第三章 电离辐射探测方法
第三节 探测射线的方法1
一、威尔逊云室： 利用射线的电离本领 实验时，加入少量酒精，迅 速向压活塞，室内气体膨胀， 温度降低，使酒精蒸汽达到 过饱和状态，这时粒子飞过 使沿途气体分子电离，蒸汽 就以这些离子为核凝成雾滴， 显示出射线径迹。
干净的空气
a射线的径迹：直、粗、短
原因：粒子质量大，不易改变方向 （直），电离能力强，沿涂产生的 离子多（粗），穿透能力弱（短） ß射线的径迹：常弯曲、较细、长 原因：粒子质量小，易改变方向 （常弯曲），电离能力较弱，沿途 产生的离子少（较细），穿透能力 较强（长） γ射线的径迹：电离本领更小，一 般看不到径迹
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界 产生破坏作用． 20世纪人们在毫无防 备的情况下研究放射性
遭原子弹炸后的广岛
二、气泡室—— 利用射线的电离本领
气泡室里是液体，产生过热液体产生气泡来显示射线的径迹
三、盖革－米勒计数器
利用了射线的电离本领
德国物理学家盖革与米勒在1928年合作研制： ①非常灵敏，方便； ②只能用于计数，不能区分射线的种类； ③对于同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于 200μ s时，计数器不能区分。
约100V
阴极
玻璃管内有惰性气体
阳极
当射线粒子进入管内，使管内气体电离，产生的电子在电场中加速。 电子跟管中气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子…这样， 一个粒子进入可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达 阴极，电路中就产生一次脉冲放电，于是计数一次
四、放射性的应用与防护
一 人工转变
与天然放射物质相比,人工放射性同位素放射强度易控 制,半衰期短得多,因此废料易处理.所以我们用的都是人 工放射性同位素,不是天然放射性物质.
三、放射性同位素的应用
第3节探测射线的方法
Al+ He→ P + n
4 2 30 15 1 0
反应生成物P是磷的一种同位素，也有放 反应生成物 是磷的一种同位素， 是磷的一种同位素 射性，像天然放射性元素一样发生衰变， 射性，像天然放射性元素一样发生衰变， 衰变时放出正电子，核衰变方程如下： 衰变时放出正电子，核衰变方程如下：
30 15
人工放射性同位素 1934年，约里奥·居里和伊丽芙 居里在用粒子 年 约里奥 居里和伊丽芙 居里和伊丽芙·居里在用粒子 轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外， 轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还 探测到了正电子，正电子的质量跟电子相同， 探测到了正电子，正电子的质量跟电子相同， 所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷， 所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷， 更意外的是，拿走放射源后， 更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发 射中子，但仍继续发射正电子， 射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放 射性也有一定的半衰期．原来， 射性也有一定的半衰期．原来，铝核被粒子 击中后发生了下面的反应
P → Si + e
30 14 0 1
用人工方法得到放射性同位素， 用人工方法得到放射性同位素，这是一个 很重要的发现．后来人们用质子、氘核、 很重要的发现．后来人们用质子、氘核、 中子和光子轰击原子核， 中子和光子轰击原子核，也得到了放射性 同位素． 同位素．
与天然的放射性物质相比， 与天然的放射性物质相比，人造放射性同 位素： 位素： 1、放射强度容易控制 、 2、可以制成各种需要的形状 、 3、半衰期更短 、 4、放射性废料容易处理 、
放射性同位素的应用 （1）利用它的射线 ）
（2）作为示踪原子：用于工业、农业及生物 ）作为示踪原子：用于工业、
电离辐射吸收剂量的测量 ppt课件
照射量
W KX e
Da X .
W e
电子平衡
吸收 剂量
次级电子的 韧致辐射可 以忽略
D＝K
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比释 动能
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小结： 基本概念 照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位） 电子平衡及其成立的条件 照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别
ppt课件
22
§2 电离室测量吸收剂量的原理
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（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动 能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。 “电子平衡”： 在O点处，所 有离开小体积 Δ V的次级电子 带走的能量， 恰好等于进入 小体积Δ V的次 级电子带入的 能量。
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（三）照射量和比释动能 在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致 辐射可以忽略时，两者的关系为 ：
E 为同一位置粒子
4 ppt课件
非单能 0
E EdE
注量的能谱分布
三、照射量（exposure） X（γ）辐射在质量为dm的空气中释放的全部次级 电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中 形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不包 括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离） dQ与dm的比值，即
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（二）指形电离室（thimble chamber）
图（c）：指形 电离室的剖面图。 壁材料一般选石 墨，内表面涂有 导电材料，形成 一个电极。中心 收集极由原子序 数较低的材料制 成。室壁与空气 外壳等效。
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（二）指形电离室（thimble chamber）
Farmer型电离室
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31
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第3章电离辐射吸收剂量的测量
第3章电离辐射吸收剂量的测量第三章电离辐射吸收剂量的测量作为放疗物理师，吸收剂量的测量是个基本功，掌握本章节的内容，不仅对于考试，对于以后在工作中的实践，也是很有帮助的。
对于本章内容，需要掌握和区分照射量、比释动能、吸收剂量的概念和他们之间的联系；掌握电离室测量吸收剂量的原理；掌握吸收剂量校准的方法；记忆电离室的工作特性；了解几种吸收剂量的其他测量方法。
第一节剂量学中的辐射量及其单位主要是几个概念：1、粒子注量；2、能量注量；3、照射量；4、吸收剂量；5、比释动能；6、当量剂量；7、电子平衡另外就需要掌握照射量、吸收剂量和比释动能的关联和区别。
第二节电离室测量吸收剂量原理1、电离室测量吸收剂量的基本过程是通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得出吸收剂量。
其实际上，电离室测量的是照射量，吸收剂量是通过计算得出的。
2、电离室测量吸收剂量原理3、指形电离室：指形电离室是依据自由空气电离室的原理，为便于常规使用而设计的。
假定空气外壳的半径等于电离辐射在空气中产生的次级电子的最大射程，满足进入气腔中的电子数与离开的相等，电子平衡存在。
空气等效是指该种物质的有效原子序数与空气有效原子序数相等。
4、电离室的工作特性：1）方向性：由于电离室本身固有的角度依赖性，电离室的灵敏度会受到电离辐射的入射方向的影响。
平行板电离室应使用其前表面垂直于射线束的中心轴，指形电离室应使其主轴线与射线束中心轴的入射方向相垂直。
2）饱和性：当入射电离辐射强度不变时，电离室的输出信号随其工作电压的变化关系(见图3-12)；3）杆效应：电离室的灵敏度也会受到电离室金属杆和电缆在电离辐射场中的被照范围i的影响。
电离室的金属杆和绝缘体及电缆在辐射场中会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中形成电离室杆的漏射，称为杆效应。
对于X（r）射线，能量越大，杆效应越明显。
而对于电子束，表现不甚明显。
当电离室受照范围较小时，杆效应变化较大。
物理新人教版选修3-5193探测射线的方法
物理新人教版选修3-5193探测射线的方法探测射线的方法主要包括电离室法、Geiger-Muller管法、闪烁体探测器法、电子线探测器法和磁谱仪等。
电离室法是一种常用的探测射线的方法，它利用射线通过电离室时产生的电离现象来检测射线。
电离室由一个金属容器和一个填充有气体的空间构成，气体可以是氩气、氦气等。
当射线通过电离室时，会与气体分子碰撞产生电离，电离产生的正负电子对经过加速极引入电极上，形成电流。
根据电流的大小可以反映射线的强弱。
电离室法灵敏度高，精度高，可以测量多种类型的射线。
Geiger-Muller管法是一种常见的射线探测方法，它利用Geiger-Muller管检测射线。
Geiger-Muller管是一种封闭的金属管，管内充满了低压气体。
当射线入射到Geiger-Muller管时，会与气体分子碰撞产生电离，电离产生的正负电子对被高电压加速，并在电场的作用下引入阳极和阴极，产生一个电流脉冲。
根据电流脉冲的数量和大小可以判断射线的强度和类型。
闪烁体探测器法是一种利用闪烁效应检测射线的方法。
闪烁体通常是一种由有机或无机材料制成的晶体或液体，在射线入射到闪烁体的时候，会与闪烁体分子产生碰撞，使闪烁体分子激发至高能级，然后在返回低能级的过程中释放出光子。
利用光电倍增管等光电探测器可以检测到放射出的光子，从而确定射线的强度和类型。
电子线探测器法是一种以电子束为探测器的射线检测方法。
电子线探测器一般采用热电子发射式或场发射式。
当射线通过电子线探测器时，会使电子发射体发射出电子，通过加速极和集束极，将电子聚焦成一个电子束，在荧光屏或闪烁体上产生荧光或闪烁，从而可以直接观察到射线的发生。
磁谱仪是一种利用磁场对射线进行分析和测量的仪器。
它通过磁场的作用，使不同类型的射线在空间中运动轨迹不同，从而实现对射线的分离和测量。
磁谱仪主要由磁铁、光学系统和探测系统等组成。
不同种类的射线会在磁场中产生弯曲，通过对射线偏转的测量，可以得到射线的能量和轨迹信息。
物理实验技术中的电离辐射测量与防护方法
物理实验技术中的电离辐射测量与防护方法随着科技的发展，电离辐射在物理实验中的应用越来越广泛。
电离辐射是指能够使原子或分子带电的辐射，包括阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线等。
在进行物理实验时，我们必须了解如何测量和防护电离辐射，以确保实验过程的安全与准确。
一、电离辐射测量方法为了测量电离辐射，我们通常使用的仪器是辐射剂量仪。
辐射剂量仪是一种能够测量辐射剂量的设备，使用它可以获得电离辐射的强度和剂量。
目前常见的辐射剂量仪包括电离室、闪烁体探测器和硅探测器等。
电离室是一种常用的电离辐射测量仪器，其原理是利用电离辐射产生的电离电子在电场中移动而形成电流。
当电离辐射通过电离室时，室内的空气被电离，产生正负电荷。
这些电荷在电场的作用下产生电流，测量这个电流即可得到电离辐射的剂量。
闪烁体探测器是另一种常用的电离辐射测量仪器。
闪烁体探测器的原理是利用辐射粒子与闪烁体发生作用时，闪烁体会产生光信号。
这些光信号被光电倍增管放大后，可以测量光信号的强度，从而得知电离辐射的剂量。
硅探测器是一种高灵敏度的电离辐射测量仪器，其原理是利用硅晶体中的探测结构对辐射粒子进行测量。
辐射粒子与硅晶体中的原子发生作用时，会产生电荷。
通过测量这些电荷的大小和位置，可以得到辐射粒子的强度和剂量。
二、电离辐射防护方法在物理实验中，我们需要采取措施来保护自己和实验环境免受电离辐射的危害。
以下介绍一些常用的电离辐射防护方法。
首先，我们可以通过屏蔽物来阻止电离辐射的传播。
在实验场所周围设置铅板或混凝土墙壁等材料，可以有效地阻挡大部分电离辐射的传播。
此外，我们还可以通过使用防护服或戴上抗辐射眼镜等个人防护装备来减少电离辐射的侵害。
其次，定期检查和维护辐射防护设备非常重要。
例如，辐射剂量仪应定期校准和检验，确保其准确性和灵敏度。
同时，应定期对辐射防护设备进行检修和更换，以确保其正常工作状态，防止意外事故的发生。
另外，合理安排实验操作流程也是电离辐射防护的一项重要工作。
第三节探测射线的方法
α射线径迹
径迹的长短和粗 细可以知道粒子的 性质； 性质；粒子轨迹的 弯曲方向可以知道 粒子带电的正负． 粒子带电的正负．
a射线在云室中的径迹：直而粗 射线在云室中的径迹： 射线在云室中的径迹 原因： 粒子质量大 不易改变方向， 粒子质量大， 原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离 本领大， 本领大，沿涂产生的离子多
气 泡 室 中 带 电 粒 子 的 径 迹
Байду номын сангаас
气泡室的优点： 气泡室的优点： 它的空间和时间分 辨率高； 辨率高； 工作循环周期短， 工作循环周期短， 本底干净、 本底干净、径迹清 可反复操作。 晰，可反复操作。 但也有不足之处： 但也有不足之处： 那就是扫描和测量 时间还嫌太长； 时间还嫌太长； 体积有限， 体积有限，而且甚 为昂贵， 为昂贵，
一、威尔逊云室： 威尔逊云室：
利用射线的电离本领 构造： 构造：一个圆筒状容 器，低部可以上下移 上盖是透明的， 动，上盖是透明的， 内有干净空气 实验时， 实验时，加入少量酒 精，使酒精蒸汽达到 过饱和状态。 过饱和状态。
观察威耳逊云室的结构， 观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的 径迹： 径迹： β 射线径迹
探测射线的方法
探测射线的方法 虽然放射线看不见， 虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些 现象来探知放射线的存在，这些现象主要是： 现象来探知放射线的存在，这些现象主要是： 1、使气体或 液体电离 2、使照相底 片感光 3、使荧光物 质产生荧光
威耳逊云室 观察威耳逊云室的结构， 观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室 中的径迹： 中的径迹：
ß射线在云室中的径迹：比较细，而且常 射线在云室中的径迹：比较细， 射线在云室中的径迹 常弯曲 原因：粒子质量小， 原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变 方向，电离本领小， 方向，电离本领小，沿途产生的离子少
如何检测电离辐射
如何检测电离辐射
常见的电离辐射有:α粒子、β粒子、γ射线、X射线、中子、质子、介子等，具体到日常的生活中比如医院X射线、环境地表γ辐射、企业放射性设备、工业探伤设备、安检机X射线、工业放射源等。
而过量的电离辐射，通常会对我们人体造成危害，那么如何检测电离辐射呢？
电离辐射常见于医院，香港天文台的数据显示，电离辐射有足够能量使原子中的电子游离而产生带电离子。
这个电离过程通常会使生物组织产生化学变化，对生物构成伤害。
一般所说可引起伤害的辐射，就是电离辐射。
其照射方式一般分为外照射和内照射，外照射指射线从外部对人体照射，内照射是指放射性核素经由人体食入、吸入或通过皮肤进入体内。
如何检测电离辐射？
电离辐射看不见、摸不着，但它的辐射强度和剂量是可以测量的。
自发现电离辐射现象以来，已经研究和开发各种各样的电离辐射测量方法和测量仪表。
对个人接受的辐射照射的测量包括外照射剂量测量、体表污染的测量、体内污染的测量等，可采用物理、化学或生物学方法进行。
外照射剂量的测量，可佩带个人剂量计；体表及衣服上放射性污染的测量可通过各种体表污染监测仪进行；体内污染及内照射剂量的测量可通过尿、血中的放射性含量的分析估算，还可通过全身计数器直接测定；通过生物剂量测量方法也可以估算人体的受照剂量。
专家提醒我们在日常生活中一定要远离放射源，环保部门建议：当发现无人管理的带有电离辐射标志的物体，请一定要远离现场。
既不要接触，也不要擅自移动这些物品，更不要因为好奇而打开容器。
物理实验技术中的测量电离辐射方法
物理实验技术中的测量电离辐射方法电离辐射是一种高能量的辐射形式，对人类和环境都具有一定的危害性。
因此，准确测量电离辐射的方法对于辐射防护和核能安全至关重要。
本文将介绍物理实验技术中常用的测量电离辐射的方法，包括电离室法、半导体探测器和闪烁体探测器。
一、电离室法电离室是一种常用于测量电离辐射的仪器。
它由金属壳和一个空气填充的腔体组成。
当电离辐射通过电离室时，会使得腔体内的空气分子电离产生正、负电离对。
这些电离对会在电场的作用下向正、负极板移动，产生电流。
通过测量电流的大小，就可以得到电离辐射的强度。
电离室法主要适用于测量α、β和γ等不同类型的电离辐射。
由于其原理简单，测量结果准确可靠，所以被广泛应用于核能安全和医学诊断中。
但是，电离室法对于辐射源的大小和形状有一定的要求，且需要辐射量比较大才能产生可观测的电流，因此在一些特定情况下可能不适用。
二、半导体探测器半导体探测器是一种利用半导体材料测量电离辐射的装置。
它由p-n结构的半导体材料构成，当电离辐射穿过半导体材料时，会生成电子空穴对。
这些电子空穴对会在半导体中产生电流，通过测量电流的大小就可以得到电离辐射的强度。
相比于电离室法，半导体探测器具有更高的灵敏度和更广的动态范围，且对辐射源的大小和形状要求较低。
因此，半导体探测器被广泛应用于辐射监测以及核物理实验中。
然而，半导体探测器在高温、高剂量率等极端环境下可能会出现性能衰减或损坏的问题。
三、闪烁体探测器闪烁体探测器是一种利用闪烁材料测量电离辐射的装置。
它由闪烁结构的晶体材料和光电倍增管等部件组成。
当电离辐射通过闪烁材料时，闪烁材料会发出光子。
这些光子被光电倍增管吸收后会产生电流，通过测量电流的大小就可以得到电离辐射的强度。
闪烁体探测器具有较高的灵敏度和较好的能量分辨率，在核物理实验中被广泛应用于测量γ射线和中子。
然而，闪烁体探测器的构造复杂，且对工作温度和湿度等环境条件有一定的要求。
同时，闪烁材料的选择和制备也对探测器的性能有直接影响。
电离电磁辐射的检测方法及应用分析
电离电磁辐射的检测方法及应用分析电离电磁辐射是指具有足够能量的电磁波辐射，能够使介质中的原子或分子电离而产生电离现象。
它具有很强的穿透能力，对人体健康造成严重的危害。
对电离电磁辐射的检测方法及应用分析至关重要。
一、电离电磁辐射的检测方法1. 电离室探测器电离室探测器是一种常见的电离辐射检测器，它由一个气体密封的金属极板构成。
当电离辐射与气体分子发生相互作用时，会产生电离电荷，使得气体变得导电，这样就可以通过电荷的测量来获得电离辐射的信息。
电离室探测器具有很高的灵敏度和精度，可以对各种类型的电离辐射进行准确检测。
2. Geiger-Muller计数管Geiger-Muller计数管是一种常用的电离辐射检测器，它由一个填充了稀有气体的金属管构成。
当电离辐射穿过管壁时，会产生电离电荷，使得管内的气体发生放电，产生脉冲信号。
通过对这些脉冲信号的计数，可以得到电离辐射的强度信息。
Geiger-Muller计数管具有简单、便携、成本低廉的优势，适用于各种场合的电离辐射检测。
3. 闪烁体探测器闪烁体探测器是一种高灵敏度、高分辨率的电离辐射检测器，它由一个填充有闪烁体的荧光管构成。
当电离辐射穿过闪烁体时，会激发出光子，产生闪烁光信号。
通过对这些闪烁光信号的测量和分析，可以获取电离辐射的能谱信息，实现对不同能量的电离辐射的检测和辨识。
1. 医学影像诊断电离电磁辐射在医学影像诊断中具有重要应用，如X射线、CT、核磁共振等。
通过对人体部位进行电离辐射的照射，可以获取人体内部的影像信息，用于疾病诊断和治疗监测。
医学影像诊断依赖于对电离辐射的准确控制和测量，以确保病人和医护人员的安全。
2. 核能与辐射技术核能与辐射技术是当前国家发展的重点领域，包括核能发电、核燃料循环、核医学、辐射治疗等多个方面。
对电离辐射的准确监测和控制是核能与辐射技术安全运行的基础，也是核能产业的可持续发展的关键。
3. 辐射环境监测辐射环境监测是保障环境和公众健康的关键工作。
电离电磁辐射的检测方法及应用分析
电离电磁辐射的检测方法及应用分析
电离电磁辐射是指能够电离空气分子并产生电子对效应的辐射。
它包括质子、X射线、伽马射线等。
由于其具有强大的破坏能力，电离电磁辐射对人体健康产生威胁，因此需要
对其进行监测和控制。
电离电磁辐射的检测方法包括电离室法、探测器法、闪烁探测器法、发光探测器法、
光电子倍增管法等。
其中，电离室法是一种经典的检测方法，其原理是利用电离室的空气
能够被辐射电离，放出能量和电充，可以测量辐射的能量和强度，但是该方法比较复杂，
设备成本较高。
而现代化的探测器法则更为简便，其原理是通过高敏感度的探测器来测量
强度和能量。
除了基于传统探测器的电离电磁辐射检测方法，还可以采用基于纳米材料的新型探测
方法。
例如，金壳纳米球被用于光学探测。
这种纳米颗粒的表面增强效应，可以增强光谱
信号，从而提高检测灵敏度和分辨率。
电离电磁辐射的检测应用广泛，例如在核电站、医疗卫生、飞行安全等领域中，都需
要对电离电磁辐射进行监测和控制。
在核电站中，电离电磁辐射监测器被用来监测工作人
员的辐射暴露剂量，以保护其健康。
而在医疗卫生领域，电离电磁辐射也被广泛应用于医
学成像和癌症治疗等方面。
此外，在飞行安全中，电离电磁辐射被用于监测飞机航线上的
辐射，以确保乘客和机组人员的健康安全。
总之，电离电磁辐射的检测方法不断发展和创新，更加灵敏和简便的检测技术能够更
好地保护人体健康和安全。
而其广泛的应用也推动了相关领域的发展和进步。
物理实验技术中的电离辐射测量与防护技巧
物理实验技术中的电离辐射测量与防护技巧近年来，电离辐射在科研和工业生产中的应用越来越广泛。
然而，电离辐射对人体和环境的危害也不可忽视。
正确地进行电离辐射测量与防护技巧，对于保障实验室安全以及保护工作者的健康至关重要。
本文将介绍一些常用的电离辐射测量与防护技巧，旨在为物理实验技术的从业人员提供实用指南。
一、电离辐射测量技巧1. 选择合适的测量设备：在实验室环境中，常见的电离辐射测量设备包括电离室、比计数器和γ尺。
不同的设备适用于不同的辐射类型测量。
例如，电离室适用于测量α和β粒子辐射，而γ尺适用于测量γ射线辐射。
选择合适的设备对于准确测量电离辐射至关重要。
2. 注意测量位置和距离：在电离辐射测量中，位置和距离的选择对于测量结果的准确性和可靠性影响较大。
通常情况下，应将测量设备放置在距离源头较近的位置，以获得较高的测量灵敏度。
同时，为了避免测量值受到其他辐射源的干扰，可以选择在辐射源与测量设备之间设置屏蔽物。
3. 校准和周期检测：电离辐射测量设备需要定期进行校准和检测，以确保其测量结果的准确性和可靠性。
校准过程中需要使用标准源进行比对，以校正设备的灵敏度。
周期性的检测可以及时发现设备故障并进行维修，以保证实验过程中的安全性。
二、电离辐射防护技巧1. 穿戴防护服和配备个人剂量仪：在进行电离辐射实验时，应严格要求工作者穿戴符合标准的防护服，并配备个人剂量仪。
防护服可以有效减少电离辐射对皮肤的伤害，而个人剂量仪可以实时监测工作者的辐射剂量，及时发出警报。
2. 设立防护屏蔽和限制区域：在实验室中，应合理设置防护屏蔽和限制区域，将电离辐射源与工作者隔离开来。
防护屏蔽可以有效降低辐射剂量，避免辐射对工作者的伤害。
限制区域的设立可以限制非相关人员的进入，减少他们接触辐射的风险。
3. 注意通风和排放：电离辐射实验过程中产生的辐射物质可能会释放到环境中，对环境和工作者产生不利影响。
因此，在实验室中应建立良好的通风系统，及时排放辐射物质，保持室内空气的洁净。
电离电磁辐射的检测方法及应用分析
电离电磁辐射的检测方法及应用分析电离辐射是指能够使原子或分子中的电子脱离原有的轨道，并形成离子的电磁辐射。
它在医学、航空航天、核能等领域具有广泛的应用。
为了确保人们对辐射的安全，需要设计出有效的检测方法。
本文将介绍电离辐射的检测方法及其应用。
1. 检测方法1.1. 氡射线探测器氡射线探测器是一种基于氡元素放出的α粒子来检测电离辐射的探测器。
氡射线探测器主要由一个单晶闪烁体、光电倍增管、前置放大器以及计数器组成。
当氡元素放出的α粒子撞击到探测器的单晶闪烁体中时，就会产生闪烁光信号。
这个光信号震动了光电倍增管，由光电倍增管将光信号转换成电信号放大后，交由前置放大器进行信号调理，再送入计数器进行计数。
因为α粒子的能量比较大，所以氡射线探测器对γ辐射不太敏感，主要用于检测α和β粒子。
1.3. 电离室电离室是一种利用电离原理来检测电离辐射的探测器。
电离室主要由金属外壳、中心电极、电子极、计数器等组成。
当电离辐射通过电离室时，它会将部分气体中的分子或原子电离，产生电离电子和离子。
电离电子会被电场加速，最终被电子极接收。
因此，电子气室中的电子数和辐射剂量之间存在一一对应关系。
电离室可以用于定量测量γ射线、X射线、质子、中子等。
2. 应用分析2.1. 核医学在核医学中，电离辐射被广泛用于医学影像诊断，如X射线摄影、放射性核素扫描等。
这些医学应用需要用电离辐射检测器来测量患者受到的辐射剂量，从而确保患者接受辐射的安全。
2.2. 航空航天在航空航天领域，辐射暴露是一个普遍存在的问题。
由于高空飞行和太空探索需要通过大气层和地球磁场，因此航空航天工作者和宇航员接受的辐射剂量比一般人更高。
电离辐射检测器可以用于监测机组人员和宇航员接受的辐射剂量，从而确保他们的安全。
2.3. 核能工业在核能工业中，电离辐射检测器被广泛应用于辐射源管理和安全管理。
工业中的核设施会产生大量的放射性废料，需要对其进行辐射监测和控制。
电离辐射检测器可以用于监测辐射剂量，保证工人和公众的安全。
电离辐射测量
电离辐射测量
电离辐射测量是指测量空间中存在的电离辐射的强度和剂量。
电离辐射是指能够使原子或分子电离的辐射，包括α粒子、β粒子和γ射线等。
电离辐射测量可以用于辐射防护、核能安全、医学诊断和治疗等领域。
常见的测量方法包括：
1. 剂量测量：用于测量辐射的剂量，即单位时间内辐射能量对物质造成的吸收剂量。
常见的剂量测量仪器包括电离室、比较室和电离室剂量仪等。
2. 个人剂量测量：用于测量个人接受的辐射剂量，以评估个人辐射安全。
常见的个人剂量测量仪器包括个人剂量仪、手环剂量仪和口服剂量仪等。
3. 辐射强度测量：用于测量辐射源的辐射强度，即辐射能量单位时间内通过单位面积的数量。
常见的辐射强度测量仪器包括辐射仪、γ射线探测器和β粒子探测器等。
4. 辐射监测：用于持续监测空间中的辐射水平，以及检测可能的辐射泄漏或事故。
常见的辐射监测设备包括辐射监测仪、环境辐射监测网络和核素监测仪等。
电离辐射测量可以帮助人们了解环境中的辐射水平，评估辐射对人体的危害程度，并制定相应的防护措施。
在核能行业、医疗领域和辐射防护中都起着重要的作用。
测辐射电离
测辐射电离
辐射电离是指辐射能量作用于原子或分子时，使其失去或获得电子而形成带电的离子的过程。
测量辐射电离的方法主要包括离子室法、电离室法、比计数法等。
离子室法是一种常见的测量辐射电离的方法。
它利用一个被气体充满而分成两个电极的容器。
当辐射能量穿过气体并离子化气体分子时，电离产生的正负离子将随着电场的作用移动并在电极上形成电流。
这个电流的强度与辐射能量的强度成正比，可以通过测量电流的大小来得知辐射电离的强度。
电离室法是另一种常用的测量辐射电离的方法。
电离室是一个小型的封闭空间，内部充满了气体。
当辐射能量穿过气体时，会产生电离，形成带电的离子和自由电子。
这些离子和电子在电场的作用下产生电流，可以通过测量电流的大小来推测辐射电离的强度。
比计数法是一种简便的测量辐射电离的方法。
这种方法通常使用一个可调节的指示器，根据辐射电离的强度来调整指示器的读数。
通过与已知强度的辐射进行比较，可以得到辐射电离的大致强度。
在进行辐射电离测量时，需要注意遵循一些安全措施。
首先，需要保护自己免受辐射的伤害，要穿戴合适的防护设备，如防护服、防护眼镜等。
其次，要选用准确可靠的测量工具，并进行定期校准，以确保测量结果的准确性。
此外，在测量过程中要注意环境因素的干扰，避免误差的产生。
综上所述，辐射电离的测量方法包括离子室法、电离室法和比计数法。
这些方法可以用来测量辐射电离的强度，并提供辅助判断辐射安全性的依据。
然而，在进行测量时必须严格遵守安全操作规程，以确保人身安全。
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/~mwt/propcounters/intro.htm /wiki/Proportional_counter
在一个大气压下，电子在气体中的自由程约 10-3～10-4cm， 气体的电离电位～ 20eV 。要使电子在一个自由程就达到电 离电位，场强须>104V/cm。
/info/encyclopedia/i/ionizationchamber.htm /ptp/collection/ionchamber/introionizationchamberr.htm
入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用， 使电子获得能量而引起原子的电离或激发。
正比计数管
/~allen/252/PHY251_Geiger.html
• I区——复合区：电离出的离子与电子在漂移中由于碰撞而 复合，成为中性原子，此复合几率随外加的电压（偏压） 的增加而减小。 • II区——饱和区：原电离出的离子和电子全部被吸收，无 复合效应。 • III.1区——正比区：由于电场强度大到足以使加速电子撞 击原子产生新的电离，离子对数将倍增（10—104倍），这 种现象叫气体放大。在固定外加电压下，气体放大系数M 恒定。 • III.2区——有限正比区：在固定外加电压下，气体放大系 数M不能恒定与初电离失去正比关系。 • IV区——G—M区：外加电压较高，离子对增加比D区更为 猛烈，高达108电离电流猛增，产生持续放电现象，要终 止放电应加淬熄气体（卤素和有机物），此区电离电流大 小不再与入射粒子的能量有关。 • V区——连续放电区
N E0 W
法诺噪声(Fano noise)与法诺因子(Fano factor)
带点粒子在探测器中产生电子离子对的数目正比于带电粒 子的能损，但存在一定的波动，称为法诺噪声。法诺因子：
2 w F w
其中w为时间窗口（测量时间），σ2为方差，μ为测量平 均值。对于泊松过程F=1，法诺因子业可以写为：
b
在电离室内某一点引入一单位正电荷e+它将在两极板上分别
感应出一定的负电荷，设分别为-q1、-q2
根据高斯定律：
b
q (Q0 ) (Q0 ) e (q1 ) (q2 ) 0
q1 q2 e
x q1 e d dx q2 e d
工作区与探测器
工作区 复合区 饱和区 正比区 气体探测器 无 电离室 正比计数管 无 可作能量、强度、剂量的测量，输 出较小 可作能量、强度的测量，输出较大 无 作用及性能
有限正比区 无
G-M区
G-M计数器
只作强度测量（计数测量），输出 幅度大
略
连续放电区 闪烁室、 火光室
通常正比计数管采用细丝作为 阳极，可以在阳极周围产生一 个较大的电场满足雪崩放大的 要求
漂移Drift（存在外电场时）
扩散(Diffusion) 在气体中电离粒子的密度是不均匀的， 原电离处密度大。由于其密度梯度而造成 的离子、电子的定向运动叫扩散。
由气体动力学，可得到扩散方程：
j D n
电子或离子 的扩散系数
电子或离子 粒子流密度
电子或离 子密度
若电离粒子的速度遵守麦克斯韦分布，则 扩散系数 D 与电离粒子的杂乱运动的平均 速度 v 之间的关系为：
输出计算的例子
设入射粒子为210Po发射的α粒子，能量为5.3MeV， 并在空气电离室内消耗其全部能量。若空气的平均 电离能ω取35eV，则一个α粒子产生的离子对数 N0=5.3×106/35=1.5×105个离子对。这些离子对全 部被收集后的总电荷： Q=1.5× l05× 1.6× l0-19=2.4× 10-14C 设总电容量为20pF，则输出脉冲幅度为 △V =2.4× 10-14/2.0×10-11=1.2mV
电子漂移速度一般为： 10 cm
6
s
s
离子漂移速度一般为： 103 cm
(2)电子的漂移速度对组成气体的组分极为灵敏在单原子分子气 体中（如卤素）加入少量多原子分子气体（如CO2、H2O等）时， 电子的漂移速度有很大的增加。
脉冲工作的电离室
射线
气体有： 惰性气体， N2， 空气， 混合气体等
+
-
前置放大电路 C R HV
Q N e
探测等效电路
C1
RL ：负载电阻； C1 ：探测器电容； R入 ： 测量仪器输入
电阻；
RL
C
R C
测 入电容； 量 仪 器
C入 ： 测量仪器输
总电阻 R0 RL // R
总电容
C0 C入 C ' C1
：杂散电容； 如, 电缆电容 ~100pF/m。
平行板电离室输出电流曲线
I
u 为电子或粒子的漂移速度；
Neu I
u
d 为平行板电极间距； t1 为开始有电子到达a极板的时间；
T– 为电子全部到达a极板的时间；
d
t2 为开始有正离子到达b极板的时间； T+ 为正离子全部到达 b极板的时间。
Neu I d
t1
~ s
T
t2
~ ms
T
t
I (t )
Ne u u I d
电离电流
射线射入电离室→使气体电离 →在电极上产生感应电荷→电子离子在电场中漂移 →形成漂移电流→RC上输出波形
输出信号产生的物理过程
假设回路中没有负载电阻 RL 0
极板a上加高压V0，极板a b 间电容量为C1， 则两极板的电荷量：
Q0
Q0
Q0 Q0 C1V0 a
V0
第三章 射线探测
试用讲义，请勿传播
射线探测
• 探测原则 • 主要探测器类型
– 电离探测器 – 闪烁探测器 – 其他
探测原则
一个粒子若要被探测到，这个粒子必须与探测器进行某种作用 并在探测器中沉积下一定的能量。对于大多数探测器，入射粒 子在探测器的灵敏区直接或间接激发出一定量的电荷，这些电 荷被收集起来形成信号输出（也可以通过其他方式记录）。 带电粒子一般可以直接探测；高能光子通常与核外电子作用后 进行间接测量；中子一般通过核反应产生带电粒子进行间接测 量。
q1 q2
a
e
i (t )
V0
b
电子(负离子)漂移所引起的正感应电荷在回路中流过的电荷量 为：
q2
同一点引入正负电荷：
q1 q1
q2 q2
q q1 q q2
a
V0
e
e
i(t )
b
q1 q2 e
当同时在同一位置引入一离子对，则在外回路流经的电流： i(t)= i+(t)+ i –(t)
2 O F 2 P
其中O为实验观察量，P为泊松过程估计量
作业: 估算能量极限分辨率
电子与离子在气体中的运动
当不存在外加电场的情况下，电离产生的电子 和正离子在气体中运动，并和气体分子或原子不断地 碰撞，处于平衡状态。其结果会发生以下物理过程：
扩散Diffusion 电子吸附Electron Attachment 复合Recombination
探测器的主要类型
• 电离探测器
– 气体或液体电离室，正比管，G-M探测器 – 半导体探测器
• 闪烁探测器
– 有机闪烁体 – 无极闪烁体
• 其他
– 云室、气泡室、胶片、热释光、固体径迹探测器、 IP板… – 切伦科夫辐射、穿越辐射
电离室(Ionization Chamber)
电离室核心部件是一对电极及其间充满满的绝缘气体或液体，电极分别 接外电路的正负极。无辐射时电极间无电流，当带电粒子在灵敏区通过 时电离产生电子离子对，在电极间的电场作用下电子和正离子分别向阳 极和阴极漂移，形成电流。多用于剂量测量。
流过外回路的总电荷量：△q+ +△q- = e
(当入射粒子在探测器灵敏体积内产生N个离子对，它们均在 外加电场作用下漂移，这时，产生的总电流信号是：
I t i t i j t j j 1 j 1 N N
I (t ) I (t )
当N个离子对全部被收集时，流过外电路的总电荷量的为：
t
I (t )
Ne u u I d
Neu I d
t
V (t )
输出电压只包含电子漂 移的贡献，工作于此状 态的电离室成为电子脉 冲电离室
当外电路的时间常数远小于离子 漂移时间但远大于电子漂移时间 时的输出电压曲线
Q C0
1 V t C0
0
t
Q t R0C0 e C0
每次碰撞中被电子俘获的概率称为吸附系数 h。
h大(h >10-5)的气体称为负电性气体。
例如O2、H2O的 h 10 ，卤素达 h 103
4
复合(Recombination)
有两个过程：电子与正离子，或负离子与正离子， 相遇时可能复合成中性的原子或分子。
复合引起的离子对数目的损失率：
Recombination e＋ ＋
入射粒子直接产生的离子对称为原电离。 初电离产生的高速电子足以使气体产生的电离称为 次电离。
总电离 = 原电离 + 次电离
平均电离能：带电粒子在气体中产生一电子离子对所 需的平均能量。 对不同的气体， W大约为30eV
若入射粒子的能量为 E0，当其能量全部损失在气 体介质中时，产生的平均离子对数为：
n n n n t t
：复合系数
—
负离子运动速度远小于电子，正离子与负离子的复 合系数要比正离子与电子的复合系数大得多。
离子和电子在外加电场中的漂移