核辐射探测复习资料(卢秉祯版)

核辐射探测第一章核辐射及其探测原理1.1核辐射根本特性辐射和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。辐射长度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：当电子电离损失率与辐射损失率一样时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光子间接进行的。1.3X和射线的探测原理：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：光子与轨道电子相互作用使得光子只改变方向而不损失能量。外层电子发生概率大。中能中Z电子对效应：光子与原子核发生电磁相互作用，光子消失而产生一个电子和一个正电子〔电子对〕的现象。且要原子核参加。高能高Z1.4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光子；2.利用这些带电粒子或光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。方法：1：中子与核反响放出带电粒子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根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：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。常见的电离室结构主要由两个处于不同电位的电极和保护环等组成。保护环的作用：主要使收集级边缘的电极保持均匀，使电离室有确定的灵敏体积，也可使高压电极的漏电流不通过集电极。几种常用脉冲电离室：1.粒子脉冲电离室；2.电子脉冲电离室；3.裂变电离室。4.屏栅电离室:在平行板电离室的高压电极K和收集级A之间放置一个金属网状屏栅电极G，如果K,G之间的距离大于入射粒子射程，入射粒子电离限制在高压电极K和屏栅电极G之间，由于G的静电屏蔽作用，只有电子穿过G极才产生脉冲，正离子不穿过G极。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：2.3正比计数管利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应放大，对直接电离效应放大倍数称为气体放大倍数A，属非自持放电的气体探测器。光子反响：次电子可以在电场的加速发生电离碰撞。正比计数器输出信号主要由正离子漂移奉献，全部输出信号均为正离子由阳极外表向阴极漂移而在外回路流过的感应电荷。电压脉冲信号与输出回路时间常数有光，与入射粒子位置无光。当电子到达距丝极一定距离之后，通过碰撞电离过程。电子数目不断增殖，这一过程称为气体放大过程，也叫电子雪崩。2.4G-M计数管一种利用自持放电的气体电离探测器：灵敏度高，输出电荷量大，死时间长，输出脉冲幅度与入射粒子类型和能量无光。仅能用于计数。放电过程：1.初始电离及碰撞电离过程；2.放电传播；3.正电子鞘向阴极漂移过程：形成“离子电流”，是输出脉冲主要奉献；4.正离子在阴极外表的电荷中和过程。在工作气体中参加少量有机气体〔多原子分子气体，又称淬熄气体〕的G-M管具有自熄能力。真实计数率n记录到的计数率死时间2.5放射性活度小立体角法立体角修正因子：r：准直孔半径h：源到准直孔距离第3章闪烁探测器利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器，可用来测量入射粒子能量。其工作过程为：1.辐射射入闪烁体使其原子电离或激发，受激原子退激而发出可见光波段的荧光。2.荧光光子被收集到光电倍增管的光阴极，通过光电效应打出光电子。3.电子运动并倍增，并在阳极输出回路输出信号。3.1.闪烁体分类：无机闪烁体，有机闪烁体，气体闪烁体激发态原子3种退激方式：1.电子从激发态立即跳回基态，发射出光子；2.电子把激发能转换为晶格的振动〔热运动〕而到达价带，并不发射光子，称为“淬灭过程”。3.激发态是亚稳态。发光效率：闪烁体将吸收的射线能量转化为光的比例。：闪烁体放射光子总能量E：入射粒子损耗在闪烁体中的能量光能产额：为产生的闪烁光子总数。闪烁体发光的过程包括闪烁的上升和衰减两个过程。其中，发光强度下降到最大值1/e的时间叫发光衰减时间。光衰减长度：光子数衰减到1/e是光子在闪烁体中通过的路程。标志闪烁体所能用的最大尺度。源峰效率：常用闪烁体：NaI(Tl)：发光效率高，易潮解，适宜射线测量。能量分辨率正比。ZnS(Ag)：透明度差，薄层，测粒子。3.2光电倍增管当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔绝时，其阳极仍能输出电流〔暗电流〕及脉冲信号〔噪声〕。形成原因：1.光阴极的热电子发射；2.剩余气体电离-离子反响；剩余气体的激发-光子反响；3.工艺—尖端放电及漏电。3.3.闪烁探测器输出信号闪烁探测器输出脉冲信号的电荷量Q是与入射粒子在闪烁体内耗损的能量成正比。3.4单晶闪烁谱仪射线与物质作用方式：光电效应；康普顿散射；电子对效应。原理：辐射入射到闪烁体，通过光电效应，康普顿散射和电子对效应产生次级电子，使闪烁体中原子电离和激发而产生荧光，由光电倍增管变成电脉冲信号，其幅度正比于次级电子能量。鉴别中子和射线的n,甄别方法：闪烁探测器脉冲形状；比拟法。3.5特殊谱仪的原理全吸收反符合谱仪：当主晶体单独有输出，该输出才被记录和分析；而当两个晶体同时有输出，就用外围晶体的输出通过反符合阻止主晶体输出记录和分析。康普顿谱仪:对康普顿反冲电子和散射到一定角度的光子进行符合测量，从而得出反冲到一定方向的反冲电子的能量。电子对谱仪：仅当光子在中心探测器发生电子对效应并且产生两个湮灭光子分别被两侧探测器记录时，中心探测器才输出，即双逃逸峰脉冲。第4章半导体探测器4.1半导体根本性质半导体探测器特点：1.能量分辨率高；2.射线探测效率较高。常用半导体探测器：P-N结型；锂漂移型；高纯锗半导体分为：本征半导体和杂质半导体。由于热运动而产生的载流子浓度称为本征载流子浓度。载流子寿命：载流子在俘获前，在晶体中自由运动的时间。高的电阻率和长的载流子寿命是组成半导体探测器的关键。4.2P-N结半导体探测器种类：面垒型；扩散型；离子注入型。工作原理：由于P-N结区载流子很小，电阻率很高，当探测器加上方向电压后，电压几乎完全加在结区，在结区形成强电场，但几乎没有电流通过。入射粒子进入结区后，通过与半导体相互作用，损失能量产生电子-空穴对。在外加电场作用下，电子和空穴分别向两级漂移，在输出回路中形成信号。特征参数：结区厚度：灵敏区厚度探测器窗度：入射粒子进入探测器的灵敏区之前通过的非灵敏区厚度能量分辨率影响因素:1.电子对-空穴对数的统计涨落2.核散射效应3.探测器噪声4.空气和窗吸收影响4.3锂漂移半导体探测器探测效率：4.4高纯锗半导体探测器按结构分类：平面型和同轴型影响能量分辨率因素：1，载流子对数目的统计涨落；2.探测器中载流子的复合和俘获；3.探测器和电子学系统的噪声。4.5半导体探测器应用金硅面垒探测器是重带电粒子能谱测量的理想探测器，可作为透射探测器通过测量入射粒子能量损失来识别粒子种类。金硅面垒谱仪测量对象：,p等重带电粒子。HPGe探测器能量分辨率好，常用于分析复杂能谱。Si(Li)X射线能谱仪：优点：较低噪声水平，较薄入射窗，较好能量分辨率可探测低能量X射线。名词解释：光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。康普顿效应：光子与轨道电子相互作用使得光子只改变方向而不损失能量。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。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。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。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。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。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。截面：单位面积单位时间粒子与靶核发生相互作用的概率。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。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。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。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。碘逃逸峰：当r射线在NaI(Tl)晶体外表发生光电效应时，碘的KaX射线很容易逃逸出晶体，形成一个碘逃逸峰。〔28.61KeV〕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。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。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。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：探测效率：仪器谱：能谱：记录粒子能量和单位能量间隔内计数的谱。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。逃逸峰：假设高能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。特征峰：假设光电效应发生在外表，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。总效率：全谱内的计数与源发射的γ光子数之比。峰总比：全能峰内的计数与全谱内的计数之比。峰康比：全能峰中心道最大计数与康普顿连续谱平坦局部内平均计数之比。源效率：记录到的脉冲数与源发射的γ光子数之比。源峰效率：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，假设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。玻尔兹曼常数：8.31/6.02×=1.38×J/K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。假设电子获得的能量较少，缺乏以克服原子的束缚，只是从较低能量状态上升到较高能量状态，那么原子被激发。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。假设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，那么原子失去电子成为正离子，即原子被电离。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。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。分辨时间：计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔。渡越时间：光子到达光阴级的瞬间至阳极输出脉冲到达某一指定值之间的时间间隔。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：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。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。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。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。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〕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。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。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。电离室一般用来探测带电粒子射线的能量和强度。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。Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、带电粒子射线的强度。Ｇ-Ｍ计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的种类无关。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。Si(Li)半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度。HPGe半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度。对高能γ射线的探测效率那么主要取决于探测器的有效体积。对低能γ射线的探测效率那么主要取决于探测器材料的有效原子系数。Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与入射射线的能量无关。带电粒子的能量损失率又叫物质的阻止本领。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。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。电离室按工作方式可分为脉冲电离室和累积电离室。典型的气体探测器有电离室、正比计数管、G—M计数管。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)放射性活度的测量方法一般有绝对测量法和相对测量法。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〕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。进行放射性测量中，样品计数率的大小为100cps,假设要求计数率的相对统计误差不大于1%，那么最短测量时间应为100s。重带电粒子的能量损失率与物质的原子序数和材料有关。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。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：当电子电离损失率与辐射损失率一样时在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。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)探测器对一个入射粒子的相应是一个电流脉冲。G-M计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的能量无关。电子脉冲电离室输出回路的时间常数为<<RC<<。用涂铀电离室探测中子是通过核裂变方法间接探测中子。带电粒子的能量损失率又叫物质的阻止本领。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。正电子与电子相遇会发生湮没而放出湮没光子。电离室按工作方式可分为脉冲电离室和累积电离室。正比计数器雪崩通常发生在阳极丝附近。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)光电倍增管一般由光阴级、倍增极和阳极组成。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。进行放射性测量中，测得的总计数N为4000，那么计数率的相对统计误差为1.58％。σ=重带电粒子的能量损失率与物质的原子序数和材料有关。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。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。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)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)。放射性活度的测量方法一般有相对测量法和绝对测量法。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=离子脉冲电离室输出回路的时间常数为。用涂铀电离室探测中子是通过核裂变方法间接探测中子。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。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。正电子与负电子相遇会发生湮没而放出湮没γ光子。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。坪特性是衡量计数管质量好坏的主要参量。电离室按工作方式分为脉冲电离室和累积电离室。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。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。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。2MeV的γ射线穿过3mm厚的物质后，其能量为2MeV。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。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。具体如以下图所示。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〕ⅤG-M区〔1分〕注：1〕有限区的0.5分简答题：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。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。中子与原子核相互作用的方式有哪几种？答：〔1〕中子与核反响放出带电粒子；〔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。离子脉冲电离室和电子脉冲电离室的主要差异是什么？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<<RC<<，可获得较高的计数率，但不能精确的测量粒子的能量。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，因此电场的加速缺乏以使它与气体发生电离碰撞。而电子那么不然，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。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、密度及发光效率均低于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。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。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那么优于前者。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简述小立体角法测量β放射性活度需考虑哪些修正因子。答：9个修正因子。画出金硅面垒型重带电粒子能谱仪的原理框图，用示意图表示抽真空前后对测量α能谱的影响。说明在多晶谱仪中能增强全能峰的几种方法。画出鉴别重带电粒子类型的△E探测器工作原理框图并解释。闪烁探测器测量γ射线的能谱，反射峰是什么原因造成的？简述反符合康普顿谱仪的工作原理和画出框图。简述中子的探测方法及各种方法的根本原理。答：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光子；2.利用这些带电粒子或光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。方法：1：中子与核反响放出带电粒子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。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射线的根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〕，荧光光子到达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射线的根本原理。注：按步骤给分。简述正比计数器的工作机制〔原理〕。简述屏栅电离室的工作原理及电极上的感应电荷变化过程。试粗略计算6.0MeV的α粒子在电离室和金硅面垒半导体探测器中产生的初始电离(离子对数目)，并以此说明金硅面垒半导体探测器能量分辨率比正比计数管高的原因。简述核辐射探测器探测效率曲线的一般特征。以表格方式比拟气体探测器、闪烁计数器、半导体探测器的主要特性、特点(着重比拟探测器效率、能量分辨率、价格、用途及使用中的考前须知等)。NaI闪烁伽玛探头的根本构成及其工作过程。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；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。PN结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？〔5分〕答：由于输出电压脉冲幅度h与结电容Cd有关〔1分〕，而结电容随偏压〔2分〕而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证C入>>Cd，〔2分〕而C入是十分稳定的，从而大大减小了Cd变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。注〕1所有讲述半导体探测器原理得1分。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，试用公式解释？〔5分〕答案要点：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：〔1分〕〔1分〕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〕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：核反冲法〔1分〕核反响法〔1分〕、活化法〔1分〕、核裂变法〔1分〕试证明光子的光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。〔5分〕证明：假设光电效应只与自由电子发生相互作用，那么应该满足动量和能量守恒定理。假设何光子能量Eγ=hυ〔得1分〕,动量Pγ=hυ/c〔得1分〕；根据相互作用满足能量守恒定理，那么电子能量Eβ=hυ=mc2〔得1分〕，电子动量Pβ=〔hυ/c2〕×v〔得1分〕；由于电子速度小于光子速度，所以Pβ＜Pγ〔得1分〕，动量不守恒所以得证γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。利用误差传递公式假设对某放射性样品重复测量K次，每次测量时间t相同，测得的计数为N1、N2，…Nk,试证明计数率平均值的统计误差为：证明：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：典型的气体探测器有〔1〕电离室〔得1分〕〔2〕正比计数管〔得1分〕〔3〕G-M计数管〔得1分〕脉冲幅度：〔1〕电离室：〔得1分〕〔2〕正比计数管：〔得0.5分〕〔3〕G-M计数管最大脉冲幅度一样〔得0.5分〕简述闪烁体探测器探测γ射线的根本原理。〔5分〕答：γ射线的根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〕，荧光光子到达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〕，这就是烁体探测器探测γ射线的根本原理。注：按步骤给分。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)能量分辨率最正确；〔1分〕(2)射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。〔1分〕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〕，辐射能量损失率与物质的原子Z2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。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〔1分〕、中子的辐射俘获〔1分〕、中子核反响〔1分〕、中子裂变反响〔1分〕试证明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。答：对光子能量；〔1分〕动量。〔1分〕由能量守恒，有〔1分〕所以〔1分〕由此得到电子对的总动量〔1分〕可见，，过剩的动量必须由原子核带走。计算题：用Ge(Li)探头测量的射线，由于电子空穴对的统计涨落引起的能量展宽是多少?F=0.13,=2.96eV。质子在某介质中的电离损失率为，求相同能量的粒子的电离损失率。死时间分别为20和100的探测器A和B，假设B探测器的死时间漏计数率是A探测器死时间漏计数率的两倍，求应测的计数率是多少？本底计数是100，样品计数是1440，求净计数的值、其标准偏差和相对标准偏差。用NaI(T1)晶体测3MeV射线能谱时，可以看到的峰有几个，并计算相应的能量，画出能谱图。能量为1.5MeV的γ放射源放在铅容器里，为了平安，必须使容器外的强度减小为原来的1/2000,试求容器壁至少需多厚。Z=82Pbρ=11.34g/cm3质量线性吸收系数Eγ=1Mev0.0703Eγ=1.5Mev0.0517Eγ=2.0Mev0.0453为了探测α粒子，有两种探测器可以选择，一种的本底为7计数/min,效率为0.02;另一种的本底为3计数/min,效率为0.016,对于低水平测量工作，应选用哪一种探测器更好些。活度为的14C射线源〔射线的平均能量为50keV〕置于充Ar的4电离室内，假设全部粒子的能量都消耗在电离室内，求饱和电流是多少？〔氩的平均电离能为26eV〕NaI(Tl)闪烁探测器测量Am-59keV的γ射线的能谱，碘的Kα特征X射线能量为2.957keV，试画出能谱示意图。一个0.622MeV的γ光子射在探测器上，遭受两次相继的康普顿散射逃离。假设两次散射的散射角度分别是，沉积在探测器中的反冲电子的总能量是多少？用Ge(Li)探头测量的射线，由于电子空穴对的统计涨落引起的能量展宽是多少?F=0.13,=2.96eV。质子在某介质中的电离损失率为，求相同能量的粒子的电离损失率。当单能粒子被准直得垂直于硅P-N结探测器的外表时，单能射线峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改变几何条件使粒子偏离法线60°角入射，此时看到峰漂移至440道。试求死层厚度〔以多道道址表示〕。5分钟测得本底计数率是100，10分钟测得样品计数是1440，求净计数率的值、其标准偏差和相对标准偏差。用NaI(T1)晶体测3MeV射线能谱时，可以看到的峰有几个，并计算相应的能量，画出能谱图。本底计数率15计数/min,测量样品计数率135计数/min,试求对给定总的测量时间来说净计数率精确度最高时的最优比值样品测量时间和本底测量时间之比;假设净计数率的相对统计误差为1％，测量总时间的最小值是多少？电容为10PF的冲氩气的脉冲电离室，前置放大器的噪声约20MV，输入电容20PF〔忽略分布电容〕。假设认为信噪比小于5就无法测量了，求该电离室能够测量的粒子最低能量。〔氩的平均电离能为26eV〕死时间分别为30和100的探测器A和B，假设B探测器的死时间漏计数率是A探测器死时间漏计数率的两倍，求应测的计数率是多少？一个0.622MeV的γ光子射在探测器上，遭受两次相继的康普顿散射逃离。假设两次散射的散射角度分别是，沉积在探测器中的反冲电子的总能量是多少？一个2.0MeV的γ光子射在探测器上，遭受两次相继的康普顿散射逃离。假设两次散射的散射角度分别是30°和45°，沉积在探测器中的反冲电子的总能量是多少？〔10分〕解：由得出：Er2=0.749所以探测器中沉积能量为：E=2-0.749=1.251(Mev)当α粒子被准直得垂直于金硅面垒探测器的外表时，241Am刻度源的主要α射线峰中心位于多道分析器的461道。然后改变几何条件，使α粒子偏离法线350角入射，此时，峰位移到449道，试求死层厚度〔241Am刻度源的主要射线能量，以α粒子粒子能量损失表示〕。〔10分〕解：假设多道的增益〔即每道所对应的能量〕为。设粒子在垂直入射时，在死层厚度内损失能量为，那么在偏离法线入射时在死层内损失的能量。可得到方程解可得计算24Na2.76MeVγ射线在NaI(T1)单晶γ谱仪测得的能谱图上的康普顿边缘与单光子逃逸峰之间的相对位置。试详细解释γ射线在NaI(T1)闪烁体中产生那些次级过程〔一直把γ能量分解到全部成为电子的动能〕？〔10分〕解：单逸峰E=2.76-0.511=2.249Mev康普顿峰Emax＝Er〔1＋meC22Er〕＝2.526Mev光电效应光电子康普顿效应电子对效应死时间分别为30和100的探测器A和B，假设B探测器的死时间漏计数率是A探测器死时间漏计数率的两倍，求应测的计数率是多少？解：由依题意对某样品测得计数率Ns=870±25cps，本底计数率Nb=20±4cps,求样品的净计数率及其统计误差和相对统计误差。解：净计数率N0=870-20=850cps统计误差〔252+42〕1/2=25.3cps相对统计误差25.3/850=2.98%画出以下图输出电路的等效电路，并标明极性。答：评分标准：1〕等效电路图3分具体分配，电流源、电容、电阻位置正确各得1分。2〕极性2分，只要正确标出和说明极性均得2分注：1)只有极性没有等效电路图不得分试计算充Ar脉冲电离室和正比计数器对5MeV粒子的最正确能量分辨率.(取法诺因子,Ar的平均电离能为26.3eV)解：对充Ar脉冲电离室：对充Ar正比计数器：能量为1.50MeV的γ放射源放在铅容器里，为了平安，必须使容器外的强度减小为原来的1/1000,试求容器壁至少需多厚。解：当单能粒子被准直得垂直于硅P-N结探测器的外表时，单能射线峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改变几何条件使粒子偏离法线45°角入射，此时看到峰漂移至460道。试求死层厚度〔以多道道址表示〕。解：当能量为损失E0的粒子垂直入射时＝0设粒子在探测器死层内的能量为E1那么探测器灵敏体积得到的能量为〔E0-E1〕谱峰位在460道E0-E1=480G(G代表能量刻度系数，没写不扣分)〔得1分〕当＝450时死层内能量损失为E2＝〔得2分〕探测器灵敏体得到的能量为〔E0-E2〕＝=460G〔得1分〕(480-460)G=得：〔得1分〕注：评分按步骤逐步进行。本底计数率25计数/min,测量样品计数率100计数/min,试求对给定总的测量时间来说净计数率精确度最高时的最优比值样品测量时间和本地测量时间之比;假设净计数率的相对统计误差为1％，测量总时间的最小值是多少？解：没有单位或者单位不对的扣掉1分；计算结果不对的，按步骤扣掉一半的分。绝对峰效率为30％的NaI〔T1〕闪烁探测器，对57Co点源的122kevγ射线测量15min光电峰计数180000个。然后同样的源置于离外表积为314平方毫米的Si(Li)探测器的外表为10㎝记录60min得到一个谱。如果在7.1kev的KX射线峰下面的计数为1200个，那么在这个能