核电子学与核辐射仪器(部分答案)第三章

《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题填空题（20分，每小题2分）a 粒子与物质相互作用的形式主要有以下 两种： 激发、电离Y 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B 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、轫致辐射由Nal （TI ）组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几卩s ;G - M 计数管的分辨时间大约为：一百卩s 。

电离室、正比计数管、 G-M 计数管输岀的脉冲信号幅度与 入射射线的能量 成正比。

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岀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 a 射线的强度由NaI （Tl ）组成的闪烁计数器，一般用来探测 丫、X 射线的能量、强度、能量和强度 电离室一般用来探测 a 、B 、Y 、X 、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。

正比计数管一般用来探测 B 、Y 、X 射线的 能量 G - M 计数管一般用来探测 a 、B 、Y 、 X 射线的 强度金硅面垒型半导体探测器一般用来探测 亠射线的能量、强度、能量和强度Si （Li ）半导体探测器一般用来探测 a 、B 、Y 、 X 射线的 能量、强度、能量和强度 HPGe 半导体探测器一般用来探测a 、B 、Y 、 X 、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量对高能Y 射线的探测效率则主要取决于 探测器的有效体积 对低能Y 射线的探测效率则主要取决于 “窗”的吸收 G - M 计数管的输出信号幅度与工作电压无关。

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 前置放大器的 两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配 。

谱仪放大器的 两个主要作用是：信号放大、脉冲成形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谱仪放大器的线性指标包括： 积分非线性INL 、微分非线性DNL名词解释及计算题（10分，每小题5分）能量分辨率：表征Y 射线谱仪对能量相近的Y 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探测效率：定义为探测器输岀信号数量 （脉冲数）与入射到探测器（表面）的粒子数之比 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 能谱：脉冲幅度经能量刻度后就可以得到计数率1.2.3. 4. 5. 6.7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.22.23.24.25.26.、1. 2. 3. 4. 5. 6.全能峰：入射粒子以各种作用方式（一次或多次）将全部能量消耗在探测器内而形成的仪器谱峰逃逸峰：若光电效应在靠近晶体表面处发生，则X射线可能逸岀晶体，相应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子能量小，这种脉冲所形成的峰称为全能峰7. 特征峰：许多放射源本身具有特征X射线它们在能谱上形成的峰为特征X射线峰8. 分辨时间：第一个脉冲开始到第二个脉冲幅度恢复到Vd的时间，该时间内探测器无法记录下进入计数管的粒子9. 死时间：入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。

核电子学习题解答第一章第二章第三章第四章第五章第六章第一章1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信号的特点来说明。

在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。

1.4 当探测器输出等效电流源时，求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R0C0<<τ的情况。

V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)]= I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/( R0+(1/sc0))=( I0/ c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0 c0)]}∴当R0 c0<<τ时，τ－R0 c0≈τ∴1.5 如图，设，求输出电压V(t)。

1.6 表示系统的噪声性能有哪几种方法？各有什么意义？输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压？为什么？ENV ENC ENN ENE η (FWHM)NE不是1.7 设探测器反向漏电流ID=10-8A，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于ID的比值。

1.8 试计算常温下（设T=300K）5MΩ电阻上相应的均方根噪声电压值（同样设频宽为1MHz），并与1MHz能量在20pF电容上的输出幅值作比较。

∵∴1.9U求单个矩形脉冲f（t）通过低通滤波器，RC=T，RC=5T，及RC=T/5，时的波形及频谱。

1.10 电路中，若输入电压信号Vi（t）=δ（t），求输出电压信号V0（t），并画出波形图，其中A=1为隔离用。

由，得：1.12 设一系统的噪声功率谱密度为，当此噪声通过下图电路后，求A点与B点的噪声功率谱密度与噪声均方值。

对A点：,噪声均方值：对B点：，噪声均方值：第二章2.1 电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统Cf起积分作用，当A很大时，2.2 试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，（1）求Vo(t)的一般表达式（2）当Cf=1pF, Rf=109Ω时，画出大致波形并与Rf→∞时作比较。

《核辐射探测器与核电子学》复习题《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题一、填空题1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。

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、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。

3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射。

4．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：零点几、几、十几、几十、一百、几百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、初始电离产生的离子对数、初始电离产生的电荷总数成正比。

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．ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。

8．NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。

9．电离室一般用来探测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。

10．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。

11．Ｇ-Ｍ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。

12．金硅面垒型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、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、带电粒子、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。

1．说明：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，进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。

2．核辐射探测的要紧内容有哪些？辐射探测的要紧内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确信射线的能量等。

应用要求不同，探测的内容可能不同，利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映、或彼此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份组成？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，单位时刻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，从这些情形即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，如此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射线是适合的。

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，如此，闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。

闪烁体的发光时刻越短，它的时刻分辨能力也就越强，在必然时刻距离内，能够观测的现象也就更多，能够幸免信号的重叠。

习题解答第一章绪论1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的？①时间测量。

核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。

②核辐射强度测量。

核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。

对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。

对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况(如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍)，如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。

③能谱测量。

辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。

精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。

④位置测量。

基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。

目前空间定位的精度可达到微米级。

⑤波形测量。

核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速(纳秒至皮秒级)的。

⑥图像测量。

核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。

辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射(如裂变反应产生的辐射)以反映目标体本身的图像。

图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。

CT技术就是这种处理方法的代表。

2、抗辐射加固主要涉及哪些方面？抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。

习题解答第一章绪论1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的？①时间测量。

核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。

②核辐射强度测量。

核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。

对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。

对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况（如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍），如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。

③能谱测量。

辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。

精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。

④位置测量。

基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。

目前空间定位的精度可达到微米级。

⑤波形测量。

核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的的。

测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速（纳秒至皮秒级）⑥图像测量。

核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。

辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射（如裂变反应产生的辐射）以反映目标体本身的图像。

图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。

CT 技术就是这种处理方法的代表。

2、抗辐射加固主要涉及哪些方面？抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。

6.3 γ能谱测量核反应及核衰变生成的原子核常处于激发态，处于激发态核由高能级向低能级跃迁时会放射出γ射线，即γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所发出的一种辐射，辐射的能量由原子核跃迁前后两能级的能量差决定。

γ射线的能量与原子核激发态的能级密切相关，测量γ射线能量可确定原子核激发态能级，这对确定原子核衰变纲图，放射性分析、同位素应用等方面有重要意义，也是了解原子核的结构、获得原子核内部信息的重要途径。

γ射线能量测量是利用γ线与探测器相互作用产生次生电子，测得次生电子能量并绘出次生电子按能量分布的谱，即所谓γ射线“能谱”，求得该γ射线能量。

一、实验目的(1) 了解闪烁探测器的结构、原理。

(2) 掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。

(3) 了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。

二、实验原理1、NaI(Tl)闪烁探测器概述核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。

下图是闪烁探测器组成的示意图。

首先简要介绍一下闪烁探测器的基本组成部分和工作过程。

图6.3.1 闪烁探测器的装置示意图闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。

上图中探测器最前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、β)进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子(一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去)。

在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去。

光电倍增管是一个电真空器件，由光阴极、若干个打拿极和阳极组成；通过高压电源和分压电阻使阳极、各打拿极和阴极间建立从高到低的电位分布。

当闪烁光子入射到光阴极上，由于光电效应就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚焦，在各级打拿极上发生倍增(一个光电子最终可产生104~109个电子)，最后被阳级收集。