第四章第5节实验室a谱仪

(4) 半导体探测器型α 谱仪 加反向电压 耗尽层 固体电离室
＋V PN结 半导体耗尽层薄——正好适合α 粒子不强的特点 α 粒子在固体中的射程短 脉冲上升时间短 平均电离功（固体小于气体）小10倍，电离电荷，脉冲幅度大，幅 度起伏小，好的能量分辨率。幅度比电离室大，但比闪烁、正比 小，仍需高增益放大器。 常用：金硅面垒探测器（高纯硅薄晶体－面蒸镀－层金膜） 离子注入平面硅（PIPS)探测器
③两电极，收集极的电荷信号～Eα 、Φ α ,∴不能进行能谱分析。 改进 加栅极
④加栅极作用：使漂移较快(比正离子快3个量级)的电子 穿过栅极 向收集极运动过程中不再受到正离子场的影响，从而保证它们所 获得的能量只决定于栅极与收集极之间的固定电位差，因此收集 极上输出的电子脉冲高度将正比于α 粒子所产生的次级电子总数， 而与α 粒子的出射方向无关，这就提供了很好的能量分辨本领。 ⑤优缺点 优点：a)分辨率高，b)大面积探测效率高(300cm2，1500cm2， 10000cm2)，能量分辨率～1％，c)直接铺样，省去比较费时的化 学分离，防止制样中的核素丢失(样品回收率99%)。 缺点：a)脉冲信号小，需增益很大的放大器，b)电离室和高增益放 大器易受到外界干扰，c)样品放入电离室内，抽真空，充工作气 体，设备复杂，操作繁琐。 nb (1.5～2)×105Pa的P10气体(90％Ar+10％CH4)
n 单一能量应有谱
1/2n
FWHM
实测谱
E0
4.5.3 按探测器分类 （1） 屏栅电离室α 谱仪（平行板型、圆柱型） ①原理 －V
阴
栅
阳
d
d ＞Rα
② 技Hale Waihona Puke Baidu指标
类型 样面(cm2) 阴阳压(V) 圆柱 1500 3100 平板 300 2400 栅阳压(V) 2200 1200 本底(c/h) 效率 FWHM(210Pb)keV 6.1 （4～6Mev) ～0.48 ～41 16.5 （3～9Mev) 18 （4～6Mev) ～0.40 ～70 35 （3～9Mev)

(2)正比计数器α 谱仪
薄窗，灵敏体积 Φ 50mm～200mm
电离电子 气体放大 密封型和流气型 方便、寿命

本底较高、分辨率略高
能量分辨率(1～2%)
(3)闪烁计数器式谱仪
ZnS(Ag)，多晶屏，能量分辨率30％～50％，不能做谱仪用，只 能做计数器用。 （在GDB管上镀一层ZnS(Ag)） CsI(Tl)， 薄片，能量分辨率8％～10％，分辨率取决于GDB。 优点：使用方便，灵敏体积大（Φ 50mm）。 缺点：分辨率差。
4.5α 谱仪及其在环境放射性监测中的应用
4.5.1 总α 测量方法 总α 方法只能测量与刻度源核素相当的总活度 不同核素，∵ α 粒子数/Bq ∴得到的总活度值不同 Eα －η （Eα ） 欲知核素量 ①先将核素化学分离再测 ②α 谱仪（α 粒子能量谱仪——能够区分不同能量α 粒子的功能的仪器） 4.5.2 α 谱仪 （1） 径迹图像型仪器 云雾室——以被电离空气为凝聚核，形成可见的雾点径迹 核乳胶片——以被电离的银离子为潜影，经显影成黑点组成的 径迹，灰度∝剂量 核径迹片——α 粒子在固体基质片中留下伤痕，蚀刻后扩大损 伤，显微镜下可见。
优点：①分辨率高（1％）(对5.5MeV，最好可达到13～30keV)；
②降低β 、γ 线干扰 ③脉冲幅度与能量有良好的线性关系 ④设备简单轻巧，使用操作方便。
缺点：灵敏面积小，Φ ＜30mm
一般10～25mm ∵灵敏面积小 ∴先采用共沉淀或离子交换分离浓集，在采用电沉积制成测量样
8路α谱仪
总电离数 α 能量。方法精度不高，不适应环境样品测量 （2) 磁偏转型仪器——α 粒子磁谱仪 偏转曲率 α 粒子能量 E0 精度高，可达1/万，但设备庞大复杂，使用不便。不适合大量常 万，但设备庞大复杂，使用不便。不适合环境样 品测量。 规环境样品测量。 （3）电脉冲幅度甄别型仪器——环境测量中的常用仪器 将电离电子收集 形成电脉冲 电脉冲幅度大小 α 能量
A0 C0 B W
C0——Bq/kg B——鲜灰比(Bq/kg) W——样重,g
A0
t 3600
3
a) 1500 cm2屏栅电离室 ⑥两种屏栅电离室外形图 b) 300 cm2屏栅电离室
⑦大面积样品制备技术
大面积均匀样品的制备是关键技术之一。
大面积土壤样品的制备如下：

将所取得土壤样品进行预处理：去除石块、草根，若有腐殖质等物，通过 灼烧以去除有机物。(水样残渣、生物灰、粉碎建材岩石)

把预处理过的样品放入500ml的烧杯内，加少量蒸馏水；利用超声波清洗 器将样品粉碎至1μm左右的颗粒。
在真空干燥箱内铺制大面积样： 用烧杯盛放上述2(超声粉碎)处理后的溶液，加入少量粘合剂(明胶或福尔 马林)，加热至40℃以上，然后冷却到20～30℃； 取一张事先裁剪好的大小(61×23cm，φ9.8cm)合适的镀铝有机薄膜， 用酒精擦干净，用彩色蜡笔或记号笔划出样品大小的方框或圆框；



把该膜平放在可以调平的玻璃板上，调制水平；
在调平好的膜上先均匀倒上1 ml的0.2% 的表面活性剂，然后将上述冷 却后的样品溶液倒在上面，使之成为均匀分布的薄样品液层； 盖好真空干噪箱，然后用真空泵抽空，并用红外灯透过箱顶的玻璃对样品 加热，使之在40℃左右挥发5小时，既可制成满足大面积α能谱分析的样 品。