放射性测量的技术

各类闪烁体的物理特性
光电倍增管
结构与工作原理 光阴极 Cs3Sb , K2CsSb等,发射光电子。 倍增极 6-14个，二次电子发射。 阳极 收集倍增后的电子，在负载上形成 电压脉冲。
光电倍增管兼有能量转换及放大作用。。
光电倍增管
光谱响应 光阴极在光照射下，发射光电子的概
率是入射光波长的函数，称作“光谱响应”。 在 选用闪烁体时，应选用使二者匹配的闪烁体。
0
-
导带 2
F 3 0 H
禁 带
1
满带
0
当晶体因辐照被电离或激发时，满带中的电 子因受激进入导带，同时产生一个空穴（过程 1）,进入导带的电子因热扰动会很快被电子陷阱 捕获，满带的空穴也会移入激活能级，分别形成 所谓的F和H发光中心，并将辐射能量贮存起来。 在常温下这些中心可以保存很久。 当对晶体加热使其温度达到一定值时，F发光 中心的电子获的能量重新进入导带并最终与H发 光中心的空穴复合(过程3），在复合的过程中发 出光，称为热释光。热释光放出的总光子数与发 光中心退激的总电子数成正比，也即与吸收的辐 射能量成正比。因此，测量一定温度范围退火温 度下的总发光量就可确定吸收剂量。
对同一种固体，发光曲线形状基本不变， 但随加热速率稍有变化，加热越快，峰越高， 相应的峰值温度也有变化。然而对于给辐照剂 量，发光总额是不变的。通常采用两种测量方 式，一种是测量主发光峰面积的积分测量法， 另一种是测量主峰的光峰高法。
热 释 光 强 度
温度，0C LiF（Mg，Ti）热释光体的发光曲线
例: 4 -8 n n 3 10 cpm,则偶然符合： τ＝１０ s ， 1 2
1 10 4 2 nb 2 n1n2 2 ( ) (3 10 ) 0.3cpm 60
8
单道脉冲辐度分析器
甄别阈Vd 输入信号V＞Vd,才有出 。 反符合
C A B
因此，辐度分析器只能使 V下＜V＜V上的脉冲通过。
闪烁液
脂溶性 水溶性 甲苯，二甲苯 二氧环
主溶剂 溶剂 组成 助溶剂
主溶质
溶质 助溶质
甲苯中加甲醇，表面活性剂，二 六环加萘 PPO POPOP 波长转换，增强匹配

液闪过程的淬灭现象
淬灭 导致闪烁过程能量传递效率降低，使光输出
减小，输出脉冲幅度降低，最终使探测效率降低的 过程。 化学淬灭 非荧光物质竞争激发能。 颜色淬灭 有色物质吸收荧光。 光子淬灭 非均相β 发射体颗粒吸收β 射线。
Leabharlann Baidu
淬灭校正过程
§2.3 常用辐射防护监测仪器
辐射报警仪 用途 辐射报警仪主要用于放射性工作场所放 射性物质，包括放射源及可能的沾污源以及工 作场所辐射水平预警测量。 类型 使用比较普遍的一类报警仪是G-M计数管 型报警仪，用于-辐射或辐射的测量。用辐 射的一般为薄端窗式G-M管。
Inspecotr Alert 手持式α、β、γ和辐射检
仪器读数
直接测量的量为粒子的计数率n(cpm)，其与表面污 染水平 (粒子数/分100厘米2 2 )有如下关系：
n K
其中,K称为刻度系数（也叫做总探测效率）。其意义 是，对应每单位污染水平，仪器所测到的计数率。
表面污染水平 所谓单位污染水平是指，每100厘米2 的污染表面在单位时间内向上所出射的表 面粒子数。刻度系数K与射线的探测效率及 探测器端窗的面积大小等因素有关。
发光机制 按照能带理论，晶体能级由两类能级 构成：处于基态的已被电子占满的容许能 带，称为满带；没有或尚未填满电子的容 许能带，称为导带，二者被一定宽度的禁 带隔开。晶体中的杂质原子或因原子或离 子缺位和结构错位等造成的晶格缺陷处会 形成局部电荷中心，其能吸引和束缚异电 荷粒子。
在能带图上，相当于在 禁带中形成了一些孤立 能级。在靠近导带下面 的局部能级，能吸引电 子，称为电子陷阱；靠 近满带上面的局部能级 能吸附空穴，称为激活 能级。在没有受到辐照 时，电子陷阱是空着的， 而激活能级是填满电子 的。
6. CPS：≤2500 CPS范围时≤15% ， 在25005000CPS范围≤20%； 7. 测量单位：该检测仪常用单位（mR/h或CPM） 或SI单位（μSv/h或CPS)。
表面沾污仪
表面沾污仪主要是用来测量实验室台 面，仪表等物体表面污染，以便发现并及 时清除。表面沾污仪常用的探测器类型有 G-M管，正比计数管和闪烁计数器等，其测 量对象是表面污染面源粒子的表面出射率。
仪器刻度过程 根据探测器端窗面积，选择相应几何 形状的标准面源，核素应与实际污染源相 同或射线能量相近。在确定的几何位置条 件下，测量它所引起的计数率，然后按下 式求得K值。
K
n 0
0
n 0 100 BA 0 2S0
式中，n 0 标准源引起的净计数（ 计数/分）；
0 标准源所相当的污染水 平，
C0
V (t )
V(t)
Ne Ee V E C WE
t
各类气体探测器的工作特性区
各类气体探测器特性的对比
探测器
电离室 电离室区 N0e/C
正比计数 器 正比区 MN0e/C
G—M计数 管 G —M 区 等幅
特性区 输出脉冲
闪烁探测器
工作原理
工作过程：激发→荧光→光电子→光电倍增→电压脉冲
2
0 100BA 0 / 2S0 (粒子数 / 分 100厘米 2）；
A 0 标准源的活度（ 衰变/分 4）； S0 标准源活性区的面积（ 厘米2）； B 因 粒子反散射贡献引入的 因子，当 E 0.6MeV, B 1.25 1.3 1 / 2 考虑 在2立体角内测量引入的几 何因子。
主要性能
光电子数 光电量子转换效率 光子数
阳极电流不 iA 电子倍增系数 M 阴极电流i K
M V MV 7 m V
7
,M～105—107
要求工作高压有较好稳定性。
暗电流 无光照时自身产生的阳极电流，由热电子射、 漏电、光子和正离子反馈等引起。
使用注意事项
1）避光使用；
探 测 器 T-1190扁平GM管 窗直径：4.5 cm 窗厚度：1.5 mg/cm2 淬灭气体：卤素，长寿命管 本 底：典型值50 cpm 效 率：本征效率为100％
个人计量计 佩戴在身体适当部位，用以测量个人 所受外照射剂量的仪器叫做个人剂量计。 主要有仪器型和固体剂量计型两类。
EPD个人剂量计
2）保持闪烁体与光电倍增管光学接触良好。
§2.2 液闪计数器
特点 1.对软β探测效率高， 4π测量及避免了 射线的自吸收和吸 收。 2. 溶纳样品较大 , 可 测量强度较弱的样 品。
液闪装置
前置
符 合
加 法
放 大
门 控
单道Ⅰ 单道Ⅱ
定 标 器
前置
液闪仪框图
双管符合电路
符合电路使暗电流本底降低104－１０5倍。
发光曲线
对照射后的热释光元件加热退火，发光强度 与退火温度的关系称为热释光曲线。 对于LiF(Mg,Ti)有如下图的形状。固体中的 电子陷阱有深有浅，随加热温度的升高，电子 先由较浅的陷阱放出，热释光由小到大达到一 峰值后接着下降，直至这种陷阱中贮存的电子 都释放出来，形成发光曲线的第一个峰。随后 较深陷阱中的电子释放。
γ、β和X辐射剂量当量 Hp(10)、Hp(0.07)读数用电 子个人剂量计； 基于现代二极管探测技术的高 度完备多功能个人辐射监测器； 无与伦比的放射性能与先进的 软硬件特色相结合，体积小、 质量轻； 标称使用能量范围：γ辐射 15keV-10MeV，β粒子 250keV-1.5MeV； 直接读出ICRU定义的深部剂 量Hp(10)和浅表剂量 Hp(0.07)，单位为(Sv)或雷 姆(rem)； 可显示剂量和剂量率值，可设 定剂量/剂量率测量阈值报警 模式。
测量装置
热光测量仪由加热的装置和光度计两部分 组成。测量过程如下：用线性加热器使加热盘 上的热光体受热放出可见光，光信号经光电倍 增管转换为电流信号，进入电子学线路，最后 由X-Y纪录仪自动画出热释光曲线，根据积分或 光峰高度法，并由标准曲线便可求出受照剂。
各种圆柱型和钟罩型G-M管
结构：平板型电离室
高压 V0 外壳 灵敏 体积 绝缘子
K
C
G
高压极
收集极 保护极
RL
负载电阻
结构：圆柱型电离室
K
V0
C
G
RL
输出信号的物理过程
以平行板电离室为例 [结论] 脉冲计数n正比于放射活 度
a
i (t )
V0
b
n A
I 0 (t )
R0
脉冲幅度正比于入射 粒子的能量
闪烁体
利用射线的荧光效应将射线能转变为光能的物体。 无机 含少量激活剂的无机盐。 ZnS(Ag)， α 强度。 NaI(Tl), CsI(Tl),γ 强度、能量。 有机 芳香族化合物 晶体，蒽，发光标准。 液体，β 。 塑料(苯乙稀加入POP、POPOP聚合的固溶体)，β 。
各类闪烁体的发射光谱
热释光剂量片
固体剂量剂被广泛用于个人剂量监测，其 中尤以热释光剂量计，如LiF(Mg,Ti)最广。其 测量原理是，热释光固体元件受到辐射的照射 后，其辐射能通过激发固体晶格中的电子，转 变成电子的激发能同时被禁封在晶体中的陷阱 中，此能量可以累加并保持一定时间，当用高 温退火时，保持的激发能通过光辐射的形式发 出，通过测量辐射光的强度就可确定热释光晶 体所受照射剂量。
外标准法
利用外部源所产生的康普顿电子 谱的淬灭效应，进行 淬灭校正的且为现代仪 器所推荐的方法。常有 两种方法，样 品谱指数法SIS和反转外标准谱指数法 tSIE。SIS为康普顿电 子的平均脉冲幅度与一 校正因子之积 SIS VmeamK，其随淬灭 增加而减小，因此可以 作为淬灭指示参量。
tSIE，是通过反转积分，获 得康普顿电子谱的反转 谱，并定义 累计计数20% 点P2和10%点P1的计数比，即 E P2 / P1代表淬灭 指示参数，同时引入校 正因子F，利用二者之积作为校 正参数。
TBM-3S系列表面沾污仪 内置直径为2〞的扁平G-M管和扬声 器，有3个量程，检测α、β和γ射线，读数 为CPM（或mR/h）具有 尺寸小、重量轻 和面积大的特点，是监测工作台面或检查 手掌、手指和衣服表面放射性污染的有效 工具。
技术规格
开关： OFF，电池测试，X100，X10，X1 量 程： 3个量程，线性，0-500，0-5,000，050,000 cpm（0-0.15，1.5，15 mR/h） 灵 敏 度： 150 cpm/µ R/h（137Cs标准校正源）
淬灭校正
内标准法
通过在样品中加入已知活度的标准源，由引起的附 加计数，求仪器计数效率的校正法。
s为样品，s t为标注， 式中： cpm是计数率，下角标 （s s t）样品加标准。
道比值法
这是利用样品 谱本身对淬灭的响应所 进行的一种效率校正方 法。 nB 道比值R ，n A 代表全道，n B为高能道的计数率， f (R)。 nA
测仪 本产品采用GM探测器，用以监测放射性工作 场所和表面 ,实验室的工作台面、地板、墙壁、 手、衣服、鞋的α、β、γ和X放射性污染计数 测量以及环境剂量率，是一款性价比高的辐射 测量仪器。
技术性能与特点：
1. 检测α、β、γ和X射线 ； 2. 计数测量、总计数测量和剂量率测量； 3. 最低响应能量：20Kev（γ射线），对Cs-137源为5. 8Cps/μSv/h; 探测下限：对I-125是0.02微居; 4. 效率（4）：接触下：对Sr-90源约38%，C-14源约 5.3%；P-32源约33%；Co-60源约3% 5. G-M 计数管,有效直径45mm,云母窗密度1.52.0mg/Cm³ ;
第2章 放射性测量技术
测量内容：探测、分析、监测、剂量。
探测器：射线信号 气体 电离 电信号 (电流、电压脉冲) 电子—离子对 气体探测器
常用种类
半导体 电子—空穴对 半导体探测器 激发 闪烁体 荧 光 闪烁探测器
§2.1概述
气体探测器
脉冲 电离室 电流、累计电荷 正比计数器 G—M计数管
种类
介质：隋性Ar气+(CH４)