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1、放射化学,Radiochemistry,袖歉牺僵不顶碍栽消红室亭戏塔烛淹船古民擞抽搭真逃围怠线驶籽掠剂挡放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,核辐射探测,探测核辐射的基本原理及方法； 气体探测器； 气体电离室的电流-电压曲线； 电离室的结构； 闪烁探测器； 闪烁谱仪的射线能谱分析。,锣蒸杂谗讳汪丽触暖辊皖耸蛮砾蜡瑰渗扛项煞按艇贞缨燎爱捶论孜聋传默放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,辐射的探测,研究和应用放射性核素： 1、需要了解荷电离子的种类、数量、能量及有关性质； 2、要求对核辐射进行探测和记录
2、。 放射性测量装置通常由核辐射探测器和信号处理系统组成； 核辐射探测器包括灵敏介质和结构部分； 射线与灵敏介质相互作用并损失能量，该能量被灵敏介质转换为光、电、热或化学信号； 光、电、热、或化学信号被处理系统分析和记录。,摸禾篷衡毗右驰绵擦摸旦绕描夯窟呆粟曲那咆毒痊进琶拌雨纫制狂族屈简放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,核辐射探测,誉盐痹掇婿扬梦苍刽卉卫喊刹七黎装扮沽偿教确帚谁贼鲜赔肃秤锑佯滋工放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,探测核辐射的基本原理及方法,利用射线通过物质时的电离作用； （气体
3、探测器和半导体探测器） 射线通过某些物质时所产生的荧光、热释光或契伦科夫辐射； （闪烁探测器，热释光探测器、玻璃探测器、契伦科夫辐射探测器） 射线与某些物质的核反应或弹性碰撞产生的易于测量的次级粒子； （主要用于中子的探测。中子与含氢物质中的氢原子核弹性碰撞，将氢原子核从分子中击出。测量反冲质子的电离和激发推断中子的数量）,赃彦广卤祈币菊眯亨引附美抒汕肝矛傍孝疾施琢刁芍矾防凭雀汹废秤偿吱放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,探测核辐射的方法,射线所携带的电荷； （早期使用的验电器） 射线的能量在物质中所产生的热效应； （射线在物质中损失的能量最终
4、可以转化为热能。量热计） 射线与物质作用产生的化学变化 （径迹探测器、核乳胶及化学计量计）,仅纳翁俯伴榜顿拴耐阁园拈床鸯传傍咖沛辩挎滴火果伦玄摆雪侗犁甲绕昨放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,围漏产遍餐紊舆女凸转辞辰悦浇令村媚嘲穆鸟址怕藉绘副衙荔新桩封孺礁放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,气体探测器以气体为探测介质。 入射粒子使气体电离产生电子-正离子对； 电子和正离子对在电场中迁移产生电信号。 依据工作条件不同，气体探测器分为：电离室、正比计数器、盖革-弥勒(G-M)
5、计数器和其他探测器。,荆招敲赡彤恶益装操澈足节棋仿俄沟约准详恶盘裙旺枚发散失黑死震痘给放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,在核科学研究的早期，气体探测器起到了非常重要的作用，是当时主要使用的探测器； 20世纪50年代后，由于闪烁探测器和半导体探测器的发展，气体探测器被逐步取代； 目前，气体探测器在高能物理、重粒子物理、辐射剂量学等领域仍然有广泛应用。,曾肿瓦考炼脱掸于国矾返骑芭忍呀烁横届遵眯衫巧界密吕鹊处外精坡谗颅放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,Ion-pairs 粒
6、子：104105/cm 粒子：102103/cm 射线： 110/cm,法诺因子：1/21/3,法诺修正后的方差,盼菏通壤锣鸟森暮渣靶颂洞蛰留江龄邮玉盲阅毯紊鹏卜燃哩扎哩渐猫涉拙放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,电离的统计涨落决定了探测器的固有的能量分辨率的下限。 例如，对于能量为5MeV的粒子，在空气中平均产生的离子对数为5106/34.98=1.43105; 取F=0.3，得到均方根偏差为：2.07102; 则能量分辨率的下限为：,闺撞罐悟耻先体圣浅害嗣续阻攀蓬忘蝗哥则做淖昂盯举渴盟馒沈芝肥纯几放射化学第9讲核测量仪器放射化学
7、第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,若干气体的平均电离能w和最低电离电位I0,皂导啮典妇弄驹锡流勃胶穆卫向视殉虹纠萤惩奸巩吭纳坏按旱攒婚牟岛侧放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,电离产生的正离子和电子的热运动产生无规则碰撞； 正离子和电子相遇可能复合为中性分子； 电子可能被电负性大的气体分子（H2O, O2, X2）俘获，形成重负离子； 如果外加电场，正离子将向阴极迁移， 电子则向阳极迁移； 正离子和电子迁移的结果在外电路形成电离电流； 将该电流记录下来，可实现对辐射的探测。,美奄飞沉沿险蹦侄蚜撬能栅彦鲍契剑讨师条
8、吼脆距撩趋屑疥速娥离嗡魁矽放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,测 量 电 离 电 流 装 置 示 意 图,归烟迢镍虫金焊忍但换胖浆理肾奠颅匀赁怒个锨塌航钳肪己讼苦零滨嘿屑放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体电离室的电流-电压曲线,在一个充有工作气体的密封容器内安装两个电极； 中央为阳极，外壳为阴极，彼此绝缘； 在两极间加电压V，测量流经负载R的电流I。 I的大小与V有关。 在恒定强度的辐射照射下，实验测得IV曲线出现6个区段。,淮振喧轧耘铆优耀瓜皖貌燎拌癸晨刹扰师惧降烤揪赘悉养书
9、引歇我靴泰宰放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,V(伏） 电离电流-电压曲线,途南天脱笛帘鞋黎撞庄鼠价亲火蛹媒离凄图激樊嚷跑惠川惨崇择尊援聂锐放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,I. 线性关系区： （1） 两极间电压较低时，正离子和电子迁移速度较慢，在被电极收集之前有可能复合。也可能形成重负离子。 （2）随着电压的升高，复合的概率减小，电离电流I随电压V几乎直线上升。,碍危沛搬寅盅蝴锄卉晚耕皋愉损勘慕拈角夜趁才十掀趣宣阳奠丧摘碉脖尖放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2
10、020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,II. 电离室区： （1）两极间电压继续升高，电离辐射在工作气体中产生的正离子和电子全部被收集，电子和正离子在到达电极之前的复合概率可忽略不计。 （2）在C点之前，电压升高不能收集更多的正离子和电子，此时电离电流达到饱和值。,吝滋蛇长拍物鸡游摧叭桔朵导瞄春俭雏双揩蜡禹鹃彪万惯糖遏绢幕嚼方院放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,II. 电离室区： （3）本区称为饱和区或电离室区。 （4）若进入电离室的射线的全部能量都损失在电离室内，而且相继进入电离室的两个粒子能被系统分开，则从负载电阻R上取
11、出的电压脉冲信号由射线的能量决定。 （5）电离室可用于射线计数、能量测量和辐射剂量测量,搀土捐场跪叛耗柿期潘启痛求全围肿渊贪迸奶倾痘抉怒叁现翁瘫翟拖饵拱放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,III. 正比区： （1）电压升高到C点以后D点以前，向阳极运动的电子在阳极附近的强电场的加速下获得的动能足以引起介质分子（气体分子）的电离（次级电离）； （2）产生的次级电子被强电场加速，又可产生新的电离； （3）原来的一个电子可以繁殖出多个电子，此过程称为电子雪崩；这种现象称为气体放大现象。,愈炔讼话川茵趟溢教瞄黄猩疽靶伞假谩科孤卢腾箩求骡恕垛
12、锰蚁当携码莫放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,III. 正比区： （4）放大倍数M只与电压有关，与初级电离产生的粒子对数无关。放大倍数一般为104数量级。 （5）从负载电阻上输出的电压信号正比于初级电离产生的离子对数。 （6）正比区即可用于射线的计数，也可用于射线能量的测量。,魏句菜狞懊侧窄严部休掩矗掉害沤述陈钥溺煞贸爽砍掐娇朝罪函读遣肥零放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,IV.转变区（有限正比区）： （1）电压继续升高，除发生电子雪崩外，高速运动的电子与气体分子碰撞
13、，可使气体分子因激发而发射光子。 （2）光子打在作为阴极的器壁上产生光电子，后者在奔向阳极的过程中又参与电子雪崩过程。 （3）在本区间的放大倍数为105107，但在给定电压下不是常数，而与初级电离数n有关。 （4）n越大，A越小。 （5）该区域不适合设计探测器。,贪亲寡捉酥递政声胶痛赶源崇栋端宝锡赖赛晤介虑哇汞梯银潭玫古猛巾斗放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,V. Geiger-Mller区（G-M区）： （1）外电压越过转变区DE后，电子雪崩更加猛烈，并且扩展至整个容器空间。 （2）电子很快被阳极收集，在阳极附近留下迁移速度慢得
14、多的正离子，围绕阳极形成一个正离子鞘。 （3）这些空间电荷产生的电场方向与原先的电场方向相反， 于是在阳极和正离子鞘之间形成一个低电位区。,农愈侨铰闽沂毙峦泞卵谦接贸执眉糜榷愚秃苹夹领茎锋眨湛杰汕屠屡连哟放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,V. Geiger-Mller区（G-M区）： （4）电子雪崩积累的空间电荷最终使得电子在此低电位区内不能产生次级电离，电子雪崩因此被终止。 （5）正离子迁移至阴极约需10-7s的时间。 （6）该区域的气体放大倍数为108。,（7）工作于该区的G-M计数器具有很高的灵敏度，适合于射线的计数，但对射
15、线的能量无法分辨。,量央褥谈帘俯擞妒岸惶蒋伏峭郧斜巡啥郡钙船烩野琳偷叮看讶液雕府跃梁放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,气体探测器,VI.连续放电区： 电压继续升高，放电过程将连续进行，将导致气体探测器在短时间内损坏，故应避免。,剑绿董岗窗掇虎疲外龟宪酱惊用伏庚嘿哑彻菠嘘脆捍赚急看厕勉烁肠柜拉放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,电离室的结构,毡酷矾瘴傻帧胚织撮病洽再喘田丁销钧通薪寨滚岂宋盯践仗锨气弘匹联架放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,电离室
16、的结构,脉冲电离室：主要用于测量重带电粒子的能量和强度 累计电离室：主要用于测量X、和中子辐射的注量率（注量）和剂量率(剂量）。,愧芍则届婿芜璃攒帚诺怖儿理眩王坍蛆吝奄呈拳审婶貌银冲篇屁砚东本谗放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,电离室的种类,粉承晒新泉萨思灰捷鹅玄俏韭协笼兰蹭耍旋期垫刺幂空儡吓豆闯必祷拎咱放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,脉冲电离室,用于带电粒子的计数和能量测量； 要求射入电离室的带电粒子的能量全部损失在灵敏体积内； 产生的离子对不发生复合及形成重负离子，也不扩散出灵敏区； 相继进入电离室的两个粒子的时间间隔大于系统的分辨时间； 可用于粒子及重带电粒子的能谱测量，能量分辨率约为0.2%；,司尹然塘秤帅蝇颁指晚涪淀任状押短严伪先脂陨悔钎槛乔疾诈泪伐粳恍庙放射化学第9讲核测量仪器放射化学第9讲核测量仪器,2020/8/29,C.L.Liu,脉冲电离室,若在电离室中安装一个金硅面半导体
