第四章 核辐射探测器201003301953[19983]
核辐射探测学习题参考答桉
核辐射探测学习题参考答案 (2007级)辐射防护教研室第一章射线与物质的相互作用1.不同射线在同一物质中的射程问题如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。
”根据公式：)()(22v R M M v R b ab b a a Z Z =，可求出。
步骤：1先求其初速度。
2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。
3带入公式。
2：阻止时间计算：请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。
已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。
解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um由T ≌1.2×107-R E Ma ，Ma=4得T ≌1.2×107-×17.8×106-×44()s＝2.136×1012-()s3：能量损失率计算课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。
更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。
及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。
代参数入求解。
第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：()20822.34700700()rad iondE E Z dxdEdx*⨯≅=≈4光电子能量：光电子能量：（带入BK ） 康普顿反冲电子能量：200.511m c Mev =220200(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.060.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06Er Ee Mevm c Er θθ--⨯====+-+-+⨯5:Y 射线束的吸收ie hv E ε-=解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ=12220.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cmμμρ--∴===⨯质量吸收系数由r N μσ=*可得吸收截面：12322230.6 1.84103.2810/r cm cm N cm μσ--===⨯⨯其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =⨯0()tI t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9%()0.1%0.001t I t e I μ-∴=∴=即t=5In10=11.513cm6：已知)1()(tι--=e A t f t 是自变量。
核辐射探测学完美版PPT
核力 为 1； 电磁力 10-2 ； 万有引力 10-38
核力的力程(相互作用的距离)很短，在10-13 cm以内，
核力
2021.09
<
0.8fm
排斥；
1fm 显著 ；
• 汤彬葛良全方方等，核辐射测量原理，哈尔滨工程大学出版社，
2021
• G F Knoll. Radiation Detection and Measurement.1989
• C E Crouthamel, Appliied Gamma-Ray Spectrometry,1970
• Nuclear Geophysics
第一，轨道电子在外部壳层各轨道之间跳跃时所产生的光谱 称为光学光谱。例如，假设轨道电子原来位于N层，当它在N、 O、P、Q、……等外部壳层之间跳跃时，就发生光学光谱。这 种外部跳跃时的原子能量变化较小，发出的光频率较低，一般 在可见光区或其附近。地质工作中用来分析岩矿元素的光谱分 析，就是利用这一局部特性。
原子atom ： 原子核 nucleus、电子 electron 原子核带正电、电子带负电〔电荷是量子化的〕 原子是电中性的 原子的大小： 10-10 米 原子的太阳系模型 核能，结合能，核能级，基态，激发态，跃迁
2021.09
7
原子及原子核的根底知识
核力：
原子核由中子和质子组成。它们靠什么力将这些核子 约束在原子核内呢？目前公认是：原子核内核子间存在核力， 它是中子与中子、中子与质子、以及质子与质子的相互吸引 力，使核子紧密地聚集在一起(各核子间具有相同的核力)。
核辐射探测复习资料(卢秉祯版)
核辐射探测第一章 核辐射及其探测原理1.1核辐射基本特性辐射和X 辐射都是电磁辐射。
辐射是核跃迁或粒子湮灭过程中发出的电磁辐射。
X 辐射是核外电子从高能级跃迁过程中产生的电磁辐射。
1.2探测带电粒子的物理性质探测原理：利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离或激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁辐射效应。
带电粒子与物质的作用方式：带电粒子与核外电子的非弹性碰撞——电离与激发；带电粒子与原子核的非弹性碰撞——轫致辐射（带电粒子的速度和运动方向改变产生的电磁辐射）或切连科夫辐射(特定条件下物质产生定向极化而随之发出的电磁辐射)；带电粒子与原子核的弹性碰撞——弹性散射。
带电粒子的能量损失方式：电离损失和辐射损失。
EZ dx dE ion 2)(∝- 辐射长度om x 是电子在物质中由于辐射损失而使其能量减少到原来能量的1/e 时的物质度。
电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800= 带电粒子与物质作用后不再作为自由粒子而存在的现象叫吸收，其中带电粒子从进入物质到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离叫射程。
对正电子的探测一般是通过探测湮没γ光子间接进行的。
1.3 X 和γ射线的探测原理：利用他们在物质中的光电效应，康普顿散射，电子对产生等产生的次级电子引起物质的电离和激发探测。
光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。
内层电子（K ）容易些，低能高Z康普顿散射：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量。
2c m h e≈ν 外层电子发生概率大。
中能中Z 电子对效应：γ光子与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和一个正电子（电子对）的现象。
22c m hv e≥且要原子核参加。
高能高Z 1.4中子探测方法两步：1.中子和核的某种相互作用产生带电粒子或γ光子；2.利用这些带电粒子或γ光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。
第四章 核辐射探测器201003301953[19983]
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离子运动所贡献的。电子脉冲的
幅度 为： 与总脉冲幅度 的比例
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
G-M计数器大多是圆柱形的。电源常见接法如图。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
1 G-M的特性
坪曲线是衡量G-M计数管性能的 重要标志。其主要参数是： 1）起始电压。当工作电压超过起 始电压后，输出脉冲不再与原电
离有关。
2）坪斜。在坪区，计数率仍随电 压升高而略有增加，表现为坪有 坡度，称为坪斜。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
2 死时间、恢复时间和分辨时间
入射粒子进入计数管引起放电后， 形成了正离子鞘，使阳极周围的 电场削弱，终止了放电。这时， 若再有粒子进入就不能引起放电， 直到正离子鞘移出强场区，场强 恢复到足以维持放电的强度为止。 这段时间称为死时间。 经过死时间后，雪崩区的场强逐渐恢复，但是在正离子完全被收 集之前是不能达到正常值的。在这期间，粒子进入计数管所产生 的脉冲幅度要低于正常幅度，直到正离子全部被收集后才完全恢 复，这段时间称为恢复时间。
第Ⅰ区，电离电流随电压增大而增加。 第Ⅱ区称为饱和区或电离室区。
第Ⅲ区称为正比区。
第Ⅳ区称为有限正比区。 第V区称为G-M区或盖革区。 当外加电压继续增高，便进入连续放 电，并有光产生。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.2 电离室
1 电离室结构
电离室的主体由两 个处于不同电位的
电极组成，电极之
4.2 气体探测器
4.2.3 正比计数器
1 气体放大机制
设圆柱形计数管的阳极半径为a ， 电位为Vc；阴极半径为b ，电位
核辐射探测(南华大学)第四章-核技术
输出脉冲信号的电荷量与入射粒子损失能量
1、光电倍增管输出信号的总电荷量取决于： 闪烁体发出的闪烁光子数：
nph Yph E
F ph 光子被收集到光阴极上的概率：
K 光阴极的转换效率： 光电子被第一打拿极收集的概率：gc
T Fph K gc
光电倍增管总的倍增系数：
SA iA n 6 8 M g 10 10 gc SK gc iK
打拿极间电子收集效率 打拿极二次电子发射系数
3) PMT 暗电流与噪声
当工作状态下的光电倍增管完全与光辐射隔 绝时，其阳极仍能输出电流(暗电流)及脉冲信 号(噪声)。
成因：
(1)光阴极的热电子发射。 (2)残余气体的电离----离子反馈； 残余气体的激发----光子反馈。
M
2、第一打拿极收集到的光电子数为：
ne n ph T
3、阳极收集到的电子数为：
nA ne M nph T M E Yph T M
4、阳极收集到的总电荷量为：
Q nA e E Yph T M e
可以看出，闪烁探测器输出脉冲信号的电 荷量Q是与入射粒子在闪烁体内损耗的能 量E成正比的.
3、闪烁体的物理特性 1) 发射光谱
特点：发射光谱为连续谱。各种闪烁体都存在 一个最强波长；要注意发射光谱与光电倍增管 光阴极的光谱响应是否匹配。
2) 发光效率与光能产额
发光效率：C np
E ph E 100%
指闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
Eph闪烁体发射光子的总能量； E入射粒子损耗在闪烁体中的能量。
即：
QE
3.1 闪烁体
1、闪烁体的分类 1) 无机闪烁体：
核辐射探测器简介和应用
需要保证气体的成分和压力，所以一般电离室均 需要一个密封外壳将电极系统包起来
电离室的大小和形状，室壁和电极的材料以及所 充的气体成分、压强都要根据辐射的性质、实验 的要求来确定。
测量α粒子能量的电离室，须要足够大的容积和 气压，以便使α粒子的径迹都落在灵敏区内。
对γ射线强度作相对测量时，为了提高灵敏度， 室壁材料宜用高原子序数的金属，其厚度略大于 室壁中次级电子的射程。作绝对γ剂量测量时， 须用与空气或生物组织等价的材料作电极和室壁
电离室结构和输出电路示意图
脉冲电离室的输出回路
离子脉冲电离室输出脉冲较宽（因为正离子漂移速 度慢），一般在10-3s量级，这使得它不能用来探 测强度很强的放射源 电子脉冲电离室脉冲宽度小，为10-6s量级满足测 量强得多的入射粒子流，但是对平板型电子脉冲电 离室而言，输出的脉冲幅度不仅取决于产生的离子 对数，还与离子对产生的位置有关。需要采用特殊 的设计来解决（圆柱形电子脉冲电离室与屏栅电离 室）
a
q1
V0
e e i(t)
qq22 b
只有当空间电荷在极板间移动时，在外回路才有 电流流过，此时i(t)= i+(t)+i –(t)，正、负电荷的感 应电流方向相同，在探测器内部从阳极流向阴极 。电荷漂移过程结束，外回路感应电流消失。当 负电荷被收集后，外回路中就只有正电荷的感应 电流
当+e、e电荷在同一位置产生时，它们在极板上 的感应电荷量分别相同；+e、e电荷漂移结束， 流过外回路的总电荷量为e；该电荷量与这一对 电荷的产生位置无关。
电荷转移效应
正离子与中性的气体分子碰撞时，正离子与分子 中的一个电子结合成中性分子，中性气体分子成 为正离子 电荷转移效应在混合气体中比较明显 电荷转移效应可以减小离子的迁移率，降低离子 的漂移速度 复合效应、电子吸附效应、电荷转移效应等，都 不利于电荷收集
【精品】核辐射探测作业答案
<<核辐射探测作业答案>>第一章作业答案α在铝中的射程3344223.2100.318 3.2100.31840.001572.7R E q αα--=⨯⨯=⨯⨯=4 1.824 1.8213.210()10 3.210()100.001119.3 2.79.3P P E R q --=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 3．从重带电粒子在物质中的射程和在物质中的平均速度公式，估算4MeV 的非相对论α粒子在硅中慢化到速度等于零（假定慢化是匀速的）所需的阻止时间（4MeV α粒子在硅中的射程为17。
8㎝)。
解:依题意慢化是均减速的，有均减速运动公式：｛02012t v v at s v t at =-=-{002v t a v a s== 02s t v =依题已知:17.8s R cm α==由2212E E m v v m αααααα=⇒=可得：82.5610t s -=⨯这里272713227144 1.6610() 6.646510()44 1.60101.38910()m u kg kg E MeV Jv v m sααα------==⨯⨯=⨯==⨯⨯==⨯4．10MeV的氘核与10MeV的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比是多少？20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失率和电离损失率之比是多少？解：由22raddE zE dx m⎛⎫∝⎪⎝⎭5．能量为13.7MeV 的α粒子射到铝箔上，试问铝箔的厚度多大时穿过铝箔的α粒子的能量等于7。
0MeV ？解：13.7MeV 的α粒子在铝箔中的射程1R α，7.0MeV α粒子在铝箔中的射程2R α之差即为穿过铝箔的厚度d由432o 412123342233.210R 0.3183.210)3.21013.70.3187)2.77.3910o o o AlR R E d R R R R cmααααααααρ----=⨯⨯==-=⨯-=⨯⨯-⨯=⨯和6．当电子在铝中的辐射损失是全部能量损失的1/4时，试估计电子的动能。
核辐射探测器教学课件PPT
探测器分类
根据工作原理和探测对象的不同， 核辐射探测器可分为气体探测器、 闪烁体探测器和半导体探测器等。
探测器性能指标
核辐射探测器的性能指标包括能量 分辨率、探测效率、计数率和本底 等。
核辐射探测器分类
气体探测器
气体探测器利用气体分子对带电粒子的电离作用来测量核辐射， 具有较高的探测效率和较低的本底。
人工智能算法
利用人工智能算法对探测 器数据进行处理，自动识 别和分类核辐射信号。
无线通信技术
实现探测器与控制中心之 间的无线通信，方便远程 监控和数据传输。
多功能探测器应用
医疗领域
用于诊断和治疗放射性物质引起的疾病，如癌症 等。
环境监测
用于监测核设施周边的辐射水平，保障公众安全。
科研领域
用于研究核物理、放射化学等领域的基本原理和 现象。
医学影像
核辐射探测器在医学影像中主要用于 放射性成像，如X射线、CT、MRI等。 这些成像技术利用放射性物质在人体 内的分布来生成图像。
核辐射探测器还可以用于测量放射性 药物的浓度和分布，如正电子发射断 层扫描（PET）和单光子发射断层扫 描（SPECT）等。
核辐射探测器可以测量放射性物质在 人体内的分布，从而帮助医生诊断疾 病和评估治疗效果。
工业检测
核辐射探测器在工业检测中主要 用于检测放射性物质和测量各种 物理量，如厚度、密度、水分含
量等。
在工业生产中，核辐射探测器可 以用于检测产品的质量和控制生 产过程，例如在石油、化工、食
品等行业中。
核辐射探测器还可以用于检测放 射性废物和测量核设施的安全性
能等。
05
核辐射探测器的未来发展
高性能探测器材料
核辐射探测器教学课件
核辐射探测第四章(修改版)
半导体探测器的优点： 第四章 半导体探测器
(13) 能线量性分范辨围率宽最佳；
(2) 射线探测效率较高，可与闪烁探测
器相比。
缺点： （1）辐射损伤较灵敏，受强辐射后性能变差 （2）常用的锗探测器，需要在低温条件下工 作，甚至要求在低温下保存，使用不便。
第四章 半导体探测器
常用半导体探测器有：
(1) P-N结型半导体探测器； (2) 锂漂移型半导体探测器； (3) 高纯锗半导体探测器；
材料要求
物理要求
L n,p大或n,p大 Eg大
杂质浓度低
电荷收集效率高 能量分辨好 使用温度高 抗辐照性能好
灵敏区厚度大
原子序数大
射线探测效率高
材料和加工工艺合适 可生产有用的探测器
4.2 P-N结半导体探测器 第四章 半导体探测器
1、P-N结半导体探测器的工作原理 1) P-N结区(势垒区)的形成
第四章 半导体探测器
Semiconductor Detector
半导体探测器的基本原理是第带四电章粒半子导体在探半测导器 体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子 －空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁 探测器中被 PMT第一打拿极收集的电子 及半导 体探测器中的电子－空穴对统称为探测器的信息 载流子。产生每个信息载流子的平均能量分别为 30eV(气体探测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半 导体探测器)。
下标“i”表示本征(Intrinsic)材料。T为材料的 绝对温度，EG为能级的禁带宽度。
2) 杂质半导体
第四章 半导体探测器
杂质类型：替位型，间隙型。
(1) 替位型：III族元素，如B(硼)、Al(铝)、Ga(镓) V族元素，如P(磷)、As(砷)、 Sb(锑) 等
核辐射探测仪器基本原理及及指标ppt
测量时间
总结词
测量时间是衡量核辐射探测仪器性能的重要指标之一，指探 测器在测量辐射粒子时需要的时间。
详细描述
测量时间越短，探测器的实时监测能力越强，能够更好地捕 捉和记录瞬时变化的辐射状况。这对于需要快速响应和实时 监测的应用场景尤为重要，如核事故应急响应、放射性物料 运输监管等。
详细描述
探测效率通常与探测器的材料、结构、粒子类型、能量范围 等因素有关。高效的探测器能够更好地测量和记录辐射粒子 的数量和类型，为科学研究、工业应用以及安全防护等领域 提供准确的数据。
能量分辨率
总结词
能量分辨率是衡量核辐射探测仪器性能的重要指标之一，指探测器在测量辐 射粒子的能量时，能够分辨的最小能量差值。
核辐射探测仪器的基本结构和工作流程
核辐射探测仪器通常由探测器、信号处理电路、数据采 集系统和显示系统等组成。
探测器是用来接收射线的部件，一般采用半导体材料或 气体电离器件制造。
信号处理电路对探测器输出的信号进行放大、滤波和数 字化处理，以便后续的数据采集和分析。
数据采集系统将处理后的信号转换为计算机可识别的数 字信号，并存储在计算机中。
《核辐射探测仪器基本原理 及及指标ppt》
xx年xx月xx日
contents
目录
• 核辐射探测仪器概述 • 核辐射探测仪器基本原理 • 核辐射探测仪器的主要指标 • 核辐射探测仪器的应用和发展趋势 • 总结和展望
01
核辐射探测仪器概述
核辐射探测仪器的定义和作用
定义
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核辐射测量方法
第Ⅰ区，电离电流随电压增大而增加。 第Ⅱ区称为饱和区或电离室区。
第Ⅲ区称为正比区。
第Ⅳ区称为有限正比区。 第V区称为G-M区或盖革区。 当外加电压继续增高，便进入连续放 电，并有光产生。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.2 电离室
1 电离室结构
电离室的主体由两 个处于不同电位的
电极组成，电极之
1）带电的入射粒子通过气体 2）发生电离或激发
图1.1 气体电离示意图
3）在通过的径迹上生成大量离
总电离=初电离+次级电离
平均电离能( ):带电粒子在气体中产生一对离子所需的平均能
量
核辐射测量方法
4.2பைடு நூலகம்气体探测器
4.2.1 气体中电子和离子的运动规律
2 电子和离子的漂移与扩散
气体中，电离后生成的电子和离子的运动： ①杂乱无章的热运动 ②定向运动： ⅰ沿电场方向漂移
问世了。1960年，半导体探测器得到广泛应用。
核辐射测量方法
4.1 概述
1 探测器的发展
1968年，多丝正比电离室出现，使放冷落的气体探测器又 获得了生命力，使核物理测量由高能向低能扩展。 1970年初，常温半导体问世。
1980年以后，常温半导体得到应用，制成X荧光仪。
1960年末至1990年，交替性应用，多面发展，根据测量对
4.2 气体探测器
4.2.3 正比计数器
1 气体放大机制
设圆柱形计数管的阳极半径为a ， 电位为Vc；阴极半径为b ，电位
为 Vk；外加工作电压
则沿着径向位置为r的电场强度 为:
，
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.3 正比计数器
2 放脉冲的成形
脉冲由两部分组成，一部分是电 子运动所贡献的，另一部分是正
离有关。
2）坪斜。在坪区，计数率仍随电 压升高而略有增加，表现为坪有 坡度，称为坪斜。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
2 死时间、恢复时间和分辨时间
入射粒子进入计数管引起放电后， 形成了正离子鞘，使阳极周围的 电场削弱，终止了放电。这时， 若再有粒子进入就不能引起放电， 直到正离子鞘移出强场区，场强 恢复到足以维持放电的强度为止。 这段时间称为死时间。 经过死时间后，雪崩区的场强逐渐恢复，但是在正离子完全被收 集之前是不能达到正常值的。在这期间，粒子进入计数管所产生 的脉冲幅度要低于正常幅度，直到正离子全部被收集后才完全恢 复，这段时间称为恢复时间。
或中性分子。
离子复合几率比电子大几个量级。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.1 气体中电子和离子的运动规律
4 离子的收集和电压电流曲线
气体探测器利用收
集辐射在气体中产
生的电离电荷来探 测入射粒子。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.1 气体中电子和离子的运动规律
4 离子的收集和电压电流曲线
象的不同，制作工艺不同，合理选用。
核辐射测量方法
4.1 概述
2 探测器的分类
气体探测器:电离室、正比计数器、G-M计数器。 闪烁计数器 半导体探测器 其它探测器
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.1 气体中电子和离子的运动规律
1 气体的电离
. . . . . . .. ++ . .-- . . . . . .
第四章 核辐射探测器
4.1 概述
1 探测器的发展
1908年，气体电离室（G-M计数器）问世。 1948年，二次大战以后，光电倍增管的应用，使闪烁计数 器（Scintillation）得到广泛应用。
1940年末，有人发现Ge半导体点接触性二极管在受到α粒
子 照射时有脉冲输出，受这一物理现象启发，半导体探测器
间用绝缘体隔开， 并密封于充一定气 体的容器内。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.2 电离室
2 电离室分类
1）脉冲电离室，记录单个辐射粒子，主要用于测量重带电 粒子的能量和强度。 2）电流电离室和累计电离室，分别记录大量辐射粒子平均 效应和累计效应，主要用于测量X， ， 和中子的照射量率 或通量、剂量或剂量率，它是剂量监测和反应堆控制的主 要传感元件。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.3 正比计数器
气体探测器工作于正比区时，在离子收集的过程中将 出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中 逐次倍增而形成电子的雪崩。于是，在收集电极上感生的
脉冲幅度
将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即
处于这种工作状态下的气体探测器就是正比计数器。
核辐射测量方法
离子运动所贡献的。电子脉冲的
幅度 为： 与总脉冲幅度 的比例
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
G-M计数器大多是圆柱形的。电源常见接法如图。
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.4 G-M计数器
1 G-M的特性
坪曲线是衡量G-M计数管性能的 重要标志。其主要参数是： 1）起始电压。当工作电压超过起 始电压后，输出脉冲不再与原电
—
+ + — + — +V
—
ⅱ从密度大向密度小的空间扩散
图1.2 电子定向运动示意图
核辐射测量方法
4.2 气体探测器
4.2.1 气体中电子和离子的运动规律
3 负离子的形成和离子的复合
电子与气体分子碰撞时，可能被捕获而形成负离子。 电子被捕获形成负离子的结果使漂移速度大大地减慢，从而 增加了复合损失。 电子和正离子碰撞或负离子和正离子碰撞可复合成中性原子