核辐射测量上课件

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1、第二章第二章第二章第二章 核辐射测量核辐射测量核辐射测量核辐射测量射线的探测射线的探测 核辐射探测器核辐射探测器 ，三类：，三类：1. 气体电离探测器气体电离探测器原理：原理： 射线射线 工作气体工作气体 电离电离 电子电子 阳极收集电荷阳极收集电荷核辐射测量上核辐射测量上如：如：GM管、电离室管、电离室计计数数率率电压电压坪曲线坪曲线死时间校正死时间校正核辐射测量上核辐射测量上2. 闪烁计数器闪烁计数器射线射线 闪烁体（固闪、液闪）闪烁体（固闪、液闪） 产生荧光产生荧光 转换成电讯号转换成电讯号 放大放大 记录记录3. 半导体探测器半导体探测器讯号正比于射线强度讯号正比于射线强度锂漂移型（锂

2、漂移型（ Ge(Li)、Si(Li) ) 能量分辨率高，能谱分析能量分辨率高，能谱分析核辐射测量上核辐射测量上第一节第一节第一节第一节 固体闪烁计数器固体闪烁计数器固体闪烁计数器固体闪烁计数器（一）探头（一）探头一、仪器工作原理一、仪器工作原理1. 闪烁体闪烁体 吸收射线，将射线能转化为光子吸收射线，将射线能转化为光子核辐射测量上核辐射测量上 无机晶体无机晶体 NaI（Tl） 射线射线 ZnS（Ag） 射线射线 CsI（Tl） 射线射线 有机闪烁体（有机晶体、塑料闪烁体）有机闪烁体（有机晶体、塑料闪烁体） 射线射线 优点：可塑性，低本底，不潮解优点：可塑性，低本底，不潮解核辐射测量上核辐射测量

3、上NaI（Tl）晶体的工作原理）晶体的工作原理碘的原子量高、易吸收碘的原子量高、易吸收射线（三个效应）射线（三个效应）导带导带满带满带禁带禁带能带原理能带原理孤立能级孤立能级293310420nm核辐射测量上核辐射测量上井型井型NaI（Tl）晶体（图）晶体（图2-1），增加测量立体角，提），增加测量立体角，提 高测量效率，高测量效率，125I 70%理想闪烁体：理想闪烁体： Z 发光效率发光效率 光谱匹配光谱匹配 短短 自身透明自身透明核辐射测量上核辐射测量上2. 光导光导作用作用 ： 减少全反射，提高测量效率减少全反射，提高测量效率PMTiciPMTici一般是硅油一般是硅油n大大 ic大大

4、 全反射全反射 Eic：临界角：临界角n ：折射率：折射率核辐射测量上核辐射测量上3. 光电倍增管（光电倍增管（PMT）光光 电子电子 放大（倍增）放大（倍增） 光阴极光阴极 产生光电子产生光电子 要求：要求：光谱匹配光谱匹配 光电转换效率光电转换效率 打拿极（次阴极）打拿极（次阴极） 电子倍增电子倍增光电子在电场加速作光电子在电场加速作 用下，在打拿极打出更多电子，用下，在打拿极打出更多电子，若每个打拿极倍增因子为若每个打拿极倍增因子为4，12个打拿极总增益为：个打拿极总增益为：412 1.7 107核辐射测量上核辐射测量上 阳极阳极 收集电荷，经收集电荷，经RC电路产生一个负脉冲，电路产生

5、一个负脉冲， 脉冲大小与电荷量相关脉冲大小与电荷量相关工作条件选定：信噪比工作条件选定：信噪比优点：优点：E 短短缺点：对高压要求高缺点：对高压要求高核辐射测量上核辐射测量上（二）核电子仪器（二）核电子仪器2. 甄别器甄别器甄别阈甄别阈 只有大于甄别阈的脉冲才能通过甄只有大于甄别阈的脉冲才能通过甄别器，进入计数电路。别器，进入计数电路。作用：降噪，降本底作用：降噪，降本底核辐射测量上核辐射测量上3. 脉冲幅度分析器（单道）脉冲幅度分析器（单道）有上、下有上、下 2 个甄别器加一个反符合电路组成。个甄别器加一个反符合电路组成。二个甄别器阈值之差二个甄别器阈值之差 道宽道宽 计数窗（计数道）计数窗

6、（计数道）多道脉冲幅度分析器（多道脉冲幅度分析器（256，4096道）道） 1 2 3 4上甄别器上甄别器下甄别器下甄别器脉冲脉冲1和和2上甄别器上甄别器反符合电路反符合电路输出脉冲输出脉冲4脉冲脉冲1, 2和和4下甄别器下甄别器核辐射测量上核辐射测量上二、二、射线样品测量射线样品测量（一）（一） 射线能量测量射线能量测量1. 单能单能射线能量射线能量光电峰能量光电峰能量 射线能量射线能量确定核素的特征（依据）确定核素的特征（依据）EE0光电峰光电峰核辐射测量上核辐射测量上2 . 125I的的能谱能谱EC后核退激，后核退激，Er = 35.5 keVK俘获后及发射俘获后及发射IC电子后电子后X

7、1：31 keVX2：27.5 keVK俘获后俘获后X1X2e-核辐射测量上核辐射测量上与与x光子时而单独辐射，时而出现符合事件。光子时而单独辐射，时而出现符合事件。故而出现故而出现2个光电峰：个光电峰：27.5 35.5 keV58 66 keV27.5 35.5 58 66 核辐射测量上核辐射测量上单道谱仪：设定道宽，逐步改变下甄别位置，分单道谱仪：设定道宽，逐步改变下甄别位置，分别测定别测定谱的不同部分，最后完成全谱。谱的不同部分，最后完成全谱。3. 射线能谱测定射线能谱测定多道谱仪：设定道宽，同时测定能谱各部分，得到能谱多道谱仪：设定道宽，同时测定能谱各部分，得到能谱核辐射测量上核辐射

8、测量上能量分辨率能量分辨率 = E / E0137Cs光电峰光电峰 NaI(Tl)分辨率分辨率 7% 10%Ge(Li) 4096道道 1%核辐射测量上核辐射测量上（二）（二）射线活度测量射线活度测量1. 绝对测量与相对测量绝对测量与相对测量绝对测量绝对测量 - 不借助于中间手段直接测得样品不借助于中间手段直接测得样品的活度值。的活度值。Bq、dpm相对测量相对测量 - 测得样品的脉冲计数率，如测得样品的脉冲计数率，如cpmcpm = dpm E（测量效率）（测量效率）核辐射测量上核辐射测量上在相对测量中，借助于模拟源或标准源，测得测定效在相对测量中，借助于模拟源或标准源，测得测定效率率E，然

9、后间接测得样品的活度值，然后间接测得样品的活度值微分测量微分测量 - 只记录脉冲幅度介于两个甄别阈之间的脉冲只记录脉冲幅度介于两个甄别阈之间的脉冲2. 积分测量与微分测量积分测量与微分测量积分测量积分测量 - 将脉冲高度高于甄别阈的脉冲全部记录下来将脉冲高度高于甄别阈的脉冲全部记录下来核辐射测量上核辐射测量上 样品测定（计数道，样品测定（计数道，125I）微分测量一般用于：微分测量一般用于： 能谱测定能谱测定（三）工作条件的选择（三）工作条件的选择1. 工作电压工作电压改变（逐渐升高）工作电压，使信噪比最大（坪曲线）改变（逐渐升高）工作电压，使信噪比最大（坪曲线）即为合适的电压即为合适的电压核

10、辐射测量上核辐射测量上2. 甄别阈和道宽的选择甄别阈和道宽的选择计数道：含全部的光电峰。如计数道：含全部的光电峰。如125I原则同上原则同上核辐射测量上核辐射测量上1. 几何位置几何位置2. 样品体积样品体积3. 射线能量射线能量4. 仪器分辨时间仪器分辨时间5. 晶体尺寸晶体尺寸（四）相对测量的影响因素（四）相对测量的影响因素核辐射测量上核辐射测量上第三节第三节第三节第三节 放射性测量的统计学放射性测量的统计学放射性测量的统计学放射性测量的统计学一、放射性衰变的统计规律一、放射性衰变的统计规律是单个原子核在单位时间内的衰变几率，对于整个样是单个原子核在单位时间内的衰变几率，对于整个样品而言（

11、品而言（N个原子核），个原子核）， N则是单位时间内衰变的原则是单位时间内衰变的原子核数目，即活度子核数目，即活度A核辐射测量上核辐射测量上假定假定为为10-5/s，平均每个原子核在，平均每个原子核在1秒内的衰变几率秒内的衰变几率为为10-5，若样品有，若样品有106个原子核，则个原子核，则1秒内平均有秒内平均有10个个原子核衰变。以此类推，只要知道原子核衰变。以此类推，只要知道N和和，即可精确的，即可精确的计算出放射性核素在任何时刻的衰变数（计算出放射性核素在任何时刻的衰变数（A），进而），进而算出算出n，然而事实并非如此。，然而事实并非如此。核辐射测量上核辐射测量上例如用同一个放射源在相同

12、的测量条件下测量多次，得例如用同一个放射源在相同的测量条件下测量多次，得计数率计数率n，每次的，每次的n值并不相同，与理论计算结果也不同，值并不相同，与理论计算结果也不同，这是因为尽管每个原子核具有相同的衰变几率这是因为尽管每个原子核具有相同的衰变几率，但哪个，但哪个原子核先衰变，哪个后衰败，却无固定次序，纯属偶然事原子核先衰变，哪个后衰败，却无固定次序，纯属偶然事件，而大量的偶然事件则又服从一定的统计规律。上述测件，而大量的偶然事件则又服从一定的统计规律。上述测量结果虽与理论值不同，却服从一定的统计分布。量结果虽与理论值不同，却服从一定的统计分布。核辐射测量上核辐射测量上这种分布在统计学上称

13、作泊松分布，且重复测量多次时这种分布在统计学上称作泊松分布，且重复测量多次时的均值的均值 与理论值相近。如果进行无数次测量，则与理论值相近。如果进行无数次测量，则 与与理论值一致，如硬币投掷理论值一致，如硬币投掷2面出现的概率面出现的概率当当n较小时（较小时（n10），泊松分布成偏态，当），泊松分布成偏态，当n较大时较大时（n16），分布趋于正态即高斯分布（正态分布，呈），分布趋于正态即高斯分布（正态分布，呈钟罩形），钟罩形）， 位于曲线最高处，左右对称位于曲线最高处，左右对称核辐射测量上核辐射测量上高斯分布是泊松分布的特例高斯分布是泊松分布的特例泊松分布泊松分布高斯分布高斯分布二、放射性测量

14、的统计误差二、放射性测量的统计误差计数计数 N=nt核辐射测量上核辐射测量上根据泊松分布原理，根据泊松分布原理， N的方差的方差， 是多次测量的均值是多次测量的均值 或或 占占高斯分布总面积的高斯分布总面积的68.3%可信限或置可信限或置信度。信度。 68.3%核辐射测量上核辐射测量上其物理意义为：重复监测多次，其物理意义为：重复监测多次，N约有约有68.3%的测量结的测量结果落入果落入 范围内，若只测量一次，则结果落在范围内，若只测量一次，则结果落在此范围内的概率为此范围内的概率为68.3%。故可用。故可用N代替代替 。若误差。若误差范围取范围取 ，可信限为，可信限为95%；取；取 ，可信，

15、可信限为限为99.7%。计数率的标准差定为计数率的标准差定为核辐射测量上核辐射测量上相对误差相对误差 （RSD， 变异系数）变异系数）通常误差范围取通常误差范围取，相对误差，相对误差N或或n对对E的影响的影响核辐射测量上核辐射测量上在误差运算中，若有在误差运算中，若有 二数，则二数相减时，得二数，则二数相减时，得实际测量中须考虑本底实际测量中须考虑本底nb 对对E的影响的影响核辐射测量上核辐射测量上若若 为测量计数率（总计数率，含本底）。为测量计数率（总计数率，含本底）。 为本为本底计数率，则样本的净计数率底计数率，则样本的净计数率 nc, E nb , E t, E(或重复测多次或重复测多次

16、)例题例题 p45核辐射测量上核辐射测量上三、测量误差控制三、测量误差控制当当 较小，较小，E要求较高时，需较长时间的要求较高时，需较长时间的 和和 ，如，如14C法考古断代。在总时间法考古断代。在总时间t内，内， 与与 应有合理分配，应有合理分配，以使以使E最小。令最小。令 ,以以E对对 求极值求极值核辐射测量上核辐射测量上若粗测若粗测 ， 测测50 min，E要求小于要求小于3%，求，求 。则。则核辐射测量上核辐射测量上t不变，不变， E=2.8%若按若按 分配时间分配时间核辐射测量上核辐射测量上在生物学研究中，当测到含量低的样本，如，其检测值在生物学研究中，当测到含量低的样本，如，其检测

17、值为为0.1 ng或或0.1 ng/mL，其结果是否可信，取决于测定值，其结果是否可信，取决于测定值是否高于检测限。是否高于检测限。四、最小可测量四、最小可测量最小可测量最小可测量检测限检测限灵敏度灵敏度核辐射测量上核辐射测量上根据标记物的比活度及仪器的测量效率，即根据标记物的比活度及仪器的测量效率，即可计算出可计算出1 ng物质对应的物质对应的cpm值值1. 简单体系简单体系核辐射测量上核辐射测量上 一定，一定，E视要求而定，视要求而定， 也固定（也固定（=1 min）若若E=5%，nb=50 cpm，则，则核辐射测量上核辐射测量上 对于样品本身含量的检测限，尚与标记物的对于样品本身含量的检

18、测限，尚与标记物的 比活度相关，比活度越高比活度相关，比活度越高E设测量效率设测量效率=0.4，样品检测限的活度值应为，样品检测限的活度值应为483/0.4=1208 dmp若若tc、tb不变，放射性检测限与不变，放射性检测限与 所要求的相对误差相关，所要求的相对误差相关， E越大，检测限越低越大，检测限越低 与与nb相关，相关， nb , E核辐射测量上核辐射测量上2. 药动学研究中的检测限药动学研究中的检测限在血药浓度检测限的计算中，假定游离在血药浓度检测限的计算中，假定游离125I有有5%与血浆与血浆蛋白结合，这部分结合同样会被三氯乙酸沉淀，形成蛋白结合，这部分结合同样会被三氯乙酸沉淀，形成虚假计数。虚假计数的大小和血浆计数率与沉淀计数虚假计数。虚假计数的大小和血浆计数率与沉淀计数率的差相关。广义上可以把这部分虚假计数看作是本率的差相关。广义上可以把这部分虚假计数看作是本底的一部分。设仪器的本底为底的一部分。设仪器的本底为nb，血浆计数率为，血浆计数率为B，沉，沉淀计数率为淀计数率为C，则广义上的本底，则广义上的本底核辐射测量上核辐射测量上若相对误差若相对误差E=20%， ns = nc-nb，则，则核辐射测量上核辐射测量上若tc = tb=1 min核辐射测量上核辐射测量上