第4章 带电粒子测量方法

辐射探测技术基础成都理工大学核自院主讲教师:

杨佳《辐射探测技术基础》课程讲授的主要内容

本课程的理论学时24学时，主要讲授内容包括：放射性测量的基本知识（4学时）；射线与物质相互作用（4学时）；γ射线测量方法（3学时）；核辐射测量的统计误差和数据处理（4学时）；带电粒子测量方法（6学时）；核辐射测量单位及核辐射防护（3学时）；第四章带电粒子测量方法§4.1带电粒子测量的基本原理§4.2氡气测量方法第一节带电粒子测量的基本原理4.1.1核辐射探测对象4.1.2核辐射探测器概述4.1.3带电粒子的测量泛指核衰变或核裂变放出的粒子，和由加速器或核反应产生的各种粒子，包括α、3He、p、d、T、β、γ、X、n、重离子和裂片等。射线（核辐射）：核辐射粒子的基本性质1.0086650

n中子1.007276+1

p质子00

5.486×10-4

±1

e±

β

4.00279+24Heα质量(u)电荷(e)符号种类可见：射线的本质就是核辐射粒子4.1.1核辐射探测对象一、核辐射探测的主要对象带电粒子：重带电粒子（α粒子、裂变碎片）轻带电粒子（快电子，β粒子）非带电粒子：X、γ射线中子非带电粒子与物质作用时，先与物质相互作用产生带电的次级粒子后（如载能电子），由次级电子使物质原子电离间接致电离辐射。二、核辐射探测对象与物质发生相互作用的特点带电粒子与物质作用时，可直接发生电离作用（使物质原子电离，产生电子和正离子）称为（致）电离辐射或直接致电离辐射。4.1.2核辐射探测器概述一、核辐射探测器定义利用核辐射在气体、液体或固体中引起的电离、发光现象等物理、化学变化进行核辐射探测的元件称为核辐射探测器。将核辐射转变为电信号或可记录径迹的元件称为核辐射探测器。通过核辐射与物质相互作用提供有关核辐射信息并对其进行分析处理的实验仪器称为核辐射探测器。二、放射性测量装置的组成一台完整的放射性测量装置应包括两部分:第一部分是将射线的辐射能转变为电信号的能量转换器—辐射探测器或辐射探测元件；第二部分是各种特殊的电子线路，它是将灵敏的辐射探测器输出的信号经放大、鉴别、记录，进行对比测量，从而得到入射射线的计数率和能量分布等情况。三、核辐射探测器的分类按“利用核辐射与物质相互作用的不同过程”进行分类:

电离型核辐射探测器：基于核辐射在阻止介质中的电离效应—带电粒子在探测器中直接产生电离；γ射线、中子等不带电粒子则是先与物质相互作用产生带电的次级粒子后再在探测器中产生电离。电离型核辐射探测器包括：气体探测器（电离室、正比计数器、盖革计数器）、半导体探测器、云室、火花室和径迹探测器等。基于核辐射与物质相互作用使阻止介质的原子或分子激发、分解等作用构成的探测器：闪烁探测器：以闪烁晶体为探测介质，利用闪烁效应的闪烁探测器（当入射射线进入闪烁体，损失的能量使闪烁体的原子或分子激发；当被激发的原子或分子由受激态回复到基态时，将能量转换为波长更长的光辐射出来，即为可见的闪烁光）；原子核乳胶：带电粒子射入乳胶后，与乳胶的主要成分溴化银晶粒发生作用，不断损失能量，并使溴化银分解成溴原子和银原子。银原子汇集在一起形成可以显影的核心，即潜影。经化学显影处理后，还原的银颗粒就把带电粒子的径迹显示出来。可以认为：通过任何一种相互作用都有可能设计一种核辐射探测器。按“工作状态”进行分类:脉冲型核辐射探测器：平均电流型核辐射探测器：响应于单个核辐射粒子与介质的相互作用；输出的每个脉冲信号代表一个射线粒子与介质相互作用的结果；输出信号是大量射线粒子与探测器相互作用的平均效果，不企图区分单个射线粒子的效应；在核反应堆、核电站等核设施运行中，大量使用平均型探测器来监测、控制正常工作状态和核辐射剂量防护（如电流电离室，其输出电流强度正比于单位时间射入探测器的核辐射粒子数目）；按“功能”进行分类:计数器：能谱仪：位置灵敏探测器：时间探测器：提供入射核辐射粒子的数目，确定核辐射的有无及其强弱，它不能鉴别核辐射种类，也不能确定射线粒子的能量或能量分布。详细按能量将核辐射粒子进行分类，给出不同能量的核辐射粒子数目。给出核辐射的空间入射方向或空间位置分布的信息。给出核辐射到达或穿过探测器的时间信息或不同核辐射粒子间的时间顺序及关联信息。应用：在高能物理和中高能重离子核反应实验中，需要在计算机统一操纵下构成多探测器系统，提供有关一个物理事件的各种参量。4.1.3带电粒子的测量一、气体探测器对带电粒子测量常用的三类核辐射探测器：以气体为探测介质，利用电离作用的气体探测器；以闪烁晶体为探测介质，利用闪烁效应的闪烁探测器；以半导体为探测介质，利用电离作用的半导体探测器。气体电离探测器是早期应用最广的核辐射探测器，五十年代后逐渐被闪烁和半导体探测器代替，但至今在工业上仍广泛应用。其主要原因是：制备简单；成本低廉；较好的特性：低噪声、高能量分辨率。气体电离探测器是以气体作为带电粒子电离或激发的介质，在气体电离空间置有两个电极，外加电场并保持一定的电位差，当带电粒子穿过气体时与气体分子轨道上的电子发生碰撞，使气体分子产生电离而形成离子对，在电场中电子向正极移动，正离子向负极移动，最后分别到达两极而被收集起来。电子和正离子在电场中漂移过程中，在两极引起感生电荷量的变化，进而在电子线路回路上形成电压脉冲（瞬间电压变化）而由后续的电子仪器记录。气体中电子与离子的运动规律决定探测器的基本特性。气体探测器通常包括三类处于不同工作状态的探测器：电离室、正比室（正比计数器）和雪崩室（盖格-米勒计数管，G-M计数管）。它们的共同特点是通过收集射线穿过工作气体时产生的电子-正离子对来获得核辐射的信息。（一）气体电离探测器的工作原理1、气体的电离1）带电的入射粒子通过气体；2）粒子与气体分子轨道电子发生碰撞，引发电离或激发；3）在通过的径迹上生成大量离子对。总电离=初电离+次级电离初电离（直接电离）：入射粒子直接产生的电离次（级）电离：初电离产生的次级粒子如果能量较大，与气体分子产生的电离。一般多为电子，称为δ电子平均电离能(W)：入射粒子在气体中产生一对离子所需的平均能量。约为30eV>最低电离点位总电离离子对数N与入射粒子在气体中损失的总能量E成正比关系：电离碰撞中被激发的原子，即受激原子有三种退激方式：1）辐射光子：光子可能在周围介质中打出光电子，或被某些气体分子吸收而使分子解离（在受激后10-9s内完成）；2）俄歇效应：发射俄歇电子，内层电子的空穴被外层电子填充，伴随发射特征X射线（在受激后10-9s内完成）；3）亚稳原子：只能与其它粒子发生非弹性碰撞才能退激，这种原子的寿命较长，约10-2~10-4s。2、电子和正离子在气体中的运动在气体中，电离后生成的电子和离子的运动：1）杂乱无章的热运动；②从密度大向密度小的空间扩散，温度越高，气压越低，扩散系数越大。3）吸附：电子与气体分子碰撞时，可能被捕获而形成负离子。4）复合：电子和正离子碰撞或负离子和正离子碰撞可复合成中性原子或中性分子，前者称电子复合，后者称离子复合。离子复合几率比电子大几个量级。电子被捕获形成负离子的结果使漂移速度大大地减慢，从而增加了复合损失。2）两种定向运动：①漂移。沿电场方向漂移，一方面与气体碰撞损失能量，另一方面从电场获得能量；3、离子的收集和外加电压关系气体探测器利用收集射线在气体中产生的电离电荷来探测入射粒子。当一个射线粒子进入灵敏体积内，由于与工作气体分子作用产生电子离子对数目N，在收集电场作用下，正离子和电子分别向内壁和中心丝运动。当RC时间常量比电荷收集时间长得多的条件下，收集全部离子对数目随所加工作电压V的变化曲线如下图所示（曲线分为6个区域）：

第Ⅰ区：收集的离子对数目（电离电流）随收集电压增大而增加。表明在Ⅰ区域内收集电压还不够高，射线粒子在工作气体中产生的电子-正离子对由于复合损失而未被完全收集。第Ⅱ区：称饱和区或电离室区。在Ⅱ区，收集电压实现了对射线粒子在工作气体中产生离子对的完全收集（设离子对数目为N0）。因而，在一定的电压变化范围内，收集离子对数目不随工作电压而变化，电离室就工作在这个区域。外加电压与电离电流曲线（图中两条曲线分别代表具有不同比电离的α粒子和β粒子）第Ⅲ区：称为正比区。继续增加工作电压，收集到的离子对数目又会重新随V增加而增大，且仍保持与射线粒子在工作气体中产生的初始离子对数目N0成正比（离子对数目为N=MN0，M称为气体放大倍数），因此称为正比区。外加电压与电离电流曲线第Ⅳ区：称为有限正比区。收集到的离子对数目N与初始离子对数目N0不再保持正比关系，而是满足：第V区：称为G-M区或盖革区。在这个区域内，收集的离子对数目根本与射线粒子在工作气体中产生的初始离子对数目无关，即使在工作气体中只产生一对离子对，收集的离子对数目也是很大的，其数值完全由气体探测器本身的特性及相随电子学电路来决定。第Ⅵ区：称为连续放电区。当外加电压继续增高，即达到连续放电区，只要电离开始就连续放电不止。（二）电离室1、电离室结构电离室的主体由两个处于不同电位的电极组成，电极之间用绝缘体隔开，并密封于充一定气体的容器内。典型结构如下：高压极(K)：正高压或负高压；收集极(C)：与测量仪器相联的电极，处于与地接近的电位；保护极(G)：又称保护环，处于与收集极相同的电位；负载电阻(RL)：电流流过时形成电压信号。平行板型电离室圆柱型电离室平行板型电离室2、电离室的分类1）脉冲电离室，记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。2）电流电离室和累计电离室，分别记录大量辐射粒子平均效应和累计效应，主要用于测量X、γ、β和中子的照射量率或通量、剂量或剂量率，它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。3、电离室脉冲形成入射粒子引起电离，产生电子和正离子(离子对)

。在电场作用下，分别朝着正、负电极漂移，因而电极上的感生电荷随之而变。当高压电极保持固定电位时，则收集极的电位将随着电子和正离子的漂移而变化。

脉冲的形成始于两电极上感生的电荷发生变化（即始于离子对生成，终于离子对全部被收集），不能以为脉冲是由电子和离子被收集到电极上才形成的。这是不符合实际的，却又是常有的错误概念。脉冲始于离子对的形成，终于离子对全部到达电极，时间以毫秒计。所以，一入射粒子进入电离室，收集极就出现一个电压脉冲。当离子对全部到达电极，此时的电压脉冲值为：电子漂移速度~106cm/s，正离子~103cm/s。设T-和T+分别代表收集电子和正离子所需的时间，所以脉冲的快成分是电子的贡献（电子全部被收集的过程）；慢成分是正离子的贡献（正离子全部被收集的过程）。⑴离子脉冲电离室离子脉冲电离室的工作条件为RC>>T+，其中：RL：负载电阻；Ri：放大器的输入电阻；Ci：放大器的输入电容；C0：电离室电容；C’：杂散电容理解：电流脉冲先给电容C充电，在充电过程中，因RC很大使在R上流过的电荷可忽略。当t=T+时，充电达最大值。当t>T+后，充电停止，C上的电荷通过R放电，电压VC(t)按指数规律下降。

离子脉冲电离室可用来测量带电粒子的能量，特别是重带电粒子（如α粒子）。缺点：脉冲延续时间太长（~ms），当计数率大于102cps时，脉冲可能发生重叠。当t<T+时，脉冲是上升阶段，当t=T+时，脉冲达到最大值，随后，按时间常数为RC的指数规律下降。在此条件下，Vc(t)波形为：因而，脉冲宽度为RC的量级（10-4~10-5s），最大幅度决定于，但与离子对产生的地点有关。所以，电子脉冲电离室虽可获得更高的计数率，但不能用于分析带电粒子的能量。电子脉冲电离室的工作条件为T-<RC<T+，在t<=T-时间内，电子电流脉冲Ic(t)在C上充电至，而在t>T-以后就以时间常数RC放电。可认为电子已被收集而正离子几乎还没动。⑵电子脉冲电离室

屏栅电离室克服了电子脉冲电离室的脉冲幅度与电离产生地点有关的缺点，使脉冲高度正比于原始电离电荷，而不再与产生位置有关。改进：结论：脉冲的变化率取决于漂移速度。脉冲前沿主要是电子脉冲的贡献，但脉冲幅度与电离产生的地点有关。至于脉冲最终达到的最大幅度只决定于原电离的离子对总数，而与电离产生的地点无关。认为电子脉冲和离子脉冲的贡献是各占一半的概念也是错误的。RC是电路的时间衰减常数，其大小直接影响脉冲幅度和形状，因而影响电离室的性能。电离室工作在饱和区，此时，没有电离离子数的放大存在。4、讨论电离室的大小和形状，壁厚和电极的材料、充气成分、电压强度等，根据辐射的性质、实验的要求而确定。对重带电粒子可测量能量（FWHM≈1%），对X、β、γ与中子主要是测量其通量（粒子注量率），强度和剂量（率）。测量γ射线时，则要求电离室具有较厚的室壁，以阻隔住β射线、X射线等。用于α粒子测量时，要求电离室的容积要大，充较高气压的气体。电离室气体探测器的探测效率较低。（三）正比计数器1、正比计数器的结构为获得好的能量分辨率，大多数采用圆筒形、鼓形结构，以便有均匀的电场分布，可使射线入射窗作得很大。阳极丝加正高压，金属壳为阴极，面对入射窗设置一个出射窗，好让未被气体吸收的光子穿出。正比计数器是一种充气型辐射探测器，工作在气体电离放电伏安特性曲线的正比区。2、正比计数器的工作原理在正比区，M与射线离子的原始比电离无关，只决定与工作电压，收集的总电量MQ仍保持着与射线粒子在灵敏体积内产生的总离子对数目成正比。气体探测器工作于正比区，因为工作电压足够高，在中心丝阳极附近出现了高电场，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增（雪崩现象）。所以最后收集到的离子对总电荷量不再等于射线粒子产生的原始电荷量Q，收集的总电量变为MQ，M称为气体放大倍数（可高达104）。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度V∞将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即处于这种工作状态下的气体探测器就是正比计数器。使气体原子电离＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－－－初级射线高压气体放大机制：即满足收集到的离子对数目N与射线离子在工作气体中产生的初始离子对数目N0成正比：N=MN0广泛应用于正比计数器的电极结构：设圆柱形计数管的阳极半径为a，电位为Vc；阴极半径为b，电位为Vk；外加工作电压，则沿着径向位置为r的电场强度为:

E(r)随距中心丝距离减小而急剧增强。原始电离的自由电子当漂移至中心丝阳极附近时就会引发气体放大。由于电子具有高迁移率且就在中心丝周围，所以被很快收集，随后正离子开始向阴极运动，在中心丝阳极上感应出电荷，选取RC<<T+（正离子收集时间），所以正比室的输出脉冲窄且其幅度正比于电离辐射在工作气体中产生的原电离而与产生位置无关，特别适合测量低电离辐射粒子的能量（如β粒子、软X射线），且可忍受较高的计数率。3、讨论1）工作在正比区，有气体放大效应，输出信号幅度较电离室大；2）输出信号幅度尚与充气气压有关。3）采用不同的结构，充不同的气体，可以设计出测量不同射线：α、β、γ、X、n的正比计数管。例如：充BF3—测量中子；4）可以进行能量与强度测量（即能注量率和粒子注量率的测量）。

探测中子的本质是探测中子与原子核的相互作用中产生的次级带电粒子。探测中子的4种基本方法：核反应法、核反冲法、核裂变法和核活化法。

10B(n,α)7Li反应是目前应用最广泛的，主要原因是硼材料容易获得，气态可选用BF3气体。

核反应法：由于中子核反应所产生的带电粒子与中子和靶核的作用截面以及中子注量率成正比，即，所以通过测得带电粒子在探测器中产生的脉冲数可求出中子注量率。主要用来探测慢中子注量率。（四）G-M计数器1、G-M计数器的结构圆柱形计数管为圆柱形玻璃外壁，内衬一金属圆筒或涂一层导电物质（Hg或ZnCl2）作为阴极。计数管内沿轴心穿一根细钨丝作为阳极。钟罩形计数管外观象一个扣着的钟罩，供射线进入的底窗是云母片制成的。G-M计数管内充工作气体：惰性气体（氩、氖、氮）；猝灭气体（乙醇、二乙醚、溴、氯等）。2、G-M计数器的工作原理惰性气体的作用是射线照射后引起气体的电离，产生放电。猝灭气体的作用是防止计数管在一次放电之后，发生连续放电。1）射线进入计数管内，引起管内惰性气体电离，形成正负离子对。在电场作用下，正离子向负极，电子向正极移动。射线引起的电离称为原电离。2）当电子靠近阳极电场强度越大，受到作用也大，运动速率加快，又碰撞到阳极附近的惰性气体分子引起次级电离。多次的新的次级电离，使得阳极附近在极短时间内，产生大量次级电子，这种现象称为雪崩。3）沿整个阳极金属线引起雪崩的结果，大量的电子跑到阳极上，阳极产生放电，产生脉冲电压，记录即可检测粒子的数目。4）惰性气体正离子这时在阳极丝周围形成正离子鞘。5）惰性气体正离子与猝灭气体发生电子交换，恢复成中性。猝灭气体正离子移动到阴极通过解离（分解成小分子）释放能量，抑制连续放电。3、讨论1）工作在GM计数区，有很大的气体放大效应，输出信号幅度较正比计数器大；2）输出信号幅度尚与充气气压有关。3）采用不同的结构，充不同的气体，可以设计出测量不同射线：α、β、γ、X的G-M计数管。4）只能进行粒子的强度测量。即只能用作计数（测粒子注量）、显示有无射线进入探测器，根本无法分辨射线的种类和能量。二、闪烁探测器核辐射与物质相互作用会使阻止介质原子或分子被激发，当其退激的过程中，将把从辐射粒子处获得的能量以一定波长的光的形式释放出来，这种光的波长属于可见光波长范围，称为闪烁光。闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。1、闪烁探测器的结构闪烁探测器是由闪烁体、光学收集系统和光电转换器件组成。

闪烁晶体，如：NaI(Tl)晶体、BGO（锗酸铋，Bi4Ge3O12）晶体、CsI(Tl)晶体、ZnS(Ag)、蒽、塑料、液体闪烁体等。其中，NaI(Tl)晶体应用最为广泛。有常用的标准探测器，还有根据用户具体应用而设计的特殊探测器。

光学收集系统，包括：反射层、光学耦合剂、光导。

光电转换器件，如：光电倍增管（PMT或GDB）、光电二极管，及所需的电子学电路组成。NaI(Tl)BGOBaF2塑料闪烁体CsI(Tl)闪烁晶体几种主要闪烁体介绍：

NaI(Tl)晶体：Z较大、易潮解、易碎裂、温度稳定要求高，与PMT的光谱匹配好，FWHM优于8%

主要用于探测低能γ射线和X射线。

CsI(Tl)晶体：

不潮解，密度和Z比NaI(Tl)大，机械强度大，温度稳定性好，贵。对重带电粒子阻止本领高，便于在高能γ辐射本底下测量α及低能X射线等。对α粒子的发光效率很高，早期常作为α闪烁谱仪的闪烁晶体。对210Po的5.3MeV的α粒子，能量分辨率优于4%。

ZnS(Ag)闪烁体：多晶粉末，易塑性，Z较大，半透明，发光效率极高，对重带电粒子阻止本领很大。对γ射线极不灵敏。很适合于在β、γ本底场中测量重带电粒子α、p等。缺点：由于透明度和能量分辨率较差，不能用来测量α能量，只能作α强度测量。

BGO（锗酸铋，Bi4Ge3O12）晶体：

Z较大、不潮解、透明度高，与PMT的光谱匹配好。对低能X射线和高能γ有特别高的探测效率。

主要用于探测低能X射线和高能γ射线或电子。液体闪烁体：塑料闪烁体：

用发光物质溶于有机溶液内制成。优点：发光衰减时间短(毫微秒数量级)、透明度好、容易制备、成本较低、Z小、易塑性、体积不受限。

主要用于测量中子及β射线，在某些弱放射性或液态样品的测量中也广泛采用。掺Gd(gá)的液体闪烁体

特点：制作简便、发光衰减时间短(1~3ns)、透明度高、光传输性能好、性能稳定、机械强度高。

可测量α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片等。光电倍增管（PMT）：结构：由光阴极K、阳极A、倍增级（通常为12~14级）以及高压（HV）组成。作用：将闪烁体发出的闪烁光转换成光电子，并进行倍增。工作原理：PMT通常工作在1000~2500V的高压下，光阴极最低，阳极最高。每个相邻倍增极间分别有100~200V电位差，通过分压电阻向各倍增极提供电压。闪烁体发出的光子通过光导照射到光阴极K上，通过光电效应产生光电子发射。在电场加速下，光电子打在倍增极上，通过电离引起倍增极的二次电子发射。每个电子能从倍增极上打出3~6个次级电子，倍增极使电子再次加速倍增，电子流逐渐升高，最后到达阳极的电子流增益在105~106数量级。PMT把阴极的光电流放大几万~几百万倍。2、闪烁探测器的工作原理

⑴射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；

⑵受激原子、分子退激时发射荧光光子；

⑶利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；

⑷光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号；

⑸电信号由电子仪器记录和分析。输出信号幅度V与入射粒子能量E的关系：1200V入射射线EV输出端电信号NaI(Tl)PMT

脉冲信号产生率∝单位时间进入探测器射线数通过分辨信号幅度，可以分辨射线能量；通过测量脉冲信号数，可以测定射线强弱。ZnSαNaIγ3、闪烁探测器测量射线信号的基本特征典型的闪烁探测器测量的137Cs的γ射线谱线184KeV（反散射峰）三、半导体探测器1、半导体探测器的结构及工作原理半导体探测器（semiconductordetector）是以半导体材料为探测介质的辐射探测器。最通用的半导体材料是锗和硅。PN结型面垒型固体半导体探测器可看作固体电离室，即“填充”半导体晶体（而不是气体）作介质的电离室。因此其工作原理与电离室相同（通过电离将入射射线转换成电信号）。半导体探测器有两个电极，加有一定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，即产生电子-空穴对。在两极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂移运动，收集电极上会感应出电荷，从而在外电路形成信号脉冲。由于固体半导体探测器阻止本领比电离室中所充气体的大好几倍。产生一个电子-空穴对所需的平均能量，硅为3.6eV，锗为2.8eV。而在气体中产生一对离子对，需要电离能量36.5eV左右。闪烁探测器产生一个光电子需100eV。射线消耗相同能量，在半导体探测器中产生的电子-空穴对数要多得多，因而形成脉冲幅度的相对涨落要小得多，所以半导体探测器的能量分辨率好得多。PN结型面垒型2、常用的半导体探测器金硅面垒型半导体探测器：金硅面垒探测器，由于耗尽层厚度较薄，主要用于探测带电重粒子(如α、P等)，亦可用作能谱测量，探测效率近于100％。也可用于β射线测量，对γ射线不灵敏。金硅面垒探测器属于PN结型半导体探测器，以N型硅单晶作基片。基片经酸处理后形成一氧化层，氧化层具有P型硅特性，氧化层构成PN结耗尽层为金硅面垒探测器的灵敏区。在氧化层上镀一层金膜(约10nm厚)。下图为使用不同孔径滤膜采集的空气样品，用金硅面垒探测器测得的214Po（7.687MeV）和218Po（6.002MeV）的α能量谱。根据α能谱仪测得的能量峰，可以确定样品中的不同核素，以及各单个核素的活度水平。cpm:countsperminute仪器常用单位：金硅面垒探测器测量的α能谱

HPGe（高纯锗）半导体探测器：

HPGe灵敏区的厚度与材料的电阻的平方根成正比，所以高纯度的Ge的探测灵敏区厚度可达10mm，一般有平面型和同轴型两种。常温时Ge的禁带太小（且同轴型结电容较大），因此必须在低温下工作。主要测量γ射线和X射线。3、半导体探测器的特点主要优点：能量分辨率高（优于正比计数器、闪烁计数器）。例如：金硅面垒探测器对241Am的5.486MeV的α射线峰的线宽度达10.8KeV。线性范围宽。在很大能量范围内，探测器的输出幅度与所测射线的能量都精确地成正比。主要缺点：受强辐照后性能变坏，输出脉冲幅度小，性能随温度变化较大等。脉冲上升时间较短，可用于快速测量；窗可以做得很薄，可测量低能X射线；结构简单，体积小，重量轻，不用很高电压，适合空间环境的严格要求。典型的α粒子探测器：闪烁体：ZnS、无屏蔽层无机闪烁体探测器半导体：金硅面垒探测器、HPGe、PIN气体电离探测器：电离室、正比管、G-M计数管典型的β粒子探测器：闪烁体：蒽、萘、有机玻璃等有机闪烁体探测器气体电离探测器：G-M管、正比管第二节氡气测量方法同时，可利用氡气的一些性质，广泛应用于铀矿资源勘查、石油天然气勘查、裂隙基岩地下水资源勘查、地质构造勘查、地震预报、地质灾害探测、环境监测等领域

。随着人类对氡认识的深入，氡是人类健康危害最大的天然核素，据统计研究表明，室内氡气污染是仅次于吸烟导致肺癌的第二大诱因。自世界卫生组织公布为19个致癌因素之一以来，其在辐射环境研究中倍受重视。目前对天然放射性核素衰变产生的α射线测量主要应用于氡气测量。§4.2.1氡的常规测量方法§4.2.2氡的累积测量方法§4.2.3测氡仪的标定4.2.1氡的常规测量方法在铀系中222Rn及其子体218Po、214Po和210Po都是强α辐射体，占铀系α辐射体能量的57.1%，是测氡方法的主要辐射体。214Pb和214Bi是主要的γ辐射体。测量α射线的方法有：瞬时测氡法，径迹蚀刻法，α聚集器方法，钋-210法，以及半导体α仪方法和液体闪烁测量方法等。α和γ射线兼用的方法有：活性炭吸附器测量法和热释光测量方法等。

测量土壤中氡和测量空气中氡，由于目的要求不同，在技术方法上也有所不同。一、瞬时土壤氡测量方法瞬时氡测量方法或称微分氡测量方法，又叫常规氡测量方法，区别于20世纪70年代发展起来的多种累积测氡方法。这是一种最早用于土壤氡测量的方法。（一）土壤测氡仪简介FD-3017型测氡仪的特点：探测器不受氡子体的污染，也不受钍射气的干扰。适于现场快速获得测量结果，探测灵敏度高，操作简便。

近年来从国外进口多种类型的测氡仪，如RAD7测氡仪。1985年国产的FD-3017型测氡仪，是通过测量222Rn衰变产生的218Po来测氡的浓度，可用于测量土壤、水的氡的浓度。由于FD-3017型测氡仪是目前我国应用最广、性能最好的测量氡子体218Po的仪器。因此，着重介绍该仪器。1、FD-3017型测氡仪的工作原理

经过一段时间加电压收集后，取出金属片放入到操作台的探测器内测量218Po的α放射性，其活度将与氡浓度成正比。

FD-3017型测氡仪由测量操作台、抽气泵和取样（氡）器三部分组成。抽气泵除了完成抽取地下气体或水样脱气任务外，还将起到贮存收集氡子体的功能。当氡气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变，并产生子体—218Po(RaA)，它在初始形成的瞬间是带正电的离子，FD-3017型测氡仪就是利用它的带电特性，采用加电场的方式对它进行收集，使218Po离子在电场作用下被浓集在带负高压的金属(Ni)收集片上。可见：①即使抽入的气样中含有Tn等其它气体（如土壤气样），但由于仪器只将Rn产生的子体218Po收集至金属片上。因此探测器不会受储气筒内Rn的其它子体污染，也不受钍射气Tn的干扰。探测灵敏度高。②因为仪器不受钍射气Tn的干扰无法在野外条件下直接确定铀钍性质。2、FD-3017型测氡仪的结构通过插入土壤中的取样器，使用抽气泵，抽取土壤(或水)中的氡气。先经过干燥器脱除水气，使干燥氡气进入储气筒内，利用加负高压的金属片收集氡第一代衰变子体218Po(RaA)。抽气后静置10~20s，2min后将沉积有218Po的金属片，放置到金硅面垒半导体探测器位置，测量α射线的放射性活度浓度(Bq/L)。表FD-3017型测氡仪测量土壤气和水中气采用的两种时间FD-3017型测氡仪的原理结构如图所示。采用的是金硅面垒半导体探测器。由于输出脉冲信号幅度很小，随后需要一个灵敏放大器。在线性放大器之后，采用的是单道脉冲幅度分析器。其主要用途是去除幅度较小的噪声脉冲；同时去除214Po高能α射线(E平均加权=7.687MeV)产生的影响，只记录218Po的α信号(E平均加权=6.002MeV)。通过计数换算显示出土壤(或水)中氡浓度(Bq/L)值。仪器使用的金硅面垒探测器直径为26mm，面积531mm2。仪器保证在-10~+40℃环境温度下工作。最小探测限为0.37Bq/L；对239Puα源探测效率≥40%；本底计数≤4/h。3、其它测氡仪简介RAD7测氡仪：可连续氡监测也可抽吸测氡的手提式测氡仪原理：测量氡子体218Po产生的α射线特点：配置相应探头可测空气、土壤、水中的氡；内置气泵，可充电电池，红外接口HP打印机；容易操作使用，微电脑指示操作步骤测量范围：3.7Bq/m3~740000Bq/m3

RAD7测氡仪（美国产）（二）工作方法和技术土壤氡测量常用的是浅孔氡气测量，一般土壤层厚度不超过5m时，取样孔深80cm左右。当土壤层较厚(5m<h≤

10m)，需进行深孔氡气测量，取样孔深达到2m或更深一些。若用人力打深孔，效率很低，可借助各种轻便机械（如麻花钻）打孔，打孔深度可达10m以上。1、常用的工作方法

浅孔氡气测量：

深孔氡气测量：另有一种叫氡气测井，孔深数米或10m左右。

氡气测井：氡气测井是用来探查钻孔周围未被揭穿的矿体。由于γ射线很快被岩石所吸收，故当γ测井效果不好时，氡气测井有时可能测到明显异常。

在干孔的条件下，一般是沿钻孔每隔1m左右，用上下两头有鼓气泡的专门取样器从钻孔中取出气体样品，然后用氡气仪进行测量。

孔中有水时，一般不宜逐段进行测量，而是采用封孔测量。2、野外氡气测量的工作程序进行野外氡气测量的一般程序如下：①用铁锤和六棱钢钎打好取样孔，打孔后立即插入取样器，将取样器在靠近地表处周围用土壤封紧，防止大气窜入孔中稀释氡浓度，影响测量效果。②用橡皮管或其它低吸附氡的管子，连接取样器和仪器，并使仪器处于工作状态。

④抽气完毕，稍停片刻(10~20s)，或按预定的工作方法进行读数。并将测量结果记入野外记录本。

③用抽气筒（或其它工具）抽气，对于每个地区和不同取样器来说，抽气次数应通过试验确定（一般抽5~6次）。一般将读数不改变时的最少抽气次数作为最佳抽气次数。

⑥测量过程中若发现异常，应立即进行氡气异常的现场评价工作。

⑤测量结束后取出取样器，排除探测器中的氡气，作下一点测量的准备工作。在野外工作期间，每日出工前需对测氡仪进行例行检查；仪器稳定性检验是每日出工前和收工后用工作标准源（α源）检测。每次计数与标准计数的相对误差应≤±10%。

如果使用FD-3017型仪器，只测222Rn，则野外氡气测量的程序如下：①先用铁锤和六棱钢钎，在测点处土壤层打孔。然后取出钢钎，插入取样器，周围用土壤封紧以免进入空气。②用橡皮管连接取样器和仪器（如右图所示），放入探测片(收集片，注意：收集片上有记号的面朝上，光面向下)，打开仪器，抽取地下气样，等待一定时间（2min），使218Po在带负高压的探测片上沉积。③将探测片取出，放入测量仪的探测器室，进行测量(注意：把收集子体的光面朝上)。该仪器使用的是金硅面垒半导体探测器，测量218Po的α射线(6.002MeV)的计数率；也可以调节阈值测量其他能量的α射线。二、空气中氡浓度测量方法连续测量空气中氡浓度，近年来发展很快。目前使用的连续氡浓度测量仪主要有三种类型：闪烁室、半导体探测器和脉冲电离室。1027型连续测氡仪

（美国产）1027型连续测氡仪：采用专利扩散结光电二极管传感器测量氡气浓度。主要应用于工业、建筑业、环保、实验室、居室、办公室各大院校等领域的现场测试氡含量。测量范围：0.1~999pCi/L(3.7~37000Bq/m3)

1pCi/L=37Bq/m3

在我国目前最常用的是闪烁室法和双滤膜法。（一）闪烁室法1、闪烁室的结构及类型闪烁室用有机玻璃制成，外有硬铝壳密闭，有圆柱形和球形。闪烁室内有隔膜，目的在于增加ZnS(Ag)的面积，提高探测效率。球形闪烁室圆柱形闪烁室闪烁室内壁涂有ZnS(Ag)闪烁体，容积范围：0.15L~0.5L。闪烁室与光电倍增管相接，组成探测器。2、闪烁室法测氡的程序测量程序如下(以真空法为例)：我国常用的闪烁室测氡仪有FD-124型和FD-3016型Rn、Tn测量仪。测量氡浓度，可采用真空法或循环法；但在取气嘴之前应接干燥剂管，使采样气体先行干燥。①引入氡气样之前先测量本底计数；②将闪烁室抽成真空(达到1.333kPa)。应注意的是：每次测量，保持一致，都要抽到同一真空度；③可直接采集空气样(对土壤气体也可直接取样；但如果取水样，则应控制进气速度,直到液体不冒泡为止)；④关闭阀门，封闭闪烁室，放置3h

后开始测量(在该时间段，Rn与其短寿子体基本达到平衡)。用下式计算氡浓度NRn(Bq/m3)：式中：ks为刻度系数，通过标准样品测量对仪器标定求出；nRn为累积3h后测量的计数率，cpm；n底为本底计数率，cpm；V为取样器体积，m3；t为样品累积时间，h。若为气体样品,可以不考虑Rn的累积因子。（二）双滤膜法1、双滤膜法的测氡原理双滤膜法是20世纪70年代兴起的测氡方法。双滤膜金属管两端各一个滤膜。抽气时一端为进气口滤膜，可以滤去气体中已有的氡子体。纯氡进入管内产生新的子体(主要是218Po)，其中一部分子体被出口滤膜接收。(氡在管内迁移过程中产生新子体，由于扩散作用，一部分在管壁上沉淀，只有一部分到达出口滤膜。)这些新子体的增长，遵守固有的累积和衰减规律，所以通过测量出口滤膜上的α放射性活度，可计算氡的浓度。2、双滤膜法测氡的程序先安放好滤膜，连接抽气系统，流速q，取气时间t。抽气结束后，取出口滤膜进行α测量。用下式计算氡的浓度NRn(Bq/m3)：式中：n出、n底—出口滤膜α射线计数率和本底计数率(cps)；V—双滤膜管的容积，L；Ft—滤膜包括自吸收修正在内的过滤率；ε—探测效率；Ff—新生子体到达出口滤膜的份额(与新生子体的扩散系数、管长、气体流速有关，查表可得)；B—与抽气时间t以及抽气时间间隔(T1~T2)有关的参数，可查表得到。（三）气球法排气过程中，出口滤膜上收集到一部分新生子体，测量出口滤膜上的α活度来计算氡的浓度。气球法，实质上是双滤膜法的变种。它将双滤膜管改为一个球，气体入口和出口为同一通道。抽气泵开动，充气过程中：入口滤膜只让氡气(纯氡)进入气球，在气球内产生新的子体。用下式计算氡的浓度NRn(Bq/m3)：式中：kp—仪器刻度系数；nRn—出口滤膜α射线计数率；n底—本底计数率。气球法使用方便，是目前矿井和环境测量中常用的方法。4.2.2氡的累积测量方法一、固体径迹探测器方法径迹蚀刻测量，也称α径迹测量，它是采用一种固体塑料薄膜（以玻璃、云母和各种塑料片最为普遍）作为探测器，称为固体径迹探测器（SSNTD），这种探测器只对α粒子灵敏，对γ射线不灵敏。固体径迹探测原理：具有一定动能的重带电粒子，在射入某些绝缘固体物质中时，它们在所经过的路程上使绝缘固体出现辐射损伤，留下微小的痕迹。以辐射损伤为探测对象，采用化学蚀刻方法将辐射损伤扩大到光学显微镜可以观察的尺寸来加以记录。磷灰石中的不完整径迹照片云母记录的裂变径迹照片作为α径迹探测器(ATD—AlphaTrackDetectors)，常用的高分子聚合物主要有：醋酸纤维(CA)和硝酸纤维(CN)，以及聚碳酸酯等。（一）α径迹测量土壤氡的操作程序

α径迹蚀刻测量应用在地质条件对成矿有利，地面有浮土覆盖的地区。根据需要布置好测线和测点。工作方法如下：

⑵将探测装置埋入地下：在测点挖埋杯探坑，如右图所示。一般深度40cm，将探杯倒扣坑中，用塑料袋装土将探杯压紧，盖上填土，在地表插上标志。

⑴准备探测装置（探测器及探杯）：将α径迹探测片，切成一定形状，一般取0.8cm×1.5cm，将探测片固定在探杯(T-702型)内的支架上，并在径迹片和杯上统一编号。探坑埋杯示意图

⑷化学蚀刻液的配制与蚀刻，受α辐射过的探测器进行化学处理，各种探测器有一定差别：

⑶埋杯采样时间：使探测器接受α辐射，一般为20d左右（20d的密封时间，氡的积累量达到了与母体镭处于放射性平衡量的96%，）。①对硝酸纤维，用6~7mol/L的NaOH或KOH，在恒温50℃左右，浸泡30min即可。②对醋酸纤维，需要在上述化学蚀刻液中按100ml加1~3g的KMnO4的比例，制成蚀刻液，蚀刻时保持60℃恒温，浸泡30min。③对聚碳酸酯，需要先将化学纯的KOH用蒸馏水配制成5.7mol/L的溶液，再取KOH(5.7mol/L)与乙醇(C2H5OH)按体积比1:2制成化学蚀刻液。将聚碳酸酯片放入保持60℃恒温，30min取出，用清水冲洗晾干。注：在一个工作区工作时，浅坑深度、埋片时间等条件应尽量保持一致，避免人为因素的影响。

⑸确定径迹密度：用一般光学显微镜观察，探测器上径迹密度（劳动强度大，速度慢）；或用径迹扫描仪计数径迹密度（减轻劳动强度，提高效率）。

⑹平均氡浓度的计算：平均氡浓度NRn可用下式计算：式中：nRn—探测片上每cm2净计数（净径迹密度），单位：径迹数/cm2；t—布放探测器时间（暴露时间），单位：h；ks—刻度系数。④CR-39片，蚀刻液用KOH制成6.5mol/L。保持恒温70℃，放置10h后取出，用清水冲洗晾干。（二）α径迹测量空气中氡浓度的程序如果进行室内氡测量，采样器应悬挂在天花板上，距天花板不得小于20cm，周围20cm之内不得有其他物体。根据测量结果和仪器的刻度系数（对较长时期内测量空气中氡浓度，一般将径迹片布放3个月时间），可以根据下式计算平均氡浓度：选一个塑料制成的采样盒，直径60mm，高30mm，如右图所示,内面底部放置三个采样片，用不干胶固定住。采样盒口用滤膜封住，放在采样位置。式中各参数含义同上。二、α聚集器方法218Po(RaA)是铀系列中222Rn通过α衰变后的第一代产物，半衰期为3.05min。氡测量中有不少方法是通过测量218Po(RaA)来达到测氡的目的的。将此α辐射体218Po(RaA)沉积在一个金属（或塑料）薄皮上，再用α测量仪测量薄片上α粒子的活度。实验证明，α活度与土壤（或空气）中222Rn浓度成正比。此薄片称α聚集器。

α聚集器方法包括：α卡测量法（天然α卡测量、带电α卡测量和静电α卡法）、α膜测量法（亦称氡膜法或α收集膜法）、α管测量法（亦称氡管法）、

218Po(RaA)测量法（亦可称带电瞬时α卡测量）等多种收集α辐射体探测器的总称。（一）α卡测量方法实质：利用一种薄膜材料（即α卡）在土壤层的浅孔中收集氡衰变后产生的子代产物，然后再用仪器测量收集在薄膜上的氡的子代产物的α放射性。该方法是一种累积测氡的深部找铀矿方法。

特点：α卡的材质，可以是金属片(银、铜或铝片)，也可是塑料片。探测片(α卡)可重复使用(测量后残留在探测片上的氡子体可在5h内衰变完，因此用后5h可再使用)。卡片面积，一般取为3.8cm×4.5cm。

α卡的活度用专用的α仪来测定：常用的测量仪有CD-1，CD-2型α卡仪和FD-3012型α卡仪，以及其他α测量仪均可使用。1、方法的实质及特点2、方法的测量程序α卡测量方法，目前主要用于土壤氡测量。其采样方法的操作程序与α径迹相似，步骤如下：④若时间允许最好12h后再取出测量(Rn的短寿α子体和Tn的α子体均达到完全平衡)；若时间紧，可3h后取出（实验表明：与12h相比，其收集到的α活度结果很接近），测量α卡上沉积218Po的α粒子活度。①先将α卡片预先放置在专门使用的T-702型探杯内的支架上固定好，并在卡片与探杯上编号。②在测点处挖埋卡采样坑，坑深20cm；③将杯倒置坑中，上面用塑料膜封盖，如右图所示，再用土壤压紧；探坑埋杯示意图3、带电α卡测量和静电α卡测量在自然条件下，Rn及其子体很快与空气中水汽等颗粒物结合成气溶胶，会影响天然α卡收集氡子体的效率。为提高探测效率提出了带电α卡测量方法：即在埋卡的同时，给金属α卡片上接上负300V电压。使用一段时间之后，感到很不方便进一步提出了静电α卡测量方法：即乙烯塑料薄片，通过摩擦带负电。只要使用一种简便的充电设备，在埋杯之前，先使卡片充电达-600V~-800V，使其带静电。实验证明：带电α卡和静电α卡，相对于不带电的α卡，可提高探测灵度2.5倍左右。对于探测低氡异常体是比较有用的。（二）α管测量方法此方法与α膜方法类似，目的在于加大采样探测卡的面积。利用一根导气管插入土壤层浅孔中，管的尾端有一个直径较大的收集室，其中放有收集膜(与α膜相同)，土壤层中的氡通过导气管进入收集室中，氡衰变时产生的氡子体被收集在收集膜上，经过一定的收集时间（通常为12h）后，从收集室中取出收集膜，并立即将其放入射气仪的闪烁室中测量收集膜的α活度。1、方法原理及特点：方法原理：α管装置及透明聚酯收集膜有许多小的通气孔仪器所测量的氡子体与α卡法测量的完全一样，不同之处为：方法特点：α管法所用的收集膜比α卡法的面积大得多；α管法所用的探测器是射气仪的闪烁室，而α卡的α活度是用专用的α仪来测定的；α管法直接的测量深度（打孔眼一般深70~80cm）比α卡法（30cm）大一半以上；α管法采用有一定长度的导管插入测孔中收集氡（子体），可消除Tn的干扰，因为Tn的半衰期短（54.3s），它一般不能通过导管而达到收集室；α管法所收集和测量的是固态产物（氡子体）而不是氡本身，而且是把氡子体收集在收集膜上，因此对闪烁室无污染。3、方法的优缺点及注意事项方法的优缺点：优点：加大了α收集器的面积，提高了探测效率；加大了采样深度，对探测深部氡源比较有利。缺点：装置笨重；使用不便：每个测点必须使用一个氡管，虽灵敏度高，但在野外使用不太方便，且成本高；若只有一个氡管，测量进度又太慢。2、方法的测量程序采样时，在测点上，先用钢钎打孔深70~80cm，插入特制采样器（即右图所示）；周围压实土壤，以免进入空气。各测点的氡管埋深应保持一致。累积采样10~12h（最好埋设12h，可保证氡及其子体达到完全平衡），取出后用RM-1003射气仪测量α粒子活度。（三）α膜测量方法采用比α卡面积大25倍的16cm×8cm的透明塑料膜代替α卡，放入特制的圆柱形探杯周围；埋入采样坑中，3h或12h后取出；反转放入RM-1003型射气仪的闪烁探测室，进行α粒子活度测量，其计数率比一般α卡增大10倍。为克服α管法的缺点，又能提高探测灵敏度用大面积收集膜代替小面积的α卡α膜法：（四）218Po法218Po法也是一种α卡测量方法，或者说是一种带静电α膜方法。将内装α膜的探杯，埋入测点之前，用充电器使α膜充电达-1000V静电；埋入坑中5~8min即取出，测量α粒子活度。由于收集时间短，膜上沉积的只是218Po，所以叫218Po法，工作效率较高。三、钋-210测量方法1、方法原理210Po方法的物理基础：210Po测量的实质：通过测量土壤（岩石、水及其沉积物，甚至空气等）中210Po的含量（通过α放射性活度换算）来达到找矿或解决其它领域中某些问题的目的的一组方法。238U的放射性衰变中唯一的气体产物、能够通过岩层向地表扩散迁移的222Rn，它衰变后会产生210Po。210Po在常温、常压下是固体，而且在所有放射性核素中210Po最易形成胶体，极易吸附在尘埃、沉淀物的表面。一旦形成，基本上不再离开岩层、裂隙、破碎带以及这些地质构造上方的土壤中，这是找矿的重要条件。又因210Po具有足够强的α放射性，因此成为确定地下铀矿和裂隙断层、破碎带的重要方法。⑵取土样4g，置于100mL烧杯中；加入0.5g抗坏血酸和一片直径d=16mm的铜片；再加入20ml，3mol/L盐酸溶液；放入恒温摇床振荡箱，在40℃下振荡3h，或在60℃下振荡2.5h。在这期间铜片上的铜与钋发生置换反应，钋沉浸在铜片的表面。然后取出铜片，洗净晾干。2、具体操作程序⑴根据测网，在每点20~40cm深处取土样50g。⑶为了消除218Po的影响，将铜片放置30min()后，等218Po衰变完后进行测量，以避免218Po的干扰。用α辐射仪，测量铜片α粒子活度，每个样品测量时间一般为10min。活度低的可延长至30min或1h，甚至更长。如果需要测量水中210Po，一般都要经过浓缩处理。一般取水样5L经蒸发、浓缩，然后进行上述操作。四、活性炭吸附器(ROAC)方法

活性炭：用含炭物质为主的物质做原料，含有少量的氧、氢、硫等核素及水分和灰分，经高温加工制成的疏水性固体吸附剂。特性：活性炭微细的孔隙丰富，比表面积大（700~1600m2/g），是氡的强吸附剂，在很大容量范围内呈线性关系。（一）活性炭测氡法的原理测量的对象主要是氡子体衰变的α粒子、β射线或γ射线，或者其中某一能谱线的能量。活性炭吸附氡后，可在野外现场测量，也可在室内测量。20世纪60年代初，瑞典用活性炭吸附氡，测量子体214Bi的β射线(最大能量3.28MeV)，寻找铀矿。1977年美国用活性炭法找铀矿，测量的是214Bi的γ射线0.609MeV能量峰的净峰面积，计算氡的浓度。（二）测量土壤氡的操作程序⑴按一定的测网挖坑，坑深约50cm；⑵取直径3cm左右的塑料瓶(编号)，先装活性炭4~5cm厚(~10g)；上面装干燥剂(如硅胶)至瓶口，既去湿，也可以去除Tn的影响；用纱布封口，扎紧，装入探杯内，埋于采样坑中(如图所示)；⑶一般埋置4~7d为宜，使Rn与子体达到平衡。取出后即刻密封，以防止已被吸附的氡解吸；⑷在实验室（或在现场），用带有γ探测器和铅室的定标器测量活性炭吸附器的γ射线照射量率（或计数率）：在铅室内，进行γ射线总量测量；或用高分辨半导体探测器的多道γ能谱仪选择适当的单能量峰进行测量，一般可选0.609MeV(214Bi)，或0.352MeV(214Pb)。计算净峰面积，用来计算氡的平均浓度。探坑埋杯示意图（三）测量空气氡的操作程序活性炭装置，放在待测位置，空气中氡扩散进入活性炭床被吸附，同时衰变产生的新子体，也沉积在活性炭床内。用多道γ能谱仪测量炭床氡子体产生的γ射线单能峰或能量峰群的净峰面积，可以算出空气中氡的浓度。操作程序如下：⑴将选用的活性炭放入烘箱，在120℃下烘烤5~6h，取出后放入磨口瓶中密封保存待用。⑵准备好采样盒，一般为塑料或金属制成，直径6~10cm，高3~5cm，内装25~200g烘烤后的活性炭(专用的采样盒为直径8cm，高2.4cm，内装50g活性炭。上有圆形金属过滤器孔径56μm)，上面覆盖滤膜，称量总重量。⑶样品盒放置在采样点，放在距地面50cm以上的地方(架子上)，面朝上放置，上面20cm范围内不得有其他物品，放置2~7d。收回时，立即封好，防止氡再沉积。⑸将活性炭盒放入铅室，用半导体探测器的多道γ能谱仪，测量单能峰(0.609MeV或0.352MeV)或峰群，计算净峰面积，用下式计算空气中平均氡浓度NRn。⑷放置3h后测量（Rn与其短寿子体基本达到平衡），此时，再称重量与前者（采样前称重）相比，计算水的含量。式中：Ap—采样1h的响应系数，Bq·m-3/cpm，即仪器刻度系数；nγ—特征能量峰的净计数，cpm；kw—水分校正因子(实验求得)；t1—采样时间，h；b—累积指数(实验求得，一般为0.48)；t2—采样终止到测量开始时间，h。4.2.3测氡仪的标定

无论是测量土壤氡或水中氡或空气中氡，很少用到绝对测量，绝大多数都是相对测量。

要使仪器读数值变为氡浓度值，需要确定测量仪的每个读数值相当于氡的浓度值。因此需要在测量条件一致的情况下，对仪器进行标定。

如果两者（仪器读数值与氡浓度值）是线性关系，可以确定出一个换算系数。标定的作用：氡气测量系统或称测氡探测器（含瞬时测量和累积测量）的标定：标定的步骤：

①将一已知浓度的氡气引入装探测器的容器内（如闪烁室、电离室、径迹探杯、活性炭吸附器等）；

②然后，按照一定规则进行测量，求出测量系统的读数与氡浓度之间的关系，即标定系数，或称换算系数（刻度系数、校正系数）等。已知浓度的氡气(Rn)，可以由液体镭源、固体镭源或氡室给出。测氡仪的标定方法：循环法、真空法、自由扩散法。标定的方法：

循环法一般用于野外工作标定常规氡测量仪器；

真空法大都用于室内氡测量仪器和测水中氡仪器的标定；

自由扩散法一般用于α径迹蚀刻测量用探测器、α卡探测器及α硅探测器等累积法测氡仪的标定。探测器标定时取得的标定系数是相应于一定条件下的标定系数，标定的条件改变，得到的标定系数也会有变化。这部分内容详见教材P137本章

结束

谢谢！思考题：1、对气体电离探测器，说明电离室的工作原理、并分别说明离子脉冲电离室、电子脉冲电离室、屏栅电离室能够用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因，它们各有哪些缺点存在？2、说明正比计数器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？3、说明G-M计数器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？4、说明闪烁探测器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？5、说明半导体探测器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率），与气体探测器和闪烁探测器相比，它的主要优缺点有哪些？8、请简述采用α径迹测量土壤氡的操作程序。9、简述采用210Po法测量土壤氡浓度的操作程序。10、测氡仪有哪三种常用的标定方法，简述各种标定方法的适用条件。6、请简述采用FD-3017型测氡仪进行野外土壤氡气测量的工作程序。7、请简述气球法测空气中氡浓度的原理。1、对气体电离探测器，说明电离室的工作原理、并分别说明离子脉冲电离室、电子脉冲电离室、屏栅电离室能够用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因，它们各有哪些缺点存在？气体探测器利用收集射线在气体中产生的电离电荷来探测入射粒子。电离室工作在气体电离放电伏安曲线的饱和区。入射粒子在灵敏体积内引起工作气体分子的电离，产生电子和正离子(离子对)。在电场作用下，分别朝着正、负电极漂移，因而电极上的感生电荷随之而变。当高压电极保持固定电位时，则收集极的电位将随着电子和正离子的漂移而变化。当离子对全部到达电极，此时的电压脉冲值为。可见，电压脉冲的个数能够反映入射粒子的个数；电压脉冲的幅度V饱和能够反映入射粒子的能量E。离子脉冲电离室的工作条件为时间常数RC>>收集正离子所需的时间T+，当t<T+时，脉冲是上升阶段，当t=T+时，脉冲达到最大值，随后，按时间常数为RC的指数规律下降。因此，离子脉冲电离室可用来测量带电粒子的能量，特别是重带电粒子（如α粒子）。即可测量入射粒子的能注量率和粒子注量率。缺点：脉冲延续时间太长（~ms），当计数率大于102cps时，脉冲可能发生重叠。因而，脉冲宽度为RC的量级（10-4~10-5s），最大幅度决定于，但与离子对产生的地点有关。所以，电子脉冲电离室的缺点是不能用于分析带电粒子的能量(不能测量能注量率)，可用于测入射粒子的粒子注量率，并可获得更高的计数率。屏栅电离室克服了电子脉冲电离室的脉冲幅度与电离产生地点有关的缺点，使脉冲高度正比于原始电离电荷，而不再与产生位置有关。因此可用于测入射粒子的粒子注量率和能注量率。电子脉冲电离室的工作条件为T-（收集电子所需时间）<RC<T+（收集正离子所需时间），在t<=T-时间内，电子电流脉冲Ic(t)在C上充电至，而在t>T-以后就以时间常数RC放电。可认为电子已被收集而正离子几乎还没动。

正比计数器是一种充气型辐射探测器，工作在气体电离放电伏安特性曲线的正比区。因为工作电压足够高，在中心丝阳极附近出现了高电场，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增（雪崩现象）。所以最后收集到的离子对总电荷量不再等于射线粒子产生的原始电荷量Q，收集的总电量变为MQ，M称为气体放大倍数（可高达104）。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度V∞将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即在正比区，M与射线离子