核技术实验基础题(考试)

名词解释

射线：指核衰变或核裂变放出的粒子和由加速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括t d p He ,,,,3α等重带电粒子，重离子和裂变碎片，-+e e ,等轻带电粒子，r,X 射线，中子等。

活度：在单位时间内核衰变发生的个数，称为放射性活度。

热释光：对于禁带内陷阱俘获中心密度高的晶体材料，当受到辐照时，相当数量的电子由满带进入导带，产生一系列的电子与空穴，在电子与空穴运动的过程中，可能被陷阱俘获而落入深度不同的陷阱能级中或落入被杂质原子在禁带所形成的能级中。提高固体材料的温度，落在陷阱中的电子获得能量从陷阱中逸出，重新回到导带中，与发光中心复合发出蓝绿色的可见光。

穆斯堡尔效应：将原子放入固体晶格以便尽可能使其固定，即将r 光子的原子核与吸收r 光子的原子核束缚在晶格中。如果r 光子的能量满足一定的条件，那么这时遭到反冲的不是单个原子核，而是整块晶体。与单个原子核的质量相比，晶体的质量大得不可比拟。所以反冲速度极小，反冲能量实际等于零，整个过程可看作无反冲的过程。

光电效应：r 光子与靶物质原子相互作用，r 光子的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原子中发射出来，r 光子本身消失。

康普顿效应：入射r 光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而光子的运动方向和能量都发生变化，成为散射光子。

电子对效应：r 光子与靶物质原子的原子核库仑作用，光子转化为正—负电子对。

气体探测器：入射粒子入射到灵敏体积内，与气体发生相互作用损失能量，产生电子—离子对（产生的电子在电场中加速发生电子雪崩），收集产生的电子—离子对而得到入射粒子信息，作用介质是气体。

闪烁探测器：入射粒子打到闪烁体上损失能量，产生次级电子，闪烁体分子电离、激生，退激时产生大量光子，光子入射到光阴极产生电子，经过加速倍增在阳极收集产生电信号，作用介质是闪烁体。

半导体探测器：带电粒子在灵敏体积损失能量使电子由满带跳到空带上去，形成电子—空穴对，在外电场的作用下，电子—离子对漂向两极被收集，作用介质是PN 结。

简述题

1、表征射线的特征量

种类、能量、强度

2、常用射线探测器类型、作用机制、原理

气体探测器：包括电离室、正比计数管和盖革-弥勒（G-M）计数器；都是收集辐射在气体中产生的电离电荷并形成电流信号来探测辐射的探测器，所有气体探测器的基本结构和组成部分是相似的，只是工作条件不同使性能有差别而适用于不同的场合，在设计上也有各自的要求。此外如果气体介质为惰性气体，则电极需要加能够击穿气体介质的高电压。

闪烁探测器：核辐射与某些透明物质相互作用，会使其电离、激发而发射荧光，然后将光信号转变为电信号实现计数，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。常用的闪烁体可分为两大类，一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质（称为“激活剂”）的无机盐晶体，常用的有NaI（Tl）、CsI（Tl）、ZnS（Ag）等，另一种

是玻璃体如LiO

2·2SiO

2

（Ce），此外近年来还开发了不掺杂的纯晶体，如锗酸铋

（BGO）、钨酸镉（CWO）和氟化钡（Ba

2

）等；另一种是有机闪烁体，它们都是环

碳氢化合物，又可分为三种，分别为有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和塑料闪烁体。

半导体探测器：其工作原理类似于气体电离室，而探测介质是半导体材料，并且PN结是半导体探测器的基础关键。其常用的有金硅面垒半导体探测器、高纯锗

（HpGe）探测器、锂漂移硅探测器、化合物半导体探测器（CdTe、HgI

2

）以及灵敏位置探测器等。

其它探测器：径迹探测器、切伦科夫计数器、多丝正比室及热释光剂量探测元件。其中径迹探测器包括核乳胶、固体径迹探测器、云雾室、气泡室、火花室等。他们都是通过直接记录粒子走过的径迹图像的探测器。根据径迹的粗细、稀密、长度、径迹弯曲程度和径迹的数量分布等，获得粒子的各种信息。当带电粒子通过透明的介质，其速达大于光在该介质中的速度c/n时，会发射一种微弱的可见光，这些光被称为切伦科夫辐射。切伦科夫探测器就是利用收集切伦科夫辐射信号实现探测计数，可被广泛应用于探测高能粒子。多丝正比的阳极是由一些平行的等距离的金属丝组成，固定在绝缘框架上，并安置在两阴极平面之间。室的上下两端通以工作气体，两侧有进气口和出气口。工作时阳极丝和阴极丝之间加直流高压，阳极丝和电子学电路相接。脉冲信号从阳极丝上取出后，经过放大、甄别及逻辑电路后送到计算机进行处理。热释光探测器。这些探测器大多用于高能物理实验。

3、中子探测的方法与带电粒子探测的不同

中子不带电，中子在物质中不能直接引起电离，而必须要靠中子和原子核相互作用产生能引起电离反应的次级粒子才被记录。中子能谱本身是连续的，产生的次级粒子很复杂，所以测量比较复杂；带子粒子可以是单能的，也可以是连续的，可以直接在探测器中被记录，也可以通过产生的次级粒子被记录。

4、闪烁体探测器与热释光探测器异同点

相同点：测量中都要发光，都有光电倍增管；

不同点：作用机制不同

5、NaI、HPGe探测器对单能r射线的能谱分析

NaI探测器对单能r射线的解谱方法较早期的有剥谱法和逆矩阵法。随着电子计算机的发展，又发展起多种方法，如函数拟合法，权重最小二乘法等。现在最常用是逆矩阵法和权重最小二乘法。逆矩阵法的原理是若分析组成核素相同的样品并保持谱仪测量条件不变的话，此时谱仪的响应系数及相应的逆矩阵也没有变

化。它们一经确定后，在每次分析样品时只要把在几个特征道域中测到的计数代入上式就可以得到结果。

)

...2,1(11

n i m a x i n i ij j ==-=∑

1-ij a 为逆矩阵中的第j 行第i 列元素。 权重最小二乘法是把一个可变强度的标准谱系列的合成谱与实验测得的多能量γ射线脉冲高度谱相拟合，经改变标准谱系列的相对强度进行迭代，达到较好的拟合优度。此方法可以在更多的道域上建立数值与各成分含量之间的关系，充分利用实验所得数据，因而精度较高。

12)(-

-=JJ T xj WA A p

n R σ 式中1)(-

JJ T WA A 是矩阵1)(-WA A T 的第j 行（）i 列对角元素，R 值为各道计数的残

差（拟合值和测量值之差）的平方和。

与NaI(Tl)相比，Ge 探测器的最大特点是能量分辨率高，γ射线的全能峰十分尖锐，即使比较复杂的γ射线或多种核素发出的γ射线入射，大多数全能峰都能孤立地分开，而且一个完整的谱往往占有很多道数，因此Ge 探测器γ谱的解析方法与NaI(Tl)有很大不同，其主要任务是定出各个峰的面积与中心道位，从而定出各个入射γ射线的能量与强度。

对Ge γ谱的峰的分析主要包括下面步骤：1谱数据的光滑；2寻峰及确定待分析的峰区的范围；3选用合适的峰面积计算方法计算峰面积及峰位能量；4利用效率刻度求出每个峰所对应的γ射线强度，从而进一步求出待测样品的元素含量或放射性活度等。其中最主要的峰面积的计算。

计算题

t e

I I μ-=0