中子剂量计解析
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中子剂量计
高树超 王淳谋 SCU
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
核径迹乳胶
• 核乳胶 用特制的照相乳胶制成的能记录单个带电粒子径 迹的粒子径迹探测。
• 成分结构 核乳胶的主要成分是溴化银微晶体和明胶的混合 物，与普通照相底片乳胶不同在于含溴化银的量 大，晶粒小，乳胶层较厚。
• ＴＬＤ反照率剂量计的优点是造价低、易读，可 以大量使用。
TLD反照率剂量计
（thermoluminescent dosimeter） 原理：人在受到不同能量的中子照射时，由 于反冲作用中 子损失能量变为热中子 反射到身体的表面，任何热中子探测 器均可作为反照率探测器。
6
LiF 探测器
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
气泡探测器
原理：通过把过热液滴悬浮在稳固的弹性聚 合物精制而成，中子穿过这种材料后 引起可见的蒸汽气泡，它们在生成点 出被俘获，直接读出气泡数。
优点：无源，可一直存储；对中子极其灵敏 而对γ完全不灵敏，可在有γ的本底 中测量中子。 缺点：对周围的温度敏感，对于能量与剂量 的测量范围有限。
• 作为反照率剂量计的探测元件现在大都使用ＴＬ Ｄ，主要是ＬｉＦ片子。而且随着ＬｉＦ敏化片 的出现，反照率剂量计的灵敏度也有较大提高， 一般做到探测下限０．１ｍＳｖ问题不大。如果 能解决径迹蚀刻记录和读出自动化问题，使用带 辐射体的径迹蚀刻探测器代替ＴＬＤ探测器，反 照率剂量计的灵敏度会有更大提高。
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
固体径迹探测器
solid state nuclear track detector
核粒子穿过绝缘体时，造成一定密度的辐射损 伤，经适当处理，形成可观测的径迹，这种固体称 为固体核径迹探测器。 裂变径迹探测器 反冲径迹探测器 基于（n,α）反应的径迹探测器
原理：
同时蚀刻剂也从各种表面腐蚀探测器材料，但 速度要慢得多。于是孔洞直径不断扩大。以上过 程称为蚀刻，孔洞即为蚀刻后的径迹。当径迹直 径扩大到微米数量级时，就可用光学显微镜观察。 图1a和1b分别是用硅酸盐玻璃和云母记录的裂变 碎片径迹的显微照片。
应用：
•
在原子核物理和粒子物理研究中 利用它不怕强本底干扰的特性，已广泛用来在强 入射束中测量裂变几率、裂变寿命、裂变碎片角 分布(见核裂变)，寻找裂变同质异能素，鉴定加速 器合成的超钚元素和超重元素，测量核反应截面、 分支比和角分布等 利用阻塞效应测量复合核寿命 利用它分辨电荷和记录古代径迹的能力，在自然 界寻找超重核和磁单极子 利用它记录直接或次级重带电粒子径迹，进行地 面和高空辐射剂量测量。
Fra Baidu bibliotek
应用：
• 另外，利用蚀刻后径迹的微孔形状，可以制作电 子工业、化学工业和医学上需要的微孔过滤器。 此外固体径迹探测器还可用作射线照相的底片。
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
TLD反照率剂量计 thermoluminescent dosimeter
核乳胶应用
• 在粒子物理和宇宙线物理方面： • 过去曾用核乳胶陆续发现了 π介子、K介子、K介 子以及 ∑超子、揈反超子等新粒子，并对许多基 本粒子的性质进行了大量研究。到目前为止，核 乳胶仍是宇宙线研究中的一种重要工具。
• 在核物理方面: • 核乳胶用于中子能谱测量；原子核反应研究；在 精细的核反应能谱学研究中作为磁谱仪的焦面探 测器等 • 在生物分子学方面： • 核乳胶作为它们的探测器，具有灵敏度高，不破 坏样品，位置分辨好等优点。 • 原子核乳胶还可以用于铀矿地质研究、中子照相 等。
优点： 1、核乳胶为固体，阻止本领大，可以有效记录高 能粒子 2、组成径迹的银颗粒极为微小，空间分辨本领高 3、设备简单、价格便宜。
缺点： 1、阈值0.7MeV,能量响应差，能量范围有限（核 2<10MeV、核3<50MeV）,饱和剂量50mSv。 2、消退率高，高温高湿会加剧消退。 3、光子照射会使胶片在受照和显影后变黑，影响 径迹的辨别
• • •
应用:
在天体物理中 • 利用固体径迹探测器分辨粒子和记录古代径迹的 能力，通过分析陨石、月岩和塑料中记录的古代 和现代宇宙线中的原子核的成分和能谱、太阳粒 子的成分和能谱，正在研究宇宙射线起源、恒星 演化、太阳系元素合成和行星演化等方面的问题。
应用：
在地质学和考古学中 • 利用地球矿物或物体中积累的U自发裂变径迹和陨 石矿物中积累的U和已绝灭的Pu自发裂变径迹,可 以测定地球物质或天体形成、冷却或受热的年代， 以及测定考古年代。 在分析化学、地球化学、冶金学、结晶学和生物 医学中 • 可以测定铀、钍、钚、硼、锂、铅、铋等多种元 素的微小含量和微观分布。 在铀矿普查勘探中 • 通过记录铀子体氡的α径迹，寻找地下铀矿。
核径迹乳胶--快中子
• 原理：中子与乳胶中的氢核作用，发生弹性散射 • 产生反冲质子，质子通过乳胶时产生潜影， • 化学处理后使之显影，利用高倍显微镜数 • 出径迹数。
径迹显示过程
• 带电粒子和乳胶的主要成分AgBr晶粒发生作用， 不断损失能量，并使AgBr分解成Ag原子和Br原子。 • 在一定条件下，某些银原子会陆续汇集在一起形 成集团，而10个左右银原子组成的集团就能形成 显影的核心，即潜影。 • 经过化学处理后，显影核心的晶粒还原成黑色的 银颗粒，这些被还原的银颗粒酒吧带电粒子的径 迹显示出来。
固体径迹探测器
原理： 带电粒子通过固体径迹探测器时，在它们的路 径 上材料产生辐射损伤，形成一条连续的辐射损 伤径迹，这种径迹可用电子显微镜观察到。 当把带有辐射损伤径迹的材料放入强酸（如氢 氟酸、硝酸和盐酸等）或强碱（如氢氧化钾或氢氧 化钠溶液）等蚀刻剂中时，由于材料受到辐射损伤 部分的化学活性强，能以较快速度从探测器表面开 始与蚀刻剂反应，并溶入蚀刻剂，沿辐射损伤径迹 出现一条细长的孔洞或蚀锥。
高树超 王淳谋 SCU
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
核径迹乳胶
• 核乳胶 用特制的照相乳胶制成的能记录单个带电粒子径 迹的粒子径迹探测。
• 成分结构 核乳胶的主要成分是溴化银微晶体和明胶的混合 物，与普通照相底片乳胶不同在于含溴化银的量 大，晶粒小，乳胶层较厚。
• ＴＬＤ反照率剂量计的优点是造价低、易读，可 以大量使用。
TLD反照率剂量计
（thermoluminescent dosimeter） 原理：人在受到不同能量的中子照射时，由 于反冲作用中 子损失能量变为热中子 反射到身体的表面，任何热中子探测 器均可作为反照率探测器。
6
LiF 探测器
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
气泡探测器
原理：通过把过热液滴悬浮在稳固的弹性聚 合物精制而成，中子穿过这种材料后 引起可见的蒸汽气泡，它们在生成点 出被俘获，直接读出气泡数。
优点：无源，可一直存储；对中子极其灵敏 而对γ完全不灵敏，可在有γ的本底 中测量中子。 缺点：对周围的温度敏感，对于能量与剂量 的测量范围有限。
• 作为反照率剂量计的探测元件现在大都使用ＴＬ Ｄ，主要是ＬｉＦ片子。而且随着ＬｉＦ敏化片 的出现，反照率剂量计的灵敏度也有较大提高， 一般做到探测下限０．１ｍＳｖ问题不大。如果 能解决径迹蚀刻记录和读出自动化问题，使用带 辐射体的径迹蚀刻探测器代替ＴＬＤ探测器，反 照率剂量计的灵敏度会有更大提高。
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
固体径迹探测器
solid state nuclear track detector
核粒子穿过绝缘体时，造成一定密度的辐射损 伤，经适当处理，形成可观测的径迹，这种固体称 为固体核径迹探测器。 裂变径迹探测器 反冲径迹探测器 基于（n,α）反应的径迹探测器
原理：
同时蚀刻剂也从各种表面腐蚀探测器材料，但 速度要慢得多。于是孔洞直径不断扩大。以上过 程称为蚀刻，孔洞即为蚀刻后的径迹。当径迹直 径扩大到微米数量级时，就可用光学显微镜观察。 图1a和1b分别是用硅酸盐玻璃和云母记录的裂变 碎片径迹的显微照片。
应用：
•
在原子核物理和粒子物理研究中 利用它不怕强本底干扰的特性，已广泛用来在强 入射束中测量裂变几率、裂变寿命、裂变碎片角 分布(见核裂变)，寻找裂变同质异能素，鉴定加速 器合成的超钚元素和超重元素，测量核反应截面、 分支比和角分布等 利用阻塞效应测量复合核寿命 利用它分辨电荷和记录古代径迹的能力，在自然 界寻找超重核和磁单极子 利用它记录直接或次级重带电粒子径迹，进行地 面和高空辐射剂量测量。
Fra Baidu bibliotek
应用：
• 另外，利用蚀刻后径迹的微孔形状，可以制作电 子工业、化学工业和医学上需要的微孔过滤器。 此外固体径迹探测器还可用作射线照相的底片。
中子剂量计
1、核径迹乳胶 2、固体径迹探测器 3、TLD反照率剂量计 4、气泡探测器
TLD反照率剂量计 thermoluminescent dosimeter
核乳胶应用
• 在粒子物理和宇宙线物理方面： • 过去曾用核乳胶陆续发现了 π介子、K介子、K介 子以及 ∑超子、揈反超子等新粒子，并对许多基 本粒子的性质进行了大量研究。到目前为止，核 乳胶仍是宇宙线研究中的一种重要工具。
• 在核物理方面: • 核乳胶用于中子能谱测量；原子核反应研究；在 精细的核反应能谱学研究中作为磁谱仪的焦面探 测器等 • 在生物分子学方面： • 核乳胶作为它们的探测器，具有灵敏度高，不破 坏样品，位置分辨好等优点。 • 原子核乳胶还可以用于铀矿地质研究、中子照相 等。
优点： 1、核乳胶为固体，阻止本领大，可以有效记录高 能粒子 2、组成径迹的银颗粒极为微小，空间分辨本领高 3、设备简单、价格便宜。
缺点： 1、阈值0.7MeV,能量响应差，能量范围有限（核 2<10MeV、核3<50MeV）,饱和剂量50mSv。 2、消退率高，高温高湿会加剧消退。 3、光子照射会使胶片在受照和显影后变黑，影响 径迹的辨别
• • •
应用:
在天体物理中 • 利用固体径迹探测器分辨粒子和记录古代径迹的 能力，通过分析陨石、月岩和塑料中记录的古代 和现代宇宙线中的原子核的成分和能谱、太阳粒 子的成分和能谱，正在研究宇宙射线起源、恒星 演化、太阳系元素合成和行星演化等方面的问题。
应用：
在地质学和考古学中 • 利用地球矿物或物体中积累的U自发裂变径迹和陨 石矿物中积累的U和已绝灭的Pu自发裂变径迹,可 以测定地球物质或天体形成、冷却或受热的年代， 以及测定考古年代。 在分析化学、地球化学、冶金学、结晶学和生物 医学中 • 可以测定铀、钍、钚、硼、锂、铅、铋等多种元 素的微小含量和微观分布。 在铀矿普查勘探中 • 通过记录铀子体氡的α径迹，寻找地下铀矿。
核径迹乳胶--快中子
• 原理：中子与乳胶中的氢核作用，发生弹性散射 • 产生反冲质子，质子通过乳胶时产生潜影， • 化学处理后使之显影，利用高倍显微镜数 • 出径迹数。
径迹显示过程
• 带电粒子和乳胶的主要成分AgBr晶粒发生作用， 不断损失能量，并使AgBr分解成Ag原子和Br原子。 • 在一定条件下，某些银原子会陆续汇集在一起形 成集团，而10个左右银原子组成的集团就能形成 显影的核心，即潜影。 • 经过化学处理后，显影核心的晶粒还原成黑色的 银颗粒，这些被还原的银颗粒酒吧带电粒子的径 迹显示出来。
固体径迹探测器
原理： 带电粒子通过固体径迹探测器时，在它们的路 径 上材料产生辐射损伤，形成一条连续的辐射损 伤径迹，这种径迹可用电子显微镜观察到。 当把带有辐射损伤径迹的材料放入强酸（如氢 氟酸、硝酸和盐酸等）或强碱（如氢氧化钾或氢氧 化钠溶液）等蚀刻剂中时，由于材料受到辐射损伤 部分的化学活性强，能以较快速度从探测器表面开 始与蚀刻剂反应，并溶入蚀刻剂，沿辐射损伤径迹 出现一条细长的孔洞或蚀锥。