第一章核辐射基本知识08

核辐射防护常识与相关核辐射知识什么是核辐射？放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射，核爆炸和核事故都有核辐射。

核辐射主要是α、β、γ三种射线：α射线是氦核，只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大；β射线是电子，皮肤沾上后烧伤明显。

这两种射线由于穿透力小，影响距离比较近，只要辐射源不进入体内，影响不会太大；γ射线的穿透力很强，是一种波长很短的电磁波。

y辐射和X射线相似，能穿透人体和建筑物，危害距离远。

宇宙、自然界能产生放射性的物质不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核电站事故泄漏的放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。

电磁波是很常见的辐射，对人体的影响主要由功率(与场强有关)和频率决定。

1、什么是放射性1896年贝克勒尔在研究轴矿的荧光现象时发现轴盐矿发射出类似X射线的穿透性辐射。

两年之后，法国物理学家居里夫人从轴矿中相继发现的另外两个能发射射线的新元素——钋和镭。

居里夫人称这种能自发释出射线的性质为放射性。

2、辐射分为两类。

一类是电离辐射，这是指α（阿尔法）、β（贝塔）、γ（伽马）、X和中子等射线。

这些射线能够直接或间接地使物质电离（即原子或分子获得或失去电子而成为离子）。

电离辐射按粒子带电情况又可分为带电粒子辐射（如α、β、粒子）和不带电粒子辐射（如中子、X和γ射线）。

另一类是非电离辐射，如可见光、紫外线、声辐射、热辐射和低能电磁辐射。

3、α、β、γ、中子和X射线有些什么特点？（1）α粒子：是高速运动的带正电的氦原子核。

它的质量大、电荷多，电离本领大。

但穿透能力差，在空气中的射程只有1～2厘米，通常用一张纸就可以挡住。

（2）β射线：是高速运动的电子流。

它带付电荷，质量很小，贯穿本领比α粒子强，电离能力比α粒子弱。

β射线在空气中的射程因其能量不同而异，一般为几米。

一通常用一般的金属板或有一定厚度的有机玻璃版、塑料版就可以较好地阻挡β射线对人的照射。

（3）γ射线：是波长很短的高能电磁波。

核辐射知识全攻略核辐射知识全攻略作者：[暖雪]发表时间：2011-03-16 14:50:52[收藏] [发短信] [回复] [投诉] [添加好友]何为核辐射简单来说，放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射。

核辐射是指来自于原子核的辐射。

影响人类的核辐射主要有三种，即α、β、γ射线。

α射线是由氦原子核组成的粒子流。

它质量大且带电荷多，但穿透物质的能力弱，射程也短，只要用一张普通的纸就能挡住。

但如果进入人体，会造成危害性很大的内照射，因此在防护上要特别防止α发射体进入人体内。

β射线是由高速电子组成。

与α射线相比它有较大的穿透力，能穿透皮肤的角质层而使活组织受到损伤，但它很容易被有机玻璃、塑料或铝板等材料所屏蔽。

其内照射的危害也比α射线小。

γ射线与X射线类似，也是由看不见的光子组成的。

它的穿透力最强，能穿透一米多厚的水泥墙，一个能量为1MeV的γ射线就足以穿透人体。

因此在外照射的防护中对γ射线的防护最重要。

但由于γ射线是不带电的光子，它不能直接引起电离，所以它对人体内照射的危害要比α、β射线都小。

核辐射会引起那些伤害放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。

内外照射形成放射病的症状有：疲劳、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血、脱发、白血病、呕吐、腹泻等。

有时还会增加癌症、畸变、遗传性病变发生率，影响几代人的健康。

一般讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。

以下是遭受的辐射量（单位：毫雷姆）的后果：450000～800000： 30 天内将进入垂死状态；200000～450000：掉头发，血液发生严重病变，一些人在 2 至6 周内死亡；60000～100000：出现各种辐射疾病；10000：患癌症的可能性为 1/130；5000：每年的工作所遭受的核辐射量；700：大脑扫描的核辐射量；60：人体内的辐射量；10：乘飞机时遭受的辐射量；8：建筑材料每年所产生的辐射量；1：腿部或者手臂进行 X 光检查时的辐射量。

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。

核辐射基本常识1. 元素是由原子序数相同的原子组成的。

元素周期表中标志元素次序的数目字称为该元素的原子序数，通常用Z来表示。

原子是由原子核和围绕原子核按一定能级运行的电子组成。

原子核是由中子和质子组成的。

质子带正电，中子不带电，电子带负电。

电子的数目恰好使原子成为中性。

中子和质子统称为核子。

质量数A:原子核内质子数和中子数的总合称为质量数原子序数乙原子核内的质子数叫做原子序数质量数=质子数+中子数A = Z + N原子序数=质子数=电子数2. 核素这一术语在辐射防护中经常用到，它定义为具有特定原子序数、质量数和核能态的一类原子，通常用符号ZA X表示。

其中X是元素符号、A是质量数、Z是原子序数（即电子数或核电荷数）。

例如7Li是元素锂的一种核素，A=7, Z=3; 40K是元素钾的一种核素，A=40, Z=19。

它们又可写作锂-7、钾-40。

现在已经知道大约有2000余种核素，其中约300种是稳定的。

核素根据其质量数、原子序数及所处能态的差异又可分为：（1）同位素具有相同原子序数，而质量数不同的核素，通常是在其元素符号左上角上注明质量数来表示。

例如1H 2H、3H是氢的三种同位素；235U、238U是铀的两种同位素。

每一种元素可能包括几种或几十种同位素。

（2）同核异能素（同质异能素）具有相同质量数和原子序数，但处于不同能态的核素，通常在其核素符号质量数标上m或m、m…等。

例如；9m Cu是；；cu的同核异能素；514m Sb是5?4Sb的同核异能素。

（3）同量异位素（同质异位素）具有相同质量数，而原子序数不同的核素称为同量异位素。

例如40A r、18 wK 和20Ca ；30Sr和90丫。

3. 电离辐射是指能引起被照射物质激发或电离的射线。

电离辐射包括光子辐射（X射线、丫射线）和粒子辐射（a、B、中子、质子等）。

（1）a射线是一种带电粒子流，可以使物质直接电离或激发。

射线穿透能力很弱，但电离本领很强，一旦进入人体组织和器官时破坏较大。

核辐射物理知识点总结核辐射物理是一门研究核能放射性衰变、核反应、离子辐射和电磁辐射等现象的学科，涉及核物理、粒子物理、原子物理、化学物理等多个学科知识。

核辐射物理对于我们了解宇宙的起源和演化、研究原子核结构和核反应、应用核技术等方面都有着重要的意义。

本文将介绍核辐射物理的基本概念、辐射种类、辐射防护、核裂变和核聚变等方面的知识点，希望能为读者提供一些参考。

一、核辐射的基本概念1.1 核辐射的定义核辐射是指原子核发生自发性变化时放出的一种高能射线。

这种高能射线能够穿透物质，使物质产生电离、激发和损伤等作用，因此具有很强的穿透能力和生物学危害性。

1.2 核辐射的种类核辐射主要包括α射线、β射线、γ射线和中子射线四种。

其中，α射线是一种带正电荷的粒子束，由氦原子组成，其穿透能力相对较弱；β射线是高速电子束，其质子数变化，穿透能力大于α射线；γ射线是一种电磁波，其能量较高，能够穿透物质达数厘米，具有很强的穿透能力；中子射线是由中子组成的射线，穿透能力最强，很难被阻挡。

1.3 核辐射的单位核辐射的单位有居里（Ci）、贝克勒尔（Bq）、辐（rad）、格雷（Gy）等。

其中，居里是衡量放射性核素活度的单位，1居里等于1秒内放出2.7×10^10次核变化；贝克勒尔是国际单位制中用于衡量放射性衰变速率的单位，1贝克勒尔等于1秒内有1个核衰变事件发生；辐是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1辐等于1克组织吸收1爱因斯坦能量；格雷是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1格雷等于1焦尔/千克。

1.4 核辐射的生物学危害核辐射对人体的生物学危害主要表现在辐射照射后会对细胞和组织产生电离、激发和损伤，导致遗传变异和癌症等疾病。

因此，正确了解核辐射的危害性并采取适当的防护措施是非常重要的。

二、核辐射的辐射防护2.1 核辐射的防护原则核辐射的防护原则包括时间原则、距离原则、屏蔽原则和个人防护原则。

在实际工作中，人们可以通过缩短接触辐射源的时间、增加与辐射源的距离、使用屏蔽材料和配备防护设备等方式来降低辐射的危害。

第一章：核辐射的基本知识第一节放射性现象放射性现象对于我们早已不陌生，岩石里、食物内、空气中，到处都存在放射性。

放射性现象就是不稳定的核素自发地放出粒子或γ射线，或在轨道电子俘获后放出X射线，或产生自发裂变的过程。

我们知道，原子由原子核和其外围绕的电子组成，原子核由质子及中子组成，质子与电子的数目相等，使原子呈中性。

通常用A Z X表示核素，X为元素的化学符号；A为质量数，等于质子和中子质量的总和，Z为原子序数，等于质子的数目。

例如氢有三个核素：氢、氖、氖，分别记作11H，21H，31H，它们是同位素。

同位素是质子数相同，而中子数不相同的核素。

从构成万物的一百多种元素来看，已经发现了2000多种核素，其中280多种核素是稳定的。

在不稳定的核素中有60多种是天然放射性核素，其中主要在Z＞83的元素里，而余下的为人工放射性核素。

天然放射性核素发生核衰变时，会放出α、β、γ射线，人工放射性核素还可以辐射出质子或中子等。

天然放射性核素自发地衰变，一般不受温度、压力的影响，并且按指数规律变化，若某时刻t时的放射性原子核数目为N（t）,则其与初始N0时具有的放射性原子核数目N。

之间有下面的关系：N（t）= N0e-λt（1-1）λ称为衰变常数，和原子核的性质有关，不同的原子核有不同的λ，衰变常数的物理意义是单位时间内一个原子核发生衰变的概率。

它反映的是衰变的速度，λ愈大，则衰变率愈大，衰变速度愈快。

通常用半衰期T1/2来表示衰变的速度或元素的寿命。

半衰期就是放射性元素原有的原子衰变一半所需要的时间。

例如238U的半衰期T1/2= 4．51*109a,从若原有1000万个原子，则经过4．51*109a后将剩下一半，约 500万个，再经过4．51*109a又剩下一半．约为 250万个；而不是经过一个半衰期剩下了一半，再经过一个半衰期的时间另一半就衰变完了。

实际上，历时10个半衰期，原有的原子还剩下于分之一左右。

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。