核辐射测量方法-第五章

核辐射的测量与剂量评估核辐射是指由放射性物质释放出的高能粒子或电磁波所引起的辐射现象。

核辐射对人体健康具有潜在的危害，因此对核辐射进行测量和剂量评估是非常重要的。

一、核辐射的测量方法核辐射的测量可以通过使用辐射计或剂量仪来进行。

辐射计是一种测量辐射强度的仪器，可以用于测量各种类型的核辐射，如α粒子、β粒子和γ射线等。

剂量仪则是用于测量个人接受的辐射剂量的设备，它可以通过测量辐射的能量来评估个人受到的辐射剂量。

在核辐射测量中，常用的辐射计有闪烁体辐射计、电离室和Geiger-Muller计数器等。

闪烁体辐射计利用放射性物质与闪烁体相互作用产生的闪烁光来测量辐射强度。

电离室则通过测量辐射粒子在气体中产生的电离效应来测量辐射剂量。

Geiger-Muller计数器则是一种常用的辐射计，它通过测量辐射粒子在气体中产生的电离效应来计数辐射粒子的数量。

二、核辐射剂量评估的方法核辐射剂量评估是指对个人或群体接受的辐射剂量进行评估和估算。

核辐射剂量评估通常包括个人剂量监测和环境剂量监测两个方面。

个人剂量监测是通过佩戴剂量仪器来测量个人接受的辐射剂量。

这些剂量仪器可以佩戴在身体的不同部位，如胸前、手腕或颈部等。

通过监测个人接受的辐射剂量，可以评估个人的辐射暴露情况，并采取必要的防护措施。

环境剂量监测是通过对环境中的辐射水平进行监测来评估辐射暴露风险。

这种监测可以通过布设辐射监测站点来进行，监测站点可以布设在不同的地理位置和环境条件下，以获得全面的辐射数据。

通过对环境中的辐射水平进行监测，可以评估辐射暴露的范围和程度，并采取必要的防护措施。

三、核辐射剂量评估的意义核辐射剂量评估对于保护人体健康和环境安全具有重要意义。

首先，核辐射剂量评估可以帮助确定个人或群体接受的辐射剂量，从而评估辐射对健康的潜在影响。

这对于核工业从业人员、医疗人员和核事故受灾人员等来说尤为重要。

其次，核辐射剂量评估可以帮助制定和实施辐射防护措施。

通过评估辐射暴露情况，可以确定合适的防护措施，如佩戴个人防护装备、控制辐射源的使用和改善工作环境等，从而降低辐射对人体健康的风险。

第一章射线与物质的相互作用1.不同射线在同一物质中的射程问题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）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。

”根据公式：)()(22v R M M v R b abb a a ZZ =，可求出。

步骤：1先求其初速度。

2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。

3带入公式。

2：阻止时间计算：请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。

已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。

解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um 由T ≌1.2×107-REMa，Ma=4得 T ≌1.2×107-×17.8×106-×44()s ＝2.136×1012-()s3：能量损失率计算课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。

更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。

及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。

代参数入求解。

第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：()20822.34700700()rad iondE E Z dx dEdx*⨯≅=≈4光电子能量：光电子能量：（带入B K ） 康普顿反冲电子能量：200.511m c Mev =ie hv E ε-=220200(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.060.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06Er Ee Mev m c Er θθ--⨯====+-+-+⨯5:Y 射线束的吸收解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ=12220.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cm μμρ--∴===⨯质量吸收系数 由r N μσ=*可得吸收截面：12322230.6 1.84103.2810/r cm cm N cmμσ--===⨯⨯ 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =⨯ 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0()0.1%0.001t I t e I μ-∴=∴=即t=5In10 =11.513cm6：已知)1()(tι--=e A t f t 是自变量。

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？带电粒子源快电子源： β衰变 内转换 俄歇电子 重带电粒子源： α衰变 自发裂变非带电粒子源电子辐射源：伴随衰变的辐射、湮没辐射、伴随核反应的射线、轫致辐射、特征X 射线 中子源：自发裂变、放射性同位素（α，n ）源、光致中子源、加速的带电粒子引起的反应 2、选择辐射源时，常需要考虑的几个因素是什么？ 答：能量，活度，半衰期。

3、252Cf 可做哪些辐射源？答：重带点粒子源（α衰变和自发裂变均可）、中子源。

第二章 射线与物质的相互作用电离损失：入射带电粒子与核外电子发生库仑相互作用，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量作用机制：入射带电粒子与靶原子的核外电子间的非弹性碰撞。

辐射损失：入射带电粒子与原子核发生库仑相互作用，以辐射光子的方式损失其能量。

作用机制：入射带电粒子与靶原子核间的非弹性碰撞。

能量歧离：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的，而发生了能量的离散；这种能量损失的统计分布，称为能量歧离。

引起能量歧离的本质是：能量损失的随机性。

射程：带电粒子沿入射方向所行径的最大距离。

路程：入射粒子在物质中行径的实际轨迹长度。

入射粒子的射程：入射粒子在物质中运动时，不断损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿原来入射方向所穿过的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程。

重带电粒子与物质相互作用的特点： 1、主要为电离能量损失2、单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对3、每次碰撞损失能量少4、运动径迹近似为直线5、在所有材料中的射程均很短 电离损失： 辐射损失：快电子与物质相互作用的特点： 1、电离能量损失和辐射能量损失2、单位路径上较少相互作用——单位路径上产生较少的离子对3、每次碰撞损失能量大4、路径不是直线，散射大⎛⎫ ⎪⎝⎭242ion 0dE 4πz e -=NZB dx m v ()()⋅≅rad ion dE/dx E ZdE/dx 800222NZ m E z dx dE rad∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-21m S rad ∝E S rad ∝2NZ S rad ∝带电粒子在靶物质中的慢化：(a) 电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程。

核辐射检测方法一、辐射检测的重要性。

1.1 核辐射可不是闹着玩的，那是个无形的“恶魔”。

它悄无声息地存在，可能对人体健康、环境造成巨大危害。

就像隐藏在暗处的刺客，随时可能给我们致命一击。

所以检测核辐射就如同在黑暗中点亮一盏灯，让我们能看清这个危险在哪里。

1.2 从大的方面说，对核设施周围的辐射检测关系到整个地区甚至国家的安全。

一旦核辐射超标，那影响的可是千千万万的老百姓。

这就好比守护一座城池，核辐射检测就是城墙上的瞭望哨，一点都不能马虎。

2.1 辐射剂量仪检测。

这就像是一个小小的“辐射侦探”。

它能直接测量出某个区域的辐射剂量。

这种仪器操作起来比较简单，就像用温度计测温度一样。

一般在一些可能存在核辐射风险的场所，像核电站周边、医院的放射科附近，工作人员就会拿着这个剂量仪到处走走测测。

如果数值超出正常范围，那就得拉响警报，好好排查一下原因了。

2.2 盖革计数器检测。

这可是核辐射检测的“老伙计”了。

它的原理有点像听收音机，只不过它听的是辐射的“声音”。

当有辐射粒子穿过它的检测窗口时，它就会发出“滴答滴答”的声音，就像一个小闹钟在提醒我们辐射的存在。

而且它还能显示出辐射的强度数值。

在一些废旧金属回收厂，为了防止收到被辐射污染的金属，就会用盖革计数器来检测。

要是听到它“滴答”个不停，那这批金属可就有问题了，得小心对待。

2.3 热释光剂量计检测。

这个方法有点特别。

它就像一个默默记录的“小史官”。

热释光剂量计可以长时间放置在需要检测辐射的地方，比如在一些放射性实验室里。

它会把接收到的辐射能量“默默记住”，等到我们去读取它的时候，通过特殊的加热手段，让它把之前记录的辐射信息以光的形式释放出来，我们就能知道这个地方在一段时间内的辐射剂量情况了。

这就好比从一个储蓄罐里倒出之前存的硬币一样，只不过这里存的是辐射的信息。

三、检测时的注意事项。

3.1 准确性的保证。

检测核辐射可不能有半点含糊，那必须得做到准确无误。

就像射箭要射中靶心一样。

核辐射的检测方法，指标，仪器，原理和相关的环境标准核辐射与物质间的相互作用是核辐射检测方法的物理基础。

核辐射与物质间的相互作用包括电离作用、核辐射的散射与吸收，利用物质衰变辐射后的电离、吸收和反射作用并结合α、β和γ射线的特点可以完成多种检测工作。

核辐射检测仪器核辐射监测原理及方法能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。

辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。

核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。

按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。

计数器以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。

计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。

气体电离探测器通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。

主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。

它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。

电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。

其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。

正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。

脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。

盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。

它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。

多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。

既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。

多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。

怎样测核辐射
测量核辐射需要使用特殊的仪器和设备。

常见的核辐射测量仪器有放射性侦测器和核辐射计。

以下是一种常见的方法测量核辐射：
1. 使用放射性侦测器：放射性侦测器可以检测和测量辐射来源的强度。

常见的放射性侦测器包括基于气体离子室原理的Geiger-Muller计数器和流量式电离室。

这些侦测器可以测量辐射的剂量率和累计剂量。

- 将放射性侦测器放置在要测量的区域，确保其曝露在辐射源周围。

- 读取侦测器上的剂量率或累计剂量指示器上的数值。

这些数值将显示辐射强度的度量单位，例如希沃特（Sievert）或格雷（Gray）。

2. 使用核辐射计：核辐射计是一种更高级和专业的仪器，用于测量和监测辐射化学内部的辐射水平。

- 首先，确保正确放置核辐射计的探测器，并确保其与测量区域接触。

- 打开核辐射计，启动测量程序。

- 核辐射计会测量辐射来源的电离辐射水平，并将结果显示在仪器的屏幕上。

无论使用哪种方法，进行核辐射测量时应注意以下事项：
- 使用合适的个人防护装备，如防护服、手套和面罩，以最大
限度地保护自己免受核辐射的影响。

- 在测量前和测量后校准测量仪器，以确保其准确性和可靠性。

- 学习正确使用和操作测量仪器的方法，以避免潜在的危险。

- 遵循当地和国家的辐射安全指南和法规，以确保安全操作和
处理可能的辐射源。

第一章辐射与物质的相互作用与物质相互作用:1.带电粒子与靶原子核的核外电子非弹性碰撞(电离,激发)2.带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞(辐射损失)3.带电粒子与靶原子核弹性碰撞(核阻止)4.带电粒子与核外电子弹性碰撞电离损失能量:入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞使靶物质原子电离或激发而损失的能量(电离:核外层电子客服束缚成为自由电子,原子成为正离子激发:使核外电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态)辐射损失能量:入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞以辐射光子损失能量轫致辐射:入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用使带电粒子的速度和方向改变,并伴随发射电磁辐射阻止本领:单位路径上的能量损失S=-dE/dx=S ion+S rad重:S=S ion=(1/4πε0)2(4πz2e4/m0v)2NBBethe公式结论:1.电离能了损失率和入射带电粒子速度有关,质量无关2.和电荷数平方z2正比3.S ion随粒子E/n变化曲线:a段:入射粒子能量E较低时, S ion与z2成正比,曲线上升b段(0.03MeV-3000MeV):相对论项作用不显著, S ion与E成反比,曲线下降c段:能量较高时,相对论修正项起作用, S ion与B成正比,曲线上升4.高Z 和ρ物质阻止本领高布拉格曲线:随穿透距离增大而上升,接近径迹末端,由于拾取电荷而下降。

同样能量的入射带电粒子经过一定距离后,各个粒子损失的能量不会完全相同,是随机性的,发生了能量离散,即能量歧离. 射程歧离:单能离子的射程也是涨落的为何峰值上升?因为部分粒子已经停止运动,相当于通道变窄,剩余粒子能量集中,导致峰值上升.沿x方向,能量降低,离散程度变大,峰值降低.射程R带电粒子沿入射方向所行径的最大距离路程:实际轨迹长度解释各种粒子的轨迹:重带电粒子质量大,其与物质原子的轨道电子相互作用基本不会导致运动方向有偏差,径迹几乎是直线:由于次级电离,曲线会有分叉:质子和α粒子粗细差别:能量提高,径迹变细.电子的径迹不是直线,散射大. 射程R正比于m/z21.v同两种粒子同物质R1/R2=m1/m2*（z2/z1）22.v同一种粒子两物质R a/R b=√A a/√A b *(ρb/ρa)α粒子空气射程R0=0.318Eα1.5R=3.2*10-4√A/ρ*R air比电离:带电粒子在穿透单位距离介质时产生的离子对的平均数δ射线:带电粒子在穿透介质时产生的电子-离子对中的具有足够能量可以进一步电离的电子电子S rad/S ion=EZ/800快电子S rad正比于z2E/m2*NZ2屏蔽电子材料:当要吸收、屏蔽β射线时,不宜选用重材料:当要获得强的X射线时,选用重材料做靶.电子反散射及效应:电子由原入射方向的反方向反射回来,从入射表面射出.对于放射源,反散射可以提高产额:对于探测器,会产生测量偏差. When反散射严重:对于同种材料,入射电子能量越低反散射越严重:对同样能量的入射电子,原子序数越高的材料,反散射越严重光电效应:光子把全部能量转移给某个束缚电子,使其发射出去而光子本身消失的过程.是光子和整个原子的作用结果,主要集中在内层电子,还会有俄歇电子或特征X射线.(为何不与自由电子-因为入射光子有部分能量传递给原子,使其发生反冲,否则能量不守恒)采用高Z材料可提高探测效率,有效阻挡γ射线:γ光子能量越高,光电效应截面σph 越小. 入射光子能量低时,光电子趋于垂直方向发射:入射光子能量高时,光电子趋于向前发射.康普顿效应:γ射线和核外电子非弹性碰撞,入射光子一部分能量传递给电子,使之脱离原子成为反冲电子,光子受到散射,运动方向和速度改变,成为散射光子. 散射角θ=180时即入射光子和电子对心碰撞,散射光子沿入射光子反方向射出,反冲电子沿入射方向射出-反散射.能量高的入射光子有强烈的向前散射趋势,低的向前向后散射概率相当.康普顿坪:单能入射光子所产生反冲电子的能量为连续分布,在能量较低处反冲电子数随能量变化小,呈平台状:康普顿边缘:在最大能量处,电子数目最多,呈尖锐的边界.峰值Ee=hν-200keV电子对效应:当入射光子能量较高,从原子核旁边经过时,在库伦场作用下转换成一个正电子和一个负电子.电子对效应出现条件:hν>2m0c2=1.022MeV 电子和正电子沿入射光子方向的前向角度发射,能力越高,角度越前倾. 湮没辐射:正电子湮没放出光子的过程.实验上观测到511kev的湮没辐射为正电子的产生标志单双逃逸峰:发生电子对效应后,正电子湮没放出的两个511keV的γ光子可能会射出探测器,使得γ射线在探测器中沉积的能量减小.低能高Z光电,中能低Z康普顿,高能高Z电子对.线形衰减系数μ=σγN 质量衰减系数μm=μ/ρ质量厚度x m=ρx平均自由程: 表示光子每经过一次相互作用之前,在物质中所穿行的平均厚度λ=1/μ 宽束N=N0Be-μd窄束I(x)=I0e-μx半减弱厚度:射线在物质中强度减弱一半时的厚度D1/2= λ ln2第二章气体探测器信息载流子:气体(电子离子对w=30eV,F=0.2-0.5)闪烁体(第一打拿极收集到的光电子w=300ev,F=1)半导体(电子空穴对w=3ev,F=0.1 )平均电离能:带电粒子在气体中产生一对离子对所平均消耗的能量电子和离子相对运动速度:电子漂移速度为离子1000倍,约106cm/s雪崩:电子在气体中碰撞电离的过程. 条件:足够强的电场和电离产生的自由电子非自持放电:雪崩只发生一次自持放电:通过光子作用和二次电子发射,雪崩持续发展R0C0<<1/n脉冲(电子T-<<R0C0n<<T+、离子R0C0n>>T+)、R0C0>>1/n累计(电流、脉冲束)1.仅当正离子漂移时外回路才有离子电流i+(t)2.正离子从初始位置漂移到负极过程,流过外回路电荷量不是离子自身的电荷量e,而是在正极感应电荷量q1 电子电流i-(t)同理本征电流i(t)=i+(t)+i-(t) q1+q2=e电离室构成:高压极,收集极,保护极和负载电阻工作气体:充满电离室内部的工作介质,应选用电子吸附系数小的气体.圆柱型电子脉冲原理:利用圆柱形电场的特点来减少Q-对入射粒子位置的依赖关系,达到利用”电子脉冲”来测量能量的目的.能量分辨率η=ΔE/E*100%=Δh/h*100%=2.36ΔE能谱半高宽FWHM=ηE=2.36=2.36σ探测效率:入射到脉冲探测器灵敏体积内辐射粒子被记录下的百分比总输出电荷量Q=N*e=E/W*e脉冲电离室饱和特性曲线:饱和区斜率成因:灵敏体积增加,对复合的抑制,对扩散的抑制饱和电压V1-对应90%饱和区的脉冲幅度放电电压V2工作电压V=V1+(V2-V1)/3 坪特性曲线:描绘电离室计数率和工作电压关系成因:甄别阈不同电压小于V1时在符合区,但不是每个粒子都能形成一个电子离子对.仅少数可达到计数阈值h,V0上升至饱和电压后电子离子对N基本不变分辨时间(死时间):能分辨开两个相继入射粒子间的最小时间间隔时滞:入射粒子的入射时刻和输出脉冲产生的时间差累计电离室工作状态要求输出信号的相对均方涨落V I2≈1/nT<<1 V V2≈1/2R0C0n<<1 饱和特性曲线斜率:灵敏体积增大,复合的抑制,漏电流灵敏度η=输出电流或电压值/射粒子流强度(采用多级平行电极系统可提高) why曲线后部分离:部分电子离子对复合,未达到饱和电压,引起输出电流信号偏小正比计数器是一种非自持放电的气体探测器,利用碰撞电荷讲入射粒子直接产生的电离效应进行放大,使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大输出电荷信号主要由正离子漂移贡献r处场强E(r)=V0/rlnb/a V T=ET*alnb/a 只有V0>V T才工作于正比工作区,否则电离室区气体放大倍数A=n(a)/n(r0)A仅于V0V T有关,与入射粒子位置无关气体放大过程(电子雪崩)当电子到打距极丝一定距离r0后,通过碰撞电离过程电子数目不断增加电子与气体分子碰撞过程中碰撞电离,碰撞激发(气体退激发射子外光子,阴极打出次级电子,次级电子碰撞电离) 光子反馈:次级电子在电场加速下发生碰撞电离A t=A/1-γA 光子反馈很快;加入少量多原子分子气体M可以强烈吸收气体分子退激发出的紫外光子变成M*,后来又分解为小分子(超前离解) 气体放大过程中正离子作用:1.停止电子倍增2.再次触发电子倍增(离子反馈)输出信号:1.电流脉冲形状一定,与入射粒子位置无关,电压脉冲为定前沿脉冲2.响应时间快3.R0C0>>T+时,获得最大输出脉冲幅度ANe/C0分辨时间/死时间τD与脉冲宽度正比,τD内产生的脉冲不会被记录造成计数损失,死时间可扩展. m=n/1-nτD m真实n测量时滞:初始电子由产生处漂移到阳极时间时间分辨本领:正比计数器对时间测量的精度正比计数器坪特性曲线斜率:由于负电性气体、末端与管壁效应等,有部分幅度较小的脉冲随工作电压升高而越来越多地被记录下来GM放电过程:1.初始电离和碰撞电离:电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩 2.放电传播(光子反馈):Ar*放出紫外光子打到阴极上打出次级电子 3.正离子鞘向阴极漂移,形成离子电流4.离子反馈:正离子在阴极表面电荷中和缺点GM死时间长,仅计数A t=A/1-γA自持放电:阴极新产生电子向阳极漂移引起新的雪崩,从而在外回路形成第二个脉冲,周而复始.-实现自熄:改变工作高压,增加猝熄气体-有机(阻断光子,离子反馈;工作机制:1.电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩过程 2.Ar*放出紫外光子被有机气体分子吸收3. 正离子鞘向阴极漂移实现电荷交换4.有机气体离子在阴极电荷中和),卤素(工作机制:1.电离过程靠Ne的亚稳态原子的中介作用形成电子潮2.Ne*退激发出光子在阴极打出电子,或被Br2吸收打出新点子3.正离子鞘Br+向阴极漂移4.Br+在阴极表面与电子中和超前解离)GM管和正比计数器区别:GM输出信号幅度和能量无关,只能计数,死时间非扩展型死时间校正:m=n(mτD+1)GM坪特性曲线坪斜成因:随工作电压增高,正离子鞘电荷量增加,负电性气体电子释放增加,灵敏体积增大,尖端放电增加死时间t d:电子再次在阳极附近雪崩的时间复原时间t e:从死时间到正离子被阴极收集,输出脉冲恢复正常的时间分辨时间t f:从0到第二个脉冲超过甄别阈的时间GM计数管离子对收集数N与工作电压关系图:1.复合区(电压上升,复合减少,曲线上升)2.饱和区(电荷全被收集)3.正比区N=N0M(碰撞电离产生气体放大,总电荷量正比于原电荷量)4.有限正比区N>>N0(M过大,过渡区)5.盖格区(随电压升高形成自持放电,总电离电荷与原电离无关,几条曲线重合)第三章闪烁体探测器优点:1.探测效率高,可测量不带电粒子,对于中子和γ光子可测得能谱2.时间特性好,可实现ns的时间分辨工作过程：射线沉积能量,电离产生荧光,荧光转换为光电子,光电子倍增,信号流经外回路闪烁体探测器组成:闪烁体,光电倍增管,高压电源,低压电源,分压器和前置放大器分类:无机闪烁体(无机盐晶体,玻璃体,纯晶体),有机闪烁体(有机晶体,有机液体闪烁体,塑料闪烁体)气体闪烁体(氩、氙)无机闪烁体发光机制:入射带电粒子可以产生电子空穴对,也可以产生激子(相互转化) 有机闪烁体发光机制:由分子自身激发和跃迁产生激发和发光气体闪烁体发光机制:入射粒子径迹周围部分气体被激发,返回基态时发射出光子产生电子空穴对需要三倍禁带宽度能量光能产额Y ph=n ph/E=4.3*104/MeV 闪烁效率C ph=E ph/E=13%闪烁光子传输和收集通道:反射层,光学耦合剂,光导反射层:把光子反射到窗:镜面反射和漫反射耦合剂(折射系数较大的透明介质,周围介质折射系数n1,闪烁体n0,全反射的临界角θc=sin-1n1/n0):排除空气,减少由全反射造成的闪烁光子损失光导:具有一定形状的光学透明固体材料,连接闪烁体和光电倍增管,有效地把光传输到光电转换器件上:具有较高折射系数,与闪烁体和光电转换器光学接触好. 光电倍增管PMT:把光信号转换为电信号并放大;由入射窗,光阴极,聚焦电极,电子倍增极(打拿极,次级电子产额δ=发射的次级电子数/入射的初级电子数),阳极和密封玻璃外壳组成.光谱效应:光阴极受到光照射后发射光电子的几率为波长的函数量子效率Q k(λ)=发射电子数/入射光子数光阴极的光照灵敏度S k=i k/F S a=i a/F S a=g c*M*S k第一打拿极的电子收集系数g c=第一打拿极收集到的光电子数/光阴极发出的光电子数PMT的电流放大倍数M=阳极收集到的电子数/第一打拿极收集到的电子数飞行时间(渡越时间)te:一个光电子从光阴极到达阳极的平均时间渡越时间离散Δte为te的分布函数的半宽度闪光照射到光阴极时,阳极输出信号可能不同-原因:1.光阴极的灵敏度在不同位置不同2.光阴极不同位置产生的光电子被第一打拿极收集的效率不同解决:1.改进光阴极均匀性 2.改进光电子收集均匀性 3.利用光导把光电子分散在整个光阴极输出信号:闪烁体发出闪烁光子数n ph=Y ph E 第一打拿极收集到光电子数n e=n ph T 阳极收集到电子数n A=n e M 输出电荷量Q=n A e=Y ph TMe电压脉冲型工作状态R0C0>>τ优:脉冲幅度大缺:脉冲前沿后沿慢电流脉冲型工作状态R0C0<<τ优: 脉冲前沿后沿快缺:脉冲幅度小小尺寸闪烁体:仅吸收次级电子的能量,大尺寸闪烁体:吸收全部次级电子、次级电磁辐射能量中尺寸闪烁体:吸收次级电子能量,可能吸收次级电磁辐射能量;康普顿边沿与全能峰之间连续部分-多次康普顿散射造成-康普顿效应产生的散射光子又发生康普顿效应;单逃逸峰-正电子湮没辐射时产生的两个511keV的湮没光子一个逃逸而另一个被吸收,双逃逸峰-两个光子都逃逸;全能峰-对应γ射线能量的单一能峰第四章半导体探测器本征半导体:理想的纯净半导体,价带填满电子,导带无电子禁带宽度硅300K-1.115ev 0K-1.165ev锗300K-0.665ev 0K-0.746ev 电子空穴密度硅n=p=2*1010/cm3锗n=p=2.4*1013/cm3半导体探测器分类:均匀型,PN结型,PIN结型,高纯锗HPG,化合物半导体,雪崩半导体,位置灵敏半导体半导体探测器的优点:1.非常好的位置分辨率 2.很高的能量分辨率3.很宽的线形范围4.非常快的响应时间Si:适合带电粒子测量,射程短Ge:纯度高,可以做成较大的探测器:可用于γ能谱测量掺有施主杂质的半导体中多数载流子是电子,叫做N型半导体:掺有受主杂质的半导体中多数载流子是空穴,叫P型半导体补偿效应:当p>n,N型转换为P型半导体p=n时完全补偿平均电离能特点:1.近似与入射粒子种类和能量无关,根据电子空穴对可推入射粒子能量 2.入射粒子电离产生的电子与空穴数目相等 3.半导体平均电离能约3eV,远小于气体平均电离能30eV 陷落和复合使载流子减少半导体探测器材料特性:长载流子寿命(保证载流子可被收集),高电阻率(漏电流小,结电容小)PN型半导体:适合测量α粒子这类短射程粒子,不适合测量穿透力强的射线势垒高度V0=eN d W2/2ε宽度W=(2εV0/eN d)1/2=(2εV0ρnμn)1/2PIN半导体:温度升高,Li+漂移变快;Li+形成PN结,Li+与受主杂质中和,实现自动补偿形成I区(完全补偿区,耗尽层,灵敏体积),形成PIN结why半导体PN结可作为灵敏区？1.在PN结区可移动的载流子基本被耗尽,只留下电离了的正负电中心,具有高电阻率 2.PN结上加一定负偏压,耗尽区扩展,可达全耗尽,死层极薄,外加电压几乎全部加到PN结上,形成高电场 3.漏电流小,具有高信噪比高纯锗:一面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质形成N区,并形成PN结,另一面蒸金属形成P+作为入射窗,两端引出电极第五章辐射探测中的统计学f(t)=me-mt t=1/m σt2=1/m2第六章核辐射测量方法符合事件:两个或以上在时间上相关的事件真符合:用符合电路选择同时事件反符合:用反符合电路来消除同时事件,当一个测量道没有输入信号时,另一道的信号才能从符合装置输出符合道计数率nc=Aεβεγ偶然符合:在偶然情况下同时达到符合电路的非关联事件引起的符合(偶然计数n rc=2τs n1n2) 电子学分辨时间τe=FWHM/2符合计数n c=n co+n rc 真偶符合比R=n co/n rc=1/2τs A电压工作状态脉冲幅度⎺h=Ne/C0 E=Κ1⎺h+K2=Gx+E0 G0增益E0零截α能量分辨率FWHMs=2.36√FEαW0探测器选择α:金硅面垒半导体探测器、屏栅电离室、带窗正比计数器β:半导体探测器、磁谱仪γ:单晶γ谱仪全能峰E f=Eγ单Es= Eγ-511keV双E d= Eγ-1022keVy(i)=y(I p)exp[-(i-I p)2/2σ2] η=FWHM/I p FWHM=2.36σ峰康比p=全能峰的峰值/康普顿平台的峰值半导体峰总比f p/T=特征峰面积/谱总面积第七章中子探测反应堆周期T:反应堆内中子密度变化e倍所需时间平均每代时间τ:上一代中子的产生到被吸收后又产生新一代中子的平均时间K=堆内一代裂变中子总数/堆内上一代裂变中子总数T=τ/K-1反应堆功率测量系统功能:为反应堆提供工况控制信息(控制方面),为反应堆的安全保护系统提供安全保护信号(安全方面)中子测量方法:核反冲法,核反应法,核裂变法,活化法中子能谱测量方法：核反应法,核反冲法,飞行时间法中子探测器原理:通过中子与核相互作用产生可被探测的次级粒子并记录这些刺激粒子探测过程:1.中子和辐射体发生相互作用产生带电粒子或感生放射性2.在某种探测仪表记录这些带电粒子或放射性中子探测器种类:1.气体探测器(BF3正比计数管,涂硼正比计数管,长计数管,平行板电离室,圆柱形电离室,γ补偿电离室,长中子电离室)2.固体探测器(硫化锌快中子屏,硫化锌慢中子屏,含锂闪烁体,有机闪烁体)堆芯外仪表:核仪表系统(2个源量程测量通道2个中间量程测量通道4个功率量程测量通道),提供信号,提供控制信号,监测功能堆芯内仪表:堆芯裂变电离室,涂硼室,γ温度计.自给能探测器堆芯中子注量率测量系统:驱动装置,组选择器,路选择器,中子探头。

第一章 辐射源1、谈谈你所感兴趣的一种辐射源。

答题要点（略）。

第二章 射线与物质的相互作用8、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，辐射损失和电离损失之比是多少？解：已知辐射能量损失率理论表达式为：对于氘核而言，m d =1875.6139MeV ；对于电子而言，m e =0.511MeV ，则10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比为：222222822227.4210d e d e d e e dZ Z Z m Z NE Z NE m m Z m -=≈⨯Ee=20MeV 时，在相对论区，辐射损失和电离损失之比有如下表达式：()()800r e ZE dE dx dE dx -=-则 20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失和电离损失之比为：2082 2.05800⨯≈ 11、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？这γ射线的能量是多少？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: 232322070.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm bγσμ-⎛⎫==⨯ ⎪⨯⎝⎭≈⨯= 查γ射线与物质相互作用截面和元素的质量衰减系数表可知，在μm=0.0517cm 2/g 时相对应的γ射线的能量为1.5 MeV ，μm=0.0703 cm 2/g 时，222NZ m E z dx dE S radrad ∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A m N Aγμμσρ==相对应的γ射线的能量为1.0 MeV ,如果以y 轴表示能量，x 轴表示质量吸收系数，则相对应的两个点（x1,y1）、（x2,y2）分别为（0.0517，1.5）、（0.0703，1.0）：利用插值与多项式逼近中的拉格朗日逼近：21121221x x x x y y y x x x x --=+--可得μm =0.0529 cm 2/g 时所对应的能量：0.05290.07030.05290.05171.5 1.00.05170.07030.07030.0517174121.5 1.01861861.50.935 1.00.0651.4030.065 1.468y MeV--=⨯+⨯--=⨯+⨯=⨯+⨯=+=(这里用的是两点式逼近，同学们有兴趣的话可以查表多找几个点用多项式逼近计算)由 得01()1000I t I =时铅容器的质量厚度t m 为： ()()()000332111000ln ln 11ln 10ln 100.052933 2.3ln 100.05290.0529130.435/m m m m I I t I I g cm μμμ--⎛⎫⎛⎫ ⎪=-=- ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭=-=-⨯==≈ 或由 得： ()000111000ln ln 33ln 10 2.311.50.60.6I I t I I cm μμ⎛⎫⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭==⨯=第三章 放射性测量中的统计涨落3、本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±25min -1,求净计数率及误差。

《核辐射测量方法》课件一、课件概述本课件旨在介绍核辐射的基本概念、测量方法及其应用。

通过本课件的学习，使学员掌握核辐射的性质、测量原理和常用的测量方法，为核辐射防护和核事故应急处理提供技术支持。

二、课件内容1. 核辐射的基本概念1.1 辐射1.2 核辐射1.3 辐射剂量2. 核辐射的性质2.1 辐射类型2.2 辐射能量2.3 辐射穿透性3. 核辐射测量原理3.1 辐射与物质的相互作用3.2 辐射探测原理3.3 辐射测量仪器4. 核辐射测量方法4.1 放射性核素测量4.1.1 活度测量4.1.2 核素识别4.2 射线辐射测量4.2.1 剂量率测量4.2.2 射线成像4.3 辐射环境监测4.3.1 环境辐射水平监测4.3.2 放射性废物监测5. 核辐射测量技术应用5.1 核能利用5.2 医学诊断与治疗5.3 地质勘探5.4 生物示踪6. 核辐射防护与应急处理6.1 辐射防护原则6.2 辐射防护措施6.3 核事故应急处理三、课件结构1. 课件首页：核辐射测量方法简介2. 章节页面：核辐射的基本概念、性质、测量原理、测量方法、应用、防护与应急处理3. 图片及动画：生动展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：巩固所学知识四、课件制作要求1. 文字：清晰、简洁、易懂，符合学员阅读习惯2. 图片：选用高质量的图片，具有代表性，便于学员理解3. 动画：生动形象，展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：具有针对性，帮助学员巩固所学知识五、课件使用建议1. 结合课程安排，合理安排课件内容的学习顺序2. 充分利用课件中的图片、动画等多媒体元素，提高学习兴趣3. 针对课件中的练习题，进行自我测试，巩固所学知识4. 如有疑问，及时与讲师或其他学员沟通交流，提高学习效果核辐射测量方法是核能利用、医学诊断与治疗、地质勘探等领域的重要技术手段。

通过本课件的学习，希望学员能够掌握核辐射的基本概念、性质、测量原理和应用，提高核辐射防护和应急处理能力。

核辐射的单位和测量方法核辐射是指由放射性核素放射出的粒子或电磁波所产生的辐射。

它对人类和环境都具有潜在的危害，因此，准确测量核辐射的单位和方法至关重要。

本文将介绍核辐射的单位以及常用的测量方法，以增加对核辐射的了解和防范意识。

一、核辐射的单位核辐射的单位主要包括剂量当量、剂量率和活度。

1.剂量当量（equivalent dose）是衡量辐射对生物体产生的损伤能力的物理量。

它考虑了辐射的不同类型和能量，以及生物体对不同类型辐射的敏感程度。

剂量当量的单位是希沃特（Sievert，Sv）或戈瑞（Gray，Gy）。

希沃特是国际上常用的单位，1希沃特等于1戈瑞乘以辐射品质因子。

2.剂量率（dose rate）是单位时间内接受的辐射剂量。

剂量率的单位是希沃特每小时（Sv/h）或戈瑞每小时（Gy/h）。

3.活度（activity）是描述放射性物质衰变速率的物理量。

活度的单位是贝可勒尔（Becquerel，Bq），1贝可勒尔等于1秒内发生的衰变数。

在实际应用中，常用千贝可勒尔（kBq）或兆贝可勒尔（MBq）来表示。

二、核辐射的测量方法核辐射的测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。

1.直接测量法是通过测量辐射粒子或电磁波的能量来确定辐射剂量。

常用的直接测量方法有电离室法、固态探测器法和闪烁体法。

- 电离室法利用气体电离现象来测量辐射剂量，通过测量辐射粒子在气体中所产生的电离电流来得到剂量当量或剂量率。

- 固态探测器法利用固态材料对辐射的敏感性来测量辐射剂量，常用的固态探测器有硅和锗。

- 闪烁体法利用某些物质在受到辐射后产生的闪烁现象来测量辐射剂量，常用的闪烁体有钠碘闪烁体和塑料闪烁体。

2.间接测量法是通过测量辐射引起的其他物理量来推算辐射剂量。

常用的间接测量方法有剂量计法和活度测量法。

- 剂量计法是通过测量辐射引起的物质的物理或化学变化来推算辐射剂量。

常用的剂量计有热释光剂量计、光刺激发光剂量计和电子自旋共振剂量计。

一、名词解释1.核素:具有特定质量数，原子序数和核能态，而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子2.碰撞阻止本领：带电粒子通过物质时，在所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量3.平均电离能：射线在气体中每形成一个离子对所消耗的的平均能量4.粒子注量率：表示在单位时间内粒子注量的增量5.能注量：在空间某一点处，射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积6.比释动能：不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和7.吸收剂量：单位质量受照物质所吸收的平均辐射能量8.剂量当量：某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和9.同位素:具有相同的原子序数，但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素10.放射性活度：指在给定时刻，处于特定能态的一定量的放射性核素在时间dt内发生自发核跃迁的期望值11.照射量：X=dq/dm，以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度12.剂量当量指数：全身均匀照射的年剂量的极限值13.射气系数：描述某一时间间隔内，从矿物或者岩石中放出的射气量与同一时间所形成的射气总量之比14.同质异能素：具有相同质量数和相同原子序数而半衰期有明显差别的核素15.轨道电子俘获：指原子核俘获了一个轨道电子，使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程16.平均寿命：放射性原子核平均生存的时间17.电离能量损耗率：带电粒子通过物质时，所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量18.衰变常数：原子核在某一特定状态下，经历核自发跃迁的概率19.平衡含量铀：达到放射性平衡时的铀含量20.分辨时间: 两个相邻脉冲之间最短时间间隔21.康普顿边:发生康普顿散射时，当康普顿散射角为一百八十度时所形成的边22.康普顿坪：当康普顿散射角为零到一百八十度时所形成的平台23.累计效应:指y光子在介质中通过多次相互作用所引起的y光子能量吸收24.边缘效应: 次级电子产生靠近晶体边缘，他可能益处晶体以致部分动能损失在晶体外，所引起的脉冲幅度减小25.和峰效应: 两哥y光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲，其对应能量为两个光子能量之和26.双逃逸峰：指两个湮没光子不再进行相互作用就从探测器逃出去27.响应函数: 探测器输出的脉冲幅度与入射γ射线能量之间的关系的数学表达式28.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29.探测效率：表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲1.峰总比:全能峰的脉冲数与全谱下的脉冲数之比30.峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比31.峰总比：全能峰内的脉冲数与全谱下的脉冲数之比32.入射本征效率：指全谱下总脉冲数与射到晶体上的y光子数之比33.本征峰效率：全能峰内脉冲数与射到晶体上y光子数之比34.源探测效率:全谱下总计数率与放射源的y光子发射率之比35.源峰探测效率:全能峰内脉冲数与放射源y光子发射率之比36.光电吸收系数:光子发生光电效应吸收几率37.光电截面:一个入射光子单位面积上的一个靶原子发生光电效应的几率38.原子核基态原子核最低能量状态39.铀镭平衡常数 :矿石中铀镭平衡状态时质量比值三、简要回答下列问题1.β衰变放出的β粒子的能谱，为什么是连续谱。

核辐射的检测方法嘿，朋友们！咱今天就来聊聊核辐射的检测方法。

你说这核辐射，看不见摸不着的，就像个隐藏的小怪兽，那咱可得有办法把它给揪出来呀！咱先说说最简单的，用盖革计数器。

这玩意儿就像是个小侦探，能听到核辐射发出的“声音”。

你想想，它滴答滴答地响，就好像在告诉你：“嘿，这里有核辐射哦！”是不是挺神奇的？就好像你走在路上，突然有个小精灵在你耳边说：“这边有情况！”还有一种方法，就像是给核辐射拍照片，那就是利用热释光剂量计。

它能把核辐射留下的痕迹给记录下来，等你去查看的时候，就知道这里曾经有没有核辐射来过啦。

这就好比你在沙滩上留下脚印，别人一看就知道你走过一样。

再说说利用辐射变色片吧，这东西可好玩了。

核辐射一来，它就会变色，就像个会变脸的小魔术家。

你一看它变了颜色，就知道大事不妙啦！这就好像你养的小宠物，平时乖乖的，一旦有什么异常情况，它就开始叫唤，提醒你注意呢。

那有人可能会问了，这些方法准不准呀？那当然啦！就像你去称体重，那秤能不准确嘛！这些检测方法都是经过科学家们精心研究和实践的呢。

不过，咱可不能完全依赖这些工具哦，自己也得有点小常识。

比如说，要是你发现周围有什么奇怪的地方，像一些不寻常的光芒啦，或者一些奇怪的气味啦，那可得小心点。

这就好比你看到天上突然掉下一个奇怪的东西，你肯定会好奇去看看，但也得注意安全呀！而且哦，咱平时也得多了解一些关于核辐射的知识，别到时候遇到了都不知道该咋办。

就像你要去一个陌生的地方旅行，总得先做做攻略吧，知道哪里好玩，哪里危险。

总之呢，核辐射虽然可怕，但咱有办法对付它！只要咱掌握了这些检测方法，再加上自己的小心谨慎，就一定能把这个小怪兽给抓住！咱可不能让它在我们身边捣乱，对吧？所以呀，大家都要重视起来，保护好自己和身边的人哟！。

一、名词解释 每名词3分 共24分 半衰期 放射性核素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值。

放射性活度 表征放射性核素特征的物理量 单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。

A N/dt。

射气系数 在某一时间间隔内 岩石或矿石析出的射气量N1与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量N2的比值 即η*= N1/N2×100%。

原子核基态 处于最低能量状态的原子核 这种核的能级状态叫基态。

核衰变 放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核 并伴随放出射线的现象。

α衰变 放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程成为α衰变衰变率 放射性核素单位时间内衰变的几率。

轨道电子俘获 原子核俘获了一个轨道电子 使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。

衰变常数 衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量 指原子核在某一特定状态下 经历核自发跃迁的概率。

线衰减系数 射线在物质中穿行单位距离时被吸收的几率。

质量衰减系数 射线穿过单位质量介质时被吸收的几率或衰减的强度 也是线衰减系数除以密度。

铀镭平衡常数 表示矿 岩 石中铀镭质量比值与平衡状态时铀镭质量比值之比。

吸收剂量 电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。

D=dE/dm 吸收剂量单位为戈瑞 Gy 。

平均电离能 在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。

碰撞阻止本领 带电粒子通过物质时 在所经过的单位路程上 由于电离和激发而损失的平均能量。

核素:具有特定质量数 原子序数和核能态 而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子粒子注量 进入单位立体球截面积的粒子数目。

粒子注量率 表示在单位时间内粒子注量的增量能注量 在空间某一点处 射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积能注量率 单位时间内进入单位立体球截面积的粒子能量总和比释动能 不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和剂量当量 某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和同位素:具有相同的原子序数 但质量数不同 亦即中子数不同的一组核素照射量 X=dq/dm 以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度照射量率 单位质量单位时间内γ射线在空间一体积元中产生的电荷。