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1、放射性同位素和射线装置监测技术与评价,主要内容：,一、辐射监测仪器的定义、原理、分类及应用 二、放射性同位素与射线装置应用的监测 （一）监测的方法 （二）选用监测仪的原则及质量控制 （三）放射性同位素的监测,主要内容,（四）射线装置的监测 （五）失控源进入环境后的辐射环境监测 三、放射性同位素及射线装置应用的评价 （一）开放性同位素应用场所的评价 （二）密封性同位素应用场所的评价 （三）粒子加速器应用的评估 （四）X射线装置应用的评价,一、辐射监测仪器的 定义 原理 分类 应用,1.1辐射探测器的定义,核辐射探测器简称探测器，是指在射线作用下能产生次级效应的器件，而且这种次级效应能被电子仪器所
2、检测。多数探测器是根据射线使物质的原子或分子电离或激发的原理制成的。它们可以把射线的能量转变为电流、电压信号以供电子仪器记录。,人类对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种核辐射，给出辐射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量,为什么需要辐射探测器？,1.1辐射探测器的基本原理,在广泛的核能开发及核技术应用领域中，就涉及的放射性同位素及射线装置而言，常见的放射性 测量对象为：射线、射线、射线、中子、 X射线 测量数据为： 强度（Gy,Sv,rad,rem） 、能量(KeV,MeV) 、活度（Bq,Ci） 。,、带电粒子 利用带电粒子对物质产生的电离和激发效应
3、，进行直接探测 、x、n不带电的射线： 利用不带电粒子对物质产生次级粒子间接探测,根据射线作用原理的不同，探测器可分为两种工作方式 ：,辐射探测的基本过程：,辐射粒子射入探测器的灵敏体积； 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量； 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号。,信号分析处理系统,模数转换系统,信号收集与放大系统,屏蔽系统,辐射探测器的组成,根据不同的核辐射与物质相互作用的原理的不同作用，采用不同的探测介质制成对射线灵敏的探头，配合不同需求的电子学仪器，组成辐射探测器,探测器,单晶谱仪,高压,信号收集与放大：从信号产生区内引出信号并传输到信号处理系统 包括前放
4、、主放、分析仪器,信号产生区： 探头 核辐射探测器的核心,屏蔽系统：为减少宇宙射线和周围环境中存在的射线引起放射性本底计数。针对探测器类型的不同、使用目的的不同，采用不同方式的屏蔽措施。,热释光探测器 原子核乳胶探测器,气体探测器 半导体探测器 闪烁探测器,三大类型,探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：,1.3探测器的基本分类,一.气体探测器,电离室（球型、平板型、 圆柱型） 正比计数器 （圆柱型） G-M 计数器（圆柱型）,气体探测器包括,射线 气体（一种物质) 相互作用 传递能量 气体原子（分子）中核外电子获得能量 产生电离和激发效应，产生大量的电子正离子对，射线本身损失能量而被阻止下
5、来。,1、探测的基本过程,2. 基本原理,气体探测器：充满气体的容器 结构有平板型和圆柱型 有两个电极，形成外加电场 当入射粒子损失能量后，产生电子正离子对后，这些电子正离子对在外加电场的作用下，向相反方向运动。运动过程中，感应电荷的变化形成电流。,共同特点： 作用介质为气体 结构相似 探测依据 射线通过物质时的电离效应,A、电离室,电离室是最简单的气体电离探测器，它相当于一个充气的密封电容器。电离室没有气体放大作用，其输出的电离电流很弱（约为10-12A），因此要特别考虑弱电流测量的要求。常见的电离室结构形式有三种：平行板型和圆柱型、球型。 特点：电离室具有测量范围宽、能量响应好和工作稳定可
6、靠等优点，广泛应用于射线和射线的剂量率的测量。电离室也是测量放射性气体的重要探测器。,球型高压电离室,圆柱型高压电离室,平板型高压电离室,B、正比计数管,正比计数管工作在正比区，在此区内存在气体放大作用。 特点：坪特性好，分辨时间短，能在大气压或流气情况下工作因此可以制成薄窗或无窗式 应用：正比计数管常用于电离能力弱的粒子和X射线的能谱测量，另常用于放射源、放射源、射线源的活度的测量。,正比计数管,C、计数管,在气体电离探测器中，计数管具有相当突出的优点：气体放大倍数极高，入射射线只要产生一个离子对就能引起放电而被记录；对带电粒子的本征效率接近100%；输出脉冲的幅度大，所需的测量仪器简单。
7、计数管的主要缺点是：分辨时间太长，不能用于高计数率测量；对射线的探测效率较低。,应用:（1）、G-M计数管监测仪 G-M管为工作在G-M区（气体放大系数远大于1），内充的工作气体一般为惰性气体，此外还有猝熄气体。这类仪器结构简单，不易损坏，而且价格低廉，但灵敏度低是它的最大缺点，一般比闪烁探测器与高压电离室低一个数量级。在环境监测中它较难以普遍使用，西欧各国普遍将它用作核电厂周围监测的探测器。我国目前有北京核仪器厂生产的FJ317C型可携式测量仪，西安核仪器厂生产的XH-2408 区域计数管监测仪。,北京核仪器厂生产的 FJ317C型可携式测量仪,西安核仪器厂生产的 XH-2408 区域计数管
8、监测仪,应用（2）、表面污染测量,RAM SURF-1便携式 表面沾污仪,二. 闪烁探测器,闪烁探测器是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。,闪烁探测器的主要组成部分： 闪烁体 光电倍增管 相应的电子学仪器,高压,多道或单道,1. 闪烁探测器工作原理（五个相互联系的过程）：,损失能量 射线进入闪烁体，闪烁体吸收带电粒子能量，而使原子、分子电离、激发。,能量转换 受激原子、分子退激发时，发射荧光光子。 发出光子 射线能量的一部分转化为光能。,收集光子、光电转换 利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上打出光电子 光能电子,电子
9、的聚焦、倍增、加速 光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104 109 电子流在阳极负载上产生电信号，输出幅度几百mV V, 在一定的条件下正比于入射粒子损失的能量，脉冲计数正比于入射粒子强度 记录分析,特点：闪烁探测器具有分辨时间短、射线的探测效率高和能测量射线的能量等优点，是目前应用最广的核辐射探测器。 应用：（1）、X-辐射空气吸收剂量率闪烁剂量率仪表 目前常用的闪烁探测器为硫化锌补偿的塑料闪烁体、组织等效塑料闪烁体、Nal(Tl)等。前两种探测器因其有较好的能量特性，是很优良的剂量率仪表，已得到广泛应用。Nal闪烁体因其有效原子序数高，能量特性较差，测得的数据不能直接用于剂量评价
10、，需对仪器的电子线路加以改进或对数据进行校正。,表1 常见的国产闪烁剂量率仪表,BH3103A/B型便携式X-剂量率仪,JW3104型便携式X-剂量率仪,JB4000系列便携式X-剂量率仪,应用：、表面污染监测仪,、表面污染监测仪主要用于测量现场的设备、地面、台面、衣服和人体皮肤表面有无放射性污染。常见的国产、表面污染监测仪见表2。,表2 常见的国产、表面污染监测仪,FJ-2206 、 FJ-2207 、 表面污染测量仪 表面污染测量仪,BH3206、表面污染测量仪 CoMo170型、表面污染测量仪,三. 半导体探测器,半导体探测器历经四十年的发展，已成为广泛使用的一种探测器。它的突出优点是能
11、量分辨能力很高，例如锗(锂)探测器对的能量分辨能力比闪烁探测器要高数十倍。此外，某些类型的半导体探测器（如金硅面垒型）还具有输出脉冲上升时间短，体积小，可制成各种有效厚度来适应不同的测量要求等优点。因此，半导体探测器在各种类型射线的强度和能谱测量中的应用已日益广泛。,三. 半导体探测器,工作原理,与气体探测器类似,半导体材料 Si或Ge,对辐射损伤较灵敏 性能随温度变化关系较大,能量分辨率高 时间响应快（10-9秒） 线性范围宽 (300KeV1.3MeV 线性偏移 0.2KeV),主要缺点,主要优点,探测介质,时间响应快：,带电粒子在半导体中形成的电离密度要比在气体中形成的电离密度高，大约3
12、个数量级。 所以，当探测高能电子或射线时，半导体探测器的尺寸要比气体探测器小得多，因而可以制成高空间分辨、快时间相应的探测器。,线性范围宽：,在很大的能量范围内，探测器输出脉冲幅度与所测射线的能量成正比。,应用：便携式环境谱仪、实验室大型能谱仪、金硅面垒探测器 环境谱仪为采用Nal(T1)或半导体探测器作为探头，应用ADC和计算机等技术，获得环境中各种放射性核素的能谱。与上述仪器不同，这种仪器可以给出各种放射性核素的活度，能很快确定污染的种类。该仪器的缺点为设备复杂、价格昂贵，运行的技术要求较高，较难作为一种大环境测量或普查的设备，国外有ORTEC公司、堪培拉公司的产品。,金硅面垒探测器,便携
13、式NaI能谱仪,便携式高纯锗能谱仪,四. 热释光探测器 TLD,1. 热释光探测器的基本原理,什么是 “热释光”,辐射照射在某种结晶上之后，将这种结晶体加热，它会放出与受照剂量大致成正比的光来。这种现象称为“热致发光现象”。,热释光是绝缘体或半导体受热时发出的光，不能与加热到白炽化时物质自发发射的光相混淆。它是物质预先吸收了辐射能之后的热激发光，基本的过程为射线射入热释光元件，能量被热释光元件吸收，加热热释光元件时，射线的能量被释放出来。如果在暗处加热该探测元件，探测元件上放上光电倍增管，测得的光输出就正比于探测器接受的辐射能量。,灵敏度 ：单位照射量的热释光响应 照射量响应： 热释光与照射量
14、之间的关系, 在照 射量为10-3103伦范围内，多数为线性。超线性、非线性 能量响应：热释光灵敏度与辐照能量的关系 衰退： 受过辐照的磷光体，热释光会自行减弱 光效应 ：磷光体的热释光在可见光、紫外光的作用下可产生衰退和假剂量两种效应 （光效应）,2. 热释光探测器的特性,重复性：热释光元件可重复使用，但发光曲线、灵敏度等在多次使用、存放中会发生改变。 分散性：同一批探测器，在相同退火、照射和测量条件下，热释光的灵敏度的相对偏差。 本 底：未经人为辐照的元件的测量值 方向性：探测器与辐射入射方向的依赖关系,加热发光装置的三个主要部分： a. 加热部分光 b. 光电转换部分 c. 输出显示部分
15、,4. 加热发光测量装置的主要部分,热释光探测器需有一套专门的测量设备。北京核仪器厂和防化研究院生产的FJ427A和RGD3型热释剂量仪，都能满足剂量需要，已在国内普遍应用。,国内外几种热释光剂量计(TLD),CaSO4(Dy) 原子序数: 15.0 主峰温度:220 剂量范围:10-6102 Sv 线性区: 10-630 Sv 能响:10(30keV/60Co) 衰退：1月内1-2%，6月内5-8% LiF(Mg,Cu,P) 线性区: 10-712 Sv 衰退：501月内，衰减约3%,Li2B4O7 CaSO4 X、射线：10KeV10MeV 20% (15keV - 3 MeV),5%对0
16、.1mSv - 1 Sv 15( 60 , 137Cs) 30天后衰退0.1mSv,个人剂量监测 小型个人剂量计：手指式、手表式、佩章式、钢笔式、钮扣式 环境监测 事先：布置各观察点，定期进行测量 事后：在现场选取具有热释光特性的物质，估 计事故剂量 热释光探测器在考古学方面的应用,5. 热释光探测器的应用,中子监测仪,中子与物质相互作用主要是通过弹性碰撞和核反应，形成直接电离的次级粒子。探测中子取决产生这些粒子的中间过程。常借助n-p弹性散射探测快中子，利用B10（n、）7Li反应和6Li（n、3H）4He反应探测慢中子。这两种反应都具有不产生射线特点。内部充以3He和BF3气体正比计数管和内部涂层为6Li、7Li、10B的
