核辐射探测PPT课件

1、 放射性样品放射性样品活度活度测量；测量； 辐射场量辐射场量的测量；的测量； 辐射能量或辐射能量或能谱能谱的测量；的测量； 辐射辐射剂量剂量的测量；的测量； 位置位置的测量的测量(辐射成像辐射成像)； 时间时间的测量；的测量； 粒子鉴别等。粒子鉴别等。第1页/共77页5.1 1、相对法测量和绝对法测量相对法测量和绝对法测量简便简便，但，但条件苛刻条件苛刻：必：必须有一个须有一个与被测样品相同与被测样品相同的的已知活度已知活度的的标准源，且标准源，且测量条件必须相同测量条件必须相同。：需要一个已知活度：需要一个已知活度A0标准源，在同样条件下测量标准源和被标准源，在同样条件下测量标准源和被测样品

2、的计数率测样品的计数率 n0、n， 根据根据计数率与计数率与活度成正比活度成正比，可求出样品的活度：，可求出样品的活度： AA0n/n0。第2页/共77页2、绝对测量中影响活度测量的几个因素、绝对测量中影响活度测量的几个因素)cos1(21sin2414000 dfg点源点源复杂复杂，需要考虑很多影，需要考虑很多影响测量的因素，但绝对测量法是活度测响测量的因素，但绝对测量法是活度测量的量的基本方法基本方法。第3页/共77页几何因子几何因子fgfg还可以表示成：还可以表示成： 因为因为, ,放射性发射的是各向同性的实际进入探放射性发射的是各向同性的实际进入探测器仅是小立体角测器仅是小立体角内的射

3、线内的射线. .几何因子为几何因子为4)1(21422rhfhg 第4页/共77页2) 2) (1) 对脉冲工作状态对脉冲工作状态：本征探测效率：本征探测效率 (2) 对电流工作状态对电流工作状态：灵敏度：灵敏度 积的粒子数积的粒子数单位时间内进入灵敏体单位时间内进入灵敏体测到的脉冲计数率测到的脉冲计数率100 入射粒子流强度入射粒子流强度值值或电压或电压信号电流信号电流)( 单单位位照照射射量量率率/ )(VA 有关因素：入射粒子的有关因素：入射粒子的种类种类与与能量能量；探测；探测器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的状态（如状态（如甄别阈的大小甄

4、别阈的大小）等。）等。第5页/共77页3) 3) 射线从产生到入射到探测器的灵敏体射线从产生到入射到探测器的灵敏体积所经过的积所经过的为：为：u样品材料本身的吸收样品材料本身的吸收(样品的自吸收样品的自吸收)；u样品和探测器之间空气的吸收；样品和探测器之间空气的吸收；u探测器窗的吸收。探测器窗的吸收。第6页/共77页例如例如射线：射线：exIImm _0mxm物质对这种物质对这种的质量吸收系数的质量吸收系数穿过物质的厚度穿过物质的厚度 射线服从指数吸收规律射线服从指数吸收规律: : ffffaaaa窗窗空气空气自自exIIfmma _0第7页/共77页4) 4) 放射性样品发射的射线可被其放射

5、性样品发射的射线可被其周围介周围介质质所所，对测量造成影响。，对测量造成影响。散射对测量结果的影响有两类：散射对测量结果的影响有两类：正向散射正向散射反向散射反向散射使射向探测器灵敏区的射线使射向探测器灵敏区的射线偏偏离而不能进入离而不能进入灵敏区，使计数灵敏区，使计数率率减少减少。使原本不射向探测器的射线使原本不射向探测器的射线经经散射后进入散射后进入灵敏区，使计数率灵敏区，使计数率增加增加。第8页/共77页反射修正因子的实验方法确定：反射修正因子的实验方法确定：粒子在粒子在源的托板支承物源的托板支承物等上的等上的大角度散射大角度散射, ,使得使得本不在小立体角本不在小立体角内的内的粒子会进

6、入探测器引起粒子会进入探测器引起计数增加计数增加, ,故要修正。故要修正。nnfd计数率源没有支承膜时测得的数率源有支承膜时测得的计没有支承膜是理想状态没有支承膜是理想状态，通常用，通常用有机膜有机膜来实现。来实现。有机膜的有机膜的Z Z较低较低, ,又很薄又很薄, ,散射可以忽略。散射可以忽略。 第9页/共77页5)5) 死时间修正因子死时间修正因子 ( (f ) ) nmnf 1 式中式中n 为实际测量到的计数率，为实际测量到的计数率，m为真计数为真计数率，率， 为测量装置的分辨时间。为测量装置的分辨时间。6)6) 本底计数率本底计数率 （nb）0sbnnn第10页/共77页3 3、对对

7、、 放射性样品活度的测量方法放射性样品活度的测量方法1) 1) 小立体角法小立体角法TbsnnA 其中：其中： ffffbagT 对于对于薄薄 放射性样品，放射性样品，%100 1 af1 bf对于对于厚厚 放射性样品和放射性样品和 放射性样品的测放射性样品的测量需考虑各种修正因子。量需考虑各种修正因子。修正因子多，测量误差大，达修正因子多，测量误差大，达510第11页/共77页2)2)测量装置测量装置小立体角法小立体角法 : :放射源或样品与探测器之间的布置放射源或样品与探测器之间的布置的角度。的角度。1 1、为了减少本底为了减少本底, ,探测器和样品都放在探测器和样品都放在铅室铅室内内.

8、.铅壁厚度一般要大于铅壁厚度一般要大于5mm5mm2 2、为了减少散射为了减少散射, ,铅室内腔要铅室内腔要足够空旷足够空旷. .注意：注意：第12页/共77页3 3、为了减少为了减少在铅中的韧致辐射在铅中的韧致辐射(),(),铅室内壁铅室内壁有有一薄层铅皮或塑料一薄层铅皮或塑料( (厚度约为厚度约为2-5mm)2-5mm)4 4、 为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射, ,它们都采用它们都采用低低Z Z材料作成材料作成. .5 5、准直器用来确定立体角准直器用来确定立体角, ,并可防止立体角以外并可防止立体角以外的射线进入探测器的射线进入探测器. .探

9、测器探测器采用采用薄云母窗薄云母窗的的钟罩型钟罩型G-MG-M计数计数管管. .也可以用也可以用薄窗正比管、塑料闪烁薄窗正比管、塑料闪烁探测器探测器( (加加避光铝铂避光铝铂).).第13页/共77页第14页/共77页第15页/共77页第16页/共77页第17页/共77页2) 2) 4 4 计数法计数法 流气式流气式4 正比计数器正比计数器；(适用于固态放射适用于固态放射源源) 内充气正比计数器内充气正比计数器和和液体闪烁计数器液体闪烁计数器；(适用于适用于14C、3H等低能等低能 放射性测量，将放射性测量，将14C、3H混于工作介质中混于工作介质中) 将将源源移到计数管移到计数管内部内部，使

10、计数管对源所，使计数管对源所张立体角为张立体角为，减小了，减小了散射散射、吸收吸收和和几何几何位置位置的影响。的影响。测量误差小，可好于测量误差小，可好于1。第18页/共77页4、 射线强度的测量射线强度的测量 射线射线强度的测量强度的测量包括包括 辐射场辐射场测量和测量和 射线放射源活度射线放射源活度的测量。同样可以用的测量。同样可以用相对相对测量法测量法和和绝对测量法绝对测量法测量。测量。 如能获得如能获得 能谱能谱，可利用，可利用 谱的谱的来来确定源活度确定源活度， 对于对于 射线同位素放射射线同位素放射源绝对测量常用源峰效率源绝对测量常用源峰效率sp 得到源活度：得到源活度：spbsn

11、nA 第19页/共77页符合方法符合方法： 用不同的探测器来判断用不同的探测器来判断两个两个或或两个以上两个以上事事件的件的的的同时性同时性或或相关性相关性的方法的方法。60Co60Ni h h e e h h 符合事件符合事件： 两个或两个以上在时间上相互关联的事件。两个或两个以上在时间上相互关联的事件。第20页/共77页1、符合方法的基本原理、符合方法的基本原理1) 符合符合(真符合真符合)用用符合电路符合电路来来选择同时事件选择同时事件 以以 符合装置符合装置为例：对一个放射源同时放为例：对一个放射源同时放出的出的 和和 射线，用两个探测器分别测量。射线，用两个探测器分别测量。 An A

12、n 符合计数：符合计数：conA 可得放射源的活度为：可得放射源的活度为：cnnnA 由于本底同时进入两个探测器的几由于本底同时进入两个探测器的几率很小；而级联率很小；而级联是相关事件，它们是相关事件，它们分别进入两个探测器的时刻一定是同分别进入两个探测器的时刻一定是同时的，则有：时的，则有：第21页/共77页(2) 反符合反符合 用用反符合电路反符合电路来来符合事件脉冲符合事件脉冲的方法的方法 反符合康普顿谱仪反符合康普顿谱仪为反符合电路的典型为反符合电路的典型应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积与谱全面积之比）。与谱全面积之比）。 反符合电路反符合电路中

13、两个输入端分别为分析道和中两个输入端分别为分析道和反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道，把反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道，把要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输入时反符合电路才有输出。入时反符合电路才有输出。h h e 第22页/共77页 记录记录入射入射 射线在探测器中能量全吸收的事件；射线在探测器中能量全吸收的事件； 而而去除去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的事件。逃逸的事件。h h e COINANTIBGOHPGe多道分析器多道分析器Gate第23页/共77页反符合：反符合： 消除符合

14、事件的信号消除符合事件的信号。HPGe成成形形BGO成成形形成成形形HPGeBGOOutput第24页/共77页第25页/共77页(3) 符合装置的符合装置的分辨时间分辨时间 符合装置的分辨时间符合装置的分辨时间：符合装置所能区分的最：符合装置所能区分的最小时间间隔小时间间隔 s，符合电路两输入信号时间间隔只，符合电路两输入信号时间间隔只要要小于小于 s，就被认为是，就被认为是同时事件同时事件给出符合信号。给出符合信号。 实际上实际上任何符合电路任何符合电路都有都有确定确定的的 s ，它的大小，它的大小与与输入脉冲的宽度输入脉冲的宽度有关。如下图所示：有关。如下图所示：第26页/共77页当当两

15、个输入脉冲两个输入脉冲之间的之间的时间间隔时间间隔 s时，符时，符合电路输出一个合电路输出一个符合脉冲。符合脉冲。反之，就没有符反之，就没有符合脉冲输出。合脉冲输出。第27页/共77页真符合与偶然符合真符合与偶然符合 一个原子核级联衰变时接连放射一个原子核级联衰变时接连放射和和射线，这射线，这一对一对、如果分别进入两个探测器，将两探测如果分别进入两个探测器，将两探测器输出的脉冲引到符合电路输入端时，便可输出器输出的脉冲引到符合电路输入端时，便可输出一个符合脉冲，这种一个符合脉冲，这种一个事件与另一个事件一个事件与另一个事件具有具有内在因果关系（即相关性）的符合内在因果关系（即相关性）的符合输出

16、称为输出称为真符真符合。合。另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如，另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如，有两个原子核有两个原子核同时衰变同时衰变，其中一个原子核放出的，其中一个原子核放出的粒子与另一个原子核放出的粒子与另一个原子核放出的粒子粒子同时同时分别被分别被两个探测器所记录，这样的事件就不是真符合事两个探测器所记录，这样的事件就不是真符合事件。这种件。这种不具有相关性的事件不具有相关性的事件间的间的符合符合称为称为偶然偶然符合。符合。 第28页/共77页偶然符合和符合分辨时间偶然符合和符合分辨时间 如前所述，凡是相继发生在符合分辨时间以内的如前所述，凡是相继发生在符合分辨时间以内

17、的两个事件，均可能使符合装置产生一次符合计数两个事件，均可能使符合装置产生一次符合计数。这与两个事件是否有内在因果关系无关，即符。这与两个事件是否有内在因果关系无关，即符合计数中包括合计数中包括真符合计数和偶然符合计数真符合计数和偶然符合计数。每当。每当在在时间间隔内时间间隔内存在存在两个独立事件引起的脉冲两个独立事件引起的脉冲时，时，就就可能被符合装置作为符合事件记录下来可能被符合装置作为符合事件记录下来，这种，这种符合叫做符合叫做偶然符合。偶然符合。显然显然符合分辨时间符合分辨时间越大，发越大，发生偶然符合的几率越大，每道的无关事件计数率生偶然符合的几率越大，每道的无关事件计数率越大，偶然

18、符合计数率也将越大，它们间的关系越大，偶然符合计数率也将越大，它们间的关系可推导如下：可推导如下： ：第29页/共77页 设有两个设有两个独立独立的的放射源放射源S1S1和和S2S2，分别用两符合道，分别用两符合道的探测器的探测器和和记录。两组源和探测器之间用记录。两组源和探测器之间用足足够厚的铅屏蔽隔开够厚的铅屏蔽隔开，见下图，在这种情况下，见下图，在这种情况下，符符合脉冲均为偶然符合。合脉冲均为偶然符合。第30页/共77页假设两符合道的脉冲均为假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲理想的矩形脉冲，其宽，其宽度为度为 。再设第。再设第道的道的平均平均计数率计数率为为n n1 1，第，第道的道的

19、平均平均计数率计数率为为n n2 2，则在，则在t t0 0时刻，第时刻，第道的一个脉冲道的一个脉冲可能与从可能与从t t0 0- - s到到t0+t0+ s时间内进入第时间内进入第道的脉冲发道的脉冲发生偶然符合，如下图，其生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率平均偶然符合率为：为：21)2(nnnsrc 第31页/共77页212nnnrcs 21)2(nnnsrc 显然，显然，减少减少 s能够能够减少偶然符合几率减少偶然符合几率，但是减少，但是减少 到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输出脉冲前沿之间存在统计性的时间离散，则同时出脉冲前沿之间存在统

20、计性的时间离散，则同时事件的脉冲宽度可能因脉冲前沿的离散而大于符事件的脉冲宽度可能因脉冲前沿的离散而大于符合电路的分辨时间合电路的分辨时间 s ，则在符合电路中不会引起符，则在符合电路中不会引起符合计数，从而造成真符合的丢失。合计数，从而造成真符合的丢失。第32页/共77页减小偶然符合计数率的方法：减小偶然符合计数率的方法： (1)(1)减小符合减小符合分辨时间分辨时间 s，但是会影响符合效率，但是会影响符合效率 (2)(2)减小各符合道计数率减小各符合道计数率n 。61272/36001 10sec22 100 100rcsnn n 推广：推广：i重符合时的偶然符合计数率：重符合时的偶然符合

21、计数率：112ircsinin nn 例例：实验测得偶然符合计数率：实验测得偶然符合计数率 nrc =72/hr. 符合道计数符合道计数n1 =n2 =100/sec ，求分辨时间，求分辨时间 s。第33页/共77页 符合计数的实验测量值中总是包含真符合计符合计数的实验测量值中总是包含真符合计数和偶然符合计数。数和偶然符合计数。conA 真符合计数率为：真符合计数率为：22rcssnn nAA 偶然符合计数率为：偶然符合计数率为：12corcsnRnA 则，则，真偶符合比真偶符合比为：为：ccorcnnn仍以仍以 符合为例：符合为例：讨论：讨论：希望希望符合装置的符合装置的 越大越好。越大越好

22、。nnrcc0第34页/共77页(4) 延迟符合延迟符合 可以是可以是同时性同时性事件，也可以是事件，也可以是不同不同时性时性事件。事件。1D2Dd COIN1dD 飞行时间方法飞行时间方法(TOF)测量粒子的飞行时间。测量粒子的飞行时间。1DET 2DETCOINDELAY第35页/共77页2符合测量装置符合测量装置1)、多道符合能谱仪、多道符合能谱仪dn 加速器带电粒子核反应：加速器带电粒子核反应：3417.6MeVdHHen DET2DET1第36页/共77页n GATE1DET2DETCOINAMPAMPMCASCASCA符符合合道道分分析析道道n GATE第37页/共77页2）、）、

23、HPGe反康普顿反康普顿 谱仪谱仪第38页/共77页BGOGeGATEGATEHPGeBGOANTIAMPAMPMCASCASCACOINANTI第39页/共77页用用HPGe反康反康普顿普顿 探测器探测器测得的测得的60Co 能谱能谱第40页/共77页3）4- 符合装置符合装置n n nc 这是一种测量放射性活度的标准方法，适用这是一种测量放射性活度的标准方法，适用于带于带 级联衰变的放射性核素。级联衰变的放射性核素。第41页/共77页原理原理 测得测得和和的真符合计数率的真符合计数率Annnoco 0 则则 但但n noo ,n ,noo和和n ncoco与实测值之与实测值之间有许多效率因

24、子需要修正。间有许多效率因子需要修正。nnnCOA 00 测得测得和和的净计数率的净计数率n noo ,n ,noo。第42页/共77页修正因子修正因子（以下每种修正是只考虑某种修（以下每种修正是只考虑某种修正，最后综合考虑）正，最后综合考虑）n noo ,n ,noo和和n ncoco 分别由分别由n n.n.n.n nc c得来。得来。要进行一些修正。要进行一些修正。1)1)本底修正本底修正 nnnnnnnnncbccobb00第43页/共77页(2)(2) 偶然符合修正偶然符合修正 在在-级联衰变放射源中，只有同一个核发射的级联衰变放射源中，只有同一个核发射的和和之间的符合才是真符合之间

25、的符合才是真符合, ,而不同核之间的而不同核之间的和和之间的之间的符合为偶然符合。符合为偶然符合。 nnnnnnnnnnnnnnnssccoscoscococrc12 总的偶然符合计数率为总的偶然符合计数率为道产生偶然符合的计数率为道产生偶然符合的计数率为(n(nn ncoco) ) s sn n道产生偶然符合的计数率为道产生偶然符合的计数率为(n(nn ncoco) ) s sn n这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合道不参予真符合的计数率为道不参予真符合的计数率为n nn ncoco道不参予真符合的计数率为道不参予真符合的计数率为n nn nco

26、co第44页/共77页(3) (3) 探测器死时间的修正探测器死时间的修正 探测器死时间能引起漏计数，所以必须把漏掉的计探测器死时间能引起漏计数，所以必须把漏掉的计数补回来。数补回来。 道道 道道 nnn0non0n0每个脉冲后有一个死时间，每个脉冲后有一个死时间，那么单位时间内的死时间那么单位时间内的死时间在死时间内放射源发射的在死时间内放射源发射的粒子数粒子数nt 00tnd 0tnd0tnd0在死时间内发射的粒子应在死时间内发射的粒子应有的但是漏掉了的计数有的但是漏掉了的计数（死时间内的漏计数）（死时间内的漏计数）tnd0tnd0漏计数漏计数实测的计数率实测的计数率应该有的净计数率应该有

27、的净计数率第45页/共77页tntnntntnndddd11000000因为， 是单位时间内的死时间远小于1S， ttdd和1, 1ttdd第46页/共77页47利用级数展定理为利用级数展定理为x1x1时时, , 则有则有xxxx32111tttntttndddddd22111100略去高次项则得略去高次项则得tntndd1100第47页/共77页() () 符合计数率在死时间内得损失符合计数率在死时间内得损失 nconco分分三种三种情况讨论引起符合的漏计数：情况讨论引起符合的漏计数： 第一种情况：第一种情况：当当 道正常计数，道正常计数， 道是死时间，则由道是死时间，则由于于t td d内

28、内 道无输出道无输出, ,造成符合道的漏计数为造成符合道的漏计数为ttntnnddcoco22应有的真符合计数率为应有的真符合计数率为实测的真符合计数率为实测的真符合计数率为则符合计数率在死时间内的损失为则符合计数率在死时间内的损失为第48页/共77页第二种情况第二种情况: :当当 道正常计数道正常计数, , 道是死时间道是死时间, ,则在则在t trdrd内内, ,由由于于 道无计数道无计数, ,造成符合道漏计数为造成符合道漏计数为tntnnrdcorrdco 22 第三种情况第三种情况: : 道和道和 道同时是死时间道同时是死时间, ,符合道漏计数取决符合道漏计数取决于于 和和 中比较短者

29、。一般中比较短者。一般tdtdntttncocoddd2222ttdd右边第三项为负是因为右边第三项为负是因为 道和道和 道同时是死时间造成的符合道同时是死时间造成的符合计数损失已分别包含在前两项中，所以应把它扣除，上式计数损失已分别包含在前两项中，所以应把它扣除，上式可变换为可变换为tttndddco11第49页/共77页 同样利用同样利用xxxx32111略去高次项得到略去高次项得到tttndddco1若若 tnnnnttdcocodd 100 第50页/共77页 综合考虑综合考虑偶然符合偶然符合及及死时间死时间两项修正，两项修正，可以得到可以得到源活度源活度.)2)(1()(1 nnnn

30、nnnnAscs 这样，只要测出这样，只要测出三道三道的的计数率计数率及它们的及它们的本底本底计数率计数率，并事先测定各道的，并事先测定各道的死时间死时间和和符合装置符合装置的分辨时间的分辨时间，就可以求出，就可以求出源的活度源的活度。其它校正因素还有：其它校正因素还有： 内转换电子修正；内转换电子修正； 探测器对探测器对 灵敏度修正；灵敏度修正； 探测器对探测器对 灵敏度修正；灵敏度修正； - 符合计数修正，等。符合计数修正，等。第51页/共77页4) 双双PMTPMT液体闪烁计数器液体闪烁计数器 特点：采用特点：采用符合方法符合方法，可以，可以降低光电降低光电倍增管的噪声倍增管的噪声，有利

31、于，有利于低能低能 粒子核素等粒子核素等的测量。的测量。第52页/共77页1. 1. 能量的测量能量的测量 凡是辐射粒子的凡是辐射粒子的能量测量能量测量，探测器都，探测器都必须工作于必须工作于脉冲工作状态脉冲工作状态(电压脉冲工作电压脉冲工作状态或电流脉冲工作状态均可状态或电流脉冲工作状态均可)。在电压。在电压工作状态时，脉冲幅度：工作状态时，脉冲幅度：0CeNh 为入射粒子在探测器为入射粒子在探测器灵敏体积内灵敏体积内产产生的生的信息载流子的数目信息载流子的数目。N第53页/共77页1) 能谱能谱但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即式中式中dN代表脉冲幅度落在代表

32、脉冲幅度落在hh+dh的脉冲数，的脉冲数，dN/dh表示输出脉冲幅度为表示输出脉冲幅度为h的的单位幅度间隔单位幅度间隔内的内的脉冲数脉冲数。由于由于统计涨落统计涨落，即使对同一能量的带电粒子，也，即使对同一能量的带电粒子，也会产生会产生不同幅度的脉冲不同幅度的脉冲，形成脉冲幅度分布。脉，形成脉冲幅度分布。脉冲幅度分布的冲幅度分布的中心值中心值对应对应某一入射粒子的能量某一入射粒子的能量。hdhdN/能谱的定义：能谱就是能谱的定义：能谱就是 的直方图。的直方图。EdEdN/实测多采用实测多采用多道脉冲幅度分析器多道脉冲幅度分析器，给出：，给出：)()(道址道址计数率计数率ixxyi第54页/共7

33、7页2) 谱仪的能量刻度和能量刻度曲线谱仪的能量刻度和能量刻度曲线 探测器输出探测器输出脉冲幅度脉冲幅度 与与入射粒子能量入射粒子能量E一般一般具有具有线性关系线性关系，这里的，这里的 指脉冲幅度分布的指脉冲幅度分布的中中心位置的幅度值心位置的幅度值。若输出脉冲幅度与入射粒子。若输出脉冲幅度与入射粒子能量具有良好的线性关系。则有：能量具有良好的线性关系。则有：hh21KhKE 而脉冲幅度分析器具有良好的线性，而脉冲幅度分析器具有良好的线性，hx 所以：所以：0)(ExGxE 增益，单位增益，单位为为KeV/ch零道址对应的粒子零道址对应的粒子能量，称为零截能量，称为零截第55页/共77页E与与

34、x的函数关系的函数关系E(x)，称为能谱仪的称为能谱仪的能量刻度能量刻度曲线曲线。借助于一组。借助于一组已知能量已知能量的辐射源进行的辐射源进行能量能量刻度刻度，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道址址x，纵坐标为入射粒子的能量，纵坐标为入射粒子的能量E。xE0EG1E2E3E1x2x3x第56页/共77页2. 2. 能谱的测定能谱的测定1) 能量分辨率能量分辨率以金硅面垒半导体探测器为例。以金硅面垒半导体探测器为例。232221EEEE 210Po的的E 5.3MeV， E15.8KeV%3 . 01098. 253008 .153 第57页/共77页2)

35、能谱仪的能量刻度能谱仪的能量刻度 在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行，才能确定，才能确定 粒子的能量。借助一组已知粒子的能量。借助一组已知能量的能量的 源进行能量刻度，得到一条能量刻度源进行能量刻度，得到一条能量刻度曲线。曲线。 根据脉冲幅度分布的根据脉冲幅度分布的中心位置道址中心位置道址求求出出 粒子的能量粒子的能量。 对于对于 粒子能谱的测量，要考虑到粒子能谱的测量，要考虑到 粒子与粒子与物质相互作用的特点物质相互作用的特点，并尽量选择，并尽量选择能量分辨率能量分辨率较好较好及及使用较方便使用较方便的探测器。的探测器。3) 探测器的选择探测器的选择 金硅面垒半

36、导体探测器；屏栅电离室；带金硅面垒半导体探测器；屏栅电离室；带窗的正比计数器等。窗的正比计数器等。第58页/共77页 由于由于 能谱是能谱是连续谱连续谱，仅存在，仅存在E max，给测量，给测量带来困难。带来困难。1）精确测定）精确测定 粒子能谱粒子能谱(如采用如采用磁谱仪磁谱仪)，用，用居居里描绘里描绘而求出而求出E max。也可用半导体探测器，。也可用半导体探测器，由于存在散射，会使谱形畸变，而影响测量结由于存在散射，会使谱形畸变，而影响测量结果。果。3. 3. 能谱的测定能谱的测定2）用）用吸收法吸收法测得测得 粒子的粒子的最大射程最大射程，再根据，再根据经经验公式验公式求得其求得其最大

37、能量最大能量。对。对 衰变伴有衰变伴有 射线发射线发射的样品，一般都通过射的样品，一般都通过 能谱的测量来确定核素能谱的测量来确定核素的含量。的含量。第59页/共77页1. 1. 单能单能 能谱的分析能谱的分析1) 单晶单晶 谱仪谱仪常用常用NaI(Tl)，Cs(Tl)，Ge(Li)，HPGe等探测器等探测器 主过程主过程：全能峰全能峰光电效应所有的累光电效应所有的累计效应；计效应；康普顿平台康普顿平台、边沿边沿及及多次康普顿散多次康普顿散射射；单、双逃逸峰单、双逃逸峰。2) 单能单能 射线的能谱射线的能谱 其他过程其他过程：和峰效应和峰效应；I(或或Ge)逃逸峰逃逸峰；边缘边缘效应效应(次电

38、子能量未完全损失在灵敏体积内次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。 屏蔽和结构材料对屏蔽和结构材料对 谱的影响谱的影响：散射散射及及反散射反散射峰峰；湮没峰湮没峰；特征特征X射线射线；轫致辐射轫致辐射。第60页/共77页3) 能量特征峰能量特征峰 从单能从单能 射线能谱中可以看出，射线能谱中可以看出，全能峰全能峰、单逃单逃逸峰逸峰、双逃逸峰双逃逸峰的的峰位所对应的能量峰位所对应的能量与与 射线的射线的能量能量都有确定的对应关系，称为都有确定的对应关系，称为特征峰特征峰。即：。即： EEf 全能峰全能峰KeVEEs511 单逃逸峰单逃逸峰KeVEEd1022 双逃逸峰双逃逸峰第61页/共77页(1

39、) 峰位和能量刻度峰位和能量刻度峰位峰位即特征峰的中心位置，代表即特征峰的中心位置，代表 射线的能量。射线的能量。能量刻度能量刻度：选一组能量已知的：选一组能量已知的 射线标准源，射线标准源，用用 谱仪得到特征峰的峰位与谱仪得到特征峰的峰位与 射线能量的关系，射线能量的关系，称为对该称为对该 谱仪的能量刻度。谱仪的能量刻度。(2) 峰宽与能量分辨率峰宽与能量分辨率峰函数峰函数：用高斯函数表示。：用高斯函数表示。222/)()()( piipeiyiy FWHM与与 的关系的关系： 355. 2 FWHM能量分辨率能量分辨率：%100 piFWHMhhEE 第62页/共77页(3) 源峰探测效率

40、源峰探测效率、峰面积峰面积、峰总比峰总比、峰康比峰康比源峰探测效率源峰探测效率(又称又称峰探测效率峰探测效率) sp峰面积峰面积 RLiipyNByNRLiip )1)(21 LRyyBRL或或峰总比：峰总比：谱的总面积谱的总面积特征峰面积特征峰面积 Tpf/峰康比：峰康比：康普顿平台的峰值康普顿平台的峰值全能峰的峰值全能峰的峰值 P闪烁探测器闪烁探测器半导体探测器半导体探测器第63页/共77页 能谱仪能量分辨率：能谱仪能量分辨率：55Fe 5.9keV137Cs 662keV60Co 1.33MeVSi(Li)4%正比计数器正比计数器17%NaI(Tl)80%7-8%5-6%Ge(Li)1.

41、3第64页/共77页2. 2. 谱仪装置谱仪装置1) 单晶单晶 谱仪。谱仪。探测器探测器放大器放大器多道分析器多道分析器计算机计算机高压高压第65页/共77页2) 全吸收反康普顿谱仪。全吸收反康普顿谱仪。主探测器主探测器符合环符合环前置放大前置放大反反符符合合带带门门控控的的多多道道前置放大前置放大控控制制信信号号测量信号测量信号第66页/共77页3) 康普顿谱仪康普顿谱仪(双晶谱仪双晶谱仪)。)cos1(120 cmhhheEhh 放大器放大器放大器放大器符合符合电路电路带带门门控控的的多多道道主探测器主探测器辅探测器辅探测器 h h测量信号测量信号门门控控信信号号第67页/共77页201(

42、1cos )ehEm ch 康普顿散射反冲电子能量：康普顿散射反冲电子能量：第68页/共77页4) 电子对谱仪电子对谱仪(三晶谱仪三晶谱仪)辅辅I辅辅II放大器放大器放大器放大器放大器放大器符符合合带带门门控控的的多多道道 e e测量信号测量信号门门控控信信号号第69页/共77页3. 3. 复杂复杂 谱的解析谱的解析1) 标准谱法标准谱法 假定：混合假定：混合 能谱是样品组成核素的标准能谱是样品组成核素的标准谱按各自强度的谱按各自强度的线性叠加线性叠加。必须保证：。必须保证：标准标准谱谱与与样品谱样品谱获取获取条件相同条件相同；谱仪响应不随计谱仪响应不随计数率而明显变化数率而明显变化。（1）剥谱法剥谱法（2）逆矩阵法逆矩阵法：样