輻射探測學 復習要點

輻射探測學復習要點第一章輻射與物質的相互作用（含中子探測一章）什么是射線由各種放射性核素發(fā)射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。射線與物質作用的分類有哪些重帶電粒子、快電子、電磁輻射（Y射線與X射線）、中子與物質的相互作用電離損失、輻射損失、能量損失率、能量歧離、射程與射程歧離、阻止時間、反散射、正電子湮沒、光子與物質的三種作用電離損失：對重帶電粒子，輻射能量損失率相比小的多，因此重帶電粒子的能量損失率就約等于其電離能量損失率。輻射損失：快電子除電離損失外，輻射損失不可忽略；輻射損失率與帶電粒子靜止質量m的平方成反比。所以僅對電子才重點考慮輻射能量損失率：單位路徑上，由于軔致輻射而損失的能量。￥能量損失率：指單位路徑上引起的能量損失，又稱為比能損失或阻止本領。接能量損失作用的不同，能量損失率可分為“電離能量損失率”和“輻射能量損失率”能量歧離（EnergyStraggling）：單能粒子穿過一定厚度的物質后，將不再是單能的（對一組粒子而言），而發(fā)生了能量的離散。電子的射程比路程小得多。射程：帶電粒子在物質中不斷的損失能量，待能量耗盡就停留在物質中，它沿初始運動方向所行徑的最大距離稱作射程，R。實際軌跡叫做__P。射程歧離（RangeStraggling）由于帶電粒子與物質相互作用是一個隨機過程，因而與能量歧離一樣，單能粒子的射程也是漲落的，這叫做能量歧離。能量的損失過程是隨機的。阻止時間：將帶電粒子阻止在吸收體內所需要的時間可由射程與平均速度來估算。與射程成正比，與平均速度成反比。反散射：由于電子質量小，散射的角度可以很大，多次散射，最后偏離原來的運動方向，電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉，稱為反散射。正電子湮沒放出光子的過程稱為湮沒輻射光子與物質的三種作用：光電效應（吸收）、康普頓效應（散射）、電子對效應（產生）電離損失、輻射損失：P138中子與物質的相互作用，中子探測的特點、基本方法和基本原理中子本身不帶電，主要是與原子核發(fā)生作用，與射線一樣，在物質中也不能直接引起電離，主要靠和原子核反應中產生的次級電離粒子而使物質電離。390Bethe公式應用對各種帶電粒子是有效的，條件是這些粒子的速度保持大于物質原子中電子的軌道運動速度。重離子治癌，質子刀，“大部分的能量沉積在病灶”Bethe公式是描寫電離能量損失率Sion與帶電粒子速度v、電荷Z等關系的經(jīng)典公式。

6.輻射損失率公式應用【rad6.輻射損失率公式應用【rad探測學中所涉及快電子的能量E一般不超過幾個MeV,所以，輻射能量損失只有在高原子序數(shù)(大Z)的吸收材料中才是重要的。自由電子不能發(fā)生光電效應光電效應：射線(光子)與物質原子中束縛電子作用，把全部能量轉移給某個束縛電子，使之發(fā)射出去(稱為光電子photoelectrg而光子本身消失的過程，稱為光電效應。第二章輻射探測中的統(tǒng)計學計數(shù)統(tǒng)計學的意義隨機試驗、隨機事件、隨機變量、概率、數(shù)學期望、方差、相對均方偏差、準確度、精確度、系統(tǒng)誤差、偶然誤差隨機試驗：一定條件下的每次觀測。|隨機事件：隨機試驗的各種結果。隨機變量：代表隨機事件的數(shù)量X概率：描述在某種隨機試驗中的各個隨機事件出現(xiàn)的可能性數(shù)學期望：E任)或E(X)，簡稱為期望，又稱為平均值、均值。描述的是隨機變量的平均值方差：D(&)或D(X)，描述的是隨機變量偏離其均值的程度。相對均方偏差：在實用中，我們會經(jīng)常用到相對均方偏差(與以后將要學習到的能量分辨率有關)，也稱為相對均方漲落。D^l_VD(X)v；=(E?F旦v：=[E(X)]2準確度(accuracy：測量值與被測對象真值的一致程度?？捎脺y量值的平均值與真值的差來描述。精密度(precision)測量的可重復性或可靠性?？捎脺y量的均方偏差來描述。系統(tǒng)誤差(systematicerrors)由于儀器本身的不精確、或實驗方法粗略、或實驗原理不完善而導致的測量值與實際值之間的誤差。系統(tǒng)誤差難于發(fā)現(xiàn)。無法通過統(tǒng)計的方法來進行分析，因為所有的數(shù)據(jù)都同時偏大或者偏小?！放既徽`差(randomerrors)由于各種偶然因素對實驗者、測量儀器、測量對象的物理量構成影響而導致的測量誤差。利用大量的實驗數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對偶然誤差的統(tǒng)計分析。偶然誤差可以對通過對大量測量值進行平均的方法來進行削弱。伯努利試驗：隨機試驗只有兩種可能的結果，非此即彼，這類隨機試驗稱作伯努利實驗.二項式分布、泊松分布、高斯分布及其期望、方差和相對方差對于長壽命的核素，在一定時間段內發(fā)射出的粒子數(shù)n滿足泊松分布分布.泊松分布期望m>>1時，二項式分布可用泊松分布和高斯分布代替較簡單復雜隨機變量的期望、方差和相對方差串級型隨機變量的期望、方差和相對方差174核衰變數(shù)與探測器計數(shù)的漲落分布相鄰兩個和進位信號脈沖的時間間隔一些常見情況下計數(shù)統(tǒng)計誤差的傳遞ppt144*在一般的核測量中，常涉及函數(shù)的統(tǒng)計誤差的計算，也就是誤差傳遞(ErrorPropagation⑴和差關系(2)倍數(shù)關系(3)乘除關系(4)平均計數(shù)的統(tǒng)計誤差(5)不等精度獨立測量值的平均(6)存在本底時凈計數(shù)率誤差的計算⑺測量時間的選擇第三章氣體電離探測器為什么需要輻射探測器輻射探測器的定義與分類將被測的射線轉換為可觀測信號的特殊器件，稱之為電離輻射探測器，簡稱探測器利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應或其它物理、化學變化進行輻射探測的器件稱為輻射探測器。輻射探測的基本工作過程輻射粒子射入“靈敏體積”入射粒子與靈敏體積內的工作介質相互作用，損失能量并形成電離或激發(fā);探測器通過自身特有的工作機制將入射粒子的電離或激發(fā)效果轉化為某種輸出信號原電離、次電離、總電離、電離能、光致電離光致電離：介質中原子吸收一個光子，放出一個電子而電離。被激發(fā)原子的退激方式ppt1861)輻射光子、2)發(fā)射俄歇電子、3)亞穩(wěn)態(tài)原子的退激。受激原子處于亞穩(wěn)態(tài)，僅當它與其它粒子發(fā)生非彈性碰撞時才能退激。電子與離子在氣體中的運動規(guī)律氣體的電離與激發(fā)、氣體中電子與離子的漂移和擴散、電子與離子的復合與負離子的形成一.氣體的電離與激發(fā)——載流子的產生一.氣體中離子、電子的漂移與擴散運動——流子的移動一.氣體放電——載流子的“增多”

分兩種情況來看：沒有外加電場的情況、有外加電場的情況電離室的工作機制與輸出回路工作機制：輸出信號產生的物理過程極板a上加高壓V0,極板ab間電容量為C1,則兩極板的電荷量:一'、在電離室內某一點引入一單位正電何+e下極當+e電荷沿電場向收集極b運動，則上極板a上感應電荷q1減少下極板b上感應電荷q2增加。當正電荷快到達極板的前一瞬間，-q1全部由a極板經(jīng)外回路流到b極板，b極板上的感應電荷為-e輸出回路：輸出信號電流流過的所有回路。脈沖電離室的輸出信號和測量系統(tǒng)框圖脈沖電離室的輸出信號：電荷信號、電流信號、電壓信號脈沖電離室的輸出信號需要用電子儀器來測量。脈沖電離室的能量分辨率、飽和特性曲線、坪特性曲線、探測效率、時間特性重要定義：能量分辨率能量分辨率為：^...^FW—=2.355.，0^...^FW—=2.355.，0N\E0門三==—=―h=2.355V=2.355,hhh能量分辨率反映了譜儀對不同入射粒子能量的分辨能力飽和特性曲線：ppt263

一—脈沖幅度h與電離室工作電壓峋的關系影響因素：離子和電子的復合或擴散效應。飽利特性曲線飽和區(qū)斜率的原因：髓工作電壓的升高而使白靈敏體積增加A復合現(xiàn)象的抑制上對擴散的抑制J飽和電壓C\島T作高Jl?飽和電壓坪特性曲線土脈沖電離室的坪特性曲線-…電離室的計裁率與工作電壓的美案，入射耗干央流強建不寶扃刖闞不向-*入射粒子的能晨不變1I心S＞虬＞為;j三條曲我不同(4Y■?是觀搴不同？四丫還是實際借毋不同？/!當痢出聯(lián)抑相度飽和后,1-——_計救率不再皎。作電正g轉性與坪特性頑頃瓦'但意、y化，稔為坪精性曲乂箕金不可.第良混粥.坎。探測效率定義2:本征探測效率驅(轍rihSiC^detectionefficiency)記錄下來的脈沖數(shù)￡int—射入電離室靈敏體積的粒子數(shù)4.探測效率定義1:絕對探測效率(absolute^detectionefficiency)-記錄下來的脈沖數(shù)￡—、-?…___.….、.,.abs放射源放出的粒子數(shù)對帶電粒子￡.＜100%對帶電粒子￡.＜100%＞帶電粒子可能只在靈敏體積內損失一部分能量。＞電離過程是漲落的。則取決于：對Yr、中子等中性粒子：：：＞與介質作用產生次級帶電粒子的相互作用截面"》以及次級帶電粒子能否進入靈敏體積吝。時間特性

5.時間特性一一常用三種指標分辨時間一一能分辨開兩個相繼入射粒子間的最小時間間隔。主要取決于輸出回路參數(shù)的選擇和放大器的時間常數(shù)的大小。時滯——入射粒子的入射時刻與輸出脈沖產生的時間差。時間分辨本領一一由探測器輸出脈沖來確定入射粒子入射時刻的精度。10.累計電離室的輸出信號和性能指標I10.累計電離室的輸出信號和性能指標I恒定狀態(tài)下，輸出宜流電流信號:輸出信號可以是：＞直流電流?相當于回路中接入內阻極小的電流計，即與=0＞直流電壓L?在輸出回路上的積分電壓信號。若單位時間內射入電離室靈敏體積內的帶電粒子的平均值為n，每個入射帶電粒子平均在靈敏體積內產生N個離子對，則電流電離室輸出的：電流信號的平均值I=電流信號的平均值I=nNe直流電壓信號的平均值■1累計電離室的主要性能：飽和特性、靈敏度、線性范圍、響應時間、能量響應正比計數(shù)器的工作原理、光子反饋和離子反饋工作原理：利用碰撞電離將入射粒子直接產生的電離效應進行放大了，使得正比計數(shù)器的輸出信號幅度比脈沖電離室顯著增大正比計數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測器。光子反饋：氣體放大過程中的光子作用一一光子反饋。\在電子與氣體分子的碰撞中：不僅能產生碰撞電離，同時也能產生碰撞激發(fā)氣體分子在退激時會發(fā)出紫外光子，其能量一般大于陰極材料的表面逸出功紫外光子在陰極打出次電子。次電子可以在電場的加速下發(fā)生碰撞電離。這個過程稱為光子反饋。離子反饋219G-M管的工作原理和性能指標228一種利用自持放電的氣體電離探測器。第四章閃爍探測器為什么要使用閃爍探測器閃爍探測器的優(yōu)點：探測效率高，適合于測量不帶電粒子，如Y射線和中子，能夠測量能譜。時間特性好，有的探測器（如塑料閃爍體、BaF2）能夠實現(xiàn)ns的時間分辨什么是閃爍探測器閃爍探測器是利用輻射在某些物質中產生的閃光來探測電離輻射的探測器。閃爍探測器的工作過程245①射線沉積能量——決定探測效率射線的三種效應，中子的核反應，或者帶電粒子直接入射①射線沉積能量——決定探測效率②電離產生熒光影響能量分辨率③熒快電辱髓子長翱腮羸電尊激發(fā)，受激原子退激光被轉換為光電子能量分辨率基本被決定④光熒光光子被收集到光電借增目（PMT）的光陽極，通過光電效應打出光電子。電子的倍增］一信號的放大電子運動在PTM的打拿極間運動并倍增（107~1010）。⑤流經(jīng)外回路信號的形成p雙決定工作狀態(tài)：電流、電壓？閃爍體分類、發(fā)光效率、光能產額、發(fā)光衰減時間248

閃爍體匕(ns)c(間sBaF0.60.62CsI(Tl)101.0芪6.20.37蒽330.37液體閃爍體2.40.20塑料閃爍體1.3NaI(Tl)0.23也發(fā)現(xiàn)有三種發(fā)光衰減時間的閃爍晶體（如PbWO…）。5.6光電倍增管：類型、結構與工作原理、主要性能類型!:1.外觀的不同、2.根據(jù)光陰極形式、3.根據(jù)電子倍增系統(tǒng)結構與工作原理結構：光學窗光陰極電子倍增系統(tǒng)（打拿極）電子收集（陽極）光電倍增管為電真空器件。主要性能光電轉

換特性i「堯蔭成而死藩而應光照剝敏度光電倍增管的放大倍數(shù)光電轉

換特性電r倍

增特性光電倍增管的喑電流與噪聲光電倍增管的時間特性&穩(wěn)定性電r倍

增特性閃爍探測器的輸出信號單晶閃爍譜儀的組成和工作原理能量分辨率、探測效率、全能峰、單逃逸峰、雙逃逸峰等相關性能指標的計算分析能量分辨率：已知Ge中法諾因子為F,射線產生一個電子空穴對所需的平均能量為w,設電荷收集是完全的、電子學噪聲忽略不計。問Ge（Li）探測器對Cs-137產生的Y射線的期望能量分辨率期望能量分辯率5=U礦薩我I￡能量分辨率：主要用于測量重帶電粒子的能譜，如，p等，一般要求耗盡層厚度大于入射粒子的射程。影響活度測量的因素主要有哪些（P337~P338）（幾何因素、探測器的本征探測效率、吸收因素、散射因素、分辨時間（即死時間）、本底計數(shù)探測效率:記錄下來的脈沖數(shù)與進入探測器的總的射線個數(shù)的比值.。對于一個各向同性、活度為A的放射源，若探測器探測效率為8,覆蓋的立體角為Q。則探測器的平均計數(shù)率是多少若要某次測量的總計數(shù)的相對標準偏差小于％,則最短的測量時間應該是多少（P178）由總計數(shù)率：*=濟=旦成』二￡新「T?均計數(shù)率：tJ=-=—^4新4叫t4立1xIfl由相對標準偏差；最短測量時間；「心=全能峰：對于一個由中等大小閃爍體晶體構成的閃爍譜儀，若入射Y光子束能量為10MeV，則單逃逸峰、雙逃逸峰和康普頓邊緣對應的能量分別是多少（P154、P362）全能峰；E.=E=10MeV單逃逸峰iEs=Ey=10-0511=MeV雙逃逸峰；=E-=10-.2.022=8.97EMeVEIn康普頓邊緣對應能量；玦二——f=―=9.514MeVIE,20}第五章半導體探測器為什么要使用半導體探測器半導體探測器的特點半導體探測器的基本原理什么是信息載流子能帶知識、半導體基本知識、本征半導體、雜質半導體、施主雜質與施主能級、受主雜質與受主能級、補償效應P-N結半導體探測器的工作原理、類型、輸出信號、主要性能，P-N結、死層及其厚度求解P-I-N結、鋰漂移探測器的工作原理8.高純錯探測器的工作原理與特點9.L3、能量E的質子垂直射入靈敏區(qū)厚度為d的平板電離室，若質子在電離室工作氣體中的單位距離損失的能量為￡1,工作氣體的平均電離能為吧工作氣體的法諾因子為孔試計算質子產生的電子-離子對的平均個數(shù)及其相對均方根漲|落“（P205）I￡z7EdIp'?電于-?離于對平均個數(shù)：N二削二業(yè)相對均方根漲落：v二―=「佛簡答題：7、裂變電離室用于中子探測的原理是什么？（P394）裂變電高室的電極上涂有可裂變物質，如記錄裂變碎片的電離作用就可探溯中子3、有機閃爍體進行中子探測的原理是什么？（P395）存機閃爍體都是富氫物質，「「利用核反沖法探測快中予孔*He正比計數(shù)器進行中子探測的原理是什么？（P390）。與中「發(fā)生核反應JHe（n.p）JH,產生的質『進打?電高，利用正比il?數(shù)器叫進打中子探測14、什么是