核辐射探测复习知识点

第一章辐射与物质的相互作用

与物质相互作用:1.带电粒子与靶原子核的核外电子非弹性碰撞(电离,激发)2.带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞(辐射损失)3.带电粒子与靶原子核弹性碰撞(核阻止)4.带电粒子与核外电子弹性碰撞

电离损失能量:入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞使靶物质原子电离或激发而损失的能量(电离:核外层电子客服束缚成为自由电子,原子成为正离子激发:使核外电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态)辐射损失能量:入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞以辐射光子损失能量轫致辐射:入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用使带电粒子的速度和方向改变,并伴随发射电磁辐射

阻止本领:单位路径上的能量损失 S=-dE/dx=Sion+Srad

重:S=Sion=(1/4πε0)2(4πz2e4/m0v)2NB

Bethe公式结论:1.电离能了损失率和入射带电粒子速度有关,质量无关2.和电荷数平方z2正比

3.Sion随粒子轮滑天地E/n变化曲线:a段:入射粒子能量E较低时, Sion与z2成正比,曲线上升 b段(0.03MeV-3000MeV):相对论项作用不显著, Sion与E成反比,曲线下降 c段:耐热粘合剂能量较高时,相对论修正项起作用, Sion与B成正比,曲线上升4.高Z和ρ物质阻止本领高

布拉格曲线:随穿透距离增大而上升,接近径迹末端,由于拾取电荷而下降。

同样能量的入射带电粒子经过一定距离后,各个粒子损失的能量不会完全相同,是随机性的,发生了能量离散,即能量歧离. 射程歧离:单能离子的射程也是涨落的为何峰值上升?因为部分粒子已经停止运动,相当于通道变窄,剩余粒子能量集中,导致峰值上升.沿x方向,能量降低,离散程度变大,峰值降低.

射程R带电粒子沿入射方向所行径的最大距离路程:实际轨迹长度

解释各种粒子的轨迹:重带电粒子质量大,其与物质原子的轨道电子相互作用基本不会导致运动方向有偏差,径迹几乎是直线:由于次级电离,曲线会有分叉:质子和α粒子粗细差别:能量提高,径迹变细.电子的径迹不是直线,散射大. 射程R正比于m/z2

1.v同两种粒子同物质R1/R2=m1/m2*（z2/z1）2

乔2.v同一种粒子两物质Ra/Rb=√Aa/√Ab *(ρb/ρa)

α粒子空气射程R0=0.318Eα1.5 R=3.2*10-4√A/ρ*Rair

比电离:带电粒子在穿透单位距离介质时产生的离子对的平均数

δ射线:带电粒子在穿透介质时产生的电子-离子对中的具有足够能量可以进一步电离的电子电子Srad/Sion=EZ/800

快电子Srad正比于z2E/m2*NZ2 屏蔽电子材料:当要吸收、屏蔽β射线时,不宜选用重材料:当要获得强的X射线时,选用重材料做靶.

电子反散射及效应:电子由原入射方向的反方向反射回来,从入射表面射出.对于放射源,反散射可以提高产额:对于探测器,会产生测量偏差. When反散射严重:对于同种材料,入射电子能量越低反散射越严重:对同样能量的入射电子,原子序数越高的材料,反散射越严重

光电效应:光子把全部能量转移给某个束缚电子,使其发射出去而光子本身消失的过程.是光子和整个原子的作用结果,主要集中在内层电子,还会有俄歇电子或特征X射线.(为何不与自

由电子-因为入射光子有部分能量传递给原子,使其发生反冲,否则能量不守恒)

采用高Z材料可提高探测效率,有效阻挡γ射线:γ光子能量越高,光电效应截面σph越小. 入射光子能量低时,光电子趋于垂直方向发射:入射光子能量高时,光电子趋于向前发射.

康普顿效应:γ射线和核外电子非弹性碰撞,入射光子一部分能量传递给电子,使之脱离原子成为反冲电子,光子受到散射,运动方向和速度改变,成为散射光子. 散射角θ=180时即入射光子和电子对心碰撞,散射光子沿入射光子反方向射出,反冲电子沿入射方向射出-反散射.能量高的入射光子有强烈的向前散射趋势,低的向前向后散射概率相当.

康普顿坪:单能入射光子所产生反冲电子的能量为连续分布,在能量较低处反冲电子数随能量变化小,呈平台状:康普顿边缘:在最大能量处,电子数目最多,呈尖锐的边界.峰值Ee=hν-200keV

电子对效应:当入射光子能量较高,从原子核旁边经过时,在库伦场作用下转换成一个正电子和一个负电子.电子对效应出现条件:hν>2m0c2=1.022MeV 电子和正电子沿入射光子方向的前向角度发射,能力越高,角度越前倾. 湮没辐射:正电子湮没放出光子的过程.实验上观测到511kev的湮没辐射为正电子的产生标志

单双逃逸峰:发生电子对效应后,正电子湮没放出的两个511keV的γ光子可能会射出探测器,使得γ射线在探测器中沉积的能量减小.

低能高Z光电,中能低Z康普顿,高能高Z电子对.

线形衰减系数 μ=σγN 质量衰减系数μm=μ/ρ 质量厚度xm=ρx

平均自由程: 表示光子每经过一次相互作用之前,在物质中所穿行的平均厚度 λ=1/μ 宽束N=N0Be-μd 窄束I(x)=I0e-μx

半减弱厚度:射线在物质中强度减弱一半时的厚度D1/2= λ ln2

第二章气体探测器

信息载流子:气体(电子离子对w=30eV,F=0.2-0.5)闪烁体(第一打拿极收集到的光电子w=300ev,F=1)半导体(电子空穴对w=3ev,F=0.1 )

平均电离能:带电粒子在气体中产生一对离子对所平均消耗的能量

电子和离子相对运动速度:电子漂移速度为离子1000倍,约106cm/s

雪崩:嘌呤霉素电子在气体中碰撞电离的过程. 条件:足够强的电场和电离产生的自由电子非自持放电:雪崩只发生一次自持放电:通过光子作用和二次电子发射,雪崩持续发展 R0C0<<1/n脉冲(电子T-<<R0C0n<<T+、离子R0C0n>>T+)、R0C0>>1/n累计(电流、脉冲束)

1.仅当正离子漂移时外回路才有离子电流i+(t)2.正离子从初始位置漂移到负极过程,流过外回路电荷量不是离子自身的电荷量e,而是在正极感应电荷量q第一次文代会1 电子电流i-(t)同理本征电流i(t)=i+(t)+i-(t) q1+q2=e

电离室构成:高压极,收集极,保护极和负载电阻工作气体:充满电离室内部的工作介质,应选用电子吸附系数小的气体.

圆柱型电子脉冲原理:利用圆柱形电场的特点来减少Q-对入射粒子位置的依赖关系,达到利用”电子脉冲”来测量能量的目的.

能量分辨率η=ΔE/E*100%=Δh/h*100%=2.36 ΔE能谱半高宽FWHM=ηE=2.36=2.36σ 探测效率:入射到脉冲探测器灵敏体积内辐射粒子被记录下的百分比总输出电荷量Q=N*e=E/W*e

脉冲电离室饱和特性曲线:饱和区斜率成因:灵敏体积增加,对复合的抑制,对扩散的抑制饱和电压V1-对应90%饱和区的脉冲幅度放电电压V2 工作电压V=V1+(V2-V1)/3 坪特性曲线:描绘电离室计数率和工作电压关系成因:甄别阈不同电压小于V1时在符合区,但不是每个粒子都能形成一个电子离子对.仅少数可达到计数阈值h,V0上升至饱和电压后电子离子对N基本不变

分辨时间(死时间):能分辨开两个相继入射粒子间的最小时间间隔

时滞:入射粒子的入射时刻和输出脉冲产生的时间差

累计电离室工作状态要求输出信号的相对均方涨落 VI2≈1/nT<<1 VV2≈1/2R0C0n<<1 饱和特性曲线斜率:灵敏体积增大,复合的抑制,漏电流灵敏度η=输出电流或电压值休闲农业论文/射粒子流强度(采用多级平行电极系统可提高) why曲线后部分离:部分电子离子对复合,未达到饱和电压,

引起输出电流信号偏小

正比计数器是一种非自持放电的气体探测器,利用碰撞电荷讲入射粒子直接产生的电离效应进行放大,使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大输出电荷信号主要由正离子漂移贡献 r处场强E(r)=V0/rlnb/a VT=ET*alnb/a 只有V0>VT才工作于正比工作区,否则电离室区气体放大倍数A=n(a)/n(r0)A仅于V0VT有关,与入射粒子位置无关气体放大过程(电子雪崩)当电子到打距极丝一定距离r0后,通过碰撞电离过程电子数目不断增加

电子与气体分子碰撞过程中碰撞电离,碰撞激发(气体退激发射子外光子,阴极打出次级电子,次级电子碰撞电离) 光子反馈:次级电子在电场加速下发生碰撞电离 At=A/1-γA 光子反馈很快;加入少量多原子分子气体M可以强烈吸收气体分子退激发出的紫外光子变成M*,后来又分解为小分子(超前离解) 气体放大过程中正离子作用:1.停止电子倍增2.再次触发电子倍增(离子反馈)

输出信号:1.电流脉冲形状一定,与入射粒子位置无关,电压脉冲为定前沿脉冲2.响应时间快3.R0C0>>T+时,获得最大输出脉冲幅度ANe/C0

分辨时间/死时间τD与脉冲宽度正比, τD内产生的脉冲不会被记录造成计数损失,死时间可扩展. m=n/1-nτD m真实n测量时滞:初始电子由产生处漂移到阳极时间时间分辨本领:正比计数器对时间测量的精度正比计数器坪特性曲线斜率:由于负电性气体、末端与管壁效应等,有部分幅度较小的脉冲随工作电压升高而越来越多地被记录下来

GM放电过程:1.初始电离和碰撞电离:电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩2.放电传播(光子反馈):Ar*放出紫外光子打到阴极上打出次级电子3.正离子鞘向阴极漂移,形成离子电流4.离子反馈:正离子在阴极表面电荷中和缺点GM死时间长,仅计数 At=A/1-γA

自持放电:阴极新产生电子向阳极漂移引起新的雪崩,从而在外回路形成第二个脉冲,周而复始.-实现自熄:改变工作高压,增加猝熄气体-有机(阻断光子,离子反馈;工作机制:1.电子加速发生碰撞电离形成电子潮-雪崩过程2.Ar*放出紫外光子被有机气体分子吸收3. 正离子鞘向阴极漂移实现电荷交换4.有机气体离子在阴极电荷中和),卤素(工作机制:1.电离过程靠Ne的亚稳态原子的中介作用形成电子潮2.Ne*退激发出光子在阴极打出电子,或被Br2吸收打出新点子3.正离子鞘Br+向阴极漂移4.Br+在阴极表面与电子中和超前解离)

GM管和正比计数器区别:GM输出信号幅度和能量无关,只能计数,死时间非扩展型死时间校

正:m=n(mτD+1)

GM坪特性曲线坪斜成因:随工作电压增高,正离子鞘电荷量增加,负电性气体电子释放增加,灵敏体积增大,尖端放电增加