核电子学与核仪器
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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。
电子行业核电子学及其进展1. 简介电子行业核电子学(Nuclear Electronics in the Electronics Industry)是指在电子行业中应用核电子学原理和技术的领域。
随着科技的发展和进步,核电子学在电子行业中得到了广泛的应用和重视。
本文将介绍电子行业核电子学的基本概念、应用领域以及最新的研究进展。
2. 基本概念核电子学是集成电路与核技术相结合的学科,其研究的核心是利用核技术方法和仪器来实现电子器件的性能优化和功能增强。
核电子学主要关注以下方面:2.1 放射性同位素应用通过放射性同位素的嵌入,可以实现电子器件的性能改善。
例如,采用放射性同位素注入法可以提高电子器件的灵敏度和稳定性。
2.2 核探测器和核传感器核探测器和核传感器是核电子学的重要组成部分。
它们可以用于测量和检测辐射,广泛应用于核能、医学影像、无损检测等领域,提高了相关技术的精度和可靠性。
2.3 核电子学器件核电子学器件是指利用核技术原理制造的电子器件,例如核电池、核电晶体管等。
这些器件具有较高的稳定性和抗干扰能力,广泛应用于高温、高辐射等恶劣环境下的电子系统。
3. 应用领域电子行业核电子学的应用领域非常广泛,以下是其中几个典型的应用领域:3.1 核电能源核电能源是核电子学的一个重要应用领域。
利用核技术的原理和方法,可以设计和制造高效、安全、稳定的核电站。
核电站不仅可以提供大量的清洁能源,还能为建设智能电网、推动可持续能源发展作出贡献。
3.2 智能医疗影像核电子学在医疗影像领域有着重要的应用。
核技术可以提供更高的图像分辨率和对比度,帮助医生更准确地进行诊断和治疗。
此外,核电子学还可以应用于放射治疗、核医学等领域。
3.3 环境监测核电子学在环境监测中担当着重要的角色。
利用核技术的方法和仪器,可以对土壤、水体、大气中的放射性物质进行快速准确的监测。
这对于预防和应对环境污染有着重要意义。
3.4 无损检测核电子学在无损检测领域也得到了广泛应用。
1、名词解释:核电子学:物理学、核科学与技术、电子科学与技术、计算机科学与技术等相结合而形成的一门交叉学科。
核辐射探测器:利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
核仪器:是指用于核辐射产生或测量的一类仪器的统称。
能量-电荷转换系数:设辐射粒子在探测器中损失的能量为E,探测器产生的电子电荷数为N,则N/E称为探测器的能量-电荷转换系数θ。
θ=N/E能量线性:定义:是指探测器产生的离子对数平均值和所需消耗的粒子能量之间的线性程度。
探测器的稳定性:探测器中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
核电子学电路的稳定性:核电子学电路中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
信噪比:信号幅度与噪声均方根值之比冲击函数:系统函数:H(s)=Uo(s)/Ui(s)极点:系统函数中使分母为零的点零点:系统函数中使分子为零的点有源滤波器:将RC积分网络接在放大器的反馈回路里,就构成有源积分电路,或称为有源滤波器。
积分谱:改变阈电压U T,测量到相应的大于U T的脉冲数N(U T),得到N(U T) - U T 分布曲线,得到的就是积分谱微分谱:从阈电压U Tn上的脉冲计数减去阈电压U Tn+1上的计数就可得到阈电压上间隔ΔU=U Tn-U Tn+1中的计数ΔN。
ΔN和U T的关系曲线,就是脉冲幅度分布曲线(微分谱)仪器谱:仪器实测得的能谱脉冲幅度分布谱:积分谱和微分谱道宽:Uw=Uu - U L > 0时间移动:输入脉冲的幅度和波形的变化引起定时电路输出脉冲定时时刻的移动时间晃动:系统的噪声和探测器信号的统计涨落引起的定时时刻的涨落时间漂移:元件老化、环境温度或电源电压变化(属于慢变化)引起的定时误差慢定时:μs量级的定时快定时:p s量级的定时(还有ns的说法)自然γ全谱:用仪器测得的,能量在及时keV-2.62MeV的自然γ仪器谱。
成都理工大学核技术本科专业人才培养方案一、专业简介本专业创建于1956年,是国内最早开办的“核类”本科专业之一,具有五十余年不间断招生的历史,专业底蕴深厚。
所在学科具有博士、硕士学位授予权。
本专业面向21世纪我国核技术应用技术与产业发展的需求,培养掌握核技术的基本理论、基础知识与基本技能并具有核技术应用研究、核仪器仪表设计研发、核地球物理勘探等方面工作能力的应用研究型工程技术人才。
本专业的特色是“核物理”与“工程技术”密切结合,专业涵盖范围广,具有多学科交叉的特点,特别是在现场高灵敏度核分析技术、工业核测控技术、地学核技术等方面具有深厚的技术沉淀和学科优势。
专业负责人:王广西。
二、培养目标本专业培养面向21世纪社会经济和科技发展、适应现代核技术发展需要、德智体综合素质全面发展、富有创新精神和实践能力的应用研究型工程技术人才。
毕业生具有良好的科学素养、较好的数理基础,能够比较全面和系统地掌握核技术及其应用的基本理论、基础知识与基本技能。
知识结构合理、具有较强的独立解决问题的实践能力和创新意识,能够在核技术应用、核仪器设计与制造、资源勘查与开发利用以及环保、计算机应用、核电工程等领域从事教学、科研、开发、生产与管理等工作。
三、培养规格拥护中国共产党领导,热爱社会主义祖国,掌握马列主义、毛泽东思想和邓小平理论的基本原理,愿为社会主义现代化服务、为人民服务,有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感,具有敬业爱岗、热爱劳动、遵纪守法、团结合作的品质,具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。
毕业生具有以下方面的知识和能力:1. 扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术和社会科学基础知识,掌握一定的经济、管理知识。
2. 较系统地掌握核技术的理论基础知识、技术与实践技能,具有扎实的专业基础和较强的动手能力。
熟练地掌握和运用核技术在资源(尤其是铀矿资源)、环境、工业检测与自动化等方面的应用。
3. 较强的计算机应用与开发能力,较好地掌握计算机硬件、软件的开发和维护。
放射性核素的测量
放射性核素的测量是通过核辐射的测量来进行的。
常用的方法包括
以下几种:
1. Geiger-Muller计数器:这是一种常见的简单放射性测量设备,通
过测量辐射粒子的数量来确定放射性核素的水平。
计数器中的气体放
射性根据被辐射的能量释放电荷,进而通过电子学装置进行计数。
2. 闪烁体计数器:这种装置使用闪烁晶体来测量辐射,当放射性粒
子通过晶体时,会在晶体中产生闪烁,被光电倍增管测量到。
3. 核电子学仪器:这种仪器适用于更精密的测量,可以提供辐射的
能谱图和连续的测量。
通常使用多道分析器或谱仪来测量放射性活度。
4. 电离室:电离室是一种通过测量辐射粒子电离产生的电流来测量
核辐射水平的装置。
它适用于高能辐射的测量,并可以提供较准确的
结果。
这些方法可以用于测量不同种类的放射性核素,包括α、β和γ射线。
在进行放射性核素的测量前,需要选择合适的测量方法,并进行
必要的辐射防护和校准。
《核电子学与核探测方法》课程实验教学大纲
课程代码:MPHY1012
课程名称:核电子学与核探测方法
英文名称:Nuclear Electronics and Nuclear
experimental methods
实验室名称:放射医学实验室
课程学时:54实验学时:18
一、本课程实验教学目的与要求
1、学习、了解核辐射探测技术
2、掌握常用的核辐射测量方法;
3、了解核辐射探测器、核电子学仪器的原理
4、掌握常用的核辐射测量仪器的使用方法。
二、主要仪器设备及现有台套数
NaI闪烁计数器10套
HPGe γ 能谱仪1套
8路α、β能谱仪1套
低本底液体闪烁计数器1台
四、考核方式
1、实验报告:每次实验完成后写出实验报告。
2、考核方式:平时实验成绩(学习、操作、实验报告),作为《核电子学与和核探测方法》课程考核内容之一。
五、实验教材、参考书
1、教材:自编
2、参考书:
(1)《原子核物理实验方法》,复旦大学、清华大学、北京大学合编,原子能出版社。
(2)《核物理实验》,复旦大学、北京大学合编,原子能出版社。
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。
7.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。
8.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)9.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10.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。
11.简述光电倍增管的工作原理工作时,各电极上依次加有递增的电压,当光阴极上打出的光电子经电场加速,打到第一个倍增电极上时,每个光电子能够从这个倍增电极上打出3-6个电子,这些电子又被电场加速,又会在下一级倍增电极上打出3-6倍的电子来,这样不断地增殖,阳极上就可以收集到一大群电子,形成一幅度足够大的电脉冲,由阳极输出。
12.测量α射线采样哪种闪烁体?需要注意什么?常用的α闪烁体为ZnS(Ag)晶体。
其外不应有覆盖物,闪烁体做成一层薄膜,使其厚度稍大于α粒子在此闪烁体中的射程。
13.测量β射线采样哪种闪烁体?需要注意什么?是有机闪烁体或塑料闪烁体,测量β射线时,闪烁体厚度要大一些为了消除α射线的影响,β闪烁体需要外包一层铝箔,并可屏蔽光线。
14.光电倍增管各倍增极上的电压可以通过分压电阻得到,对分压电阻有何要求?为什么?在进行一般强度测量时,各极电压没有特殊要求,用做能谱测量时,分压电阻不宜太大光电倍增管内有电流脉冲通过时,各极电压波动可以较小15.使用闪烁计数器有哪些注意事项?①光电倍增管必须避光使用,严防漏光。
②为使闪烁计数器正常工作,应提前接通电源,使光电倍增管达到稳定工作状态。
③闪烁体及光电倍增管均应避光保存。
④光电倍增管及管座应该保持清洁干燥,不发生发生漏电。
⑤工作时,磁场对光电倍增管有影响,应采取屏蔽措施。
⑥光电倍增管应选择合适的高压。
⑦使用时应该仔细检查光电倍增16.气体探测器有哪几种?电离室、正比计数器和盖-勒(G-M)计数器统称为气体探测器。
17.电离室有哪两种类型?分别解释之。
一种是记录单个辐射粒子的脉冲电离室,主要用于测量重带电粒子的能量和强度。
按输出回路的参量,脉冲电离室又可分为离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。
另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累计效应的累计电离室,主要用于测量X、γβ和中子射线的强度或通量、剂量或剂量率。
它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。
18.解释:气体探测器的气体放大现象气体放大现象,即被加速的原电离电子在电离碰撞中,逐次倍增而形成电子雪崩。
19.与电离室相比,正比计数器有哪些优点?(1)输出的脉冲幅度较大。
(2)灵敏度较高。
(3)脉冲幅度几乎与原电离的地点无关。
20.G-M计数器探测射线具有哪些优、缺点?G-M计数器探测射线具有以下优点(1)灵敏度高2)脉冲幅度大(3)稳定性高4)计数器的大小和几何形状可按探测粒子类型和应用要求在较大范围内变动5)使用方便、成本低廉、制作工艺和仪器电路都比较简单.G-M计数器的主要缺点是:①不能鉴别粒子的类型和能量;②分辨时间长,约102μs,不能进行快速计数;③正常工作的温度范围较小;④有乱真计数。
21.何为G-M计数管的坪曲线?有何特点?在强度不变的放射源照射下测量计数率随工作电压的变化称为坪曲线。
曲线的特点是当工作电压超过起始电压时,计数率由零迅速增大;当工作电压继续升高时,计数率缓慢地随电压增大而增大,并有一个明显的坪存在,工作电压再继续升高,计数率又急剧增大,这是因为计数管失去猝熄作用,形成连续放电.22.使用G-M计数管有哪些注意事项?(1)使用前应大致了解该型号计数管的性能(2)严禁计数管发生连续放电情况,一旦发生应立即断掉高压。
(3)探测射线不能太强,计数率不能过高23.半导体探测器有哪些优、缺点?半导体探测器的主要优点(1)能量分辨率很高。
2)可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器。
(3)测量电离辐射的能量时,线性范围宽。
半导体探测器的主要缺点(1)对辐射损伤较灵敏,受强辐射后性能变差。
(2)常用的锗探测器,需要在低温(液氮)条件下工作,甚至要求在低温下保存,使用不便24.影响金硅面垒探测器能量分辨力的主要因素有哪些?(1) 输出脉冲幅度的统计涨落:(2) 探测器和电子学噪声由P-N结反向电流及表面漏电流的涨落造成;电子学噪声主要由第一级FET 构成,包括:零电容噪声和噪声斜率。
噪声的表示方法:等效噪声电荷ENC.(3) 窗厚度的影响: 式中为单位窗厚度引起的能量损失. 总线宽为:25.解释半导体探测器的辐射损伤效应。
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,简称辐射损伤或辐照效应。
26.解释PIN探测器及名称由来。
60年代,采用锂漂移技术在P型和N型半导体之间,得到受主杂质浓度和施主杂质浓度平衡的高电阻率补偿材料区,该区具有的性质与本征材料类似,通常以I(Intrinsic)表示,简称I区,又叫补偿区,它是探测器的灵敏区,其厚度可以达到10mm以上。
锂漂移探测器是P-I-N结构,习惯上又称为PIN探测器。
27.解释内放大探测器名称由来及工作原理。
普通的半导体探测器只收集入射粒子在灵敏体积内产生的载流粒子,输出的脉冲幅度比较小,从而限制了探测器对低能辐射的探测。
为了解决这一问题,研制出了一种在探测器内部对信号(与噪声相比)优先放大的探测器,称为内放大探测器。
当一个PN结探测器所加偏压足够高时,在PN结的整个电荷区形成一定强度的电场,入射粒子产生的载流粒子从电场获得的能量足以使其中的漂移电子在收集过程中又产生新的电离,即产生新的空穴-电子对。
这些次级载流粒子如果得到足够的能量就能再次产生电离…,这样一个级联过程会使初始的信号有一个显著的放大28.什么是导体、绝缘体、半导体(1)导体:存在满带、导带(部分填满,且存在许多空着的能级)所以可以从电场获得能量,经碰撞损失能量产生电荷宏观流动产生电流。
(2)绝缘体:存在满带、空带,禁带宽度大,在加电场下,满带电子由于填满不会获得能量跃迁到高能级,而导带虽有空能级但无电子因而不能产生电流,而不导电。
(3)半导体:存在满带、导带(为空),禁带宽度窄,在一定温度下满带里的电子会跃迁到导带这是满带既有空位且导带有电子,从而使晶体有了导电性。
29.什么是本征半导体、杂志半导体,N型半导体、P型半导体。
(1)本征半导体:理想、无杂质的半导体. 由于热运动而产生的载流子浓度称为本征载流子浓度,且导带中的电子数和价带中的空穴数严格相等。
载流子浓度:(2)杂志半导体:替位型,间隙型;(1) 替位型:III族元素,V族元素;(2) 间隙型:Li,可在晶格间运动。
(3)N型半导体:施主杂质为V族元素,其在半导体中形成的局部能级接近禁带顶部(即导带底部),表示该局部能级与导带底带的能量差值,则。
在室温下,杂质原子的原来处于其局部能级上的电子很易因热运动而进入导带,使导带中的电子数增多,并使该杂质原子自身处于离化状态。
这类杂质原子越多,则导带内的电子局越多。
杂质原子成为正电中心,这类在导带中产生电子的杂质称作“施主”,它们所产生的局部能级称作“施主能级”。
掺有施主杂质的半导体称为N 型半导体。
(4)P型半导体:受主杂质为III族元素,受主杂质在半导体中形成的局部能级一定很接近禁带底部(即满带顶部),表示该局部能级与满带顶部的能量差值,则.室温下满带中电子容易跃迁这些能级上;在满带中出现空穴。
所以,此时多数载流子为空穴,杂质原子成为负电中心。
这类杂质称为“受主杂质”,所产生的局部能级称为“受主能级”。