核辐射物理与探测学复习

核辐射物理与探测学复习

注：本提纲中的问题覆盖围并不完备，因此不能完全替代书本复习，仅作参考之用！

一、关于载流子

1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探

测器灵敏体积的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）；

答：

?气体：电子－离子对；

?闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子；

?半导体：电子－空穴对；

2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探测

器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。这个能量是大些好，还是小些好？为什么？

答：

?平均电离能；30eV，300eV，3eV；

?这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率；

3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一

个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？

答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率；

二、关于探测效率

1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为载

流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？

答：

?对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）；

?这些反应的产物都是次级电子；

?对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV；

2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有

哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？

答：

?影响本征探测效率的因素有：探测器的原子序数、密度、体积、形状，以及γ射线的能量，甚至还包括射线射入探测器的位置、角度；

?在选择探测器时，为了得到高的本征探测效率，应该选择那些原子序数高、密度大的探测器，探测器的体积要大并且探测器的形状合理（例如正圆柱形）；

3) 绝对探测效率和本征探测效率的区别是什么？

答：

?绝对探测效率考虑的是对每一个源发射出的粒子，探测器测量到的计数值；

?本征探测效率考虑的是对每一个射入探测器的粒子，探测器测量到的计数值。

?绝对探测效率是整个探测系统中所有环节的综合表现；而本征探测效率则主要反映了探测器的特性；

三、关于能量分辨率

1) 能量分辨率是探测器的一项重要指标，但能量分辨率并不是一个特定的量，当我们说某

个探测器的能量分辨率是多少的时候，需要指定条件，这个（些）条件是（）。

答：

?需要指定这是对哪个能量说的。比如，当我们说某个NaI(Tl)探测器的能量是7%的时候，指的是对662keV的γ射线能量，如果是对于1.33MeV的γ射线，就不再是7%了，而是要小一些；

2) 能量分辨率是个绝对的概念还是相对的概念（）？

答：

?是个相对的概念，能量分辨率的分子是全能峰的半宽度，分母是全能峰能量的期望值；

3) 对于某个确定的探测器，能量分辨率与灵敏体积沉积能量的关系是什么（）？

答：

?如果仅仅考虑载流子的统计性问题，则能量分辨率与灵敏体积沉积能量的关系是反比于E的1/2次方；

4) 虽然我们希望能量分辨率越小越好，但实际上它总是受统计涨落限制的，不可能无限小。

请从载流子的角度描述，这个限制是什么？

答：

?一个确定的射线能量经过带电粒子在探测器的电离过程，变成了数目不等的载流子，载流子的的数目服从法诺分布；当载流子数目的期望值N较大时，它将表现为一个期望值为N，sigma为sqrt(FN)的高斯分布，由此决定的能量分辨率为 2.355×sqrt(F/N)；

?这个分辨率是无法再被改善的，是分辨率的极限，实际中还要考虑其它因素对能量分辨率的影响，因此能量分辨率还要更差。

四、射线与物质相互作用

1) 带电粒子在射入某个物质时，可以与物质发生四种类型的作用，分别是（）？虽然从微

观上看，带电粒子与物质发生的每次相互作用的效果是（）的，但是从宏观上看，我们可以认为带电粒子在进入介质中之后，一定和介质发生了相互作用。

答：

?带电粒子使原子核外电子电离或激发；带电粒子受到原子核库仑力时发生的轫致辐射；带电粒子与原子核发生的弹性碰撞；带电粒子与原子核外电子发生的弹性碰撞（实际相当与整个原子）；

?带电粒子与物质发生的每次相互作用都是随机的（例如，碰撞参数不同，导致其传递给电子的能量就是不同的）；

2) 重带电粒子与介质发生相互作用的主要类型是（）；假设你是一个α（～5MeV）粒子，

当你进入某一个介质并被其阻止时，你是否会知道该介质的原子序数是多少，为什么？

随着进入该介质的深度不断增加，你的能量将会不断（），对于某个确定的深度，你的能量也是确定的吗，为什么？你是否可以准确预测你将在哪里停下来，为什么？你在介质中损失能量的同时，也在介质中造成了影响（“乒乒乓乓，有的电子被电离，有的电子被激发……”），那么随着你的不断深入，你在路上观察到的自由电子是越来越密集，还是越来越稀疏，为什么（不考虑你快要停下来时候的情形）？你的行进道路是曲折的，还是直来直去的，为什么？曾经有一些电子，距离你的路径是那样的近，当你从它们身边掠过的时候，它们被你强劲地拉动了，形成了（）？它们在停止之前又做了些什么？

答：

?重带电粒子与介质发生相互作用的主要类型是电离（激发）；

?如果我是一个α粒子，我无法判断介质的原子序数，因为尽管电离能量损失率是与原子序数Z成正比的，但是同时也是与原子密度N成正比的；仅仅通过电离能量损失一项无法判断Z的大小；

?随着进入介质深度的增加，能量将会不断下降；

?在某个确定的深度，α粒子的能量不是确定的。原因是α粒子的能量损失过程是一个随机过程，其能量会随着射程的延伸而表现出能量歧离；不过α粒子能量的期望值是确定的；

?不能确定地预测α粒子将在哪里停下来，同样是因为能量损失过程的随机性导致的射程歧离；

?随着射程的延伸，α粒子的能量逐渐降低，在单位路径上交给电子的能量越来越多，因此看到的自由电子越来越密集（未考虑最终阶段）。

?α粒子的径迹基本是直线，因为α粒子质量远远超过电子的质量，α粒子的方向很难被改变；

?那些碰撞参数很小的电子形成了delta电子，这些电子的能量足够高，还能接着去电离；

3) 快电子与物质发生相互作用的主要类型包括（）和（），二者都可以使快电子的能量损失，

其比例关系是（）。如果你是个快电子，射入了某一个介质，你有无可能告诉我们该介质的原子序数是高还是低，为什么？为什么你看起来像个醉汉，东歪西扭地走路？是什么原因，使你突然发生了接近180度的偏转？对于α粒子，知道了起始位置和入射方向，其终点位置就差不多确定了，那么对于快电子呢？

答：

?快电子与物质相互作用的主要类型为电离（激发）和轫致辐射；二者的比例关系为

EZ/700（轫致辐射能量损失率vs电离（激发）能量损失率）；

?如果是个快电子，进入介质之后，有可能根据两种能量的损失关系来判断原子序数的高低；

?与入射电子发生碰撞的可能是电子，二者质量相同，因此入射电子的方向可能发生很大的变化；与入射电子发生碰撞的也可能是原子核，高原子序数的原子核提供的强大库仑力可能会使入射电子发生大角度的反散射；因此电子的径迹是曲曲折折的；

高原子序数原子核对电子的吸引使得电子180度的反散射成为可能；

?对于α粒子来说，入射方向和入射位置确定，基本终点就可以确定了，但是对电子是不可能的；

4) 假如一个α粒子和一个电子同时从坐标（0，0，0）（单位：cm）的位置出发，并也碰巧

都停在了某个介质中的（10，0，0）位置处。问它们各自走了多少路程，α粒子答曰：“10.01cm左右吧！”电子答曰：“屈指算来，与α粒子相仿也是10cm左右”。它们的回答是否正确，为什么？

答：

?对于α粒子来说，是正确的，因为其射程与路程长度相当；

?对于电子来说，不对，它的路程长度远远超过射程；

5) 在一个半径为1cm的NaI晶体球的球心处，有一个能量为3MeV的电子想要“跑出去”，

很不幸，它没有成功，为什么？如果有10000个这样的电子被“抓住”了，那么能否说NaI晶体球沉积的能量增加了30GeV呢，为什么？

答：

?因为3MeV电子的在NaI中的射程仅为～4mm，不足以射出1cm的NaI球；

?由于电子能量可能以轫致辐射的方式损失，而轫致辐射产生的X射线可能穿透NaI 球出去，因此NaI晶体球沉积的能量小于30GeV；

6) β射线与单能快电子的区别是什么？当一束β射线射入某种介质时，随着入射深度的不

断延伸，我们能够观测到的电子数目会越来越少，其减少规律近似地服从一种规律，是什么（）？

答：

?β射线的电子能量是连续的，不是单一的；

?这个规律是“指数”衰减规律；

7) 对于不带电的粒子，我们通常关心的是γ射线和中子。它们是间接致电离粒子，需要先

通过某些反应变成带电粒子才可以电离。对于γ射线来说，它能不能和射入的介质发生相互作用是一个（）事件。在射入某个介质之后，它可能和介质中的原子发生三种反应（虽然不局限于此三种，但我们只感兴趣这三种），分别是什么？这三种反应的截面与原子序数和能量关系很重要，这个关系是什么？请说出这三种反应的产物及其可能存在的后续反应的产物都是什么？

答：

?随机事件；

?光电效应、康普顿散射、电子对效应（γ射线能量超过1.022MeV）；

?这三种反应的截面与原子序数的关系是Z的5次方、1次方和2次方；与能量的关系总的来讲：随着能量提高，光电效应和康普顿散射反应的截面下降，而电子对效

应的截面提高（有阈值1.022MeV）；

?光电效应的产物：光电子，层电子空位导致的后续X射线或俄歇电子；

?康普顿散射：反冲电子，散射光子；这个散射光子还能继续发生反应（光电、康普顿、电子对等）；

?电子对效应：其动能分享了γ射线能量与1.022MeV之差的正负电子，正电子迅速减速湮没（固体：ps时间）放出两个背向出射的511keVγ光子；γ光子还能继续发生光电效应或康普顿散射；

8) 对于中子来说，通常有核反应法、核反冲法、裂变法和活化法来将其转换为带电粒子。

这些带电粒子可能是（）？核反应法常常用于测量低能的慢中子，此时中子的反应截面与中子的能量之间存在一个关系，是什么关系？在慢中子能区，当中子的能量减小为原来的1/4时，其反应截面将变为原来的（）？

答：

?α粒子，质子，裂变碎片，反应生成的子核，电子；

?1/v关系，2倍；

9) 如果不考虑积累因子，γ和中子穿透某种介质的概率服从什么规律？决定衰减系数的因

素有哪些？为什么要提出质量衰减系数这个概念？水和水蒸气的衰减系数是否相同，质量衰减系数呢？积累因子的来源又是什么呢？

答：

?指数衰减规律；

?决定线性衰减系数的是反应截面和原子的空间密度；

◆对于γ射线：反应截面由原子序数和入射的γ射线能量决定；

◆对于中子：反应截面由原子核和入射的中子能量决定；

?提出质量衰减系数概念的原因是为了描述同种物质在不同物理状态下对射线的衰减；

?水的衰减系数比水蒸汽的答，但是质量衰减系数二者是相同的；

?积累因子的主要来源是康普对散射（电子对效应亦有可能）。

五、统计学问题

1) 在辐射探测中，统计性是固有的数学特性，是无法消除的。对同一个物理量，即使保持

一切条件不变，不次的观测也会得到不同的结果，这些结果服从一定的概率分布。这些概率分布都是哪些？（）

答：泊松分布（期望值>20后近似为高斯分布），指数分布，法诺分布；

2) 请回答下列问题：

a) 一个活度为10微居的Cs-137源（半衰期为30.17年），一秒钟放出的γ射线的数目服从

什么分布？

答：泊松分布

b) 设某探测器对上述源发出的γ射线的绝对探测效率为10%，则探测器每秒测到的信号数

目服从什么分布？

答：泊松分布

c) γ射线进入探测器，通过三种效应产生了次级电子，这个次级电子的能量具体为多少是

与发生的反应类型有关的，不妨设次级电子的能量为500keV。这个500keV的电子将在探测器损失能量并形成大量电子－离子对（设为气体探测器），则电子－离子对的数目服从什么分布？

答：法诺分布

d) 探测器在某个时刻t0记录到了一个入射事件，在t1时刻记录到了随后到来的第二个事

件。时间差t1-t0是个随机量，它服从什么分布？

答：指数分布

3) 泊松分布是辐射探测中的主要分布。它由二项分布演化而来，在推导泊松分布的时候，

需要满足什么条件？请对下面的问题作出回答：

答：大量、独立、小概率事件；

a) 一个活度为10微居的Cs-137源（半衰期为30.17年），30年放出的γ射线的数目是否还

服从泊松分布？为什么？

答：不是，已经不满足小概率事件这个条件；

4) 泊松分布在什么情况下可以简化为高斯分布？其期望值和方差之间的关系是什么？

答：

?当泊松分布的期望值很大的时候，可以用高斯分布来近似泊松分布，一般认为期望值大于20就可以。

?泊松分布的期望值＝方差；

5) 法诺分布不同于泊松分布的地方在哪里？法诺分布中的法诺因子一般小于1，其来源是

什么？

答：

?法诺分布具有和泊松分布类似的形式，但是法诺分布的方差比泊松分布的方差多了一个法诺因子F。

?F小于1的原因是电离时产生载流子的碰撞之间并不是独立的；

6) 什么是级联过程，级联过程变量的期望值与方差有什么特点？在什么情况下，级联变量

的相对方差主要由第一级变量的相对方差决定？请举出一个级联变量的例子，并说明它是由哪几个量级联而成的？

答：

?关于级联过程定义，请见讲义P173。

?级联过程变量的期望值是各级期望值的乘积，相对方差等于各级相对方差加权之和，每一级相对方差的权重为前面各级期望值乘积的倒数；

?如果第一级的期望值很大，则级联变量的相对方差主要由第一级的相对方差决定；

?正比计数器放电产生的电子－离子对的数目就是级联变量，第一级变量为带电粒子电离产生的电子－离子对数目，第二级变量则为每个电子－离子对中的电子在雪崩区域放电产生的电子－离子对数目；

7) A和B均服从泊松分布，则C=A+B是否服从泊松分布，D=A-B是否服从泊松分布？

答：C服从泊松，但是D不服从。C和D的方差是相同的；

8) 在下列测量结果中，哪些结果的平方根是对它们的标准偏差的合理估计？

a) 某探测器的1分钟测量计数

b) 某探测器的10分钟测量计数

c) 某探测器在本底环境下测量1分钟，扣除本底之后的计数

d) 某探测器测量60秒之后得到的计数率（以cps为单位）

e) 某探测器测量60秒之后得到的计数率（以cpm为单位）

f) 连续测量5次，每次测量1分钟，5次测量得到的计数的平均值

g) 连续测量5次，每次测量1分钟，5次测量得到的计数的和

答：a，b，e，g

9) 关于误差的传递公式，大家要做到很熟悉，试着回答下述问题：

a) 已知某样品测量时的计数率为100cps，欲使对该样品计数率测量的相对标准偏差小于

0.1%，则测量时间应该选择多长？

答：10000秒

b) 在某一个测量中，10分钟测量得到的相对标准偏差为2.8%，欲使这个值继续降低为1%，

则需要再测量多长时间？

答：68.4分钟

c) 在某一次实验中，我们想在本底环境下精确测量一个放射源的计数率。经过短暂的粗测

之后，估计出本底计数率为25cps，加上样品后的计数率为100cps。如果总共有1小时的测量时间，则本底和样品的测量时间应该怎样分配？最终得到放射源净计数率的相对标准偏差是多少？

答：本底测量20分钟，样品测量40分钟；相对标准偏差为1/300;

d) 本底计数率是(500+-20) /min，样品计数率是(750+-25)/min，求净计数率及误差。（这

是课堂测验的题目）

答：净计数率为250cpm；本底的测量时间为1.25min，样品的测量时间为1.2min，因此净计数率的误差为sqrt(500/1.25+750/1.2)=32cpm;

10) 某个探测器在同样条件下进行多次测量，得到的计数结果为：1001，1010，990，1003，

1002，997，995。请判断这组数据是否正常，为什么？

答：不正常，一致性过好；样本的平均值为999.7，标准偏差为 6.4，标准偏差的平方为42<<999.7;

六、气体探测器

1) 回顾带电粒子或中性粒子是如何在气体电离室中产生载流子的，有哪些物理过程？

答：

?中性粒子（γ或中子）通过相应的反应（光电效应、康普顿散射、电子对效应，核反应、核反冲、裂变等）变成次级带电粒子。

?以次级电子为例，电子在气体电离室的灵敏体积损失能量，损失能量的主要方式是电离（包括激发），其中的电离（不包括激发）过程形成“载流子”——“电子－离子对”。

?激发后退激发光光子的光电效应——光致电离；

?电离后离子在阴极形成的电子——离子反馈；

?处于压稳态原子对其它原子的电离——第二类非弹性碰撞；

2) 在气体中，产生一个“电子－离子”对所需要的平均能量大约是多少？其法诺因子在什

么围？

答：平均能量大约为30eV。法诺因子在0.2～0.5的围；

3) 为什么载流子的数目可以反映射线在气体探测器中沉积的能量？

答：因为每产生一个载流子的能量基本是确定的，都是30eV左右，故载流子的数目能够反应沉积能量的大小；

4) 如果没有外加电压，载流子在电离室中产生之后会经历哪些物理过程，这些过程对载流

子的影响是什么？

答：如果外加电压，载流子将会经历扩散、电子吸附和复合的过程。其中电子吸附和复合将会导致载流子的减少，使得载流子的统计性变差；

5) 在电离室外加电压所形成的电场中，载流子中的电子和离子会开始漂移，电子和离子的

饱和漂移速度分别大约是什么量级？载流子的漂移速度与它们在外电路形成的感应电流大小之间存在什么关系？为什么电子在外电路的感应电流大于离子在外电路的感应电流？电子感应电流流过的总电荷量是否一定比离子相应的总电荷量大？是什么决定了电子（或离子）感应电流流过总电荷量的大小？

答：

?离子（cm/ms），电子(cm/μs)；

?载流子的漂移速度越大，则它在外电路感应的电流越大（感应电流与载流子的漂移速度和电场强度的乘积有关）；

?因为电子的漂移速度远远大于离子，因此电子的外电路感应电流更大；

?但是电子的感应电流在外电路流过的电荷量并不一定比离子的大；决定电子（或离子）感应电流流过总电荷量的大小的是电子（或离子）从漂移起始位置到阳极（阴极）所经历的电位差占阴阳极板间电位差的份额；

6) 电离室的构成是什么？

答：高压极，收集极，保护极，负载电阻

7) 随着电离室外加电压的增大，电离室的工作状态也将发生变化。请说出电离室有几个工

作区？

答：（复合区），饱和区，正比区，（有限正比区），G－M区，（连续放电区）

核辐射物理与探测学课后习题

第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ?=?= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ?=?= 试计算239U ，236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后，放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1，C 14的573021=T 年；K 40的天然丰度为%0118.0，其半衰期a T 911026.1?=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变： Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90??→????→?--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间，其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000 cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-?U 。假定后者与其子体达平衡，试计算31000 cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得 Ra 226 的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42 MeV T =α两种α粒子组成，试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图（简图） （1）子体Rn 222核的反冲能； （2）Ra 226的衰变能； （3）激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度： Th He U 2304234+→； Rn C U 22212234+→； Po O U 21816234+→。

核辐射探测习题解答2

第七章作业答案 1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解： 5152 5(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371! 5(0;5)0.08422! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为： (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2.若某时间内的真计数值是100，求得到计数为104的概率。 解： 高斯概率密度函数为： 2 22220.012102()2(100104)4(;,)100,10 104 (104;100;10)0.0145 N N P N N e N N P e e σσσ?-----======== 5.本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=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t b /t s ;若净计数率的误差为 5％，t b 和t s 的最小值是多少？ 解： 2:2:1 s b s b t t t t ==== 若要使净计数率的误差为5％ 1122222211222222()60(6015)17.778().(6015).(5%) ()15(6015)8.889().(6015).(5%)s s s s b s s b n b s b b s b n n n n t n n n n n t n n δδ+?+?===--+?+?= ==-- 6.为了探测α粒子，有两种探测器可以选择，一种的本底为7计数/min,效率为0.02;另一种的本底为3计数/min,效率为0.016,对于低水平测量工作，应选用

原子核物理辐射探测学期末试题及其答案1

西南科技大学2010-2011-1学期 《核辐射探测学》本科期末考试试卷(B卷) 课程代码 2 4 3 1 4 0 9 8 0 命题单位国防科技学院辐射防护与环境工程教研室 一．填空题（每空2分，共30分） 1.带电粒子的射程是指__________________，重带电粒子的射程与其路程_________。 2.根据Bethe公式，速度相同的质子和氘核入射到靶物质中后，它们的能量损失率之比是 _________ 3.能量为2.5 MeV的γ光子与介质原子发生康普顿散射，反冲电子的能量范围为_________， 反冲角的变化范围是_________。 4.无机闪烁体NaI的发光时间常数是430 ns，则闪烁体被激发后发射其总光子数目90%的光 子所需要的时间是_________。 5.光电倍增管第一打拿极的倍增因子是20，第2~20个打拿极的倍增因子是4，打拿极间电 子传输效率为0.8，则光电倍增管的倍增系数为_________。 6.半导体探测器中，γ射线谱中全能峰的最大计数率同康普顿峰的最大计数率之比叫做____。 7.电离电子在气体中的运动主要包括_________、_________、_________。 8.探测效率是指___________与进入探测器的总的射线个数的比值。 9.若能量为2 keV的质子和能量为4 keV的α粒子将能量全部沉积在G-M计数器的灵敏体积 内，计数器输出信号的幅度之比是_________。 10.当PN结探测率的工作电压升高时，探测器的结电容_________，反向电流_________。 二．名词解释（每题4分，共16分） 1.湮没辐射 2.量子效率 3.电子脉冲电离室 4.分辨时间 三．简答题（每题8分，共32分） 1.电离室的工作机制？屏栅电离室相比一般的平板电离室有什么优点？ 2.有机闪烁体中“移波剂”、无机闪烁体中“激活剂”，他们的作用分别是什么？ 3.简述PIN结探测器的结构和工作原理，和PN结探测器相比它有什么优点？ 4.气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器各有什么优点？用于α粒子探测的主要是哪类探 测器，为什么？ 四．计算题（共22分）

核辐射物理与探测学复习

核辐射物理与探测学复习 注：本提纲中的问题覆盖范围并不完备，因此不能完全替代书本复习，仅作参考之用！ 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）； 答： 气体：电子－离子对； 闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子； 半导体：电子－空穴对； 2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探测 器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。这个能量是大些好，还是小些好？为什么？ 答： 平均电离能；30eV，300eV，3eV； 这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率； 3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一 个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？ 答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率； 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为载 流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？ 答： 对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）； 这些反应的产物都是次级电子； 对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV； 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有 哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？

西南科技大学 最新 原子核物理及辐射探测学_1-10章答案

西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==

试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到

核辐射测量数据处理习题及答案

核数据处理理论知识 核辐射测量数据特征：随机性（被测对象测量过程）局限性混合型空间性 数据分类：测量型计数型级序型状态型名义型 精度：精密度正确度准确度 统计误差：核辐射测量中，待测物理量本身就是一个随机变量。准确值为无限次测量的平均值， 实际测量为有限次，把样本的平均值作为真平均值，因此存在误差。 变量分类：（原始组合变换）变量 误差来源：（设备方法人员环境被测对象）误差 误差分类：系统误差随机误差统计误差粗大误差 放射性测量统计误差的规律答：各次测量值围绕平均值涨落二项分布泊松分布高斯分布 精度的计算，提高测量精度的方法？答：采用灵敏度高的探测器增加放射源强度增加测量次数延长测量时间减少测量时本底计数 放射性测量中的统计误差与一般测量的误差的异同点？答：不同点：测量对象是随机的，核衰变本身具有统计性，放射性测量数据间相差可能很大。测量过程中存在各种随机因素影响。相同点：测量都存在误差。 样本的集中性统计量？答：算术平均值几何平均值中位数众数（最大频数） 样本的离散性统计量？答：极差方差变异系数或然系数算术平均误差 单变量的线性变换方法？答： 1.标准化变换 2.极差变换 3.均匀化变换 4.均方差变换 单变量的正态化变换方法？答：标准化变化角度变换平方根变换对数变换 数据网格化变换的目的？答： 1.把不规则的网点变为规则网点 2.网格加密 数据网格变换的方法？答： 1.插值法（拉格朗日插值三次样条插值距离导数法方位法） 2.曲面拟合法（趋势面拟合法趋势面和残差叠加法加权最小二乘拟合法） 边界扩充的方法有哪些？答：拉格朗日外推法余弦尖灭法偶开拓法直接扩充法补零法 核数据检验目的： 1.帮助检查测量系统的工作和测量条件是否正常和稳定，判断测量除统计误差外是否存在其它的随机误差或系统误差 2.确定测量数据之间的差异是统计涨落引起的，还是测量对象或条件确实发生了变化引起的 变量选择的数学方法：几何作图法（点聚图数轴）相关法（简单相关系数逐步回归分析秩相关 系数）秩和检验法 谱数据处理—问答题谱的两大特点？答： 1.放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系 2.放射性核素含量和辐射强度成正比 谱光滑的意义是什么？方法有哪些？答：意义 1.由于核衰变及测量的统计性，当计数较小时， 计数的统计涨落比较大，计数最多的一道不一定是高斯分布的期望，真正峰被湮没在统计涨落中2.为了在统计涨落的影响下，能可靠的识别峰的存在，并准确确定峰的位置和能量，从而完成定 性分析，就需要谱光滑 3.由于散射的影响，峰边界受统计涨落较大，需要谱光滑方法算术滑动平均法重心法多项式最小二乘法其他（傅里叶变换法） 寻峰的方法有哪些？答：简单比较法导数法对称零面积变换法二阶插值多项式计算峰位法 重心法拟合二次多项式计算峰位法 峰面积计算的意义和方法？答： 1）峰面积的计算是定量分析的基础。2）知道了特征峰的净峰面积，就可以计算目标元素的含量线性本底法（科沃尔沃森 Sterlinski ）峰面积法单峰曲面拟合法 谱的定性分析、定量分析的内容？答：定性：确定产生放射性的核素或元素定量：峰边界的确定峰面积计算重锋分析含量计算 核辐射测量特点：核辐射是核衰变的产物核辐射的能量具有特征性核素的含量与特征辐射的

核辐射物理电子讲义第一章

核辐射物理及探测学 辐射的定义（R a d i a t i o n）: 以玻或运动粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量（如声辐射、热辐射、电磁辐射、α辐射、β辐射、中子辐射等）的统称。 通常论及的“辐射”概念是狭义的，它不包括无线电波和射频波等低能电磁辐射，也不包括声辐射和热辐射，而仅是指高能电磁辐射（光辐射）和粒子辐射。这种狭义的“辐射”又称为“射线”。 按照其来源，辐射（射线）可以分为核辐射、原子辐射、宇宙辐射等，又可分为天然辐射、人工辐射等。 按照其荷电情况和粒子性质，辐射（射线）又可分为：带电粒子辐射，如α、p、D、T、±π、±μ、±e等；中性粒 子，如n、ν、?π等；电磁辐射，如γ射线和X射线等。 课程介绍： 核辐射物理及探测学是工程物理系本科生的一门主干专业基础课。本课程要使学生对于核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法具有深入明确的了解，并具有创造性地灵活应用的能力。经过后续实验课的学习，学生在辐射探测实验技术方面将进一步获得充分的训练。 核辐射物理及探测学是一门内容非常丰富与科学实验关系极其密切的课程。核辐射物理涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征，辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等，是核科学及核工程的基础。辐射探测学是近百年来核科学工作者在实践中发明、发展的探测器与探测方法的归纳和总结。通过课程学习应当培养学生掌握如何从实际出发分析问题、解决问题，以及如何综合应用基础理论和所学的各种知识的思维方法和能力，本课程中讲授的核辐射物理、辐射探测器与探测方法方面的知识，将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工作打下良好的基础。 本课程主要由三部分组成： （1）核辐射物理学。（第一章～第六章）这既是辐射探测的物理基础，又是其他专业课的基础。 22学时 （2）辐射探侧器件与装置的原理、性能和应用。（第七章～第十章）26学时 （3）探测辐射的理论和方法。（第十一章，第十二章）16学时 教科书：《核辐射物理与探测学》（讲义）陈伯显编著 《致电离辐射探测学》（讲义）安继刚编著 参考书：《原子核物理实验方法》复旦,清华,北大合编出版社：原子能出版社 《辐射探测与测量》(美)格伦F.诺尔著出版社：原子能出版社 《N u c l e a r R a d i a t i o n P h y s i c s》 R a l p h E. L a p p a n d H o w a r d L. A n d r e w s, P r e n t i c e-H e l l, I n c, E n d l e w o o d C l i f f s, N e w J e r s e y, 1997.

核辐射探测复习题第四章半导体探测器答案

1. 小于10-5Ω·cm ；大于1014Ω·cm ；10-2 ～109Ω·cm 。 2. 核辐射粒子射入PN 结区后，通过与半导体的相互作用，损失能量产生电子-空穴对。在 外电场作用下，电子和空穴分别向两极漂移，于是在输出回路中形成信号，当电场足够强时，电子和空穴在结区的复合和俘获可以忽略时，输出信号的幅度与带电粒子在结区消耗的能量成正比。 3. 金硅面垒α半导体探测器；Ge （Li ）探测器；Si （Li ）探测器；HPGe 探测器；HgI 2探 测器；CdTe 探测器；CdSe 探测器。 4. 扩散型；面垒型；离子注入。 5. PN 结加偏压的目的是：使得PN 结的传导电流很小，相当于PN 结二极管加上反向电压 的情况；内部工作机理是相当于加上反向偏压后P 区中空穴从结区被吸引到接触点，相同的是，N 区中的电子也向结区外移动，那么结区宽度就会变宽。 6. 电荷运动的瞬时涨落。 7. 记录到的脉冲数；入射到探测器灵敏体积内的γ光子数。 8. ε源=π4Ω·ε本征 9. 全能峰内的计数；源发射的γ光子数。 10. 前置放大器与探测器的连接方式有交流耦合和直流耦合两种；其中，交流耦合的优点是 探测器和前置放大器的直流工作点互相隔离，设计简单。缺点是由于探测器负载电阻和耦合电容的存在，增加了分布电容，使得噪声增加，能量分辨率变差。直流耦合的特点是消除了耦合电容和负载电阻对地的分布电容，有效地提高信噪比，对低能X 射线的探测尤为重要。 11. 半导体探测器受强辐射照射一段时间以后性能会逐渐变坏，这种效应称为半导体探测器 的辐射损伤效应。辐射损伤是由于入射粒子通过半导体材料撞击原子产生填隙空位对引起的，它在半导体材料中形成的施主、受主、陷阱等可以作为俘获中心，从而降低载流子的寿命，影响载流子的收集，而且使电阻率发生变化，材料性能变化会使探测器性能变坏。 12. 半导体探测器的优点是： A 电离辐射在半导体介质中产生一对电子、空穴所需能量大约比气体中产生一对电子、离子对少一个数量级，因而电荷数的相对统计涨落也就小很多，能量分辨率高； B 带电粒子在半导体中形成电离密度要比在气体中形成高大约3个数量级，因而具有高空间分辨和快时间响应的探测器。 C 测量电离辐射的能量时，线性范围宽。 半导体探测器的缺点是： A 对辐射损伤效应灵敏，受强辐照后性能变差。 B 常用的Ge 探测器，要在低温条件下工作，使用不便，限制了应用范围。

原子核物理及核辐射探测学第一章-第三章习题参考答案

第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 () MeV ....c v c m m c E e 924003521511012 2 22 =?? ? ??-= -= =； 动能 () MeV c v c m T e 413.0111 2 2=??? ? ? ?? ?? ?--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+ =≈-= α粒子的质量 g u m m 232 2 010128.28186.1295.010026.41-?==-= -= βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 122 8 5 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M ==

( )( ) u .U M ;u .U M 045582236043944235236 235 == 试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?=()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6 求C 136和N 13 7核库仑能之差。 答：C 136和N 137核库仑能之差为 ()()?? ?????---?=?3 1011220211453A r Z Z Z Z e E C πε () ??? ? ???????-????? =---311512 2 19 131051566710858410602153...π MeV .J .935210696413=?=- 1-8利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +?? ? ??----=--12 3 123 22, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B

南京航空航天大学-2018年-硕士研究生入学考试初试试题(A卷)-876核辐射物理学

科目代码：876科目名称：核辐射物理学 第1页 共3页 南京航空航天大学 2018年硕士研究生入学考试初试试题（ A 卷 ） 科目代码: 876 满分: 150 分 科目名称: 核辐射物理学 注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！ 一、计算238U 的最后一个中子、最后一个质子及 的分离能（n S 、p S 、S ）的值，比较三者大小，可说明什么问题？【已知 237=45.389MeV U , 238=47.307MeV U , 1=8.071MeV n , 1=7.289MeV H , 4=2.425MeV He , 23490=40.612MeV Th ， 23791=47.64MeV Pa 】(本题10分) 二、实验发现铋（209Bi ）原子213/21/2D S 跃迁的光谱波长472.2nm ＝，由于超精细相互作用分裂成四条不同F 值的亚谱线。相邻能级的间距比是6:5:4 。求核的自旋I的值。 （本题20分） 三、已知24296Cm 的 衰变所放出的 粒子的最大动能为6112.9keV ，试求24296Cm 的 质量（以原子质量单位u 来表示）。（已知 23894 =46.161MeV Pu ， 4=2.425MeV He ，21u=931.5MeV/c ）。（本题20分） 四、根据下图，试计算：1）K 俘获放出的中微子能量E ;2）152Sm *的反冲速度（用光速c 为单位）；3）当152Sm *在沿运动方向发射光子时，反冲能量损失为多少？由于多普勒效应获得的能量补偿为多少？已知152m Eu 的K 层电子结合能为48keV 。（已知 15262=-74.761MeV Sm ， 15263=-72.884MeV Eu ）（本题 20分）

核辐射探测器及核电子学

《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 2．γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百μs。 5．电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。 6．半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 7．由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强

度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图， 是一连续谱

核辐射探测作业答案-9页精选文档

<<核辐射探测作业答案>> 第一章作业答案 α在铝中的射程 3．从重带电粒子在物质中的射程和在物质中的平均速度公式，估算4MeV 的非相对论α粒子在硅中慢化到速度等于零（假定慢化是匀速的）所需的阻止时间（4MeV α粒子在硅中的射程为17.8㎝）。 解： 依题意慢化是均减速的，有均减速运动公式： 依题已知：17.8s R cm α== 由2 212E E m v v m αααααα = ?= 可得：82.5610t s -=? 这里 27271322 71044 1.6610() 6.646510() 44 1.60101.38910() m u kg kg E MeV J v v m s ααα------==??=?==??==? 4．10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比是多少？ 20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失率和电离损失率之比是多少？ 解： 由22rad dE z E dx m ?? ∝ ??? 5．能量为13.7MeV 的α粒子射到铝箔上，试问铝箔的厚度多大时穿过铝箔的α粒子的能量等于7.0MeV? 解： 13.7MeV 的α粒子在铝箔中的射程1R α，7.0MeV α粒子在铝箔中的射程2R α之差即为穿过铝箔的厚度d 由 6．当电子在铝中的辐射损失是全部能量损失的1/4时，试估计电子的动能。27MeV 的电子在铝中的总能量损失率是多少？ 解： 不考虑轨道电子屏蔽时 考虑电子屏蔽时 123122326 3 4(1)1 ()[ln((83))]13718 41314 6.02310277.3107.9510[((8313)0.06] 3.03/() 3.03/0.437 6.93() 3.03 6.939.9610/e rad e ion z z NE dE r z dx MeV cm dE dx dE MeV cm dx -- --+-=+=???????????+=- ===+=≈和7.当快电子穿过厚为0.40㎝的某物质层后，其能量平均减少了25%.若已知电子的能量损失基本上是辐射损失，试求电子的辐射长度。

核辐射物理与探测学复习资料

核辐射物理与探测学复习 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）； 答： 气体：电子－离子对； 闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子； 半导体：电子－空穴对； 2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探 测器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。 这个能量是大些好，还是小些好？为什么？ 答： 平均电离能；30eV，300eV，3eV； 这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率； 3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一 个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？ 答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率； 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为 载流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV 的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？ 答： 对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）； 这些反应的产物都是次级电子； 对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV； 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有 哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？ 答：

核辐射探测学习题参考答案(修改)

第一章射线与物质的相互作用 1.不同射线在同一物质中的射程问题 如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？ 解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。”根据公式：)()(22 v R M M v R b a b b a a Z Z = ，可求出。 步骤：1先求其初速度。 2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。 3带入公式。 2：阻止时间计算： 请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。 解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um 由T ≌1.2×107-R E Ma ，Ma=4得 T ≌1.2×107-×17.8×106-×4 4()s ＝2.136×1012-()s 3：能量损失率计算 课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。代参数入求解。 第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算： ()2082 2.34700700 ()rad ion dE E Z dx dE dx *?? =≈ 4光电子能量： 光电子能量：（带入B K ） 康普顿反冲电子能量： 200.511m c Mev = i e hv E ε-=

22020 0(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.06 0.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06 Er Ee Mev m c Er θθ--?====+-+-+?5:Y 射线束的吸收 解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ= 122 2 0.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cm μμρ--∴===?质量吸收系数 由r N μσ=*可得吸收截面： 123 2223 0.61.84103.2810/ r cm cm N cm μ σ--===?? 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =? 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0 () 0.1%0.001t I t e I μ-∴ =∴=即t=5In10 =11.513cm 6：已知)1()(t ι- -=e A t f t 是自变量。 ①求ι增大时，曲线的变化形势。 ②画出f(t)的曲线。 答：①当ι增大时，曲线同一个自变量t 值最后将是函数结果减小。 当A>0时，f(t)=)1(A /Γ--t e 的图像为下面图一：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为Γ为0.25,0.5,1,2,3,4时的图像 当A<0时，f(t)=)1(A /Γ--t e 的图像为下面图二：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为Γ为

核辐射探测期末复习资料A.

核技术 探测复习材料 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。（5分） 填空: Ⅰ 复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ 正比（计数）区（1分） Ⅳ 有限正比区 （1分）Ⅴ G-M 区 （1分） 注：1）有限区的0.5分 3．通用闪烁体探头的组成部件有那些？为什么要进行避光处理？（5分） 答案要点1）闪烁体（1分）、光学收集系统（1分）（硅油和反射层）、光电倍增管（1分）、 2）光电倍增管的光阴极（1分）具有可见光光敏性（1分），保护光电倍增管。 4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分） 答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容 随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）而 C 入是十分稳定的，从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。 注）1所有讲述半导体探测器原理得1分 5．衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标，这两个指标是指什么？为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好，试用公式解释？（5分） 答案要点： 第1问： 能量分辨率（1.5分）和探测效率（1.5分） 注：1）答成计数率得1分 0/1V C d

核辐射物理学2015年南京航空航天大学硕士研究生考试真题

南京航空航天大学 2015年硕士研究生入学考试初试试题（A卷）科目代码:876 满分:150 分 科目名称:核辐射物理学 注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！ 一、试简述下列物理概念（每题6分，共30分） 1、放射性活度 2、内转换电子 3、级联γ辐射的角关联 4、核反应微分截面 5、镜像核 二、简要回答下列问题（每题8分，共40分） 1、α、β、γ 射线本质分别是什么？在α衰变或β衰变中，如果原子核放出一个α粒子或者β粒子原子核将怎样变化？ 2、什么是穆斯堡尔效应？为何同一个核的γ共振吸收很难观测到？ 3、壳层模型之所以成立的主要依据有哪些？它的基本思想是什么？并举两个用壳层模型解释实验现象较成功的例子。 4、产生人工放射性核素的主要途径，不同途径产生的放射性核素的衰变类型是什么？ 5、 地壳中存在的主要天然放射系是哪几个？ 放射系有何特点？ 三、Bi 211 83衰变至Tl 207 81 ，有两组α粒子，其能量分别为6621keV，6274keV。 前者相应是母核衰变至子核基态，后者为衰变至激发态。试求子核Tl 207 81 激发态的能量。（本题20分）

四、对于Ca Sc s 422068.04221??→?，查表得3.310),(=m E Z f ，并已知子核的能级特性 为+O 。试判断母核的能级特性。（本题20分） 五、质子轰击7Li 靶，当质子的能量为0.44, 1.06, 2.22 和3.0MeV 时，观 测到共振。已知质子和7Li 的结合能为17.21MeV ， 试求所形成的复合核能级的激发能。（本题20分） 六、95Zr 的衰变纲图如下图， 试根据β衰变和γ跃迁的选择定则判断每一β衰变的衰变级次和每一γ跃迁的跃迁类型。（本题20分）

核辐射测量原理课后习题解析

第一章 辐射源 1、实验室常用辐射源有哪几类？按产生机制每一类又可细分为哪几种？ 2、选择放射性同位素辐射源时，需要考虑的几个因素是什么？ 答题要点：射线能量、放射性活度、半衰期。 3、252Cf 可作哪些辐射源？ 答题要点：重带电粒子源（α衰变和自发裂变均可）、中子源。 4、137Cs 和60Co 是什么辐射源？能量分别为多少？ 答题要点：γ辐射源； 137 Cs ：0.662MeV 或0.661MeV ； 60 Co ：1.17MeV 和1.33MeV ； 第二章 射线与物质的相互作用 1、某一能量的γ射线在铅中的线性吸收系数是0.6cm -1，它的质量吸收系数和原 子的吸收截面是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多少厚度的铅容器才能 使容器外的γ强度减为源强的1/1000？ 解： 已知μ=0.6cm -1，ρ=11.34g/cm 3， 则由μm =μ/ρ得质量吸收系数μm =0.6/11.34cm 2/g=0.0529 cm 2/g 由 得原子的吸收截面: A m N A γ μ μσρ==

23 232207 0.0529 6.02101.8191018.19m A A N cm b γσμ-??==? ???? ≈?= 由 得： ()00011 1000ln ln 33ln 10 2.311.50.60.6 I I t I I cm μμ?? ?? ? == ? ??? ? ??==?= 或由 得01 ()1000 I t I = 时铅容器的质量厚度t m 为： ()()()000332111000ln ln 11ln 10ln 100.052933 2.3 ln 100.05290.0529130.435/m m m m I I t I I g cm μμμ--?? ?? ? =-=- ? ??? ? ?? =-=-?= =≈ 10、如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在物质中的射程值？如果能够求得，请说明如何计算？ 答题要点： 方式一： 若已知能量损失率，从原理上可以求出射程： 整理后可得： 在非相对论情况下： ()m m t I t I e μ-=0()t I t I e μ-=00 01(/) R E E dE R dx dx dE dE dE dx ===-???02 02404πE m v R dE z e NB =?22E v M =00 24'02πE m E R dE z e NM B =?212 E Mv =

核辐射探测习题解答6

第一章习题答案 1. 计算 Po 210 放射源发射的α粒子()MeV E 304.5=α 在水中的射程。 答：先求α粒子在空气中的射程 cm E R 88.3304.5318.0318.05.15 .10=?==α 由 1001 A A R R ρρ= 对多种元素组成的化合物或混合物，因为与入射粒子的能量相比，原子间的化学键能可以忽略，所以其等效原子量 ∑=i i i A n A 式中i n 为各元素的原子百分数。 对空气而言， 81.30=A ，在标准状态下，33010226.1--??=cm g ρ，所以 04102.3R A R ρ -?= 对水而言 2163 1132=+= =∑i i i A n A 在水中的射程 m R A R μρ 8.2488.32102.3102.3404 =???=?=-- 2. 已知MeV 1质子在某介质中的电离损失率为A ，求相同能量的α粒子的电离损失率。 答： 161 11 4422222 2,,=??= ??= =p p p p p p ion ion E m z E m z v z v z S S αααααα 所以 A S ion 16.=α 3. 试计算Cs 137KeV E 662=γγ射线发生康普顿效应时，反冲电子的最大能量。 答： MeV h c m h E e 478.0662 .02511.01662.02120max ,=?+=+=νν 4. 计算Cs 137 的γ射线对Al Fe Pb ,,的原子光电吸收截面及光电子能量。从中可得到什么 规律性的启迪？已知k ε分别为KeV KeV KeV 559.1,111.7,001.88。 答： Cs 137 的γ射线能量为MeV h 662.0=ν， 5 254 10625.61371324545Z K ph ????? ? ????==-σσ 2 5321033.1cm Z ??=- 对Pb ，82=Z ，KeV K 001.88=ε ()2235321093.4821033.1cm ph --?=??=σ KeV E e 660.573001.88661.661=-=