辐射探测学复习要点.docx

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辐射探测学复习要点

辐射探测学复习要点

第一章辐射与物质的相互作用（含中子探测一章）

1.什么是射线？

由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。

2.射线与物质作用的分类有哪些？

重带电粒子、快电子、电磁辐射（γ射线与X射线）、中子与物质的相互作用

3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻止时间、反散射、正电子湮没、γ光子与物质的三种作用

电离损失：

对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。

辐射损失：

快电子除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒子静止质量m的平方成反比。

所以仅对电子才重点考虑

辐射能量损失率：

单位路径上，由于轫致辐射而损失的能量。

能量损失率：

指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止本领。

按能量损失作用的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”

能量歧离（EnergyStraggling）：

单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的（对一组粒子而言），而发生了能量的离散。

电子的射程比路程小得多。

射程：

带电粒子在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动方向所行径的最大距离称作射程，R。

实际轨迹叫做路程P。

射程歧离（RangeStraggling）：

由于带电粒子与物质相互作用是一个随机过程，因而与能量歧离一样，单能粒子的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。

能量的损失过程是随机的。

阻止时间：

将带电粒子阻止在吸收体内所需要的时间可由射程与平均速度来估算。

与射程成正比，与平均速度成反比。

反散射：

由于电子质量小，散射的角度可以很大，多次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。

正电子湮没放出光子的过程称为湮没辐射

γ光子与物质的三种作用：

光电效应（吸收）、康普顿效应（散射）、电子对效应（产生）

电离损失、辐射损失：

P138

4.中子与物质的相互作用，中子探测的特点、基本方法和基本原理

中子本身不带电，主要是与原子核发生作用，与γ射线一样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原子核反应中产生的次级电离粒子而使物质电离。

390

5.Bethe公式应用

对各种带电粒子是有效的，条件是这些粒子的速度保持大于物质原子中电子的轨道运动速度。

重离子治癌，质子刀，“大部分的能量沉积在病灶”

Bethe公式是描写电离能量损失率Sion与带电粒子速度v、电荷Z等关系的经典公式。

6.

辐射损失率公式应用

探测学中所涉及快电子的能量E一般不超过几个MeV，所以，辐射能量损失只有在高原子序数（大Z）的吸收材料中才是重要的。

7.自由电子不能发生光电效应

光电效应：

γ射线（光子）与物质原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去（称为光电子photoelectron），而光子本身消失的过程，称为光电效应。

第二章辐射探测中的统计学

1.？

计数统计学的意义

2.随机试验、随机事件、随机变量、概率、数学期望、方差、相对均方偏差、准确度、精确度、系统误差、偶然误差

随机试验：

一定条件下的每次观测。

随机事件：

随机试验的各种结果。

随机变量：

代表随机事件的数量ξ。

概率：

描述在某种随机试验中的各个随机事件出现的可能性

数学期望：

E（ξ）或E（X），简称为期望，又称为平均值、均值。

描述的是随机变量的平均值

方差：

D（ξ）或D（X），描述的是随机变量偏离其均值的程度。

相对均方偏差：

在实用中，我们会经常用到相对均方偏差（与以后将要学习到的能量分辨率有关），也称为相对均方涨落。

准确度（accuracy：

测量值与被测对象真值的一致程度。

可用测量值的平均值与真值的差来描述。

精密度（precision）测量的可重复性或可靠性。

可用测量的均方偏差来描述。

系统误差（systematicerrors）由于仪器本身的不精确、或实验方法粗略、或实验原理不完善而导致的测量值与实际值之间的误差。

系统误差难于发现。

无法通过统计的方法来进行分析，因为所有的数据都同时偏大或者偏小。

偶然误差（randomerrors）由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、测量对象的物理量构成影响而导致的测量误差。

利用大量的实验数据，可以实现对偶然误差的统计分析。

偶然误差可以对通过对大量测量值进行平均的方法来进行削弱。

3.伯努利试验:

随机试验只有两种可能的结果，非此即彼，这类随机试验称作伯努利实验.

4.二项式分布、泊松分布、高斯分布及其期望、方差和相对方差

对于长寿命的核素，在一定时间段内发射出的粒子数n满足泊松分布分布.

泊松分布期望m>>1时，二项式分布可用泊松分布和高斯分布代替

5.较简单复杂随机变量的期望、方差和相对方差

6.串级型随机变量的期望、方差和相对方差174

7.核衰变数与探测器计数的涨落分布

8.相邻两个和进位信号脉冲的时间间隔

9.一些常见情况下计数统计误差的传递ppt144

在一般的核测量中，常涉及函数的统计误差的计算，也就是误差传递（ErrorPropagation

（1）和差关系

（2）倍数关系（3）乘除关系（4）平均计数的统计误差（5）不等精度独立测量值的平均（6）存在本底时净计数率误差的计算（7）测量时间的选择

第三章气体电离探测器

1.为什么需要辐射探测器？

2.辐射探测器的定义与分类

将被测的射线转换为可观测信号的特殊器件，称之为电离辐射探测器，简称探测器

利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。

3.辐射探测的基本工作过程

辐射粒子射入“灵敏体积”

入射粒子与灵敏体积内的工作介质相互作用，损失能量并形成电离或激发

探测器通过自身特有的工作机制将入射粒子的电离或激发效果转化为某种输出信号

4.原电离、次电离、总电离、电离能、光致电离

光致电离：

介质中原子吸收一个光子，放出一个电子而电离。

5.被激发原子的退激方式ppt186

1）辐射光子、2）发射俄歇电子、3）亚稳态原子的退激。

受激原子处于亚稳态，仅当它与其它粒子发生非弹性碰撞时才能退激。

6.电子与离子在气体中的运动规律

气体的电离与激发、气体中电子与离子的漂移和扩散、电子与离子的复合与负离子的形成

1．气体的电离与激发

——载流子的产生

1．气体中离子、电子的漂移与扩散运动

——载流子的移动

1．气体放电

——载流子的“增多”

分两种情况来看：

没有外加电场的情况、有外加电场的情况

7.电离室的工作机制与输出回路

工作机制：

输出信号产生的物理过程

●极板a上加高压V0，极板ab间电容量为C1，则两极板的电荷量：

●在电离室内某一点引入一单位正电荷+e

●当+e电荷沿电场向收集极b运动，则上极板a上感应电荷q1减少，下极板b上感应电荷q2增加。

●当正电荷快到达极板的前一瞬间，-q1全部由a极板经外回路流到b极板，b极板上的感应电荷为-e

输出回路：

输出信号电流流过的所有回路。

8.脉冲电离室的输出信号和测量系统框图

脉冲电离室的输出信号：

电荷信号、电流信号、电压信号

脉冲电离室的输出信号需要用电子仪器来测量。

9.脉冲电离室的能量分辨率、饱和特性曲线、坪特性曲线、探测效率、时间特性

能量分辨率反映了谱仪对不同入射粒子能量的分辨能力

饱和特性曲线：

ppt263

.

坪特性曲线

探测效率

时间特性

10.累计电离室的输出信号和性能指标

累计电离室的主要性能：

饱和特性、灵敏度、线性范围、响应时间、能量响应

11.正比计数器的工作原理、光子反馈和离子反馈

工作原理：

利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应进行放大了，使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大正比计数器属于非自持放电的气体电离探测器。

光子反馈：

气体放大过程中的光子作用——光子反馈。

在电子与气体分子的碰撞中：

不仅能产生碰撞电离，同时也能产生碰撞激发

气体分子在退激时会发出紫外光子，其能量一般大于阴极材料的表面逸出功

紫外光子在阴极打出次电子。

次电子可以在电场的加速下发生碰撞电离。

这个过程称为光子反馈。

离子反馈219

12.G-M管的工作原理和性能指标228

一种利用自持放电的气体电离探测器。

第四章闪烁探测器

1.为什么要使用闪烁探测器？

闪烁探测器的优点：

探测效率高，适合于测量不带电粒子，如γ射线和中子，能够测量能谱。

时间特性好，有的探测器（如塑料闪烁体、BaF2）能够实现ns的时间分辨

2.什么是闪烁探测器？

闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。

3.闪烁探测器的工作过程245

4.闪烁体分类、发光效率、光能产额、发光衰减时间

248

5.光电倍增管：

类型、结构与工作原理、主要性能

类型：

1.外观的不同、2.根据光阴极形式、3.根据电子倍增系统

结构与工作原理

结构：

1.光学窗

2.光阴极

3.电子倍增系统（打拿极）

4.电子收集（阳极）

光电倍增管为电真空器件。

主要性能

6.闪烁探测器的输出信号

7.单晶闪烁谱仪的组成和工作原理

8.能量分辨率、探测效率、全能峰、单逃逸峰、双逃逸峰等相关性能指标的计算分析

能量分辨率：

已知Ge中法诺因子为F，射线产生一个电子空穴对所需的平均能量为w，设电荷收集是完全的、电子学噪声忽略不计。

问Ge（Li）探测器对Cs-137产生的0.662MeVγ射线的期望能量分辨率？

能量分辨率：

主要用于测量重带电粒子的能谱，如α,p等，一般要求耗尽层厚度大于入射粒子的射程。

影响活度测量的因素主要有哪些?

（P337~P338）

几何因素、探测器的本征探测效率、吸收因素、散射因素、分辨时间（即死时间）、本底计数

探测效率:

记录下来的脉冲数与进入探测器的总的射线个数的比值.。

对于一个各向同性、活度为A的放射源，若探测器探测效率为ε，覆盖的立体角为Ω。

则探测器的平均计数率是多少？

若要某次测量的总计数的相对标准偏差小于0.1%，则最短的测量时间应该是多少？

（P178）

全能峰：

对于一个由中等大小闪烁体晶体构成的闪烁谱仪，若入射γ光子束能量为10MeV，则单逃逸峰、双逃逸峰和康普顿边缘对应的能量分别是多少？

（P154、P362）

第五章半导体探测器

1.为什么要使用半导体探测器？

2.半导体探测器的特点

3.半导体探测器的基本原理

4.什么是信息载流子

5.能带知识、半导体基本知识、本征半导体、杂质半导体、施主杂质与施主能级、受主杂质与受主能级、补偿效应

6.P-N结半导体探测器的工作原理、类型、输出信号、主要性能，P-N结、死层及其厚度求解

7.P-I-N结、锂漂移探测器的工作原理

8.高纯锗探测器的工作原理与特点

？

简答题：

2.气体放大倍数指的是正比计数器中，对直接电离效应放大的倍数称为气体放大倍数

4.离子反馈：

正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原子分子气体阻断离子反馈。

5.光子反馈：

气体放大过程中的光子作用——光子反馈。

在电子与气体分子的碰撞中：

不仅能产生碰撞电离，同时也能产生碰撞激发

气体分子在退激时会发出紫外光子，其能量一般大于阴极材料的表面逸出功

紫外光子在阴极打出次电子。

次电子可以在电场的加速下发生碰撞电离。

这个过程称为光子反馈。