清华大学 辐射安全与防护培训辐射探测器[可修改版ppt]
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辐射安全与防护培训放射性基础知识ppt课件
K电子俘获最容易发生。
34
EC衰变能：
E0(EC) [mX me mY ]c2 i
以原子质量 M 代替核质量m ，并忽略电子结合能
M(Z, A) Zme M(Z 1, A) (Z 1)me
E0(EC) (M X MY )c2 i
衰变前母核原子质量必须大于衰变后 子核原子质量。
30
14C的衰变纲图：
164C (T1/ 2 5730a)
b 0.157 100%
14 7
N
31
b＋衰变
表达式：
A Z
X
Z A1Y
e
e
母核X 衰变为 子核Y、一个 正电子 和一个
中微子. 核中一个质子变为了中子。
衰变前，母核X静止，根据能量守恒定律：
931.494013MeV
15
（二）质能联系定律—爱因斯坦相对论关
系：
E mc2 第二m 部m0分1 v c2
其中核m与0 为放物射体（性粒的子基）本的静物止理质基量础，v
为物体的运动速度，c 为真空中的光速。
物体（粒子）的动能：
T mc2 m0c2 m0c2 1 1 v c2 1
1 1
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素；
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同
位素丰度。不是所有同位素均构成同位素丰度；构成
同位素丰度的原子可以是放射性原子。
1 1
H
2 1
H
16O 17O 18O
U U U 234 235 238
92 92
92
99.985%、0.015%
辐射安全与防护基础知识 PPT
世界上第一张X射线
照片1895、12、22
❖1896,贝克勒尔(Becquerel)发现铀(Uranium)
发现了天然放射性,人类
历史上第一次在实验室
观测到放射性现象。
Nobel Prize in 1903
❖1897, 汤姆生(Thomson)
发现电子打破了原子不可
分得观念。
❖1898, 居里夫妇发现钋( Polonium)
➢基本任务是既要保护环境,保障从事辐射工作人
员和公众成员,以及他们得后代得安全和健康,
又要允许进行那些可能产生辐射照射得必要活
动;提高辐射防护措施得效益,以促进核科学技
术、核能和其它辐射应用事业得发展。
4、辐射防护得知识体系
环
境
监
测
非
人
类
物
种
环
境
处
置
法规标准
屏蔽技术
环境
辐射源
辐射场
核素迁移
环境影响
与物质相互作用,能产生直接电离粒子
得中性粒子,如中子、光子等,称为间接电离
粒子。由间接电离粒子组成得辐射称为间接
电离辐射。
常见得电离辐射
辐射
组成
质量
Relativel
y Heavy
2 protons +
2 neutrons
electron
n
neutron
P
proton
High Energy
Electromagnetic
－
满足β 衰变和电子俘获条件,所以它们可以发生β
＋、β－衰变和轨道电子俘获三种过程。
电子俘获
质子变成中子
清华大学 辐射安全与防护培训--放射性基础知识
• 正电荷集中在原子的中心，即原子核； • 线度为10–12 ~10-13 cm量级，为原子的10–4
量级； • 质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。
原子的电中性，要求：
• 原子核所带电量与核外电子电量相等， • 核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze，核外电子电荷–Ze。
5). 人工放射性核素是指非天然和自然界的因 素生成的放射性核素，而是在反应堆或加速 器所生成。同位素技术中应用最广泛的放射 源---钴源（60Co ）就是在反应堆中生成。
将金属钴，即 59Co ，其丰度 100% ，
放在反应堆孔道内，利用中子照射 59Co ， 发生如下核反应：
59Con, 60Co
当 v c
T
m0c2 1
1 2
v c
2
3 v 8c
4
...
1
1 2
m0v2
（三）原子质量和原子核质量
工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消
毒的钴源（ 60Co ），其活度达几十万至百万
居里（ Ci ）。
1.2 原子核的质量与结合能
（一）原子质量单位 u ：
1960年物理学国际会议通过采用： 1u12C原子质量的 1 12
1u 12 1 1.66053873 10 27 kg N A 12
（三）原子核物理常用术语及意义
1).核素（nuclide）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种 原子核或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同， 就是不
90 38
Sr
,
Y 91
39
量级； • 质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。
原子的电中性，要求：
• 原子核所带电量与核外电子电量相等， • 核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze，核外电子电荷–Ze。
5). 人工放射性核素是指非天然和自然界的因 素生成的放射性核素，而是在反应堆或加速 器所生成。同位素技术中应用最广泛的放射 源---钴源（60Co ）就是在反应堆中生成。
将金属钴，即 59Co ，其丰度 100% ，
放在反应堆孔道内，利用中子照射 59Co ， 发生如下核反应：
59Con, 60Co
当 v c
T
m0c2 1
1 2
v c
2
3 v 8c
4
...
1
1 2
m0v2
（三）原子质量和原子核质量
工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消
毒的钴源（ 60Co ），其活度达几十万至百万
居里（ Ci ）。
1.2 原子核的质量与结合能
（一）原子质量单位 u ：
1960年物理学国际会议通过采用： 1u12C原子质量的 1 12
1u 12 1 1.66053873 10 27 kg N A 12
（三）原子核物理常用术语及意义
1).核素（nuclide）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种 原子核或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同， 就是不
90 38
Sr
,
Y 91
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核辐射探测器(完整版)ppt资料
rlnba
电压-电流曲线〔气体探测器〕
气体探测器的原理
• 气体受放射源照射产生电离，外加电压收 集电离电荷
• 电离室：工作在饱和区上 • G-M管：工作在G-M区上
医用活度计(dose calibrator)
盖革-弥勒监测仪(G-M survey meter)
半导体探测器(semiconductor)
• The interval between the time when a ray interacts with a detector and the time when the detector responds and the event is recorded
• The shorter, the better
• Another way to look at FWHM is to consider it as a measure of error in the energy determination of an x- or γ–ray by a detector
其它方面〔性能指标〕
• The ability of a detector not to be appreciably affected by the fluctuations in line voltage and environment temperature
核辐射探测的对象
• 核辐射的质→射线的能量〔特征量〕→ 〔放射性〕核素的种类
• 核辐射的量→射线的强度〔累加量〕→ 〔放射性〕核素的活度
核辐射探测的实质
• 能量转换过程
• 即：将辐射能转变成可以记录的电信号的 过程
核辐射探测器的分类
• 按作用原理〔工作方式〕 • 带电粒子(α、β)探测器→电离和激发 • 非带电粒子(γ)探测器→通过三种效应产
电压-电流曲线〔气体探测器〕
气体探测器的原理
• 气体受放射源照射产生电离，外加电压收 集电离电荷
• 电离室：工作在饱和区上 • G-M管：工作在G-M区上
医用活度计(dose calibrator)
盖革-弥勒监测仪(G-M survey meter)
半导体探测器(semiconductor)
• The interval between the time when a ray interacts with a detector and the time when the detector responds and the event is recorded
• The shorter, the better
• Another way to look at FWHM is to consider it as a measure of error in the energy determination of an x- or γ–ray by a detector
其它方面〔性能指标〕
• The ability of a detector not to be appreciably affected by the fluctuations in line voltage and environment temperature
核辐射探测的对象
• 核辐射的质→射线的能量〔特征量〕→ 〔放射性〕核素的种类
• 核辐射的量→射线的强度〔累加量〕→ 〔放射性〕核素的活度
核辐射探测的实质
• 能量转换过程
• 即：将辐射能转变成可以记录的电信号的 过程
核辐射探测器的分类
• 按作用原理〔工作方式〕 • 带电粒子(α、β)探测器→电离和激发 • 非带电粒子(γ)探测器→通过三种效应产
辐射探测及常用辐射探测器45页PPT
辐射探测及常用辐射探测器
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
辐射安全与防护培训PPT课件
• 响应级别确定
•
医院设备科、医务科和保卫科，根据
放射性污染事件的性质、危害程度判定放
射性污染事件的级别向领导小组提出是否
启动应急预案的意见。
• 应急启动
• 经领导小组成员集体判断属于环境污染、 一般突发事件的，由突发事件的科室启动 本科室突发事件应急预案。经领导小组负 责人批准启动本预案时，医院应急处理领 导小组进入实战指挥，各科室、部门专业 组根据职责进入应急工作状态。
• 《中华人民共和国放射性污染防治法》。 • 《中华人民共和国职业病防治法》。 • 《使用有害物品作业场所劳动保护例》。 • 《突发公共卫生事件应急条例》。 • 《放射性污染事件管理规定》。
• 使用放射性同位素和射线装置的单位发生 应当立即启动本单位的应急方案，
• 采取应急措施，并立即向当地环境保护 主管部门、公安部门、卫生主管部门报告。
• 救援行动
• 应急处理工作应按照本预案规定的程序 科学有序地进行，采取边调查、边处理、 边抢救、边核实的方式，及时有效控制事 态发展。
• 扩大应急
• 对重大技术问题， 医院应急预案领导 小组不能及时控制突发事件的蔓延，要立 即申请地方政府或上级机关给予帮助或增 援。
• 应急恢复
•
根据放射性污染事件应急处理工作的进展和
• 3日下午2时许，省肿瘤医院放射科照片室， 一位颤巍巍的肿瘤病患者被家属从轮椅上 扶了进来。由于患者极度虚弱，连正常站 立也坚持不了，拍片时必须家属在一旁搀 扶。值班的赵医生赶忙提醒病人家属“快 把铅背心穿起噢！”病人瞄了一眼放在旁 边桌上的铅背心，嘴里嘟啷起来“穿这么 重还要扶病人，简直受罪。”一脸的不快。 面对此情景，赵医生苦笑着告诉记者，这 样的情况几乎每天都会遇到。
辐射安全与防护知识培训幻灯片课件
不能直接使原子电离但同物质原子发生作用能够产生载能次 级带电粒子，次级带电粒子能够对物质发生电离作用。 当 光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将部分 能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康 普顿－吴有训电子，而使物质电离。
18
2 γ射线对物质的作用--两步过程
γ射线
第1 步 初级作用
• γ跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化， 只是原子核内部能量状态发生了改变。
• γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，所以它 在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯 穿本领很大。它在空气中的射程通常为几百米。
11
X射线
• X射线不属于原子核的衰变形式，但它跟γ射线一 样是波长很短的电磁波，并具有电离作用。
++
++ -+ -
+ ++-++-+-++--++--++--+-++----
+-++--+-
+ -- -
-
α射线是一种带电粒子流，β射线也是一种高速带电 粒子，与物质作用时，物质中原子被电离，在粒子通 过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子
17
γ射线与物质的相互作用
γ射线是波长很短能量高的电磁辐射 不带电， 静止质量 0 。 （ ﹤ 10-11 米，keV，MeV），
放射性衰变的类型
• 在放射性的衰变中，发生衰变的原子核叫 母核，衰变后所产生的核叫子核。放射性 原子核的衰变主要有三种类型：
• α衰变 • β衰变 • γ跃迁
8
α衰变
• 原子核自发地放射出α粒子而发生的转变，叫做 α衰变。经过α衰变以后，子核的质量数比母核 减少4，原子序数减少2。
18
2 γ射线对物质的作用--两步过程
γ射线
第1 步 初级作用
• γ跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化， 只是原子核内部能量状态发生了改变。
• γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，所以它 在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯 穿本领很大。它在空气中的射程通常为几百米。
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X射线
• X射线不属于原子核的衰变形式，但它跟γ射线一 样是波长很短的电磁波，并具有电离作用。
++
++ -+ -
+ ++-++-+-++--++--++--+-++----
+-++--+-
+ -- -
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α射线是一种带电粒子流，β射线也是一种高速带电 粒子，与物质作用时，物质中原子被电离，在粒子通 过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子
17
γ射线与物质的相互作用
γ射线是波长很短能量高的电磁辐射 不带电， 静止质量 0 。 （ ﹤ 10-11 米，keV，MeV），
放射性衰变的类型
• 在放射性的衰变中，发生衰变的原子核叫 母核，衰变后所产生的核叫子核。放射性 原子核的衰变主要有三种类型：
• α衰变 • β衰变 • γ跃迁
8
α衰变
• 原子核自发地放射出α粒子而发生的转变，叫做 α衰变。经过α衰变以后，子核的质量数比母核 减少4，原子序数减少2。
【清华大学工物系课件】电离辐射探测工程硕士课程(5)1闪烁探测器-PPT课件
辐射探测学
第五章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
1
why scintillation detectors?
和气体探测器一样，闪烁探测器也是现在用得最多、 最广泛的一种电离辐射探测器。
• • • • • NaI：在γ能谱测量中的应用。 CsI：在中微子探测中的应用。 BGO：在中子感生γ能谱分析（煤质分析）中的应用。 CdWO4：工业CT LaBr3：一种新型的优质闪烁探测器
3. 发光时间 4. 闪烁体其它特性
哪一项与闪烁体的能量分辨率最相关？
17
1. 发射光谱
闪烁体发射光子数与光子波长(能量)的关系曲线。
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
18
2. 发光效率
发光效率可用三种量来描述： ① 光能产额 ② 闪烁效率 ③ 相对闪烁效率（相对发光效率）
(1)光能产额 (光输出，光产额)
不同类型辐射激发时stilbene 晶体的发光衰减曲线
22
可以用作粒子甄别。
几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl) 芪 蒽 液体闪烁体
f (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4
s (s)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20 0.23
塑料闪烁体
NaI(Tl)
12
价 带
在晶体中掺杂，叫做 激活剂(activator)，含 量103量级。
杂质形成特殊晶格点， 并在禁带中形成局部 能级。
原子受激产生的电子-空穴迁移到杂质能量的激发态和基态上， 使杂质原子处于激发态。形成发光中心或复合中心 (luminescence centers or recombination centers)
第五章 闪烁探测器
(scintillation detectors)
1
why scintillation detectors?
和气体探测器一样，闪烁探测器也是现在用得最多、 最广泛的一种电离辐射探测器。
• • • • • NaI：在γ能谱测量中的应用。 CsI：在中微子探测中的应用。 BGO：在中子感生γ能谱分析（煤质分析）中的应用。 CdWO4：工业CT LaBr3：一种新型的优质闪烁探测器
3. 发光时间 4. 闪烁体其它特性
哪一项与闪烁体的能量分辨率最相关？
17
1. 发射光谱
闪烁体发射光子数与光子波长(能量)的关系曲线。
发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。
18
2. 发光效率
发光效率可用三种量来描述： ① 光能产额 ② 闪烁效率 ③ 相对闪烁效率（相对发光效率）
(1)光能产额 (光输出，光产额)
不同类型辐射激发时stilbene 晶体的发光衰减曲线
22
可以用作粒子甄别。
几种闪烁体的发光衰减时间
闪 烁 体 BaF2 CsI(Tl) 芪 蒽 液体闪烁体
f (ns)
0.6 10 6.2 33 2.4
s (s)
0.62 1.0 0.37 0.37 0.20 0.23
塑料闪烁体
NaI(Tl)
12
价 带
在晶体中掺杂，叫做 激活剂(activator)，含 量103量级。
杂质形成特殊晶格点， 并在禁带中形成局部 能级。
原子受激产生的电子-空穴迁移到杂质能量的激发态和基态上， 使杂质原子处于激发态。形成发光中心或复合中心 (luminescence centers or recombination centers)
辐射探测和常用辐射探测器45页PPT
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
辐射探测和常用辐射探测器 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
辐射探测和常用辐射探测器 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
辐射安全与防护培训教程109页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
辐射安全与防护培训教程
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经三要素 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
辐射安全与防护培训教程
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经三要素 。
辐射探测和常用辐射探测器45页PPT
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
辐射探测和常用辐射探测器
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
Hale Waihona Puke 39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
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气体电离探测器主要有电离室、正比 计数器、G-M计数器等类型。
E1
E2
E3
I : 复合区 II : 饱和区 III : 正比区
NNA IV: 有限正比区
N N V: G-M工作区
VI: 连续放电区
工作区 输出信号 域
用途
电离室
正比计数 器
G-M 计数管
饱和区
正比区
G-M工 作区
h Ee W C0
气体压力：从10-1~10大气压。
气体探测器的圆柱型电离室结构
高压极
灵敏体积
负载电阻
输出信号：
Ne h ,
C0
C0C1C' C入
分别为极板电容、分布电容和放大器输 入电容。
当在两电极上所加电压不同时，就造 成气体探测器的不同工作状态。
随着工作电压的升高，在中央阳极附近 很小的区域内，电场强度足够强，以至电 子在外电场的加速作用下，能发生新的碰 撞电离，我们称之为气体放大或雪崩过程。
各种气体探测器
电离能W：带电粒子在气体中产生一电 子离子对所需的平均能量。
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：
NE0 W
对不同的气体， W大约为30eV。
离子和电子在外加电场中的漂移
离子和电子除了与作热运动的气体分 子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造 成的扩散运动外，还有由于外加电场的作 用沿电场方向定向漂移。
清华大学 辐射安全 与防护培训辐射探
测器
射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
,p,d,T, f
Fast electrons
e
Uncharged Radiations
Neutrons
X-rays and rays
半透明光阴极 光电子轨迹
入射光
真空壳
聚焦电极 打拿极
阳极
2) PMT的类型
(1) 外观的不同
(2) 根据光阴极形式
(3) 根据电子倍增系统 聚焦型
非聚焦型
具有较快的响应 时间，用于时间 测量或需要响应 时间快的场合。
电子倍增系数较 大，多用于能谱 测量系统。
直线结构 环状结构
百叶窗结构 盒栅型结构
MSAiAgn160180
SK iK 打拿极间电子传输效率
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)。
以NaI(Tl)为例：
对β粒子 Cnp 13%；对α粒子 Cnp2.6%
光能产额：
Y ph
n ph E
光子数MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
发光效率与光能产额的关系：
YphnE phE hvphE 1C hn vp
以NaI(Tl)为例
对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 h 3eV
Yph3 0e .1V 34.3140光
2. 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
指闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
发光效率：Cnp
Eph E
10% 0
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。
子数 MeV
3) 发光衰减时间
受激过程大约 1091011Sec 退激过程及闪烁体发光过程按指数规律
对于大多数无机晶体，t时刻单位时间发 射光子数：
ntn0et nphet
τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所
需时间。
（二）. 光电倍增管
1. PMT的结构——光电倍增管为电真空器件。
1) PMT的主要部件和工作原理
1、闪烁体的分类 1) 无机闪烁体：
无机晶体(掺杂) N T a ,C lI T s ,Z l IA n S g 玻璃体 L2 iO 2S2 iC O e(锂玻璃)
纯晶体 Bi4Ge3O12 BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等； 有机液体闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。它是形成输出 信号的基本过程。
工作气体：
气体探测器的工作介质为气体，工作 气体充满电离室内部空间；
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。
工作气体有确定的组成，一般为氩气 (Ar ) 加少量多原子分子气体CH4。
阳极
管座
暗盒
闪烁探测器的工作过程：
(1) 辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或 激发，受激原子退激而发出波长在可见光 波段的荧光。
(2) 荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的 光阴极，通过光电效应打出光电子。 (3) 电子运动并倍增，并在阳极输出回路 输出信号。
闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。
(一). 闪烁体
闪烁探测器；
半导体探测器。
一. 气体探测器
气体探测器是以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生的电离效应引起输出电信 号的探测器。由于产生信号的工作机制不同， 气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、 G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以 及相应的适用领域。
核辐射引起气体的电离：入射带电粒子 通过气体介质时，使气体分子、原子电离和 激发，并在通过的路径周围生成大量离子对。
辐射探测的基本过程：
➢ 辐射粒子射入探测器的灵敏体积； ➢ 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量； ➢ 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。 ➢对非带电粒子通过次级效应产生次电子或重带电粒 子,实现能量的沉积。
常用的辐射探测器按探测介质类型及作用机制 主要分为：
气体探测器；
h Ee A W C0
形成正离子 鞘，与入射 粒子能量无
关。
计数及测 量入射粒
子能量
计数及测 量入射粒
子能量
仅用作计 数
，产生荧光
光子来探测电离辐射的探测器。
荧光 光子 光电倍增管 反射层 窗 (打拿极) 分压器
前置放大器
多道或单道
高压
闪烁体
光电子 光阴极
2. PMT主要性能 1) 光阴极的光谱响应
光阴极受到光照后，发射光电子的概率是 入射光波长的函数，称作“光谱响应”。
2) 光照灵敏度 光阴极的光电子流
阴极灵敏度
Sk ik F
A/ Lm
阳极电流
光通量
阳极灵敏度
SA iA F
ALm
阳极接受到的电子数 PMT增益 M 第一打拿极收集到子 的数 电
E1
E2
E3
I : 复合区 II : 饱和区 III : 正比区
NNA IV: 有限正比区
N N V: G-M工作区
VI: 连续放电区
工作区 输出信号 域
用途
电离室
正比计数 器
G-M 计数管
饱和区
正比区
G-M工 作区
h Ee W C0
气体压力：从10-1~10大气压。
气体探测器的圆柱型电离室结构
高压极
灵敏体积
负载电阻
输出信号：
Ne h ,
C0
C0C1C' C入
分别为极板电容、分布电容和放大器输 入电容。
当在两电极上所加电压不同时，就造 成气体探测器的不同工作状态。
随着工作电压的升高，在中央阳极附近 很小的区域内，电场强度足够强，以至电 子在外电场的加速作用下，能发生新的碰 撞电离，我们称之为气体放大或雪崩过程。
各种气体探测器
电离能W：带电粒子在气体中产生一电 子离子对所需的平均能量。
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：
NE0 W
对不同的气体， W大约为30eV。
离子和电子在外加电场中的漂移
离子和电子除了与作热运动的气体分 子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造 成的扩散运动外，还有由于外加电场的作 用沿电场方向定向漂移。
清华大学 辐射安全 与防护培训辐射探
测器
射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
,p,d,T, f
Fast electrons
e
Uncharged Radiations
Neutrons
X-rays and rays
半透明光阴极 光电子轨迹
入射光
真空壳
聚焦电极 打拿极
阳极
2) PMT的类型
(1) 外观的不同
(2) 根据光阴极形式
(3) 根据电子倍增系统 聚焦型
非聚焦型
具有较快的响应 时间，用于时间 测量或需要响应 时间快的场合。
电子倍增系数较 大，多用于能谱 测量系统。
直线结构 环状结构
百叶窗结构 盒栅型结构
MSAiAgn160180
SK iK 打拿极间电子传输效率
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)。
以NaI(Tl)为例：
对β粒子 Cnp 13%；对α粒子 Cnp2.6%
光能产额：
Y ph
n ph E
光子数MeV
nph为产生的闪烁光子总数。
发光效率与光能产额的关系：
YphnE phE hvphE 1C hn vp
以NaI(Tl)为例
对1MeV的β粒子，发射光子平均能量 h 3eV
Yph3 0e .1V 34.3140光
2. 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
指闪烁体将所吸收的射线能量转化为光的比例。
发光效率：Cnp
Eph E
10% 0
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。
子数 MeV
3) 发光衰减时间
受激过程大约 1091011Sec 退激过程及闪烁体发光过程按指数规律
对于大多数无机晶体，t时刻单位时间发 射光子数：
ntn0et nphet
τ为发光衰减时间，即发光强度降为1/e所
需时间。
（二）. 光电倍增管
1. PMT的结构——光电倍增管为电真空器件。
1) PMT的主要部件和工作原理
1、闪烁体的分类 1) 无机闪烁体：
无机晶体(掺杂) N T a ,C lI T s ,Z l IA n S g 玻璃体 L2 iO 2S2 iC O e(锂玻璃)
纯晶体 Bi4Ge3O12 BGO
2) 有机闪烁体：有机晶体——蒽晶体等； 有机液体闪烁体及塑料闪烁体.
3) 气体闪烁体：Ar、Xe等。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。它是形成输出 信号的基本过程。
工作气体：
气体探测器的工作介质为气体，工作 气体充满电离室内部空间；
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。
工作气体有确定的组成，一般为氩气 (Ar ) 加少量多原子分子气体CH4。
阳极
管座
暗盒
闪烁探测器的工作过程：
(1) 辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或 激发，受激原子退激而发出波长在可见光 波段的荧光。
(2) 荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的 光阴极，通过光电效应打出光电子。 (3) 电子运动并倍增，并在阳极输出回路 输出信号。
闪烁探测器可用来测量入射粒子的能量。
(一). 闪烁体
闪烁探测器；
半导体探测器。
一. 气体探测器
气体探测器是以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生的电离效应引起输出电信 号的探测器。由于产生信号的工作机制不同， 气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、 G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以 及相应的适用领域。
核辐射引起气体的电离：入射带电粒子 通过气体介质时，使气体分子、原子电离和 激发，并在通过的路径周围生成大量离子对。
辐射探测的基本过程：
➢ 辐射粒子射入探测器的灵敏体积； ➢ 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量； ➢ 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。 ➢对非带电粒子通过次级效应产生次电子或重带电粒 子,实现能量的沉积。
常用的辐射探测器按探测介质类型及作用机制 主要分为：
气体探测器；
h Ee A W C0
形成正离子 鞘，与入射 粒子能量无
关。
计数及测 量入射粒
子能量
计数及测 量入射粒
子能量
仅用作计 数
，产生荧光
光子来探测电离辐射的探测器。
荧光 光子 光电倍增管 反射层 窗 (打拿极) 分压器
前置放大器
多道或单道
高压
闪烁体
光电子 光阴极
2. PMT主要性能 1) 光阴极的光谱响应
光阴极受到光照后，发射光电子的概率是 入射光波长的函数，称作“光谱响应”。
2) 光照灵敏度 光阴极的光电子流
阴极灵敏度
Sk ik F
A/ Lm
阳极电流
光通量
阳极灵敏度
SA iA F
ALm
阳极接受到的电子数 PMT增益 M 第一打拿极收集到子 的数 电