./第一章輻射源1、實(shí)驗(yàn)室常用輻射源有哪幾類？按產(chǎn)生機(jī)制每一類又可細(xì)分為哪幾種？帶電粒子源快電子源：β衰變內(nèi)轉(zhuǎn)換俄歇電子重帶電粒子源：α衰變自發(fā)裂變非帶電粒子源電子輻射源：伴隨衰變的輻射、湮沒輻射、伴隨核反應(yīng)的射線、軔致輻射、特征X射線中子源：自發(fā)裂變、放射性同位素〔α,n源、光致中子源、加速的帶電粒子引起的反應(yīng)2、選擇輻射源時(shí),常需要考慮的幾個(gè)因素是什么？答：能量,活度,半衰期。3、252Cf可做哪些輻射源？答：重帶點(diǎn)粒子源〔α衰變和自發(fā)裂變均可、中子源。第二章射線與物質(zhì)的相互作用電離損失：入射帶電粒子與核外電子發(fā)生庫侖相互作用,以使靶物質(zhì)原子電離或激發(fā)的方式而損失其能量作用機(jī)制：入射帶電粒子與靶原子的核外電子間的非彈性碰撞。輻射損失：入射帶電粒子與原子核發(fā)生庫侖相互作用,以輻射光子的方式損失其能量。作用機(jī)制：入射帶電粒子與靶原子核間的非彈性碰撞。能量歧離：單能粒子穿過一定厚度的物質(zhì)后,將不再是單能的,而發(fā)生了能量的離散；這種能量損失的統(tǒng)計(jì)分布,稱為能量歧離。引起能量歧離的本質(zhì)是：能量損失的隨機(jī)性。射程：帶電粒子沿入射方向所行徑的最大距離。路程：入射粒子在物質(zhì)中行徑的實(shí)際軌跡長度。入射粒子的射程：入射粒子在物質(zhì)中運(yùn)動時(shí),不斷損失能量,待能量耗盡就停留在物質(zhì)中,它沿原來入射方向所穿過的最大距離,稱為入射粒子在該物質(zhì)中的射程。重帶電粒子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)：1、主要為電離能量損失2、單位路徑上有多次作用——單位路徑上會產(chǎn)生許多離子對3、每次碰撞損失能量少4、運(yùn)動徑跡近似為直線5、在所有材料中的射程均很短電離損失：輻射損失：快電子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)：1、電離能量損失和輻射能量損失2、單位路徑上較少相互作用——單位路徑上產(chǎn)生較少的離子對3、每次碰撞損失能量大4、路徑不是直線,散射大帶電粒子在靶物質(zhì)中的慢化：<a>電離損失－帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞過程。<b>輻射損失－帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞過程。<c>帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞<d>帶電粒子與核外電子彈性碰撞即軔致輻射：帶電粒子穿過物質(zhì)時(shí)受物質(zhì)原子核的庫侖作用,其速度和運(yùn)動方向發(fā)生變化,會伴隨發(fā)射電磁波。電子的散射與反散射：電子與靶物質(zhì)原子核庫侖場作用時(shí),只改變運(yùn)動方向,而不輻射能量的過程稱為彈性散射。由于電子質(zhì)量小,因而散射的角度可以很大,而且會發(fā)生多次散射,最后偏離原來的運(yùn)動方向,電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),稱為反散射。反散射系數(shù)：入射電子能量越低,反散射越嚴(yán)重；對同樣能量的入射電子,原子序數(shù)越高的材料,反散射越嚴(yán)重阻止時(shí)間：正電子與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)：正電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量損失機(jī)制和電子相同。湮沒,放出光子,或者,它與一個(gè)電子結(jié)合成正電子素,然后再湮沒,放出光子。湮沒輻射：正電子湮沒放出光子的過程。湮沒光子：正電子湮沒時(shí)放出的光子。兩個(gè)湮沒光子的能量相同,各等于0.511MeV射線與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)：光子是通過次級粒子與物質(zhì)的原子核或原子核外電子作用,一旦光子與物質(zhì)發(fā)生作用,光子或者消失或者受到散射而損失能量,同時(shí)產(chǎn)生次電子；產(chǎn)生次級粒子主要的方式有三種,即光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。光電效應(yīng)：射線<光子>與物質(zhì)原子中束縛電子作用,把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子,使之發(fā)射出去光電效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的最緊的K層電子上。光電子能量為：光電截面：k為k層光電截面光電效應(yīng)：電子對效應(yīng)：康普頓散射：低能、高Z,光電效應(yīng)占優(yōu)勢；中能、低Z,康普頓散射占優(yōu)勢；高能、高Z,電子對效應(yīng)占優(yōu)勢?？灯疹D效應(yīng)：射線<光子>與核外電子的非彈性碰撞過程。在作用過程中,入射光子的一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,使它脫離原子成為反沖電子,而光子受到散射,其運(yùn)動方向和能量都發(fā)生變化,稱為散射光子。反沖電子與散射光子的能量與散射角及入射光子能量之間的關(guān)系：光子的能量：光子的動量：電子的動能：電子的動量：相對論關(guān)系：散射光子能量：反沖電子能量：反沖角：<1>任何一種單能射線產(chǎn)生的反沖電子的動能都是連續(xù)分布的。且存在最大反沖電子動能。<2>在最大反沖電子動能處,反沖電子數(shù)目最多,在能量較小處,存在一個(gè)坪。電子對效應(yīng)：是當(dāng)入射射線<光子>能量較高<>1.022MeV>時(shí),當(dāng)它從原子核旁經(jīng)過時(shí),在核力的作用下,入射光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子的過程。電子對效應(yīng)除涉及入射光子與電子對以外,必須有第三者——原子核的參與,否則不能同時(shí)滿足能量和動量守恒。電子對效應(yīng)要求入射光子的能量必須大于1.022MeV。正負(fù)電子的總動能為：電子對效應(yīng)的截面稍大于時(shí)：時(shí)：射線沒有射程的概念。窄束射線強(qiáng)度衰減服從指數(shù)衰減規(guī)律,只有吸收系數(shù)及相應(yīng)的半吸收厚度的概念。質(zhì)量厚度：第三章概率統(tǒng)計(jì)問題二項(xiàng)式分布數(shù)學(xué)期望方差泊松分布數(shù)學(xué)期望方差高斯分布概率密度函數(shù)為：數(shù)學(xué)期望方差串級隨機(jī)變量串級隨機(jī)變量的主要特點(diǎn)：<A>期望值：<B>方差：<C>相對方差：一個(gè)核在0~t時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率為：長壽命核素在核衰變過程中核衰變數(shù)的方差與其平均值相等誤差傳遞公式：分析一些常見情況：第一次,沒有樣品,在時(shí)間t內(nèi)測得本底的計(jì)數(shù)為Nb；第二次,放上樣品,在相同時(shí)間內(nèi)測得樣品和本底的總計(jì)數(shù)為Ns。樣品的凈計(jì)數(shù)為：其標(biāo)準(zhǔn)偏差為：對放射性計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差只需用一次計(jì)數(shù)N或有限次計(jì)數(shù)的平均值開方即可得到。在相對標(biāo)準(zhǔn)偏差給定的情況下,所需最小測量時(shí)間為：在規(guī)定的總測量時(shí)間T＝ts+tb內(nèi)使測量結(jié)果的誤差最小電離過程的漲落：產(chǎn)生電子—正離子對或電子—空穴對的碰撞都是隨機(jī)的,因而一定能量的帶電粒子形成的離子對數(shù)是漲落的,同樣是一個(gè)隨機(jī)變量,服從一定的概率分布。共產(chǎn)生的離子對數(shù)的平均值：離子對數(shù)漲落的標(biāo)準(zhǔn)誤差及相對標(biāo)準(zhǔn)誤差由于各次碰撞電離過程是非獨(dú)立的,產(chǎn)生的離子對數(shù)不能簡單用泊松分布來描述,而要對泊松分布進(jìn)行修正,引入法諾因子FF一般取1/2—1/3<氣體>或0.1~0.15<半導(dǎo)體>把這種分布稱為法諾分布。第四章氣體探測器入射粒子直接產(chǎn)生的離子對稱為原電離。初電離產(chǎn)生的高速電子足以使氣體產(chǎn)生的電離稱為次電離?？傠婋x=原電離+次電離電離能ω：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一電子離子對所需的平均能量。對不同的氣體,ω大約為30eV若入射粒子的能量為E0,產(chǎn)生的平均離子對數(shù)為：離子對服從法諾分布離子對數(shù)的方差電子與離子在氣體中的運(yùn)動：1、漂移〔電場作用；2、擴(kuò)散〔密度大>小；3、電子的吸附和負(fù)離子的生成；復(fù)合；電子吸附效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)等,都不利于電荷收集。電離室的工作機(jī)制脈沖型工作狀態(tài)記錄單個(gè)入射粒子的電離效應(yīng),處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：脈沖電離室。用于重帶電粒子的能量和強(qiáng)度測量。累計(jì)型工作狀態(tài)記錄大量入射粒子平均電離效應(yīng),處于這種工作狀態(tài)的電離室稱為：累計(jì)電離室。多用于X,γ、β和中子的強(qiáng)度、通量、劑量、劑量率測量。輸出回路的定義：輸出信號電流所有流過的回路都包括在輸出回路中。輸出回路的簡化過程：①感應(yīng)電荷在外回路上形成的電流,在負(fù)載電阻RL上形成電壓,有信號輸出；②測量儀器有內(nèi)阻、電容；③探測器電容C1。④線路的雜散電容C′。輸出電流：電離室的輸出電壓信號探測效率能量分辨率：靈敏度：單位強(qiáng)度的射線照射下輸出的電離電流輸出電壓脈沖幅度：離子脈沖電離室存在問題——輸出電壓脈沖寬度非常大<T＋是ms量級>,這樣入射粒子的強(qiáng)度不能太大,并且要求放大器電路頻帶非常寬,噪聲大而非實(shí)用。電子脈沖電離室存在問題：輸出電壓脈沖幅度h-與初始電離的位置有關(guān),也就是Q—與初始電離位置有關(guān)。正比計(jì)數(shù)器的工作原理正比計(jì)數(shù)器中,利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)放大了,使得正比計(jì)數(shù)器的輸出信號幅度比脈沖電離室顯著增大。雪崩--電子在氣體中的電離碰撞過程。發(fā)生雪崩的閾值電場：ET~106V/m。VT稱為正比計(jì)數(shù)器的起始電壓<閾壓>.對于一個(gè)確定的正比計(jì)數(shù)器,只有當(dāng)工作電壓V>VT時(shí),才工作于正比計(jì)數(shù)器工作區(qū),否則工作于電離室區(qū)。正比計(jì)數(shù)器輸出信號主要由正離子漂移貢獻(xiàn)。氣體放大倍數(shù)與正比計(jì)數(shù)器比較,最基本的區(qū)別在于GM計(jì)數(shù)管的輸出脈沖幅度與入射粒子的類型和能量無關(guān),放電終止僅取決于陽極電位的下降。只要有電子進(jìn)入計(jì)數(shù)管的靈敏體積,就會導(dǎo)致計(jì)數(shù),入射粒子僅僅起到一個(gè)觸發(fā)的作用。所以,GM計(jì)數(shù)管僅能用于計(jì)數(shù)。死時(shí)間tD：隨正離子鞘向陰極漂移導(dǎo)致電場屏蔽的減弱,電子又可以在陽極附近發(fā)生雪崩的時(shí)間。恢復(fù)時(shí)間tR：從死時(shí)間到正離子被陰極收集,輸出脈沖恢復(fù)到正常的時(shí)間。分辨時(shí)間τ：從"0"到第二個(gè)脈沖超過甄別閾的時(shí)間,與甄別閾的大小有關(guān)。設(shè)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入探測器的平均粒子數(shù)即平均計(jì)數(shù)率為m,探測器的實(shí)測計(jì)數(shù)率為n,不變時(shí),單位時(shí)間需要的總分辨時(shí)間為n,在n時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器而沒被記錄的粒子數(shù)為mn。第五章閃爍體探測器閃爍體種類一、無機(jī)閃爍體：無機(jī)晶體<摻雜>：玻璃體：<鋰玻璃>純晶體：二、有機(jī)閃爍體：有機(jī)晶體——蒽晶體等；有機(jī)液體閃爍體及塑料閃爍體。三、氣體閃爍體：Ar、Xe等。閃爍計(jì)數(shù)器工作機(jī)制：射線射入閃爍體使閃爍體原子電離或激發(fā),受激原子退激而發(fā)出可見的熒光。熒光光子被收集到光電倍增管<PMT>的光陰極,通過光電效應(yīng)打出光電子。光電子運(yùn)動并倍增,并在陽極輸出回路輸出信號。此信號由電子儀器記錄和分析。發(fā)光效率：指閃爍體將所吸收的射線能量轉(zhuǎn)化為光的比例絕對閃爍效率：Eph閃爍體發(fā)射光子的總能量；E入射粒子損耗在閃爍體中的能量。光能產(chǎn)額：nph為產(chǎn)生的閃爍光子總數(shù)。退激過程服從指數(shù)衰減規(guī)律對于大多數(shù)無機(jī)晶體,t時(shí)刻尚未退激的原子〔分子數(shù)：退激發(fā)出的光子數(shù)：發(fā)光強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的總光子數(shù)〔決定輸出光脈沖的曲線形狀發(fā)光衰減時(shí)間M:光電倍增管總的倍增系數(shù)閃爍探測器輸出信號的漲落閃爍譜儀能量分辨率的極限：Compton連續(xù)譜全能峰<光電峰>全能峰<光電峰>Compton連續(xù)譜全能峰<光電峰>全能峰<光電峰>Compton邊沿Compton邊沿雙逃逸峰雙逃逸峰ComptonCompton連續(xù)譜全能峰<光電峰>多次Compton散射全能峰<光電峰>多次Compton散射多次Compton散射全能峰<多次Compton散射全能峰<光電峰>單逃逸峰雙逃逸峰③③②淹沒峰反散射峰①特征X射線峰閃爍譜儀的能量分辨率第六章半導(dǎo)體探測器我們把氣體探測器中的電子－離子對、閃爍探測器中被PMT第一打拿極收集的電子及半導(dǎo)體探測器中的電子－空穴對統(tǒng)稱為探測器的信息載流子。產(chǎn)生每個(gè)信息載流子的平均能量分別為30eV<氣體探測器>,300eV<閃爍探測器>和3eV<半導(dǎo)體探測器>。半導(dǎo)體探測器的特點(diǎn)：<1>能量分辨率最佳；<2>射線探測效率較高,可與閃爍探測器相比。常用半導(dǎo)體探測器有：<1>P-N結(jié)型半導(dǎo)體探測器；<2>鋰漂移型半導(dǎo)體探測器；<3>高純鍺半導(dǎo)體探測器；金硅面壘<SurfaceBarrier>探測器<1>影響能量分辨率的因素輸出脈沖幅度的統(tǒng)計(jì)漲落F為法諾因子,對Si,F=0.143；對Ge,F=0.129。w為產(chǎn)生一個(gè)電子—空穴對所需要的平均能量能量分辨率可用FWHM表示：FWHM或E稱為半高寬或線寬,單位為：KeV。<2>探測器和電子學(xué)噪聲探測器的噪聲由P-N結(jié)反向電流及表面漏電流的漲落造成；電子學(xué)噪聲主要由第一級FET構(gòu)成,包括：零電容噪聲和噪聲斜率。噪聲的表示方法：等效噪聲電荷ENC,即放大器輸出端的噪聲的均方根值等效于放大器輸入端的噪聲電荷,以電子電荷為單位；由于噪聲疊加在射線產(chǎn)生的信號上,使譜線進(jìn)一步加寬,參照產(chǎn)生信號的射線的能量,用FWHM表示,其單位就是KeV。例如,ENC＝200電子對,由噪聲引起的線寬為：6.3鋰漂移半導(dǎo)體探測器6.4高純鍺<HPGe>半導(dǎo)體探測器1>能量分辨率：為載流子數(shù)的漲落。為漏電流和噪聲；為載流子由于陷阱效應(yīng)帶來的漲落,通過適當(dāng)提高偏置電壓減小。3>峰康比P=全能峰峰值/康普頓平臺的峰值第八章輻射測量方法符合方法：用不同的探測器來判斷兩個(gè)或兩個(gè)以上事件的時(shí)間上的同時(shí)性或相關(guān)性的方法。探測器的本征探測效率或靈敏度<1>對脈沖工作狀態(tài)：本征探測效率<2>對電流工作狀態(tài)：靈敏度．符合測量裝置1>、多道符合能譜儀2、HPGe反康普頓譜儀34-符合裝置4>雙PMT液體閃爍計(jì)數(shù)器中子與物質(zhì)的相互作用中子的分類與性質(zhì)1>慢中子：0～1KeV2>中能中子：1KeV～0.5MeV。3>快中子：0.5MeV～10MeV。4>