第三部分放射性核素的探測(cè)

第三部分放射性核素的探測(cè)第1頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一射線與物質(zhì)作用能產(chǎn)生各種效應(yīng)。(電離、光電效應(yīng)…)探測(cè)器是收集射線與物質(zhì)作用所產(chǎn)生的光效應(yīng),將其轉(zhuǎn)變成電脈沖。電子線路接收電脈沖。第2頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常用的探測(cè)器類型測(cè)量形式氣體電離探測(cè)器固體閃爍探測(cè)器液體閃爍探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器激光掃描儀定量（強(qiáng)度測(cè)量）定性（能量測(cè)量）定位（相對(duì)定量，絕對(duì)定位）第3頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氣體電離探測(cè)器

氣體作為吸收射線（帶電粒子）的介質(zhì)。帶電粒子穿過(guò)氣體時(shí)，氣體被電離產(chǎn)生電子和正離子在強(qiáng)外電場(chǎng)作用下，可引起一個(gè)瞬間的電離電流.探測(cè)器記錄電流所產(chǎn)生的脈沖信號(hào).第4頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一G-M計(jì)數(shù)器（Geiger-MullerCounters）

射線（帶電粒子）進(jìn)入G-M

管，產(chǎn)生電離，氣體放大，雪崩現(xiàn)象，假計(jì)數(shù)，淬滅。G-M

管內(nèi)充有兩種氣體：1、惰性氣體

2、鹵素氣體（有機(jī)蒸汽）。惰性氣體和有機(jī)蒸汽的最佳比例約為9：1，而鹵素比例很小，常在0.1%-0.01%之間。

淬滅原理：１、淬滅氣體比惰性氣體電離電勢(shì)低。很容易將自己的電子轉(zhuǎn)移給惰性氣體。２、淬滅氣體的正離子在與陰極作用時(shí)，打出次級(jí)電子和光子的幾率很小，而主要是從陰極上獲得電子被中和，成為激發(fā)態(tài)的分子，然后通過(guò)自身的解離釋放多余的能量。3、淬滅氣體對(duì)光子具有較強(qiáng)的吸收能力。第5頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一閃爍探測(cè)器（ScintillationDetectors）

閃爍探測(cè)器的組成見(jiàn)右圖。閃爍體的種類很多，從化學(xué)成份上看分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類，而從物理形態(tài)上又分為固體、固溶體、液體和氣體。理想閃爍體的特征。無(wú)機(jī)和有機(jī)閃爍體的發(fā)光機(jī)制有很大的不同。大家自己看講義。常用的無(wú)機(jī)閃爍體（NaI(Tl),ZnS(Ag)）,常用的有機(jī)閃爍體（塑料閃爍體）液體閃爍體（組成、特點(diǎn)）第6頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電倍增管將光變成電(陰極)光電子在倍增級(jí)中倍增陽(yáng)極輸出電脈沖光耦合劑和光導(dǎo)第7頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一放射性探測(cè)器中使用的電子儀器

電脈沖通過(guò)電子儀器的狀況.定標(biāo)器或記錄儀是在給定的時(shí)間內(nèi)，累計(jì)、顯示，由脈沖高度分析器輸出的信號(hào)。

各種探測(cè)器電子線路部分基本相同.第8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一探測(cè)器的調(diào)試確定甑別域值確定工作電壓調(diào)整放大倍數(shù)計(jì)算探測(cè)效率(E)品質(zhì)因素(F)的計(jì)算F=E2/B(B:本底計(jì)數(shù))甑別域計(jì)數(shù)率有源無(wú)源工作閾值第9頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一放射性樣品的測(cè)量

探測(cè)器的測(cè)量方式:

定量測(cè)量(獲得樣品量多少的測(cè)量)

絕對(duì)測(cè)量:利用測(cè)量裝置直接測(cè)量或經(jīng)過(guò)各種校正后測(cè)得樣品的活度。

相對(duì)測(cè)量:將樣品和標(biāo)準(zhǔn)源在相同條件下進(jìn)行測(cè)量。

定性測(cè)量：根據(jù)放射性核素在衰變時(shí)都會(huì)發(fā)射出自己特征能量的射線，分析判斷出射線種類樣品的衰變數(shù)(dps)=樣品的計(jì)數(shù)（cps)-本底計(jì)數(shù)（cps)E（探測(cè)效率）

測(cè)量樣品的制備

液閃測(cè)量中的淬滅校正方法

第10頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)量樣品的制備放射性測(cè)量對(duì)樣品制備的要求不高。相比之下液閃測(cè)量，多數(shù)樣品需根據(jù)其測(cè)量形式進(jìn)行一定的處理。

液閃測(cè)量，包括：均相測(cè)量和非均相測(cè)量。非均相測(cè)量，包括：乳濁液測(cè)量法、懸浮液測(cè)量、固相法。液體體積一樣,固體擺放位置一致。Tritonx-甲苯-水乳化劑::::::凝膠劑(硬脂酸鋁等)一定大小微粒固相載體擺放位置第11頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液閃測(cè)量中的淬滅校正方法

內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)源法：樣品計(jì)數(shù)效率用外加的標(biāo)準(zhǔn)源（對(duì)標(biāo)準(zhǔn)源有要求）來(lái)確定。具體操作步驟是：先測(cè)樣品計(jì)數(shù)率（C1）；加入已知活度（D）的標(biāo)準(zhǔn)源，并計(jì)數(shù)（C2）；確定計(jì)數(shù)效率E。

E=（C2-C1）/D樣品道比法：原理：1、淬滅時(shí)，β譜脈沖高度降低，能譜左移（見(jiàn)圖2-15（1））2、β譜在給定的兩個(gè)道內(nèi)計(jì)數(shù)比值發(fā)生變化（見(jiàn)圖2-15（2））3、道比值與淬滅程度與儀器探測(cè)效率有線性關(guān)系（見(jiàn)右下圖）。具體方法見(jiàn)后。外標(biāo)準(zhǔn)源道比法

計(jì)數(shù)率淬滅1淬滅2無(wú)淬滅脈沖高度（1）計(jì)數(shù)率B無(wú)淬滅CA淬滅1淬滅2脈沖高度（2）圖2-15.淬滅對(duì)β譜的影響第12頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用樣品道比法進(jìn)行淬滅校正的方法是：配制一組（一般7—9個(gè)）放射性活度（DPM）已知并相等，但淬滅程度不同的一系列標(biāo)準(zhǔn)樣品。在液閃中測(cè)出這些樣品在兩道中（A，B）的計(jì)數(shù)（CPM），算出道比值。通過(guò)E=（樣品計(jì)數(shù)率-本底計(jì)數(shù)）/放射性活度計(jì)算出樣品探測(cè)效率。以樣品道比值作為橫坐標(biāo)，探測(cè)效率作為縱坐標(biāo)可作出一條關(guān)系曲線（兩道選取合理所得到的是一條直線或光滑的曲線）。未知樣品測(cè)量時(shí)，可先測(cè)出該未知樣品在兩道中的計(jì)數(shù)率，算出道比值，利用道比值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出探測(cè)效率。即可算出該未知樣品的放射性活度大小。樣品的衰變數(shù)(dps)=樣品的計(jì)數(shù)（cps)-本底計(jì)數(shù)（cps)E（探測(cè)效率）

第13頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一核計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

誤差來(lái)源：系統(tǒng)誤差、偶然誤差、過(guò)失誤差。統(tǒng)計(jì)誤差是一種特殊的偶然誤差，它是由核事件的微觀過(guò)程本身的隨機(jī)性所造成的。本節(jié)重點(diǎn)介紹涉及在核輻射計(jì)數(shù)測(cè)量應(yīng)用中的統(tǒng)計(jì)（偶然）誤差。核衰變的統(tǒng)計(jì)性，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到。平均計(jì)數(shù)N≤10時(shí)，它服從泊松分布。當(dāng)N≥16時(shí)，它過(guò)渡到高斯分布。在放射性測(cè)量中N一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于16。

統(tǒng)計(jì)誤差的表示及運(yùn)算。測(cè)量結(jié)果表示：N±σN

，核衰變的標(biāo)準(zhǔn)誤差可表示為：σN=N1/2

（中科院原子能所編“放射性同位素知識(shí)應(yīng)用”第156頁(yè)），所以測(cè)量結(jié)果又能寫成：N±N1/2相對(duì)誤差F=

σN/N=±N1/2/N=1/N1/2

（相對(duì)誤差反映測(cè)量的精確度）誤差的運(yùn)算（見(jiàn)講義37頁(yè)）第14頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一統(tǒng)計(jì)分析的應(yīng)用

平均計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：

1、計(jì)數(shù)率、平均計(jì)數(shù)和平均計(jì)數(shù)率標(biāo)準(zhǔn)誤差和相對(duì)誤差的表示

計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：

相對(duì)誤差為：

平均計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：

相對(duì)誤差為：

相對(duì)誤差為:

注意：在此時(shí)間（t）和測(cè)量次數(shù)（m）看作無(wú)誤差的確定值。

第15頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一樣品凈計(jì)數(shù)率的計(jì)算

所有的核探測(cè)器都本底計(jì)數(shù)。所以探測(cè)器測(cè)量樣品所得到的計(jì)數(shù)包括放射性樣品（Nc）和儀器本底（Nb）計(jì)數(shù)兩部分，樣品的凈計(jì)數(shù)（Ns）為：

Ns=Nc-Nb

如果tc

和tb

分別為放射性樣品和本底的測(cè)量時(shí)間，則樣品的凈計(jì)數(shù)率為：

根據(jù)誤差運(yùn)算公式，凈計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：

相對(duì)誤差為：

第16頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例：在4分鐘里，測(cè)得總的樣品的計(jì)數(shù)是6000，本底是計(jì)數(shù)4000。

問(wèn)：其凈計(jì)數(shù)率和標(biāo)準(zhǔn)誤差各是多少？

解：

所以，ns=500±25cpm第17頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)量時(shí)間的合理分配

在給定總測(cè)量時(shí)間T內(nèi)（T=tc+tb），tc

和tb如何分配可使測(cè)量誤差最小？因?yàn)樗?，欲使σns最小，應(yīng)令上式的一階導(dǎo)數(shù)為零，即

因?yàn)樯鲜街泄收砗蟮?8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一估算所需的測(cè)量時(shí)間

給定測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差，計(jì)算滿足不大于這個(gè)相對(duì)誤差時(shí)所需要的最短測(cè)量時(shí)間。

將代入得整理可得第19頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最小可測(cè)量量的計(jì)算

給定