致电离辐射探测学练习题.docx

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致电离辐射探测学练习题

一.选择题:

1、写出放射性原子核衰变时所服从的泊松分布和高斯分布表达式。

答：

。

2、描述探测器分辨时间的模型如下图所示，请给出这两个模型对测量计数的修正公式。

解：

真实计数率为n,探测器测得的计数率m,探测器分辨时间为τ

3、用正比计数管测量辐射如示意图，画出测得的微分能谱

解：

4、电离室中存在的负电性气体分子会：

（1）捕获电子形成负离子，减小复合损失；

（2）捕获离子，形成负离子，增加复合损失；

（3）捕获电子形成负离子，增加复合损失；

（4）捕获离子，形成负离子，增加复合损失

（）

5、减小由于负离子的形成而造成的复合损失的措施

（1）增加工作气体的压力；

（2）减小工作电压；

（3）纯化气体，添加少量双原子气体；

（4）减小电子的漂移速度

（）

6、电离室输出的脉冲信号是由

（1）电极完全收集电子和离子后形成的；

（2）电极收集电子和离子过程中，电极上感生电荷的变化形成的；

（3）收集快电子形成的；

（4）收集慢离子形成的

（）

7.什么原因造成电离室在饱和区内电流仍随电压升高而增大？

（1）电压升高时，电极边缘的电场增强，使实际的灵敏体积扩大

（2）由于负电性气体杂质的存在，消除负离子和正离子复合需要更强的电场。

8.电离室测量辐射时，输出的电流或电压信号，试分析他们的成份，并画出随时间变化规律的示意图。

电离室的电流或电压信号是由电子和离子的定向漂移，在电极上感生电荷的变化形成的，其主要成分为，电子脉冲和离子脉冲，其变化规律如图发射的光子，

分析气体探测器中的电压信号的成分，并给出信号随时间变化的关系和变化曲线示意图。

答：

主要有电子和离子的漂移感生的两种信号构成：

其变化如图所示

9、画出气体脉冲电离室典型的输出脉冲波形，说明输出回路对波形的影响。

10.简述正比计数管中的雪崩现象

当射线通过电极间气体时，电离产生的电子和正离子在电场作用下，分别向阳极和阴极漂移。

正离子的质量大，且沿漂移方向的电场又是由强盗弱，因此电场的加速不足以使它发生电离碰撞。

而电子则不然，漂移愈接近阳极，电场强度愈强。

到达某一距离后，电子在平均自由程上获得的能量足以与气体分子发生电离碰撞，产生新的离子对。

同样地，新的电子又被加速再次发生电离碰撞。

漂移愈接近，电离碰撞的概率愈大。

于是，不断增殖的结果将倍增出大量的电子和正离子，这就是电子雪崩的过程。

11.正比计数器在发生电子雪崩的过程中，除了加速电子与气体分子的碰撞产生的电子之外，还有哪些原因产生新的电子？

光电效应：

受激原子在退激发时发射的光子，以及复合等过程，只要能量足够大，都可能在气体分子或光阴极表面打出光电子

阴极表面的二次电子发射：

正离子或受激原子撞击阴极表面时可能发射二次电子

12.猝熄气体的主要作用是什么？

吸收紫外光的作用

抑制正离子发射作用

13.造成G-M管的死时间的原因是

（1）电子雪崩产生的大量的电子，削弱阳极的电场强度；

（2）电子雪崩产生的大量的正离子，削弱阳极的电场强度；

（3）猝熄分子终止放电；

（4）猝熄抑制正离子的发射。

14、在GM管中，引起多次放电的主要原因是什么？

如何抑制这种现象？

答：

主要原因有两个：

（1）受激气体退激发产生的紫外光在阴极上由于广电效应产生新的电子；

（2）具有一定动能的正离子撞击在阴极上产生的二次电子发射。

这些新产生的电子在GM管中引起新的放电。

（2分）

抑制的措施：

引入多原子分子，由于它们具有密集的振动和转动能级，能强烈地吸收多种能量的光子，从而抑制光电子的产生；引入猝熄气体分子，利用它与正电荷气体分子的电荷交换，由于激发态猝熄分子的解离寿命比退激发光的寿命短很多，故大部分也超前解离而不发射光子，从而抑制正离子在阴极上的二次电子发射。

15.G-M管的坪曲线存在坪斜的原因？

乱真放电随电压升高而增多，从而造成假计数增多，乱真放电有以下两个来源

猝息不完全：

猝息分子的正离子到达阴极有时还能打出少数电子；

负离子的形成：

电子被捕获形成负离子后漂移速度大大减慢，一直等到放电终止后才能到达强场区

16、造成GM管死时间的原因是什么？

如何确定GM管的分辨时间？

答：

入射粒子进入计数器引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场减小。

终止了放电，这时，进入计数器的粒子则不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止，这段时间为死时间。

采用双源法

17.光电倍增管的光阴极的作用是

（1）将电离辐射转换为光子；

（2）将电离辐射转换成电子；

（3）将电子转换成光子；

（4）将光子转换为光电子

18.闪烁体NaI晶体中掺元素铊（Tl）的作用是

（1）增加光子转换效率；

（2）增加光电效应

（3）减小晶体对辐射产生的光子的自吸收；

（4）改善晶体的发射光谱

19、指出NaI（Tl）闪烁体的优缺点.

密度大，平均原子序数高，对X射线Gamma射线阻止本领大

能量转换效率高，相对发光效率相当于蒽晶体的两倍

对自身的闪烁光不产生吸收，因此可做成大块闪烁体

容易加工

极易潮解，必须密封在带有光学玻璃的金属容器中使用

20、下图是两种尺寸的半导体探测器的峰总比随能量变化的结果，试解释差异的原因。

答：

γ射线入射到探测器中与物质相互作用的产生次级γ射线可以再次与物质发生作用，其结果使得全能峰的计数增加，产生累计效应；

累积效应与探测器晶体的大小有关，与射线的能量有关，尺寸大的累计效应大，因此，大体积的晶体的峰总比大于小体积的峰总比。

21.光电倍增与闪烁晶体的之间匹配目的是

（1）增加光子的收集效率；

（2）减小光子的反射；

（3）输出更多的光电子；

（4）减小光电子渡越时间

22、引起光电倍增管的暗电流主要原因有哪些？

答：

热发射

欧姆漏电

残余气体电离

场致发射

切伦科夫光子

玻璃管壳放电和玻璃荧光

23.简述闪烁探测器工作的五个相互联系的过程

（1）射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子的电离和激发；

（2）受激原子、分子退激发时发射荧光光子；

（3）光子收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；

（4）光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个倍增到104-109个，电子流在阳极负载上产生电信号；

（5）此信号由电子仪器记录和分析。

24.解释光电倍增管的渡越时间

Delta函数光源的闪光到达阴极瞬间与阳极输出脉冲到达峰值时刻之间的时间间隔

25.γ射线能谱上的全能峰归因于

（1）光电效应；

（2）康普顿散射；

（3）电子对效应；

（4）特征X射线

26.造成γ射线能谱上的反散射峰的原因是

（1）探测器晶体中康普顿反散射；

（2）探测器周围材料中康普顿反散射；

（3）探测器周围材料中湮灭光子；

（4）探测器晶体中的多次康普顿散射

27、用一个大尺寸的探测器探测辐射，如下列示意图所示，请预期测得的能谱，并解释原因。

解：

能谱（）

答：

γ射线入射到探测器中与物质相互作用的产生次级γ射线可以再次与物质发生作用，其结果使得全能峰的计数增加，产生累计效应

28.半导体探测器探测射线时，将射线能量转换成

（1）电子-离子对；

（2）电子-光子

（3）光电子；

（4）电子-空穴对

29、如何增加半导体探测器的灵敏体积？

答：

PN结的厚度为

通过增加反向偏压V0，或减小半导体材料的杂质浓度的办法达到增加灵敏体积的目的。

30.PN结探测射线的原理

PN结区内的载流子浓度很低，电阻很高，当加上反向电场时，电压几乎完全降落在结区，在结区形成一个很强的电场，而几乎没有漏电流流过。

当带电粒子射入结区后，通过与半导体材料的相互作用，很快地损失掉能量，带电粒子所损失的能量将使电子由价带跳到满带上去，于是导带中有了电子，在价带中留下空穴，形成导电的电子-空穴对。

在电场的作用下，电子和空穴分别向两极漂移，于是在回路中形成信号。

31、使用金硅面垒探测器时，为什么采用电荷灵敏放大器？

答：

金硅面垒探测器存在结电容

因此探测器输出的电压信号

则输出的电压信号会随加在PN结上的偏压变化而变化，从而影响仪器的能量分辨率。

连接电荷灵敏放大器，则电压为

（1分）

其中KCf为电荷灵敏放大器的输入电容，K为放大倍数，Cf为放大电路的反馈电容，KCf>>Ci+Cd，因此

从而消除结电容的影响。

32.通常γ源伴有β射线，实际测得的γ能谱中，康普顿坪台的低能部分向上倾斜的原因是

（1）β能谱的叠加；

（2）韧致辐射的结果；

（3）多重电子散射；

（4）电子的湮灭

33.随着探测器尺寸的增加，能谱的峰康比将

（1）不变；

（2）减小；

（3）增大；

（4）为零

34、试从原理上分析Ge（Li）探测器对Gamma射线的能量分辨率好于NaI（Tl）晶体的主要原因。

解：

半导体探测器的探测原理是射线在灵敏体积内消耗能量产生电子-空穴对，通过对它们的收集，得到电流，平均产生一对电子空穴对所需的能量为几eV;

闪烁探测器的探测原理是射线在闪烁体中消耗能量，发出光子，通过光电转换为电流，平均产生一个光电子需约300eV;

这两种探测器的能量分辨率分别决定于的涨落和光电子数的涨落，在相同射线能量下，半导体中产生的电子-空穴对数目远大于闪烁体中的光电子数目，根据关系

，可知，电子-空穴对的涨落远小于光电子的涨落，Ge（Li）探测器对Gamma射线的能量分辨率好于NaI（Tl）晶体。

35、半导体探测器如简图所示，请画出图中各个作用点的输出脉冲Q（t）的时间变化曲线。

解：

te

①

36、半导体探测器如简图所示，请画出图中各个作用点的输出脉冲Q（t）的时间变化曲线。

解：

37、在符合测量中，如何选择放射源的活度？

在符合分辨时间确定时，为保证真符合率大于偶然符合率，源强必须小于1/2τ

38、137Cs的衰变纲图如下图所示，请基于符合测量原理，测量β1在铝中的射程（要求给出实验装置示意图）

答：

当x大于或等β1的最大能量时，T1（x）=0，因此从变化曲线可定出β1的最大射程.（1分）

说明中子活化分析法中活化的流程，并大致画出活化片中放射性核素的变化情况。

解：

39、周围材料对探测器的影响如下图所示，请画出探测器测得的能谱。

解：

40.解释延迟符合曲线和瞬时符合曲线

在符合测量装置中，人为地改变两符合道的相对延迟时间时，符合计数率随延迟时间的分布曲线称为延迟符合曲线；对于瞬发事件，即发生的时间间隔远小于符合分辨时间的事件，所得延迟符合曲线称为瞬时符合曲线。

41.定时信号的拾取中，限制时间分辨本领的三个主要因素是什么？

消除它们影响的方法有哪些？

（1）探测器和放大器的噪声；

（2）脉冲波形的涨落；（3）脉冲幅度不同引起的时移。

方法有：

过零定时法、恒比定时法、幅度上升时间补偿法、舍弃上升脉冲的定时法

42.如图是NaI（Tl）探测器测得的77mSe的能谱，在全能峰162keV左边存在134keV的峰，试解释形成的原因。

在NaI（Tl）晶体中，碘原子的K层特征X射线的能量是28keV，如果光电效应在晶体的表面处发生，则这一X射线可能逃逸出晶体，相应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子的能量小28keV，这种脉冲所组成的峰成为碘逃逸峰。

43.解释累计效应

γ射线入射到探测器中与物质相互作用产生的次级射线可以在次与物质发生相互作用，其结果使得全能峰的计数增加，这就是累计效应。

44.中子探测通常有哪些方法

核反应法、核反冲法、核裂变法、活化法

45.高斯分布的半高宽多少？

46、在γ能谱测量中，常在全能峰的右边（更高能量处）会出现一个或几个峰，这些是什么峰？

如何产生的？

解：

是两种能量的和峰

它们是由和峰效应产生的

47、设一个辐射粒子的能量为E，在气体中产生一对离子消耗的能量为w。

单位时间有n个粒子穿过电离室灵敏区域，若全部能量消耗在此灵敏体积内，写出电离电流的表达式

解：

48、为什么137Cs源可以作为偶然符合源？

答：

根据137Cs衰变纲图可知，子核激发态的寿命约2.5分钟，

因此关联的β和γ射线发射时间差为2.5分钟，

这种发射的延迟远大于通常符合测量系统的分辨时间，所以测量得到符合计数完全是偶然符合，故137Cs源可以做为偶然符合源。

49、在符合测量中，如果信号的相对延迟时间远大于系统的符合分辨时间，那么测得的符合是什么符合？

符合计数率多少？

答：

信号的相对延迟时间远大于符合测量系统的分辨时间时，所测量得到符合是偶然符合；（2分）

偶然符合计数率为

、

三.计算题（

1.测量放射性样品时，测得样品的计数率为1200min-1，本底计数率为300min-1，根据要求，测量误差小于2%，如何分配测量样品和本底的时间？

解：

ns/nb=1200/300=4

νn≤2%

Tmin=1/（nb（νn）2（（ns/nb）1/2-1）2）=8.3min

tb=Tmin/（1+（ns/nb）1/2）=2.8min

ts=Tmin（ns/nb）1/2/（1+（ns/nb）1/2）=5.5min

2.计算充Ar气电离室和正比计数器对6MeVα粒子的最佳能量分辨率（Ar对于α粒子的平均电离为26.3eV，正比计数器的放大倍数M为1000，

，法诺因子为1/3）

解：

电离室：

正比计数器：

1、G-M计数管测量某放射性核素时，本底计数率为每分钟25次，源加本底的总计数只比本底每分钟多60次。

如果总的测量时间为10分钟，为了使测量结果的误差最小，如何分配测量本底和样品的时间？

解：

（5分）

（5分）

2、下面是某同学测量一放射性核素衰变时得到的两次计数，5126和5468，试检验这组数据的可靠性（已知

）

解：

，按照

水平，这组数据差异明显，因此这组数据是不正常的。

3.试判断下列一组数据测量中，有无需要舍弃的数据

1.52，1.46，1.61，1.54，1.55，1.49，1.68，1.46，1.50，1.83

（g（10,0.05）=2.18）

解：

故1.83应该舍弃

24NaT1/2=15.02h,beita1.392（MeV）（99.92%）gamma1.369（100%）2.754（99.85%）

4.下图是用p-型高纯锗半导体探测60Co得到的γ能谱（衰变纲图如图中插图所示），请指出能谱上的各个峰名称。

1、下图是某放射性核素衰变的γ谱（衰变纲图见插图），试分辨谱中各种峰，分别给出它们的名称。

1、下图是某放射性核素衰变的γ谱（衰变纲图见插图），试分辨谱中各种峰，分别给出它们的名称。

2、、下面是某同学测量一放射性核素衰变时得到的一组数据（测量时间都是1分钟），试用Chi平方法检验这组数据是否正常（已知自由度为29时，

）。

28、35、24、33、36、31、33、32、25、32

31、24、19、28、34、26、28、29、24、34

20、25、26、30、22、35、13、33、26、25

解：

因此这组数据是正常的。

（

、G-M计数管测量某放射性核素时，本底计数率为每分钟25次，源加本底的总计数只比本底每分钟多60次。

如果总的测量时间为10分钟，为了使测量结果的误差最小，如何分配测量本底和样品的时间？

解：

（5分）

2、下面是某同学测量一放射性核素衰变时得到的两次计数，5126和5468，试检验这组数据的可靠性（已知

）

解：

（6分）

，按照

水平，这组数据差异明显，因此这组数据是不正常的。