核辐射测量基本概念及原理介绍

辐射安全与防护物理基础 电离室与G-M计数管的比较 电离室：
优点 能量响应好 长期稳定性好，使用寿命长 方向性好 灵敏度差 分辨率较差 缺点
G-M管
优点 灵敏度高，适合低辐射水平 脉冲幅度大 稳定性高，成本低、工艺要 求不高 缺点 不能鉴别粒子类型和能量 死时间长，不适合强辐照场 正常工作的温度范围小
辐射安全与防护物理基础
3. 放射性测量结果的表示方法
单次测量
单次测量的计数为N 根据泊松分布或正态分布: N 2 x0 N 单次测量的标准误差： N N 单次测量的相对误差： N N 计数率 n t 计数率的标准误差： n 计数率的相对误差： n n
N
1 N
k
N k
相对误差： N N t
N
N
i
N k
N
i 1
n
n n kt
n
N
t

n kt
相对误差： n n

1 nkt
辐射安全与防护物理基础 多次测量
例：对 137Cs源测量20次，每次量10时间分钟，求计数及计数率的平均值 Count No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum Counts 2877 2779 2782 2868 2843 2829 2838 2816 2725 2813 Count No. 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 sum Counts 2763 2956 2842 2950 2824 2812 2913 2989 2835 2828 28712
辐射安全与防护物理基础
2. 误差及传递

测量结果与待测量的“真值”间的差异； 真值是不能确切知道的； 除千克基准器的（原器）质量、光速、纯水的 三相点温度等由单位的定义规定了其值的大小 的几项外； 真误差一般也都是不能确定的； 对一组测量结果，各测量值与平均值之差称为 偏差（deviation) ,也称作误差。

辐射安全与防护物理基础
有效数字的运算
（1）加减法 保留有效数字以小数点后位数最少的为准 计算：0.0123+72.74+3.07543 =？ 结果：0.01+72.74+3.08 =75.83 （2）乘除法 保留有效数字以有效数字最少的为准 计算：0.0123*72.74*3.07543 =？ 结果：2.75159 有效位数相同； 2.75 乘方、开方后的有效数字与被处理数的
in
记录到的粒子数 射到探测器灵敏体积内 的粒子数（或 光子数）
s in 4 两种探测效率之间有以下关系：
辐射安全与防护物理基础
1.2 射线能量的测量
能量测量的目的： 研究核结构和核性质 根据所测γ射线能量鉴定放射性核素的成 分及其含量 核设施的安全防护问题
1.射线探测中的基本测量量
射线强度 射线能量 探测效率 能量分辨率 时间分辨率 位置分辨率
射线之间的时间关系 射线经过的空间位置
辐射安全与防护物理基础
1.1 探测效率
源探测效率的定义：
记录到的粒子数 s 放射源发出的粒子数（ 或光子数）
为了更好的描述探测器本身的性能，常用本征 探测效率或本征效率，它的定义为：
净计数：N 净 = (3137 56) (219 15) 2918 58
净计数率： n净 = (2918 58)/2 min 1459 29 cpm
辐射安全与防护物理基础
二、核辐射探测方法
1.射线探测中的基本测量量 2.射线探测的依据 3.常用射线探测的工作原理
辐射安全与防护物理基础
辐射安全与防护物理基础
能量刻度
在能谱测量工作中， 探测器输出的脉冲经辐 射探测电子学处理后， 输入到脉冲幅度分析器 中，测量计数随脉冲幅 度的分布。这个分布曲 线称为“脉冲幅度谱”。
辐射安全与防护物理基础
能量刻度
谱仪在所选定的条件下，利用一组已知能量
E 1 , E 2 , E i 的γ源，测出对应能量的全能峰
counts
284.4 n 1.19 20 10 1 相对误差：rn 4.2 103
k
284.41.2 cpm
N
i 1
i
辐射安全与防护物理基础
4. 本底校正
例1: 在一个测量放射性60Co 活度的实验中， 已知射线计数率为1826 cpm，而本底计数率为128 cpm，求净计数及其标准偏差。
计数率及偏差： N=1826 (1826)
1/2
1826 43 cpm
本底计数率及偏差：N 本 =128 (128)1/2 128 11 cpm
净计数率及偏差： N 净 1698 44 cpm
辐射安全与防护物理基础 例2: 在某放射性测量的实验中，已知2分钟的 计数值为3137， 在相同时间下本底计数值为 219，求该实验的净计数率及其标准偏差。
辐射安全与防护物理基础
半宽度（FWHM ）
定义：峰最大计数一半 处的全宽度 能量分辨率：
FWHM E R 100% E
能量分辨率—谱仪能分辨两相邻粒子能量的能力
辐射安全与防护物理基础
（a） NaI(Tl)（a）和 HPGe（b）γ谱仪测得的
(b)
60Coγ能谱
很显然： 峰的宽度越窄，分辨率越好 与谱仪性质和工作状态有关，还与射线能量有关
总计数值 : 56882 28170
辐射安全与防护物理基础
k
N
N
i 1
k
k
56882 2844(counts ) 20
284412 2844 N 11.9 20 1 1 相对误差 : r 4.2 103 20 2844 kN
N k n N 2844 284.4(counts / min) t 10 n kt
辐射安全与防护物理基础
3 常用射线探测器的工作原理 3.1气体探测器
介质：气体（空气、氩气）； 机制：入射粒子使气体电离产 生电子-正离子对；离子在电场 中迁移产生电信号； 特点：依据工作条件不同，气 体探测器分为：电离室、正比 计数器、盖革-弥勒(G-M)计数 器等。
辐射安全与防护物理基础
辐射安全与防护物理基础
N
N t
N N t
N
t 1 N
n


辐射安全与防护物理基础
对同一放射性样品测量k次，每次的测量时间为t， 每次的计数为N 1 , N 2 , N 3 , N k
k
N
N
i 1
i
多 次 测 量
k
k k 2 Ni

N
i 1
N

i 1
i
k
k 1 kN

kN k 1
图 各种类型的气体探测器
辐射安全与防护物理基础
电离室
电离室有两种类型：

脉冲电离室：记录单个辐射粒子，其输出信号 幅度与入射粒子能量成正比，可测量重带电粒 子的能量和强度； 累计电离室：记录大量粒子平均电离效应；主 要测量X、、和中子的强度或注量（注量率） 和剂量 (剂量率）； 特点：X或 射线的能量范围通常为 50keV~3MeV;
辐射安全与防护物理基础
3.2 闪烁体探测器
介质：闪烁体 机制：射线与闪烁体物质相互作 用，产生荧光；荧光与光电倍增 管作用产生电信号； 特点: 对射线的探测效率高； 可测能谱、活度。
与G-M计数器相比，其灵敏度更高；
辐射安全与防护物理基础
闪烁体的选择





测量射线：用无窗或薄窗（镀铝塑料膜）的薄闪烁 体， ZnS（Ag）, CsI (Tl) ； 测量射线：多用塑料闪烁体，根据射线的能量选择 不同厚度；低能射线，可用液体闪烁体； 测量射线：选择高原子序数的闪烁体以提高对射线 的探测效率，常用无机闪烁体：NaI(Tl), CsI(Tl), B.G.O.(锗酸铋)等； 测量中子：主要通过中子核反应产生的带电粒子。常 用有机闪烁体及添加B、Li、Gd等的闪烁体，如ZnS 快慢中子屏， Li玻璃等； 测量低能射线和X射线：常用薄Al窗或Be窗的NaI(Tl) 或B.G.O.闪烁体。
辐射安全与防护物理基础
1. 有效数字及运算

有效数字是在测量中有实际意义的数字； 有效数字与测量仪器的灵敏度有关； 有效数字反映测量的准确程度； 有效数字的末位数字是估计值，其余数字都为 准确值； 数字中间的“0”和末位的“0”都是有效数字 0.078 0.78 — 两个有效数字； 0.05070 20.00 —四个有效数字

因系统误差造成的给出值与“真值”的差别.
辐射安全与防护物理基础

平均值（Mean）
x
n
x
k 1
k
n 标准误差（Standard deviation）
n 2 ( x x ) k k 1

n 1
相对误差
wenku.baidu.com

x
100%
辐射安全与防护物理基础
deviation
辐射安全与防护物理基础

辐射安全与防护物理基础
几个定义

误差 (Deviation)

某量的给出值（测量值、实验值、计算近似值等）与 其客观“真值”之差. = x-

准确度 (Accuracy)

某量的给出值与“真值” 的接近程度；

精确度 (Precision)

某量的给出值之间彼此接近程度的量度；

系统偏差 (Bias)
2
2
2
2
辐射安全与防护物理基础
2 2 x y ( X x )(Y y ) XY 1 X2 Y2 2 2 X x X x y 1 Y y Y X2 Y2
k ( X x ) kX k x X x X x k k k


辐射安全与防护物理基础 辐射探测器 根据不同的核辐射与物质相互作用的原理的不 同作用，采用不同的探测介质制成对射线灵敏的探 头，配合不同需求的电子学仪器，组成射线探测器 探测器 信号收集与放大系统 模数转换系统 屏蔽系统 信号分析处理系统
辐射安全与防护物理基础
探测器按探测介质类型及作用机制主要分为： 气体探测器 闪烁探测器 半导体探测器 核乳胶片 热释光探测器
的峰位（ x1，x 2 x i），作出γ射线能量（ E） 与全能峰峰位（道址 x p）的关系曲线。
能量刻度曲线
脉冲幅度谱经能量刻度后， 就可以得到计数随能量的分 布曲线，称为“能谱”。
辐射安全与防护物理基础
能量分辨率
一个全能峰对应一种能 量，由于统计涨落，使全 能峰也有一定宽度。 如果测量的两种能量接 近，两个峰可能发生重叠， 以致于分不开。
辐射安全与防护物理基础
2. 射线探测的依据
核辐射探测的目的：探测核辐射的类型、数量等 面对的问题：看不见、摸不着、闻不到 探测的方法和依据： 利用射线与物质相互作用产生次级带电粒子 所引起的一系列物理现象来测量。
辐射安全与防护物理基础
探测核辐射的基本原理及方法

电离作用； （气体探测器和半导体探测器） 荧光、热释光或契伦科夫辐射； （闪烁探测器，热释光探测器） 核反应或弹性碰撞，产生的易于测量的次级粒子； （主要用于中子的探测。中子与含氢物质中的氢 原子核弹性碰撞，将氢原子核从分子中击出。测量 反冲质子的电离和激发推断中子的数量）
误差传递
测量函数的标准误差：
y f ( x1 , x2 , , xn )
y
2
f 2 2 f 2 2 f 2 2 ( ) x1 ( ) x2 ( ) xn x1 x2 xn
函数运算的标准误差：
( X x ) (Y y ) ( X Y ) x y ( X x ) (Y y ) ( X Y ) x y
辐射安全与防护物理基础
核辐射测量基本概念及原理介绍
四川大学 核科学与工程技术学院
梁勇飞
辐射安全与防护物理基础
主要内容
一、放射性测量中的数据处理 二、核辐射探测方法 三、常用的辐射剂量仪
辐射安全与防护物理基础
一、放射性测量中的数据处理
1. 有效数字及运算 2. 误差及传递 3. 放射性测量结果的表示方法 4. 本底校正


辐射安全与防护物理基础
G-M计数管
可测量带电粒子（直接电离）、、X、中 子（次级带电粒子）；G-M管结构简单，具有较 高的灵敏度，常用于低剂量水平测量； 特点： 产生电信号的幅度与入射粒子能量无关； 在一定的能量范围内，其照射量率、空气碰 撞比释动能率、空气的吸收剂量率与计数率大 致呈正比；