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本科核辐射测量方法考题及参考答案

本科核辐射测量方法考题及参考答案
本科核辐射测量方法考题及参考答案

成都理工大学学年

第一学期《核辐射测量方法》考试试题

参考答案与评分标准

一、名词解释(每名词3分,共18分)

1. 探测效率:探测效益率是表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲计数之间关系的重要物理参数。

2. 衰变常数:衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量,指原子核在某一特定状态下,经历核自发跃迁的概率。

3. 吸收剂量:电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm,吸收剂量单位为戈瑞(Gy)。

4. 平均电离能:在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。

5. 放射性活度:表征放射性核素特征的物理量,单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A=dN/dt。

6.碰撞阻止本领:带电粒子通过物质时,在所经过的单位路程上,由于电离和激发而损失的平均能量。

二、填空题(每空0.5分,共9分)

1.α射线与物质相互作用的主要形式是电离和激发。

2.铀系气态核素是222Rn;其半衰期是

3.825d。

3.用γ能谱测定铀、钍、钾含量,一般选择的γ辐射体是214Bi 、208Tl

和40K;其γ光子的能量分别是 1.76MeV 、 2.62MeV和 1.46MeV。

4.β+衰变的实质是母核中的一个质子转变为中子。

5.放射性活度的单位为:Bq;照射量率的单位为:C/kg*s;能注量率的单位为 W/m2。

6.β射线与物质相互作用方式主要有电离与激发、轫致辐射和弹性散射。

三、简要回答下列问题(每题6分,共36分)

1.简述NaI(Tl)探测器的特征X射线逃逸以及对谱线的影响。

解答:当γ光子在晶体内发生光电效应时,原子的相应壳层上将留一空位,当外层电子补入时,会有特征X射线或俄歇电子发出(3分)。若光电效应发生在靠近晶体表面处时,则改特征X射线有可能逃逸出探测晶体,使入射光子在晶体内沉淀的能量小于光子能量,光子能量与在晶体内沉淀能量即差为特征X射线能量(2分)。因此,使用Na(Tl)晶体做探测器时,碘原子K层特征射线能量为38keV,在测量的γ谱线上将会出一个能量比入射γ射线能量小28keV的碘特征射线逃逸峰(2分)。随着入射射线能量增加和探测晶体体积的增大,NaI(Tl)探测器的特征X射线逃逸峰会逐渐消失。(2分)

2.画出γ能谱仪的基本框图,并说明各个部分的作用。

图(3分)

闪烁体和倍增管是探测器部分,用于将γ射线的能量转化为可以探测的电信号。前臵放大器是将信号进行一定倍数的放大。主放大器是将信号转化微可以供多道脉冲幅度分析器使用的信号。多道脉冲幅度分析器将信号转化成数字信号。微机对采集的信号进行软件的处理。(3分)

3.随着入射γ射线能量的变化,γ射线与物质相互作用的主要效应所占比例如何变化?

解答:伽马射线与物质相互作用的主要形式是光电效应、康普顿效应和电子对效应。随着入射伽玛射线能量的变化,三种效应所占比例是不同的。低能光子与物质作用的主要形式是光电效应(2分);随着射线能量增大,光电效应所占比例逐渐降低,康普顿效应所占比例增加,成为射线与物质作用的主要形式(2分)。当入射光子能量大于1.02MeV,将存在形成电子对效应的几率,并随着能量的继续增大,电子对效应所占的比例会逐渐增大;而康普顿效应和光电效应所占比例逐渐降低。电子对效应是高能量光子与物质作用的主要的作用形式。(2分)

4.简述半导体探测器的工作原理。

解答:半导体探测器工作时,在搬半导体P区和N区加反向电压,使空间电荷电场增强。电子和空穴分别向正负两级扩散,使得探测器灵敏区的厚度增大。(3分)当探测的射线进入

灵敏区时产生电离,生成大量电子-空穴对。(3分)在电场的作用下,电子和空穴分别迅速向正、负两级漂移。电子和空穴漂移至两极被收集后,在输出电路中形成电脉冲信号,通过放大电路和分析电路后被仪器收集。(3分)

5. 什么是 “谱平衡”?

解答:当伽玛射线穿透物质的时候,当物质达到一定的厚度时(1分),射线谱线的成分不再随物质厚度的正加而改变(3分),射线谱成分大体一致,各能量之间相对组分大致不变(2分)。

6. 简述NaI(Tl)仪器谱中反散射峰的形成的机理和能量特点。

解答:从界面反射出来,与入射角方向成180°夹角散射的散射射线称放散射射线,是散射射线的一部分(3分)。当γ射线射向闪烁体时,总有一部分γ射线没有被闪烁体吸收而逸出。当它与闪烁体周围的物质发生康普顿效应时,反散射光子返回闪烁体,通过光电效应被记录,这就构成反散射峰(3分)。当然,在放射源衬底材料中,以及探头的屏蔽材料中产生的反散射光子同样有可能对反散射峰作出贡献。根据康普顿效应中散射光子能量分布

'0.51

10.51cos hv hv θ

=

+- (MeV )

由上式可知,反散射光子能量最大不超过250keV 。(3分)

四、论述题(每题9分,共27分)

1. γ射线谱仪中能量分辨率的定义及其意义,简述NaI(Tl)探测器的能量分辨率指标。 解答:能量分辨率可以用全能峰的半高宽度(FWHM )或相对半高宽度(%)来表示(1分)。半高宽(FWHM )是指谱线峰最大计数一半处峰的能量宽度(2分);相对办高宽度(%)为半高宽度和谱线峰位能量的百分比(2分)。能量分辨率是表征伽马射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的重要参数,γ谱仪的能量分辨率率与γ射线的能量有关(2分)。NaI(Tl)探

测器能量分辨率指标一般用137

Cs 的0.662全能峰相对半高宽度来表示,目前的一般水平为6%~8%。(2分)

2. 简述γ射线与物质相互作用的光电效应,并说明由光电效应产生仪器谱的特点。 解答:一个具有hv 能量的光子与一个束缚电子发生相互作用,将全部能量传递给原子,光子消失,电子获得能量成为光电子,这一过程称为光电效应。(3分)

(或为,当γ射线与原子壳层轨道上的内层电子碰撞时,将所有能量hv 交给壳层的一个内层电子,电子克服了电离能,脱离原子而运动,产生了光电子,而γ射线被完全吸收,这种作用称为光电效应。) 1.作用截面 5

4

ph k ττ=

(×10-24cm 2) 1)当20hv m c <<,K 层光电截面

k τ可由量子力学有关方程式计算得到:

Na (T1)闪烁谱计数器的

137

Cs γ

7/2

25

200483(137)k m C Z r hv πτ??=?? ?

??

或 5 3.51()k C Z hv τ-= (1)

式中:Z —靶物质的原子序数;r 0—经典电子半径2.82×10-13

cm ;m 0—电子质量; c ——光速;C 1——比例常数。 2)当20hv m c >>,

512()k C Z hv τ-= (2) (1分)

2.光电子的能量

e k E E E γ=- (3)

式中,e E —光电子动能; E γ—入射光子能量;k E —k 层电子结合能;(1分)

光电子释放所产生的电子壳层电子空穴会被外层电子所填充,在次过程通过释放特征X 射线会俄歇电子的方式释放结合能。(1分)

光电效应会产生的自由光电子和一个或多个低能电子,如果产生的任何次级粒子没有逃逸出探测器,那么所产生的这些电子的能量等于入射γ射线的能量。对于这种理想过程,在仪器谱上表现的是出现一个能量等与入射γ粒子能量的单峰。而对于实际情况,由于低能X 特征射线可能的逃逸出探测器,因此,在小体积探测器上可能会出现能量略小于入射γ粒子能量的特征X 射线逃逸峰。(3分)

3. 试画出137Cs 伽玛射线源在NaI(Tl)闪烁计数器为探测器的仪器谱,并解释各谱峰的形成机理。

解答:一个典型的NaI (T1)谱仪测到的137

Cs 源的0.662MeV γ能谱。如右图所示(3分),谱线上有三个峰和一个平台。最右边的峰A 称为全能峰。这一脉冲幅度直接反映,射线的能量。这一峰中包含光电效应及多次效应的贡献。(2分)

平台状曲线B 就是康管顿散射效应的贡献,它的特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到)4/11/(γγE E +的连续的电子谱。

(2分) 峰C 是反散射峰。当γ射线射向闪烁体时,

总有一部分γ射线没有被闪烁体吸收而逸出。当它与闪烁体周围的物质发生散射时,反散射光子返回闪烁体,通过光电效应被记录,这就构成反散射峰。(1分) 峰D 是X 射线峰,它是由

137

Ba 的K 层特征X 射线贡献的

137

Cs 的β衰变子体

137

Ba 的0.662MeV

激发态,在放出内转换电子后,造成K 空位,外层电子跃迁后产生此X 光子。(1分)

五、计算题(10分)

1. 对下图的谱线进行能量刻度,计算214Bi-1760keV特征峰道址,并在谱线上标明特征峰的位置。(图中:CH为道址,EN为能量)

解答:根据已经知道的射线的全能峰道址和全能峰峰位能量,根据关系式EN=CH*a+c,列线性方程组,求解。(3分)

609=173*a+c

2620=723*a+c

解方程组得a=3.656,c=-23.5。(2分)

根据能量刻度系数求1760keV特征峰的道址(2分)

CH1760=(1760+23.5)/3.656≈487

由求出1760keV特征峰道址可在图中找到1760光电峰的位臵,如图红箭头所指位臵。(3分)

核辐射探测A答案.

X X X X X X 2007 –2008 学年度第2学期 核辐射探测 课程试卷(A 卷、05级反应堆工程、生物医学工程专业) 考试日期:2008年6月13日 考试类别:考试 考试时间:120分钟 题号 一 二 三 四 五 …… 总分 得分 一、简答题:(共 35 分) 1.带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式?(5分) 与原子核弹性碰撞;(核阻止)(1分) 与原子核的非弹性碰撞;(轫致辐射)(1分) 与核外电子弹性碰撞; (1分) 与核外电子的非弹性碰撞;(电离和激发)(1分) 正电子湮灭;(1分) 2.气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。(5分) 填空: Ⅰ 复合区(1分)Ⅱ饱和区(电离室区)(1分)Ⅲ 正比(计数)区(1分) Ⅳ 有限正比区 (1分)Ⅴ G-M 区 (1分) 注:1)有限区的0.5分 3.通用闪烁体探头的组成部件有那些?为什么要进行避光处理?(5分) 答案要点1)闪烁体(1分)、光学收集系统(1分)(硅油和反射层)、光电倍增管(1分)、 2)光电倍增管的光阴极(1分)具有可见光光敏性(1分),保护光电倍增管。 4.PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器?(5分) 答:由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关(1分),而结电容 随偏压(2分)而变化,因此当所加偏压不稳定时,将会使h 发生附加的涨落,不利于能谱的测量;为解决该矛盾,PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器,而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大,可以保证 C 入 >> Cd ,(2分)而 C 入是十分稳定的,从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的 得分 阅卷人 学院 专业 考号 姓名 ………………………………………线………………………………………订………………………………………装……………………………………… 0/1V C d

核辐射物理与探测学课后习题

第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时,它的动能和总能量各为多少? 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时,α粒子的质量为多少? 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ?=?= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ?=?= 试计算239U ,236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式,计算U U 239236,最后一个中子的结合能,并与1-5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后,放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1,C 14的573021=T 年;K 40的天然丰度为%0118.0,其半衰期a T 911026.1?=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变: Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90??→????→?--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间,其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000 cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-?U 。假定后者与其子体达平衡,试计算31000 cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得 Ra 226 的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42 MeV T =α两种α粒子组成,试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图(简图) (1)子体Rn 222核的反冲能; (2)Ra 226的衰变能; (3)激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度: Th He U 2304234+→; Rn C U 22212234+→; Po O U 21816234+→。

成都理工大学核辐射测量方法复习题(研究生师兄制作良心版)

一、名词解释(每名词3分,共24分) 半衰期:放射性核素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值。 放射性活度:表征放射性核素特征的物理量,单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A=dN/dt。 射气系数:在某一时间间隔内,岩石或矿石析出的射气量N1与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量N2的比值,即η*= N1/N2×100%。 原子核基态:处于最低能量状态的原子核,这种核的能级状态叫基态。 核衰变:放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核,并伴随放出射线的现象。 α衰变:放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程成为α衰变 衰变率:放射性核素单位时间内衰变的几率。 轨道电子俘获:原子核俘获了一个轨道电子,使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。 衰变常数:衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量,指原子核在某一特定状态下,经历核自发跃迁的概率。线衰减系数:射线在物质中穿行单位距离时被吸收的几率。 质量衰减系数:射线穿过单位质量介质时被吸收的几率或衰减的强度,也是线衰减系数除以密度。 铀镭平衡常数:表示矿(岩)石中铀镭质量比值与平衡状态时铀镭质量比值之比。 吸收剂量:电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm,吸收剂量单位为戈瑞(Gy)。 平均电离能:在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。 碰撞阻止本领:带电粒子通过物质时,在所经过的单位路程上,由于电离和激发而损失的平均能量。 核素:具有特定质量数,原子序数和核能态,而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子 粒子注量:进入单位立体球截面积的粒子数目。 粒子注量率:表示在单位时间内粒子注量的增量 能注量:在空间某一点处,射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积 能注量率:单位时间内进入单位立体球截面积的粒子能量总和 比释动能:不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和 剂量当量:某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和 同位素:具有相同的原子序数,但质量数不同,亦即中子数不同的一组核素 照射量:X=dq/dm,以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度 照射量率:单位质量单位时间内γ射线在空间一体积元中产生的电荷。 剂量当量指数:全身均匀照射的年剂量的极限值 同质异能素:具有相同质量数和相同原子序数而半衰期有明显差别的核素 平均寿命:放射性原子核平均生存的时间.与衰变常熟互为倒数。 电离能量损耗率:带电粒子通过物质时,所经过的单位路程上,由于电离和激发而损失的平均能量 平衡含量铀:达到放射性平衡时的铀含量 分辨时间: 两个相邻脉冲之间最短时间间隔 康普顿边:发生康普顿散射时,当康普顿散射角为一百八十度时所形成的边 康普顿坪:当康普顿散射角为零到一百八十度时所形成的平台 累计效应:指y光子在介质中通过多次相互作用所引起的y光子能量吸收 边缘效应: 次级电子产生靠近晶体边缘,他可能益处晶体以致部分动能损失在晶体外,所引起的脉冲幅度减小 和峰效应: 两哥y光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲,其对应能量为两个光子能量之和 双逃逸峰:指两个湮没光子不再进行相互作用就从探测器逃出去 响应函数: 探测器输出的脉冲幅度与入射γ射线能量之间的关系的数学表达式 能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数 探测效率:表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲1. 峰总比:全能峰的脉冲数与全谱下的脉冲数之比 峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比

核辐射探测习题解答2

第七章作业答案 1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解: 5152 5(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371! 5(0;5)0.08422! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为: (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2.若某时间内的真计数值是100,求得到计数为104的概率。 解: 高斯概率密度函数为: 2 22220.012102()2(100104)4(;,)100,10 104 (104;100;10)0.0145 N N P N N e N N P e e σσσ?-----======== 5.本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=60计数/min,试求对给定的测 量时间t b +t s 来说净计数率精确度最高时的最优比值t b /t s ;若净计数率的误差为 5%,t b 和t s 的最小值是多少? 解: 2:2:1 s b s b t t t t ==== 若要使净计数率的误差为5% 1122222211222222()60(6015)17.778().(6015).(5%) ()15(6015)8.889().(6015).(5%)s s s s b s s b n b s b b s b n n n n t n n n n n t n n δδ+?+?===--+?+?= ==-- 6.为了探测α粒子,有两种探测器可以选择,一种的本底为7计数/min,效率为0.02;另一种的本底为3计数/min,效率为0.016,对于低水平测量工作,应选用

原子核物理辐射探测学期末试题及其答案1

西南科技大学2010-2011-1学期 《核辐射探测学》本科期末考试试卷(B卷) 课程代码 2 4 3 1 4 0 9 8 0 命题单位国防科技学院辐射防护与环境工程教研室 一.填空题(每空2分,共30分) 1.带电粒子的射程是指__________________,重带电粒子的射程与其路程_________。 2.根据Bethe公式,速度相同的质子和氘核入射到靶物质中后,它们的能量损失率之比是 _________ 3.能量为2.5 MeV的γ光子与介质原子发生康普顿散射,反冲电子的能量范围为_________, 反冲角的变化范围是_________。 4.无机闪烁体NaI的发光时间常数是430 ns,则闪烁体被激发后发射其总光子数目90%的光 子所需要的时间是_________。 5.光电倍增管第一打拿极的倍增因子是20,第2~20个打拿极的倍增因子是4,打拿极间电 子传输效率为0.8,则光电倍增管的倍增系数为_________。 6.半导体探测器中,γ射线谱中全能峰的最大计数率同康普顿峰的最大计数率之比叫做____。 7.电离电子在气体中的运动主要包括_________、_________、_________。 8.探测效率是指___________与进入探测器的总的射线个数的比值。 9.若能量为2 keV的质子和能量为4 keV的α粒子将能量全部沉积在G-M计数器的灵敏体积 内,计数器输出信号的幅度之比是_________。 10.当PN结探测率的工作电压升高时,探测器的结电容_________,反向电流_________。 二.名词解释(每题4分,共16分) 1.湮没辐射 2.量子效率 3.电子脉冲电离室 4.分辨时间 三.简答题(每题8分,共32分) 1.电离室的工作机制?屏栅电离室相比一般的平板电离室有什么优点? 2.有机闪烁体中“移波剂”、无机闪烁体中“激活剂”,他们的作用分别是什么? 3.简述PIN结探测器的结构和工作原理,和PN结探测器相比它有什么优点? 4.气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器各有什么优点?用于α粒子探测的主要是哪类探 测器,为什么? 四.计算题(共22分)

核辐射物理与探测学复习

核辐射物理与探测学复习 注:本提纲中的问题覆盖范围并不完备,因此不能完全替代书本复习,仅作参考之用! 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器,还是闪烁、半导体探测器,其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子,分别是:气体(),闪烁体(),半导体(); 答: 气体:电子-离子对; 闪烁体:第一个打拿极收集到的光电子; 半导体:电子-空穴对; 2) 在这个转换过程中,每产生一个载流子都要消耗一定的能量,称之为(),对于三种探测 器来说,这个能量是不同的,分别大概是多少?气体(),闪烁体(),半导体()。这个能量是大些好,还是小些好?为什么? 答: 平均电离能;30eV,300eV,3eV; 这个能量越小越好,因为平均电离能越小,产生的载流子就越多,而载流子的数目服从法诺分布,载流子越多则其数目的相对涨落越小,这会导致更好的能量分辨率; 3) 在这个转换过程中,射线沉积在探测器中的能量是一个()变量,而载流子的数目是一 个()变量,载流子的数目是不确定的,它服从()分布,该分布的因子越是大些好,还是小些好?为什么? 答:连续型变量;离散型变量;法诺分布;法诺因子越小越好,小的法诺因子意味着小的统计涨落,导致好的能量分辨率; 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子(如γ、中子),在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为载 流子之前,还需要经历一个过程,如果没有该过程,则探测器无法感知射线。以γ射线为例,这个过程都包含哪些反应()?这个过程的产物是什么()?对于1个1MeV的入射γ射线,请随便给出一个可能的该产物能量()? 答: 对于γ射线,这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应(如果γ射线的能量>1.022MeV); 这些反应的产物都是次级电子; 对于1个1MeV的γ射线,次级电子的能量可以是几十keV~几百keV,也可以是接近1MeV; 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率,那么影响探测效率(本征)的因素都有 哪些()?在选择探测器的时候,为了得到高的探测效率(本征),应该做什么考虑()?

成都理工大学《核辐射测量方法》考题

“核辐射测量方法”思考题 一、名词解释 1.核素 2.半衰期 3.碰撞阻止本领 4.平均电离能 5.粒子注量 6.粒子注量率 7.能注量 8.能注量率 9.比释动能 10.吸收剂量 11.剂量当量 12.辐射量 13.同位素 14.放射性活度 15.照射量 16.剂量当量指数 17.射气系数 18.α衰变 19.核衰变 20.同质异能素 21.轨道电子俘获 22.半衰期 23.平均寿命 24.电离能量损耗率 25.衰变常数 26.伽玛常数 27.平衡铀含量 28.分辨时间 29.轫致辐射 30.康普顿边 31.康普顿坪 32.累计效应 33.边缘效应 34.和峰效应 35.双逃逸峰

36.响应函数 37.衰变率 38.能量分辨率 39.探测效率 40.峰总比 41.峰康比 42.能量线性 43.入射本征效率 44.本征峰效率 45.源探测效率 46.源峰探测效率 47.俄歇电子 48.线衰减系数 49.光电吸收系数 50.质量衰减系数 51.光电截面 52.原子核基态 53.铀镭平衡常数 54.放射性活度 55.碰撞阻止本领 56.离子复合 57.光能产额 58.绝对闪烁效率 59. 二、填空 1.天然放射性钍系列的起始核素是其半衰期是。 2.天然放射性铀系列的起始核素是其半衰期是。 3.铀系、钍系和锕铀系中的气态核素分别是、和; 其半衰期分别是、和。 4.α射线与物质相互作用的主要形式是和。 5.β射线与物质相互作用的主要形式是、和。 6.天然γ射线与物质相互作用的主要形式是、和 7.β衰变的三种形式是、和。 8.形成电子对效应的入射光子能量应大于MeV。 9.用γ能谱测定铀、钍、钾含量,一般选择的γ辐射体是、和; 其γ光子的能量分别是、和。 10.β-衰变的实质是母核中的一个转变为。

西南科技大学 最新 原子核物理及辐射探测学_1-10章答案

西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时,它的动能和总能量各为多少? 答:总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==; 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时,α粒子的质量为多少? 答:α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100,质量增加了多少? 答:kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知:()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==

试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答:最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?: ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时,原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数,R 为核半径,0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答:查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式,计算U U 239236,最后一个中子的结合能,并与1-5式的结果进行比较。 答:()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236,144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式,得到

核辐射测量数据处理习题及答案

核数据处理理论知识 核辐射测量数据特征:随机性(被测对象测量过程)局限性混合型空间性 数据分类:测量型计数型级序型状态型名义型 精度:精密度正确度准确度 统计误差:核辐射测量中,待测物理量本身就是一个随机变量。准确值为无限次测量的平均值, 实际测量为有限次,把样本的平均值作为真平均值,因此存在误差。 变量分类:(原始组合变换)变量 误差来源:(设备方法人员环境被测对象)误差 误差分类:系统误差随机误差统计误差粗大误差 放射性测量统计误差的规律答:各次测量值围绕平均值涨落二项分布泊松分布高斯分布 精度的计算,提高测量精度的方法?答:采用灵敏度高的探测器增加放射源强度增加测量次数延长测量时间减少测量时本底计数 放射性测量中的统计误差与一般测量的误差的异同点?答:不同点:测量对象是随机的,核衰变本身具有统计性,放射性测量数据间相差可能很大。测量过程中存在各种随机因素影响。相同点:测量都存在误差。 样本的集中性统计量?答:算术平均值几何平均值中位数众数(最大频数) 样本的离散性统计量?答:极差方差变异系数或然系数算术平均误差 单变量的线性变换方法?答: 1.标准化变换 2.极差变换 3.均匀化变换 4.均方差变换 单变量的正态化变换方法?答:标准化变化角度变换平方根变换对数变换 数据网格化变换的目的?答: 1.把不规则的网点变为规则网点 2.网格加密 数据网格变换的方法?答: 1.插值法(拉格朗日插值三次样条插值距离导数法方位法) 2.曲面拟合法(趋势面拟合法趋势面和残差叠加法加权最小二乘拟合法) 边界扩充的方法有哪些?答:拉格朗日外推法余弦尖灭法偶开拓法直接扩充法补零法 核数据检验目的: 1.帮助检查测量系统的工作和测量条件是否正常和稳定,判断测量除统计误差外是否存在其它的随机误差或系统误差 2.确定测量数据之间的差异是统计涨落引起的,还是测量对象或条件确实发生了变化引起的 变量选择的数学方法:几何作图法(点聚图数轴)相关法(简单相关系数逐步回归分析秩相关 系数)秩和检验法 谱数据处理—问答题谱的两大特点?答: 1.放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系 2.放射性核素含量和辐射强度成正比 谱光滑的意义是什么?方法有哪些?答:意义 1.由于核衰变及测量的统计性,当计数较小时, 计数的统计涨落比较大,计数最多的一道不一定是高斯分布的期望,真正峰被湮没在统计涨落中2.为了在统计涨落的影响下,能可靠的识别峰的存在,并准确确定峰的位置和能量,从而完成定 性分析,就需要谱光滑 3.由于散射的影响,峰边界受统计涨落较大,需要谱光滑方法算术滑动平均法重心法多项式最小二乘法其他(傅里叶变换法) 寻峰的方法有哪些?答:简单比较法导数法对称零面积变换法二阶插值多项式计算峰位法 重心法拟合二次多项式计算峰位法 峰面积计算的意义和方法?答: 1)峰面积的计算是定量分析的基础。2)知道了特征峰的净峰面积,就可以计算目标元素的含量线性本底法(科沃尔沃森 Sterlinski )峰面积法单峰曲面拟合法 谱的定性分析、定量分析的内容?答:定性:确定产生放射性的核素或元素定量:峰边界的确定峰面积计算重锋分析含量计算 核辐射测量特点:核辐射是核衰变的产物核辐射的能量具有特征性核素的含量与特征辐射的

核辐射物理电子讲义第一章

核辐射物理及探测学 辐射的定义(R a d i a t i o n): 以玻或运动粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量(如声辐射、热辐射、电磁辐射、α辐射、β辐射、中子辐射等)的统称。 通常论及的“辐射”概念是狭义的,它不包括无线电波和射频波等低能电磁辐射,也不包括声辐射和热辐射,而仅是指高能电磁辐射(光辐射)和粒子辐射。这种狭义的“辐射”又称为“射线”。 按照其来源,辐射(射线)可以分为核辐射、原子辐射、宇宙辐射等,又可分为天然辐射、人工辐射等。 按照其荷电情况和粒子性质,辐射(射线)又可分为:带电粒子辐射,如α、p、D、T、±π、±μ、±e等;中性粒 子,如n、ν、?π等;电磁辐射,如γ射线和X射线等。 课程介绍: 核辐射物理及探测学是工程物理系本科生的一门主干专业基础课。本课程要使学生对于核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法具有深入明确的了解,并具有创造性地灵活应用的能力。经过后续实验课的学习,学生在辐射探测实验技术方面将进一步获得充分的训练。 核辐射物理及探测学是一门内容非常丰富与科学实验关系极其密切的课程。核辐射物理涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征,辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等,是核科学及核工程的基础。辐射探测学是近百年来核科学工作者在实践中发明、发展的探测器与探测方法的归纳和总结。通过课程学习应当培养学生掌握如何从实际出发分析问题、解决问题,以及如何综合应用基础理论和所学的各种知识的思维方法和能力,本课程中讲授的核辐射物理、辐射探测器与探测方法方面的知识,将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工作打下良好的基础。 本课程主要由三部分组成: (1)核辐射物理学。(第一章~第六章)这既是辐射探测的物理基础,又是其他专业课的基础。 22学时 (2)辐射探侧器件与装置的原理、性能和应用。(第七章~第十章)26学时 (3)探测辐射的理论和方法。(第十一章,第十二章)16学时 教科书:《核辐射物理与探测学》(讲义)陈伯显编著 《致电离辐射探测学》(讲义)安继刚编著 参考书:《原子核物理实验方法》复旦,清华,北大合编出版社:原子能出版社 《辐射探测与测量》(美)格伦F.诺尔著出版社:原子能出版社 《N u c l e a r R a d i a t i o n P h y s i c s》 R a l p h E. L a p p a n d H o w a r d L. A n d r e w s, P r e n t i c e-H e l l, I n c, E n d l e w o o d C l i f f s, N e w J e r s e y, 1997.

核辐射探测复习题第四章半导体探测器答案

1. 小于10-5Ω·cm ;大于1014Ω·cm ;10-2 ~109Ω·cm 。 2. 核辐射粒子射入PN 结区后,通过与半导体的相互作用,损失能量产生电子-空穴对。在 外电场作用下,电子和空穴分别向两极漂移,于是在输出回路中形成信号,当电场足够强时,电子和空穴在结区的复合和俘获可以忽略时,输出信号的幅度与带电粒子在结区消耗的能量成正比。 3. 金硅面垒α半导体探测器;Ge (Li )探测器;Si (Li )探测器;HPGe 探测器;HgI 2探 测器;CdTe 探测器;CdSe 探测器。 4. 扩散型;面垒型;离子注入。 5. PN 结加偏压的目的是:使得PN 结的传导电流很小,相当于PN 结二极管加上反向电压 的情况;内部工作机理是相当于加上反向偏压后P 区中空穴从结区被吸引到接触点,相同的是,N 区中的电子也向结区外移动,那么结区宽度就会变宽。 6. 电荷运动的瞬时涨落。 7. 记录到的脉冲数;入射到探测器灵敏体积内的γ光子数。 8. ε源=π4Ω·ε本征 9. 全能峰内的计数;源发射的γ光子数。 10. 前置放大器与探测器的连接方式有交流耦合和直流耦合两种;其中,交流耦合的优点是 探测器和前置放大器的直流工作点互相隔离,设计简单。缺点是由于探测器负载电阻和耦合电容的存在,增加了分布电容,使得噪声增加,能量分辨率变差。直流耦合的特点是消除了耦合电容和负载电阻对地的分布电容,有效地提高信噪比,对低能X 射线的探测尤为重要。 11. 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。辐射损伤是由于入射粒子通过半导体材料撞击原子产生填隙空位对引起的,它在半导体材料中形成的施主、受主、陷阱等可以作为俘获中心,从而降低载流子的寿命,影响载流子的收集,而且使电阻率发生变化,材料性能变化会使探测器性能变坏。 12. 半导体探测器的优点是: A 电离辐射在半导体介质中产生一对电子、空穴所需能量大约比气体中产生一对电子、离子对少一个数量级,因而电荷数的相对统计涨落也就小很多,能量分辨率高; B 带电粒子在半导体中形成电离密度要比在气体中形成高大约3个数量级,因而具有高空间分辨和快时间响应的探测器。 C 测量电离辐射的能量时,线性范围宽。 半导体探测器的缺点是: A 对辐射损伤效应灵敏,受强辐照后性能变差。 B 常用的Ge 探测器,要在低温条件下工作,使用不便,限制了应用范围。

核辐射探测作业答案-9页精选文档

<<核辐射探测作业答案>> 第一章作业答案 α在铝中的射程 3.从重带电粒子在物质中的射程和在物质中的平均速度公式,估算4MeV 的非相对论α粒子在硅中慢化到速度等于零(假定慢化是匀速的)所需的阻止时间(4MeV α粒子在硅中的射程为17.8㎝)。 解: 依题意慢化是均减速的,有均减速运动公式: 依题已知:17.8s R cm α== 由2 212E E m v v m αααααα = ?= 可得:82.5610t s -=? 这里 27271322 71044 1.6610() 6.646510() 44 1.60101.38910() m u kg kg E MeV J v v m s ααα------==??=?==??==? 4.10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时,它们的辐射损失率之比是多少? 20MeV 的电子穿过铅时,辐射损失率和电离损失率之比是多少? 解: 由22rad dE z E dx m ?? ∝ ??? 5.能量为13.7MeV 的α粒子射到铝箔上,试问铝箔的厚度多大时穿过铝箔的α粒子的能量等于7.0MeV? 解: 13.7MeV 的α粒子在铝箔中的射程1R α,7.0MeV α粒子在铝箔中的射程2R α之差即为穿过铝箔的厚度d 由 6.当电子在铝中的辐射损失是全部能量损失的1/4时,试估计电子的动能。27MeV 的电子在铝中的总能量损失率是多少? 解: 不考虑轨道电子屏蔽时 考虑电子屏蔽时 123122326 3 4(1)1 ()[ln((83))]13718 41314 6.02310277.3107.9510[((8313)0.06] 3.03/() 3.03/0.437 6.93() 3.03 6.939.9610/e rad e ion z z NE dE r z dx MeV cm dE dx dE MeV cm dx -- --+-=+=???????????+=- ===+=≈和7.当快电子穿过厚为0.40㎝的某物质层后,其能量平均减少了25%.若已知电子的能量损失基本上是辐射损失,试求电子的辐射长度。

本科核辐射测量方法考题及参考答案

成都理工大学学年 第一学期《核辐射测量方法》考试试题 参考答案与评分标准 一、名词解释(每名词3分,共18分) 1. 探测效率:探测效益率是表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲计数之间关系的重要物理参数。 2. 衰变常数:衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量,指原子核在某一特定状态下,经历核自发跃迁的概率。 3. 吸收剂量:电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm,吸收剂量单位为戈瑞(Gy)。 4. 平均电离能:在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。 5. 放射性活度:表征放射性核素特征的物理量,单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A=dN/dt。 6.碰撞阻止本领:带电粒子通过物质时,在所经过的单位路程上,由于电离和激发而损失的平均能量。 二、填空题(每空0.5分,共9分) 1.α射线与物质相互作用的主要形式是电离和激发。 2.铀系气态核素是222Rn;其半衰期是 3.825d。 3.用γ能谱测定铀、钍、钾含量,一般选择的γ辐射体是214Bi 、208Tl 和40K;其γ光子的能量分别是 1.76MeV 、 2.62MeV和 1.46MeV。 4.β+衰变的实质是母核中的一个质子转变为中子。 5.放射性活度的单位为:Bq;照射量率的单位为:C/kg*s;能注量率的单位为 W/m2。 6.β射线与物质相互作用方式主要有电离与激发、轫致辐射和弹性散射。

三、简要回答下列问题(每题6分,共36分) 1.简述NaI(Tl)探测器的特征X射线逃逸以及对谱线的影响。 解答:当γ光子在晶体内发生光电效应时,原子的相应壳层上将留一空位,当外层电子补入时,会有特征X射线或俄歇电子发出(3分)。若光电效应发生在靠近晶体表面处时,则改特征X射线有可能逃逸出探测晶体,使入射光子在晶体内沉淀的能量小于光子能量,光子能量与在晶体内沉淀能量即差为特征X射线能量(2分)。因此,使用Na(Tl)晶体做探测器时,碘原子K层特征射线能量为38keV,在测量的γ谱线上将会出一个能量比入射γ射线能量小28keV的碘特征射线逃逸峰(2分)。随着入射射线能量增加和探测晶体体积的增大,NaI(Tl)探测器的特征X射线逃逸峰会逐渐消失。(2分) 2.画出γ能谱仪的基本框图,并说明各个部分的作用。 图(3分) 闪烁体和倍增管是探测器部分,用于将γ射线的能量转化为可以探测的电信号。前置放大器是将信号进行一定倍数的放大。主放大器是将信号转化微可以供多道脉冲幅度分析器使用的信号。多道脉冲幅度分析器将信号转化成数字信号。微机对采集的信号进行软件的处理。(3分) 3.随着入射γ射线能量的变化,γ射线与物质相互作用的主要效应所占比例如何变化? 解答:伽马射线与物质相互作用的主要形式是光电效应、康普顿效应和电子对效应。随着入射伽玛射线能量的变化,三种效应所占比例是不同的。低能光子与物质作用的主要形式是光电效应(2分);随着射线能量增大,光电效应所占比例逐渐降低,康普顿效应所占比例增加,成为射线与物质作用的主要形式(2分)。当入射光子能量大于1.02MeV,将存在形成电子对效应的几率,并随着能量的继续增大,电子对效应所占的比例会逐渐增大;而康普顿效应和光电效应所占比例逐渐降低。电子对效应是高能量光子与物质作用的主要的作用形式。(2分) 4.简述半导体探测器的工作原理。 解答:半导体探测器工作时,在搬半导体P区和N区加反向电压,使空间电荷电场增强。电子和空穴分别向正负两级扩散,使得探测器灵敏区的厚度增大。(3分)当探测的射线进入

原子核物理及核辐射探测学第一章-第三章习题参考答案

第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时,它的动能和总能量各为多少? 答:总能量 () MeV ....c v c m m c E e 924003521511012 2 22 =?? ? ??-= -= =; 动能 () MeV c v c m T e 413.0111 2 2=??? ? ? ?? ?? ?--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时,α粒子的质量为多少? 答:α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+ =≈-= α粒子的质量 g u m m 232 2 010128.28186.1295.010026.41-?==-= -= βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100,质量增加了多少? 答:kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 122 8 5 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知:()();054325239;050786238239238u .U M u .U M ==

( )( ) u .U M ;u .U M 045582236043944235236 235 == 试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答:最后一个中子的结合能 ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?: ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?=()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6 求C 136和N 13 7核库仑能之差。 答:C 136和N 137核库仑能之差为 ()()?? ?????---?=?3 1011220211453A r Z Z Z Z e E C πε () ??? ? ???????-????? =---311512 2 19 131051566710858410602153...π MeV .J .935210696413=?=- 1-8利用结合能半经验公式,计算U U 239236,最后一个中子的结合能,并与1-5式的结果进行比较。 答:()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +?? ? ??----=--12 3 123 22, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B

核辐射探测器及核电子学

《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题(20分,每小题2分) 1.α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种:激发、电离 2.γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种:康普顿散射、光电效应、形成电子对 3.β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种:激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4.由NaI(Tl)组成的闪烁计数器,分辨时间约为:几μs;G-M计数管的分辨时间大约为:一百μs。 5.电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。 6.半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高,是因为:其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 7.由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器,一般用来探测α射线的强度 8.由NaI(Tl)组成的闪烁计数器,一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9.电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10.正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11.G-M计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12.金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13.Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强

度、能量和强度 14.HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15.对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积 16.对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17.G-M计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18.前置放大器的类型主要分为以下三种:电压型、电流型、电荷灵敏型19.前置放大器的两个主要作用是:提高信-噪比、阻抗匹配。 20.谱仪放大器的两个主要作用是:信号放大、脉冲成形 21.滤波成效电路主要作用是:抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22.微分电路主要作用是:使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23.积分电路主要作用是:使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24.单道脉冲幅度分析器作用是:选择幅度在上下甄别阈之间的信号25.多道脉冲幅度分析器的道数(M)指的是:多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26.谱仪放大器的线性指标包括:积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题(10分,每小题5分) 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数,可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率:定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱:由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图, 是一连续谱

核辐射测量方法

核辐射测量方法 葛良全 周四春 成都理工大学核技术与自化工程学院 2007.8

前言 本讲义旨在缓解我院“核工程与核技术”专业人才培养计划调整后尚无专业教材的状况。主要内容有核辐射测量基础知识、射线与物质相互作用、核辐射测量的单位、核辐射防护知识、γ射线测量方法、β射线测量方法、α射线测量方法、X射线荧光测量方法、核辐射测量统计学与误差预测等。该讲义可作为“核工程与核技术”和“辐射防护与环境保护”专业的核辐射测量方法课程的教材,也可作为“测控技术与仪器”、“勘查技术工程”和“地球化学”(铀矿地质勘探方向)等本科专业的教学参考书,以及“核科学与技术”学科专业研究生教学的参考书。 本讲义相关内容主要从以下几本参考书的有关内容编辑: [1]章晔,华荣洲、石柏慎编著,放射性方法勘查,原子能出版社,1990 [2]葛良全,周四春,赖万昌编著,原位X辐射取样技术,四川科学技 术出版社,1997 [3]格伦敦F 诺尔著(李旭等译),辐射探测与测量,原子能出版社, 1984。 [4]复旦大学、清华大学、北京大学,原子核物理实验方法,北京,原 子能出版社,1985 [5]李星洪等编,辐射防护基础,北京,原子能出版社,1982 [6]吴慧山,核技术勘查,北京,原子能出版社,1998 [7]王韶舜,核与粒子物理实验方法,北京,原子能出版社,1989

1 第1章 放射性方法勘查的基本知识 1.1 原子和原子核 1.1.1 原 子 原子是构成自然界各种元素的最基本单位,由原子核及核外轨道电子(又称束缚 电子或绕行电子)组成。原子的体积很小,直径只有10- 8cm 左右,原子的质量也很小, 例如氢原子质量为1.67356×10- 24g ,铀原子的质量为3.951×10-22g 。原子的中心为原子核,它的直径比原子的直径小得多,为n·10-13~n ·10-12(cm),但它集中了原子的绝大部分质量。例如氢原子由原子核和一个束缚电子组成,其结构示于图1-1,氢核的质量为1.67×10-24g ,而束缚电子的质量仅 为9.1×10-28g ,两者的比值近似为1/1840。对 于原子序数较大的原子,这个比值更小些。例如,铀原子92个绕行电子的总质量和原子核质量之比为1/4717。 原子核带正电荷,束缚电子带负电荷,两者所带的电荷量相等,符号相反,因此原子本身呈中性。当原子吸收外来的能量,使轨道上的电子脱离原子核的吸引而自由运动时,原子便失去电子而呈现电性,成为正离子。 原子中束缚电子按一定的轨道绕原子核运动,相应的原子处于一定的能量状态。对一种原子来说,它的绕行电子的数目和运动轨道都是一定的,因此每一个原子只能处于一定的,不连续的一系列稳定状态中。这一系列稳定状态,可用相应的一组能量W i 表征,W 称为原子的能级。处于稳定状态的原子,不放出能量。当原子由较高能级W 1跃迁到较低的能级W 2时,相应的能量变化△W 即W 1一W 2,以发射光子的形式释放出来,此时光子的能量为: 21W W hv ?= 式中,h ——普朗克常数,等于6.6262×10-34J·s ; v ——光子的频率。 将某种原子发射的各种频率的光子按波长排列起来,便构成了该种原子的发射 图1-1 氢原子核结构示意图 10-13cm 10-8cm

核辐射探测期末复习资料A.

核技术 探测复习材料 一、简答题:(共 35 分) 1.带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式?(5分) 与原子核弹性碰撞;(核阻止)(1分) 与原子核的非弹性碰撞;(轫致辐射)(1分) 与核外电子弹性碰撞; (1分) 与核外电子的非弹性碰撞;(电离和激发)(1分) 正电子湮灭;(1分) 2.气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。(5分) 填空: Ⅰ 复合区(1分)Ⅱ饱和区(电离室区)(1分)Ⅲ 正比(计数)区(1分) Ⅳ 有限正比区 (1分)Ⅴ G-M 区 (1分) 注:1)有限区的0.5分 3.通用闪烁体探头的组成部件有那些?为什么要进行避光处理?(5分) 答案要点1)闪烁体(1分)、光学收集系统(1分)(硅油和反射层)、光电倍增管(1分)、 2)光电倍增管的光阴极(1分)具有可见光光敏性(1分),保护光电倍增管。 4.PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器?(5分) 答:由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关(1分),而结电容 随偏压(2分)而变化,因此当所加偏压不稳定时,将会使h 发生附加的涨落,不利于能谱的测量;为解决该矛盾,PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器,而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大,可以保证 C 入 >> Cd ,(2分)而 C 入是十分稳定的,从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。 注)1所有讲述半导体探测器原理得1分 5.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标,这两个指标是指什么?为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好,试用公式解释?(5分) 答案要点: 第1问: 能量分辨率(1.5分)和探测效率(1.5分) 注:1)答成计数率得1分 0/1V C d

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