第三部分放射性核素的探测

放射性核素的探测气体电离探测器闪烁探测器放射性探测器中使用的电子仪器放射性样品的测量核计数的统计学处理射线与物质作用能产生各种效应。(电离、光电效应…)探测器是收集射线与物质作用所产生的光效应,将其转变成电脉冲。电子线路接收电脉冲。常用的探测器类型测量形式气体电离探测器固体闪烁探测器液体闪烁探测器半导体探测器激光扫描仪定量（强度测量）定性（能量测量）定位（相对定量，绝对定位）气体电离探测器气体作为吸收射线（带电粒子）的介质。带电粒子穿过气体时，气体被电离产生电子和正离子在强外电场作用下，可引起一个瞬间的电离电流.探测器记录电流所产生的脉冲信号.G-M计数器（Geiger-MullerCounters）射线（带电粒子）进入G-M管，产生电离，气体放大，雪崩现象，假计数，淬灭。G-M管内充有两种气体：1、惰性气体2、卤素气体（有机蒸汽）。惰性气体和有机蒸汽的最佳比例约为9：1，而卤素比例很小，常在0.1%-0.01%之间。淬灭原理：１、淬灭气体比惰性气体电离电势低。很容易将自己的电子转移给惰性气体。２、淬灭气体的正离子在与阴极作用时，打出次级电子和光子的几率很小，而主要是从阴极上获得电子被中和，成为激发态的分子，然后通过自身的解离释放多余的能量。3、淬灭气体对光子具有较强的吸收能力。闪烁探测器（ScintillationDetectors）闪烁探测器的组成见右图。闪烁体的种类很多，从化学成份上看分为无机和有机两大类，而从物理形态上又分为固体、固溶体、液体和气体。理想闪烁体的特征。无机和有机闪烁体的发光机制有很大的不同。大家自己看讲义。常用的无机闪烁体（NaI(Tl),ZnS(Ag)）,常用的有机闪烁体（塑料闪烁体）液体闪烁体（组成、特点）光电倍增管将光变成电(阴极)光电子在倍增级中倍增阳极输出电脉冲光耦合剂和光导放射性探测器中使用的电子仪器电脉冲通过电子仪器的状况.定标器或记录仪是在给定的时间内，累计、显示，由脉冲高度分析器输出的信号。各种探测器电子线路部分基本相同.探测器的调试确定甑别域值确定工作电压调整放大倍数计算探测效率(E)品质因素(F)的计算F=E2/B(B:本底计数)甑别域计数率有源无源工作阈值放射性样品的测量探测器的测量方式:定量测量(获得样品量多少的测量)绝对测量:利用测量装置直接测量或经过各种校正后测得样品的活度。相对测量:将样品和标准源在相同条件下进行测量。定性测量：根据放射性核素在衰变时都会发射出自己特征能量的射线，分析判断出射线种类样品的衰变数(dps)=样品的计数（cps)-本底计数（cps)E（探测效率）测量样品的制备液闪测量中的淬灭校正方法测量样品的制备放射性测量对样品制备的要求不高。相比之下液闪测量，多数样品需根据其测量形式进行一定的处理。液闪测量，包括：均相测量和非均相测量。非均相测量，包括：乳浊液测量法、悬浮液测量、固相法。液体体积一样,固体摆放位置一致。Tritonx-甲苯-水乳化剂::::::凝胶剂(硬脂酸铝等)一定大小微粒固相载体摆放位置液闪测量中的淬灭校正方法内标准源法：样品计数效率用外加的标准源（对标准源有要求）来确定。具体操作步骤是：先测样品计数率（C1）；加入已知活度（D）的标准源，并计数（C2）；确定计数效率E。E=（C2-C1）/D样品道比法：原理：1、淬灭时，β谱脉冲高度降低，能谱左移（见图2-15（1））2、β谱在给定的两个道内计数比值发生变化（见图2-15（2））3、道比值与淬灭程度与仪器探测效率有线性关系（见右下图）。具体方法见后。外标准源道比法计数率淬灭1淬灭2无淬灭脉冲高度（1）计数率B无淬灭CA淬灭1淬灭2脉冲高度（2）图2-15.淬灭对β谱的影响0.20.40.60.81.00102030405060E%B/A3H用样品道比法进行淬灭校正的方法是：配制一组（一般7—9个）放射性活度（DPM）已知并相等，但淬灭程度不同的一系列标准样品。在液闪中测出这些样品在两道中（A，B）的计数（CPM），算出道比值。通过E=（样品计数率-本底计数）/放射性活度计算出样品探测效率。以样品道比值作为横坐标，探测效率作为纵坐标可作出一条关系曲线（两道选取合理所得到的是一条直线或光滑的曲线）。未知样品测量时，可先测出该未知样品在两道中的计数率，算出道比值，利用道比值在标准曲线上查出探测效率。即可算出该未知样品的放射性活度大小。样品的衰变数(dps)=样品的计数（cps)-本底计数（cps)E（探测效率）核计数的统计学处理误差来源：系统误差、偶然误差、过失误差。统计误差是一种特殊的偶然误差，它是由核事件的微观过程本身的随机性所造成的。本节重点介绍涉及在核辐射计数测量应用中的统计（偶然）误差。核衰变的统计性，可通过实验观察到。平均计数N≤10时，它服从泊松分布。当N≥16时，它过渡到高斯分布。在放射性测量中N一般都远远大于16。统计误差的表示及运算。测量结果表示：N±σN，核衰变的标准误差可表示为：σN=N1/2（中科院原子能所编“放射性同位素知识应用”第156页），所以测量结果又能写成：N±N1/2相对误差F=σN/N=±N1/2/N=1/N1/2（相对误差反映测量的精确度）误差的运算（见讲义37页）统计分析的应用平均计数率的标准误差为：1、计数率、平均计数和平均计数率标准误差和相对误差的表示计数率的标准误差为：tntNn相对误差为：NntntnFn11平均计数的标准误差为：mNmNN相对误差为：NNmNmNFN11mtnmtNn相对误差为:nmtnmtnFn1注意：在此时间（t）和测量次数（m）看作无误差的确定值。样品净计数率的计算所有的核探测器都本底计数。所以探测器测量样品所得到的计数包括放射性样品（Nc）和仪器本底（Nb）计数两部分，样品的净计数（Ns）为：Ns=Nc-Nb如果tc和tb分别为放射性样品和本底的测量时间，则样品的净计数率为：bcbbccsnntNtNn根据误差运算公式，净计数率的标准误差为：bbccntntns相对误差为：bcbbccnnntntnFs例：在4分钟里，测得总的样品的计数是6000，本底是计数4000。问：其净计数率和标准误差各是多少？解：)(500100015004400046000cpmnntNtNnbcbbccs25425004100041500bbccntntns所以，ns=500±25cpm测量时间的合理分配在给定总测量时间T内（T=tc+tb），tc和tb如何分配可使测量误差最小？因为bbccntntns所以，欲使σns最小，应令上式的一阶导数为零，即021cbcctTntndtd0212221cbcccbcctTntntTntn因为上式中021cbcctTntn故022cbcctTntn整理后bcbcnntt估算所需的测量时间给定测量时相对误差，计算满足不大于这个相对误差时所需要的最短测量时间。将bcbcnntt代入bcbbccnnntntnFs得bcbbbcbcnbccbcbccnnntnnntnFnnnntntnFss,整理可得22bcnbcccnnFnnnt22bcnbcbcnnFnnnt最小可测量量的计算给定测量时间和误差，计算至少需要多少放射性量。才能满足实验要求。22bcnbcccnnFnnnt22bcnbcbcnnFnnnt，两式相加得：22222bcnbcbcnbcbbccbcnnFnnnnFnnnnnnttT221bcnnnTF例：如果某仪器的探测效率为60%，本底不超过40cpm，实验给定的总测量时间T=2min，Fns≦5%，要达到上述要求，所需样品最小的放射量是多少？解：cpmnnnnTFccbcn425401205.012222则所需最小强度为：dpmD6426.040425