核辐射探测 第五章

第五章辐射测量方法辐射测量对象：放射性样品活度测量；辐射场量的测量；辐射能量或能谱的测量；辐射剂量的测量；位置的测量(辐射成像)；时间的测量；粒子鉴别等。5.1放射性样品的活度测量1、相对法测量和绝对法测量相对法测量简便，但条件苛刻：必须有一个与被测样品相同的已知活度的标准源，且测量条件必须相同。相对法测量：需要一个已知活度A0标准源，在同样条件下测量标准源和被测样品的计数率n0、n，根据计数率与活度成正比，可求出样品的活度：A＝A0n/n0。2、绝对测量中影响活度测量的几个因素)cos1(21sin2414000dfg1)几何因子（fg）点源绝对测量法复杂，需要考虑很多影响测量的因素，但绝对测量法是活度测量的基本方法。几何因子fg还可以表示成：因为,放射性发射的是各向同性的实际进入探测器仅是小立体角Ω内的射线.几何因子为4)1(21422rhfhg2)探测器的本征探测效率或灵敏度(1)对脉冲工作状态：本征探测效率(2)对电流工作状态：灵敏度％积的粒子数单位时间内进入灵敏体测到的脉冲计数率100入射粒子流强度值或电压信号电流)(单位照射量率/)(VA有关因素：入射粒子的种类与能量；探测器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的状态（如甄别阈的大小）等。3)吸收因子(fa)射线从产生到入射到探测器的灵敏体积所经过的吸收层为：样品材料本身的吸收(样品的自吸收)；样品和探测器之间空气的吸收；探测器窗的吸收。例如β射线：exIImm_0mxm——物质对这种β的质量吸收系数——β穿过物质的厚度β射线服从指数吸收规律:ffffaaaa窗空气自自吸收吸收因子：exIIfmma_04)散射因子(fb)放射性样品发射的射线可被其周围介质所散射，对测量造成影响。散射对测量结果的影响有两类：正向散射反向散射使射向探测器灵敏区的射线偏离而不能进入灵敏区，使计数率减少。使原本不射向探测器的射线经散射后进入灵敏区，使计数率增加。反射修正因子的实验方法确定：β粒子在源的托板支承物等上的大角度散射,使得本不在小立体角Ω内的β粒子会进入探测器引起计数增加,故要修正。nnfd计数率源没有支承膜时测得的数率源有支承膜时测得的计'没有支承膜是理想状态，通常用有机膜来实现。有机膜的Z较低,又很薄,散射可以忽略。5)死时间修正因子(f)nmnf1式中n为实际测量到的计数率，m为真计数率，为测量装置的分辨时间。6)本底计数率（nb）0sbnnn3、对、放射性样品活度的测量方法1)小立体角法TbsnnA其中：ffffbagT对于薄放射性样品，%1001af1bf对于厚放射性样品和放射性样品的测量需考虑各种修正因子。修正因子多，测量误差大，达5％～10％2)测量装置小立体角法:放射源或样品与探测器之间的布置的角度。1、为了减少本底,探测器和样品都放在铅室内.铅壁厚度一般要大于5mm2、为了减少散射,铅室内腔要足够空旷.注意：3、为了减少β在铅中的韧致辐射(χ),铅室内壁有一薄层铅皮或塑料(厚度约为2-5mm)4、为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射,它们都采用低Z材料作成.5、准直器用来确定立体角,并可防止立体角以外的射线进入探测器.探测器采用薄云母窗的钟罩型G-M计数管.也可以用薄窗正比管、塑料闪烁探测器(加避光铝铂).2)4计数法流气式4正比计数器；(适用于固态放射源)内充气正比计数器和液体闪烁计数器；(适用于14C、3H等低能放射性测量，将14C、3H混于工作介质中)将源移到计数管内部，使计数管对源所张立体角为4，减小了散射、吸收和几何位置的影响。测量误差小，可好于1％。4、射线强度的测量射线强度的测量包括辐射场测量和射线放射源活度的测量。同样可以用相对测量法和绝对测量法测量。如能获得能谱，可利用谱的全能峰面积来确定源活度，对于射线同位素放射源绝对测量常用源峰效率sp得到源活度：spbsnnA5.2符合测量方法符合方法：用不同的探测器来判断两个或两个以上事件的时间上的同时性或相关性的方法。60Co60Nih'heehh符合事件：两个或两个以上在时间上相互关联的事件。1、符合方法的基本原理1)符合(真符合)——用符合电路来选择同时事件以－符合装置为例：对一个放射源同时放出的和射线，用两个探测器分别测量。AnAn符合计数：conA可得放射源的活度为：cnnnA由于本底同时进入两个探测器的几率很小；而级联是相关事件，它们分别进入两个探测器的时刻一定是同时的，则有：(2)反符合——用反符合电路来符合事件脉冲的方法反符合康普顿谱仪为反符合电路的典型应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积与谱全面积之比）。反符合电路中两个输入端分别为分析道和反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道，把要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输入时反符合电路才有输出。h'he记录入射射线在探测器中能量全吸收的事件；而去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的事件。h'heCOINANTIBGOHPGe多道分析器Gate反符合：消除符合事件的信号。HPGe成形BGO成形成形HPGeBGOOutput(3)符合装置的分辨时间符合装置的分辨时间：符合装置所能区分的最小时间间隔s，符合电路两输入信号时间间隔只要小于s，就被认为是同时事件给出符合信号。实际上任何符合电路都有确定的s，它的大小与输入脉冲的宽度有关。如下图所示：当两个输入脉冲之间的时间间隔＜s时，符合电路输出一个符合脉冲。反之，就没有符合脉冲输出。真符合与偶然符合一个原子核级联衰变时接连放射β和γ射线，这一对β、γ如果分别进入两个探测器，将两探测器输出的脉冲引到符合电路输入端时，便可输出一个符合脉冲，这种一个事件与另一个事件具有内在因果关系（即相关性）的符合输出称为真符合。另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如，有两个原子核同时衰变，其中一个原子核放出的β粒子与另一个原子核放出的γ粒子同时分别被两个探测器所记录，这样的事件就不是真符合事件。这种不具有相关性的事件间的符合称为偶然符合。偶然符合和符合分辨时间如前所述，凡是相继发生在符合分辨时间以内的两个事件，均可能使符合装置产生一次符合计数。这与两个事件是否有内在因果关系无关，即符合计数中包括真符合计数和偶然符合计数。每当在时间间隔内存在两个独立事件引起的脉冲时，就可能被符合装置作为符合事件记录下来，这种符合叫做偶然符合。显然符合分辨时间越大，发生偶然符合的几率越大，每道的无关事件计数率越大，偶然符合计数率也将越大，它们间的关系可推导如下：：设有两个独立的放射源S1和S2，分别用两符合道的探测器Ⅰ和Ⅱ记录。两组源和探测器之间用足够厚的铅屏蔽隔开，见下图，在这种情况下，符合脉冲均为偶然符合。假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽度为。再设第Ⅰ道的平均计数率为n1，第Ⅱ道的平均计数率为n2，则在t0时刻，第Ⅰ道的一个脉冲可能与从t0-s到t0+s时间内进入第Ⅱ道的脉冲发生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率为：21)2(nnnsrc212nnnrcs21)2(nnnsrc显然，减少s能够减少偶然符合几率，但是减少到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输出脉冲前沿之间存在统计性的时间离散，则同时事件的脉冲宽度可能因脉冲前沿的离散而大于符合电路的分辨时间s，则在符合电路中不会引起符合计数，从而造成真符合的丢失。减小偶然符合计数率的方法：(1)减小符合分辨时间s，但是会影响符合效率(2)减小各符合道计数率n。61272/3600110sec22100100rcsnnn推广：i重符合时的偶然符合计数率：112ircsininnn例：实验测得偶然符合计数率nrc=72/hr.符合道计数n1=n2=100/sec，求分辨时间s。真偶符合比符合计数的实验测量值中总是包含真符合计数和偶然符合计数。conA真符合计数率为：22rcssnnnAA偶然符合计数率为：12corcsnRnA则，真偶符合比为：ccorcnnn仍以－符合为例：讨论：希望符合装置的越大越好。nnrcc0(4)延迟符合关联事件可以是同时性事件，也可以是不同时性事件。1D2DdCOIN1dD飞行时间方法(TOF)测量粒子的飞行时间。1DET2DETCOINDELAY2．符合测量装置1)、多道符合能谱仪dn加速器带电粒子核反应：3417.6MeVdHHennGATE1DET2DETCOINAMPAMPMCASCASCA符合道分析道nGATE2）、HPGe反康普顿谱仪BGOGeGATEGATEHPGeBGOANTIAMPAMPMCASCASCACOINANTI用HPGe反康普顿探测器测得的60Co能谱3）4-符合装置nnnc这是一种测量放射性活度的标准方法，适用于带－级联衰变的放射性核素。原理测得β和γ的真符合计数率Annnoco0则但nβo,nγo和nco与实测值之间有许多效率因子需要修正。nnnCOA00测得β和γ的净计数率nβo,nγo。修正因子（以下每种修正是只考虑某种修正，最后综合考虑）nβo,nγo和nco分别由nβ.nγ.nc得来。要进行一些修正。1)本底修正nnnnnnnnncbccobb00(2)偶然符合修正在β-γ级联衰变放射源中，只有同一个核发射的β和γ之间的符合才是真符合,而不同核之间的β和γ之间的符合为偶然符合。nnnnnnnnnnnnnnnssccoscoscococrc12∴总的偶然符合计数率为γ道产生偶然符合的计数率为(nγ－nco)τsnββ道产生偶然符合的计数率为(nβ－nco)τsnγ这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合γ道不参予真符合的计数率为nγ－ncoβ道不参予真符合的计数率为nβ－nco(3)探测器死时间的修正探测器死时间能引起漏计数，所以必须把漏掉的计数补回来。β道γ道nnn0non0n0每个脉冲后有一个死时间，那么单位时间内的死时间在死时间内放射源发射的粒子数nt00tnd0tnd0tnd0在死时间内发射的粒子应有的但是漏掉了的计数（死时间内的漏计数）tnd0tnd0漏计数实测的计数率应该有的净计数率tntnntntnndddd11000000因为，是单位时间内的死时间远小于1S，ttdd和1,1ttdd48利用级数展定理为x1时,则有xxxx32111tttntttndddddd22111100略去高次项则得tntndd1100(ⅱ)符合计数率在死时间内得损失nconco分三种情况讨论引起符合的漏计数：第一种情况：当道正常计数，道是死时间，则由于td内道无输出,造成符合道的漏计数为ttntnnddcoco22应有的真符合计数率为实测的真符合计数率为则符合计数率在死时间内的损失为第二种情况:当道正常计数,道是死时间,则在trd内,由于道无计数,造成符合道漏计数为tntnnrdcorrdco22第三种情况:道和道同时是死时间,符合道漏计数取决于和中比较短者。一般tdtdntt