核辐射物理与探测学(20161215212445)
核辐射物理及探测学期末总结
核辐射物理及探测学期末考前总结复习重带电粒子与物质的相互作用1、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；重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。
2、重带电粒子在物质中的能量损失规律1) 能量损失率(Specific Energy Loss)对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
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。
电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。
对同种材料，电子能量越低，反散射越严重；对同样能量的电子，原子序数越高的材料，反散射越严重。
反散射的利用与避免对放射源而言，利用反散射可以提高β源的产额。
A)A) 对对探测器而言，要避免反散射造成的测量偏差。
B)B) 对γ 射线与物质的相互作用特点：γ光子通过次级效应与物质的原子或核外电子作用，光子与物质发生作用后，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次电子； 次级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。
γ射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面来表示作用概率的大小。
总截面等于各作用截面之和，即：pc ph σσσσ++=作用截面与吸收物质原子序数的关系5Z ph ∝σZ c ∝σ2Zp ∝σ总体来说，吸收物质原子序数越大，各相互作用截面越大，其中光电效应随吸收物质原子序数变化最大，康普顿散射变化最小。
光电效应康普顿散射电子对效应第七章辐射探测中的概率统计问题辐射探测器学习要点：�探测器的工作机制；�探测器的输出回路与输出信号；�探测器的主要性能指标；�探测器的典型应用。
第八章气体探测器Gas－filled Detector•电离室–工作机制：入射带电粒子(或非带电粒子的次级效应产生的带电粒子)使气体电离产成电子－离子对，电子－离子对在外加电场中漂移，感应电荷在回路中流过，从而在输出回路产生信号。
核辐射物理与探测学
根据：
2z e I E b 2 2 m0v b
2
2 4
b bmax
bmax
ze v
2 m I 0
1/ 2
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
2 4 dE 4πNZz e bmax 对： ln 2 b dx ion m0 v min 代入 bmax 和 bmin ，可得到电离能量损失率为：
z --入射粒子电荷数 v --入射粒子速度
m0为电子静止质量
N--靶物质单位体积的原子数
2m 0 v 2 v2 v2 其中： B Z ln I ln 1 c 2 c 2
靶物质平均等效电离电位 靶物质原子的原子序数
dE S dx
按能量损失作用的不同，能量损失率可分为 “电离能量损失率”和“辐射能量损失率”。
S S ion S rad dE dE dx ion dx rad
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重 带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
根据：
2z e 2m 0 v 2 E b n
ze 2 2 m0 v
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
bmax 对应电子获得最小能量的情况，可以由电子在原子 中的结合能来考虑。入射粒子传给电子的能量必须大于 其激发能级值，才能使其激发或电离，否则将不起作用。 也就是说，电子只能从入射粒子处接受大于其激发能级 I的能量。
4πz e NZ 2m0v dE ln 2 I dx ion m0v
2 4
2
核辐射物理与探测学
原子核的衰变：在没有外界影响的情况下， 原子核自发地发射粒子并发生改变的现象。
第二章 原子核的放射性
·原子核衰变的主要方式
衰变
衰变 (包括－衰变、＋衰变和电子俘获EC)
衰变 (或跃迁)(包括内转换IC)
重核的自发裂变等
137Cs核素衰变纲图
•原子核衰变的表示 衰变纲图 同位素表
N (0)
在 t~t+dt 时间内衰变的原子核数为：
dNt N t dt
这些核的寿命均为 t，它们的总寿命为：
t N t dt
2.1 放射性衰变的基本规律
而 t 可能的取值为 ：0～
t N t dt
所以，所有核的总寿命为：
N t N 0et
(2)
1/ 2
1/ 2
1
时，
2
则在观察时间内可看出母体 A 放射性的变化，以 及子体 B 的核数目在时间足够长之后，将和母体 的核数目建立一固定的比例，此时子体 B 的变化 将按母体的半衰期衰减。这时建立的平衡叫暂时 平衡。
2.2 递次衰变规律
现在来推导一下暂时平衡关系：
由：
N2(t)
1 2 1
2.1 放射性衰变的基本规律
1、放射性的指数衰减规律
222 86
Rn
——氡射气
实验发现，放射性核素
222 86
Rn
放出一个粒子，
变成 28148Po，而 28262Rn 的数目每4天减少一半。
222Rn的衰变曲线
2.1 放射性衰变的基本规律
由统计性，以放射源总体考虑衰减规律：
设：t 时刻放射性原子核的数目为N(t)，
dN3 (t ) 2 N 2 (t )dt
原子核物理及核辐射探测学第6章习题答案new(免费)
e t 0.001 t
该γ射线减弱 1000 倍。
ln1000
6.91 11.52cm ， 即需要 11.52cm 厚的铅方可使 0.6 / cm
6-13 解：Βιβλιοθήκη e e d2 d1
N1 ) N1 N2 N2 d 2 d1
ln(
大于 0.3 cm。 6-2 （1）空气中射程为： 0.318 E 3.88 cm
1.5
（2）产生的电子粒子对数：
5.3MeV 1.51 105 35eV
（3）设在空气中和 ZnS 中射程分别为 R0, R1 ，则
R1 0 A1 1.226 103 50% 65 50% 35 R0 4.1 1 A0 78% 14 22% 16 R1 2.13 103 cm
Ee E h ， Pe P
h c
但我们知道，电子的动能可以如下计算得到：
Ee mec 2 m0c 2 Pec 2 ( m0c 2 ) 2 m0c 2 ，若 Ee E h ，则有：
Ee Pe c 2 (m0c 2 )2 m0c 2 Ee m0c 2 Pe c 2 ( m0c 2 ) 2 h m0c 2 ( h ) 2 ( m0c 2 ) 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 0
h 代入光子的能量 2.04MeV， 电子质量 0.511MeV tg ， m0c 2 2
需要做个转换： 1 ctg
和 20 度角，得到 ctg 20 1 度方向的能量为：
2.04 tg 57.65 ，于是康普顿反冲电子在 20 0.511 2
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（）？答：影响本征探测效率的因素有：探测器的原子序数、密度、体积、形状，以及γ射线的能量，甚至还包括射线射入探测器的位置、角度；在选择探测器时，为了得到高的本征探测效率，应该选择那些原子序数高、密度大的探测器，探测器的体积要大并且探测器的形状合理（例如正圆柱形）；3) 绝对探测效率和本征探测效率的区别是什么？答：绝对探测效率考虑的是对每一个源发射出的粒子，探测器测量到的计数值；本征探测效率考虑的是对每一个射入探测器的粒子，探测器测量到的计数值。
核辐射物理及探测学
习题集第一章习题1-1 当电子的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 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u? 合多少g?1-3 t=25℃, p=1.013×105Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1, 试计算生成1molSO 2时体系的质量亏损。
1-4 1kg 的水从0℃升温至100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后一个中子的结合能。
已知：()MeV 307.47238,92=∆；()MeV 572.50239,92=∆；()MeV 916.40235,92=∆；()MeV 442.42236,92=∆。
1-6 当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为RZ Z e E c 024)1(53πε-=Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-⨯。
试计算C 13和N 13核的库仑能之差。
1-7 已知：()MeV 125.313,6=∆；()MeV 346.513,7=∆。
计算C 13和N 13核的结合能之差； 1-8 利用结合能半经验公式，计算236U, 239U 最后一个中子的结合能, 并把结果与1-5题的结果进行比较1-9 计算K 42原子核每一个核子的平均结合能？1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107=；u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238=；1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
核辐射物理与探测学
n U U
235 236
*
以
236
n U U
238 239
*
为例
239
U 的 Z 2 / A 35.86
U 的 Z 2 / A 35.41
239
U 的 Z 2 / A 值略小，其裂变概率也略小。
5.1 原子核的裂变反应
2)复合核的激发能与裂变势垒的关系。
U 为奇N核，欢迎再来一个中子与它成对。因此，中 子与235U 结合的很紧，结合能为6.545MeV，而复合核的 裂变势垒仅为 5.9MeV ，从而容易裂变。 U为偶偶核，外来中子的结合能比较小，中子与 238U 的结合能为 4.806MeV，而复合核的裂变势垒为 6.2MeV
238 1 6.2 4.806 1.40MeV Tn 238
这种中子能量必须大于一定的数值才能引起的核 裂变称为阈能核裂变。
能诱发阈能核裂变的中子的最小能量称为诱发裂变 阈能。
5.1 原子核的裂变反应
关于易裂变核与不易裂变核的讨论： 1)中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激发态，将 发生集体振荡并改变形状。
E * 92,238 0,1 92,239 4.806MeV
而 239U 的裂变势垒：
Tn 0.0253eV 0
Eb 6.2 MeV
故热中子不能诱发 238U 裂变。这种热中子不能诱发裂 变的核素称为不易裂变核。
5.1 原子核的裂变反应
由：
A1 Tn ( Eb Bn ( Z , A 1)) A
而
236
U 的裂变势垒：
E b 5.9 MeV
故热中子可以诱发 235U 裂变。这种热中子可诱 发裂变的核素称为易裂变核。
核辐射物理及探测学
核辐射物理及探测学习题集第⼀章习题1-1 当电⼦的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 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u? 合多少g?1-3 t=25℃, p=1.013×105Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1, 试计算⽣成1molSO 2时体系的质量亏损。
1-4 1kg 的⽔从0℃升温⾄100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后⼀个中⼦的结合能。
已知：()MeV 307.47238,92=?；()MeV 572.50239,92=?；()MeV 916.40235,92=?；()MeV 442.42236,92=?。
1-6 当质⼦在球形核⾥均匀分布时，原⼦核的库仑能为RZ Z e E c 024)1(53πε-=Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-?。
试计算C 13和N 13核的库仑能之差。
1-7 已知：()MeV 125.313,6=?；()MeV 346.513,7=?。
计算C 13和N 13核的结合能之差； 1-8 利⽤结合能半经验公式，计算236U, 239U 最后⼀个中⼦的结合能, 并把结果与1-5题的结果进⾏⽐较1-9 计算K 42原⼦核每⼀个核⼦的平均结合能？1-10利⽤结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进⾏⽐较, 说明质量公式的应⽤范围。
u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107=；u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238=；1-10利⽤结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进⾏⽐较, 说明质量公式的应⽤范围。