成理工核輻射測量方法實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1.了解放射性衰變的統(tǒng)計漲落現(xiàn)象和規(guī)律。2.了解統(tǒng)計誤差的概念，掌握計算統(tǒng)計誤差的方法。3.統(tǒng)計檢驗(yàn)放射性衰變漲落的概率分布類型。4.學(xué)會用列表法和作圖法表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.γ總量檢測儀（KZG03C輻射總量檢測儀）1.在相同實(shí)驗(yàn)條件下，對某一放射性物質(zhì)進(jìn)行重復(fù)測量100次。2.在相同的測量條件下，重復(fù)測量裝置的放射性本底（計數(shù)）。3.用列表法和作圖法分別表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并與理論分布曲線進(jìn)行4.作χ2檢驗(yàn)，確定放射源和本底計數(shù)的概率分布類型。1.基本知識放射性現(xiàn)象就是不穩(wěn)定的核素自發(fā)地放出粒子或γ射線，或在軌道電子俘獲后放出X射線，或產(chǎn)生自發(fā)裂變的過程。在不穩(wěn)定的核素中有天然放射性核素，也有人工放射性核素。天然放射可以輻射出質(zhì)子或中子等。放射性自發(fā)衰變，一般不受溫度、壓力的影響，并按一定的指數(shù)規(guī)律變化。在放射性測量中我們發(fā)現(xiàn)測量條件雖然沒有發(fā)生變化，而測量結(jié)果并不完全一樣，即放射源在每單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子數(shù)目是不同的，時多時少，有起有伏，但是它比較集中地在某一范圍內(nèi)波動，而這種現(xiàn)象就是放射性衰變的統(tǒng)計漲落。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于放射性原子核的衰變是自動發(fā)生的，哪一個原子核發(fā)生衰變是帶有偶然性的，先后順序并不確定。核衰變分布）服從泊松分布。即：P(N)=(N)NN!?ne 也比較大，此時均方差為σ=N≈Nσ的大小反映了計數(shù)的漲落性大小，也即反映了核衰變的漲落性 大小。N的大小反映了核衰變的集中趨勢。單次測量計數(shù)N及統(tǒng)計誤K1(K1(Ni?)2放射性衰變規(guī)律服從泊松分布或正態(tài)分布是一客觀規(guī)律。若輻射性測量工作。從數(shù)學(xué)上可以證明，在一定條件下放射性衰變的漲落性符合泊松分布或正態(tài)分布，但是它需要測量結(jié)果驗(yàn)證。驗(yàn)證的方法是將實(shí)測數(shù)據(jù)的分布與數(shù)學(xué)上導(dǎo)出的理論分布進(jìn)行比較，作統(tǒng)計假設(shè)檢驗(yàn)。1.由指導(dǎo)老師或自己在實(shí)驗(yàn)場所及附近設(shè)定一條測線進(jìn)行不同測點(diǎn)放射性γ總量測量。每隔10秒記數(shù)，每一個測量點(diǎn)記數(shù)2.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)找一定點(diǎn)，在同一條件下進(jìn)行多次重復(fù)性測量（每1.用標(biāo)準(zhǔn)誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差相比較：=Ni—數(shù)據(jù)分布（高斯分布）的標(biāo)準(zhǔn)誤差σ=Nδ=有限次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差由計算結(jié)果得到的標(biāo)準(zhǔn)誤差σ和標(biāo)準(zhǔn)偏差δ比較，說明這組數(shù)據(jù)的可靠性。表1測量的原始數(shù)據(jù)測量次數(shù)測量次數(shù)計數(shù)（n1）計數(shù)（n2）計數(shù)（n2）計數(shù)（n3）均值（N）12345678…根據(jù)表1測得的數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)上畫出測線的放射性水平2．用置信區(qū)間內(nèi)的概率比較，結(jié)合頻率分布直方圖，可得到概率統(tǒng) N±σ N±2σ 頻率直方圖252050667695722750778計數(shù)806834862890計數(shù)落在N±δ區(qū)間內(nèi)的概率為84%（理論68.3%落在N±2δ區(qū)間內(nèi)的概率為94%（理論95.5%落在N±3δ區(qū)間內(nèi)的概率為98%（理論99.7%基本符合正態(tài)分布。定點(diǎn)γ輻射測量計數(shù)率806040200時間(s)01002003004005006001.衰變服從什么規(guī)律，核輻射測量的兩個基本特征是什么？1.復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)合編《原子核物理實(shí)驗(yàn)方法》原子能出版社1998。5.張錦由主編《放射性方法勘查實(shí)驗(yàn)》原子能出版社1992。2、測量γ射線在不同介質(zhì)中的吸收系數(shù)。1、KZG03C輻射檢測儀一臺；2、Cs137點(diǎn)放射源一個；3、鉛準(zhǔn)直器一個；5、手套、長鉗夾子、尺子、繩子各一套。射和形成電子對效應(yīng)。由于三種效應(yīng)的結(jié)果，γ射線通過物質(zhì)時發(fā)生衰μ=τ+σ+κI=I0e?μdI=I0e?μmdm=(-Ln(I/IO))/dm式中：I為射線經(jīng)過某一介質(zhì)厚度的儀器凈讀數(shù)（減去本底0為起始射線未經(jīng)過介質(zhì)的儀器凈讀數(shù)（減去本底）；d為介質(zhì)厚度，單位為cm;m為介質(zhì)面密度，單位為g/cm2；μ為γ射線經(jīng)過介質(zhì)的線吸收系數(shù)，單位為cm-1；γ射線經(jīng)過介質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)，單位為g/cm2；半吸收厚度：為使射線強(qiáng)度減少一半時物質(zhì)的厚度，即1I=Iμμ2 或或 21 211.選擇良好的測量條件（窄束測量Cs1泥、鋁、鐵、銅、鉛）中的吸收曲線，并由半厚度定出吸收系數(shù)；2.用最小二乘擬合的方法計算出吸收系數(shù)與1中的結(jié)果進(jìn)行比較；3.測量不同散射介質(zhì)時（同一角度，同一厚度）γ射線的強(qiáng)度。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1.吸收實(shí)驗(yàn)1)調(diào)整裝置，使放射源、準(zhǔn)直孔、探測器的中心在一條直線上；2)測量本底I0’；3)將源放入準(zhǔn)直器中，測量無吸收屏?xí)rγ射線強(qiáng)度I0”；4)逐漸增加吸收屏，并按相對誤差在N±δ的要求測出對應(yīng)厚度計數(shù)Id’，每個點(diǎn)測三次取平均植；5)更換一種吸收屏，重復(fù)步驟4，測量時注意測量條件不變。六、數(shù)據(jù)分析與處理：1234567Ln(I/I0) 水泥鉛鋁鐵-0.5 -1-1.5 -2-2.5 -3-3.5 -4-4.5020020介質(zhì)厚度(cm)00yy-0.18-1y8x-1y8x05x=05x=-063x.26663x.266水泥鉛鋁鐵鋁鐵鉛七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和心得體會：φθφθ2、觀測康普頓散射隨散射介質(zhì)、厚度及散射角度的變化關(guān)系。1、KZG03C輻射檢測儀一臺；2、Cs137點(diǎn)放射源一個；3、鉛準(zhǔn)直器一個；5、手套、長鉗夾子、尺子、繩子各一套?？灯疹D效應(yīng)：入射的γ光子和原子中的一個電子的彈性相互作用。入射的γ光子相對于原來的方向被偏轉(zhuǎn)一個角度θ,光子將其一部分能量傳遞給電子（假定原來是靜止的），此稱為反沖電子。由于各種角度的散射都是可能的，所以傳遞給電子的能量可能是從零到γ射線能量的一大部分。射線通過介質(zhì)發(fā)生康普頓散射的概率σ與光子能量hυ及介質(zhì)原子序數(shù)Z有關(guān)，當(dāng)hυ>mc2時，則有σ∝[NZ/hυ][ln(2hυ/mc2)+1/2]，時，康普頓散射效應(yīng)增加[1]。1.測量不同散射介質(zhì)時（同一角度，同一厚度）γ射線的強(qiáng)度；2.求出不同介質(zhì)的散射飽和厚度；3.測量散射光子強(qiáng)度I與散射角θ間的變化規(guī)律。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1)調(diào)整裝置，測量本底I0’；2)將源放入準(zhǔn)直器中，把探測器放在散射角A位置上，測量無吸收屏?xí)rγ射線強(qiáng)度I0”；3)依次放置不同厚度的散射介質(zhì)，在散射角A位置上，測出相應(yīng)厚度計數(shù)d’，每個點(diǎn)測三次取平均值；4)更換一種散射屏，重復(fù)步驟3，測量時注意測量條件不變；5)把探測器分別置于與入射角成200、400、600、800角時測量γ射線的強(qiáng)度固定散射物質(zhì)變化角度散射裝置圖固定角度變化六、數(shù)據(jù)分析與處理：1234567891234七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和心得體會：1、掌握測氡儀器的使用；2、掌握現(xiàn)場測氡方法。1、FD3017RaA測氡儀或CDI2000自動換片型土壤測氡儀；2、樣片F(xiàn)D-3017RaA型測氡儀主要由抽氣泵和測量操作臺兩部分組成，抽氣泵除了完成抽氣外，還起到了貯存收集子體的功能。當(dāng)氡氣經(jīng)干燥器被抽入筒內(nèi)后，隨即開始衰變，并產(chǎn)生新的子體RaA，它在初始形成的瞬間是為帶正電的離子，本儀器就是利用它的帶電特金屬片放入到操作臺探測器內(nèi)測量RaA的α射線計數(shù)，其強(qiáng)度將與氡濃度成正比，按下式即可直接計算氡濃度：=J*NαRAaRn為氡濃度（愛曼）NαRaA為RaA的α計數(shù)J為換算系數(shù)（愛曼/脈沖），由標(biāo)定確定，此系數(shù)包括了裝置的子體收集效率和探測器效率等因素。本儀器對α放射性的測量采用金硅面壘型半導(dǎo)體探測器，它具有較高的靈敏度與高分辨率，當(dāng)α射線進(jìn)入到探測器的靈敏層擾脈沖，僅通過測量RaA，最后進(jìn)入計數(shù)電路，在液晶屏上顯示出來，這就是FD-3017RaA測氡儀的工作過程。FD-3017RaA測氡儀是一種新型的測氡儀，它利用靜電場收集氡衰變的第一代子體---RaA作為測量對象。它是一個攜帶式的、高靈敏的、快速的、準(zhǔn)確的現(xiàn)場測量儀器。該儀器主要應(yīng)用于土壤中定量測量氡的濃度。如地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探中的普查和詳測；亦可應(yīng)用于放化測鐳、尋找地下水源、地震預(yù)報、環(huán)境保護(hù)、科研教學(xué)等部門的測試工作。(1)充電：儀器內(nèi)部裝有可充電電池。測量前一天晚上請插上），示燈亮。充電結(jié)束后“充電滿”指示燈亮，儀器自動停止充電。(2)連接探頭電纜與高壓電纜。否則請按“復(fù)位”按鍵。天黑或黑暗處可按一下“背光”按鍵，但注意打開顯示屏照明會加大功耗，減少電池使用時間。(4)使用鋼釬與鐵錘在土壤地面上打一引孔，深度為0.5米左(5)將空氣采樣器插入引孔中，確保采樣器與周圍土壤間不漏(6)在抽器筒收集室中放入一片金屬收集片，印有“Ra”字樣(7)抽一筒氣：三通連接器上和抽氣筒上3個空氣閥均打至接器上進(jìn)氣閥（沒有染紅色的一個）。(8)排氣：抽氣筒上空氣閥打至“排”，向左旋轉(zhuǎn)抽氣筒拉桿后向下壓至底部。(9)重復(fù)步驟6，抽一筒氣，按儀器主機(jī)上“工作方式鍵”，1至2秒后記下壓強(qiáng)最小值。(10)等待120秒后，在儀器提示“Takesample”后15秒內(nèi)，將抽器筒收集室中金屬收集片移到探頭測量室中。量計數(shù)與壓強(qiáng)的比值）的平均值作為本點(diǎn)最終測量結(jié)果。(13)測量過程有誤操作或儀器異常，可按復(fù)位鍵后重復(fù)步驟7五數(shù)據(jù)處理與分析用FD-3017RaA測氡儀測量壤中氡的時候，由于各種不同土壤類型有著不同的孔隙度以及同種土壤類型的水分含量各不相同，所以每次抽氣時所貯存在儀器內(nèi)的氣體體積都不盡相同。設(shè)所測得大氣壓為P際所抽氣體體積為V2，溫度為T2PVPVPVT 22TPT1T 2T2在一定體積范圍內(nèi)，F(xiàn)D-3017RaA測氡儀收集RaA子體的金屬片在沒有飽和的情況下，所得的氡濃度應(yīng)與實(shí)際所抽體積成正比關(guān)2.NCRA2aPa.NRA則設(shè)壤中氡計數(shù)修正值N'，k.V1P2Ca（k、V1均為常量） 所以在用FD-3017RaA測氡儀測量時，修正系數(shù)就是P2點(diǎn)號/線號測點(diǎn)測點(diǎn)坐標(biāo)計數(shù)修正值2分鐘氡濃度計數(shù)13579212325272931338060402002分鐘氡濃度計數(shù)1357921232527293133806040200測點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.初步認(rèn)識幾種放射性核素在NaI（T1）譜儀中形成的γ能譜；3.掌握測量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二實(shí)驗(yàn)器材三實(shí)驗(yàn)原理利用碘化鈉晶體和光電倍增管組成的閃爍計數(shù)器，把具有一定能量的光子變?yōu)殡娒}沖，且輸出的脈沖幅度與入射光子能量成正比。通行能譜分析的基本原理。但是用γ能譜儀測得的放射源的γ譜，與放射源產(chǎn)生的起始γ譜有很大差別，這種由能譜儀測量得到的、被復(fù)雜化的核輻射原始線譜稱為儀器譜。放射性核素與輻射的能量間存在一一對應(yīng)關(guān)系，輻射的含量與能量的強(qiáng)度存在正比關(guān)系。在γ射線與閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)時，γ射線產(chǎn)生的光電子動能給Eeγii為K、L、M等殼層中電子的結(jié)合能。在γ射線能區(qū)，光電效應(yīng)主要發(fā)生在K殼層。此時，K殼層留下的空穴將為外層電子所填補(bǔ)，躍遷時將放出X光子，其能量為EX。這種X光子在閃爍晶體內(nèi)很容易再產(chǎn)生一次新的光電效應(yīng)，將能量又轉(zhuǎn)移給光電子。因此閃爍體得到的能量將是兩次光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電所以，由光電效應(yīng)形成的脈沖幅度就直接代表了γ射線的能量。在康普頓效應(yīng)中，γ光子把部分能量傳遞給次級電子，而自身則被散射。反沖電子動能為e Eγ0c2Eγ(1?cosθ)散射光子的散射角為θ;m0c2為電子靜止能量（0.511MeV）。為方便起見上式可近似寫成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似寫成：γE γγ當(dāng)θ=180°時，即光子向后散射，稱為反散射光子。電子前沖，而且獲得反沖最大，此時eemax當(dāng)初始γ光子在NaI（T1）晶體中，首次發(fā)生的效應(yīng)是康普頓效次級效應(yīng)（光電效應(yīng)及康普頓效應(yīng)）。若是逃逸出晶體，則留下的反與首次康普頓效應(yīng)產(chǎn)生的光電子能量之和正好等于原始γ射線能量，即和光電效應(yīng)產(chǎn)生的脈沖幅度是一樣的，相應(yīng)于γ光子的全部能量。四結(jié)果分析及數(shù)據(jù)處理1）一個典型的NaI（T1）譜儀測到的137Cs源的0.662MeVγ能譜2）γ射線能量比較高的情況的實(shí)例五實(shí)驗(yàn)結(jié)論與心得體會：六實(shí)驗(yàn)結(jié)論與心得體會：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?利用r射線散射效應(yīng)及材料對r射線的吸收效應(yīng)模擬3利用所學(xué)知識解釋r射線與物質(zhì)相互實(shí)驗(yàn)器材241Am放射源、鉛實(shí)驗(yàn)原理這些散射射線穿過鍍層材料，被衰減為I3并被探頭接收，近似地I3=I實(shí)驗(yàn)步驟2測量241Am放射源的r能譜，確定4以鉛磚作為基底材料，將探頭和241Am放射源按一定角度固定在鉛磚一側(cè)，探頭和241Am放射源之間用鉛屏蔽KI0），結(jié)果討論1、掌握測氡儀器的使用；2、掌握現(xiàn)場測氡方法。1、RAD7型空氣測氡儀或FT648型測氡儀；伏（相對于探測器）在整個腔體內(nèi)形成一個電場。這個電場將正電粒子推向2-1所示。在腔里衰變的氡-222核留下了轉(zhuǎn)變的釙-218，帶正電子的離子。腔這個帶正電的離子趕向探測器并吸附在那里。當(dāng)短進(jìn)入“設(shè)置”命令，按提示設(shè)置好小時、分鐘、秒鐘、年、月和日期，4數(shù)據(jù)記錄表格氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)4030200氡濃度EM001EM006EM007EM009EM016EM019地點(diǎn)編號252050氡濃度10:0510:2510:4011:0111:2586420 氡濃度14:1014:3014:5015:1015:30時間3）同一測量點(diǎn)不同時間段氡濃度數(shù)據(jù)分析4）不同測量點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析1.學(xué)會根據(jù)實(shí)驗(yàn)精度要求選擇測量時間和測量次數(shù)；2.學(xué)會用線性最小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；3.理解距離平方反比率的意義和實(shí)際指導(dǎo)作用。3、鉛準(zhǔn)直器、鉛皮套和鉛板若干。設(shè)有一點(diǎn)源向各個方向均勻地發(fā)射光子(γ光子），若單位時間位時間將有N0個光子穿過（假設(shè)空間無輻射、吸收與散射等作用—理想條件因此在離源R處單位時間單位面積上通過的γ光子數(shù)為：I=----------------------------------------------（1）很短時間內(nèi)N0不變。所以可得以下公式：I=?I∝1、由指導(dǎo)老師或自己在實(shí)驗(yàn)場所及附近設(shè)定一條測線進(jìn)行不同測點(diǎn)放射性γ總量測量。每隔10秒記數(shù)，每一個測量點(diǎn)記數(shù)3次2、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)找一定點(diǎn)，在同一條件下進(jìn)行多次重復(fù)性測量（每隔10秒記一次數(shù)，不少于100次然后以平均值N為中心，以δ∕2為組距統(tǒng)計畫出落在計數(shù)落在N±δ、N±2δ、N±3δ區(qū)間表1測量的原始數(shù)據(jù)地點(diǎn)計數(shù)（n1）計數(shù)（n2）計數(shù)（n3）均值（N）均值（N）123456789…根據(jù)表1測得的數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)上畫出測線的放射性水平表2測量的原始數(shù)據(jù)次數(shù)計數(shù)率次數(shù)計數(shù)率123456789…頻率直方圖252050667695722750778計數(shù)806834862890例圖1計數(shù)落在N±δ區(qū)間內(nèi)的概率為84%，落在N±2δ區(qū)間內(nèi)的概率為94%，落在N±3δ區(qū)間內(nèi)的概率為98%，基本符合正態(tài)分布。定點(diǎn)γ輻射測量計數(shù)率806040200時間(s)0100200300400500600例圖21、衰變服從什么規(guī)律，核輻射測量的兩個基本特征是什么？1.復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)合編《原子核物理實(shí)驗(yàn)方法》原子能出版社1998；一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.初步認(rèn)識幾種放射性核素在NaI（T1）譜儀中形成的γ能譜；2.了解數(shù)字化多道譜儀系統(tǒng)（Ispeter2000）以及NaI（T1）譜儀系統(tǒng)的特點(diǎn)，并學(xué)會操作使用該系統(tǒng)；3.掌握測量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二實(shí)驗(yàn)器材NaI（T1）閃爍探測器、鉛室、Ispeter2000數(shù)字化多道譜儀、環(huán)三實(shí)驗(yàn)原理利用碘化鈉晶體和光電倍增管組成的閃爍計數(shù)器，把具有一定能量的光子變?yōu)殡娒}沖，且輸出的脈沖幅度與入射光子能量成正比。通行能譜分析的基本原理。但是用γ能譜儀測得的放射源的γ譜，與放射源產(chǎn)生的起始γ譜有很大差別，這種由能譜儀測量得到的、被復(fù)雜化的核輻射原始線譜稱為儀器譜。放射性核素與輻射的能量間存在一一對應(yīng)關(guān)系，輻射的含量與能量的強(qiáng)度存在正比關(guān)系。在γ射線與閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)時，γ射線產(chǎn)生的光電子動能給Eeγii為K、L、M等殼層中電子的結(jié)合能。在γ射線能區(qū)，光電效應(yīng)主要發(fā)生在K殼層。此時，K殼層留下的空穴將為外層電子所填補(bǔ)，躍遷時將放出X光子，其能量為EX。這種X光子在閃爍晶體內(nèi)很容易再產(chǎn)生一次新的光電效應(yīng)，將能量又轉(zhuǎn)移給光電子。因此閃爍體得到的能量將是兩次光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電所以，由光電效應(yīng)形成的脈沖幅度就直接代表了γ射線的能量。在康普頓效應(yīng)中，γ光子把部分能量傳遞給次級電子，而自身則被散射。反沖電子動能為e Eγ0c2Eγ(1?cosθ)散射光子的散射角為θ;m0c2為電子靜止能量（0.511MeV）。為方便起見上式可近似寫成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似寫成：γE γγ當(dāng)θ=180°時，即光子向后散射，稱為反散射光子。電子前沖，而且獲得反沖最大，此時emax EγE γγ當(dāng)初始γ光子在NaI（T1）晶體中，首次發(fā)生的效應(yīng)是康普頓效次級效應(yīng)（光電效應(yīng)及康普頓效應(yīng)）。若是逃逸出晶體，則留下的反與首次康普頓效應(yīng)產(chǎn)生的光電子能量之和正好等于原始γ射線能量，即和光電效應(yīng)產(chǎn)生的脈沖幅度是一樣的，相應(yīng)于γ光子的全部能量。四結(jié)果分析及數(shù)據(jù)處理以NaI（T1）譜儀測得的γ能譜分析說明為主。1）一個典型的NaI（T1）譜儀測到的137Cs源的0.662MeVγ能譜圖1上有三個峰和一個平臺。最右邊的峰A稱為全能峰。這一脈沖