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1、線(xiàn)訂裝線(xiàn)XXXXXX2007 2008 學(xué)年度第2學(xué)期學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 考號(hào) 姓名 核輻射探測(cè) 課程試卷(A卷、05級(jí)反應(yīng)堆工程、生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè))考試日期:2008年6月13日 考試類(lèi)別:考試 考試時(shí)間:120分鐘題號(hào)一二三四五總分得分得分閱卷人一、簡(jiǎn)答題:(共 35 分)1帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生相互作用有哪幾種方式?(5分) 與原子核彈性碰撞;(核阻止)(1分)與原子核的非彈性碰撞;(軔致輻射)(1分) 與核外電子彈性碰撞; (1分)與核外電子的非彈性碰撞;(電離和激發(fā))(1分) 正電子湮滅;(1分)2氣體探測(cè)器兩端收集到的離子對(duì)數(shù)和兩端外加電壓存在一定的關(guān)系。具體如下圖所示。(5分) 填空: 復(fù)合
2、區(qū)(1分)飽和區(qū)(電離室區(qū))(1分) 正比(計(jì)數(shù))區(qū)(1分) 有限正比區(qū) (1分) G-M區(qū) (1分) 注:1)有限區(qū)的0.5分 3通用閃爍體探頭的組成部件有那些?為什么要進(jìn)行避光處理?(5分) 答案要點(diǎn)1)閃爍體(1分)、光學(xué)收集系統(tǒng)(1分)(硅油和反射層)、光電倍增管(1分)、 2)光電倍增管的光陰極(1分)具有可見(jiàn)光光敏性(1分),保護(hù)光電倍增管。4PN結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器為什么要接電荷靈敏前置放大器?(5分) 答:由于輸出電壓脈沖幅度h與結(jié)電容Cd有關(guān)(1分),而結(jié)電容 隨偏壓(2分)而變化,因此當(dāng)所加偏壓不穩(wěn)定時(shí),將會(huì)使h發(fā)生附加的漲落,不利于能譜的測(cè)量;為解決該矛盾,PN結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器
3、通常不用電壓型或電流型前置放大器,而是采用電荷靈敏前置放大器。電荷靈敏放大器的輸入電容極大,可以保證 C入 >> Cd ,(2分)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(dǎo)體探測(cè)器原理得1分5衡量脈沖型核輻射探測(cè)器性能有兩個(gè)很重要的指標(biāo),這兩個(gè)指標(biāo)是指什么?為什么半導(dǎo)體探測(cè)器其中一個(gè)指標(biāo)要比脈沖型氣體電離室探測(cè)器好,試用公式解釋?zhuān)浚?分) 答案要點(diǎn):第1問(wèn): 能量分辨率(1.5分)和探測(cè)效率(1.5分) 注:1)答成計(jì)數(shù)率得1分 第2問(wèn): (1分) (1分) 6中子按能量可分為哪幾類(lèi)?常用的中子探測(cè)方法有哪些?(
4、5分) 答案要點(diǎn):第1問(wèn):快中子、熱中子、超熱中子、慢中子 答對(duì)3個(gè)以上得1分 第2問(wèn):核反沖法(1分)核反應(yīng)法(1分)、活化法(1分)、核裂變法(1分)7.試定性分析,分別配以塑料閃爍體及NaI(T1)閃爍晶體的兩套閃爍譜儀所測(cè)得0.662MeV g射線(xiàn)譜的形狀有何不同?(5分)答案:由于塑料閃爍體有效原子序數(shù)、密度及發(fā)光效率(3點(diǎn)得1分) 均低于NaI(T1)閃爍晶體,對(duì)測(cè)得的0.662MeV g射線(xiàn)譜的形狀,其總譜面積相應(yīng)的計(jì)數(shù)(得1分)、峰總比(得1分)、全能峰的能量分辨率(得1分)均比NaI(T1)閃爍晶體差,甚至可能沒(méi)有明顯的全能峰(得1分)。 注:抓住要點(diǎn)給分,1個(gè)要點(diǎn)1分得分閱
5、卷人二、證明題:(共 10 分)1試證明光子的光電效應(yīng)是光子與原子整體相互作用,而不是與自由電子發(fā)生相互作用。(5分)證明:假設(shè)光電效應(yīng)只與自由電子發(fā)生相互作用,那么應(yīng)該滿(mǎn)足動(dòng)量和能量守恒定理。假如何光子能量E=h(得1分),動(dòng)量P=h/c(得1分);根據(jù)相互作用滿(mǎn)足能量守恒定理,則電子能量E=h=mc2(得1分),電子動(dòng)量P=(h/c2)×v(得1分); 由于電子速度小于光子速度,所以 PP(得1分),動(dòng)量不守恒所以得證光子的光電效應(yīng)是光子與原子整體相互作用。2(5分)利用誤差傳遞公式 若對(duì)某放射性樣品重復(fù)測(cè)量K次,每次測(cè)量時(shí)間t相同,測(cè)得的計(jì)數(shù)為N1、N2,Nk,試證明計(jì)數(shù)率平均
6、值的統(tǒng)計(jì)誤差為:證明: 得分閱卷人三、計(jì)算題。(共 55 分)1. (5分)畫(huà)出下圖輸出電路的等效電路,并標(biāo)明極性。答:評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):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(biāo)出和說(shuō)明極性均得2分 注:1) 只有極性沒(méi)有等效電路圖不得分 2.(5分)試計(jì)算充Ar脈沖電離室和正比計(jì)數(shù)器對(duì)5MeV 粒子的最佳能量分辨率.(取 法諾因子,Ar的平均電離能為26.3eV)解:對(duì)充Ar脈沖電離室: 對(duì)充Ar正比計(jì)數(shù)器:3(5分)能量為1.50MeV的放射源放在鉛容器里,為了安全,必須使容器外的強(qiáng)度減小為原來(lái)的1/1000,試求容器壁至少需多厚。解:4.(6分
7、)當(dāng)單能粒子被準(zhǔn)直得垂直于硅P-N結(jié)探測(cè)器的表面時(shí),單能射線(xiàn)峰的中心位于多道分析器的480道。然后,改變幾何條件使粒子偏離法線(xiàn)45°角入射,此時(shí)看到峰漂移至460道。試求死層厚度(以多道道址表示)。解:當(dāng)能量為損失E0的粒子垂直入射時(shí) 0 設(shè)粒子在探測(cè)器死層內(nèi)的能量為E1則探測(cè)器靈敏體積得到的能量為(E0-E1)譜峰位在460道 E0-E1=480G (G代表能量刻度系數(shù),沒(méi)寫(xiě)不扣分) (得1分)當(dāng)450時(shí) 死層內(nèi)能量損失為E2 (得2分)探測(cè)器靈敏體得到的能量為(E0-E2)= 460G (得1分)(480-460)G= 得: (得1分)注:評(píng)分按步驟逐步進(jìn)行。5 (6分)本底計(jì)數(shù)
8、率25計(jì)數(shù)/min,測(cè)量樣品計(jì)數(shù)率100計(jì)數(shù)/min,試求對(duì)給定總的測(cè)量時(shí)間來(lái)說(shuō)凈計(jì)數(shù)率精確度最高時(shí)的最優(yōu)比值樣品測(cè)量時(shí)間和本地測(cè)量時(shí)間之比;若凈計(jì)數(shù)率的相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為1,測(cè)量總時(shí)間的最小值是多少?解:沒(méi)有單位或者單位不對(duì)的扣掉1分;計(jì)算結(jié)果不對(duì)的,按步驟扣掉一半的分。6. (6分)絕對(duì)峰效率為30的NaI(T1)閃爍探測(cè)器,對(duì)57Co點(diǎn)源的122kev射線(xiàn)測(cè)量15min光電峰計(jì)數(shù)180000個(gè)。然后同樣的源置于離表面積為314平方毫米的Si(Li)探測(cè)器的表面為10記錄60min得到一個(gè)譜。如果在7.1kev的KX射線(xiàn)峰下面的計(jì)數(shù)為1200個(gè),那么在這個(gè)能量時(shí)Si(Li)探測(cè)器的效率是多少?
9、(對(duì)于57Co的特征X射線(xiàn)和射線(xiàn)的強(qiáng)度比X/分別為:對(duì)6.40kev的K線(xiàn)為0.5727,對(duì)7.1kev的K線(xiàn)為0.7861。)解:依題意可得57Co源122kev的射線(xiàn)強(qiáng)度則7.1kev的KX射線(xiàn)強(qiáng)度為7. (6分)已知一放射源的活度A為1010貝克,假設(shè)該源各向同性地放出光子,假設(shè)射到一個(gè)G-M計(jì)數(shù)管的光子數(shù)為106/s,該G-M計(jì)數(shù)管輸出的脈沖數(shù)為104/s,還已知該G-M計(jì)數(shù)管的分辨時(shí)間為20us,求該G-M計(jì)數(shù)管的本征效率和總效率。解:計(jì)算結(jié)果不對(duì)的,按步驟扣掉這一步一半的分。8. (8分)1.詳細(xì)分析2MeV g射線(xiàn)在閃爍體中可產(chǎn)生哪些次級(jí)過(guò)程?2.并計(jì)算該g射線(xiàn)在NaI(T1)單
10、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(duì)位置。3.并畫(huà)出下列兩種情況下該g射線(xiàn)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(shí) 2)NaI(T1)晶體為無(wú)限大晶體時(shí)解:1)光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),電子對(duì)效應(yīng)。(全對(duì)得2分,不全者得1分) 2)單逸峰 E=2-0.511=1.249Mev (得1分) 散射光子最小能量= 反沖電子最大能量即康普頓邊緣 (得1分) 3)中等晶體 注:每標(biāo)對(duì)1個(gè)得0.5分4)無(wú)限大晶體,畫(huà)對(duì)給全分9. (8分)設(shè)在平行板電離室中粒子的徑跡如圖所示,徑跡長(zhǎng)度為L(zhǎng),假設(shè)沿徑跡各處的單位路程上產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)N相等,且電子的漂移速度W,試求電子的電流脈沖。LD解:分三種情況討論:1)當(dāng)時(shí),即電子全部到達(dá)正極板,電子的電流脈沖;(得2分)2)
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