核电子学与核仪器

1．解释：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。

是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。

2．核辐射探测的主要内容有哪些？辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。

应用要求不同，探测的内容可能不同，使用的辐射探测器也可能不同。

3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。

②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。

③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。

④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。

⑤利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。

⑥利用其他原理做成的辐射探测器。

4．闪烁计数器由哪几个部分组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。

5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时间内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情况便可测知射线的强度与能量。

6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。

为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是合适的。

②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。

③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时间应该尽可能短。

闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。

⑤闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配，这样才能使产生的光子被充分利用起来，使光电倍增管的光阴极产生较多的光电子。

否则，将因为光电倍增管对闪烁体发射的光子光谱不敏感，而不能产生良好的响应，得不到大的输出信号。

⑥闪烁体要有很高的能量分辨本领。

除此以外，其它条件，例如：要求闪烁体易于加工；闪烁体具有适当的折射率和光藕合能力，尽可能避免全反射，使大部分光线都能射到光电倍增管的光阴极上；闪烁体能够长期工作于辐射条件下，闪烁体性能稳定等等，也是人们所期望的。

7．能量分辨能力与射线能量有何关系？能量越高，产生粒子数越多，相对涨落就越小，能量分辨本领就会好些；能量越低，产生的光子数越少，相对涨落就会越大，能量分辨本领就会差。

8．解释：探测效率一段时间内，探测器探记录到的粒子数与入射到探测器中的该种粒子数之比。

(探测效率是入射粒子通过探测器的灵敏体积时，能产生输出信号的概率)9．常用的闪烁体有哪些？(1)碘化钠(铊) (2)硫化锌(银)(3)碘化铯(铊)(4)碘化锂(铊)(5)液体闪烁体10．为什么NaI(Tl)探测器具有很高的探测效率？NaI(Tl)晶体是具有很大光输出的闪烁体，广泛应用于探测γ射线的强度和能量。

NaI(Tl)晶体的相对密度大，有效原子序数高，碘的含量占85%(碘的原子序数为53)，所以阻止γ射线本领很大。

φ以上)，由于NaI(Tl)单晶十分NaI闪烁体可以做成很大的尺寸(体积在200mm200mm⨯透明，利用它来探测γ射线是很有利的，探测γ射线效率很高，可在百分之几十左右。

11．简述光电倍增管的工作原理工作时，各电极上依次加有递增的电压，当光阴极上打出的光电子经电场加速，打到第一个倍增电极上时，每个光电子能够从这个倍增电极上打出3－6个电子，这些电子又被电场加速，又会在下一级倍增电极上打出3－6倍的电子来，这样不断地增殖，阳极上就可以收集到一大群电子，形成一幅度足够大的电脉冲，由阳极输出。

12．测量α射线采样哪种闪烁体？需要注意什么？常用的α闪烁体为ZnS(Ag)晶体。

其外不应有覆盖物，闪烁体做成一层薄膜，使其厚度稍大于α粒子在此闪烁体中的射程。

13．测量β射线采样哪种闪烁体？需要注意什么？是有机闪烁体或塑料闪烁体，测量β射线时，闪烁体厚度要大一些为了消除α射线的影响，β闪烁体需要外包一层铝箔，并可屏蔽光线。

14．光电倍增管各倍增极上的电压可以通过分压电阻得到，对分压电阻有何要求？为什么？在进行一般强度测量时，各极电压没有特殊要求，用做能谱测量时，分压电阻不宜太大光电倍增管内有电流脉冲通过时，各极电压波动可以较小15．使用闪烁计数器有哪些注意事项？①光电倍增管必须避光使用，严防漏光。

②为使闪烁计数器正常工作，应提前接通电源，使光电倍增管达到稳定工作状态。

③闪烁体及光电倍增管均应避光保存。

④光电倍增管及管座应该保持清洁干燥，不发生发生漏电。

⑤工作时，磁场对光电倍增管有影响，应采取屏蔽措施。

⑥光电倍增管应选择合适的高压。

⑦使用时应该仔细检查光电倍增16．气体探测器有哪几种？电离室、正比计数器和盖-勒(G-M)计数器统称为气体探测器。

17．电离室有哪两种类型？分别解释之。

一种是记录单个辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。

按输出回路的参量，脉冲电离室又可分为离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。

另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累计效应的累计电离室，主要用于测量X、γβ和中子射线的强度或通量、剂量或剂量率。

它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。

18．解释：气体探测器的气体放大现象气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中，逐次倍增而形成电子雪崩。

19．与电离室相比，正比计数器有哪些优点？(1)输出的脉冲幅度较大。

(2)灵敏度较高。

(3)脉冲幅度几乎与原电离的地点无关。

20．G-M计数器探测射线具有哪些优、缺点？G-M计数器探测射线具有以下优点(1)灵敏度高2)脉冲幅度大(3)稳定性高4)计数器的大小和几何形状可按探测粒子类型和应用要求在较大范围内变动5)使用方便、成本低廉、制作工艺和仪器电路都比较简单.G-M计数器的主要缺点是：①不能鉴别粒子的类型和能量；②分辨时间长，约102μs，不能进行快速计数；③正常工作的温度范围较小；④有乱真计数。

21．何为G-M计数管的坪曲线？有何特点？在强度不变的放射源照射下测量计数率随工作电压的变化称为坪曲线。

曲线的特点是当工作电压超过起始电压V时，计数率由零迅速增大；当工作电压继续升高时，计数率缓a慢地随电压增大而增大，并有一个明显的坪存在，工作电压再继续升高，计数率又急剧增大，这是因为计数管失去猝熄作用，形成连续放电.22．使用G-M计数管有哪些注意事项？(1)使用前应大致了解该型号计数管的性能(2)严禁计数管发生连续放电情况，一旦发生应立即断掉高压。

(3)探测射线不能太强，计数率不能过高23．半导体探测器有哪些优、缺点？半导体探测器的主要优点(1)能量分辨率很高。

2)可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器。

(3)测量电离辐射的能量时，线性范围宽。

半导体探测器的主要缺点(1)对辐射损伤较灵敏，受强辐射后性能变差。

(2)常用的锗探测器，需要在低温(液氮)条件下工作，甚至要求在低温下保存，使用不便24．影响金硅面垒探测器能量分辨力的主要因素有哪些？(1) 输出脉冲幅度的统计涨落:(2) 探测器和电子学噪声 由P-N 结反向电流及表面漏电流的涨落造成； 电子学噪声主要由第一级FET 构成，包括：零电容噪声和噪声斜率。

噪声的表示方法：等效噪声电荷ENC.(3) 窗厚度的影响:式中ς为单位窗厚度引起的能量损失. 总线宽为：232221E E E E ∆+∆+∆=∆25．解释半导体探测器的辐射损伤效应。

半导体探测器受强辐射照射一段时间以后性能会逐渐变坏，这种效应称为半导体探测器的辐射损伤效应，简称辐射损伤或辐照效应。

26．解释PIN 探测器及名称由来。

60年代，采用锂漂移技术在P 型和N 型半导体之间，得到受主杂质浓度和施主杂质浓度平衡的高电阻率补偿材料区，该区具有的性质与本征材料类似，通常以I(Intrinsic)表示，简称I 区，又叫补偿区，它是探测器的灵敏区，其厚度可以达到10mm 以上。

锂漂移探测器是P-I-N 结构，习惯上又称为PIN 探测器。

27．解释内放大探测器名称由来及工作原理。

普通的半导体探测器只收集入射粒子在灵敏体积内产生的载流粒子，输出的脉冲幅度比较小，从而限制了探测器对低能辐射的探测。

为了解决这一问题，研制出了一种在探测器内部对信号(与噪声相比)优先放大的探测器，称为内放大探测器。

当一个PN 结探测器所加偏压足够高时，在PN 结的整个电荷区形成一定强度的电场，入射粒子产生的载流粒子从电场获得的能量足以使其中的漂移电子在收集过程中又产生新的电离，即产生新的空穴-电子对。

这些次级载流粒子如果得到足够的能量就能再次产生电离…，这样一个级联过程会使初始的信号有一个显著的放大28．什么是导体、绝缘体、半导体(1)导体：存在满带、导带（部分填满，且存在许多空着的能级）所以可以从电场获得能量，经碰撞损失能量产生电荷宏观流动产生电流。

（2）绝缘体：存在满带、空带，禁带宽度大，在加电场下，满带电子由于填满不会Ew F v E E N ⋅==∆=36.236.2η330()()E FWHM d d θς∆==⋅∆-∆获得能量跃迁到高能级，而导带虽有空能级但无电子因而不能产生电流，而不导电。

（3）半导体：存在满带、导带（为空），禁带宽度窄，在一定温度下满带里的电子会跃迁到导带这是满带既有空位且导带有电子，从而使晶体有了导电性。

29．什么是本征半导体、杂志半导体，N 型半导体、P 型半导体。

（1）本征半导体：理想、无杂质的半导体. 由于热运动而产生的载流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子数和价带中的空穴数严格相等。

载流子浓度： （2）杂志半导体：替位型，间隙型；(1) 替位型：III 族元素，V 族元素；(2) 间隙型：Li ，可在晶格间运动。

（3）N 型半导体：施主杂质为V 族元素，其在半导体中形成的局部能级接近禁带顶部(即导带底部)，表示该局部能级与导带底带的能量差值，则。

在室温下，杂质原子的原来处于其局部能级上的电子很易因热运动而进入导带，使导带中的电子数增多，并使该杂质原子自身处于离化状态。

这类杂质原子越多，则导带内的电子局越多。

杂质原子成为正电中心，这类在导带中产生电子的杂质称作“施主”，它们所产生的局部能级称作“施主能级”。

掺有施主杂质的半导体称为N 型半导体。

（4）P 型半导体：受主杂质为III 族元素，受主杂质在半导体中形成的局部能级一定很接近禁带底部(即满带顶部)，表示该局部能级与满带顶部的能量差值，则.室温下满带中电子容易跃迁这些能级上；在满带中出现空穴。