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）ⅤG-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0/1VCd第2问：EFw0362.（1分）气体电离室半导体00ww（1分）6．中子按能量可分为哪几类？常用的中子探测方法有哪些？（5分）答案要点：第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子答对3个以上得1分第2问：核反冲法（1分）核反应法（1分）、活化法（1分）、核裂变法（1分）7.试定性分析，分别配以塑料闪烁体及NaI(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeV射线谱的形状有何不同？（5分）答案：由于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度及发光效率（3点得1分）均低于NaI(T1)闪烁晶体，对测得的0.662MeV射线谱的形状，其总谱面积相应的计数（得1分）、峰总比（得1分）、全能峰的能量分辨率（得1分）均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰（得1分）。注：抓住要点给分，1个要点1分二、证明题：（共10分）1．试证明光子的光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。（5分）证明：假设光电效应只与自由电子发生相互作用，那么应该满足动量和能量守恒定理。假如何光子能量Eγ=hυ（得1分）,动量Pγ=hυ/c（得1分）；根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量Eβ=hυ=mc2（得1分），电子动量Pβ=（hυ/c2）×v（得1分）；由于电子速度小于光子速度，所以Pβ＜Pγ（得1分），动量不守恒所以得证γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。2．（5分）利用误差传递公式若对某放射性样品重复测量K次，每次测量时间t相同，测得的计数为N1、N2，…Nk,试证明计数率平均值的统计误差为：证明：22222221221nxnxxyxyxyxyKtntNn//)1(/)1(][)1(][)1()1(,,,)1(][)1(,,,)1(22122222122222221212121分得所以得证分得分得分得根据误差传递公式具有统计误差性因为分得ktnkNktNNNktNNNktNNNktNNNnnknKNNNNNNnkkKk三、计算题。（共55分）1.（5分）画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。答：评分标准：1）等效电路图3分具体分配，电流源、电容、电阻位置正确各得1分2）极性2分，只要正确标出和说明极性均得2分注：1)只有极性没有等效电路图不得分2.（5分）试计算充Ar脉冲电离室和正比计数器对5MeV粒子的最佳能量分辨率.(取法诺因子3.0F,Ar的平均电离能为26.3eV)解：对充Ar脉冲电离室：分不对扣单位或者单位没有分得分得或者分得分得1kevkev1kev14.8231.510526.30.336.236.210.296%1.51056.323.036.236.26060EFwEEFwEE对充Ar正比计数器：分不对扣单位或者单位没有分得分得或者分得分得1kevkev1kev.791621.510526.3)68.03.0(36.2)68.0(36.210.536%1.51056.32)68.03.0(36.268.036.26060EwFENFEE3．（5分）能量为1.50MeV的γ放射源放在铅容器里，为了安全，必须使容器外的强度减小为原来的1/1000,试求容器壁至少需多厚。解：每步扣掉一半的分计算结果有不对的分不对的扣结果没有单位或者单位分得分得或者分得分得分得分得根据分得查表时当,1)1(/61.133)1(0517.01000lnln:)1(78.11)1(5862.01000lnln)1(5862.0/34.11/g0.0517cm)1()1(/g,0.0517cm,5.1200132-00-2cmgIIxcmIIxcmcmguueIeIIMevEmmmxuuxmmm4.（6分）当单能粒子被准直得垂直于硅P-N结探测器的表面时，单能射线峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改变几何条件使粒子偏离法线45°角入射，此时看到峰漂移至460道。试求死层厚度（以多道道址表示）。解：当能量为损失E0的粒子垂直入射时＝0设粒子在探测器死层内的能量为E1则探测器灵敏体积得到的能量为（E0-E1）谱峰位在460道E0-E1=480G(G代表能量刻度系数，没写不扣分)（得1分）当＝450时死层内能量损失为E2＝11245ECOSE（得2分）探测器灵敏体得到的能量为（E0-E2）＝102EE=460G（得1分）(480-460)G=1)12(E得：GE3.481（得1分）注：评分按步骤逐步进行。5．（6分）本底计数率25计数/min,测量样品计数率100计数/min,试求对给定总的测量时间来说净计数率精确度最高时的最优比值样品测量时间和本地测量时间之比;若净计数率的相对统计误差为1％，测量总时间的最小值是多少？解：)1(min400)1(min672min313)2(01.025100252100)2(225100分得分得分得分得sbsbbbbsbbssbsbsttTttttnntntnnntt没有单位或者单位不对的扣掉1分；计算结果不对的，按步骤扣掉一半的分。6.（6分）绝对峰效率为30％的NaI（T1）闪烁探测器，对57Co点源的122kevγ射线测量15min光电峰计数180000个。然后同样的源置于离表面积为314平方毫米的Si(Li)探测器的表面为10㎝记录60min得到一个谱。如果在7.1kev的KX射线峰下面的计数为1200个，那么在这个能量时Si(Li)探测器的效率是多少？（对于57Co的特征X射线和γ射线的强度比X/γ分别为：对6.40kev的Kα线为0.5727，对7.1kev的K线为0.7861。）解：依题意可得57Co源122kev的γ射线强度)2(667601530%180000180000分得源峰源峰BqtNINtI则7.1kev的KβX射线强度为)1(5247861.0分得BqIIx每步扣掉一半的分计算结果有不对的分得分得源峰源峰几何源峰几何,%4.2560605240.002481200)1(t)1(0.00248)cm103.14cm10cm1(21)1(21422222xINhrh7.（6分）已知一γ放射源的活度A为1010贝克，假设该源各向同性地放出γ光子，假设射到一个G-M计数管的γ光子数为106/s，该G-M计数管输出的脉冲数为104/s，还已知该G-M计数管的分辨时间为20us,求该G-M计数管的本征效率和总效率。解：)2(1010)2(%110:)2(1025.110)2(%25.110)2(/1025.110201011016-1066-1006046440分得分得没有经过计数率修正分得分得分得总效率本征总效率本征nnnnsnnn计算结果不对的，按步骤扣掉这一步一半的分。8.（8分）1.详细分析2MeV射线在闪烁体中可产生哪些次级过程?2.并计算该射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱上，康普顿边缘与单逃逸峰之间的相对位置。3.并画出下列两种情况下该射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱图1)NaI(T1)晶体为中等晶体时2)NaI(T1)晶体为无限大晶体时解：1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。（全对得2分，不全者得1分）2）单逸峰E=2-0.511=1.249Mev(得1分)散射光子最小能量'211cosrrreEEEmc=Mev227.02*511.0212反冲电子最大能量即康普顿边缘MevEEEe773.1227.02'（得1分）3)中等晶体注：每标对1个得0.5分4）无限大晶体，画对给全分9.（8分）设在平行板电离室中粒子的径迹如图所示,径迹长度为L,假设沿径迹各处的单位路程上产生的离子对数N相等,且电子的漂移速度W＿,试求电子的电流脉冲。解：分三种情况讨论：1）当WDt时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲0eI；（得2分）2）当WLDtcos时，即没有电子到达正极板，此时电子的电流脉冲：DeWNLIe；（得2分）3）当WDtWLDcos，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲：电子可以看作时做匀速直线运动逐渐到达正极板的，根据运动规律得下面方程'coscosNWLDtNLWL（得2分）解得已到达正极板得电子数:cos)cos('DLtWNN,还剩下电子数：''NNLNNL，此时电子的电流脉冲：（得2分）注：最后一题属于拔高题，根据答的情况酌情给学生分数。θLDWDNDLtWNLtIe)coscos()(