本文格式為Word版，下載可任意編輯——《致電離輻射探測學》練習題

一.選擇題:

1、寫出放射性原子核衰變時所聽從的泊松分布和高斯分布表達式。

P(n)?mn答：

P(n)?1n!e?m

?(n?m)2?22

2??e。

2、描述探測器分辯時間的模型如下圖所示，請給出這兩個模型對測量計數(shù)的修正公式。

解：真實計數(shù)率為n,探測器測得的計數(shù)率m,探測器分辯時間為τ

1?m??n?m?nen?m非時滯延遲模型時滯延遲模型

3、用正比計數(shù)管測量輻射如示意圖，畫出測得的微分能譜解：

4、電離室中存在的負電性氣體分子會：（1）捕獲電子形成負離子，減小復合損失；（2）捕獲離子，形成負離子，增加復合損失；（3）捕獲電子形成負離子，增加復合損失；（4）捕獲離子，形成負離子，增加復合損失

（）5、減小由于負離子的形成而造成的復合損失的措施（1）增加工作氣體的壓力；（2）減小工作電壓；

（3）純化氣體，添加少量雙原子氣體；（4）減小電子的漂移速度

（）6、電離室輸出的脈沖信號是由

（1）電極完全收集電子和離子后形成的；

（2）電極收集電子和離子過程中，電極上感生電荷的變化形成的；（3）收集快電子形成的；（4）收集慢離子形成的

（）7.什么原因造成電離室在飽和區(qū)內(nèi)電流仍隨電壓升高而增大？（1）電壓升高時，電極邊緣的電場加強，使實際的靈敏體積擴大

（2）由于負電性氣體雜質(zhì)的存在，消除負離子和正離子復合需要更強的電場。

8.電離室測量輻射時，輸出的電流或電壓信號，試分析他們的成份，并畫出隨時間變化規(guī)律的示意圖。

電離室的電流或電壓信號是由電子和離子的定向漂移，在電極上感生電荷的變化形成的，其主要成分為，電子脈沖和離子脈沖，其變化規(guī)律如圖發(fā)射的光子，

分析氣體探測器中的電壓信號的成分，并給出信號隨時間變化的關系和變化曲線示意圖。答：主要有電子和離子的漂移感生的兩種信號構(gòu)成：

VC(t)???eC0deC0de(W??W)t?當t?當x0W?x0W?（3.13a）d?x0W?(Wt?x0)??t?d?x0W?(3.13b)(3.13c)其變化如下圖C0當t?

9、畫出氣體脈沖電離室典型的輸出脈沖波形，說明輸出回路對波形的影響。

10.簡述正比計數(shù)管中的雪崩現(xiàn)象

當射線通過電極間氣體時，電離產(chǎn)生的電子和正離子在電場作用下，分別向陽極和陰極漂移。正離子的質(zhì)量大，且沿漂移方向的電場又是由強盜弱，因此電場的加速不足以使它發(fā)生電離碰撞。而電子則不然，漂移愈接近陽極，電場強度愈強。到達某一距離后，電子在平均自由程上獲得的能量足以與氣體分子發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生新的離子對。同樣地，新的電子又被加速再次發(fā)生電離碰撞。漂移愈接近，電離碰撞的概率愈大。于是，不斷增殖的結(jié)果將倍增出大量的電子和正離子，這就是電子雪崩的過程。

11.正比計數(shù)器在發(fā)生電子雪崩的過程中，除了加速電子與氣體分子的碰撞產(chǎn)生的電子之外，還有哪些原因產(chǎn)生新的電子？

光電效應：受激原子在退激發(fā)時發(fā)射的光子，以及復合等過程，只要能量足夠大，都可能在氣體分子或光陰極表面打出光電子

陰極表面的二次電子發(fā)射：正離子或受激原子撞擊陰極表面時可能發(fā)射二次電子

12.猝熄氣體的主要作用是什么？

吸收紫外光的作用抑制正離子發(fā)射作用

13.造成G-M管的死時間的原因是

（1）電子雪崩產(chǎn)生的大量的電子，減弱陽極的電場強度；（2）電子雪崩產(chǎn)生的大量的正離子，減弱陽極的電場強度；（3）猝熄分子終止放電；（4）猝熄抑制正離子的發(fā)射。

14、在GM管中，引起屢屢放電的主要原因是什么？如何抑制這種現(xiàn)象？

答：主要原因有兩個：（1）受激氣體退激發(fā)產(chǎn)生的紫外光在陰極上由于廣電效應產(chǎn)生新的電子；（2）具有一定動能的正離子撞擊在陰極上產(chǎn)生的二次電子發(fā)射。這些新產(chǎn)生的電子在GM管中引起新的放電。（2分）

抑制的措施：引入多原子分子，由于它們具有密集的振動和轉(zhuǎn)動能級，能猛烈地吸收多種能量的光子，從而抑制光電子的產(chǎn)生；引入猝熄氣體分子，利用它與正電荷氣體分子的電荷交換，由于激發(fā)態(tài)猝熄分子的解離壽命比退激發(fā)光的壽命短好多，故大部分也超前解離而不發(fā)射光子，從而抑制正離子在陰極上的二次電子發(fā)射。15.G-M管的坪曲線存在坪斜的原因？

亂真放電隨電壓升高而增多，從而造成假計數(shù)增多，亂真放電有以下兩個來源猝息不完全：猝息分子的正離子到達陰極有時還能打出少數(shù)電子；

負離子的形成：電子被捕獲形成負離子后漂移速度大大減慢，一直等到放電終止后才能到達強場區(qū)

16、造成GM管死時間的原因是什么？如何確定GM管的分辯時間？

答：入射粒子進入計數(shù)器引起放電后，形成了正離子鞘，使陽極周邊的電場減小。終止了放電，這時，進入計數(shù)器的粒子則不能引起放電，直到正離子鞘移出強場區(qū)，場強恢復到足以維

17.光電倍增管的光陰極的作用是(1)將電離輻射轉(zhuǎn)換為光子；（2）將電離輻射轉(zhuǎn)換成電子；（3）將電子轉(zhuǎn)換成光子；（4）將光子轉(zhuǎn)換為光電子

18.閃爍體NaI晶體中摻元素鉈（Tl）的作用是（1）增加光子轉(zhuǎn)換效率；（2）增加光電效應

（3）減小晶體對輻射產(chǎn)生的光子的自吸收；（4）改善晶體的發(fā)射光譜

持

放

電

的

強

度

為

止

，

這

段

時

間

為

死

時

間

采用雙源法

。

19、指出NaI(Tl)閃爍體的優(yōu)缺點.

密度大，平均原子序數(shù)高，對X射線Gamma射線阻止才干大能量轉(zhuǎn)換效率高，相對發(fā)光效率相當于蒽晶體的兩倍對自身的閃爍光不產(chǎn)生吸收，因此可做成大塊閃爍體

簡單加工極易潮解，必需密封在帶有光學玻璃的金屬容器中使用

20、下圖是兩種尺寸的半導體探測器的峰總比隨能量變化的結(jié)果，試解釋差異的原因。

答：γ射線入射到探測器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級γ射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用，其結(jié)果使得全能峰的計數(shù)增加，產(chǎn)生累計效應；

累積效應與探測器晶體的大小有關，與射線的能量有關，尺寸大的累計效應大，因此，大體積的晶體的峰總比大于小體積的峰總比。

21.光電倍增與閃爍晶體的之間匹配目的是（1）增加光子的收集效率；（2）減小光子的反射；（3）輸出更多的光電子；（4）減小光電子渡越時間

22、引起光電倍增管的暗電流主要原因有哪些？答：熱發(fā)射歐姆漏電剩余氣體電離場致發(fā)射切倫科夫光子

玻璃管殼放電和玻璃熒光

23.簡述閃爍探測器工作的五個相互聯(lián)系的過程

（1）射線進入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子的電離和激發(fā)；

（2）受激原子、分子退激發(fā)時發(fā)射熒光光子；

（3）光子收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應，光子在光陰極上擊出光電子；（4）光電子在光電倍增管中倍增，數(shù)量由一個倍增到104-109個，電子流在陽極負載上產(chǎn)生電信號；

（5）此信號由電子儀器記錄和分析。

24.解釋光電倍增管的渡越時間

Delta函數(shù)光源的閃光到達陰極瞬間與陽極輸出脈沖到達峰值時刻之間的時間間隔

25.γ射線能譜上的全能峰歸因于（1）光電效應；（2）康普頓散射；（3）電子對效應；（4）特征X射線

26.造成γ射線能譜上的反散射峰的原因是（1）探測器晶體中康普頓反散射；（2）探測器周邊材料中康普頓反散射；（3）探測器周邊材料中湮滅光子；（4）探測器晶體中的屢屢康普頓散射

27、用一個大尺寸的探測器探測輻射，如以下示意圖所示，請預期測得的能譜，并解釋原因。

解：能譜（）

結(jié)果使得全能峰的計數(shù)增加，產(chǎn)生累計效應

答：γ射線入射到探測器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級γ射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用，其

28.半導體探測器探測射線時，將射線能量轉(zhuǎn)換成（1）電子-離子對；（2）電子-光子（3）光電子；（4）電子-空穴對

29、如何增加半導體探測器的靈敏體積？答：PN結(jié)的厚度為

2?V01/2d?()eN

30.PN結(jié)探測射線的原理

PN結(jié)區(qū)內(nèi)的載流子濃度很低，電阻很高，當加上反向電場時，電壓幾乎完全下降在結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)形成一個很強的電場，而幾乎沒有漏電流流過。當帶電粒子射入結(jié)區(qū)后，通過與半導體材料的相互作用，很快地損失掉能量，帶電粒子所損失的能量將使電子由價帶跳到滿帶上去，于是導帶中有了電子，在價帶中留下空穴，形成導電的電子-空穴對。在電場的作用下，電子和空穴分別向兩極漂移，于是在回路中形成信號。

31、使用金硅面壘探測器時，為什么采用電荷靈敏放大器？答：金硅面壘探測器存在結(jié)電容

因此探測器輸出的電壓信號

電荷靈敏放大器，則電壓為（1分）

Ci+Cd，因此

32.尋常γ源伴有β射線，實際測得的γ能譜中，康普頓坪臺的低能部分向上傾斜的原因

通過增加反向偏壓V0，或減小半導體材料的雜質(zhì)濃度的方法達到增加靈敏體積的目的。

Cd??Vp?CiCdNeAdnCi?Cd分布電容結(jié)電容

則輸出的電壓信號會隨加在PN結(jié)上的偏壓變化而變化，從而影響儀器的能量分辯率。連接

Vp?NeCi?Cd?KCf其中KCf為電荷靈敏放大器的輸入電容，K為放大倍數(shù)，Cf為放大電路的反饋電容，KCf>>

Vp?NeKCf從而消除結(jié)電容的影響。

是

（1）β能譜的疊加；（2）韌致輻射的結(jié)果；（3）多重電子散射；（4）電子的湮滅

33.隨著探測器尺寸的增加，能譜的峰康比將（1）不變；（2）減?。唬?）增大；（4）為零

34、試從原理上分析Ge（Li）探測器對Gamma射線的能量分辯率好于NaI（Tl）晶體的主要原因。

解：半導體探測器的探測原理是射線在靈敏體積內(nèi)消耗能量產(chǎn)生電子-空穴對，通過對它們

的收集，得到電流，平均產(chǎn)生一對電子空穴對所需的能量為幾eV;閃爍探測器的探測原理是射線在閃爍體中消耗能量，發(fā)出光子，通過光電轉(zhuǎn)換為電流，平均產(chǎn)生一個光電子需約300eV;

這兩種探測器的能量分辯率分別決定于的漲落和光電子數(shù)的漲落，在一致射線能量下，半導體中產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)目遠大于閃爍體中的光電子數(shù)目，根據(jù)關系

??

N，可知，電子-空穴對的漲落遠小于光電子的漲落，Ge（Li）探測器對Gamma射

線的能量分辯率好于NaI（Tl）晶體。

35、半導體探測器如簡圖所示，請畫出圖中各個作用點的輸出脈沖Q(t)的時間變化曲線。解：

xd①②③④⑤

①

②

電子收集

③

空穴收集④

⑤

th空穴收集電子收集e的時間變化曲線。36、半導體探測器如簡圖所示，請畫出圖中各個作用點的輸出脈沖tQ(t)

①x

②d

③

④

⑤

解：

①②③④⑤te空穴收集電子收集電子收集th空穴收集

37、在符合測量中，如何選擇放射源的活度？

38、137Cs的衰變綱圖如下圖所示，請基于符合測量原理，測量β1在鋁中的射程（要求給出試驗裝置示意圖）

在符合分辯時間確定時，為保證真符合率大于偶然符合率，源強必需小于1/2τ

答：

nc0x)F1(???ε?nF(x)?F(x)?12當x大于或等β1的最大能量時，T1(x)=0，因此從變化曲線可定出β1的最大射程.（1分）

說明中子活化分析法中活化的流程，并大致畫出活化片中放射性核素的變化狀況。解：

1、

下圖是某放射性核素衰變的γ譜（衰變綱圖見插圖），試分辯譜中各種峰，分別給出它們的名稱。

1、下圖是某放射性核素衰變的γ譜（衰變綱圖見插圖），試分辯譜中各種峰，分別給出它們的名稱。

2、、下面是某同學測量一放射性核素衰變時得到的一組數(shù)據(jù)（測量時間都是1分鐘），試用Chi平方法檢驗這組數(shù)據(jù)是否正常（已知自由度為29時，28、35、24、33、36、31、33、32、25、3231、24、19、28、34、26、28、29、24、342