σσσ+=)/()(212/12221x x v x x y ±+=σσ第一次，没有样品，在时间t 内测得本底的计数为Nb ；第二次，放上样品，在相同时间内测得样品和本底的总计数为Ns 。

样品的净计数为： 其标准偏差为：对放射性计数的标准误差只需用一次计数N 或有限次计数的平均值 开方即可得到。

在相对标准偏差给定的情况下，所需最小测量时间为：在规定的总测量时间T ＝ts+tb 内使测量结果的误差最小电离过程的涨落：产生电子—正离子对或电子—空穴对的碰撞都是随机的，因而一定能量的带电粒子形成的离子对数是涨落的，同样是一个随机变量，服从一定的概率分布。

共产生的离子对数的平均值：离子对数涨落的标准误差及相对标准误差而要对泊松分布进行修正，引入法诺因子F F 一般取 1/2—1/3 (气体)或 0.1~0.15(半导体) 把这种分布称为法诺分布。

第四章 气体探测器入射粒子直接产生的离子对称为原电离。

初电离产生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。

总电离 =原电离+ 次电离电离能ω ：带电粒子在气体中产生一电子离子对所需的平均能量。

对不同的气体，ω大约为30eV若入射粒子的能量为E 0，产生的平均离子对数为： 离子对服从法诺分布离子对数的方差 电子与离子在气体中的运动： 1、漂移（电场作用）； 2、扩散（密度大--->小）；3、电子的吸附和负离子的生成；b s N N N -=0s b N N N NN s b +=+=)(220σσσN σ===22min )(10b s n n n v T -=T n n n n t bs bs s /1/+=T n n t b s b /11+=0n =E ωσ==σν===n nn F 2σ==泊松统计预测的方差的方差观测的n F ⋅=σn F =ν0N =E ω⋅⋅2E σ=F N =F ω4、 复合；电子吸附效应、电荷转移效应、复合效应等，都不利于电荷收集。

电离室的工作机制脉冲型工作状态记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：脉冲电离室。

用于重带电粒子的能量和强度测量。

累计型工作状态记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状态的电离室称为：累计电离室。

多用于X ，γ、β和中子的强度、通量、剂量、剂量率测量。

输出回路的定义：输出信号电流所有流过的回路都包括在输出回路中。

输出回路的简化过程：① 感应电荷在外回路上形成的电流，在负载电阻RL 上形成电压，有信号输出； ② 测量仪器有内阻、电容； ③ 探测器电容C 1。

④ 线路的杂散电容C ′。

输出电流： 电离室的输出电压信号探测效率能量分辨率：灵敏度：单位强度的射线照射下输出的电离电流输出电压脉冲幅度：离子脉冲电离室存在问题——输出电压脉冲宽度非常大(T ＋是ms 量级)，这样入射粒子的强度不能太大，并且要求放大器电路频带非常宽，噪声大而非实用。