核辐射测量原理复习资料
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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1.02Mev 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NaI(Tl)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。（28.61KeV ）
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：0
355.2E 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：8.31/6.02×=1.38×J/K
31. 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NaI(Tl)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ZnS(Ag)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NaI(Tl)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.Si(Li)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 ZnS(Ag)闪烁体。（NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)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NaI(T1)中2MeVγ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NaI(T1)中的2MeVγ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Cu(Z=29)靶上，其辐射能量损失率和电离能量损失率之比为 0.725 。 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 e
e 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ZnS(Ag)闪烁体。（NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)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 < 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NaI(Tl)闪烁体。（NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)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 1.58％。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ZnS(Ag)闪烁体。（NaI(Tl)闪烁体、ZnS(Ag)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）Ⅴ G-M 区 （1分） 注：1）有限区的0.5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1.02MeV 。 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< 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NaI(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeV ?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ρ及发光效率均低于NaI(T1)闪烁晶体，测得的0.662MeV ?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NaI(T1)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NaI(T1)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：NaI(T1)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NaI(T1)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（1.5分）和探测效率（1.5分） 注：1）答成计数率得1分 第2问： E Fw 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（3）G-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0.5分）（3）G-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），辐射能量 损失率 222NZ m E z dx dE S rad rad ∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 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） 实验二 γ射线的吸收 一、实验目的： 1、了解γ射线在物质中的吸收规律； 2、测量γ射线在不同介质中的吸收系数。 二、实验器材： 1、KZG03C 辐射检测仪一台； 2、Cs137点放射源一个； 3、铅准直器一个； 4、40×40×dcm3的水泥、铝、铁、铜、铅吸收屏若干块（附屏支架）； 5、手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。 三、实验原理： 天然γ射线与物质相互作用的三种主要形式：光电效应、康普顿散射和形成电子对效应。由于三种效应的结果，γ射线通过物质时发生衰减（吸收），其总衰减系数应为三者之和： 实验证明，γ射线在介质中的衰减服从指数规律： d e I I μ-=0， m m d e I I μ-=0 μ=(- Ln(I/I O ))/d ， μm =(- Ln(I/I O ))/d m 式中：I 为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底）； I 0为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）； d 为介质厚度，单位为cm; d m 为介质面密度，单位为g/cm 2 ； μ 为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm -1 ； μm 为γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm 2 ； 半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即 021I I = 时，μ2 ln 2 1=d 或 2 12ln d = 四、实验内容： 1. 选择良好的测量条件（窄束），测量 Cs 137 源的γ射线在同一组吸收屏（水泥、铝、铁、铜、铅）中的吸收曲线，并由半厚度定出吸收系数； 2. 用最小二乘拟合的方法计算出吸收系数与1中的结果进行比较； 3. 测量不同散射介质时（同一角度，同一厚度）γ射线的强度。 五、实验步骤： 1. 吸收实验 1) 调整装置，使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上； 2) 测量本底I 0’； 3) 将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度I 0”； 4) 逐渐增加吸收屏，并按相对误差在N ±δ的要求测出对应厚度计数I d ’，每个点测三次取平均植； 5) 更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变。 吸收实验装置原理图： κ στμ++ = 核辐射物理与探测学复习 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： 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：射线能量、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。 4、137Cs 和60Co 是什么辐射源？能量分别为多少？ 答题要点：γ辐射源； 137 Cs ：0.662MeV 或0.661MeV ； 60 Co ：1.17MeV 和1.33MeV ； 第二章 射线与物质的相互作用 1、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？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: A m N A γ μ μσρ== 23 232207 0.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm b γσμ-??==? ???? ≈?= 由 得： ()00011 1000ln ln 33ln 10 2.311.50.60.6 I I t I I cm μμ?? ?? ? == ? ??? ? ??==?= 或由 得01 ()1000 I t I = 时铅容器的质量厚度t m 为： ()()()000332111000ln ln 11ln 10ln 100.052933 2.3 ln 100.05290.0529130.435/m m m m I I t I I g cm μμμ--?? ?? ? =-=- ? ??? ? ?? =-=-?= =≈ 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： ()m m t I t I e μ-=0()t I t I e μ-=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 = 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)2NB Bethe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/z2 1.v同两种粒子同物质R1/R2=m1/m2*（z2/z1）2 2.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 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 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： ()()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: 23232 2070.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm b γσμ-??==? ???? ≈?= 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 rad rad ∝??? ??-=A m N A γμμσρ== 第一章：能谱数据的获取 什么是核辐射探测器 核辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号(光、热、色或径迹) 的转换器，即传感器或换能器。 利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、 激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探 测的器件称为辐射探测器 核辐射探测器的工作原理 • 基于粒子与物质的相互作用。 • 带电粒子：与物质中原子的轨道电子直接相互作用； • γ/X射线：光电效应，康普顿效应，电子对效应 • 中子：核反应产生带电粒子 核辐射探测器的分类 按工作原理分类： • 利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器 • 利用射线通过物质产生的荧光现象做成的辐射探测器。闪烁体探测器 N aI(Ti) C sI(Ti/Na) BGO LaBr3 • 利用辐射损伤现象做成的探测器。径迹探测器CR-39径迹片。• 利用射线与物质的核反应或相互碰撞产生易于探测的次级。自给能探测器 利用射线与物质的相互作用的其它原理制成的辐射探测器切伦琴科夫探测器。热释光探测器 谱仪中为什么需要前置放大器： 1.由于探测器输出的信号比较小，提高信号的差异匹配后续电路， 必须对信号进行放大。 2.直接将两者连接在一起，系统笨重，且可能受周围环境（空间太 小，辐射太强）的影响。 3.同时为减少探测器输出端到放大器间的分布电容、匹配传输线阻 抗，减少外界干扰，提高信噪比。 前置放大器的作用： 1.提高系统的信噪比 2.减少信号传输过程中外界干扰的相对影响 3.合理布局，便于调节与使用 4.实现阻抗转换与匹配 模拟式谱仪采集一个信号的过程 数字化谱仪与模拟式谱仪的区别与联系 数字化谱仪：对探测器输出脉冲信号进行采样 模拟式谱仪： 第二章：能谱数据的特征 线状谱转变成类高斯峰的原因 a)探测器产生离子对的统计涨落 b)探测器的边缘效应 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。常见的核辐射探测方法包括闪烁体探测器、电离室探测器和半导体探测器等。核辐射探测技术在核工业、医疗、环境监测等 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。E Z 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 e e 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。 方法：1：中子与核反应放出带电粒子 2：中子弹性散射引起核反冲 3：中子引起的核裂变 4：中子被核俘获引起核激活。 中子探测包括：中子通量密度，中子能量，中子截面。 第2章 气体探测器 2.1基本原理 按探测核辐射的物理过程分为：电离型探测器和发光型探测器。 电离碰撞中被激发的原子，有3种可能的退激方式： 1.辐射光子； 2.发射俄歇光子； 3.亚稳原子。 电离产生的电子和正离子从入射粒子得到动能，他们在气体中运动，并和气体分 子碰撞，会发生以下物理过程：扩散，电子吸附，复合，漂移。 气体探测器是利用收集核辐射在气体中产生的电离电荷来探测核辐射的。根据 外加电压的大小，分为复合区，饱和区，正比区，有限正比区，G-M 计数区，连 续放电区。 2.2电离室 电离室就是工作在饱和区的气体探测器。 按工作方式，分为：记录单个核辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量带电 粒子辐射量和能量，这类电离室按其输出电路的时间常数大小又可分为：离子脉 冲电离室和电子脉冲电离室。另一类是记录大量粒子平均电离效应的电流脉冲室。 《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 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、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百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入射射线的能量成正比。 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ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．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 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型 19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声 24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号 25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面)的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图，是一连续谱 4.能谱：脉冲幅度经能量刻度后就可以得到计数率 5.全能峰：入射粒子以各种作用方式(一次或多次)将全部能量消耗在探测器内而形成的仪器谱峰 6.逃逸峰：若光电效应在靠近晶体表面处发生，则X射线可能逸出晶体，相应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子能量小，这种 核数据处理理论知识 核辐射测量数据特征：随机性（被测对象测量过程）局限性混合型空间性 数据分类：测量型计数型级序型状态型名义型 精度：精密度正确度准确度 统计误差：核辐射测量中，待测物理量本身就是一个随机变量。准确值为无限次测量的平均值，实际测量为有限次，把样本的平均值作为真平均值，因此存在误差。 变量分类：（原始组合变换）变量 误差来源：（设备方法人员环境被测对象）误差 误差分类：系统误差随机误差统计误差粗大误差 放射性测量统计误差的规律答：各次测量值围绕平均值涨落二项分布泊松分布高斯分布 精度的计算，提高测量精度的方法？答：采用灵敏度高的探测器增加放射源强度增加测量次数延长测量时间减少测量时本底计数 放射性测量中的统计误差与一般测量的误差的异同点？答：不同点：测量对象是随机的，核衰变本身具有统计性，放射性测量数据间相差可能很大。测量过程中存在各种随机因素影响。相同点：测量都存在误差。 样本的集中性统计量？答：算术平均值几何平均值中位数众数（最大频数） 样本的离散性统计量？答：极差方差变异系数或然系数算术平均误差 单变量的线性变换方法？答：1.标准化变换 2.极差变换 3.均匀化变换 4.均方差变换 单变量的正态化变换方法？答：标准化变化角度变换平方根变换对数变换 数据网格化变换的目的？答：1.把不规则的网点变为规则网点 2.网格加密 数据网格变换的方法？答：1.插值法（拉格朗日插值三次样条插值距离导数法方位法）2.曲面拟合法（趋势面拟合法趋势面和残差叠加法加权最小二乘拟合法） 边界扩充的方法有哪些？答：拉格朗日外推法余弦尖灭法偶开拓法直接扩充法补零法 核数据检验目的：1.帮助检查测量系统的工作和测量条件是否正常和稳定，判断测量除统计误差外是否存在其它的随机误差或系统误差2.确定测量数据之间的差异是统计涨落引起的，还是测量对象或条件确实发生了变化引起的 变量选择的数学方法：几何作图法（点聚图数轴）相关法（简单相关系数逐步回归分析秩相关系数）秩和检验法 谱数据处理—问答题谱的两大特点？答：1.放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系2.放射性核素含量和辐射强度成正比 谱光滑的意义是什么？方法有哪些？答：意义1.由于核衰变及测量的统计性，当计数较小时，计数的统计涨落比较大，计数最多的一道不一定是高斯分布的期望，真正峰被湮没在统计涨落中2.为了在统计涨落的影响下，能可靠的识别峰的存在，并准确确定峰的位置和能量，从而完成定性分析，就需要谱光滑3.由于散射的影响，峰边界受统计涨落较大，需要谱光滑方法算术滑动平均法重心法多项式最小二乘法其他（傅里叶变换法） 寻峰的方法有哪些？答：简单比较法导数法对称零面积变换法二阶插值多项式计算峰位法重心法拟合二次多项式计算峰位法 峰面积计算的意义和方法？答：1）峰面积的计算是定量分析的基础。2）知道了特征峰的净峰面积，就可以计算目标元素的含量线性本底法（科沃尔沃森Sterlinski）峰面积法单峰曲面拟合法 谱的定性分析、定量分析的内容？答：定性：确定产生放射性的核素或元素定量：峰边界的确定峰面积计算重锋分析含量计算 核辐射测量特点：核辐射是核衰变的产物核辐射的能量具有特征性核素的含量与特征辐射的 辐射测量笔记 γ照射量率常数γ的物理意义是距离1居里的γ点源1米处，在1小时内所产生的照射量率。严格定义为［4］：发射光子的某种放射性核素的照射量率常数γδ是l2(dx ／dt)δ除以a而得的商，其中(dx／dt)δ是在距离放射性活度为a的这种核素的点源l 处由能量大于δ的光子所产生的照射率. 在铀矿勘探中，γ照射量率常数又称为γ常数，用符号k表示，在数值上被定义为质量为1g的点状源在距离1cm处的照射量率。kra＝4.92×10-4ccm2/(kgsgra)ku＝ 2.05×10-10ccm2/(kgsgu)kth＝8.82×10-11ccm2/(kgsgth)kk＝5.132×10- 14ccm2/(kgsgk)点源γ照量率的计算照射量率 设点源的活度为a居里，离源r米处的反射量率的计算公式为： 当点源处于均匀介质中时，在介质内部距离质量为m的点源r处的γ照射量率为： 两个关键救赎： 其一，γ射线照射量率与单位时间内入射到该体积元内的光子数ф（光子注量率，为单位时间内进入体积元dv中的光子数目）成正比。 其二，γ射线反射量率与单位时间内空气体积元中稀释能量的大小成正比。 线状源γ照量率 面状源γ反射量率 圆锥台状辐射体上空γ照射量率 用作观测γ射线的探测器必须存有两个特定的功能。首先它必须起至一个切换介质的促进作用，入射光γ射线在探测器中存有适度的相互作用几率产生一个或更多的慢电子。第二，它对于这些次级电子来说必须起至普通探测器的促进作用。 对低能γ射线(直到数百kev)光电吸收占优势，对高能γ射线(5―10mev以上)电子对生成占优势，而康普顿散射是介于以上两个极端情况的整个能量范围内最可能发生的过程。 “大”探测器模型：所谓“大”探测器就是指探测器的体积大于起始γ射线与稀释材料相互作用所产生的次级γ电磁辐射的平均值民主自由程。这些次级γ电磁辐射包含康普顿反射的反射γ射线以及在电子对产生的正电子荒废产产的γ光子。因为次级γ射线的平均值民主自由程通常存有几个厘米左右，如果探测器的尺寸不少于1或2厘米，即使满足用户‘大”的条件；同时假设γ射线与探测器介质相互作用产生的所有带电粒子(光电子、康普顿电子、正负电子对)的能量全部结晶在探测器中。 放射性测量方法复习题及答案 1.什么是原子核的衰变？简述核衰变的三种类型、衰变机制及表达式。&一衰 变应分别说明三种方式；y跃迁应包括内转换电子发射；并说明特征X射线和俄歇电子发射的机理。 答：放射性同位素（核素）是不稳定核素,能自发地放出各种射线,转变成另外一种同位素（核紊通常，这个转变过程就叫原子核的衰变。衰变之前的原子核叫母体（母核）；衰变之后的原子核叫子体（子核）。大部分放射性同位素经历一次衰变后，其子体核仍然是放射性的，还要继续发生衰变，直到最后转变成稳定的同位素（核素）。 原子核衰变的类型包括：a-衰变、B-衰变、丫-跃迁；衰变又包括：厂-衰变、B *-衰变、电子俘获（EC）; Y-跃迁包括同质异能跃迁、内转换电子发射；电子俘获（EC）和内转换电子发射又都伴随特征x射线发射和俄竭电子发射。 a-衰变：一个a粒子就是一个氨原子核，由2个质子和2个中子组成。母体核发射一个a粒子。衰变产生的子体核质量数减少4,原子序数减少2: ar 衰变：母体核是丰中子核，将1个中子转变成1个质子+ 1个电子和1个中微子。中微子是电中性的，质量很小很小，可以忽略不及。衰变前后母体核和子体核的质量数没有改变，子体核的原子序数增加1: ；X ———十-+i^ + e + D n ―» p + e + u 伊衰变：母体核是丰质子（缺中子）核，将1个（束缚的）质子转变成1个中子+ 1个正电子和1个中微子。衰变前后母体核和子体核的质量数没有改变，子体核的原子序数减少1:—z A y + e+ +v p ^>n + e+ +v 电子俘获（CE）:母体核是丰质子（缺中子）核，原子核中的1个质子从核外俘获1个壳层电子转变成1个中子+ 1个中微子。衰变前后母体核和子体核的质量数没有改变，子体核的原子序数减少1； + e ——> z-i^7 + v P + 4 ~n + v y-跃迁: 核辐射测量习题 ※<习题一> 1.当电子的速度为1.7×108m/s时，它的动能和总能量为多 少？ 2.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%？ 3.已知32P、14C、238U的半衰期1 4.26d、573a、4.468×109a，试求 他们的衰变常数。 4.已知226Ra的T1/2=1.6×103a，原子至来年各位226.025u，求 1g226Ra（不包括子体）每秒钟发射的α粒子数。 5.试验测得226Ra的α能谱精细结构铀T al=4.785MeV（95%）和 T A2=4.602MeV（5%）两种α粒子组成，试计算：1）子体222Rn 的反冲能；2）226Ra的α衰变能；3）激发态222Rn发射的γ光子能量。 6.画出40K的衰变纲图（简图）。 7.推导放射性核素的原子数随时间呈指数规律衰减。 5※<习题二> 1.一准直的γ光子束（能量为 2.04MeV），薄铅片，并在20°方向测量次级电子，试问在此方向的光电子和康普顿反冲电子能量各位多少（铅的B K=88.1KeV，B L=15KeV）。 2.某一能量的γ射线在铅中的线吸收系数为0.6cm-1，试问它的质 量吸收系数和原子截面为多少？ 3.简述β＋衰变和β—衰变的区别。 4.按照防护要求，需要多厚的前容器才能是源射到容器外的γ射 线强度减弱1000倍？（假设γ射线在铅中的线吸收系数为 0.4cm-1）。 5.随着入射γ射线能量的变化，γ射线与物质相互作用的主要效应所占比例如何变化 5※<习题三> 1.计算40K1.46MeVγ射线在NaI单晶能谱仪的输出脉冲幅 度谱上，康普顿边缘与单逃逸峰之间的相对位置。 2.试详细分析2.62MeVγ射线在闪烁体中可产生那些次级过程？ 3.什么是γ能谱的放射性“谱平衡”？ 4.试画出137Cs伽玛射线源在NaI(Tl)闪烁计数器为探测器的仪器谱，并解释各谱峰的形成机理（15）。 5.画出γ能谱仪的基本框图，并说明各个部分的作用。 5※<习题四> 1.βG-M管能否探测γ射线？α G-M管能否探测β射 线？请简述原因。 2.论述β射线与物质相互作用方式主要有哪些？ 3.请解释β衰变放出的β粒子的能谱，为什么是连续谱。 4.请列举常用的β射线探测的探测器有哪几种？ 5. 6.设用正比计数器测量α粒子强度，每分钟计数5×105个，假如该正比计数器的分辨率为3微秒，试校正技术损失。 7.用于α粒子探测常用的探测器有哪些？ 8.简述土壤氡测量常用方法。 9.土壤氡测量的主要影响因素，以及与地质潜势之间的关系。 10.在氡-钍射气测量中如何确定氡射气和钍射气的浓度？ 5※<习题五> 1.试论述能量色散X射线荧光分析对元素进行定性、定量 分析的基本原理 2.计算X荧光粒子在半导体探测器硅中损失50KeV能量所产生的电子-空穴对数的平均值和方差。 第一章习题 1. 计算Po 210放射源发射的α粒子()MeV E 304.5=α 在水中的射程。 2. 已知MeV 1质子在某介质中的电离损失率为A ，求相同能量的α粒子的电离损失率。 3. 试计算Cs 137KeV E 662=γγ射线发生康普顿效应时，反冲电子的最大能量。 4. 计算Cs 137的γ射线对Al Fe Pb ,,的原子光电吸收截面及光电子能量。从中可得到什么 规律性的启迪？已知k ε分别为KeV KeV KeV 559.1,111.7,001.88。 5.试证明γ光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电子对效应，而在真空中是不可能的。 第二章习题 1. 为什么射线在气体中产生一对离子对平均消耗的能量要比气体粒子的电离能大？ 2. 设一由二平行金属板构成的电极系统，极间距离2cm ，内充氩气1.5大气压，二极板上 加了1000伏的电位差。问正离子+A 由正极表面漂移到负极表面所需时间为何？ 3.计算出如图所示电离室中在(a)、(b)、(c)三处产生的一对离子因漂移而产生的)(t I +、)(t I -、)(t Q +、)(t Q -以及+Q 、-Q 分别为何？（假定所加电压使电子漂移速度为105cm/s ，正离子漂移速度为103 cm/s ）。 4.画出下列各种输出电路的等效电路，并定性地画出输出电压脉冲形状，标明极性及直流电位。 题4之图 5.有一累计电离室，每秒有104 个α粒子射入其灵敏体积并将全部能量损耗于其中。已知3.5=αE MeV ，电离室内充的纯氩气，试求出累计电离室输出的平均电流=0I ？ 6.在上题条件下，若选择输出电路之Ω10010=R ，pf C 200=，问该电离室输出电压信号的 相对均方根涨落为何？ 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1.02Mev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进行衰变的概率。 14.碘逃逸峰：当r射线在NaI 核辐射测量原理复习资料LT 3.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。 4.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。 5.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。 6.分辨时间：计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔。 7.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。 8.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NaI(Tl)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ZnS(Ag)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NaI(Tl)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。核辐射测量
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