輻射探測(cè)學(xué) 復(fù)習(xí)要點(diǎn)

輻射探測(cè)學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章輻射與物質(zhì)的相互作用（含中子探測(cè)一章）什么是射線由各種放射性核素發(fā)射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。射線與物質(zhì)作用的分類(lèi)有哪些重帶電粒子、快電子、電磁輻射（Y射線與X射線）、中子與物質(zhì)的相互作用電離損失、輻射損失、能量損失率、能量歧離、射程與射程歧離、阻止時(shí)間、反散射、正電子湮沒(méi)、光子與物質(zhì)的三種作用電離損失：對(duì)重帶電粒子，輻射能量損失率相比小的多，因此重帶電粒子的能量損失率就約等于其電離能量損失率。輻射損失：快電子除電離損失外，輻射損失不可忽略；輻射損失率與帶電粒子靜止質(zhì)量m的平方成反比。所以?xún)H對(duì)電子才重點(diǎn)考慮輻射能量損失率：?jiǎn)挝宦窂缴?，由于軔致輻射而損失的能量。￥能量損失率：指單位路徑上引起的能量損失，又稱(chēng)為比能損失或阻止本領(lǐng)。接能量損失作用的不同，能量損失率可分為“電離能量損失率”和“輻射能量損失率”能量歧離（EnergyStraggling）：?jiǎn)文芰Ｗ哟┻^(guò)一定厚度的物質(zhì)后，將不再是單能的（對(duì)一組粒子而言），而發(fā)生了能量的離散。電子的射程比路程小得多。射程：帶電粒子在物質(zhì)中不斷的損失能量，待能量耗盡就停留在物質(zhì)中，它沿初始運(yùn)動(dòng)方向所行徑的最大距離稱(chēng)作射程，R。實(shí)際軌跡叫做__P。射程歧離（RangeStraggling）由于帶電粒子與物質(zhì)相互作用是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，因而與能量歧離一樣，單能粒子的射程也是漲落的，這叫做能量歧離。能量的損失過(guò)程是隨機(jī)的。阻止時(shí)間：將帶電粒子阻止在吸收體內(nèi)所需要的時(shí)間可由射程與平均速度來(lái)估算。與射程成正比，與平均速度成反比。反散射：由于電子質(zhì)量小，散射的角度可以很大，多次散射，最后偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，稱(chēng)為反散射。正電子湮沒(méi)放出光子的過(guò)程稱(chēng)為湮沒(méi)輻射光子與物質(zhì)的三種作用：光電效應(yīng)（吸收）、康普頓效應(yīng)（散射）、電子對(duì)效應(yīng)（產(chǎn)生）電離損失、輻射損失：P138中子與物質(zhì)的相互作用，中子探測(cè)的特點(diǎn)、基本方法和基本原理中子本身不帶電，主要是與原子核發(fā)生作用，與射線一樣，在物質(zhì)中也不能直接引起電離，主要靠和原子核反應(yīng)中產(chǎn)生的次級(jí)電離粒子而使物質(zhì)電離。390Bethe公式應(yīng)用對(duì)各種帶電粒子是有效的，條件是這些粒子的速度保持大于物質(zhì)原子中電子的軌道運(yùn)動(dòng)速度。重離子治癌，質(zhì)子刀，“大部分的能量沉積在病灶”Bethe公式是描寫(xiě)電離能量損失率Sion與帶電粒子速度v、電荷Z等關(guān)系的經(jīng)典公式。

6.輻射損失率公式應(yīng)用【rad6.輻射損失率公式應(yīng)用【rad探測(cè)學(xué)中所涉及快電子的能量E一般不超過(guò)幾個(gè)MeV,所以，輻射能量損失只有在高原子序數(shù)(大Z)的吸收材料中才是重要的。自由電子不能發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)：射線(光子)與物質(zhì)原子中束縛電子作用，把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去(稱(chēng)為光電子photoelectrg而光子本身消失的過(guò)程，稱(chēng)為光電效應(yīng)。第二章輻射探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義隨機(jī)試驗(yàn)、隨機(jī)事件、隨機(jī)變量、概率、數(shù)學(xué)期望、方差、相對(duì)均方偏差、準(zhǔn)確度、精確度、系統(tǒng)誤差、偶然誤差隨機(jī)試驗(yàn)：一定條件下的每次觀測(cè)。|隨機(jī)事件：隨機(jī)試驗(yàn)的各種結(jié)果。隨機(jī)變量：代表隨機(jī)事件的數(shù)量X概率：描述在某種隨機(jī)試驗(yàn)中的各個(gè)隨機(jī)事件出現(xiàn)的可能性數(shù)學(xué)期望：E任)或E(X)，簡(jiǎn)稱(chēng)為期望，又稱(chēng)為平均值、均值。描述的是隨機(jī)變量的平均值方差：D(&)或D(X)，描述的是隨機(jī)變量偏離其均值的程度。相對(duì)均方偏差：在實(shí)用中，我們會(huì)經(jīng)常用到相對(duì)均方偏差(與以后將要學(xué)習(xí)到的能量分辨率有關(guān))，也稱(chēng)為相對(duì)均方漲落。D^l_VD(X)v；=(E?F旦v：=[E(X)]2準(zhǔn)確度(accuracy：測(cè)量值與被測(cè)對(duì)象真值的一致程度?？捎脺y(cè)量值的平均值與真值的差來(lái)描述。精密度(precision)測(cè)量的可重復(fù)性或可靠性?？捎脺y(cè)量的均方偏差來(lái)描述。系統(tǒng)誤差(systematicerrors)由于儀器本身的不精確、或?qū)嶒?yàn)方法粗略、或?qū)嶒?yàn)原理不完善而導(dǎo)致的測(cè)量值與實(shí)際值之間的誤差。系統(tǒng)誤差難于發(fā)現(xiàn)。無(wú)法通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)進(jìn)行分析，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都同時(shí)偏大或者偏小?！放既徽`差(randomerrors)由于各種偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量對(duì)象的物理量構(gòu)成影響而導(dǎo)致的測(cè)量誤差。利用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)偶然誤差的統(tǒng)計(jì)分析。偶然誤差可以對(duì)通過(guò)對(duì)大量測(cè)量值進(jìn)行平均的方法來(lái)進(jìn)行削弱。伯努利試驗(yàn)：隨機(jī)試驗(yàn)只有兩種可能的結(jié)果，非此即彼，這類(lèi)隨機(jī)試驗(yàn)稱(chēng)作伯努利實(shí)驗(yàn).二項(xiàng)式分布、泊松分布、高斯分布及其期望、方差和相對(duì)方差對(duì)于長(zhǎng)壽命的核素，在一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)射出的粒子數(shù)n滿足泊松分布分布.泊松分布期望m>>1時(shí)，二項(xiàng)式分布可用泊松分布和高斯分布代替較簡(jiǎn)單復(fù)雜隨機(jī)變量的期望、方差和相對(duì)方差串級(jí)型隨機(jī)變量的期望、方差和相對(duì)方差174核衰變數(shù)與探測(cè)器計(jì)數(shù)的漲落分布相鄰兩個(gè)和進(jìn)位信號(hào)脈沖的時(shí)間間隔一些常見(jiàn)情況下計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差的傳遞ppt144*在一般的核測(cè)量中，常涉及函數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差的計(jì)算，也就是誤差傳遞(ErrorPropagation⑴和差關(guān)系(2)倍數(shù)關(guān)系(3)乘除關(guān)系(4)平均計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差(5)不等精度獨(dú)立測(cè)量值的平均(6)存在本底時(shí)凈計(jì)數(shù)率誤差的計(jì)算⑺測(cè)量時(shí)間的選擇第三章氣體電離探測(cè)器為什么需要輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器的定義與分類(lèi)將被測(cè)的射線轉(zhuǎn)換為可觀測(cè)信號(hào)的特殊器件，稱(chēng)之為電離輻射探測(cè)器，簡(jiǎn)稱(chēng)探測(cè)器利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行輻射探測(cè)的器件稱(chēng)為輻射探測(cè)器。輻射探測(cè)的基本工作過(guò)程輻射粒子射入“靈敏體積”入射粒子與靈敏體積內(nèi)的工作介質(zhì)相互作用，損失能量并形成電離或激發(fā);探測(cè)器通過(guò)自身特有的工作機(jī)制將入射粒子的電離或激發(fā)效果轉(zhuǎn)化為某種輸出信號(hào)原電離、次電離、總電離、電離能、光致電離光致電離：介質(zhì)中原子吸收一個(gè)光子，放出一個(gè)電子而電離。被激發(fā)原子的退激方式ppt1861)輻射光子、2)發(fā)射俄歇電子、3)亞穩(wěn)態(tài)原子的退激。受激原子處于亞穩(wěn)態(tài)，僅當(dāng)它與其它粒子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)才能退激。電子與離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律氣體的電離與激發(fā)、氣體中電子與離子的漂移和擴(kuò)散、電子與離子的復(fù)合與負(fù)離子的形成一.氣體的電離與激發(fā)——載流子的產(chǎn)生一.氣體中離子、電子的漂移與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)——流子的移動(dòng)一.氣體放電——載流子的“增多”

分兩種情況來(lái)看：沒(méi)有外加電場(chǎng)的情況、有外加電場(chǎng)的情況電離室的工作機(jī)制與輸出回路工作機(jī)制：輸出信號(hào)產(chǎn)生的物理過(guò)程極板a上加高壓V0,極板ab間電容量為C1,則兩極板的電荷量:一'、在電離室內(nèi)某一點(diǎn)引入一單位正電何+e下極當(dāng)+e電荷沿電場(chǎng)向收集極b運(yùn)動(dòng)，則上極板a上感應(yīng)電荷q1減少下極板b上感應(yīng)電荷q2增加。當(dāng)正電荷快到達(dá)極板的前一瞬間，-q1全部由a極板經(jīng)外回路流到b極板，b極板上的感應(yīng)電荷為-e輸出回路：輸出信號(hào)電流流過(guò)的所有回路。脈沖電離室的輸出信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)框圖脈沖電離室的輸出信號(hào)：電荷信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)脈沖電離室的輸出信號(hào)需要用電子儀器來(lái)測(cè)量。脈沖電離室的能量分辨率、飽和特性曲線、坪特性曲線、探測(cè)效率、時(shí)間特性重要定義：能量分辨率能量分辨率為：^...^FW—=2.355.，0^...^FW—=2.355.，0N\E0門(mén)三==—=―h=2.355V=2.355,hhh能量分辨率反映了譜儀對(duì)不同入射粒子能量的分辨能力飽和特性曲線：ppt263

一—脈沖幅度h與電離室工作電壓峋的關(guān)系影響因素：離子和電子的復(fù)合或擴(kuò)散效應(yīng)。飽利特性曲線飽和區(qū)斜率的原因：髓工作電壓的升高而使白靈敏體積增加A復(fù)合現(xiàn)象的抑制上對(duì)擴(kuò)散的抑制J飽和電壓C\島T作高Jl?飽和電壓坪特性曲線土脈沖電離室的坪特性曲線-…電離室的計(jì)裁率與工作電壓的美案，入射耗干央流強(qiáng)建不寶扃刖闞不向-*入射粒子的能晨不變1I心S＞虬＞為;j三條曲我不同(4Y■?是觀搴不同？四丫還是實(shí)際借毋不同？/!當(dāng)痢出聯(lián)抑相度飽和后,1-——_計(jì)救率不再皎。作電正g轉(zhuǎn)性與坪特性頑頃瓦'但意、y化，稔為坪精性曲乂箕金不可.第良混粥.坎。探測(cè)效率定義2:本征探測(cè)效率驅(qū)(轍rihSiC^detectionefficiency)記錄下來(lái)的脈沖數(shù)￡int—射入電離室靈敏體積的粒子數(shù)4.探測(cè)效率定義1:絕對(duì)探測(cè)效率(absolute^detectionefficiency)-記錄下來(lái)的脈沖數(shù)￡—、-?…___.….、.,.abs放射源放出的粒子數(shù)對(duì)帶電粒子￡.＜100%對(duì)帶電粒子￡.＜100%＞帶電粒子可能只在靈敏體積內(nèi)損失一部分能量。＞電離過(guò)程是漲落的。則取決于：對(duì)Yr、中子等中性粒子：：：＞與介質(zhì)作用產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子的相互作用截面"》以及次級(jí)帶電粒子能否進(jìn)入靈敏體積吝。時(shí)間特性

5.時(shí)間特性一一常用三種指標(biāo)分辨時(shí)間一一能分辨開(kāi)兩個(gè)相繼入射粒子間的最小時(shí)間間隔。主要取決于輸出回路參數(shù)的選擇和放大器的時(shí)間常數(shù)的大小。時(shí)滯——入射粒子的入射時(shí)刻與輸出脈沖產(chǎn)生的時(shí)間差。時(shí)間分辨本領(lǐng)一一由探測(cè)器輸出脈沖來(lái)確定入射粒子入射時(shí)刻的精度。10.累計(jì)電離室的輸出信號(hào)和性能指標(biāo)I10.累計(jì)電離室的輸出信號(hào)和性能指標(biāo)I恒定狀態(tài)下，輸出宜流電流信號(hào):輸出信號(hào)可以是：＞直流電流?相當(dāng)于回路中接入內(nèi)阻極小的電流計(jì)，即與=0＞直流電壓L?在輸出回路上的積分電壓信號(hào)。若單位時(shí)間內(nèi)射入電離室靈敏體積內(nèi)的帶電粒子的平均值為n，每個(gè)入射帶電粒子平均在靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生N個(gè)離子對(duì)，則電流電離室輸出的：電流信號(hào)的平均值I=電流信號(hào)的平均值I=nNe直流電壓信號(hào)的平均值■1累計(jì)電離室的主要性能：飽和特性、靈敏度、線性范圍、響應(yīng)時(shí)間、能量響應(yīng)正比計(jì)數(shù)器的工作原理、光子反饋和離子反饋工作原理：利用碰撞電離將入射粒子直接產(chǎn)生的電離效應(yīng)進(jìn)行放大了，使得正比計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)幅度比脈沖電離室顯著增大正比計(jì)數(shù)器屬于非自持放電的氣體電離探測(cè)器。光子反饋：氣體放大過(guò)程中的光子作用一一光子反饋。\在電子與氣體分子的碰撞中：不僅能產(chǎn)生碰撞電離，同時(shí)也能產(chǎn)生碰撞激發(fā)氣體分子在退激時(shí)會(huì)發(fā)出紫外光子，其能量一般大于陰極材料的表面逸出功紫外光子在陰極打出次電子。次電子可以在電場(chǎng)的加速下發(fā)生碰撞電離。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光子反饋。離子反饋219G-M管的工作原理和性能指標(biāo)228一種利用自持放電的氣體電離探測(cè)器。第四章閃爍探測(cè)器為什么要使用閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)效率高，適合于測(cè)量不帶電粒子，如Y射線和中子，能夠測(cè)量能譜。時(shí)間特性好，有的探測(cè)器（如塑料閃爍體、BaF2）能夠?qū)崿F(xiàn)ns的時(shí)間分辨什么是閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器是利用輻射在某些物質(zhì)中產(chǎn)生的閃光來(lái)探測(cè)電離輻射的探測(cè)器。閃爍探測(cè)器的工作過(guò)程245①射線沉積能量——決定探測(cè)效率射線的三種效應(yīng)，中子的核反應(yīng)，或者帶電粒子直接入射①射線沉積能量——決定探測(cè)效率②電離產(chǎn)生熒光影響能量分辨率③熒快電辱髓子長(zhǎng)翱腮羸電尊激發(fā)，受激原子退激光被轉(zhuǎn)換為光電子能量分辨率基本被決定④光熒光光子被收集到光電借增目（PMT）的光陽(yáng)極，通過(guò)光電效應(yīng)打出光電子。電子的倍增］一信號(hào)的放大電子運(yùn)動(dòng)在PTM的打拿極間運(yùn)動(dòng)并倍增（107~1010）。⑤流經(jīng)外回路信號(hào)的形成p雙決定工作狀態(tài)：電流、電壓？閃爍體分類(lèi)、發(fā)光效率、光能產(chǎn)額、發(fā)光衰減時(shí)間248

閃爍體匕(ns)c(間sBaF0.60.62CsI(Tl)101.0芪6.20.37蒽330.37液體閃爍體2.40.20塑料閃爍體1.3NaI(Tl)0.23也發(fā)現(xiàn)有三種發(fā)光衰減時(shí)間的閃爍晶體（如PbWO…）。5.6光電倍增管：類(lèi)型、結(jié)構(gòu)與工作原理、主要性能類(lèi)型!:1.外觀的不同、2.根據(jù)光陰極形式、3.根據(jù)電子倍增系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：光學(xué)窗光陰極電子倍增系統(tǒng)（打拿極）電子收集（陽(yáng)極）光電倍增管為電真空器件。主要性能光電轉(zhuǎn)

換特性i「堯蔭成而死藩而應(yīng)光照剝敏度光電倍增管的放大倍數(shù)光電轉(zhuǎn)

換特性電r倍

增特性光電倍增管的喑電流與噪聲光電倍增管的時(shí)間特性&穩(wěn)定性電r倍

增特性閃爍探測(cè)器的輸出信號(hào)單晶閃爍譜儀的組成和工作原理能量分辨率、探測(cè)效率、全能峰、單逃逸峰、雙逃逸峰等相關(guān)性能指標(biāo)的計(jì)算分析能量分辨率：已知Ge中法諾因子為F,射線產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)所需的平均能量為w,設(shè)電荷收集是完全的、電子學(xué)噪聲忽略不計(jì)。問(wèn)Ge（Li）探測(cè)器對(duì)Cs-137產(chǎn)生的Y射線的期望能量分辨率期望能量分辯率5=U礦薩我I￡能量分辨率：主要用于測(cè)量重帶電粒子的能譜，如，p等，一般要求耗盡層厚度大于入射粒子的射程。影響活度測(cè)量的因素主要有哪些（P337~P338）（幾何因素、探測(cè)器的本征探測(cè)效率、吸收因素、散射因素、分辨時(shí)間（即死時(shí)間）、本底計(jì)數(shù)探測(cè)效率:記錄下來(lái)的脈沖數(shù)與進(jìn)入探測(cè)器的總的射線個(gè)數(shù)的比值.。對(duì)于一個(gè)各向同性、活度為A的放射源，若探測(cè)器探測(cè)效率為8,覆蓋的立體角為Q。則探測(cè)器的平均計(jì)數(shù)率是多少若要某次測(cè)量的總計(jì)數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于％,則最短的測(cè)量時(shí)間應(yīng)該是多少（P178）由總計(jì)數(shù)率：*=濟(jì)=旦成』二￡新「T?均計(jì)數(shù)率：tJ=-=—^4新4叫t4立1xIfl由相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；最短測(cè)量時(shí)間；「心=全能峰：對(duì)于一個(gè)由中等大小閃爍體晶體構(gòu)成的閃爍譜儀，若入射Y光子束能量為10MeV，則單逃逸峰、雙逃逸峰和康普頓邊緣對(duì)應(yīng)的能量分別是多少（P154、P362）全能峰；E.=E=10MeV單逃逸峰iEs=Ey=10-0511=MeV雙逃逸峰；=E-=10-.2.022=8.97EMeVEIn康普頓邊緣對(duì)應(yīng)能量；玦二——f=―=9.514MeVIE,20}第五章半導(dǎo)體探測(cè)器為什么要使用半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器的特點(diǎn)半導(dǎo)體探測(cè)器的基本原理什么是信息載流子能帶知識(shí)、半導(dǎo)體基本知識(shí)、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)與施主能級(jí)、受主雜質(zhì)與受主能級(jí)、補(bǔ)償效應(yīng)P-N結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理、類(lèi)型、輸出信號(hào)、主要性能，P-N結(jié)、死層及其厚度求解P-I-N結(jié)、鋰漂移探測(cè)器的工作原理8.高純錯(cuò)探測(cè)器的工作原理與特點(diǎn)9.L3、能量E的質(zhì)子垂直射入靈敏區(qū)厚度為d的平板電離室，若質(zhì)子在電離室工作氣體中的單位距離損失的能量為￡1,工作氣體的平均電離能為吧工作氣體的法諾因子為孔試計(jì)算質(zhì)子產(chǎn)生的電子-離子對(duì)的平均個(gè)數(shù)及其相對(duì)均方根漲|落“（P205）I￡z7EdIp'?電于-?離于對(duì)平均個(gè)數(shù)：N二削二業(yè)相對(duì)均方根漲落：v二―=「佛簡(jiǎn)答題：7、裂變電離室用于中子探測(cè)的原理是什么？（P394）裂變電高室的電極上涂有可裂變物質(zhì)，如記錄裂變碎片的電離作用就可探溯中子3、有機(jī)閃爍體進(jìn)行中子探測(cè)的原理是什么？（P395）存機(jī)閃爍體都是富氫物質(zhì)，「「利用核反沖法探測(cè)快中予孔*He正比計(jì)數(shù)器進(jìn)行中子探測(cè)的原理是什么？（P390）。與中「發(fā)生核反應(yīng)JHe（n.p）JH,產(chǎn)生的質(zhì)『進(jìn)打?電高，利用正比il?數(shù)器叫進(jìn)打中子探測(cè)14、什么是