第八章辐射测量方法 辐射测量原理课件
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8.3 射线能谱的测定
8.3.1. 单能能谱的分析 1) 单晶谱仪
常用NaI(Tl)，CsI(Tl)，Ge(Li)，HPGe等探测器
2) 单能射线的能谱
主过程：全能峰——光电效应＋所有的累 计效应；康普顿平台、边沿及多次康普顿散 射；单、双逃逸峰。
其他过程：和峰效应；I(或Ge)逃逸峰；边缘 效应(次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。
• 一个活度未知的单能辐射源（单能源为 各向同性的点源） ；
• 问：如何测未知单能源的活度？
6
8.1.2、绝对测量中影响活度测量的几个因素 1) 几何因子 （fg）
点源:
fg4 4 1 0 02 sid n 1 2(1 c o 0)s
7
2) 吸收因子 (fa) 射线从产生到入射到探测器的灵敏体
积所经过的吸收层为： 样品材料本身的吸收(样品的自吸收)； 样品和探测器之间空气的吸收； 探测器窗的吸收。
8
3) 散射因子 (fb) 放射性样品发射的射线可被其周围介
质所散射，对测量造成影响。
散射对测量结果的影响有两类：
正向散射 使射向探测器灵敏区的射线偏 离而不能进入灵敏区，使计数 率减少。
反向散射 使原本不射向探测器的射线经 散射后进入灵敏区，使计数率 增加。
增益，单位 为[KeV/ch]
零道址对应的粒子 能量，称为零截
19
E与x的函数关系E(x)，称为能谱仪的能量刻度 曲线。借助于一组已知能量的辐射源进行能量 刻度，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道 址x，纵坐标为入射粒子的能量E。
E
G
E1
E2
E3
x
E0
x3
x2
x1
20
8.2.2. 能谱的测定 1) 能量分辨率
状态（如甄别阈的大小）等。
10
5) 分辨时间修正因子(f)
f
n 1n
m
式中n 为实际测量到的计数率，m为真计
数率，为计数装置的分辨时间。
6) 本底计数率（nb）
n0 ns nb
11
8.1.3、对、放射性样品活度的测量方法
1) 小立体角法 A ns nb
T
其中：Tfgfafbf
对于薄放射性样品，10% 0 fa 1 fb 1
以金硅面垒半导体探测器为例。
E E12E2 2E3 2
210Po的E＝5.3MeV，E＝15.8KeV
1.5 82.9 81 030.3%
5300
21
2) 能谱仪的能量刻度
在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行能量 刻度，才能确定粒子的能量。借助一组已知 能量的源进行能量刻度，得到一条能量刻度 曲线。根据脉冲幅度分布的中心位置道址求出 粒子的能量。
对于厚放射性样品和放射性样品的测 量需考虑各种修正因子。
修正因子多，测量误差大，达5％～10％
12
13
2) 4计数法 将源移到计数管内部，使计数管对源所
张立体角为4，减小了散射、吸收和几何 位置的影响。测量误差小，可好于1％。
流气式4正比计数器；(适用于固态放射 源)
内充气正比计数器和液体闪烁计数器； (适用于14C、3H等低能放射性测量，将 14C、3H混于工作介质中)
3) 探测器的选择
对于粒子能谱的测量，要考虑到粒子与 物质相互作用的特点，并尽量选择能量分辨率 较好及使用较方便的探测器。
金硅面垒半导体探测器；屏栅电离室；带 窗的正比计数器等。
22
8.2.3. 能谱的测定
由于能谱是连续谱，仅存在Emax，给测量 带来困难。
用吸收法测得粒子的最大射程，再根据经 验公式求得其最大能量。对衰变伴有射线发 射的样品，一般都通过能谱的测量来确定核素 的含量。
8.2.1. 能量的测量 凡是辐射粒子的能量测量，探测器都
必须工作于脉冲工作状态(电压脉冲工作 状态或电流脉冲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作状态均可)。在电压 工作状态时，脉冲幅度：
h Ne C0
N 为入射粒子在探测器灵敏体积内产 生的信息载流子的数目。
17
1) 能谱
能谱的定义：能谱就是 dN /dE ~E的直方图。 但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即 dN/dh~h 式中dN代表脉冲幅度落在h~h+dh的脉冲数， dN/dh表示输出脉冲幅度为h的单位幅度间隔 内的脉冲数。
实测多采用多道脉冲幅度分析器，给出：
yxi(计数 )～ x率 i(道)址
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2) 谱仪的能量刻度和能量刻度曲线
探测器输出脉冲幅度 h 与入射粒子能量E一般 具有线性关系，若输出脉冲幅度与入射粒子能 量具有良好的线性关系。则有：
EK1hK2 而脉冲幅度分析器具有良好的线性， x h
所以： E(x)GxE0
屏蔽和结构材料对谱的影响：散射及反散射 峰；湮没峰；特征X射线；轫致辐射。 24
3) 能量特征峰
从单能射线能谱中可以看出，全能峰、单逃 逸峰、双逃逸峰的峰位所对应的能量与射线的 能量都有确定的对应关系，称为特征峰。即：
A＝A0n/n0。
相对法测量简便，但条件苛刻：必 须有一个与被测样品相同的已知活度的 标准源，且测量条件必须相同。
3
• 一组可用于各种活度测量的探测器（各 探测器本征探测效率已知）；
• 一套完整的电子学系统（放大器、甄别 器，多道分析器等）；
• 一套齐全的辅助材料（屏蔽材料、支撑 材料，抽真空系统，卷尺等）
第八章 辐射测量方法
1
辐射测量对象：
放射性样品活度测量； 辐射场量的测量； 辐射能量或能谱的测量； 辐射剂量的测量； 时间的测量；
2
8.1 放射性样品的活度测量
8.1.1、相对法测量和绝对法测量 相对法测量：需要一个已知活度A0
标准源，在同样条件下测量标准源和被 测样品的计数率 n0、n， 根据计数率与 活度成正比，可求出样品的活度：
14
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8.1.4、射线强度的测量
射线强度的测量包括辐射场测量和 射线放射源活度的测量。同样可以用相对 测量法和绝对测量法测量。
如能获得能谱，可利用谱的全能峰面 积来确定源活度， 对于 射线同位素放射
源绝对测量常用源峰效率 sp
得到源活度： A ns nb
sp
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8.2 能谱与最大能量的测定
9
4) 探测器的本征探测效率或灵敏度
(1) 对脉冲工作状态：本征探测效率
单 位 时 测间 到内 的进 脉积 入 冲的 灵 计粒 敏 数子 体 率 10数 ％ 0
(2) 对电流工作状态：灵敏度
信号电流(或电压)值 入射粒子流强度
A(V)/单位照射 量
有关因素：入射粒子的种类与能量；探测
器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的
8.3 射线能谱的测定
8.3.1. 单能能谱的分析 1) 单晶谱仪
常用NaI(Tl)，CsI(Tl)，Ge(Li)，HPGe等探测器
2) 单能射线的能谱
主过程：全能峰——光电效应＋所有的累 计效应；康普顿平台、边沿及多次康普顿散 射；单、双逃逸峰。
其他过程：和峰效应；I(或Ge)逃逸峰；边缘 效应(次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。
• 一个活度未知的单能辐射源（单能源为 各向同性的点源） ；
• 问：如何测未知单能源的活度？
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8.1.2、绝对测量中影响活度测量的几个因素 1) 几何因子 （fg）
点源:
fg4 4 1 0 02 sid n 1 2(1 c o 0)s
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2) 吸收因子 (fa) 射线从产生到入射到探测器的灵敏体
积所经过的吸收层为： 样品材料本身的吸收(样品的自吸收)； 样品和探测器之间空气的吸收； 探测器窗的吸收。
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3) 散射因子 (fb) 放射性样品发射的射线可被其周围介
质所散射，对测量造成影响。
散射对测量结果的影响有两类：
正向散射 使射向探测器灵敏区的射线偏 离而不能进入灵敏区，使计数 率减少。
反向散射 使原本不射向探测器的射线经 散射后进入灵敏区，使计数率 增加。
增益，单位 为[KeV/ch]
零道址对应的粒子 能量，称为零截
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E与x的函数关系E(x)，称为能谱仪的能量刻度 曲线。借助于一组已知能量的辐射源进行能量 刻度，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道 址x，纵坐标为入射粒子的能量E。
E
G
E1
E2
E3
x
E0
x3
x2
x1
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8.2.2. 能谱的测定 1) 能量分辨率
状态（如甄别阈的大小）等。
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5) 分辨时间修正因子(f)
f
n 1n
m
式中n 为实际测量到的计数率，m为真计
数率，为计数装置的分辨时间。
6) 本底计数率（nb）
n0 ns nb
11
8.1.3、对、放射性样品活度的测量方法
1) 小立体角法 A ns nb
T
其中：Tfgfafbf
对于薄放射性样品，10% 0 fa 1 fb 1
以金硅面垒半导体探测器为例。
E E12E2 2E3 2
210Po的E＝5.3MeV，E＝15.8KeV
1.5 82.9 81 030.3%
5300
21
2) 能谱仪的能量刻度
在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行能量 刻度，才能确定粒子的能量。借助一组已知 能量的源进行能量刻度，得到一条能量刻度 曲线。根据脉冲幅度分布的中心位置道址求出 粒子的能量。
对于厚放射性样品和放射性样品的测 量需考虑各种修正因子。
修正因子多，测量误差大，达5％～10％
12
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2) 4计数法 将源移到计数管内部，使计数管对源所
张立体角为4，减小了散射、吸收和几何 位置的影响。测量误差小，可好于1％。
流气式4正比计数器；(适用于固态放射 源)
内充气正比计数器和液体闪烁计数器； (适用于14C、3H等低能放射性测量，将 14C、3H混于工作介质中)
3) 探测器的选择
对于粒子能谱的测量，要考虑到粒子与 物质相互作用的特点，并尽量选择能量分辨率 较好及使用较方便的探测器。
金硅面垒半导体探测器；屏栅电离室；带 窗的正比计数器等。
22
8.2.3. 能谱的测定
由于能谱是连续谱，仅存在Emax，给测量 带来困难。
用吸收法测得粒子的最大射程，再根据经 验公式求得其最大能量。对衰变伴有射线发 射的样品，一般都通过能谱的测量来确定核素 的含量。
8.2.1. 能量的测量 凡是辐射粒子的能量测量，探测器都
必须工作于脉冲工作状态(电压脉冲工作 状态或电流脉冲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作状态均可)。在电压 工作状态时，脉冲幅度：
h Ne C0
N 为入射粒子在探测器灵敏体积内产 生的信息载流子的数目。
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1) 能谱
能谱的定义：能谱就是 dN /dE ~E的直方图。 但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即 dN/dh~h 式中dN代表脉冲幅度落在h~h+dh的脉冲数， dN/dh表示输出脉冲幅度为h的单位幅度间隔 内的脉冲数。
实测多采用多道脉冲幅度分析器，给出：
yxi(计数 )～ x率 i(道)址
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2) 谱仪的能量刻度和能量刻度曲线
探测器输出脉冲幅度 h 与入射粒子能量E一般 具有线性关系，若输出脉冲幅度与入射粒子能 量具有良好的线性关系。则有：
EK1hK2 而脉冲幅度分析器具有良好的线性， x h
所以： E(x)GxE0
屏蔽和结构材料对谱的影响：散射及反散射 峰；湮没峰；特征X射线；轫致辐射。 24
3) 能量特征峰
从单能射线能谱中可以看出，全能峰、单逃 逸峰、双逃逸峰的峰位所对应的能量与射线的 能量都有确定的对应关系，称为特征峰。即：
A＝A0n/n0。
相对法测量简便，但条件苛刻：必 须有一个与被测样品相同的已知活度的 标准源，且测量条件必须相同。
3
• 一组可用于各种活度测量的探测器（各 探测器本征探测效率已知）；
• 一套完整的电子学系统（放大器、甄别 器，多道分析器等）；
• 一套齐全的辅助材料（屏蔽材料、支撑 材料，抽真空系统，卷尺等）
第八章 辐射测量方法
1
辐射测量对象：
放射性样品活度测量； 辐射场量的测量； 辐射能量或能谱的测量； 辐射剂量的测量； 时间的测量；
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8.1 放射性样品的活度测量
8.1.1、相对法测量和绝对法测量 相对法测量：需要一个已知活度A0
标准源，在同样条件下测量标准源和被 测样品的计数率 n0、n， 根据计数率与 活度成正比，可求出样品的活度：
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8.1.4、射线强度的测量
射线强度的测量包括辐射场测量和 射线放射源活度的测量。同样可以用相对 测量法和绝对测量法测量。
如能获得能谱，可利用谱的全能峰面 积来确定源活度， 对于 射线同位素放射
源绝对测量常用源峰效率 sp
得到源活度： A ns nb
sp
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8.2 能谱与最大能量的测定
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4) 探测器的本征探测效率或灵敏度
(1) 对脉冲工作状态：本征探测效率
单 位 时 测间 到内 的进 脉积 入 冲的 灵 计粒 敏 数子 体 率 10数 ％ 0
(2) 对电流工作状态：灵敏度
信号电流(或电压)值 入射粒子流强度
A(V)/单位照射 量
有关因素：入射粒子的种类与能量；探测
器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的