幅度过载：放大器工作有一个线性范围，当超过这个线性范围很大时，放大器在一段时间内就不能正常工作，这种现象称为幅度过载。
计数率过载：由于计数率过高所引起的脉冲幅度分布的畸变。
区别：幅度过载使得放大器不能正常工作，在幅度过载期间，正常信号无法正常放大，从而产生误差；而计数率过载会造成信号的堆积，使谱线产生严重畸变。
3.12
高能量分辨率和高计数率谱仪放大器通过加入堆积拒绝电路来消除峰堆积现象。加入堆积拒绝电路在计数率很高的时候不能提高谱仪放大器的计数率。这是因为堆积拒绝电路是由逻辑展宽电路来执行堆积判别的，对输入的计数率有一定的要求，当计数率过高的时候，输出计数率反而减小。3.10
基线偏移的主要原因是堆积的存在，此外，即使是无
尾堆积的脉冲通过尾堆积的脉冲通过CR CR CR网络时，由于电容上电荷在放电
网络时，由于电容上电荷在放电时间内，未能把电荷放完，那么下一个脉冲到达的时候，电容器上的剩余电荷将引起这个新出现脉冲的基线偏移。
CDD 基线恢复电路的工作原理见P103，输出波形见P104。
第七章作业答案 1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解： 5152 5(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371! 5(0;5)0.08422! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为： (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2.若某时间内的真计数值是100，求得到计数为104的概率。 解： 高斯概率密度函数为： 2 22220.012102()2(100104)4(;,)100,10 104 (104;100;10)0.0145 N N P N N e N N P e e σσσ?-----======== 5.本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=60计数/min,试求对给定的测 量时间t b +t s 来说净计数率精确度最高时的最优比值t b /t s ;若净计数率的误差为 5％，t b 和t s 的最小值是多少？ 解： 2:2:1 s b s b t t t t ==== 若要使净计数率的误差为5％ 1122222211222222()60(6015)17.778().(6015).(5%) ()15(6015)8.889().(6015).(5%)s s s s b s s b n b s b b s b n n n n t n n n n n t n n δδ+?+?===--+?+?= ==-- 6.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
“核辐射”阅读答案 阅读说明文，完成7～8题。（4分） 核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。 放射性核素是原子核不稳定的核素，由于中子与质子比例失衡，容易发生核内成分或能级的变化。当放射性核素衰变时，就会释放各种射线，如γ(伽玛)射线，β（贝达）射线等，当这些射线作用于人体生物细胞或基因，把射线能量转给被作用的组织细胞，引起组织细胞一系列生物改变，称为辐射生物效应，这种辐射生物效应程度与多种因素有关，其中最主要是辐射剂量大小。 评价辐射剂量的国际单位为Sv(Sievert,希沃特，也有翻译为西弗特)，是一种辐射吸收剂量当量的单位。一般情况是接受辐射剂量越高，产生的辐射生物效应越大。公众人体全身一年可承受的辐射剂量为1mSv，即使当短时接触核辐射的辐射量近100 mSv时，一般对人体没有什么危害，但如果辐射剂量超过100 mSv，则有可能对人体造成损害，接受辐射剂量在100到500 mSv时，人们一般也不会有异常感觉，但检测可发现血液中白细胞数会减少。当辐射剂量达1000到2000 mSv时，才导致轻微的放射疾病症状，如疲劳、呕吐、食欲减退、暂时性脱发、红细胞减少等。只有较长时间超过允许剂量的辐射损伤，才会引发造血功能障碍、内脏出血、组织坏死、感染及恶性变等，此病常见于接受过量射线的工作人员、公众及核武器爆炸的罹难者。 由于生物组织细胞对辐射损伤有一定耐受能力，即使接受辐射剂量相同，不一定都会产生辐射损伤。产生的辐射生物效应程度与吸收剂量、辐射种类、射线能量、人们暴露于核辐射的时间以及核物质的半衰期等有关，微量的放射性辐射不会危及健康。 此次日本核电站泄漏后的放射性物质，主要是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，如铯-137和碘-131同位素。在核泄漏后的核污染中，由于放射性碘-131具有挥发性，容易进入大气层空气，飘散到其他地方，污染周围。放射性碘-131主要通过吸入污染的空气、食入污染的食品和水对人造成伤害，同时也可通过皮肤吸收，以及沉积的放射性碘产生的外辐射等对人群造成伤害。由于放射性碘-131半衰期不长（只有8天左右），在空气中飘移时慢慢衰变减少，同时由于大气的稀释，飘离日本后剂量已衰减到非常小，接近天然本底辐射。其次，碘-131释放的γ射线在空气中的射程约1-2米，β射线更短，约1-10毫米，大家如果不接触污染的放射性核素，就不会对自己造成伤害。 （根据相关材料整理） 7．下列对文章内容分析正确的一项是（2分）【▲】 A．本文是一篇科技说明文，说明对象是放射性核素。 B．辐射生物效应程度取决于辐射剂量的大小。 C．作者所举“日本核电站泄漏放射性物质”的事例，告诉了我们日本核泄露对我国的影响很小。 D．“公众人体全身一年可承受的辐射剂量为1mSv”，当人体受到的辐射剂量
第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ?=?= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ?=?= 试计算239U ，236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后，放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1，C 14的573021=T 年；K 40的天然丰度为%0118.0，其半衰期a T 911026.1?=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变： Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90??→????→?--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间，其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000 cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-?U 。假定后者与其子体达平衡，试计算31000 cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得 Ra 226 的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42 MeV T =α两种α粒子组成，试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图（简图） （1）子体Rn 222核的反冲能； （2）Ra 226的衰变能； （3）激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度： Th He U 2304234+→； Rn C U 22212234+→； Po O U 21816234+→。
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
1. 小于10-5Ω·cm ；大于1014Ω·cm ；10-2 ～109Ω·cm 。 2. 核辐射粒子射入PN 结区后，通过与半导体的相互作用，损失能量产生电子-空穴对。在 外电场作用下，电子和空穴分别向两极漂移，于是在输出回路中形成信号，当电场足够强时，电子和空穴在结区的复合和俘获可以忽略时，输出信号的幅度与带电粒子在结区消耗的能量成正比。 3. 金硅面垒α半导体探测器；Ge （Li ）探测器；Si （Li ）探测器；HPGe 探测器；HgI 2探 测器；CdTe 探测器；CdSe 探测器。 4. 扩散型；面垒型；离子注入。 5. PN 结加偏压的目的是：使得PN 结的传导电流很小，相当于PN 结二极管加上反向电压 的情况；内部工作机理是相当于加上反向偏压后P 区中空穴从结区被吸引到接触点，相同的是，N 区中的电子也向结区外移动，那么结区宽度就会变宽。 6. 电荷运动的瞬时涨落。 7. 记录到的脉冲数；入射到探测器灵敏体积内的γ光子数。 8. ε源=π4Ω·ε本征 9. 全能峰内的计数；源发射的γ光子数。 10. 前置放大器与探测器的连接方式有交流耦合和直流耦合两种；其中，交流耦合的优点是 探测器和前置放大器的直流工作点互相隔离，设计简单。缺点是由于探测器负载电阻和耦合电容的存在，增加了分布电容，使得噪声增加，能量分辨率变差。直流耦合的特点是消除了耦合电容和负载电阻对地的分布电容，有效地提高信噪比，对低能X 射线的探测尤为重要。 11. 半导体探测器受强辐射照射一段时间以后性能会逐渐变坏，这种效应称为半导体探测器 的辐射损伤效应。辐射损伤是由于入射粒子通过半导体材料撞击原子产生填隙空位对引起的，它在半导体材料中形成的施主、受主、陷阱等可以作为俘获中心，从而降低载流子的寿命，影响载流子的收集，而且使电阻率发生变化，材料性能变化会使探测器性能变坏。 12. 半导体探测器的优点是： A 电离辐射在半导体介质中产生一对电子、空穴所需能量大约比气体中产生一对电子、离子对少一个数量级，因而电荷数的相对统计涨落也就小很多，能量分辨率高； B 带电粒子在半导体中形成电离密度要比在气体中形成高大约3个数量级，因而具有高空间分辨和快时间响应的探测器。 C 测量电离辐射的能量时，线性范围宽。 半导体探测器的缺点是： A 对辐射损伤效应灵敏，受强辐照后性能变差。 B 常用的Ge 探测器，要在低温条件下工作，使用不便，限制了应用范围。
《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
当心生活中的核辐射 ①提起核辐射，你首先想到的是原子弹、氢弹的爆炸，或者核电站泄漏……而这些不是离我们远着吗？有什么可担心的？如果你真这样想，那就大错特错了。 ②核辐射普遍存在于日常生活中，可以说衣食住行、生老病死都在与它打交道。举个简单例子，你咳嗽了，医生会给你开一张胸部透视单，看看是支气管还是肺部发炎了——你不是就将胸膛袒露在了X射线前了吗？(A)如果是做CT检查，你“吃”进的X射线会更多。这些可都属于核辐射哦。 ③不过你会说，那是生病了啊，(B)如果身体健康总不会与核辐射“亲密接触”了吧，那也未必。如今大小城市都在大兴土木，新型楼盘不断问世，你如果买了一套新房，新房到手必先装修，而种种装修材料(如瓷砖、复合地板、大理石等)就含有程度不等的放射性物质，经过释放而漂浮于室内空气中，并随呼吸潜入肺部，播下致病的隐患。特别是通风不良时，可造成居室内放射性污染加重。 ④即使你不买房子，可总得喝水呀，而水也并非“至清”之物，照样存在着遭受核污染的风险。就说矿泉水吧，其中不少水源在流经途中就受到过天然或人为的放射性污染。 ⑤再说燃煤，常含有少量的放射性物质。研究分析表明，许多煤炭烟气中含有铀、钍、镭、钋等，可随空气及烘烤食物潜入人体。尽管含量不多，但长期集腋成裘式的积累，仍可对健康构成威胁。 ⑥至于形形色色的饰品，如夜明珠、化石、奇石、骨艺品等，自古以来就受到人们的喜爱，一些人甚至收藏成癖。可你知道吗？这些被视为宝贝的东西大多可以产生核辐射，有些产生的核辐射还很强，如用重晶石、萤石以及含磷物质等加工而成的夜明珠就是代表。另外，有关专家还检测到放射性偏高的鹅卵石。若摆放于居室内，美则美矣，却将你的健康置于险境之中了。举个例子，前不久，某市环境监测机构为一市民作室内检测，发现室内放射性超过安全标准近1倍，可墙面、地板等装饰材料的放射性并未超标。查来查去，“真凶”最终浮出水面，原来是一块作装饰用的羊头骨艺术品。房屋主人大吃一惊：想不到艺术品背后隐藏着如此险恶的祸患。究其奥妙，可能是动物吃进了某些含铀、镭的东西，致使这些放射性物质沉积于骨骼所致。 ⑦你喜欢旅游吗？特别是每年的“五一”与“十一”两个黄金周，乘飞机观赏大好河山也是人生一大快事。然而，在高空，人们接受的宇宙射线剂量也会增加。 ⑧由此可见，核辐射就在我们身边。而长期遭受辐射，会使人体产生诸多不适，严重的可造成人体器官和系统的损伤。诸如白血病、再生障碍性贫血、肿瘤、眼底病变、生殖系统疾病、早衰等就会在不知不觉中缠上你。 ⑨，只要我们采取科学的应对措施，就能将其危害削减到最低限度，而不至于影响健康。因为人体对辐射量有一个可以接受的范围，只要不超过这个范围就是安全的。 ⑩建议你从生活细处做起，堵塞核辐射的种种污染途径。例如，房屋装修追求环保；遭受放射性污染的水不要直接饮用；住房地址要远离污染严重的地方；谨慎对待收藏品；不要频繁去高原和极地旅游，尽量减少宇宙射线的辐射等等。 小题1:从哪些地方可以看出“核辐射”就在我们身边？从文章中提取三个例子。(6分) 小题2:请在画线的(A)、(B)两处任选一句，请指出句中加点词的具体含义，并说说它在表达上的好处。（4分） 小题3:请在第⑨段横线处填写一句话，使上下文衔接自然。（3分） 小题4:第⑥段中主要采用了什么说明方法？并分析其作用。(5分) 小题5:下面列举了一些生活方面的污染材料，请你结合本文最后一段内容，提出避免的
西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==
试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到
<<核辐射探测作业答案>> 第一章作业答案 α在铝中的射程 3．从重带电粒子在物质中的射程和在物质中的平均速度公式，估算4MeV 的非相对论α粒子在硅中慢化到速度等于零（假定慢化是匀速的）所需的阻止时间（4MeV α粒子在硅中的射程为17.8㎝）。 解： 依题意慢化是均减速的，有均减速运动公式： 依题已知：17.8s R cm α== 由2 212E E m v v m αααααα = ?= 可得：82.5610t s -=? 这里 27271322 71044 1.6610() 6.646510() 44 1.60101.38910() m u kg kg E MeV J v v m s ααα------==??=?==??==? 4．10MeV 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，辐射损失率和电离损失率之比是多少？ 解： 由22rad dE z E dx m ?? ∝ ??? 5．能量为13.7MeV 的α粒子射到铝箔上，试问铝箔的厚度多大时穿过铝箔的α粒子的能量等于7.0MeV? 解： 13.7MeV 的α粒子在铝箔中的射程1R α，7.0MeV α粒子在铝箔中的射程2R α之差即为穿过铝箔的厚度d 由 6．当电子在铝中的辐射损失是全部能量损失的1/4时，试估计电子的动能。27MeV 的电子在铝中的总能量损失率是多少？ 解： 不考虑轨道电子屏蔽时 考虑电子屏蔽时 123122326 3 4(1)1 ()[ln((83))]13718 41314 6.02310277.3107.9510[((8313)0.06] 3.03/() 3.03/0.437 6.93() 3.03 6.939.9610/e rad e ion z z NE dE r z dx MeV cm dE dx dE MeV cm dx -- --+-=+=???????????+=- ===+=≈和7.当快电子穿过厚为0.40㎝的某物质层后，其能量平均减少了25%.若已知电子的能量损失基本上是辐射损失，试求电子的辐射长度。
核技术 探测复习材料 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．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。（5分） 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 3．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） 答案要点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。 4．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 5．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 0/1V C d
1．解释：核辐射探测器 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的转换器，即传感器或换能器。是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。 2．核辐射探测的主要内容有哪些？ 辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。应用要求不同，探测的内容可能不同，使用的辐射探测器也可能不同。 3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？ 常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类: ①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。 ②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。 ③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。 ④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。 ⑤利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。 ⑥利用其他原理做成的辐射探测器。 4．闪烁计数器由哪几个部分组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。 5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？ 入射射线强时，单位时间内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情况便可测知射线的强度与能量。 6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？ ①闪烁体应该有较大的阻止本领，这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是合适的。 ②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。 ③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。 ④闪烁体的发光时间应该尽可能短。 闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。 ⑤闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配，这样才能使产生的光子
有志者事竟成2013年中考说明文阅读题精选：核辐射 阅读下面文字，完成第18～19题。(共6分) ①2011年3月11日，日本发生了里氏9.0级大地震。地震导致福岛核电站核物质泄漏，这起核泄漏事件引发了人们对核辐射的恐慌。核辐射对人类有着怎样的影响，人们又应该怎样认识它呢? ②核辐射是指放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量，也称为放射性，指的是α、β、γ、Х等放射线这一类辐射。 ③在发生核泄漏时，放射性物质可通过呼吸吸入，也可通过皮肤、伤口及消化道吸收进入人体内，引起内照射伤害;在各类辐射中，γ射线具有很强的穿透能力，会使人受到外照射伤害。人体在遭受辐射后，由于照射剂量和时间长短不同，会出现不同程度的损伤，最大的风险是增加癌症、白血病、畸变、遗传性疾病的患病率，甚至影响几代人的健康。最典型的例子是切尔诺贝利核电站的核泄漏事故①。当时，由于风向的关系，估计约有60﹪的放射性物质落在白俄罗斯的土地上，经研究发现，白俄罗斯的小孩患甲状腺癌的比例快速增加。④由此看来，核辐射对人类有着极大地的危害，然而【甲】只有过量的核辐射才会对人体造成伤害，而【乙】少量的核辐射不会危及人类的健康，合理使用还可以造福人类。 ⑤现在，核辐射技术已经得到了广泛的应用。例如，在医疗上，治疗恶性肿瘤的重要方法之一就是利用放射线进行治疗，即用射线直接照射肿瘤部位，杀死癌细胞。在生活中，许多食品利用辐射照射来进行保鲜，即通过一定剂量的辐射照射，杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫达到保鲜目的。由于辐射照射食品时，食品仅仅受到放射源发生的γ射线的照射，不直接接触放射源，所以食品不会受到污染。此外，这种技术也不会污染环境。在世界卫生组织制定的确保食品安全的重点推广计划中，辐照技术作为一项绿色加工技术已被列入其中。 ⑥人们在对核辐射有了一定的了解之后，就会科学地看待它，应用它，而不会一说到核辐射就惊恐万分，谈“核”色变。 【注】①1986年4月26日，前苏联的切尔诺贝利核电站发生爆炸，造成了核泄漏事故，波及了欧洲的大部分地区。 18.阅读第④段，说出画线的【甲】【乙】两个语句的位置不能调换的三条理由。(3分) 19.阅读下面材料，借助文章中的相关知识，分析红香蕉苹果可以长时间保鲜的原因。(5分) 【材料】 红香蕉苹果是我国苹果的主要品种之一。它很不耐贮存，采摘后在常温下很快就衰老变质。在冷库贮存，到第二年的三四月份，苹果的硬度变小，虎皮病严重，质量大为下降。而经过适量的钴-60γ射线照射后，在温度、湿度适宜的条件下贮存6个月，其硬度、主要营养成分、色、香、味及外观都不会有显着变化。 18.答案示例：【甲】【乙】两个语句不能调换位置，因为，其一，【甲】句与前面的“危害”一句直接相关;其二，【乙】句与后面的“造福”一句直接相关;其三，两句调换后语段表达的重点与原意不符。 19.答案示例：红香蕉苹果经过适量的钴-60γ射线照射可以长时间保鲜，是因为γ射线具有可以发射出能量、穿透能力强的特性，因而，一定剂量的辐射照射，可以杀死寄生在苹果表面及内部的微生物和害虫。
第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 () MeV ....c v c m m c E e 924003521511012 2 22 =?? ? ??-= -= =； 动能 () MeV c v c m T e 413.0111 2 2=??? ? ? ?? ?? ?--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+ =≈-= α粒子的质量 g u m m 232 2 010128.28186.1295.010026.41-?==-= -= βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 122 8 5 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M ==
( )( ) u .U M ;u .U M 045582236043944235236 235 == 试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?=()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6 求C 136和N 13 7核库仑能之差。 答：C 136和N 137核库仑能之差为 ()()?? ?????---?=?3 1011220211453A r Z Z Z Z e E C πε () ??? ? ???????-????? =---311512 2 19 131051566710858410602153...π MeV .J .935210696413=?=- 1-8利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +?? ? ??----=--12 3 123 22, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B
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 =
第二章 1．解释：核辐射探测器 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的转换器，即传感器或换能器。是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。 2．核辐射探测的主要内容有哪些？ 辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。应用要求不同，探测的内容可能不同，使用的辐射探测器也可能不同。 3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？ 常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类: ①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。 ②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。 ③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。 ④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。 ⑤利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。 ⑥利用其他原理做成的辐射探测器。 4．闪烁计数器由哪几个部分组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。 5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？ 入射射线强时，单位时间内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情况便可测知射线的强度与能量。 6．按不同的分类标准，闪烁体分为哪几类？试列举。 闪烁体的种类很多，有固体的，液体的，也有气体的。可以是有机物，也可以是无机物。闪烁体的外形也可随应用要求而不同。 7．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？ ①闪烁体应该有较大的阻止本领，这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是合适的。 ②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。 ③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。 ④闪烁体的发光时间应该尽可能短。 闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。 ⑤闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配，这样才能使产生的光子被充分利用起来，使光电倍增管的光阴极产生较多的光电子。否则，将因为光电倍增管对闪烁体发射的光子光谱不敏感，而不能产生良好的响应，得不到大的输出信号。 ⑥闪烁体要有很高的能量分辨本领。 除此以外，其它条件，例如：要求闪烁体易于加工；闪烁体具有适当的折射率和光藕合能力，尽可能避免全反射，使大部分光线都能射到光电倍增管的光阴极上；闪烁体能够长期工作于辐射条件下，闪烁体性能稳定等等，也是人们所期望的。 8．解释：能量分辨本领、能量分辨率、能量分辨力 能量分辨本领是指，针对两种不同能量的入射粒子，探测器所能够测定最小的能量间隔。 我们定义能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 9．表示分辨本领的高低的方法有哪些？ 一是将如图所示横坐标换算成能量单位(keV 或eV)，21h ?相应为E ?，这时，信号幅度虽然被放大，但引起这些信号的原始射线能量并未改变，可以凭此相互 比较，而不会因为放大倍数等测量条件的改变而产生差错。称E ?为极大值一半处的宽度，简称半高宽(FWHM ，full width at half maximum)，来表征探测器的能量绝对分辨能力。除了用半高宽(FWHM)以外，有时还用FWTM 来表达，即：十分之一高宽(FWTM ，full width at tenth maximum)。 办法之二是，采用能量分辨率来表示分辨本领的高低。我们定义能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21 h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 10．理想的能谱与实际测得的能谱有何区别？ 实际的测得的有本底 11．解释：脉冲幅度谱、微分谱、仪器谱、半高宽、谱仪的能量分辨率 将闪烁计数器的输出画成一条曲线来看，横坐标表示闪烁体输出的信号幅度，纵坐标为在一段时间内，不同幅度的脉冲在对应的脉冲幅度位置上的累计数(而不是计数率)，这条曲线称为脉冲幅度的微分分布曲线，简称微分谱（仪器谱）。 半高宽21h ?是这样求得的：在最大计数的一半处，画一条平行于横坐标轴的直线，与曲线相交得到的宽度即为21h ?，从图2.3可见，21h ?越小，则分辨本 领越好，理想的情况应接近0，这时分布曲线将接近为一条垂直于横坐标轴的直线。 谱仪的能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 12．对于分辨率分别为8%和13%的NaI(Tl)晶体，哪个晶体的能量分辨能力高？ 能量分辨率越小，则分辨本领越好，能量分辨能力高。对于能量分辨率分别为8%和13%的NaI(Tl)晶体，则前者的分辨能力优于后者。 13．用好的NaI(Tl)晶体和光电倍增管，能量分辨率可达多大？ 能量分辨率可达6%—7%左右。 14．能量分辨能力与射线能量有何关系？ 能量越高，产生粒子数越多，相对涨落就越小，能量分辨本领就会好些； 能量越低，产生的光子数越少，相对涨落就会越大，能量分辨本领就会差。 15．解释：探测效率 一段时间内，探测器探记录到的粒子数与入射到探测器中的该种粒子数之比。(探测效率是入射粒子通过探测器的灵敏体积时，能产生输出信号的概率) 16．常用的闪烁体有哪些？ (1)碘化钠(铊) (2)硫化锌(银)(3)碘化铯(铊)(4)碘化锂(铊)(5)液体闪烁体 17．为什么NaI(Tl)探测器具有很高的探测效率？ NaI(Tl)晶体是具有很大光输出的闪烁体，广泛应用于探测γ射线的强度和能量。NaI(Tl)晶体的相对密度大，有效原子序数高，碘的含量占85%(碘的原子序数为53)，所以阻止γ射线本领很大。 NaI 闪烁体可以做成很大的尺寸(体积在 200mm 200mm ?φ以上)，由于NaI(Tl)单晶十分透明，利用它来探测γ射线是很有利的，探测γ射线效率很高， 可在百分之几十左右。 18．与NaI(Tl)探测效率有关的因素有哪些？