核辐射物理与探测学(20161215212445)
核辐射物理及探测学期末总结
核辐射物理及探测学期末考前总结复习重带电粒子与物质的相互作用1、特点重带电粒子均为带正电荷的离子；重带电粒子主要通过电离损失而损失能量；重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。
2、重带电粒子在物质中的能量损失规律1) 能量损失率(Specific Energy Loss)对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
电子的散射与反散射电子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量的过程称为弹性散射。
由于电子质量小，因而散射的角度可以很大，而且会发生多次散射。
电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。
对同种材料，电子能量越低，反散射越严重；对同样能量的电子，原子序数越高的材料，反散射越严重。
反散射的利用与避免对放射源而言，利用反散射可以提高β源的产额。
A)A) 对对探测器而言，要避免反散射造成的测量偏差。
B)B) 对γ 射线与物质的相互作用特点：γ光子通过次级效应与物质的原子或核外电子作用，光子与物质发生作用后，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次电子； 次级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。
γ射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面来表示作用概率的大小。
总截面等于各作用截面之和，即：pc ph σσσσ++=作用截面与吸收物质原子序数的关系5Z ph ∝σZ c ∝σ2Zp ∝σ总体来说，吸收物质原子序数越大，各相互作用截面越大，其中光电效应随吸收物质原子序数变化最大，康普顿散射变化最小。
光电效应康普顿散射电子对效应第七章辐射探测中的概率统计问题辐射探测器学习要点：�探测器的工作机制；�探测器的输出回路与输出信号；�探测器的主要性能指标；�探测器的典型应用。
第八章气体探测器Gas－filled Detector•电离室–工作机制：入射带电粒子(或非带电粒子的次级效应产生的带电粒子)使气体电离产成电子－离子对，电子－离子对在外加电场中漂移，感应电荷在回路中流过，从而在输出回路产生信号。
核辐射物理与探测学
根据：
2z e I E b 2 2 m0v b
2
2 4
b bmax
bmax
ze v
2 m I 0
1/ 2
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
2 4 dE 4πNZz e bmax 对： ln 2 b dx ion m0 v min 代入 bmax 和 bmin ，可得到电离能量损失率为：
z --入射粒子电荷数 v --入射粒子速度
m0为电子静止质量
N--靶物质单位体积的原子数
2m 0 v 2 v2 v2 其中： B Z ln I ln 1 c 2 c 2
靶物质平均等效电离电位 靶物质原子的原子序数
dE S dx
按能量损失作用的不同，能量损失率可分为 “电离能量损失率”和“辐射能量损失率”。
S S ion S rad dE dE dx ion dx rad
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重 带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
根据：
2z e 2m 0 v 2 E b n
ze 2 2 m0 v
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
bmax 对应电子获得最小能量的情况，可以由电子在原子 中的结合能来考虑。入射粒子传给电子的能量必须大于 其激发能级值，才能使其激发或电离，否则将不起作用。 也就是说，电子只能从入射粒子处接受大于其激发能级 I的能量。
4πz e NZ 2m0v dE ln 2 I dx ion m0v
2 4
2
核辐射物理与探测学
原子核的衰变：在没有外界影响的情况下， 原子核自发地发射粒子并发生改变的现象。
第二章 原子核的放射性
·原子核衰变的主要方式
衰变
衰变 (包括－衰变、＋衰变和电子俘获EC)
衰变 (或跃迁)(包括内转换IC)
重核的自发裂变等
137Cs核素衰变纲图
•原子核衰变的表示 衰变纲图 同位素表
N (0)
在 t~t+dt 时间内衰变的原子核数为：
dNt N t dt
这些核的寿命均为 t，它们的总寿命为：
t N t dt
2.1 放射性衰变的基本规律
而 t 可能的取值为 ：0～
t N t dt
所以，所有核的总寿命为：
N t N 0et
(2)
1/ 2
1/ 2
1
时，
2
则在观察时间内可看出母体 A 放射性的变化，以 及子体 B 的核数目在时间足够长之后，将和母体 的核数目建立一固定的比例，此时子体 B 的变化 将按母体的半衰期衰减。这时建立的平衡叫暂时 平衡。
2.2 递次衰变规律
现在来推导一下暂时平衡关系：
由：
N2(t)
1 2 1
2.1 放射性衰变的基本规律
1、放射性的指数衰减规律
222 86
Rn
——氡射气
实验发现，放射性核素
222 86
Rn
放出一个粒子，
变成 28148Po，而 28262Rn 的数目每4天减少一半。
222Rn的衰变曲线
2.1 放射性衰变的基本规律
由统计性，以放射源总体考虑衰减规律：
设：t 时刻放射性原子核的数目为N(t)，
dN3 (t ) 2 N 2 (t )dt
原子核物理及核辐射探测学第6章习题答案new(免费)
e t 0.001 t
该γ射线减弱 1000 倍。
ln1000
6.91 11.52cm ， 即需要 11.52cm 厚的铅方可使 0.6 / cm
6-13 解：Βιβλιοθήκη e e d2 d1
N1 ) N1 N2 N2 d 2 d1
ln(
大于 0.3 cm。 6-2 （1）空气中射程为： 0.318 E 3.88 cm
1.5
（2）产生的电子粒子对数：
5.3MeV 1.51 105 35eV
（3）设在空气中和 ZnS 中射程分别为 R0, R1 ，则
R1 0 A1 1.226 103 50% 65 50% 35 R0 4.1 1 A0 78% 14 22% 16 R1 2.13 103 cm
Ee E h ， Pe P
h c
但我们知道，电子的动能可以如下计算得到：
Ee mec 2 m0c 2 Pec 2 ( m0c 2 ) 2 m0c 2 ，若 Ee E h ，则有：
Ee Pe c 2 (m0c 2 )2 m0c 2 Ee m0c 2 Pe c 2 ( m0c 2 ) 2 h m0c 2 ( h ) 2 ( m0c 2 ) 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 0
h 代入光子的能量 2.04MeV， 电子质量 0.511MeV tg ， m0c 2 2
需要做个转换： 1 ctg
和 20 度角，得到 ctg 20 1 度方向的能量为：
2.04 tg 57.65 ，于是康普顿反冲电子在 20 0.511 2
核辐射物理与探测学复习
核辐射物理与探测学复习注：本提纲中的问题覆盖范围并不完备，因此不能完全替代书本复习，仅作参考之用！一、关于载流子1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探测器灵敏体积内的能量转换为载流子。
这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）；答：气体：电子－离子对；闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子；半导体：电子－空穴对；2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探测器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。
这个能量是大些好，还是小些好？为什么？答：平均电离能；30eV，300eV，3eV；这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率；3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率；二、关于探测效率1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为载流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。
以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV 的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？答：对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）；这些反应的产物都是次级电子；对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV；2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？答：影响本征探测效率的因素有：探测器的原子序数、密度、体积、形状，以及γ射线的能量，甚至还包括射线射入探测器的位置、角度；在选择探测器时，为了得到高的本征探测效率，应该选择那些原子序数高、密度大的探测器，探测器的体积要大并且探测器的形状合理（例如正圆柱形）；3) 绝对探测效率和本征探测效率的区别是什么？答：绝对探测效率考虑的是对每一个源发射出的粒子，探测器测量到的计数值；本征探测效率考虑的是对每一个射入探测器的粒子，探测器测量到的计数值。
核辐射物理及探测学
习题集第一章习题1-1 当电子的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时, α粒子的质量为多少u? 合多少g?1-3 t=25℃, p=1.013×105Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1, 试计算生成1molSO 2时体系的质量亏损。
1-4 1kg 的水从0℃升温至100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后一个中子的结合能。
已知：()MeV 307.47238,92=∆；()MeV 572.50239,92=∆；()MeV 916.40235,92=∆；()MeV 442.42236,92=∆。
1-6 当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为RZ Z e E c 024)1(53πε-=Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-⨯。
试计算C 13和N 13核的库仑能之差。
1-7 已知：()MeV 125.313,6=∆；()MeV 346.513,7=∆。
计算C 13和N 13核的结合能之差； 1-8 利用结合能半经验公式，计算236U, 239U 最后一个中子的结合能, 并把结果与1-5题的结果进行比较1-9 计算K 42原子核每一个核子的平均结合能？1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107=；u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238=；1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
核辐射物理与探测学
n U U
235 236
*
以
236
n U U
238 239
*
为例
239
U 的 Z 2 / A 35.86
U 的 Z 2 / A 35.41
239
U 的 Z 2 / A 值略小，其裂变概率也略小。
5.1 原子核的裂变反应
2)复合核的激发能与裂变势垒的关系。
U 为奇N核，欢迎再来一个中子与它成对。因此，中 子与235U 结合的很紧，结合能为6.545MeV，而复合核的 裂变势垒仅为 5.9MeV ，从而容易裂变。 U为偶偶核，外来中子的结合能比较小，中子与 238U 的结合能为 4.806MeV，而复合核的裂变势垒为 6.2MeV
238 1 6.2 4.806 1.40MeV Tn 238
这种中子能量必须大于一定的数值才能引起的核 裂变称为阈能核裂变。
能诱发阈能核裂变的中子的最小能量称为诱发裂变 阈能。
5.1 原子核的裂变反应
关于易裂变核与不易裂变核的讨论： 1)中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激发态，将 发生集体振荡并改变形状。
E * 92,238 0,1 92,239 4.806MeV
而 239U 的裂变势垒：
Tn 0.0253eV 0
Eb 6.2 MeV
故热中子不能诱发 238U 裂变。这种热中子不能诱发裂 变的核素称为不易裂变核。
5.1 原子核的裂变反应
由：
A1 Tn ( Eb Bn ( Z , A 1)) A
而
236
U 的裂变势垒：
E b 5.9 MeV
故热中子可以诱发 235U 裂变。这种热中子可诱 发裂变的核素称为易裂变核。
核辐射物理及探测学
核辐射物理及探测学习题集第⼀章习题1-1 当电⼦的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 1-2 将α粒⼦的速度加速⾄光速的0.95时, α粒⼦的质量为多少u? 合多少g?1-3 t=25℃, p=1.013×105Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1, 试计算⽣成1molSO 2时体系的质量亏损。
1-4 1kg 的⽔从0℃升温⾄100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后⼀个中⼦的结合能。
已知：()MeV 307.47238,92=?；()MeV 572.50239,92=?；()MeV 916.40235,92=?；()MeV 442.42236,92=?。
1-6 当质⼦在球形核⾥均匀分布时，原⼦核的库仑能为RZ Z e E c 024)1(53πε-=Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-?。
试计算C 13和N 13核的库仑能之差。
1-7 已知：()MeV 125.313,6=?；()MeV 346.513,7=?。
计算C 13和N 13核的结合能之差； 1-8 利⽤结合能半经验公式，计算236U, 239U 最后⼀个中⼦的结合能, 并把结果与1-5题的结果进⾏⽐较1-9 计算K 42原⼦核每⼀个核⼦的平均结合能？1-10利⽤结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进⾏⽐较, 说明质量公式的应⽤范围。
u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107=；u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238=；1-10利⽤结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进⾏⽐较, 说明质量公式的应⽤范围。
核辐射探测器教学课件PPT
探测器分类
根据工作原理和探测对象的不同， 核辐射探测器可分为气体探测器、 闪烁体探测器和半导体探测器等。
探测器性能指标
核辐射探测器的性能指标包括能量 分辨率、探测效率、计数率和本底 等。
核辐射探测器分类
气体探测器
气体探测器利用气体分子对带电粒子的电离作用来测量核辐射， 具有较高的探测效率和较低的本底。
人工智能算法
利用人工智能算法对探测 器数据进行处理，自动识 别和分类核辐射信号。
无线通信技术
实现探测器与控制中心之 间的无线通信，方便远程 监控和数据传输。
多功能探测器应用
医疗领域
用于诊断和治疗放射性物质引起的疾病，如癌症 等。
环境监测
用于监测核设施周边的辐射水平，保障公众安全。
科研领域
用于研究核物理、放射化学等领域的基本原理和 现象。
医学影像
核辐射探测器在医学影像中主要用于 放射性成像，如X射线、CT、MRI等。 这些成像技术利用放射性物质在人体 内的分布来生成图像。
核辐射探测器还可以用于测量放射性 药物的浓度和分布，如正电子发射断 层扫描（PET）和单光子发射断层扫 描（SPECT）等。
核辐射探测器可以测量放射性物质在 人体内的分布，从而帮助医生诊断疾 病和评估治疗效果。
工业检测
核辐射探测器在工业检测中主要 用于检测放射性物质和测量各种 物理量，如厚度、密度、水分含
量等。
在工业生产中，核辐射探测器可 以用于检测产品的质量和控制生 产过程，例如在石油、化工、食
品等行业中。
核辐射探测器还可以用于检测放 射性废物和测量核设施的安全性
能等。
05
核辐射探测器的未来发展
高性能探测器材料
核辐射探测器教学课件
核辐射物理及探测学
核辐射物理及探测学概述核辐射物理及探测学是研究核辐射现象的一门学科，主要涉及核辐射的性质、产生机制、相互作用以及探测技术等方面的内容。
核辐射是指从原子核中放射出的高能粒子或电磁波。
了解和研究核辐射物理及探测学对于核能安全、医学影像学、环境监测等领域都具有重要意义。
核辐射的种类和性质核辐射主要分为三种类型：α粒子、β粒子和γ射线。
α粒子由两个质子和两个中子组成，具有正电荷，解离能力强，穿透能力弱；β粒子可分为β-粒子和β+粒子，分别由电子和正电子组成，具有中等穿透能力；γ射线是一种高能电磁波，没有电荷，穿透能力最强。
核辐射还具有放射性衰变的特点，即原子核在放射过程中会改变自身的组成。
放射性衰变可以分为α衰变、β衰变和γ衰变三种形式，每种衰变形式对应不同的核辐射类型。
核辐射的产生机制核辐射的产生主要有两种方式：放射性衰变和核聚变/核裂变。
放射性衰变是指某些核素原子在放射过程中发出核辐射，以减少其相对不稳定的核子比例，达到更加稳定的状态。
放射性衰变的速率由半衰期决定，半衰期越短，衰变速率越快。
核聚变和核裂变是通过外界的能量输入使得原子核发生变化的过程。
核聚变是指两个轻核聚合成一个更重的核，核裂变是指一个大的核分裂成两个或多个较小的核。
聚变和裂变释放出大量的能量和核辐射。
核辐射与物质的相互作用核辐射与物质之间的相互作用是核辐射物理及探测学中的一个重要研究内容。
核辐射与物质的相互作用方式主要有电离作用和激发作用。
电离作用是指核辐射与物质中的原子或分子作用，使其失去或获取电子，形成带电粒子。
这种作用导致原子或分子的离子化，产生电离辐射。
激发作用是指核辐射能量被传递给物质中的原子或分子，使其电子处于激发状态。
激发态的电子会经过一系列的跃迁过程，放出电磁辐射。
核辐射的电离作用和激发作用对人类和环境都有一定的危害，因此需要开展核辐射监测和防护工作。
核辐射探测技术核辐射探测技术是用于测量和检测核辐射的一系列技术方法和装置。
核辐射与探测第一章
激发——使核外层电子由低 使核外层电子由低 激发 能级跃迁到高能级而使原子 激发状态， 处于激发状态 退激发光。 处于激发状态，退激发光。
当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰 入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰 发生 以使靶物质原子电离 激发的方式而 电离或 撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而 损失其能量，我们称它为电离损失 电离损失。 损失其能量，我们称它为电离损失。
m1 − m2 2m2 v1 = v10 + v20 m1 + m2 m1 + m2 2m1 m2 − m1 v2 = v20 + v10 m1 + m2 m1 + m2
3、弹性碰撞与非弹性碰撞 1 1 1 1 2 2 '2 '2 mv + MV = mv + MV + ∆E 2 2 2 2 ∆ E 为内能项 ∆E = 0 弹性碰撞（即动能守恒） 弹性碰撞（即动能守恒） ∆E ≠ 0 非弹性碰撞（即动能不守恒） 非弹性碰撞（即动能不守恒）
第一类非弹性碰撞， ∆E > 0 为第一类非弹性碰撞，如入射粒子与 处于基态的核碰撞，且使核激发； 处于基态的核碰撞，且使核激发；
∆E < 0 为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二类非弹性碰撞，
处于激发态的核碰撞，且使其退激。 处于激发态的核碰撞，且使其退激。
4、带电粒子在靶物质中的慢化
载能带电粒子在靶物质中的慢化过程， 载能带电粒子在靶物质中的慢化过程， 慢化过程 可分为四种 其中前两种是主要的： 四种， 可分为四种，其中前两种是主要的：
1.2 重带电粒子与物质的相互作用
Interaction of Heavy Charged Particles