核輻射探測(cè)習(xí)題解答6

1、第一章習(xí)題答案1.計(jì)算210Po放射源發(fā)射的口粒子(E = 5.304MeV )在水中的射程。答：先求ot粒子在空氣中的射程Ro =0.318£佰=0.318 5.3041.5 = 3.88cmRiLARo"1 , Ao對(duì)多種元素組成的化合物或混合物，因?yàn)榕c入射粒子的能量相比，原子間的化學(xué)鍵能可以 忽略，所以其等效原子量 A = ' ni . A式中n為各元素的原子百分?jǐn)?shù)。對(duì)空氣而言，偵瓦=3.81,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，P0 =1.226x10Wg cm3,所以, AR-3.2 10A R0/ 0對(duì)水而言、A = " n . Ai - e 116 = 2i33在

2、水中的射程R=3.2 10 -R 3.2 10 2 3.88 = 24.8m 02.已知1MeV質(zhì)子在某介質(zhì)中的電離損失率為22Zp _ z：. m：.vp E:.Son. . =16A答:Sion,; _ Z2Sion,p "v2.A，求相同能量的 a粒子的電離損失率。zp mpEp 1所以3.試計(jì)算137Cs Ey=662KeV 射線(xiàn)發(fā)生康普頓效應(yīng)時(shí)，反沖電子的最大能量。h'0.662Eemax =20.478MeV1 mOc 2h'1 0.511 2 0.6624.計(jì)算137Cs的丫射線(xiàn)對(duì)Pb, Fe, Al的原子光電吸收截面及光電子能量。從中可得到什么規(guī)律性的

3、啟迪？已知 氣 分別為 88.001KeV,7.111KeV,1.559KeV。答：137Cs的丫射線(xiàn)能量為hv=0.662MeV,答:12（1 VI X6.625X1OZ5<137；255二".=v = - 32ph 4 K 44_325=1.33 10Z5cm對(duì) Pb , Z=82, &K =88.001 KeV% =1.33勺0&尺（82）5 =4"10*3cm2Ee = 661.661 -88.001 = 573.660KeV對(duì) Fe , Z =26 ,穌=7.111KeV ph =1.33x10 x(26； TEcm2Ee = 661.661

4、 - 7.111 = 654.550KeV對(duì) Al , Z =13, % =1.559KeV；、h=1.33 10* 13 5 =4.938 107cm2 pEe =661.661 -1.559 =660.102KeVh、.動(dòng)電Py =。c=2m c2c22m0c5.試證明Y光子只有在原子核或電子附近，即存在第三者的情況下才能發(fā)生電子對(duì)效應(yīng), 而在真空中是不可能的。答：對(duì)丫光子能量Ey = hv ;由能量守恒，有h.=Te. Te_ 2m°c2h、.所以由此得到電子對(duì)的總動(dòng)量m =§2c2vP = 2mv = h、 c可見(jiàn)，P< Py,過(guò)剩的動(dòng)量必須由原子核帶走。第二

5、章習(xí)題答案1. 為什么射線(xiàn)在氣體中產(chǎn)生一對(duì)離子對(duì)平均消耗的能量要比氣體粒子的電離能大？答案：射線(xiàn)與氣體原子或分子的作用過(guò)程中，除使氣體原子或分子電離外，還可使其激發(fā) 而損失能量，這部分能量包括在產(chǎn)生一對(duì)離子對(duì)平均消耗的能量中。2. 設(shè)一由二平行金屬板構(gòu)成的電極系統(tǒng)，極間距離2cm內(nèi)充氯氣1.5大氣壓，二極板上加了 1000伏的電位差。問(wèn)正離子 A *由正極表面漂移到負(fù)極表面所需時(shí)間為何？2 at嘰 V Xcm atm答案：正離子的漂移速度=4.57 102 cm su 巨=1.37曜四 P1.5 |L s V漂移時(shí)間 t =du =2 4.57 102 = 4.37ms3. 計(jì)算出如圖所示電離

6、室中在（a）、（b）、 三處產(chǎn)生的一對(duì)離子因漂移而產(chǎn)生的I*（t）、I 7t）、Q%）、Q-（t）以及Q t QK別為何？（假定所加電壓使電子漂移速度為 105cm/s，正離子漂移速度為 103cm/s）。答案：對(duì)平板電離室而言+ _NeuNeuI （t） =； I （t）=（在N里 N=1）。ddeu(a) ： I -(t)=dI (dI (t) =。Q=0 ; Qt)=0 ; Q 一 =0。1931.6 10曰 1016a=0.8 10 A(t >2ms)。(b):t =0.8 1016 t= 0.8 106 2 10' =1.6 109(C) =e(t < 2ms)；

7、(t 芝 2ms)。I -(t) = eU d+(t)= d_ 19_ 51.6 1010 =0.8 "A2Qt =0.8 10J4 t21931.6 101016a=0.8 10 AQ =0.8 10d4 1 10*Q t =0.8 106 tQ=0.8 10J6 1 10；(c) ： I (t)= d(0 10Hs)(0 1ms )(010s)= 0.8 10 曷(C)_ _ 19 _= 0.8 10 (C)+竺=0 ; Q*(t)=0 ; q + = 0。_ 19_ 51.6 1010“a=0.8 10 AI-qdI (t) 二 014Q t =0.8 10 t_ -_J4_5

8、H9 _Q -0.8 102 10 =1.6 10 (C) =e(0 1ms)(0<t <20Ps)；(t *20Es)。(t< 20Hs );(t *20心)。4.畫(huà)出下列各種輸出電路的等效電路，并定性地畫(huà)出輸出電壓脈沖形狀，標(biāo)明極性及直流 電位。題4之圖5_ 5位器II * 仗器答案：第一步：畫(huà)出回路電流方向，從電源正極到負(fù)極。并由電流方向確定輸出信號(hào)的極 性。以（a）為例，輸出為負(fù)極性。第二步：畫(huà)出等效電路，由輸出極性，確定等效電路的電流方向，如輸出為負(fù)極 性，則電流方向向下。第三步：畫(huà)輸出電壓脈沖形狀，先確定無(wú)信號(hào)時(shí)的輸出端的直流電平，如（a）為+V。，在入射粒子入射

9、時(shí)刻，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的脈沖信號(hào)。5. 有一累計(jì)電離室，每秒有 104個(gè)#粒子射入其靈敏體積并將全部能量損耗于其中。已知E=5.3MeV電離室內(nèi)充的純氯氣，試求出累計(jì)電離室輸出的平均電流Io=?答案：由I0 = n0 N e =104 5.3 101.6 10 * = 3.22 10 J0A26.36. 在上題條件下，若選擇輸出電路之R0 =1010Q , C0 =20pf ,問(wèn)該電離室輸出電壓信號(hào)的相對(duì)均方根漲落為何？答案：輸出直流電壓幅度為V = 10 R0 = 3.22V輸出電壓信號(hào)的相對(duì)均方根漲落.V = .1.2R0C0n = 1 2一101020102一104一 = 1.58 10=1.

10、58%7. 為什么圓柱形電子脈沖電離室的中央極必須為正極？答案：圓柱形電子脈沖電離室作為電子脈沖電離室，而且，其輸出電壓脈沖幅度與離子對(duì) 生成位置不敏感，必須利用電子向中央極漂移所生成的感應(yīng)電流，所以，中央極必 須為正極。8. 試說(shuō)明屏柵電離室柵極上感應(yīng)電荷的變化過(guò)程。答案：設(shè)入射帶電粒子沿平行于極板方向入射，且離子對(duì)僅沿極板（ B + ）方位產(chǎn)生，即 離子對(duì)產(chǎn)生于緊靠近極板 B的位置，生成 N個(gè)離子對(duì)。此時(shí)，G上的感應(yīng)電荷為0。 當(dāng)電子由極板B向柵極G漂移過(guò)程中，G上感應(yīng)電荷逐漸增加，當(dāng)電子漂移到位置（G-）時(shí)，在柵極 G的感應(yīng)電荷達(dá)最大值 Q + =Ne。由于柵極不會(huì)俘獲漂移電子， 在由（

11、G -）到（G +此程中，柵極上的感應(yīng)電荷不變。當(dāng)電子由G向A的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，G上的感應(yīng)電荷由+ Ne逐漸降為0。9. 什么屏柵電離室的收集極必須是正極？答案：屏柵電離室的工作狀態(tài)為電子脈沖電離室，利用電子在極板間的漂移在外回路產(chǎn)生 輸出信號(hào)，所以收集極必須加上正電壓。10. 離子脈沖電離室與電子脈沖電離室的主要差別是什么？答案：對(duì)離子脈沖電離室，其輸出回路的時(shí)間常數(shù)R0C0 aT七對(duì)電子脈沖電離室，其輸出回路的時(shí)間常數(shù)T 一«R0C0«T*。11. 累計(jì)電離室所能測(cè)的最大幅射強(qiáng)度受何因素限制？脈沖電離室呢？答案：累計(jì)電離室所能測(cè)的最大幅射強(qiáng)度受線(xiàn)性工作范圍限制，且線(xiàn)性工作范

12、圍與極板間 所加的工作電壓有關(guān)。對(duì)脈沖電離室，在滿(mǎn)足脈沖工作條件的基礎(chǔ)上，即211v = 1 n ":2R°C°nR0CO受脈沖重疊而引起的允許的計(jì)數(shù)率損失的限制。12. 為什么正比計(jì)器的中央絲極必須是正極？答案：只有當(dāng)正比計(jì)數(shù)器的中央絲極為正極時(shí)，電子才可能在向絲極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受外加電場(chǎng)的加速，進(jìn)而在距絲極為 r0的區(qū)域內(nèi)發(fā)生雪崩過(guò)程，這是正比計(jì)數(shù)器的最基本過(guò) 程。13. 圓柱形電子脈沖電離室的輸出電荷主要是由電子所貢獻(xiàn)，但在圓柱形正比計(jì)數(shù)器中輸出電荷卻主要是正離子的貢獻(xiàn)，這是什么原因？答案：對(duì)圓柱形電子脈沖電離室，其輸出信號(hào)是由入射粒子產(chǎn)生的初始離子對(duì)的電子向中

13、央正極漂移過(guò)程中，在極板上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷的貢獻(xiàn)，由于為圓柱形的電場(chǎng)非均勻性，決定了其輸出脈沖幅度基本與電離發(fā)生的位置不靈敏。對(duì)圓柱形正比計(jì)數(shù)器中，雪崩過(guò)程僅發(fā)生在r。很小的區(qū)域內(nèi)，在r。區(qū)域以外的電子漂移對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)完全可以忽略。在r。區(qū)域內(nèi)經(jīng)數(shù)量上放大的電子在向絲極飄逸的貢獻(xiàn)大約占1015%,主要是經(jīng)放大后正離子在向陰極漂移所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷的貢獻(xiàn)。14. 有一充氯之正比計(jì)數(shù)器。試計(jì)算用它來(lái)測(cè)定200keV之能量時(shí)，所能達(dá)到的最佳分辨率。答案：正比計(jì)數(shù)器的能量分辨率c ” F 0.68= 2.36.N0式中N 0為入射粒子在靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)3K1 E 200 1033N 0 = = =

14、 7.60 10W 26.3取法諾因子F = 0.3 =2.36 F二°.68 =2.36. 口3爵8 =2.68 102.68%N0 7.60 10315. 設(shè)用正比計(jì)數(shù)器測(cè) a粒子強(qiáng)度，每分鐘計(jì)數(shù) 5 x 105個(gè)。假如該正比計(jì)數(shù)器之分辨時(shí)間為3微秒，試校正計(jì)數(shù)損失。答案：真計(jì)數(shù)率nm =1 f n <15 10555 10603 10”= 5.128 "min16. 試說(shuō)明有機(jī)自熄 G-M管在工作過(guò)程中總共有那些過(guò)程會(huì)導(dǎo)致有機(jī)分子的分解？答案：由于有機(jī)分子的激發(fā)原子M的超刖離解的特性，所有廣生M的過(guò)程，均可導(dǎo)致有機(jī)分子的離解。在有機(jī)自熄G-M管中主要為：1.雪朋

15、過(guò)程中廣生的 M :2.電荷交換過(guò)程中A* + MTM+A + h¥, M +在距陰極表面5x10%m前, 由陰極拉出一個(gè)電子而成激發(fā)態(tài)的M 。17. 試說(shuō)明G-M管陽(yáng)極上感應(yīng)電荷的變化過(guò)程。答案：G-M管陽(yáng)極上感應(yīng)電荷的變化對(duì)有機(jī)管和鹵素管略有不同，以有機(jī)管為例，可分為幾個(gè)階段：1. 在入射帶電粒子徑跡產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)的瞬間陽(yáng)極呈電中性，電子很快漂移向陽(yáng)極 過(guò)程中，陽(yáng)極上的正感應(yīng)電荷增加，但數(shù)量很?。?. 電子雪崩過(guò)程開(kāi)始，直到正離子鞘形成的過(guò)程中，電子很快向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，此時(shí)， 陽(yáng)極上正感應(yīng)電荷增加，同時(shí)，此電荷流經(jīng)負(fù)載電阻，快前沿的負(fù)脈沖，約占總 輸出脈沖幅度的10%至IJ達(dá)陽(yáng)極的電

16、子與陽(yáng)極上的正感應(yīng)電荷中和。陽(yáng)極上留下 與正離子鞘等量的負(fù)感應(yīng)電荷。3. 正離子鞘向陰極漂移，負(fù)感應(yīng)電荷流向陰極，同時(shí)。在外回路形成輸出信號(hào)。18. 什么鹵素管的陽(yáng)極可以很粗？答案：由于鹵素管是靠工作氣體Ne的亞穩(wěn)態(tài)作為中介完成雪崩過(guò)程的，即電子能量積累到Ne的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)或第一激發(fā)態(tài)以前，很少發(fā)生非彈性碰撞而損失能量，具有低閾壓 的特點(diǎn)，所以，陽(yáng)極可以做得較粗。19. P G-M管能否探測(cè)丫射線(xiàn)？ a G-M管能否探測(cè)E射線(xiàn)。答案：兩者都是可以的，因?yàn)?丫射線(xiàn)可以在P G-M管的管壁、陰極及入射窗等處發(fā)生次級(jí) 效應(yīng)，只要產(chǎn)生的次電子進(jìn)入計(jì)數(shù)管的靈敏體積，就可造成計(jì)數(shù)。由于記錄a粒子的“窗”厚度

17、一般較薄，E粒子也同樣能透過(guò)窗而被記錄。第三章習(xí)題答案1.試計(jì)算24Na的2.76MevVY射線(xiàn)在NaI（T1）單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜上，康普頓邊緣與 單逃逸峰之間的相對(duì)位置。答案：康普頓邊緣，即最大反沖電子能量E = he,max21m°c2h單逃逸峰：2.760.5112 2.76= 2.53MeVEs =2.76 -0.511 = 2.25MeV2.試詳細(xì)分析上題中 V射線(xiàn)在閃爍體中可產(chǎn)生哪些次級(jí)過(guò)程。答案：次級(jí)效應(yīng)：光電效應(yīng)（光電峰或全能峰）；康普頓效應(yīng)（康普頓坪）；電子對(duì)生成效應(yīng)（雙逃逸峰）。上述過(guò)程的累計(jì)效應(yīng)形成的全能峰；單逃逸峰。以級(jí)聯(lián)過(guò)程（如丫-丫等）為主的和峰。3

18、.當(dāng)入射粒子在蕙晶體內(nèi)損失1MeV能量時(shí)，產(chǎn)生20300個(gè)平均波長(zhǎng)為447nm的光子，試計(jì)算K晶體的閃爍效率。 o答案：波長(zhǎng)為447nm =4470A的熒光光子的能量h W(KeV)=2.77eV(A)4470閃爍效率 %=顯=2.77 20f00 = 5.63% p h 1 1064. 假設(shè)NaI(T1)晶體的發(fā)光時(shí)間常數(shù)為230ns，求一個(gè)閃爍事件發(fā)射其總光產(chǎn)額的99%蒂要多少時(shí)間？答案：閃爍體發(fā)光的衰減的指數(shù)規(guī)律.nPh _t 0n t =e -0所以，一個(gè)閃爍事件發(fā)射其總光產(chǎn)額的99%需要時(shí)間：1 e0 =0.99 t = 0 ln100 = 1.06s5. 試定性分析，分別配以塑料閃

19、爍體及NaI(T1)閃爍晶體的兩套閃爍譜儀所測(cè)得 0.662MeV丫射線(xiàn)譜的形狀有何不同？答案：由于塑料閃爍體有效原子序數(shù)Z、密度P及發(fā)光效率均低于 NaI(T1)閃爍晶體，對(duì)測(cè)得的0.662MeV 丫射線(xiàn)譜的形狀，其總譜面積相應(yīng)的計(jì)數(shù)、峰總比、全能峰的能量分 辨率均比NaI(T1)閃爍晶體差，甚至可能沒(méi)有明顯的全能峰。6. 試解釋NaI(T1)閃爍探測(cè)器的能量分辨率優(yōu)于BGQR爍探測(cè)器的原因，為何后者的探測(cè)效J=T率要更高一些？答案：NaI(T1)閃爍探測(cè)器的能量分辨率優(yōu)于BGQXJ爍探測(cè)器是由于前者的發(fā)光效率明顯優(yōu)于后者，BFO僅為NaI (Tl )的8%而后者的密度和有效原子序數(shù)則優(yōu)于前

20、者。7. 用NaI(T1)單晶丫譜儀測(cè)137Cs的662keVY射線(xiàn)，已知光的收集效率 Fph =。.35 ,光電子收集效率gc三1,光陰極的光電轉(zhuǎn)換效率Qk=0.22 , NaI(T1)晶體相對(duì)于K晶體的相對(duì)發(fā)光效率為230%又知光電倍增管第一打拿極倍增因子& =25，后面各級(jí)的6 =6,并認(rèn)為v及nphVi均為4%試計(jì)算閃爍譜儀的能量分辨率。k里的J答案：已知條件改為：Yph =4.3尺104光子/MeV且不考慮vT及v,的影響由（9-5-21 ）式=2.361 6、_40.662 4.3 101 +110.35乂 1乂0.2225 6-1 力= 1.36 2.18 10” =5.

21、16%第四章習(xí)題答案1.試計(jì)算粒子在硅中損失100keV的能量所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)的平均值與方差。答案：常溫下，在硅中產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)所需的能量：切=3.62eV電子一空穴對(duì)數(shù)的平均值：No = E = -1 = 2.76 1043.62電子一空穴對(duì)數(shù)的方差：二 N°=FNo= 0.15 2.76 104 = 4.14 1032當(dāng)a粒子被準(zhǔn)直得垂直于硅 P-N結(jié)探測(cè)器的表面時(shí)，241Am度源的主要a射線(xiàn)峰的中心 位于多道分析器的 461道。然后，改變幾何條件使 ot粒子偏離法線(xiàn)35°角入射，此時(shí)看到 峰漂移至449道。試求死層厚度（以 a粒子能量損失表示）。答案：由手冊(cè)可查，241Am刻度源的主要a射線(xiàn)能量E = 5.485MeV。并假設(shè)多道的增益 （即每道所對(duì)應(yīng)的能量）為 G。設(shè)a粒子在垂直入射時(shí)，在死層厚度內(nèi)損失能量為E1,則在偏離法線(xiàn)350入射時(shí)在死層內(nèi)損失的能量 E2 = EjcoS350 =1.220E1?？傻玫椒匠?61 G = E ： - E1 = 5.485 - E1449 G = E 一 E2 = 5.485 1.220E1解可得E1 =0.580MeV3.算金硅面壘探測(cè)器結(jié)電容，設(shè)其直徑20m