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1、核技术 核探测复习材料 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。（5 分）答：典型的气体探测器有（ 1）电离室 （得 1 分）（2）正比计数管 （得 1 分）（3） G-M计 数管 （得 1 分）脉冲幅度：（ 1）电离室：v E e （得 1分）（2）正比计数管： v M E e （得 w C w C0.5 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
2、探测器探测 射线的基本原理。 （5分）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增最后全部被阳极收集到 （得 1 分），这就是烁体探测器探测 射线的基本原理。 注：按步骤给分。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 器；（1 分）（3） 高纯锗半导
3、体探测器； （1 分）半导体探测器典型优点是 （1） 能量分辨率最佳； （1 分）（2） 射线探测效率较高，可与 闪烁探测器相比。 （1 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），辐射能量损失率z E2 NZ 2 m与物质的原子 Z2成正比 （2分），选用重材料后，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。（5 分）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
4、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）、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 ；（ 1 分）动量 P。（ 1 分）由能量守恒，有22h Te Te 2m0c2 2mc2（ 1 分）所以 m h 2 （ 1 分）2c2由此得到电子对的总动量 P 2mv v2 h （ 1 分） c2可见， P P ，过剩的动量必须由原子核带走。2（5 分）利用误差传递公式y2y2yx x
5、1x x2x1x2xn2 xn2 y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, 试证明计数平均值的统计误差为：答：N N1 N2Nk （得1分）k因为N1,N2 Nk具有统计误差性 , 根据误差传递公式 ,2 1 2 2 2n2 （1）2 N12N22Nk 2 （得1分）k12kN1 N1, N2 N2, NKNK , （得1分 ）n2 （1）2N1 N2Nk k12（k）2Nk （得1分）所以得证 N N/k （得1分）三、计算题。 （共 60 分）1. （6 分）已知 1MeV 质子在某介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
6、： 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：SiondEdx ion244z e NB （得1分 ）2m0v因Ep得v 21mpvp2 p p12vp412E 2m v ,4mp m（得2分）因 2zp zsion _ p 现有 ion_ p所以：siondEdx ion（得1分）244zp e p 2 NB A, m0vpdE244z e24 NBm0v4NB 16A （得 2分 ）dx ion24zp e16 p 2m0vp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） 为原来的 答：能量
7、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 1/4000,试求容器壁至少需多厚。14.15cm或者 :I0 ln 0 xmImml0n.04501070（得1分）当E 1.5Mev时,查表 m 0.0517cm-2/g,（得1分 ） 根据 I I0e ux I0e umxm （得 2分）u um0.0517cm-2/g 11.34g / cm3 0.5862cm 1（得1分 ）ln I 0x ln Iln 4000（得1分）0.5862（得1分）3. （6 分） 答：160.43g / 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
8、不对的 , 每步扣掉一半的分 画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。2 ）极性 2 分，只要正确标出和说明极性均得 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 t b+t s来说净计数率精确度最高时的最优比值tb/t s;若净计数率的误差为 5，t b和 ts的最小值是多少？答：tstbnnb60152 （ 得 2分 ）n snbt stbn s nb60 152tb t b 0.05 （得 2分 ）60 15tb8 .9 mints17 .8 min（ 得 1分 ）（得 1分 ）计算题按步骤给分， 没有单位或
9、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。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n0n （得1分） 得 n0 -n n0n （得1分）1n得： nn0（得1分）1 n0据题意 : 2（ n0 nA A ）A （n0nB B ）B （得1分） 已知： A 30 s， B 100 s（得1分）带入得： 2n0A 2n0B （得1分 ）1 n0 A1 n0 B2 1 n0 300 10-6 30 10-61 n0 1000 10-6 100 10
10、-6（得1分）解得： n0 4 104 s-1 （得1分）3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。（ c） 情况同（ a），但 5MeV 粒子已经经过一块吸收体，其厚度等于该物质中 程的一半。答： 根据射程方程 1.5R0 0.318E1.5（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.
11、3Mev （得 2 分）1（ b）当 E =5Mev时先经过 R 厚度物质后，进入探测器，损失在探测器里面的2 31 31 3 2子能量 E 由题意得E 2 E 2 525.59 E （5.59） 33.15MeV（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 24Na 的 2.76Mev 射线在闪烁体中可产生哪些次级过程 ? 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
12、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答：解： 1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。 （全对得 2分，不全者得 1分） 2 ）单逸峰 E=2.76-0.511=2.249Mev （ 得 1 分 ）散射光子最小能量ErEr1 Er 2 1 cos mec2.761 2.76 * 20.5110.234Mev反冲电子最大能量即康普顿边缘 Ee E E 2.76 0.234 2.526Mev （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 ,
13、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。答： 分三种情况讨论：1）当 t 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） WeD L cos2）当 t D Lcos 时， 即没 有电子 到达 正极板 ，此时 电子 的电流 脉冲 ： WL N eWD得 2 分）D Lcos D3）当 D Lcost D ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲：WW 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Lcos D Lcos t得 2 分）WWL N NN （W t Lcos 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：I e (t)(LW t Lcos DcosN)W
