《辐射探测（精品ＰＰＴ）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辐射探测（精品ＰＰＴ）（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、辐射探测辐射探测主主 讲讲 ： 杨志达杨志达电电 话：话：8251930882519308地地 址：三甲实验室址：三甲实验室218218电子邮箱：电子邮箱：20122012年年8 8月月关于核辐射的几个问题关于核辐射的几个问题？1.辐射，核辐射，射线或粒 子？2.你是否接触过射线？3.在哪里接触过？4.射线的类型都有哪些？5.现在身边有射线吗？天然本底： 0.1Sv/hr 坐飞机：约增大20 倍 烟雾报警器医院、火车站、机 场 X/，中子， 质子，重离子，子 ，中微子6.射线的来源是什么？ （1）宇宙射线l初级宇宙射线来自外层空间，由重带电粒子组成 ，其中质子（氢核）85.9%; 粒子 （氦核
2、）N，O，Ne，C，Si，Mg ，Fe核1.4%。能量高达10GeV。与大气中的N,O作用，转变为次级 宇宙射线，并在15km处完成。l次级宇宙射线由介子，中子及高能组成。 宇生放射性以14C,3H为主,次级宇宙射线中 的热中子与大气中的氮发生核反应：（2）宇生放射性反应截面：l放射性核素14C的半衰期：T1/2=5730年l在大气高空中形成的14C是自然界中14C的唯一来源。放射系的中间产物有一种叫氡射气（222Rn），成为环境放射性的重要来源。大理石。（3）来自地球本身的放射性地球年龄约为10亿年(即109年)。目前还能存在于地球上的放射性核素主要维系在三个处于长期平 衡状态的放射系中。
3、主要是铀系（238U放射系）和钍系（232Th放射系）两个系的 一些核素。 另一类是无衰变系列的长寿命放射性核素如40K、87Rb等。又称 原生放射性。原生放射性核素，广泛存在于地球的岩石、土壤和水系中。这些 元素的活度浓度和分布随着岩石构造的类型不同而变化。花岗岩 中的活度浓度较高。人工放射源：由反应堆燃料的废物中提取的放射源，如137Cs等；在反应堆或加速 器中辐照生成的放射源，例如60Co，就是将金属钴（59Co， 丰度=100%）在反应堆中活化，发生59Co(n,)60Co而生成。广泛应用于科研、产业等方面。（4）人为放射性 反应堆和加速器运行产生的放射性：包括通过大气、排水等渠道排放
4、的放射性和燃料废料。 核武器爆炸及试验遗留的放射性。l 由上述两个因素的造成的辐射剂量基本上仍保持在 天然放射性的本底水平。问题：核辐射眼睛看不见、耳朵听不着、双手摸 不到，如何知道它的存在呢？哈尔滨铱-192之谜核探测器是核辐射的耳目！7. 怎样测量射线？射线与物质的相互作用规律射线探测中的统计学规律探测器的原理测量方法6 6章章7 7章章8,9,10,118,9,10,11章章1212章，章，1313章章本课程涉及的学科领域本课程涉及的学科领域1.面向一级学科“ “核科学与技术核科学与技术” ”是核工程与核技术本科生的一门选修课重点放在论述核辐射的性质、产生核辐射的性质、产生及其及其探测探
5、测是核科学与技术的其它课程的基础对某些学科方向，例如“核技术及应用”的学科方向，本 课程兼有专业基础课专业基础课和专业课专业课的双重功能。2.理论课共2学分,32学时。本课程把辐射的性质、产生及其探测构成一个完 整的学术体系学术体系。一一 个体系个体系核辐射物理包括：核辐射物理包括：原子核的基本性质；原子核的基本性质；核过程（核衰变、核反核过程（核衰变、核反 应、核裂变）发生的条应、核裂变）发生的条 件和概率；件和概率；核辐射的外部表征及辐核辐射的外部表征及辐 射与物质相互作用。射与物质相互作用。辐射探测辐射探测的基本概念和共的基本概念和共 性问题：性问题：统计规律；统计规律；探测器的工作机制
6、；探测器的工作机制；形成电信号的输出回路；形成电信号的输出回路；探测方法。探测方法。前后呼应前后呼应 互为补充互为补充 学用密切学用密切 重点突出重点突出综合运用基础数理知识要求较高综合运用基础数理知识要求较高是一个理论与实际结合紧密的课程是一个理论与实际结合紧密的课程三三 种探测器种探测器典型探测器：1.气体探测 器2.闪烁探测器3.半导体探测 器讨论探测器的：工作机制输出信号主要性能指标典型应用“载流子”探测器的核心，掌握它们的 产生、运动、倍增、形成信号的过程四四 个基本内容个基本内容在辐射探测器和探测方法的教学与研究工作中， 我们总结了带有共性的四个基本内容：1、辐射与物质相互作用规律
7、；2、探测器输出信号形成的物理过程；3、探测器输出回路与其工作状态的关系；4、统计涨落对探测器性能的影响。在课程的全过程的学习过程中，包括在实验课的 训练中，反复应用，力求能掌握这些基本的概念。 教材及参考书教材及参考书l上课采用课件，讲课体系与教材体系适当分开。教材主线按教材“核辐射物理及探测学”（修订版），清华 大学工程物理系，2007年1月；英文原著: Radiation Detection and Measurement (Glenn F. Knoll, Third Edition)作为课程的参考书。辐射探测与测量，格伦诺尔原著，李旭翻译，原子 能出版社，1988年5月考试和成绩评定考
8、试和成绩评定考试及成绩评定：期末考试（闭卷？，613章） 6060平时作业 3030课堂测验（开卷） 1010部分同学专题研究 0 05 5加分加分平时作业及课堂测验平时作业及课堂测验 平时作业：作业请用作业本或作业纸做，按时完成并由课代表交给任课教师，根据完成情况给成绩。一般一周一次，请准 备两个作业本轮流使用。课堂测验：不定期，当堂课交。专题研究专题研究在一部分学生中，开展专题研究，并以提供专题调研 、总结报告作为最后考核的一部分成绩。参加专题研究的同学须参加期末考试，根据提交的论文 情况对考试成绩加分，加分0-5分。宇观宏观微观粒子（无穷大到无 穷小）从1026m到10-18m；物质的基
9、本结构：由原子到夸克。夸克和 轻子是物质的最基本组成；微观粒子肉眼看不到，只能通过探测器探 测到人类对物质世界的认识不断深化，归功于 实验和理论的相互促进，归功于粒子加速 器和粒子探测器的不断建造和发展。使对 物质世界的探索逐步走上现代实验科学的 轨道。现主要集中在高能领域。核探测技术随核物理的发展而发展1. 所有粒子的运动都遵循四种基本力的相互作用规 律引力 长程力，与作用距离平方成反比电磁作用力 描述宏观物理现象弱作用力 短程力强作用力 描述微观物理、核物理现象2. 夸克、轻子、和传播子是更为基本的粒子1895年伦琴发现X射线 1896年Becquerel发现射线 1897年J.J.Tho
10、mson 发现电子 1911年E.Rutherford和他的学生Geiger、Marsden发现粒子大角度散射 1919年E.Rutherford 发现质子 1919年F.Hess 气球实验 ,1925 年Millikan 称它作宇宙线 1932年J.Chadwick发现中子原子核由质子和中子组成。质子,中子,电子组成了我们熟悉的物质世界。 1931-33年泡利，费米对原子核的 衰变谱的解释：中微子(1956年实验证实） 1932年Anderson发现正电子(e+) 1935年H.Yukawa 预言存在介子，M1/7 Mp 1936年Anderson &Neddermeyer 在宇宙线中发现“
11、介子”（ -轻子） 1947年5月：Powell等发现了介子 1947年12月：Rochester 在宇宙线实验中发现了V粒子（奇异粒子K）一些重要历史事件：粒子：原子核物理和粒子物理领域中的各种微观粒 子射线：快速粒子束核辐射：原子核自发放射各种射线的现象粒子质量与能动量的关系或2.有关基本概念electron (energy U)E= 1 eV= 1.6x10-19J1 KeV = 103 eV 1 MeV = 106 eV 1 GeV = 109 eV 1 TeV = 1012 eVLEP = 209 GeV LHC = 14 TeV-+1 Volt电子伏（eV）： 电子经过1伏电位差
12、加速所得到的能量我们要知道有多少粒子，什么样的粒子，还要知道它们的 物理性质，来源。为此，探测器要测量许多物理量。计数和计数率：即粒子的通量或流强；时间：粒子到达探测器时间或相对于某时刻时间间隔；能量：尤其中性粒子（中子，光子，中微子等）的能量 ；动量：主要是带电粒子的动量；位置：粒子产生或衰变的位置，带电粒子在探测器内的位 置和飞行轨迹，中性粒子进入探测器的位置和飞行方向；粒子的分辨：区别不同性质的粒子，特别需要分辨相同动 量下不同质量的带电粒子；核探测器测量的基本物理量测量粒子与射线的基本性质，研究这些粒子之间的相互 作用以及它们与宏观 物质的相互作用等。将这些粒子与射线作为微小的探针来研
13、究微观或亚微观 结构，如晶体结构， 物质的表面结构，分子原子及核 结构等。因为这些粒子来源不同，有的来自地球,有的来自太阳 ，月亮或银河以外，它们会带有与源有密切关系的信息 。 通过这些粒子或射线来研究我们达不到的各种天体 。粒子与射线在工业，农业，地质，医疗，环保，航天等 领域被广泛地应用，不可替代地获得对宏观物质的形态 ，结构，成分的测量与研究。核探测器用途：6位获诺贝尔奖的核探测器大师C.T.R.Wilson发明云室，一种观测带电粒子径迹的方法和 技术（1927年）P.M.S.Blackett发展Wilson云室技术，在核物理与宇宙线 研究中做出贡献（1948年）C.F.Powell发明
14、核乳胶技术，在宇宙线中发现介子（ 1950年）D.A.Glaser发明气泡室（1960年）L.W.Alvarez发展气泡室及数据处理技术，发现大量共振 态（1968年）G.Charpak发明多丝正比室并发展气体丝室技术（1992年 ）核探测器（粒子探测器）： 能够指示、记录和测量核辐射的 材料或装置。原理：辐射与核辐射探测器 内的物质相互作用而产生某种信 息（如电、光脉冲或材料结构的 变化），经放大后被记录、分析 ，以确定粒子的数目、位置、能 量、动量等。辐射探测基本原理辐射探测主要是指记录粒子数目，测定其强度，确定粒 子的性质（能量、动量、飞行方向等）。根据粒子的带电性质分类带电粒子：、p、
15、e、等电磁辐射：x射线、射线中性粒子：n、0、0、等（一）带电粒子探测基本原理入射带电粒子与物质原子的轨道电子发生库仑相互作用而损 失能量，轨道电子获得能量。当电子获得能量足以克服原子 核的束缚，则电子就脱离原子成为自由电子。这就是电离。 电离的结果形成一对正离子和自由电子。若内壳层电子被电 离后，该壳层留下空穴，外层电子跃迁来填补，同时放出特 征x射线或俄歇电子。当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由电 子，将跃迁到较高的能级。这就是原子的激发。处于激发态 的原子不稳定，作短暂停留后，将从激发态跃迁回到基态， 这就是退激。退激时，释放的能量以荧光的形式发射出来。利用电离或激发效应来记录入射粒子是绝大多数探测器的 物理基础。它们的差别在于记录方式不同，大致分为： （1）收集电离电荷的探测器主要收集电离效应产生的大量正 负离子，记录它们的电荷所形成的电压或电流脉冲。这类探 测器必须加上适当的工作电压，形成电场以有效收集电荷。 如气体探测器、半导体探测器。 （2）收集荧光的探测器被带电粒子激发的原子退激时发出荧 光。由于荧光很弱，需要通过一定的转换放大，即把光脉冲 转换成较大的电脉冲光电倍增管。如闪烁计数器等。 （3）利用离子集团作为径迹中心的探测器，径迹探测器。如 核乳胶、云室、气泡室、火花
