放射性测量的技术

放射性测量的技术第1页/共59页第2章放射性测量技术测量内容：探测、分析、监测、剂量。探测器：射线信号电信号(电流、电压脉冲)

气体

电子—离子对气体探测器

电离

常用种类半导体

电子—空穴对半导体探测器

激发

闪烁体

荧光闪烁探测器第2页/共59页

§2.1概述

气体探测器

脉冲电离室电流、累计电荷种类正比计数器

G—M计数管

介质：隋性Ar气+(CH４)

第3页/共59页各种圆柱型和钟罩型G-M管第4页/共59页高压极收集极保护极高压负载电阻外壳灵敏体积绝缘子结构：平板型电离室第5页/共59页结构：圆柱型电离室第6页/共59页输出信号的物理过程以平行板电离室为例[结论]脉冲计数n正比于放射活度脉冲幅度正比于入射粒子的能量

V(t)t第7页/共59页各类气体探测器的工作特性区第8页/共59页各类气体探测器特性的对比探测器电离室正比计数器G—M计数管特性区电离室区正比区G—M区输出脉冲N0e/CMN0e/C等幅第9页/共59页

闪烁探测器

工作原理

工作过程：激发→荧光→光电子→光电倍增→电压脉冲

第10页/共59页闪烁体

利用射线的荧光效应将射线能转变为光能的物体。无机

含少量激活剂的无机盐。ZnS(Ag)，α强度。NaI(Tl),CsI(Tl),γ强度、能量。有机

芳香族化合物

晶体，蒽，发光标准。液体，β。塑料(苯乙稀加入POP、POPOP聚合的固溶体)，β。第11页/共59页各类闪烁体的发射光谱第12页/共59页各类闪烁体的物理特性第13页/共59页光电倍增管

结构与工作原理

光阴极

Cs3Sb,K2CsSb等,发射光电子。

倍增极

6-14个，二次电子发射。阳极收集倍增后的电子，在负载上形成电压脉冲。

光电倍增管兼有能量转换及放大作用。。

第14页/共59页光电倍增管第15页/共59页光谱响应光阴极在光照射下，发射光电子的概率是入射光波长的函数，称作“光谱响应”。在选用闪烁体时，应选用使二者匹配的闪烁体。第16页/共59页主要性能

光电量子转换效率

电子倍增系数,M～105—107

要求工作高压有较好稳定性。

暗电流无光照时自身产生的阳极电流，由热电子射、

漏电、光子和正离子反馈等引起。第17页/共59页使用注意事项1）避光使用；2）保持闪烁体与光电倍增管光学接触良好。第18页/共59页§2.2液闪计数器特点1.对软β探测效率高，4π测量及避免了射线的自吸收和吸收。2.溶纳样品较大,可测量强度较弱的样品。第19页/共59页液闪装置符合加法放大前置前置门控单道Ⅰ单道Ⅱ定标器液闪仪框图第20页/共59页双管符合电路

符合电路使暗电流本底降低104－１０5倍。

例:

τ＝１０-8s，,则偶然符合：第21页/共59页单道脉冲辐度分析器

甄别阈Vd

输入信号V＞Vd,才有出。反符合

因此，辐度分析器只能使V下＜V＜V上的脉冲通过。第22页/共59页闪烁液脂溶性甲苯，二甲苯主溶剂水溶性二氧环溶剂

组成助溶剂甲苯中加甲醇，表面活性剂，二六环加萘

主溶质PPO

溶质

助溶质

POPOP波长转换，增强匹配

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液闪过程的淬灭现象

淬灭

导致闪烁过程能量传递效率降低，使光输出减小，输出脉冲幅度降低，最终使探测效率降低的过程。

化学淬灭非荧光物质竞争激发能。

颜色淬灭有色物质吸收荧光。

光子淬灭非均相β发射体颗粒吸收β射线。第24页/共59页淬灭校正

内标准法

通过在样品中加入已知活度的标准源，由引起的附加计数，求仪器计数效率的校正法。

式中：第25页/共59页道比值法第26页/共59页

外标准法

第27页/共59页第28页/共59页淬灭校正过程第29页/共59页§2.3常用辐射防护监测仪器辐射报警仪用途辐射报警仪主要用于放射性工作场所放射性物质，包括放射源及可能的沾污源以及工作场所辐射水平预警测量。类型

使用比较普遍的一类报警仪是G-M计数管型报警仪，用于-辐射或辐射的测量。用辐射的一般为薄端窗式G-M管。

第30页/共59页InspecotrAlert手持式α、β、γ和辐射检测仪

本产品采用GM探测器，用以监测放射性工作场所和表面,实验室的工作台面、地板、墙壁、手、衣服、鞋的α、β、γ和X放射性污染计数测量以及环境剂量率，是一款性价比高的辐射测量仪器。第31页/共59页第32页/共59页第33页/共59页

技术性能与特点：

1.检测α、β、γ和X射线；

2.计数测量、总计数测量和剂量率测量；

3.最低响应能量：20Kev（γ射线），对Cs-137源为5.8Cps/μSv/h;探测下限：对I-125是0.02微居;

4.效率（4）：接触下：对Sr-90源约38%，C-14源约5.3%；P-32源约33%；Co-60源约3%5.G-M计数管,有效直径45mm,云母窗密度1.5-2.0mg/Cm³;

第34页/共59页

6.CPS：≤2500CPS范围时≤15%，在2500-5000CPS范围≤20%；

7.测量单位：该检测仪常用单位（mR/h或CPM）或SI单位（μSv/h或CPS)。

第35页/共59页

表面沾污仪

表面沾污仪主要是用来测量实验室台面，仪表等物体表面污染，以便发现并及时清除。表面沾污仪常用的探测器类型有G-M管，正比计数管和闪烁计数器等，其测量对象是表面污染面源粒子的表面出射率。第36页/共59页

仪器读数

直接测量的量为粒子的计数率n(cpm)，其与表面污染水平有如下关系：

其中,K称为刻度系数（也叫做总探测效率）。其意义是，对应每单位污染水平，仪器所测到的计数率。第37页/共59页

表面污染水平

所谓单位污染水平是指，每100厘米2的污染表面在单位时间内向上所出射的表面粒子数。刻度系数K与射线的探测效率及探测器端窗的面积大小等因素有关。第38页/共59页

仪器刻度过程

根据探测器端窗面积，选择相应几何形状的标准面源，核素应与实际污染源相同或射线能量相近。在确定的几何位置条件下，测量它所引起的计数率，然后按下式求得K值。第39页/共59页第40页/共59页

TBM-3S系列表面沾污仪

内置直径为2〞的扁平G-M管和扬声器，有3个量程，检测α、β和γ射线，读数为CPM（或mR/h）具有尺寸小、重量轻和面积大的特点，是监测工作台面或检查手掌、手指和衣服表面放射性污染的有效工具。第41页/共59页技术规格

开关：

OFF，电池测试，X100，X10，X1

量程：

3个量程，线性，0-500，0-5,000，0-50,000cpm（0-0.15，1.5，15mR/h）

灵敏度：

150cpm/µR/h（137Cs标准校正源）

第42页/共59页探测器

T-1190扁平GM管

窗直径：4.5cm窗厚度：1.5mg/cm2淬灭气体：卤素，长寿命管本底：典型值50cpm效率：本征效率为100％

第43页/共59页

个人计量计

佩戴在身体适当部位，用以测量个人所受外照射剂量的仪器叫做个人剂量计。主要有仪器型和固体剂量计型两类。第44页/共59页EPD个人剂量计γ、β和X辐射剂量当量Hp(10)、Hp(0.07)读数用电子个人剂量计；基于现代二极管探测技术的高度完备多功能个人辐射监测器；无与伦比的放射性能与先进的软硬件特色相结合，体积小、质量轻；标称使用能量范围：γ辐射15keV-10MeV，β粒子250keV-1.5MeV；直接读出ICRU定义的深部剂量Hp(10)和浅表剂量Hp(0.07)，单位为(Sv)或雷姆(rem)；可显示剂量和剂量率值，可设定剂量/剂量率测量阈值报警模式。第45页/共59页

热释光剂量片

固体剂量剂被广泛用于个人剂量监测，其中尤以热释光剂量计，如LiF(Mg,Ti)最广。其测量原理是，热释光固体元件受到辐射的照射后，其辐射能通过激发固体晶格中的电子，转变成电子的激发能同时被禁封在晶体中的陷阱中，此能量可以累加并保持一定时间，当用高温退火时，保持的激发能通过光辐射的形式发出，通过测量辐射光的强度就可确定热释光晶体所受照射剂量。第46页/共59页

发光机制

按照能带理论，晶体能级由两类能级构成：处于基态的已被电子占满的容许能带，称为满带；没有或尚未填满电子的容许能带，称为导带，二者被一定宽度的禁带隔开。晶体中的杂质原子或因原子或离子缺位和结构错位等造成的晶格缺陷处会形成局部电荷中心，其能吸引和束缚异电荷粒子。第47页/共59页在能带图上，相当于在禁带中形成了一些孤立能级。在靠近导带下面的局部能级，能吸引电子，称为电子陷阱；靠近满带上面的局部能级能吸附空穴，称为激活能级。在没有受到辐照时，电子陷阱是空着的，而激活能级是填满电子的。满带导带00-0禁带FH123第48页/共59页

当晶体因辐照被电离或激发时，满带中的电子因受激进入导带，同时产生一个空穴（过程1）,进入导带的电子因热扰动会很快被电子陷阱捕获，满带的空穴也会移入激活能级，分别形成所谓的F和H发光中心，并将辐射能量贮存起来。在常温下这些中心可以保存很久。当对晶体加热使其温度达到一定值时，F发光中心的电子获的能量重新进入导带并最终与H发光中心的空穴复合(过程3），在复合的过程中发出光，称为热释光。热释光放出的总光子数与发光中心退激的总电子数成正比，也即与吸收的辐射能量成正比。因此，测量一定温度范围退火温度下的总发光量就可确定吸收剂量。第49页/共59页

发光曲线

对照射后的热释光元件加热退火，发光强度与退火温度的关系称为热释光曲线。对于LiF(Mg,Ti)有如下图的形状。固体中的电子陷阱有深有浅，随加热温度的升高，电子先由较浅的陷阱放出，热释光由小到大达到一峰值后接着下降，直至这种陷阱中贮存的电子都释放出来，形成发光曲线的第一个峰。随后较深陷阱中的电子释放。第50页/共59页对同一种固体，发光曲线形状基本不变，但随加热速率稍有变化，加热越快，峰越高，相应的峰值温度也有变化。然而对于给辐照剂量，发光总额是不变的。通常采用两种测量方式，一种是测量主发光峰面积的积分测量法，另一种是测量主峰的光峰高法。第51页/共59页热释光强度

温度，0CLiF（Mg，Ti）热释光体的发光曲线第52页/共59页

测量装置

热光测量仪由加热的装置和光度计两部分组成。测量过程如下：用线性加热器使加热盘上的热光体受热放出可见光，光信号经光电倍增管转换为电流信号，进入电子学线路，最后由X-Y纪录仪自动画出热释光曲线，根据积分或光峰高