核辐射探测_第五章

设有两个独立的放射源S1和S2，分别用两符合道 的探测器Ⅰ和Ⅱ记录。两组源和探测器之间用足 够厚的铅屏蔽隔开，见下图，在这种情况下，符 合脉冲均为偶然符合。
假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽
度为 。再设第Ⅰ道的平均计数率为n1，第Ⅱ道的
平均计数率为n2，则在t0时刻，第Ⅰ道的一个脉冲
可能与从t0- s到t0+ s时间内进入第Ⅱ道的脉冲发
β道不参予真符合的计数率为nβ－nco
γ道不参予真符合的计数率为nγ－nco
这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合
β道产生偶然符合的计数率为(nβ－nco) τsnγ γ道产生偶然符合的计数率为(nγ－nco) τsnβ ∴ 总的偶然符合计数率为
n n n n n n n n n rc
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)
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
第五章
辐射测量方法
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； 位置的测量(辐射成像)； 时间的测量； 粒子鉴别等。
5.1 放射性样品的活度测量
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：
1 2
(1
cos
0
)
几何因子fg还可以表示成：
因为,放射性发射的是各向同性的实际进入探
测器仅是小立体角Ω内的射线.几何因子为
4
f
g 4
1 (1 2
h )
h2 r2
2) 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
测到的脉冲计数率 单位时间内进入灵敏体积的粒子数
100％
则，真偶符合比为：
R nco 1
nrc 2 s A
讨论：希望 符合装置的 nc0 越大越好。
nrc
(4) 延迟符合
关联事件可以是同时性事件，也可以是不同 时性事件。
飞行时间方法(TOF)测量粒子的飞行时间。
DET1
DET2
DELAY COIN
D1
D2
D1 d
d
COIN
2．符合测量装置 1)、多道符合能谱仪
d
d
利用级数展定理为x<<1时, 1 1 x x2 x3
则有
x 1
n 0
1
t
1 t d
t d 2
d
n
0
1
t
1 t d
t d 2
d
略去高次项则得
n 1 t
0
d
n 1 t
0
d
48
(ⅱ) 符合计数率在死时间内得损失
应有的真符合计数率为
计数增加,故要修正。
f
d
源有支承膜时测得的计数率n' 源没有支承膜时测得的计数率n
没有支承膜是理想状态，通常用有机膜来实现。 有机膜的Z较低,又很薄,散射可以忽略。
5) 死时间修正因子 (f)
f
n m
1 n
式中n 为实际测量到的计数率，m为真计数
率，为测量装置的分辨时间。
6) 本底计数率 （nb）
生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率为：
nrc (n1 • 2 s ) • n2
nrc (n1 • 2 s ) • n2
s
nrc 2n1 • n2
显然，减少s能够减少偶然符合几率，但是减少
到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输
出脉冲前沿之间存在统计性的时间离散，则同时
事件的脉冲宽度可能因脉冲前沿的离散而大于符
内在因果关系（即相关性）的符合输出称为真符 合。
另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如， 有两个原子核同时衰变，其中一个原子核放出的 β粒子与另一个原子核放出的γ粒子同时分别被 两个探测器所记录，这样的事件就不是真符合事
件。这种不具有相关性的事件间的符合称为偶然 符合。
偶然符合和符合分辨时间
如： 前所述，凡是相继发生在符合分辨时间以内的 两个事件，均可能使符合装置产生一次符合计数 。这与两个事件是否有内在因果关系无关，即符 合计数中包括真符合计数和偶然符合计数。每当 在时间间隔内存在两个独立事件引起的脉冲时， 就可能被符合装置作为符合事件记录下来，这种 符合叫做偶然符合。显然符合分辨时间越大，发 生偶然符合的几率越大，每道的无关事件计数率 越大，偶然符合计数率也将越大，它们间的关系 可推导如下：
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。
反射修正因子的实验方法确定：
β粒子在源的托板支承物等上的大角度散射,使得 本不在小立体角Ω内的β粒子会进入探测器引起
反符合电路中两个输入端分别为分析道和 反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道，把 要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输 入时反符合电路才有输出。
h ' h
e
反符合康普顿谱仪为反符合电路的典型 应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积 与谱全面积之比）。
记录入射射线在探测器中能量全吸收的事件； 而去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生 逃逸的事件。
样品和探测器之间空气的吸收；
探测器窗的吸收。
例如β射线：
β射线服从指数吸收规律:
e I I0
x _ mm
m ——物质对这种β的质量吸收系数
xm ——β穿过物质的厚度
f f f f
a
a自 a空 气 a窗
e 自吸收吸收因子
： fa
I I0
x _ mm
4) 散射因子 (fb) 放射性样品发射的射线可被其周围介
修正因子（以下每种修正是只考虑某种修
正，最后综合考虑）nβo ,nγo和nco 分别由 nβ.nγ.nc得来。要进行一些修正。
1)本底修正
n n n
0
b
n n n
0
b
n n n co
c
cb
(2) 偶然符合修正
在β-γ级联衰变放射源中，只有同一个核发射的β和 γ之间的符合才是真符合,而不同核之间的β和γ之间的 符合为偶然符合。
h '
h
e
HPGe BGO
ANTI COIN
Gate
多道分析器
HPGe 成形
成形
BGO 成形
反符合： 消除符合事件的信号。
HPGe
BGO
Output
(3) 符合装置的分辨时间
符合装置的分辨时间：符合装置所能区分的最
小时间间隔s，符合电路两输入信号时间间隔只 要小于s，就被认为是同时事件给出符合信号。
5、准直器用来确定立体角,并可防止立体角以外 的射线进入探测器.
探测器采用薄云母窗的钟罩型G-M计数 管.也可以用薄窗正比管、塑料闪烁 探测器(加避光铝铂).
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)
合电路的分辨时间s ，则在符合电路中不会引起符
合计数，从而造成真符合的丢失。
推广：i重符合时的偶然符合计数率：
nrc i si1n1n2 L ni
减小偶然符合计数率的方法：
(1)减小符合分辨时间 s，但是会影响符合效率
(2)减小各符合道计数率n 。
例：实验测得偶然符合计数率 nrc =72/hr.
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。
绝对测量法复杂，需要考虑很多影 响测量的因素，但绝对测量法是活度测 量的基本方法。
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
1
fg 4 4
0
0
2
sind
用HPGe反康 普顿探测器 测得的60Co 能谱
3）4-符合装置
n nc n
这是一种测量放射性活度的标准方法，适用 于带－级联衰变的放射性核素。
原理
测得β和γ的净计数率nβo ,nγo。
测得β和γ的真符合计数率
n n
n co
0
o
A
则 n n
A
0
0
nCO
但nβo ,nγo和nco与实测值之
间有许多效率因子需要修正。
n t
0
d
在死时间内发射的粒子应
有的但是漏掉了的计数
n t
0
d
（死时间内的漏计数）
n
n o
n 0
t
0
•n
0
n t
0
d
n t
0
d
n 0
n 0
t d
n 0
1
t
d
n 0
n t
0
d
n 0
1
t
d
因为， t 和 t 是单位时间内的死时间远小于1S，
d
d
t 1, t 1
n0 ns nb
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：T f g fa fb f
对于薄放射性样品， 100% fa 1 fb 1 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％
2)测量装置
符合道计数n1 =n2 =100/sec ，求分辨时间 s。
s
nrc 2n1n2
72 / 3600 2 100 100
1106 sec
真偶符合比
符合计数的实验测量值中总是包含真符合计 数和偶然符合计数。
nc nco nrc
仍以－符合为例：
真符合计数率为： nco A
偶然符合计数率为：nrc 2 sn n 2 s A A
小立体角法 :放射源或样品与探测器之间的布置 的角度。
注意： 1、为了减少本底,探测器和样品都放在铅室内. 铅壁厚度一般要大于5mm 2、为了减少散射,铅室内腔要足够空旷.
3、为了减少β在铅中的韧致辐射(χ),铅室内壁 有一薄层铅皮或塑料(厚度约为2-5mm)
4、 为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射, 它们都采用低Z材料作成.
加速器带电粒子核反应：
d 3H 4He n 17.6MeV
n d
n
GATE
分析道
n
DET1
AMP
DET2
AMP
符合道
MCA
GATE
SCA SCA
COIN
2）、HPGe反康普顿谱仪
Ge BGO GATE
HPGe BGO
AMP AMP
MCA
GATE
SCA SCA
ANTI COIN ANTI
得到源活度： A ns nb
sp
5.2 符合测量方法
符合事件： 两个或两个以上在时间上相互关联的事件。
60 Co
60 Ni
符合方法：
h ' h
e
e
h
h
用不同的探测器来判断两个或两个以上事 件的时间上的同时性或相关性的方法。
1、符合方法的基本原理
1) 符合(真符合)——用符合电路来选择同时事件
(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 ) / 单位照射量率
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 状态（如甄别阈的大小）等。
3) 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)；
n 实测的真符合计数率为 co
则符合计数率在死时间内的损失为
n
co
分三种情况讨论引起符合的漏计数：
第一种情况：当道正常计数，道是死时间，则由 于td内道无输出,造成符合道的漏计数为
nco nco t n
t d
2
2
t
d
第二种情况:当道正常计数, 道是死时间,则在trd内,由 于道无计数,造成符合道漏计数为
以－符合装置为例：对一个放射源同时放 出的和射线，用两个探测器分别测量。
由于本底同时进入两个探测器的几
率很小；而级联是相关事件，它们 分别进入两个探测器的时刻一定是同 时的，则有：
n A
n A
符合计数： nco A
可得放射源的活度为：A n n
nc
(2) 反符合—— 用反符合电路来符合事件脉冲 的方法
实际上任何符合电路都有确定的s ，它的大小
与输入脉冲的宽度有关。如下图所示：
当两个输入脉冲之间的时间间隔＜ s时，符
合电路输出一个符合脉冲。反之，就没有符 合脉冲输出。
真符合与偶然符合
一个原子核级联衰变时接连放射β和γ射线，这 一对β、γ如果分别进入两个探测器，将两探测 器输出的脉冲引到符合电路输入端时，便可输出 一个符合脉冲，这种一个事件与另一个事件具有
c
co
co s
co s
nco
nc 2 s 1 s n
n
n nபைடு நூலகம்
(3) 探测器死时间的修正
探测器死时间能引起漏计数，所以必须把漏掉的计 数补回来。
β道
γ道
应该有的净计数率
n
实测的计数率
n
0
漏计数
n
每个脉冲后有一个死时间，
0
n t 那么单位时间内的死时间
0 d
在死时间内放射源发射的 粒子数