《致電離輻射探測(cè)學(xué)》練習(xí)題

1、箕氣特征x-埃 (30kcV).選擇題:1、寫(xiě)出放射性原子核衰變時(shí)所服從的泊松分布和高斯分布表達(dá)式。mn m e n!P(n) 答：1P(n)e(n m)2 2 2探測(cè).器中的事件3、用正比計(jì)數(shù)管測(cè)量輻射如示意圖，畫(huà)出測(cè)得的微分能譜2、描述探測(cè)器分辨時(shí)間的模型如下圖所示，請(qǐng)給出這兩個(gè)模型對(duì)測(cè)量計(jì)數(shù)的修正公式。非時(shí)滯延遲模至解：真實(shí)計(jì)數(shù)率為n,探測(cè)器測(cè)得的計(jì)數(shù)率m,探測(cè)器分辨時(shí)間為。入射光子 hv時(shí)滯延遲模型非時(shí)滯延遲模型時(shí)滯延遲模型飆氣特征x-線 (30keV)nmm1nem n全能峰氣氣正比計(jì)效管4、電離室中存在的負(fù)電性氣體分子會(huì)：(1)捕獲電子形成負(fù)離子，減小復(fù)合損失；(2)捕獲離子，形成

2、負(fù)離子，增加復(fù)合損失；(3)捕獲電子形成負(fù)離子，增加復(fù)合損失；(4)捕獲離子，形成負(fù)離子，增加復(fù)合損失()5、減小由于負(fù)離子的形成而造成的復(fù)合損失的措施(1)增加工作氣體的壓力；(2)減小工作電壓；(3)純化氣體，添加少量雙原子氣體；(4)減小電子的漂移速度()6、電離室輸出的脈沖信號(hào)是由(1)電極完全收集電子和離子后形成的；(2)電極收集電子和離子過(guò)程中，電極上感生電荷的變化形成的；(3)收集快電子形成的；(4)收集慢離子形成的()7 .什么原因造成電離室在飽和區(qū)內(nèi)電流仍隨電壓升高而增大？(1)電壓升高時(shí)，電極邊緣的電場(chǎng)增強(qiáng)，使實(shí)際的靈敏體積擴(kuò)大(2)由于負(fù)電性氣體雜質(zhì)的存在，消除負(fù)離子和正

3、離子復(fù)合需要更強(qiáng)的電場(chǎng)。8 .電離室測(cè)量輻射時(shí)，輸出的電流或電壓信號(hào)，試分析他們的成份，并畫(huà)出隨時(shí)間變化規(guī) 律的示意圖。電離室的電流或電壓信號(hào)是由電子和離子的定向漂移，在電極上感生電荷的變化形成的, 其主要成分為，電子脈沖和離子脈沖，其變化規(guī)律如圖發(fā)射的光子，分析氣體探測(cè)器中的電壓信號(hào)的成分，并給出信號(hào)隨時(shí)間變化的關(guān)系和變化曲線示意圖。答：主要有電子和離子的漂移感生的兩種信號(hào)構(gòu)成：VceCod(WW )t其變化如圖所示寸xo)當(dāng) _xo_dxoW(3.13b)C0(3.13c)9、畫(huà)出氣體脈沖電離室典型的輸出脈沖波形，說(shuō)明輸出回路對(duì)波形的影響。（3）離子脈沖電離室和電子脈沖電離室的除出脈沖波形

4、10 .簡(jiǎn)述正比計(jì)數(shù)管中的雪崩現(xiàn)象當(dāng)射線通過(guò)電極間氣體時(shí)，電離產(chǎn)生的電子和正離子在電場(chǎng)作用下，分別向陽(yáng)極和陰極漂移。正離子的質(zhì)量大，且沿漂移方向的電場(chǎng)又是由強(qiáng)盜弱，因此電場(chǎng)的加速不足以使它發(fā) 生電離碰撞。而電子則不然，漂移愈接近陽(yáng)極，電場(chǎng)強(qiáng)度愈強(qiáng)。到達(dá)某一距離后，電子在平均自由程上獲得的能量足以與氣體分子發(fā)生電離碰撞，產(chǎn)生新的離子對(duì)。同樣地，新的電子又被加速再次發(fā)生電離碰撞。漂移愈接近，電離碰撞的概率愈大。于是，不斷增殖的結(jié)果將倍增出大量的電子和正離子，這就是電子雪崩的過(guò)程。11 .正比計(jì)數(shù)器在發(fā)生電子雪崩的過(guò)程中，除了加速電子與氣體分子的碰撞產(chǎn)生的電子之外，還有哪些原因產(chǎn)生新的電子？光電效應(yīng)

5、： 受激原子在退激發(fā)時(shí)發(fā)射的光子，以及復(fù)合等過(guò)程，只要能量足夠大，都可能在氣體分子或光陰極表面打出光電子陰極表面的二次電子發(fā)射：正離子或受激原子撞擊陰極表面時(shí)可能發(fā)射二次電子12 .猝熄氣體的主要作用是什么?吸收紫外光的作用抑制正離子發(fā)射作用13 . 造成 G-M 管的死時(shí)間的原因是（ 1）電子雪崩產(chǎn)生的大量的電子，削弱陽(yáng)極的電場(chǎng)強(qiáng)度；（ 2）電子雪崩產(chǎn)生的大量的正離子，削弱陽(yáng)極的電場(chǎng)強(qiáng)度；（ 3）猝熄分子終止放電；（ 4）猝熄抑制正離子的發(fā)射。14、在GM 管中，引起多次放電的主要原因是什么？如何抑制這種現(xiàn)象？答： 主要原因有兩個(gè)：（ 1 ） 受激氣體退激發(fā)產(chǎn)生的紫外光在陰極上由于廣電效應(yīng)產(chǎn)

6、生新的電子； （ 2）具有一定動(dòng)能的正離子撞擊在陰極上產(chǎn)生的二次電子發(fā)射。這些新產(chǎn)生的電子在GM 管中引起新的放電。（ 2 分）抑制的措施：引入多原子分子，由于它們具有密集的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，能強(qiáng)烈地吸收多種能量的光子，從而抑制光電子的產(chǎn)生；引入猝熄氣體分子，利用它與正電荷氣體分子的電荷交換， 由于激發(fā)態(tài)猝熄分子的解離壽命比退激發(fā)光的壽命短很多，故大部分也超前解離而不發(fā)射光子，從而抑制正離子在陰極上的二次電子發(fā)射。15. G-M 管的坪曲線存在坪斜的原因？亂真放電隨電壓升高而增多，從而造成假計(jì)數(shù)增多，亂真放電有以下兩個(gè)來(lái)源猝息不完全：猝息分子的正離子到達(dá)陰極有時(shí)還能打出少數(shù)電子；負(fù)離子的形成：電

7、子被捕獲形成負(fù)離子后漂移速度大大減慢，一直等到放電終止后才能到達(dá)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)16、造成GM 管死時(shí)間的原因是什么？如何確定GM 管的分辨時(shí)間？答：入射粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)器引起放電后，形成了正離子鞘，使陽(yáng)極周?chē)碾妶?chǎng)減小。終止了放電，這時(shí)，進(jìn)入計(jì)數(shù)器的粒子則不能引起放電，直到正離子鞘移出強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，場(chǎng)強(qiáng)恢復(fù)到足以維持放電的強(qiáng)度為止，這段時(shí)間為死時(shí)間。 采用雙源法17. 光電倍增管的光陰極的作用是（1） 將電離輻射轉(zhuǎn)換為光子；（ 2）將電離輻射轉(zhuǎn)換成電子；（ 3）將電子轉(zhuǎn)換成光子；（ 4）將光子轉(zhuǎn)換為光電子18.閃爍體NaI晶體中摻元素鴕（Tl）的作用是（ 1）增加光子轉(zhuǎn)換效率；（ 2）增加光電效應(yīng)（ 3）減小晶

8、體對(duì)輻射產(chǎn)生的光子的自吸收；（ 4）改善晶體的發(fā)射光譜19、指出NaI(Tl)閃爍體的優(yōu)缺點(diǎn)密度大，平均原子序數(shù)高，對(duì) X射線Gamma射線阻止本領(lǐng)大能量轉(zhuǎn)換效率高，相對(duì)發(fā)光效率相當(dāng)于慈晶體的兩倍對(duì)自身的閃爍光不產(chǎn)生吸收，因此可做成大塊閃爍體容易加工極易潮解，必須密封在帶有光學(xué)玻璃的金屬容器中使用20、下圖是兩種尺寸的半導(dǎo)體探測(cè)器的峰總比隨能量變化的結(jié)果，試解釋差異的原因。Er, keV兩種尺寸的NaI(Tl)的峰總比其大體答：丫射線入射到探測(cè)器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級(jí)丫射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用，結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng)；累積效應(yīng)與探測(cè)器晶體的大小有關(guān)，與射線的能量有關(guān)， 尺

9、寸大的累計(jì)效應(yīng)大，因此,積的晶體的峰總比大于小體積的峰總比。21.光電倍增與閃爍晶體的之間匹配目的是(1)增加光子的收集效率；(2)減小光子的反射；1 3)輸出更多的光電子；(4)減小光電子渡越時(shí)間22、引起光電倍增管的暗電流主要原因有哪些?答：熱發(fā)射歐姆漏電殘余氣體電離場(chǎng)致發(fā)射切倫科夫光子玻璃管殼放電和玻璃熒光23 .簡(jiǎn)述閃爍探測(cè)器工作的五個(gè)相互聯(lián)系的過(guò)程(1)射線進(jìn)入閃爍體，與之發(fā)生相互作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子的 電離和激發(fā)；(2)受激原子、分子退激發(fā)時(shí)發(fā)射熒光光子；(3)光子收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子；(4)光電子在光電倍增管中倍

10、增，數(shù)量由一個(gè)倍增到104-109個(gè)，電子流在陽(yáng)極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)；(5)此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。24 .解釋光電倍增管的渡越時(shí)間Delta函數(shù)光源的閃光到達(dá)陰極瞬間與陽(yáng)極輸出脈沖到達(dá)峰值時(shí)刻之間的時(shí)間間隔25 . 丫射線能譜上的全能峰歸因于(1)光電效應(yīng)；(2)康普頓散射；(3)電子對(duì)效應(yīng)；(4)特征X射線26 .造成丫射線能譜上的反散射峰的原因是(1)探測(cè)器晶體中康普頓反散射；(2)探測(cè)器周?chē)牧现锌灯疹D反散射；(3)探測(cè)器周?chē)牧现袖螠绻庾樱?4)探測(cè)器晶體中的多次康普頓散射27、用一個(gè)大尺寸的探測(cè)器探測(cè)輻射，如下列示意圖所示，請(qǐng)預(yù)期測(cè)得的能譜，并解釋原因。解：能譜()答：丫射線入射

11、到探測(cè)器中與物質(zhì)相互作用的產(chǎn)生次級(jí)丫射線可以再次與物質(zhì)發(fā)生作用, 結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng)28.半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)射線時(shí)，將射線能量轉(zhuǎn)換成(1)電子-離子對(duì)；(2)電子-光子(3)光電子；(4)電子-空穴對(duì)29、如何增加半導(dǎo)體探測(cè)器的靈敏體積？答：PN結(jié)的厚度為兄 V0、1/2()eN通過(guò)增加反向偏壓 V0 ,或減小半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度的辦法達(dá)到增加靈敏體積的目的。30. PN結(jié)探測(cè)射線的原理PN結(jié)區(qū)內(nèi)的載流子濃度很低， 電阻很高，當(dāng)加上反向電場(chǎng)時(shí)，電壓幾乎完全降落在結(jié)區(qū)， 在結(jié)區(qū)形成一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，而幾乎沒(méi)有漏電流流過(guò)。當(dāng)帶電粒子射入結(jié)區(qū)后，通過(guò)與半導(dǎo)體材料的相互作用，很快地?fù)p失

12、掉能量，帶電粒子所損失的能量將使電子由價(jià)帶跳到滿帶上去， 于是導(dǎo)帶中有了電子，在價(jià)帶中留下空穴，形成導(dǎo)電的電子-空穴對(duì)。 在電場(chǎng)的作用下， 電子和空穴分別向兩極漂移，于是在回路中形成信號(hào)。31、使用金硅面壘探測(cè)器時(shí)，為什么采用電荷靈敏放大器？ 答：金硅面壘探測(cè)器存在結(jié)電容因此探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)CdVpdn NeCiCdCi Cd分布電容 結(jié)電容則輸出的電壓信號(hào)會(huì)隨加在 電荷靈敏放大器，則電壓為 (1分)PN結(jié)上的偏壓變化而變化，從而影響儀器的能量分辨率。連接Vp其中KCf為電荷靈敏放大器的輸入電容，Ci+Cd ,因止匕NeCi Cd KCfK為放大倍數(shù)，Cf為放大電路的反饋電容，KCf從而消

13、除結(jié)電容的影響。VpNeKCf32.通常丫源伴有3射線，實(shí)際測(cè)得的丫能譜中，康普頓坪臺(tái)的低能部分向上傾斜的原因(1) 3能譜的疊加；(2)韌致輻射的結(jié)果；(3)多重電子散射；(4)電子的湮滅33.隨著探測(cè)器尺寸的增加，能譜的峰康比將(1)不變；(2)減小；(3)增大；(4)為零34、試從原理上分析 Ge (Li)探測(cè)器對(duì) Gamma射線的能量分辨率好于 NaI (Tl)晶體的主 要原因。解：半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)原理是射線在靈敏體積內(nèi)消耗能量產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，通過(guò)對(duì)它們的收集，得到電流，平均產(chǎn)生一對(duì)電子空穴對(duì)所需的能量為幾eV;閃爍探測(cè)器的探測(cè)原理是射線在閃爍體中消耗能量，發(fā)出光子，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換為

14、電流，平均產(chǎn)生一個(gè)光電子需約 300eV;這兩種探測(cè)器的能量分辨率分別決定于的漲落和光電子數(shù)的漲落，在相同射線能量下，半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)目遠(yuǎn)大于閃爍體中的光電子數(shù)目，根據(jù)關(guān)系 /vN ,可知，電子-空穴對(duì)的漲落遠(yuǎn)小于光電子的漲落，Ge (Li)探測(cè)器對(duì) Gamma射線的能量分辨率好于 NaI (Tl)晶體。Q的時(shí)間變化曲線。35、半導(dǎo)體探測(cè)器如簡(jiǎn)圖所示，請(qǐng)畫(huà)出圖中各個(gè)作用點(diǎn)的輸出脈沖解:t h空穴收集%電子收集36、半導(dǎo)體探測(cè)器如簡(jiǎn)圖所示，請(qǐng)畫(huà)出圖中各個(gè)作用點(diǎn)的輸出脈沖Q(t)的時(shí)間變化曲線。teIt h空穴收集x空穴收集電子收集d r37、在符合測(cè)量中，如何選擇放射源的活度？1/2

15、 T在符合分辨時(shí)間確定時(shí)，為保證真符合率大于偶然符合率，源強(qiáng)必須小于1在鋁中的射程(要求給38、137cs的衰變綱圖如下圖所示，請(qǐng)基于符合測(cè)量原理，測(cè)量3 出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖)ncon當(dāng)x大于或等3(1分)1的最大射程答:Fi(x)E(x) F2(x)1的最大能量時(shí)， T1(x)=0 ,因此從變化曲線可定出3說(shuō)明中子活化分析法中活化的流程，并大致畫(huà)出活化片中放射性核素的變化情況。 解：39、周?chē)牧蠈?duì)探測(cè)器的影響如下圖所示，請(qǐng)畫(huà)出探測(cè)器測(cè)得的能譜。40 .解釋延遲符合曲線和瞬時(shí)符合曲線在符合測(cè)量裝置中，人為地改變兩符合道的相對(duì)延遲時(shí)間時(shí)，符合計(jì)數(shù)率隨延遲時(shí)間的分布曲線稱為延遲符合曲線；對(duì)于瞬發(fā)事

16、件， 即發(fā)生的時(shí)間間隔遠(yuǎn)小于符合分辨時(shí)間的事件，所得延遲符合曲線稱為瞬時(shí)符合曲線。41 .定時(shí)信號(hào)的拾取中， 限制時(shí)間分辨本領(lǐng)的三個(gè)主要因素是什么？消除它們影響的方法有 哪些？(1)探測(cè)器和放大器的噪聲；(2)脈沖波形的漲落；(3)脈沖幅度不同引起的時(shí)移。方法有：過(guò)零定時(shí)法、恒比定時(shí)法、幅度上升時(shí)間補(bǔ)償法、舍棄上升脈沖的定時(shí)法42 .如圖是NaI (Tl)探測(cè)器測(cè)得的77mse的能譜， 在全能峰162keV左邊存在134keV的 峰，試解釋形成的原因。加加6(1441的嘛沖幡及在NaI(Tl)晶體中，碘原子的K層特征X射線的能量是28keV ,如果光電效應(yīng)在晶體的表面處發(fā)生，則這一 X射線可能

17、逃逸出晶體，相應(yīng)的脈沖幅度所對(duì)應(yīng)的能量將比入射光子的能量小28keV ,這種脈沖所組成的峰成為碘逃逸峰。43 .解釋累計(jì)效應(yīng)丫射線入射到探測(cè)器中與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的次級(jí)射線可以在次與物質(zhì)發(fā)生相互作用, 其結(jié)果使得全能峰的計(jì)數(shù)增加，這就是累計(jì)效應(yīng)。44 .中子探測(cè)通常有哪些方法核反應(yīng)法、核反沖法、核裂變法、活化法45 .高斯分布的半高寬多少？46、在丫能譜測(cè)量中，常在全能峰的右邊（更高能量處）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)峰，這些是什么峰？如何產(chǎn)生的？解：是兩種能量的和峰它們是由和峰效應(yīng)產(chǎn)生的47、設(shè)一個(gè)輻射粒子的能量為 巳在氣體中產(chǎn)生一對(duì)離子消耗的能量為w。單位時(shí)間有n個(gè)粒子穿過(guò)電離室靈敏區(qū)域，若全部能量消

18、耗在此靈敏體積內(nèi)，寫(xiě)出電離電流的表達(dá)式I解：nE e w48、為什么137cs源可以作為偶然符合源?答：卞據(jù)137cs衰變綱圖可知，子核激發(fā)態(tài)的壽命約 2.5分鐘，因此關(guān)聯(lián)的3和丫射線發(fā)射時(shí)間差為2.5分鐘，這種發(fā)射的延遲遠(yuǎn)大于通常符合測(cè)量系統(tǒng)的分辨時(shí)間，所以測(cè)量得到符合計(jì)數(shù)完全是偶然符合，故137cs源可以做為偶然符合源。49、在符合測(cè)量中，如果信號(hào)的相對(duì)延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的符合分辨時(shí)間，那么測(cè)得的符合是什么符合？符合計(jì)數(shù)率多少？答：信號(hào)的相對(duì)延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于符合測(cè)量系統(tǒng)的分辨時(shí)間時(shí)，所測(cè)量得到符合是偶然符合; （2分）偶然符合計(jì)數(shù)率為nrc2 n1n2.計(jì)算題（1.測(cè)量放射性樣品時(shí)，測(cè)得樣品

19、的計(jì)數(shù)率為1200 min-1,本底計(jì)數(shù)率為300 min-1,根據(jù)要求，測(cè)量誤差小于 2%,如何分配測(cè)量樣品和本底的時(shí)間？解：ns/nb=1200/300=4y n 2%Tmin=1/(nb( 、n)2(ns/nb)1/2-1)2)=8.3 mintb=Tmin/(1+(ns/nb)1/2)=2.8 mints= Tmin(ns/nb)1/2 /(1+(ns/nb)1/2)=5.5 min2.計(jì)算充Ar氣電離室和正比計(jì)數(shù)器對(duì) 6MeV &粒子的最佳能量分辨率 (Ar對(duì)于&粒子的()20.68平均電離為26.3 eV,正比計(jì)數(shù)器的放大倍數(shù)M為1000, M，法諾因子為1/3)2.36. F 2

20、.36 ；一26.3 60.45%解：電離室：EN3?6 10r 中 2.36N2。譚)2) 2叫% 0.68$/1、26.32.36 一 0.68)6 0.5%正比計(jì)數(shù)器： 36 101、G-M計(jì)數(shù)管測(cè)量某放射性核素時(shí)，本底計(jì)數(shù)率為每分鐘25次，源加本底的總計(jì)數(shù)只比本底每分鐘多60次。如果總的測(cè)量時(shí)間為 10分鐘，為了使測(cè)量結(jié)果的誤差最小，如何分配測(cè)量本底和樣品的時(shí)間?6.5(分鐘鐘(5分)3.5(分鐘制2、下面是某同學(xué)測(cè)量一放射性核素衰變時(shí)得到的兩次計(jì)數(shù), 的可靠性(已知0.01, K2.58)5126和5468,試檢驗(yàn)這組數(shù)據(jù)解:5468 5126 345, 5468 5126 102.

21、9346102.93.36K 3.36 K 2.58,按照 0.01水平，這組數(shù)據(jù)差異明顯，因此這組數(shù)據(jù)是不正常的。3.試判斷下列一組數(shù)據(jù)測(cè)量中，有無(wú)需要舍棄的數(shù)據(jù)1.52,1.46 , 1.61,1.54, 1.55, 1.49, 1.68,1.46,1.50,1.83(g(10,0.05)=2.18)_10N Ni/10 1.5611 10-2max0.266max2.3：10 1(Ni N)0.12g(10.0.05) 2.18mg(10.0.05)解：故1.83應(yīng)該舍棄24Na T1/2=15.02h, beita 1.392(MeV)(99.92%) gamma 1.369(100%) 2.754(99.85%)4.下圖是用p-型高純錯(cuò)半導(dǎo)體探測(cè) 60Co得到的丫能譜(衰變綱圖如圖中插圖所示)，請(qǐng)指出 能譜上的各個(gè)峰名稱。LOEOG1.0E05100001000100700.00O.UO2100,00140。.。Energy (keV)2fm001 0E