2013-2014核辐射测量原理作业整理

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？
2、选择放射性同位素辐射源时，需要考虑的几个因素是什么？ 答题要点：能量、放射性活度、半衰期。

3、252Cf 可作哪些辐射源？
答题要点：重带电粒子源（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
10、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）在物质中的射程值？如果能够求得，请说明如何计算？ 答题要点：
方式一：
若已知能量损失率，从原理上可以求出射程： 整理后可得：
在非相对论情况下：
00
01(/)
R
E E dE R dx dx
dE dE dE dx ===-⎰⎰⎰02
02404πE m v R dE
z e NB
=⎰22E v M =00
24'02πE m E R dE z e NM B
=⎰212
E Mv =
则：
从而得：
方式二：
若已知能量损失率，从原理上可以求出射程： 整理后可得：
在非相对论情况下：
从而得： 在速度v
相同的情况下，上式积分项相同，
则
12、当10MeV 氘核与10MeV 电子穿过铅时，请估算他们的辐射损失之比是多少？当20MeV 电子穿过铅时，辐射损失与电离损失之比是多少？ 答题要点：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：
222
22
28
22227.4210d e d e d
e e d
Z 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：
2
22NZ
m E z dx dE S rad
rad
∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-=00
01(/)
R
E E dE R dx dx
dE dE dE dx ===-⎰⎰⎰02
02404πE m v R dE
z e NB =⎰2
1
2
E Mv =
dE Mvdv =2
122
2
211R M z R M z =0302404πv m M
v R dv
z e N B
=⎰22222
2a
a
a b
a b b b a
b
a b
a b
b a
M R M z z M R M z z M z R R M z ==⋅=⋅⋅2
22
12
2
11M z R R M z =
()()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
⨯≈
第三章 核辐射测量的统计误差和数据处理
3 本底计数率是10±1s -1，样品计数率是50±2s -1, 求净计数率及误差。

答题要点：
由50±2s -1可知样品的n s =50s -1,σs =2s -1 由10±1s -1可知本底的n b =10s -1,σb =1s -1
则净计数率：11
0(5010)40n s s --=-=
误差：0 2.236σ====
数据结果表示：10
0(40 2.236)n s σ-±=±
6 某放射性测量中，测得样品计数率约20s -1，本底计数率约为4s -1。

若要求测量误差≤1%，求测量样品和本底的时间各取多少？ 答题要点：
由题意可知n s =20s -1, n d =4s -1,υ2≤1℅ 由公式：
min 2
21
1b n T n v =
⎫⎪⎭
可得测量误差≤1℅时实验需要的最小测量时间T min
(
)(
)
(
))
()min 2
2
2
2
4
2
1
1
40.011
40.011
1
1027.3min 6.11240.01 1.528
T s s
s s ≥
=
⨯⨯
⨯⨯
==≈⨯⨯
由
,
s b
t t
==得：
2.236
27.3min27.3min18.9min
3.236
1
27.3min27.3min8.4min
3.236
s
b
t
t
==⨯=
==⨯=
第四章核辐射探测器
4 为什么半导体探测器要在低温下工作？
答题要点：
（1）PN结型半导体会在交界面处形成内置电场，有载流子经过电场时会产生内置漏电流；常温放置的PN结半导体，其内部电子和空穴等载流子由于做无规则热运动而具有一定的动能；
（2）无外加偏压时，结区两边的多数载流子经过电场会形成逆电场方向的漏电流，少数载流子会形成顺着电场方向的漏电流，结区内的电子空穴做无规则热运动时也有可能脱离原子束缚而形成顺电场方向的漏电流，在没有外加偏压的情况下三者处于动态平衡的状态；
（3）加上外加偏压后，由于结区宽度变宽，结区两边多子逆电场方向电流减小，少子顺电场方向漏电流不变，结区内顺电场方向漏电流增大，从而形成宏观可测的体电流，亦即暗电流或暗噪声，干扰真实的有用信号，为降低这种暗电流的干扰，使其内部电子空穴做无规则热运动的影响降到最低，需要半导体探测器工作在低温状态。

19 计算55Fe的5.9keVX射线在硅探测器和正比计数器中的能量分辨率，取法诺
因子F=0.2，说明半导体探测器比气体探测器能量分辨率高的内在原因。

答题要点：
已知E=5.9keV，F=0.2，而常规情况下，半导体探测器的平均电离能ω1≈3e，气体探测器的平均电离能ω2≈30eV，由
η
可得：
0.02355η=≈硅半导体探测器
0.023550.023551 3.160.074418
η=⨯≈⨯⨯=正比计数器
探测器的固有能量分辨率由入射射线在探测器内引起的统计涨落情况决定，而统计涨落的大小与产生的离子对数目呈平方根反比例关系，由能量分辨率的计算表达式可知：
η=
在相同能量入射的情况下，探测器的固有能量分辨率与射线在其灵敏体积内产生的电子离子对数的平方根成发反比例关系，射线在灵敏体积产生的电子离子对数越多，产生的统计误差越小，固有能量分辨率越高；而相同条件下硅半导体探测器灵敏体积产生的电子离子对数约是正比计数器的10倍，因此硅探测器有更高的固有能量分辨率。