1、核輻射探測器與核電子學復習題核輻射探測器與核電子學期末考試復習題 一、 填空題 1 粒子與物質(zhì)相互作用的形式主要有以下兩種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發(fā)、形成電子對、電離、發(fā)射電子、發(fā)射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。 2 射線與物質(zhì)相互作用的主要形式有以下三種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發(fā)、形成電子對、電離、發(fā)射電子、發(fā)射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。 3 射線與物質(zhì)相互作用的主要形式有以下四種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發(fā)、形成電子對、電離、發(fā)射電子、發(fā)射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。 4 NaI(Tl)組成的閃爍計數(shù)器

2、，分辨時間約為： 零點幾、幾、十幾、幾十、幾百 s；-計數(shù)管的分辨時間大約為： 零點幾、幾、十幾、幾十、一百、幾百 s。 5 電離室、正比計數(shù)管、G-M計數(shù)管輸出的脈沖信號幅度與 入射射線的能量、初始電離產(chǎn)生的離子對數(shù)、初始電離產(chǎn)生的電荷總數(shù) 成正比。 6 半導體探測器比氣體探測器的能量分辨率高，是因為： 其體積更小、其密度更大、其電離能更低、其在低溫下工作使其性能穩(wěn)定、氣體探測器有放大作用而使其輸出的脈沖幅度離散性增大 。 7 ZnS(Ag)組成的閃爍計數(shù)器，一般用來探測、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度。 8 NaI(Tl)組成的閃爍計數(shù)器，一般用來探測、X、帶電粒

3、子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 9 電離室一般用來探測、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 10 正比計數(shù)管一般用來探測、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 11 -計數(shù)管一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 12 金硅面壘型半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 13 Si(Li)半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 14 HPGe半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒

4、子 射線的 能量、強度、能量和強度 。 15 對高能射線的探測效率則主要取決于 射線的能量、“窗”的吸收、射線的強度、探測器的有效體積、探測器材料的密度、探測器材料的有效原子系數(shù) 。 16 對低能射線的探測效率則主要取決于 射線的能量、“窗”的吸收、射線的強度、探測器的有效體積、探測器材料的密度、探測器材料的有效原子系數(shù) 。 17 -計數(shù)管的輸出信號幅度與 入射射線的能量、工作電壓 無關(guān)。 18 前置放大器的類型主要分為以下三種： 電壓型、電壓-電流型、電流型、電流-壓電型器、電荷靈敏型、脈沖型 、積分型、微分型。 19 前置放大器的兩個主要作用是： 信號放大、提高信-噪比、防止信號堆積、脈沖

5、成形、阻抗匹配 。 20 譜儀放大器的兩個主要作用是： 信號放大、提高信-噪比、防止信號堆積、脈沖成形、阻抗匹配 。 21 濾波成效電路主要作用是： 抑制噪聲、改造脈沖波形以滿足后續(xù)測量電路的要求 。 22 微分電路主要作用是： 使輸入信號的寬度變窄和隔離低頻信號 。 23 積分電路主要作用是： 使輸入信號的上升沿變緩和過濾高頻噪聲 。 24 單道脈沖幅度分析器作用是： 選擇幅度在上下甄別閾之間的信號 。 25 多道脈沖幅度分析器的道數(shù)指的是： 多道道脈沖幅度分析器的分辨率 。 26 譜儀放大器的線性指標包括： 積分非線性、微分非線性 。 二、 名詞解釋及計算題 1. 能量分辨率 2. 探測效

6、率 3. 儀器譜 4. 能譜 5. 全能峰 6. 逃逸峰 7. 特征峰 8. 分辨時間 9. 死時間 10. 試粗略計算的粒子在電離室和金硅面壘半導體探測器中產(chǎn)生的初始電離(離子對數(shù)目)，并以此說明金硅面壘半導體探測器能量分辨率比正比計數(shù)管高的原因。 三、 論述題 1 簡述閃爍計數(shù)器探測射線的工作過程。2 簡述核輻射探測器探測效率曲線的一般特征。3 簡述正比計數(shù)器的工作原理。4 簡述多道脈沖幅度分析器的一般構(gòu)成及其工作特征。 5 簡述前置放大器的作用、分類及主要特點。6 簡述譜儀放大器中微分電路、積分電路、基線恢復器的主要作用。7 簡述穩(wěn)譜電路的工作原理。8 簡述開關(guān)電源(DC/DC變換器)的

7、工作原理及其特點。 四、 綜合題 1 以表格方式比較氣體探測器、閃爍計數(shù)器、半導體探測器的主要特性、特點(著重比較探測器效率、能量分辨率、價格、用途及使用中的注意事項等)。2 畫出單道脈沖幅度分析器的工作原理圖、工作波形，簡述其工作過程及主要特點。3 畫出一般的線性脈沖放大器的原理框圖、指出各部分的主要作用、主要節(jié)點的波形變化。 4 畫出無源CDD基線恢復器的電路簡圖，簡述其工作原理。5 畫出一般線性放電法多道脈沖幅度分析器的原理框圖、簡述其工作過程、指出各主要節(jié)點的波形變化、給出變換時間的計算公式。6 NaI閃爍伽瑪探頭的基本構(gòu)成及其工作過程。 核技術(shù) 探測復習材料 一、簡答題： 1帶電粒子

8、與物質(zhì)發(fā)生相互作用有哪幾種方式？與原子核彈性碰撞； 與原子核的非彈性碰撞；與核外電子彈性碰撞； 與核外電子的非彈性碰撞；正電子湮滅； 2氣體探測器兩端收集到的離子對數(shù)和兩端外加電壓存在一定的關(guān)系。具體如下圖所示。填空: 復合區(qū)飽和區(qū) 正比區(qū) 有限正比區(qū) G-M區(qū) 注：1）有限區(qū)的分 3通用閃爍體探頭的組成部件有那些？為什么要進行避光處理？ 答案要點1）閃爍體、光學收集系統(tǒng)、光電倍增管、 2）光電倍增管的光陰極具有可見光光敏性，保護光電倍增管。 4PN結(jié)型半導體探測器為什么要接電荷靈敏前置放大器？ C?1/2分）V0而變化，因此當所加偏壓不穩(wěn)定d 答：于輸出電壓脈沖幅度h與結(jié)電容Cd有關(guān)，而結(jié)電

9、容隨偏壓而 C入是十分穩(wěn)定的，從而大大減小了Cd變化的影響?？梢员ＷC輸出脈沖幅度不受偏壓變化的影響。 注）1所有講述半導體探測器原理得1分 5衡量脈沖型核輻射探測器性能有兩個很重要的指標，這兩個指標是指什么？為什么半導體探測器其中一個指標要比脈沖型氣體電離室探測器好，試用公式解釋？答案要點： 第1問： 能量分辨率和探測效率注：1）答成計數(shù)率得1分 第2問： ?w0半導體?w0氣體電離室6中子按能量可分為哪幾類？常用的中子探測方法有哪些？ 答案要點：第1問：快中子、熱中子、超熱中子、慢中子 答對3個以上得1分 第2問：核反沖法核反應法、活化法、核裂變法 7.試定性分析，分別配以塑料閃爍體及NaI

10、(T1)閃爍晶體的兩套閃爍譜儀所測得 ?射線譜的形狀有何不同？ 答案：于塑料閃爍體有效原子序數(shù)Z、密度?及發(fā)光效率 均低于NaI(T1)閃爍晶體，對測得的 ?射線譜的形狀，其總譜面積相應的計數(shù)、峰總比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)閃爍晶體差，甚至可能沒有明顯的全能峰。注：抓住要點給分，1個要點1分 二、證明題： 1試證明?光子的光電效應是光子與原子整體相互作用，而不是與自電子發(fā)生相互作用。 證明：假設光電效應只與自電子發(fā)生相互作用，那么應該滿足動量和能量守恒定理。 假如何光子能量E=h,動量P=h/c； 根據(jù)相互作用滿足能量守恒定理，則電子能量E=h=mc2，電子動量P=v； 于電子速

11、度小于光子速度，所以 PP，動量不守恒所以得證光子的光電效應是光子與原子整體相互作用。 222?y?y?2?y?22?x?x?y?x?1?x?2?x2利用誤差傳遞公式?1?2?n?2?xn?若對某放射性樣品重復測量K次，每次測量時間t相同，測得的計數(shù)為N1、N2，?Nk,試證明計數(shù)率平均值的統(tǒng)計誤差為： 證明： ?N/t?n/KtN?N2?Nkn?1(得1分)ktn?因為N1,N2?Nk具有統(tǒng)計誤差性根據(jù)誤差傳遞公式,?N2?2NK2,?n?(?N2121kt)?22N12Nk (得1分)?N1,?1kt1kt22N2?N2,?NK,(得1分) ?n?( ? (2)N1?N2?Nk )Nk (

12、得1分)n/kt(得1分)2所以得證?n? 三、計算題。 1. 畫出下圖輸出電路的等效電路，并標明極性。 答：評分標準：1）等效電路圖3分 具體分配，電流源、電容、電阻位置正確各得1分2）極性2分，只要正確標出和說明極性均得2分注：1) 只有極性沒有等效電路圖不得分 2.試計算充Ar脈沖電離室和正比計數(shù)器對5MeV ?粒子的最佳能量分辨率.(取 法諾因子F?,Ar的平均電離能為) 解：對充Ar脈沖電離室： ?EE?106得分 ?%得1分或者?E?5?10 得分 6? kev 得1分沒有kev單位或者單位 對充Ar正比計數(shù)器： kev不對扣1分?EE?(?)?106得分 ?%得1分或者?E?(F

13、?)w0E?(?)?5?10 得分6 ? kev 得1分沒有kev單位或者單位解： kev不對扣1分3能量為的放射源放在鉛容器里，為了安全，必須使容器外的強度減小為原來的1/1000,試求容器壁至少需多厚。 當E?時,查表?m?根據(jù)I?I0e?ux-2/g,(得1分)?I0e?umxm-2 (得1分)3u?um?/g?/cm?1(得1分)?(得1分) ?(得1分)或者:lnxm?I0I?2 ?m(得1分)?/cm(得1分)不對的扣1分結(jié)果沒有單位或者單位計算結(jié)果有不對的,每步扣掉一半的分4.當單能?粒子被準直得垂直于硅P-N結(jié)探測器的表面時，單能?射線峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改

14、變幾何條件使?粒子偏離法線45角入射，此時看到峰漂移至460道。試求死層厚度。 解：當能E0的?粒子垂直入射時 ?0 設?粒子在探測器死層內(nèi)的能量為?E1則探測器靈敏體積得到的能量為?譜峰位在460道 E0-?E1=480G (G代表能量刻度系數(shù)，沒寫不扣分) 當?450時 死層內(nèi)能量損失為?E2?E1COS45?2?E1 探測器靈敏體得到的能量為E0?(480-460)G=(2?E1= 460G 2?1)?E1 得：?E1?注：評分按步驟逐步進行。 5本底計數(shù)率25計數(shù)/min,測量樣品計數(shù)率100計數(shù)/min,試求對給定總的測量時間來說凈計數(shù)率精確度最高時的最優(yōu)比值樣品測量時間和本地測量時

15、間之比;若凈計數(shù)率的相對統(tǒng)計誤差為1，測量總時間的最小值是多少？ 解： tstb?nsnbns?nbtb?10025?2(得2分)1002tb25tb? (得2分)?ts?ns?nb100?25tb?133mints?267min(得1分)T?tb?ts?400min(得1分) 沒有單位或者單位不對的扣掉1分；計算結(jié)果不對的，按步驟扣掉一半的分。 6. 絕對峰效率為30的NaI閃爍探測器，對57Co點源的122kev射線測量15min光電峰計數(shù)個。然后同樣的源置于離表面積為314平方毫米的Si(Li)探測器的表面為10記錄60min得到一個譜。如果在的K?X射線峰下面的計數(shù)為1200個，那么在

16、這個能量時Si(Li)探測器的效率是多少？ 解： 依題意可得57Co源122kev的射線強度 I?源峰t?N?%?15?60?667 Bq (得2分) I?則的KX射線強度為 N?源峰tIx?I?524Bq (得1分) ?幾何?4?12?12(1?h22)2 ?(1?10cm? ? (得1分)N?Ix?1200?源峰?10cm2 ?幾何t (得1分)?524?60?60?源峰?10源峰?%,每步扣掉一半的分6計算結(jié)果有不對的7. 已知一放射源的活度A為10貝克，假設該源各向同性地放出光子，假設射到一個G-M計數(shù)管的光子數(shù)為10/s，該G-M計數(shù)管輸出的脈沖數(shù)為104/s，還已知該G-M計數(shù)管的

17、分辨時間為20us,求該G-M計數(shù)管的本征效率和總效率。 解： n0?n1?n?101?10444?6?20?10?10/s (得2分)?本征?n010?6?%(得2分)?10:-6n010n10總效率 (得2分)沒有經(jīng)過計數(shù)率修正本征?10?6?1%(得2分)?10-6 n1010總效率(得2分)計算結(jié)果不對的，按步驟扣掉這一步一半的分。 8. 1.詳細分析2MeV ?射線在閃爍體中可產(chǎn)生哪些次級過程? 2.并計算該?射線在NaI(T1)單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜上，康普頓邊緣與單逃逸峰之間的相對位置。 3.并畫出下列兩種情況下該?射線在NaI(T1)單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜圖 1)NaI(T1)晶體為中等晶體時 2)NaI(T1)晶體為無限大晶體時 解：1）光電效應，康普頓效應，電子對效應。2）單逸峰 E= (得1分) 散射光子最小能量Er?Er1?Ermec2=21?*2? ?1?cos?反沖電子最大能量即康普頓邊緣Ee?E?E?2? 3)中等晶體 注：每標對1個得分 4）無限大晶體，畫對給全分 9. 設在平行板電離室中?粒子的徑跡如圖所示,徑跡長度為L,假設沿徑跡各處的單位路程上產(chǎn)生的離子對數(shù)N相等,且電子的漂移速度W,試求電子的電流脈沖。 D L 解：分三種情況討論： 1）當t?DW?時，即電子全部到達正極板，電子的電