核辐射测量方法-第五章

----产生电离的本领而作出的一种量度， X=d Q/d m d m——某体积元的空气质量； d Q——表示在质量为dm的某一体积元内的空气中， 由X射线或γ射线释放出来的全部电子（正电子或 负电子）被完全阻止于空气中时，在空气中产生 的一种符号的离子的总电荷的绝对值；
一、基本问题
照射量率 kg· C-1· s-1
l→∞，R→∞，θ0→π/2。
由金格函数性质：x=0时，Φ（x）=1 x=∞时，Φ（x）=0 圆锥台状γ射线照射量率为
I (H )
2Kq

( 0 H ) I ( 0 H )
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
（2）厚度l为无限大的圆盘状矿体上方空气中的γ射线 照射量率 当l→∞时，
dI Kqe
I 2Kq
( r r1 ) 1 ( r1 r0 ) 0r0
sin ddrd

{( 1h 0 H ) cos 0 [(1h 0 H ) sec 0 ] ( l 1h 0 H ) cos 0 [(l 1h 0 H ) sec 0 ]}
反散射光子能量：
m0 c 2 Ec ( 0.256Mev) 2
一、γ射线仪器谱的形成机制
康普顿散射
一、γ射线仪器谱的形成机制
形成电子对效应
二、“小探测器”的能谱响应
所谓“小”探测器是指探测器的体积小于初始γ射线与吸收 材料相互作用所产生的次级γ辐射的平均自由程；同时假定γ 射线与探测器介质相互作用产生的所有带电粒子(光电子、康普
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源）
（1）P1点
P1点离面状源中心点的垂直距离为a，离面状源中心轴 的距离为d。在面状源上任取一面积元dS＝rdrdθ，则面 积元可视为点源，该面积元源在P1点的γ照射量率为：
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源）
对半径为 Ro 的圆盘积分，可得它在 P1 点产 生的照射量率：
en e X ＝E W
µ en/ρ：能量为E的光子在空气中的质量吸收系数，它 表征的是能量为Ｅ的光子在空气体积元中被吸收能量 的多少
Ф：光子的注量率
一、基本问题
照射量率
。
kg· C-1· s-1
en e X ＝E W
两个重要启示：
其一，γ射线照射量率与单位时间内入射到该体积
元内的光子数ф（光子注量率，为单位时间内进入体积 元dv中的光子数目）成正比。
二、不同形状γ射线源的照射量率计算方法 γ照射量率常数Γ
dx X dt

m e i E ,i i 1 i W
m
A贝可 m 光子 m 米2 焦耳 6.242 1018电子伏 1.602110－19 库仑 2 2 ni E ,i 4 l 米 i 1 转变 i 千克 光子 焦耳 33.73电子伏 A m m 库仑 2.36110 2 ni E ,i l i 1 i 千克 秒
3
（5.2）
计算公式：
l dX ( ) A dt
2
点源γ 照量率的计算
设点源的活度为A居里，离源R米处的照射量率：
1.点源γ 照量率的计算

当点源处于均匀介质中时，在介质内部距离质 量为m 的点源R 处的γ照射量率为：

m R I K e 2 R
式中，m为放射性物质的质量(g)；μ为介质对 γ射线的线衰减系数(cm-1)；K为γ常数。
第五章：伽玛射线测量方法
一、基本问题
二、不同放射性源的照射量率计算方法
二、不同探测器的影响
三、谱线复杂化 四、仪器性能指标
一、基本问题 测量γ射线的什么物理量 ？？
照射量率
（强度） 能量
kg· C-1· s-1
光子数/m2s
eV、keV、MeV
一、基本问题
照射量率 kg· C-1· s-1

γ照射量率常数Γ
物理意义：距离 1 居里的γ点源 1 米处，在 1 小时内 所产生的照射量率。 严格定义：发射光子的某种放射性核素的照射量率 常数Γδ 是 l2(dX ／ dt) δ 除以 A 而得的商，其中 (dX／dt) δ是在距离放射性活度为A的这种核素 的点源l处由能量大于δ的光子所产生的照射率。
对角θ积分，得:
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源）
对r积分，可得面状源上任一点的γ照射量率：
（2）P2 点 P2点位于源轴心上，在上式中，d＝0，于是有：
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源）
不同面积的矿体在不同观测高度上的γ 射线照射量率表
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算 体源计算的考虑： 辐射体对γ射线的自吸收 体源内γ射线多次散射贡献
康普顿散射 散射光子能量：
hv' |
反冲电子能量：
1 2
hv hv m0 C 2
2hv / m0 c 2 Ee | hv[ ] 2 1 2hv / m0 c
Baidu Nhomakorabea
一、γ射线仪器谱的形成机制
康普顿散射 入射光子能量与最大反冲电子能量之差：
hv Ec hv Ee | 1 2hv / m0 c 2
----产生电离的本领而作出的一种量度 X=d Q/d m Ｘ＝Ｋa e/W
Ｋa：γ光子在空气中的比释动能；
e：为电子的电荷；
W：在空气中形成一对离子所消耗的平均电离能。
一、基本问题
照射量率 kg· C-1· s-1 ----产生电离的本领而作出的一种量度 X=d Q/d m
。
Ｘ＝Ｋa e/W
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源）
面状源是指圆盘状辐射体的厚度远小于圆
盘的横向半径，且远小于观测点到圆盘面上 的距离。如大面积的表面放射性污染、用于 辐射消毒的大型面源、出露地表的无限大铀 矿体等。
3、面状源γ照射量率计算（圆盘源、碟源） 设面状源上放射 性物质分布均匀，其 分布半径为Ro，单位 面积上的活度为A贝 可／米2，γ照射量 率常数为Γ。分两种 情况讨论。
２、线状源γ照射量率的计算
（ 2 ） P 2点
P2点在L的垂直平分线上，可视为两个长度为L／ 2的线源在此点所产生的照射量率的叠加，用与 上面同样的方法可得此点的照射率为：
２、线状源γ照射量率的计算
（ 3 ） P 3点
P3点离线源另一端点的投影距离为a1，可视为 线源(a1+L)在P3点产生的照射率，减去线源a1 在P3点产生的照射率：
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
有一个高为l，上台面半径 为R的圆锥台状辐射体出露于 地表，设辐射体密度为ρ,放 射性核素含量为q，圆锥台厚 为l,辐射体和空气对γ射线的 衰减系数分别为μ和μ0。假 设观测点位该圆锥台的圆锥顶 点P，则以P点为原点建立球坐 标系。在圆锥台中取体元 dv(dv＝r2sinθdθdrdφ)， 其放射性核素含量为dm=qdv，

２、线状源γ照射量率的计算
线状源是指长条形辐射体的横向直径远小于长 条形辐射体的长度，且远小于观测点到辐射体 的距离。如放射性管道、放射性矿带等。
２、线状源γ照射量率的计算

设线源长度为L厘米，放
射性物质沿线源均匀分布，
总放射性活度为A贝可。 那么，单位长度内的放射
性活度为A/L。又设源的
γ照射量率常数为Γ，并 忽略线源本身的自吸收。 下面分三种情况进行讨论，
顿电子、正负电子对)的能量全部沉淀在探测器中。
次级γ辐射：

康普顿散射的散射γ射线 正电子湮没产生的γ光子。 轫致辐射
因为次级γ射线的平均自由程一般有几个厘米左右，如果探测器的尺寸不超过 1或2厘米，就算满足‘小”的条件
二、“小探测器”的能谱响应
二、“小探测器”的能谱响应
若入射γ射线能量低于1.02MeV，对能谱的贡献只有康普顿 散射和光电吸收的综合效应产生。相应于康普顿散射电子能 量的连续谱称为康普顿连续谱，而相应于光电子能量的窄峰 称为光电峰。对于“小”探测器，只发生单次相互作用，而 且光电峰下的面积与康普顿连续谱下的面积之比，和探测器 材料的光电截面与康普顿截面之比是相等的。 若入射γ射线能量足够高(几个MeV)，那么电子对生成的效 果在电子能谱中也是明显的。对“小”探测器而言，只有负 电子和正电子的动能被积存下来，而湮没辐射逃逸掉了，其 净效应是在低于光电峰2m0c2(1.02MeV)的能谱位臵上叠加一个 双逃逸峰。“双逃逸”这个词是指两个湮没光子不再进行相 互作用就从探测器逃出去
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
在P点产生的γ射线照射量率dI为：
dm ( r r0 ) 0r0 dI K 2 e Kqe ( r r0 ) 0r0 sin ddrd r
对上式积分，积分限分别取：θ：从0到θ0；φ： 从0到2π；r：r0到r1。
一、γ射线仪器谱的形成机制
γ射线的探测器必须有两个特殊的功能。 首先，转换介质的作用，入射γ射线在探测器中有 适当的相互作用几率产生一个或更多的快电子； 第二，它对于这些次级电子来说必须起普通探测 器的作用，能够记录这些次级电子在探测器中损失的 能量
一、γ射线仪器谱的形成机制
光电效应
一、γ射线仪器谱的形成机制
其二，γ射线照射量率与单位时间内空气体积元中
吸收能量的大小成正比。 物理量“照射量率”实际上表征了γ射线束强度的大小。
一、基本问题
照射量率 kg· C-1· s-1
实际上，对γ射线照射量率的测量是通过记录γ射线在探 测器中沉积的能量来实现的－－仪器谱 前提条件：假定光子进入探测器是一个一个的，两个光 子之间的时间间隔应足够长，至少应大于探测器的分辨 时间或者γ射线测量仪的分辨时间。 否则：造成γ光子的漏计或累积效应－－量程
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
（3）有非放射击性覆盖层 当圆盘走向无限延伸θ0→π/2，厚度为无限大l→∞时
I
2Kq

( 1 h 0 H ) I ( 1h 0 H )
根据上式可以估算在一定测量条件下,地面伽玛测量 可探测的铀矿体直接深度。
6.3
γ射线照射量率与能量测量方法
一、基本问题 仪器谱 ----表征“照射量率”、“能 量” 5000mV V(t)
1024
250
V(t)
2505mV 2500mV
探 测 器 E
信号放大 滤波成形
模数 变换
0001
电源
E∞V(t) ∞CH
微机控 制器
显 示 器
脉 冲 数
道数，CH
键盘
二、不同形状γ射线源的照射量率计算方法
１、点状源的照射量率计算方法
圆锥台状γ射线照射量率为
I
2Kq

{( 0 H ) cos 0 ( 0 H sec 0 ) ( l 0 H ) cos 0 [(l 0 H ) sec 0 ]}
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
（1）无限大辐射层上空的γ射线照射量率
２、线状源γ照射量率的计算
（1）Pl点
设P1点垂直于线源的端点，距离为a。在L上取长度dL，使
dL<<a，故可把dL视为点源，此点源活度为(A／L)dL。P1点到
dL的距离r＝asecθ，则点源dL在P1点产生的照射量率为 ：
２、线状源γ照射量率的计算 dL＝asecθdθ，代入上式得：
上式对整个L积分，即只要从角0到θ1积分， 便可得Pl点的照射量率为：
I
2Kq

[( 0 H ) cos 0 ( 0 H sec 0 )]
实际上当圆盘厚度lρ大于60g/cm2时，按lρ→∞ 的条件来计算矿体上空的γ射线照射量率，其误差不大 于2-3%。
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
（3）有非放射击性覆盖层（厚度为h，对伽玛射线的有 效线衰减系数为μ1）时，圆盘矿体上空的γ射线照射 量率
I 2Kq [ e
0
0

0 H sec
sin d e ( l 0 H ) sec sin d ]
0
0
3、圆锥台状辐射体上空γ照射量率的计算
引用金格函数Ф（x）
( x) e
x
x e t t 1dt
x


0
0
e x sec sin d ( x) cos 0 ( x sec 0 )