核輻射物理與探測學(xué)復(fù)習(xí)

1、核輻射物理與探測學(xué)復(fù)習(xí)注：本提綱中的問題覆蓋范圍并不完備，因此不能完全替代書本復(fù)習(xí)，僅作參考之用！一、關(guān)于載流子1) 無論是氣體探測器，還是閃爍、半導(dǎo)體探測器，其探測射線的本質(zhì)都是將射線沉積在探測器靈敏體積內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換為載流子。這三種探測器具有不同的載流子，分別是：氣體（），閃爍體（），半導(dǎo)體（）；答：Ø 氣體：電子離子對(duì)；Ø 閃爍體：第一個(gè)打拿極收集到的光電子；Ø 半導(dǎo)體：電子空穴對(duì)；2) 在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，每產(chǎn)生一個(gè)載流子都要消耗一定的能量，稱之為（），對(duì)于三種探測器來說，這個(gè)能量是不同的，分別大概是多少？氣體（），閃爍體（），半導(dǎo)體（）。這個(gè)能量是大些好，還

2、是小些好？為什么？答：Ø 平均電離能；30eV，300eV，3eV；Ø 這個(gè)能量越小越好，因?yàn)槠骄婋x能越小，產(chǎn)生的載流子就越多，而載流子的數(shù)目服從法諾分布，載流子越多則其數(shù)目的相對(duì)漲落越小，這會(huì)導(dǎo)致更好的能量分辨率；3) 在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，射線沉積在探測器中的能量是一個(gè)（）變量，而載流子的數(shù)目是一個(gè)（）變量，載流子的數(shù)目是不確定的，它服從（）分布，該分布的因子越是大些好，還是小些好？為什么？答：連續(xù)型變量；離散型變量；法諾分布；法諾因子越小越好，小的法諾因子意味著小的統(tǒng)計(jì)漲落，導(dǎo)致好的能量分辨率；二、關(guān)于探測效率1) 對(duì)于不帶電的粒子（如、中子），在探測器將射線沉積在其靈

3、敏體積中的能量轉(zhuǎn)換為載流子之前，還需要經(jīng)歷一個(gè)過程，如果沒有該過程，則探測器無法感知射線。以射線為例，這個(gè)過程都包含哪些反應(yīng)（）？這個(gè)過程的產(chǎn)物是什么（）？對(duì)于1個(gè)1MeV的入射射線，請(qǐng)隨便給出一個(gè)可能的該產(chǎn)物能量（）？答：Ø 對(duì)于射線，這些反應(yīng)包括光電效應(yīng)、康普頓散射以及電子對(duì)效應(yīng)（如果射線的能量>1.022MeV）；Ø 這些反應(yīng)的產(chǎn)物都是次級(jí)電子；Ø 對(duì)于1個(gè)1MeV的射線，次級(jí)電子的能量可以是幾十keV幾百keV，也可以是接近1MeV；2) 這個(gè)過程發(fā)生將主要地決定探測器的探測效率，那么影響探測效率（本征）的因素都有哪些（）？在選擇探測器的時(shí)候，為了得

4、到高的探測效率（本征），應(yīng)該做什么考慮（）？答：Ø 影響本征探測效率的因素有：探測器的原子序數(shù)、密度、體積、形狀，以及射線的能量，甚至還包括射線射入探測器的位置、角度；Ø 在選擇探測器時(shí)，為了得到高的本征探測效率，應(yīng)該選擇那些原子序數(shù)高、密度大的探測器，探測器的體積要大并且探測器的形狀合理（例如正圓柱形）；3) 絕對(duì)探測效率和本征探測效率的區(qū)別是什么？ 答：Ø 絕對(duì)探測效率考慮的是對(duì)每一個(gè)源發(fā)射出的粒子，探測器測量到的計(jì)數(shù)值；Ø 本征探測效率考慮的是對(duì)每一個(gè)射入探測器的粒子，探測器測量到的計(jì)數(shù)值。Ø 絕對(duì)探測效率是整個(gè)探測系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)的綜合表

5、現(xiàn)；而本征探測效率則主要反映了探測器的特性；三、關(guān)于能量分辨率1) 能量分辨率是探測器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，但能量分辨率并不是一個(gè)特定的量，當(dāng)我們說某個(gè)探測器的能量分辨率是多少的時(shí)候，需要指定條件，這個(gè)（些）條件是（）。答：Ø 需要指定這是對(duì)哪個(gè)能量說的。比如，當(dāng)我們說某個(gè)NaI(Tl)探測器的能量是7%的時(shí)候，指的是對(duì)662keV的射線能量，如果是對(duì)于1.33MeV的射線，就不再是7%了，而是要小一些；2) 能量分辨率是個(gè)絕對(duì)的概念還是相對(duì)的概念（）？答：Ø 是個(gè)相對(duì)的概念，能量分辨率的分子是全能峰的半寬度，分母是全能峰能量的期望值；3) 對(duì)于某個(gè)確定的探測器，能量分辨率與靈敏

6、體積內(nèi)沉積能量的關(guān)系是什么（）？答：Ø 如果僅僅考慮載流子的統(tǒng)計(jì)性問題，則能量分辨率與靈敏體積內(nèi)沉積能量的關(guān)系是反比于E的1/2次方；4) 雖然我們希望能量分辨率越小越好，但實(shí)際上它總是受統(tǒng)計(jì)漲落限制的，不可能無限小。請(qǐng)從載流子的角度描述，這個(gè)限制是什么？ 答：Ø 一個(gè)確定的射線能量經(jīng)過帶電粒子在探測器內(nèi)的電離過程，變成了數(shù)目不等的載流子，載流子的的數(shù)目服從法諾分布；當(dāng)載流子數(shù)目的期望值N較大時(shí)，它將表現(xiàn)為一個(gè)期望值為N，sigma為sqrt(FN)的高斯分布，由此決定的能量分辨率為2.355×sqrt(F/N)；Ø 這個(gè)分辨率是無法再被改善的，是分辨率

7、的極限，實(shí)際中還要考慮其它因素對(duì)能量分辨率的影響，因此能量分辨率還要更差。四、射線與物質(zhì)相互作用1) 帶電粒子在射入某個(gè)物質(zhì)時(shí)，可以與物質(zhì)發(fā)生四種類型的作用，分別是（）？雖然從微觀上看，帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生的每次相互作用的效果是（）的，但是從宏觀上看，我們可以認(rèn)為帶電粒子在進(jìn)入介質(zhì)中之后，一定和介質(zhì)發(fā)生了相互作用。答：Ø 帶電粒子使原子核外電子電離或激發(fā)；帶電粒子受到原子核庫侖力時(shí)發(fā)生的軔致輻射；帶電粒子與原子核發(fā)生的彈性碰撞；帶電粒子與原子核外電子發(fā)生的彈性碰撞（實(shí)際相當(dāng)與整個(gè)原子）；Ø 帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生的每次相互作用都是隨機(jī)的（例如，碰撞參數(shù)不同，導(dǎo)致其傳遞給電子的能量

8、就是不同的）；2) 重帶電粒子與介質(zhì)發(fā)生相互作用的主要類型是（）；假設(shè)你是一個(gè)（5MeV）粒子，當(dāng)你進(jìn)入某一個(gè)介質(zhì)并被其阻止時(shí)，你是否會(huì)知道該介質(zhì)的原子序數(shù)是多少，為什么？隨著進(jìn)入該介質(zhì)的深度不斷增加，你的能量將會(huì)不斷（），對(duì)于某個(gè)確定的深度，你的能量也是確定的嗎，為什么？你是否可以準(zhǔn)確預(yù)測你將在哪里停下來，為什么？你在介質(zhì)中損失能量的同時(shí)，也在介質(zhì)中造成了影響（“乒乒乓乓，有的電子被電離，有的電子被激發(fā)”），那么隨著你的不斷深入，你在路上觀察到的自由電子是越來越密集，還是越來越稀疏，為什么（不考慮你快要停下來時(shí)候的情形）？你的行進(jìn)道路是曲折的，還是直來直去的，為什么？曾經(jīng)有一些電子，距離你的

9、路徑是那樣的近，當(dāng)你從它們身邊掠過的時(shí)候，它們被你強(qiáng)勁地拉動(dòng)了，形成了（）？它們?cè)谕Ｖ怪坝肿隽诵┦裁?？答?#216; 重帶電粒子與介質(zhì)發(fā)生相互作用的主要類型是電離（激發(fā)）；Ø 如果我是一個(gè)粒子，我無法判斷介質(zhì)的原子序數(shù)，因?yàn)楸M管電離能量損失率是與原子序數(shù)Z成正比的，但是同時(shí)也是與原子密度N成正比的；僅僅通過電離能量損失一項(xiàng)無法判斷Z的大小；Ø 隨著進(jìn)入介質(zhì)深度的增加，能量將會(huì)不斷下降；Ø 在某個(gè)確定的深度，粒子的能量不是確定的。原因是粒子的能量損失過程是一個(gè)隨機(jī)過程，其能量會(huì)隨著射程的延伸而表現(xiàn)出能量歧離；不過粒子能量的期望值是確定的；Ø 不能確定地

10、預(yù)測粒子將在哪里停下來，同樣是因?yàn)槟芰繐p失過程的隨機(jī)性導(dǎo)致的射程歧離；Ø 隨著射程的延伸，粒子的能量逐漸降低，在單位路徑上交給電子的能量越來越多，因此看到的自由電子越來越密集（未考慮最終階段）。Ø 粒子的徑跡基本是直線，因?yàn)榱Ｗ淤|(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子的質(zhì)量，粒子的方向很難被改變；Ø 那些碰撞參數(shù)很小的電子形成了delta電子，這些電子的能量足夠高，還能接著去電離；3) 快電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的主要類型包括（）和（），二者都可以使快電子的能量損失，其比例關(guān)系是（）。如果你是個(gè)快電子，射入了某一個(gè)介質(zhì)，你有無可能告訴我們?cè)摻橘|(zhì)的原子序數(shù)是高還是低，為什么？為什么你看起來像

11、個(gè)醉漢，東歪西扭地走路？是什么原因，使你突然發(fā)生了接近180度的偏轉(zhuǎn)？對(duì)于粒子，知道了起始位置和入射方向，其終點(diǎn)位置就差不多確定了，那么對(duì)于快電子呢？答：Ø 快電子與物質(zhì)相互作用的主要類型為電離（激發(fā)）和軔致輻射；二者的比例關(guān)系為EZ/700（軔致輻射能量損失率vs電離（激發(fā)）能量損失率）；Ø 如果是個(gè)快電子，進(jìn)入介質(zhì)之后，有可能根據(jù)兩種能量的損失關(guān)系來判斷原子序數(shù)的高低；Ø 與入射電子發(fā)生碰撞的可能是電子，二者質(zhì)量相同，因此入射電子的方向可能發(fā)生很大的變化；與入射電子發(fā)生碰撞的也可能是原子核，高原子序數(shù)的原子核提供的強(qiáng)大庫侖力可能會(huì)使入射電子發(fā)生大角度的反散射；

12、因此電子的徑跡是曲曲折折的；高原子序數(shù)原子核對(duì)電子的吸引使得電子180度的反散射成為可能；Ø 對(duì)于粒子來說，入射方向和入射位置確定，基本終點(diǎn)就可以確定了，但是對(duì)電子是不可能的；4) 假如一個(gè)粒子和一個(gè)電子同時(shí)從坐標(biāo)（0，0，0）（單位：cm）的位置出發(fā)，并也碰巧都停在了某個(gè)介質(zhì)中的（10，0，0）位置處。問它們各自走了多少路程，粒子答曰：“10.01cm左右吧！”電子答曰：“屈指算來，與粒子相仿也是10cm左右”。它們的回答是否正確，為什么？答：Ø 對(duì)于粒子來說，是正確的，因?yàn)槠渖涑膛c路程長度相當(dāng)；Ø 對(duì)于電子來說，不對(duì)，它的路程長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過射程；5) 在一個(gè)半徑

13、為1cm的NaI晶體球的球心處，有一個(gè)能量為3MeV的電子想要“跑出去”，很不幸，它沒有成功，為什么？如果有10000個(gè)這樣的電子被“抓住”了，那么能否說NaI晶體球內(nèi)沉積的能量增加了30GeV呢，為什么？答：Ø 因?yàn)?MeV電子的在NaI中的射程僅為4mm，不足以射出1cm的NaI球；Ø 由于電子能量可能以軔致輻射的方式損失，而軔致輻射產(chǎn)生的X射線可能穿透NaI球出去，因此NaI晶體球沉積的能量小于30GeV；6) 射線與單能快電子的區(qū)別是什么？當(dāng)一束射線射入某種介質(zhì)時(shí)，隨著入射深度的不斷延伸，我們能夠觀測到的電子數(shù)目會(huì)越來越少，其減少規(guī)律近似地服從一種規(guī)律，是什么（）？

14、答：Ø 射線的電子能量是連續(xù)的，不是單一的；Ø 這個(gè)規(guī)律是“指數(shù)”衰減規(guī)律；7) 對(duì)于不帶電的粒子，我們通常關(guān)心的是射線和中子。它們是間接致電離粒子，需要先通過某些反應(yīng)變成帶電粒子才可以電離。對(duì)于射線來說，它能不能和射入的介質(zhì)發(fā)生相互作用是一個(gè)（）事件。在射入某個(gè)介質(zhì)之后，它可能和介質(zhì)中的原子發(fā)生三種反應(yīng)（雖然不局限于此三種，但我們只感興趣這三種），分別是什么？這三種反應(yīng)的截面與原子序數(shù)和能量關(guān)系很重要，這個(gè)關(guān)系是什么？請(qǐng)說出這三種反應(yīng)的產(chǎn)物及其可能存在的后續(xù)反應(yīng)的產(chǎn)物都是什么？答：Ø 隨機(jī)事件；Ø 光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng)（射線能量超過1.02

15、2MeV）；Ø 這三種反應(yīng)的截面與原子序數(shù)的關(guān)系是Z的5次方、1次方和2次方；與能量的關(guān)系總的來講：隨著能量提高，光電效應(yīng)和康普頓散射反應(yīng)的截面下降，而電子對(duì)效應(yīng)的截面提高（有閾值1.022MeV）；Ø 光電效應(yīng)的產(chǎn)物：光電子，內(nèi)層電子空位導(dǎo)致的后續(xù)X射線或俄歇電子；Ø 康普頓散射：反沖電子，散射光子；這個(gè)散射光子還能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)（光電、康普頓、電子對(duì)等）；Ø 電子對(duì)效應(yīng)：其動(dòng)能分享了射線能量與1.022MeV之差的正負(fù)電子，正電子迅速減速湮沒（固體：ps時(shí)間）放出兩個(gè)背向出射的511keV光子；光子還能繼續(xù)發(fā)生光電效應(yīng)或康普頓散射；8) 對(duì)于中子來說，

16、通常有核反應(yīng)法、核反沖法、裂變法和活化法來將其轉(zhuǎn)換為帶電粒子。這些帶電粒子可能是（）？核反應(yīng)法常常用于測量低能的慢中子，此時(shí)中子的反應(yīng)截面與中子的能量之間存在一個(gè)關(guān)系，是什么關(guān)系？在慢中子能區(qū)，當(dāng)中子的能量減小為原來的1/4時(shí)，其反應(yīng)截面將變?yōu)樵瓉淼模ǎ?？答?#216; 粒子，質(zhì)子，裂變碎片，反應(yīng)生成的子核，電子；Ø 1/v關(guān)系，2倍；9) 如果不考慮積累因子，和中子穿透某種介質(zhì)的概率服從什么規(guī)律？決定衰減系數(shù)的因素有哪些？為什么要提出質(zhì)量衰減系數(shù)這個(gè)概念？水和水蒸氣的衰減系數(shù)是否相同，質(zhì)量衰減系數(shù)呢？積累因子的來源又是什么呢？答：Ø 指數(shù)衰減規(guī)律；Ø 決定線性

17、衰減系數(shù)的是反應(yīng)截面和原子的空間密度；u 對(duì)于射線：反應(yīng)截面由原子序數(shù)和入射的射線能量決定；u 對(duì)于中子：反應(yīng)截面由原子核和入射的中子能量決定；Ø 提出質(zhì)量衰減系數(shù)概念的原因是為了描述同種物質(zhì)在不同物理狀態(tài)下對(duì)射線的衰減；Ø 水的衰減系數(shù)比水蒸汽的答，但是質(zhì)量衰減系數(shù)二者是相同的；Ø 積累因子的主要來源是康普對(duì)散射（電子對(duì)效應(yīng)亦有可能）。五、統(tǒng)計(jì)學(xué)問題1) 在輻射探測中，統(tǒng)計(jì)性是固有的數(shù)學(xué)特性，是無法消除的。對(duì)同一個(gè)物理量，即使保持一切條件不變，不次的觀測也會(huì)得到不同的結(jié)果，這些結(jié)果服從一定的概率分布。這些概率分布都是哪些？（）答：泊松分布（期望值>20后近

18、似為高斯分布），指數(shù)分布，法諾分布；2) 請(qǐng)回答下列問題：a) 一個(gè)活度為10微居的Cs-137源（半衰期為30.17年），一秒鐘放出的射線的數(shù)目服從什么分布？答：泊松分布b) 設(shè)某探測器對(duì)上述源發(fā)出的射線的絕對(duì)探測效率為10%，則探測器每秒測到的信號(hào)數(shù)目服從什么分布？答：泊松分布c) 射線進(jìn)入探測器，通過三種效應(yīng)產(chǎn)生了次級(jí)電子，這個(gè)次級(jí)電子的能量具體為多少是與發(fā)生的反應(yīng)類型有關(guān)的，不妨設(shè)次級(jí)電子的能量為500keV。這個(gè)500keV的電子將在探測器內(nèi)損失能量并形成大量電子離子對(duì)（設(shè)為氣體探測器），則電子離子對(duì)的數(shù)目服從什么分布？答：法諾分布d) 探測器在某個(gè)時(shí)刻t0記錄到了一個(gè)入射事件，在t

19、1時(shí)刻記錄到了隨后到來的第二個(gè)事件。時(shí)間差t1-t0是個(gè)隨機(jī)量，它服從什么分布？答：指數(shù)分布3) 泊松分布是輻射探測中的主要分布。它由二項(xiàng)分布演化而來，在推導(dǎo)泊松分布的時(shí)候，需要滿足什么條件？請(qǐng)對(duì)下面的問題作出回答：答：大量、獨(dú)立、小概率事件；a) 一個(gè)活度為10微居的Cs-137源（半衰期為30.17年），30年內(nèi)放出的射線的數(shù)目是否還服從泊松分布？為什么？答：不是，已經(jīng)不滿足小概率事件這個(gè)條件；4) 泊松分布在什么情況下可以簡化為高斯分布？其期望值和方差之間的關(guān)系是什么？答：Ø 當(dāng)泊松分布的期望值很大的時(shí)候，可以用高斯分布來近似泊松分布，一般認(rèn)為期望值大于20就可以。Ø

20、 泊松分布的期望值方差；5) 法諾分布不同于泊松分布的地方在哪里？法諾分布中的法諾因子一般小于1，其來源是什么？答：Ø 法諾分布具有和泊松分布類似的形式，但是法諾分布的方差比泊松分布的方差多了一個(gè)法諾因子F。Ø F小于1的原因是電離時(shí)產(chǎn)生載流子的碰撞之間并不是獨(dú)立的；6) 什么是級(jí)聯(lián)過程，級(jí)聯(lián)過程變量的期望值與方差有什么特點(diǎn)？在什么情況下，級(jí)聯(lián)變量的相對(duì)方差主要由第一級(jí)變量的相對(duì)方差決定？請(qǐng)舉出一個(gè)級(jí)聯(lián)變量的例子，并說明它是由哪幾個(gè)量級(jí)聯(lián)而成的？答：Ø 關(guān)于級(jí)聯(lián)過程定義，請(qǐng)見講義P173。Ø 級(jí)聯(lián)過程變量的期望值是各級(jí)期望值的乘積，相對(duì)方差等于各級(jí)相對(duì)方

21、差加權(quán)之和，每一級(jí)相對(duì)方差的權(quán)重為前面各級(jí)期望值乘積的倒數(shù)；Ø 如果第一級(jí)的期望值很大，則級(jí)聯(lián)變量的相對(duì)方差主要由第一級(jí)的相對(duì)方差決定；Ø 正比計(jì)數(shù)器放電產(chǎn)生的電子離子對(duì)的數(shù)目就是級(jí)聯(lián)變量，第一級(jí)變量為帶電粒子電離產(chǎn)生的電子離子對(duì)數(shù)目，第二級(jí)變量則為每個(gè)電子離子對(duì)中的電子在雪崩區(qū)域放電產(chǎn)生的電子離子對(duì)數(shù)目；7) A和B均服從泊松分布，則C=A+B是否服從泊松分布，D=A-B是否服從泊松分布？ 答：C服從泊松，但是D不服從。C和D的方差是相同的；8) 在下列測量結(jié)果中，哪些結(jié)果的平方根是對(duì)它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差的合理估計(jì)？a) 某探測器的1分鐘測量計(jì)數(shù)b) 某探測器的10分鐘測量計(jì)數(shù)

22、c) 某探測器在本底環(huán)境下測量1分鐘，扣除本底之后的計(jì)數(shù)d) 某探測器測量60秒之后得到的計(jì)數(shù)率（以cps為單位）e) 某探測器測量60秒之后得到的計(jì)數(shù)率（以cpm為單位）f) 連續(xù)測量5次，每次測量1分鐘，5次測量得到的計(jì)數(shù)的平均值g) 連續(xù)測量5次，每次測量1分鐘，5次測量得到的計(jì)數(shù)的和答：a，b，e，g9) 關(guān)于誤差的傳遞公式，大家要做到很熟悉，試著回答下述問題：a) 已知某樣品測量時(shí)的計(jì)數(shù)率為100cps，欲使對(duì)該樣品計(jì)數(shù)率測量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.1%，則測量時(shí)間應(yīng)該選擇多長？答：10000秒b) 在某一個(gè)測量中，10分鐘測量得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.8%，欲使這個(gè)值繼續(xù)降低為1%，則

23、需要再測量多長時(shí)間？答：68.4分鐘c) 在某一次實(shí)驗(yàn)中，我們想在本底環(huán)境下精確測量一個(gè)放射源的計(jì)數(shù)率。經(jīng)過短暫的粗測之后，估計(jì)出本底計(jì)數(shù)率為25cps，加上樣品后的計(jì)數(shù)率為100cps。如果總共有1小時(shí)的測量時(shí)間，則本底和樣品的測量時(shí)間應(yīng)該怎樣分配？最終得到放射源凈計(jì)數(shù)率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差是多少？答：本底測量20分鐘，樣品測量40分鐘；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1/300;d) 本底計(jì)數(shù)率是(500+-20) /min，樣品計(jì)數(shù)率是(750+-25)/min，求凈計(jì)數(shù)率及誤差。（這是課堂測驗(yàn)的題目）答：凈計(jì)數(shù)率為250cpm；本底的測量時(shí)間為1.25min，樣品的測量時(shí)間為1.2min，因此凈計(jì)數(shù)率的誤差為

24、sqrt(500/1.25+750/1.2)=32cpm;10) 某個(gè)探測器在同樣條件下進(jìn)行多次測量，得到的計(jì)數(shù)結(jié)果為：1001，1010，990，1003，1002，997，995。請(qǐng)判斷這組數(shù)據(jù)是否正常，為什么？答：不正常，一致性過好；樣本的平均值為999.7，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.4，標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方為42<<999.7;六、氣體探測器1) 回顧帶電粒子或中性粒子是如何在氣體電離室中產(chǎn)生載流子的，有哪些物理過程？答：Ø 中性粒子（或中子）通過相應(yīng)的反應(yīng)（光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng)，核反應(yīng)、核反沖、裂變等）變成次級(jí)帶電粒子。Ø 以次級(jí)電子為例，電子在氣體電離室的

25、靈敏體積內(nèi)損失能量，損失能量的主要方式是電離（包括激發(fā)），其中的電離（不包括激發(fā)）過程形成“載流子”“電子離子對(duì)”。Ø 激發(fā)后退激發(fā)光光子的光電效應(yīng)光致電離；Ø 電離后離子在陰極形成的電子離子反饋；Ø 處于壓穩(wěn)態(tài)原子對(duì)其它原子的電離第二類非彈性碰撞；2) 在氣體中，產(chǎn)生一個(gè)“電子離子”對(duì)所需要的平均能量大約是多少？其法諾因子在什么范圍？答：平均能量大約為30eV。法諾因子在0.20.5的范圍；3) 為什么載流子的數(shù)目可以反映射線在氣體探測器中沉積的能量？答：因?yàn)槊慨a(chǎn)生一個(gè)載流子的能量基本是確定的，都是30eV左右，故載流子的數(shù)目能夠反應(yīng)沉積能量的大?。?) 如果沒

26、有外加電壓，載流子在電離室中產(chǎn)生之后會(huì)經(jīng)歷哪些物理過程，這些過程對(duì)載流子的影響是什么？ 答：如果外加電壓，載流子將會(huì)經(jīng)歷擴(kuò)散、電子吸附和復(fù)合的過程。其中電子吸附和復(fù)合將會(huì)導(dǎo)致載流子的減少，使得載流子的統(tǒng)計(jì)性變差；5) 在電離室外加電壓所形成的電場中，載流子中的電子和離子會(huì)開始漂移，電子和離子的飽和漂移速度分別大約是什么量級(jí)？載流子的漂移速度與它們?cè)谕怆娐沸纬傻母袘?yīng)電流大小之間存在什么關(guān)系？為什么電子在外電路的感應(yīng)電流大于離子在外電路的感應(yīng)電流？電子感應(yīng)電流流過的總電荷量是否一定比離子相應(yīng)的總電荷量大？是什么決定了電子（或離子）感應(yīng)電流流過總電荷量的大?。看穑?#216; 離子（cm/ms），電

27、子(cm/s)；Ø 載流子的漂移速度越大，則它在外電路感應(yīng)的電流越大（感應(yīng)電流與載流子的漂移速度和電場強(qiáng)度的乘積有關(guān)）；Ø 因?yàn)殡娮拥钠扑俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子，因此電子的外電路感應(yīng)電流更大；Ø 但是電子的感應(yīng)電流在外電路流過的電荷量并不一定比離子的大；決定電子（或離子）感應(yīng)電流流過總電荷量的大小的是電子（或離子）從漂移起始位置到陽極（陰極）所經(jīng)歷的電位差占陰陽極板間電位差的份額；6) 電離室的構(gòu)成是什么？答：高壓極，收集極，保護(hù)極，負(fù)載電阻7) 隨著電離室外加電壓的增大，電離室的工作狀態(tài)也將發(fā)生變化。請(qǐng)說出電離室有幾個(gè)工作區(qū)？答：（復(fù)合區(qū)），飽和區(qū)，正比區(qū)，（有限正比

28、區(qū)），GM區(qū)，（連續(xù)放電區(qū)）8) 電子電離室是否只收集電子的感應(yīng)電流？離子電離室是否只收集離子的感應(yīng)電流？這兩種電離室的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？是什么因素決定了一個(gè)電離室是電子還是離子電離室？答；Ø 電子電離室只對(duì)電子的感應(yīng)電流敏感；Ø 而離子電離室則既對(duì)離子，也對(duì)電子的感應(yīng)電流敏感；Ø 電子電離室可以實(shí)現(xiàn)高的計(jì)數(shù)率，并有好的信噪比，但是輸出信號(hào)的幅度與電子離子對(duì)的產(chǎn)生位置有關(guān)系（而這個(gè)位置往往是隨機(jī)的），因此無法測量單個(gè)入射粒子的能量信息；Ø 離子電離室雖然能夠測量單個(gè)入射粒子的能量信息，但是由于離子的漂移時(shí)間為ms量級(jí)，因此導(dǎo)致每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間很長，無法

29、實(shí)現(xiàn)高的計(jì)數(shù)率，并且信噪比較差（因?yàn)榈屯V波器）；Ø 決定一個(gè)電離室是離子還是電子脈沖電離室的因素是外電路的時(shí)間常數(shù)，如果外電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子的收集時(shí)間，則是離子脈沖電離室；如果外電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于離子的收集時(shí)間，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的收集時(shí)間，則是電子脈沖電離室；9) 圓柱形電子脈沖電離室和屏柵電離室是如何克服電子電離室和離子電離室的缺點(diǎn)的？對(duì)于圓柱形電離室來說，外電路的信號(hào)主要是由電子還是離子電流構(gòu)成的？另外，后面我們還會(huì)討論正比計(jì)數(shù)器，那么正比計(jì)數(shù)器的外電路信號(hào)主要由誰構(gòu)成呢？圓柱形電離室的中央絲極是正高壓還是負(fù)高壓，為什么？答：Ø 由于圓柱形電子脈沖電離室的圓

30、柱形結(jié)構(gòu)，使得壓降主要發(fā)生在半徑靠近陽極絲附近的較小區(qū)域，而射線產(chǎn)生的電離主要發(fā)生在半徑較大的區(qū)域，因此電離產(chǎn)生的“電子離子對(duì)”中的大部分電子在向陽極漂移的過程中都經(jīng)歷了整個(gè)陰陽極壓降的大部分每個(gè)電子在外電路流過的感應(yīng)電荷都接近于1個(gè)電子電量，這個(gè)特點(diǎn)使圓柱形電子脈沖電離室既有電子脈沖電離室中電子的快特性，又在能量分辨上具有較好的特性；Ø 屏柵電離室則由于屏柵的存在，使得每一個(gè)電離產(chǎn)生的電子離子對(duì)中的電子都經(jīng)過同樣的電位差具有同樣的貢獻(xiàn)。外電路流過的電量嚴(yán)格地正比于電子離子對(duì)的數(shù)目；Ø 對(duì)于圓柱形電子脈沖電離室來說，信號(hào)主要是由電子構(gòu)成的；Ø 正比計(jì)數(shù)器則主要是由

31、離子構(gòu)成的；Ø 圓柱形電離室的目的在于發(fā)揮電子漂移速度快的優(yōu)點(diǎn)，并使電子在漂移路徑掃過大部分的陰陽極壓降（為了準(zhǔn)確測量粒子能量）。如果中央絲極不是陽極，則電子掃過的壓降只是很小的一部分，并且隨電離產(chǎn)生位置的變化明顯，因此無法準(zhǔn)確測量粒子的能量；所以其絲極必須是陽極；10) 為什么正比計(jì)數(shù)器的中央絲極必須是正高壓？為什么正比計(jì)數(shù)器的信號(hào)主要由離子貢獻(xiàn)？正比計(jì)數(shù)器的放電位置是發(fā)生在局部，還是發(fā)生在整個(gè)陽極絲？在一個(gè)正比計(jì)數(shù)器內(nèi)，是否能夠同時(shí)發(fā)生2個(gè)或2個(gè)以上的正比倍增過程？正比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)與什么成正比？如果不考慮電子學(xué)因素對(duì)能量分辨率造成的影響，僅就載流子自身的統(tǒng)計(jì)性而言，是離子電離

32、室的能量分辨率好，還是正比計(jì)數(shù)器的能量分辨率好？答：Ø 正比計(jì)數(shù)器的核心在于電子的雪崩倍增過程（離子是無法雪崩倍增的），只有中央絲極是陽極，才能保證電子的雪崩過程；Ø 由于雪崩后的電子離子對(duì)距離陽極絲很近，電子從雪崩位置到陽極絲所經(jīng)過的電位差只占整個(gè)電位差的很小一部分，因此電子感應(yīng)電流流過的電荷很少，而離子的則占了大多數(shù)，所以正比計(jì)數(shù)器的信號(hào)主要由離子貢獻(xiàn)；Ø 正比計(jì)數(shù)器的放電發(fā)生在局部；Ø 正比計(jì)數(shù)器可以同時(shí)發(fā)生多個(gè)正比倍增（雪崩）過程；Ø 正比計(jì)數(shù)器的輸出與射線沉積能量成正比，也與倍增系數(shù)（工作電壓有關(guān)）成正比；Ø 僅考慮載流子自

33、身的統(tǒng)計(jì)性，則離子電離室的能量分辨率好；11) 正離子的漂移速度很慢（ms量級(jí)的漂移時(shí)間），為什么正比計(jì)數(shù)器仍然可以獲得s量級(jí)的時(shí)間響應(yīng)特性？答：盡管離子慢，但是離子只需要漂移很短的距離就可以掃過大部分的壓降（圓柱型結(jié)構(gòu)的特性）；因此正比計(jì)數(shù)器仍然可以獲得較快的時(shí)間響應(yīng)；12) G-M管的放電是發(fā)生在局部，還是發(fā)生在全陽極絲？G-M管的輸出信號(hào)幅度具有怎樣的特性？答：G-M管的放電是全局發(fā)生的；G-M管的輸出信號(hào)幅度與入射粒子的能量沒有關(guān)系，無論入射粒子的能量如何，G-M管的輸出信號(hào)幅度都是確定的（如果在上一個(gè)信號(hào)的恢復(fù)時(shí)間內(nèi)例外）；13) 在有機(jī)管中，有機(jī)氣體分子的作用是什么？如果G-M管全

34、部充滿了有機(jī)氣體（沒有氬氣了），G-M還能否正常工作，為什么？答：有機(jī)氣體起到了猝熄的作用；如果G-M管全部充滿了有機(jī)氣體，則G-M管也無法工作，因?yàn)橛袡C(jī)氣體分子有大量低的激發(fā)能級(jí)，使電子無法積累能量來發(fā)生電離；14) 有機(jī)管和鹵素管的主要區(qū)別在哪里？鹵素氣體分子的作用是什么？答：二者所充的猝熄氣體不同。鹵素氣體由于可以被Ne的亞穩(wěn)態(tài)通過第二類非彈性碰撞電離，而電子可以在幾個(gè)自由程內(nèi)進(jìn)行加速將Ne激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)（此前無有效地競爭過程），所以鹵素管可以實(shí)現(xiàn)較低的閾壓，并且可以在半徑較大的區(qū)域內(nèi)發(fā)生放電；當(dāng)然，鹵素氣體也起到了猝熄的作用；15) 無論是圓柱形電離室，還是正比計(jì)數(shù)器或G-M管，當(dāng)從中央

35、絲極引出信號(hào)的時(shí)候，這個(gè)信號(hào)的極性是什么？答：負(fù)極性；16) 假設(shè)在射線強(qiáng)度（指射入靈敏體積的射線數(shù)目）為X，電離室工作電壓為V時(shí)，電離室工作在飽和區(qū)，輸出脈沖信號(hào)的幅度為A。若保持其它因素不變，只是增大射線強(qiáng)度，例如變?yōu)?X，則輸出脈沖信號(hào)的幅度是否一定為A？如果不是，原因是什么？通過什么辦法可以使輸出的幅度成為A？我們?cè)谶@里討論的是氣體電離室的什么特性？答：Ø 信號(hào)的幅度可能還是A，但也可能不是A。Ø 一個(gè)電離室是工作在復(fù)合區(qū)還是飽和區(qū)是與工作電壓和射線的入射情況都有關(guān)系的。當(dāng)射線的強(qiáng)度增加時(shí)，可能需要更高的電壓來抑制電子和離子的復(fù)合問題。在本題目中，隨著射線強(qiáng)度的增加

36、，也許電離室還工作在飽和區(qū)，也許不。如果射線強(qiáng)度過強(qiáng)，使之從飽和區(qū)進(jìn)入復(fù)合區(qū)，則需要進(jìn)一步提高工作電壓（前提是工作電壓還沒有高到正比區(qū)的放電電壓）；Ø 這里討論的是電離室的飽和特性；17) 什么是坪特性，正比計(jì)數(shù)器和G-M管的坪斜成因分別是什么？答：Ø 坪特性：計(jì)數(shù)率vs工作電壓的曲線；Ø 正比計(jì)數(shù)器： u 負(fù)電性氣體、末端和管璧效應(yīng)產(chǎn)生的小信號(hào)，在工作升高之后也可以被記錄了（因?yàn)槌^了閾值）；u 如果信號(hào)的幅度分布是從0開始的，那么隨著工作電壓的提高，更多的信號(hào)會(huì)超過閾值，形成坪斜；Ø G-M管：u 工作電壓升高導(dǎo)致正離子反饋的增加，在陰極產(chǎn)生了電子，

37、導(dǎo)致了假計(jì)數(shù)；u 工作電壓的升高，使負(fù)離子在陰極或陽極附近延遲地放出了電子，導(dǎo)致了假計(jì)數(shù)；u 工作電壓升高導(dǎo)致了尖端放電可能性的加大，導(dǎo)致了假計(jì)數(shù)；u 工作電壓升高，靈敏體積會(huì)相應(yīng)增大；18) 假設(shè)利用G-M管對(duì)某一個(gè)活度為A的放射源進(jìn)行測量，得到的計(jì)數(shù)率（平均值）為2000cps。如果別的條件保持不變，只是源的活度增大為2A，則得到的計(jì)數(shù)率（平均值）是4000cps嗎？為什么？答：不是，小于4000cps，因?yàn)樗罆r(shí)間所占的份額更大，活（有效測量）時(shí)間更少了；19) 正比計(jì)數(shù)器的死時(shí)間是可擴(kuò)展的嗎？G-M管的死時(shí)間是可擴(kuò)展的嗎？答：正比可以，G-M不可以； 20) 如果用示波器來觀察G-M的輸

38、出信號(hào)，各個(gè)信號(hào)的幅度大小是一樣的嗎？為什么？G-M管的分辨時(shí)間與閾值有無關(guān)系？答：Ø 如果不考慮恢復(fù)時(shí)間內(nèi)的信號(hào)，則是一樣的。但如果考慮恢復(fù)時(shí)間，則不是一樣的，因?yàn)樵诨謴?fù)時(shí)間內(nèi)，正離子鞘尚未完全漂移完畢，入射粒子產(chǎn)生的雪崩放大效應(yīng)較小，信號(hào)較小。Ø G-M的分辨時(shí)間與閾值有關(guān)系；21) 什么是分辨時(shí)間，什么是時(shí)間分辨本領(lǐng)？答：Ø 分辨時(shí)間：能夠分辨開兩個(gè)相繼入射粒子間的最小時(shí)間間隔；Ø 時(shí)間分辨本領(lǐng)：由探測器輸出脈沖來確定入射粒子入射時(shí)刻的精度；22) 決定一個(gè)電離室是工作于脈沖狀態(tài)還是累計(jì)狀態(tài)的因素是什么？如果每秒鐘射入探測器靈敏體積的帶電粒子數(shù)目為

39、100cps，若要讓探測器工作在累計(jì)狀態(tài)，外電路參數(shù)應(yīng)該如何選擇（舉一個(gè)例子說明）？在該參數(shù)下，輸出電壓信號(hào)的相對(duì)均方漲落是多少？如果100cps增大為50000cps，情況又怎樣？答：Ø 決定電離室工作于脈沖狀態(tài)或累計(jì)狀態(tài)的因素是粒子的入射率和外電路的時(shí)間常數(shù)；Ø RC50ms；10%；Ø RC=100s; 10%23) 設(shè)用同一套累計(jì)電離室測量裝置先后測量兩個(gè)放射源（置于電離室內(nèi)，其粒子的全部能量損耗在靈敏體積內(nèi)）的平均信號(hào)電流。若兩個(gè)源所產(chǎn)生的平均電流相同，而第一個(gè)源的粒子能量高，則測量第一個(gè)源時(shí)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)漲落將比測第二個(gè)源時(shí)（大，一樣，還是??？）（此為課堂

40、測驗(yàn)題目）答：前者的統(tǒng)計(jì)漲落大；24) 請(qǐng)解釋一下，為什么空氣可以廣泛應(yīng)用于電離室，但是卻很少用在正比計(jì)數(shù)器中？答：因?yàn)榭諝庵械难鯕馐秦?fù)電性氣體，對(duì)正比放大過程構(gòu)成了很大的影響；七、閃爍探測器1) 閃爍探測器的載流子是第一打拿極收集到的光電子，請(qǐng)描述從1個(gè)2.754MeV射線入射開始，到形成載流子需要經(jīng)歷哪些物理過程？形成一個(gè)載流子需要的平均能量大約是多少（對(duì)于不同的探測器是不同的，給個(gè)范圍即可）答：Ø 物理過程包括：u 射線與閃爍體內(nèi)的原子發(fā)生反應(yīng)（光電、康普頓、電子對(duì)），產(chǎn)生帶有能量信息的次級(jí)電子；u 次級(jí)電子在閃爍體內(nèi)損失能量，使閃爍體電離；u 閃爍體將能量交給激活劑；u 激活

41、劑退激發(fā)光；u 光子經(jīng)反射、光導(dǎo)傳輸?shù)焦怅帢O；u 閃爍光子在光陰極產(chǎn)生光電子；u 光電子被第一打拿極收集形成載流子；Ø 形成一個(gè)載流子的平均能量300eV（對(duì)每種閃爍體都是不同的）2) 閃爍探測器的突出優(yōu)點(diǎn)在于其本征探測效率高，在同樣的形狀下，為什么BGO探測器比NaI探測器的本征探測效率高？答：Ø BGO的密度（7.13g/cm3）比NaI的密度（3.67g/cm3）大；Ø BGO的原子序數(shù)（83）比NaI（53）的高；3) 發(fā)光效率的含義是什么？它與本征探測效率有無直接關(guān)系？為什么我們傾向于選擇發(fā)光效率大的閃爍體？答：Ø 發(fā)光效率描述的是閃爍體將帶電

42、粒子所沉積能量轉(zhuǎn)換為閃爍光子的能力；Ø 它和本征探測效率沒有直接的聯(lián)系；Ø BGO的發(fā)光效率比NaI低，但它的本征探測效率卻不比同樣尺寸的NaI低；Ø 之所以選擇發(fā)光效率大的閃爍體，目的在于實(shí)現(xiàn)高的能量分辨率；4) 閃爍體發(fā)光的光子數(shù)目近似認(rèn)為是服從什么分布，對(duì)應(yīng)的法諾因子是多少？答：光子的數(shù)目近似服從泊松分布，法諾因子為1；5) 光陰極是否能夠把每一個(gè)射向光陰極的閃爍光子都轉(zhuǎn)換為光電子？什么叫量子效率？答：Ø 光陰極并不能把每個(gè)射向光陰極的閃爍光子都轉(zhuǎn)換為光電子；Ø 量子效率描述的是每個(gè)入射的閃爍光子所轉(zhuǎn)換出光電子的數(shù)目；6) 閃爍探測器的載

43、流子是同時(shí)產(chǎn)生的嗎？如果不是，由什么決定？答：Ø 不是；Ø 由于閃爍光子的發(fā)出不是同時(shí)的，受發(fā)光衰減時(shí)間的影響，因此由閃爍光子導(dǎo)致的光電子也不是同時(shí)產(chǎn)生的；7) 為什么有些閃爍體可用于做粒子種類的鑒別？答：因?yàn)樵谀承╅W爍體中，所發(fā)熒光有快慢成分，而不同帶電粒子在其中電離后發(fā)光的快慢成分比例是不同的；8) 沉積同樣能量的不同種射線，被NaI探測器測量后得到的信號(hào)幅度期望值一定是相同的嗎？為什么？答：不是；因?yàn)椴煌N類射線的發(fā)光效率可能是不同的；9) 為什么光陰極的電位是光電倍增管中最低的？答：因?yàn)殡娮釉诠怆姳对龉軆?nèi)的倍增過程是從低電位向高電位運(yùn)動(dòng)的；10) 如果要做類比的話，

44、電子從第一個(gè)打拿極向陽極運(yùn)動(dòng)的過程可類比于氣體探測器中的什么環(huán)節(jié)？在這個(gè)環(huán)節(jié)中，載流子的絕對(duì)數(shù)目是增大還是減小了？載流子的統(tǒng)計(jì)性是變好還是變差了？為什么一定要有這個(gè)環(huán)節(jié)？答：Ø 可類比于正比計(jì)數(shù)器的雪崩過程；Ø 在這個(gè)環(huán)節(jié)中，載流子的絕對(duì)數(shù)目增大了，但是統(tǒng)計(jì)性卻沒有變好，而是有些變差；Ø 之所以必須這個(gè)環(huán)節(jié)，是因?yàn)榈谝淮蚰脴O收集到的光電子數(shù)目太小，直接形成的信號(hào)幅度很小，無法實(shí)現(xiàn)高的信噪比（噪來自于后續(xù)電路）；11) 為什么最后幾個(gè)打拿極要并聯(lián)電容？答：在最后幾個(gè)打拿極處，倍增后的電子電流很大，需要并聯(lián)電容來為信號(hào)提供通路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；12) 正高壓供電和負(fù)高壓供電

45、的特點(diǎn)分別是什么？答：Ø 正高壓：陰極接地，但是在陽極和輸出之間需要增加隔直電容，不適合于高計(jì)數(shù)率和電流情況；Ø 負(fù)高壓：無需隔直電容，適合高計(jì)數(shù)率和電流情況，但是光陰極處于負(fù)高壓，需要防止漏電流和場致發(fā)光；13) 我們可以從陽極收集信號(hào)，也可以從前幾個(gè)打拿極收集信號(hào)。這兩種信號(hào)有什么區(qū)別？答：Ø 從陽極收集到的信號(hào)是負(fù)極性，幅度較大；Ø 從前級(jí)打拿極收集到的信號(hào)先為負(fù)極性（幅度?。?，然后為正極性（幅度變大，因?yàn)殡娮颖对觯?，幅度較小，但是由于電子的渡越時(shí)間較小，時(shí)間離散也小，因?yàn)闀r(shí)間特性較好；14) 什么是電壓型脈沖工作狀態(tài)，什么是電流型脈沖工作狀態(tài)？其

46、輸出信號(hào)的幅度分別是多大？答：Ø 當(dāng)外電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)光時(shí)間時(shí)，表現(xiàn)為電壓型脈沖工作狀態(tài)；Ø 當(dāng)外電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)光時(shí)間時(shí)，表現(xiàn)為電流型脈沖工作狀態(tài)；幅度大小的表達(dá)式請(qǐng)見講義；15) 對(duì)于某個(gè)射入NaI探測器的射線，它可能在探測器內(nèi)發(fā)生多次康普頓散射，每次都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反沖電子。NaI探測器能否區(qū)分這些電子（是當(dāng)作1個(gè)電子來看，還是當(dāng)作多個(gè)電子來看）？為什么？答：會(huì)當(dāng)作一個(gè)電子來看，因?yàn)檫@些電子的產(chǎn)生時(shí)間盡管是有先后的，但與閃爍體的發(fā)光時(shí)間相比，這些時(shí)間先后的間隔是很短的，無法區(qū)分；16) 什么是峰總比？峰總比大些好，還是小些好？下面列出了幾種比較，請(qǐng)分析誰的

47、峰總比更大？答：峰總比指的是全能峰面積與整個(gè)能譜面積的比值；峰總比大些好；a) 形狀尺寸相同，密度相同，原子序數(shù)不同：Z大的探測器 vs Z小的探測器答：前者大b) 都是NaI探測器，體積不同：2英吋（直徑）×2英吋vs 3英吋（直徑）×3英吋答：后者大c) 形狀尺寸相同，原子序數(shù)相當(dāng)，密度不同：密度大 vs 密度小答：前者大d) 都是NaI探測器，體積相同，形狀不同：1英吋（直徑）×8英吋vs 2英吋（直徑）×2英吋答：后者大八、半導(dǎo)體探測器1) 半導(dǎo)體探測器具有非常好的能量分辨率特性和較高的本征探測效率，它的載流子是“電子空穴對(duì)”。那么產(chǎn)生一個(gè)“電子

48、空穴對(duì)”需要的平均電離能是多少？法諾因子的范圍是多少？2) “電子空穴對(duì)”是如何產(chǎn)生的？答：帶電粒子在半導(dǎo)體中的電離，使得價(jià)帶中的電子進(jìn)入導(dǎo)帶，形成電子空穴對(duì)；3) 電子和空穴的飽和漂移速度在什么量級(jí)？答：107cm/s；4) 在選擇半導(dǎo)體作為探測器材料時(shí)，應(yīng)考慮什么原則？答：Ø 應(yīng)該有大的電阻率，以減小漏電流和減小結(jié)電容；Ø 應(yīng)該有長的載流子壽命，以保證大體積下載流子的收集；5) PN結(jié)探測器中的耗盡層是怎樣形成的？耗盡層的存在與實(shí)現(xiàn)高能量分辨率有什么關(guān)系？答：Ø 耗盡層的形成，請(qǐng)見講義；Ø 在耗盡層中，由于載流子的數(shù)目很少，表現(xiàn)出了高的電阻率，使得漏

49、電流很小，保證了高的能量分辨率；6) 載流子在產(chǎn)生之后會(huì)有哪些過程使之損失或無法形成信號(hào)？為什么希望載流子的壽命長？答：Ø 載流子會(huì)因?yàn)橄萋浠驈?fù)合而損失，無法形成信號(hào)；Ø 載流子壽命長有利于實(shí)現(xiàn)大體積的探測器，提高對(duì)穿透能力較強(qiáng)射線的探測效率；7) 就統(tǒng)計(jì)學(xué)特性而言，PN結(jié)探測器能夠?qū)崿F(xiàn)很好的分辨率。如果只考慮統(tǒng)計(jì)漲落問題，一個(gè)5.486MeV的粒子在金硅面壘探測器中的能量分辨率是多少？答：4keV；8) 要實(shí)現(xiàn)這么好的能量分辨率，勢必要考慮其它因素對(duì)能量分辨率的“敗壞”問題，有什么因素會(huì)使金硅面壘探測器測量到的能量分辨率變差呢？答：探測器的噪聲信號(hào)；電子學(xué)的噪聲；入射窗的

50、影響；載流子的陷落與復(fù)合；9) 綜合考慮各項(xiàng)因素對(duì)能量分辨率的影響之后，我們將得到一個(gè)總的能量展寬E。各分項(xiàng)因素的貢獻(xiàn)E1，E2，Ei等與E之間存在什么關(guān)系？答：它們之間是平方和關(guān)系；10) 在影響半導(dǎo)體探測器分辨率的各項(xiàng)因素中，電荷靈敏前置放大器的噪聲也是重要的一項(xiàng)。什么是零電容噪聲，什么是噪聲斜率？如果零電容噪聲為1keV，噪聲斜率為0.03keV/pf，現(xiàn)知道由前放造成的能量展寬為7keV，那么探測器的電容是多大？答：200pf11) 增加金硅面壘探測器的反向電壓，會(huì)有什么好處，又會(huì)有什么壞處？應(yīng)該怎么選擇反向電壓的大??？答：Ø 好處是增大靈敏體積，減小結(jié)電容（電容噪聲?。?；&

51、#216; 壞處是反向電流會(huì)增大；Ø 反向電壓有一個(gè)最優(yōu)值，此時(shí)能量分辨率最好；12) 為什么PN結(jié)探測器結(jié)區(qū)不能做得很厚？這個(gè)缺點(diǎn)帶來了什么問題？答：因?yàn)镾i材料的摻雜濃度無法做得很小，因此同樣反向電壓下，結(jié)區(qū)的厚度不大，僅為mm量級(jí)。雖然可以通過提高反向電壓來增大厚度，但是電壓過高會(huì)使結(jié)區(qū)交界處發(fā)生擊穿，因此不能無限提高電壓；13) HPGe探測器也是一種PN結(jié)探測器嗎？為什么它可以實(shí)現(xiàn)較大的結(jié)區(qū)厚度？答：是。因?yàn)镠PGe探測器所用的Ge材料雜質(zhì)濃度很小，僅為1010原子/cm3；14) 對(duì)于1.33MeV的射線，HPGe探測器的典型能量分辨率是多少（以keV為單位）？答：最好可

52、以達(dá)到1.3keV，常見的是1.75MeV左右；15) 什么是峰康比？當(dāng)我們說某個(gè)HPGe探測器的探測效率是50的時(shí)候，這個(gè)探測效率是怎么定義的？50和20探測效率的HPGe相比，誰的峰康比大？答：Ø 峰康比指全能峰的高度與康普頓平臺(tái)高度的比值；Ø 所謂50%探測效率的HPGe探測器，指的是其全能峰效率相對(duì)于3英吋NaI探測器的全能峰效率為50；Ø 50探測效率的HPGe探測器峰康比更大；16) 為什么一般HPGe探測器所測能譜的逃逸峰比NaI探測器的要明顯？答：因?yàn)镠PGe探測器的對(duì)出射511keV射線的阻擋能力不如NaI探測器；九、中子測量1) 探測中子的基本

53、方法有哪些？有哪些常用的中子探測器？答：Ø 核反應(yīng)法；核反沖法；裂變法；活化法；Ø 氣體探測器：BF3正比計(jì)數(shù)器，3He正比計(jì)數(shù)器，裂變室，硼電離室等；Ø 閃爍體：LiI，Li玻璃等；2) 什么是中子與物質(zhì)相互作用的宏觀截面？答：即原子核密度與每個(gè)原子核與某個(gè)能量中子的反應(yīng)截面的乘積。它與線性衰減系數(shù)具有同樣的量綱和含義。反映了某個(gè)能量的中子在某個(gè)介質(zhì)中單位距離內(nèi)被衰減的程度；3) 什么是中子探測的靈敏度，其量綱是什么？如果某個(gè)BF3正比計(jì)數(shù)器充氣壓力為500mmHg（室溫下），B-10的濃度為90，靈敏體積為3×20cm。請(qǐng)估算這個(gè)正比計(jì)數(shù)器對(duì)25.3meV中子的靈敏度。已知B-10對(duì)25.3meV的熱中子的截面為3836b。答：中子靈敏度的量綱為面積；8.6cps/nv;4) 上題中同樣的正比計(jì)