核辐射测量方法-第五章

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
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
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
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
----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
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 )
----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
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
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。
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。
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
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，
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：

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，
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
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
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。
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：
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：
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。
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、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