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1、核辐射探测复习资料核辐射探测复习资料 B B本文由 bright_chou 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。核技术 核探测复习材料 简答题： 一、简答题 1 射线与物质发生相互作用有哪几种方式？（ 5 分） 答： 射线与物质发生相互作用（1）光电效应 （2）康普顿效应（得 2 分） （3）电子 对效应（得 2 分） 2 典型的气体探测器有哪几种？各自输出的最大脉冲幅度有何特点， 试用公式表示。 分） （5 （2）正比计数管（得 1 分） （3）G-M 计 答：典型的气体探测器有（1）电离室（得 1 分） 数管（得 1 分） 脉冲幅
2、度： （1）电离室： v =E e E e （得 1 分） （2）正比计数管： v = M ? （得 wC wC0.5 分） （3）G-M 计数管 最大脉冲幅度一样（得 0.5 分） 3简述闪烁体探测器探测 射线的基本原理。 分） （5 答：射线的基本原理通过光电效应 、 康普顿效应和电子对效应产生次级电子（得 1 分） ，次级电子是使闪烁体激发（得 1 分） ，闪烁体退激发出荧光（得 1 分） ，荧光光子达到 光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子（得 1 分） ，光电子通过光电倍增管各倍增极倍 ，这就是烁体探测器探测 射线的基本原理。 增最后全部被阳极收集到（得 1 分） 注：按步骤给分。
3、 4常用半导体探测器分为哪几类？半导体探测器典型优点是什么？（5 分） 答：常用半导体探测器分为(1) P-N 结型半导体探测器（1 分）(2) 锂漂移型半导体探测 （1 （1 器； 分）(3) 高纯锗半导体探测器； 分）半导体探测器典型优点是(1) 能量分辨率最佳； 分）(2)射线探测效率较高，可与 （1 （1 闪烁探测器相比。 分） 5屏蔽 射线时为什么不宜选用重材料？（5 分） 答： 射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失，还要考虑辐射损失（1 分） ，辐z2E ? dE ? 2 S rad = ? ? ? 2 NZ m ? dx ? rad 射能量损失率与物质的原子 Z 成正比（
4、2 分） ，选用重材料2后，辐射能量损失率必然变大，产生更加难以防护的 x 射线（2 分） 。故不宜选用重材料。 注：按步骤给分。 6中子按能量可分为哪几类？中子与物质发生相互作用有哪几种方式。 分） （5 答案要点：第 1 问：快中子、热中子、超热中子、慢中子 答对 3 个以上得 1 分 第 2 问：中子的弹性和非弹性散射（1 分） 、中子的辐射俘获（1 分） 、中子核反 应（1 分） 、中子裂变反应（1 分）二、证明题： （共 10 分） 1 （5 分）试证明 光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电 子对效应，而在真空中是不可能的。 答： 答：对 光子能量E = h ；
5、 分）动量 P = （1h 。 分） （1 c由能量守恒，有h = Te + + Te? + 2m0 c 2 = 2mc 2所以 由此得到电子对的总动量（1 分）h （1 分） 2c 2 v P = 2mv = 2 h （1 分） c m=可见， P P ，过剩的动量必须由原子核带走。2 分）利用误差传递公式 （5?y ? 2 ? ?y ? ? ?y ? 2 = ? ? x21 + ? ? ?x ? ? ?x ? x2 + L + ? ?x ? xn ? ? ? ? 2? ? 1? ? n?2 y222若对某放射性样品重复测量 K 次，每次测量时间 t 相同，测得的计数为 N1、N2，Nk,试
6、证明计 数平均值的统计误差为： 答：N=K=N KN1 + N 2 + L N k (得 1 分) k 因为 N1 , N 2 L N k 具有统计误差性, N= 根据误差传递公式, n 2 = ( ) 2 N 2 + N 2 + L + N 2 (得 1 分) N211 2 k 1 k 2 2 = N1 , N 2 = N 2 , N K = N K , (得1 分) n 2 = ( ) 2 N1 + N 2 + L N k 1 k 1 = ( ) 2 N k (得 1 分) k所以得证 N = N / k(得 1 分)三、计算题。 （共60 分）1. （6 分）已知 1 MeV 质子在某介
7、质中的电离损失率为 A ，求相同能量的 粒子的电 离损失率。 答：因为质子和 粒子都是重带电粒子，它们与物质相互作用时主要考虑电离损失， 公式：4 z 2e 4 ? dE ?S ion = ? ? NB (得 1 分) ? = m0v 2 ? dx ?ion1 1 2 2 m p v p = E = m v ,4m p = m 2 2 1 2 2 得 v = v p (得 2 分) 4 因 2 z p = z (得 1 分) 因 E p =现有sion _ p4z p e 4 ? dE ? = ? NB = A, ? = 2 m0 v p ? dx ?ion 4z e 4 ? dE ? = ?
8、 NB ? = 2 m0 v ? dx ?ion = 16 4z p e 4 m0 vp2 2 22所以：sion _ NB = 16A (得 2 分)计算题按步骤给分，没有单位或者单位不对的扣掉 1 分；计算结果不对的，按步骤扣掉一半 的分。 2.（6 分）能量为 1.50MeV 的 放射源放在铅容器里，为了安全，必须使容器外的强度减小 为原来的 1/4000,试求容器壁至少需多厚。 答：当 E = 1.5Mev 时, 查表 m = 0.0517cm -2 /g, (得 1 分) 根据 I = I 0 e ?ux = I 0 e ?um xm (得 2 分) u = um = 0.0517c
9、m -2 /g 11.34 g / cm3 = 0.5862cm ?1 (得 1 分) I0 I = ln 4000 (得 1 分) x= 0.5862 ln = 14.15cm 或者 : I0 I = ln 4000 (得 1 分) xm = m 0.0517 ln = 160.43 g / cm ? 2 (得 2 分) 结果没有单位或者单位不对的扣 1 分 计算结果有不对的, 每步扣掉一半的分3.（6 分）画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。 答：(得 1 分)评分标准：1）等效电路图 3 分 具体分配，电流源、电容、电阻位置正确各得 1 分 2）极性 2 分，只要正确标出和说明极性均
10、得 3 分 4. （6 分）本底计数率 nb=15 计数/min,测量样品计数率 n0=60 计数/min,试求对给定的测量 时间 tb+ts 来说净计数率精确度最高时的最优比值 tb/ts;若净计数率的误差为 5，tb 和 ts 的最小值是多少？ 答：ts = tbns nb=60 = 2 15(得 2 分 ) =ns n + b ts tb = ns ? nb60 15 + 2 tb tb 60 ? 15 ( 得 1 分 ) ( 得 1 分 )= 0 . 05(得 2 分 )t b = 8 . 9 min t s = 17 . 8 min计算题按步骤给分，没有单位或者单位不对的扣掉 1 分
11、；计算结果不对的，按步骤扣掉一半 的分。5. (8 分)死时间分别为 30 s 和 100 s 的探测器 A 和 B，若 B 探测器的死时间漏计数率是 A 探测器死时间漏计数率的两倍，求应测的计数率是多少？ 答：因 n0 =n (得 1 分) 得 n0 - n = n0 n 1 ? n n0 得：n = 1 + n0(得 1 分) (得 1 分)据题意 : 2(n0 n A A ) A = (n0 nB B ) B 已知： A = 30 s， B = 100 s 带入得： 2 (得 1 分) (得 1 分) (得 1 分)n0 n0 A = 2 B 1 + n0 A 1 + n0 B2n0 n
12、0 30 10-6 = 100 10 -6 -6 -6 1 + n0 30 10 1 + n0 100 10 4 10 4 s -1 3 (得 1 分)(得 1 分)解得：n0 =注：计算题按步骤给分，没有单位或者单位不对的扣掉 1 分；计算结果不对的，按步骤扣掉 一半的分。 6.(8 分)试就以下条件画出硅面垒探测器的期望微分脉冲幅度谱： （a） 5MeV 入射 粒子，探测器的耗尽深度大于 粒子的射程。 （b） 5MeV 粒子，探测器的耗尽深度为 粒子射程之半。 ，但 5MeV 粒子已经经过一块吸收体，其厚度等于该物质中 射 （c） 情况同（a） ） 程的一半。 答：根据射程方程 1.5R0
13、 = 0.318 E (cm)（a）因探测器的耗尽深度大于 粒子的射程， 粒子把能量全部损失在探测器中，相 应 能谱峰位能量 E =5.3Mev （b）当 E =5Mev 时先经过3（得 2 分）1 R 厚度物质后，进入探测器，损失在探测器里面的 粒 22 1 3 1 3 E 2 = 5 2 = 5.59 E = (5.59) 3 = 3.15MeV 2 2子能量E 由题意得 E 2 =（得 4 分） （c）相应的能量为 E ? E = 5 ? 3.15 = 1.85MeV由于探测效率不变，因此峰面积应该相等，只是峰位改变。 7. （10 分）详细分析 Na 的 2.76Mev 射线在闪烁体中
14、可产生哪些次级过程?24并计算该 射线在 NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱上，康普顿边缘与单逃逸峰之 间的相对位置。 并画出下列两种情况下该 射线在 NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱图 1 NaI(T1)晶体为 小晶体时 2 NaI(T1)晶体为无限大晶体时 （全对得 2 分，不全者得 1 分） 答：解：1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。2）单逸峰 E=2.76-0.511=2.249Mev (得 1 分) 散射光子最小能量 Er =Er 1+ Er (1 ? cos ) me c 2=2.76 = 0.234Mev 2.76 1+ *2 0.511反冲电子最大能量即康普顿边缘
15、 Ee = E ? E = 2.76 ? 0.234 = 2.526 Mev （得 1 分） 3)中等晶体注：每标对 1 个得 0.5 分 4）无限小晶体，注：每标对 1 个得 0.5 分8. （10 分）设在平行板电离室中 粒子的径迹如图所示,径迹长度为 L,假设沿径迹各处的 单位路程上产生的离子对数 N 相等,且电子的漂移速度 W ,试求电子的电流脉冲。DL答：分三种情况讨论：D 时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲 I e ? = 0 ； （得 2 分） W? D ? L cos 2）当 t 时，即没有电子到达正极板，此时电子的电流脉冲： W?1）当 t I e?3）当L ? N ? eW ? = D； （得 2 分）D ? L cos D t ? ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲： ? W W电子可以看作时做匀速直线运动逐渐到达正极板的，根据运动规律得下面方程L cos D ? L cos t? ? W W? = L N N（得 2 分）N (W ? t + L cos ? D ) 解得已到达正极板得电子数: N = ,还剩下电子 cos 数： L N ? N = L N ? N ，此时电子的电流脉冲：W ? t + L cos ? D (L N ? N) cos
