8 核輻射測(cè)量方法

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1、核輻射探測(cè)原理及探測(cè)方法王德忠教授核科學(xué)與工程學(xué)院2009/9/241核輻射測(cè)量方法?核輻射測(cè)量任務(wù)：?測(cè)量核輻射活度的測(cè)量。?測(cè)量輻射場(chǎng)量的測(cè)量：輻射注量（率）。?輻射能量或能譜測(cè)量。?輻射劑量的測(cè)量。?有關(guān)時(shí)間的量：半衰期或壽命等。2009/9/242/57放射性活度及其單位?放射性活度的嚴(yán)格定義：處于特定能態(tài)的一定量放射性核素在給定時(shí)刻的活度A是dN除以dt內(nèi)，由該能態(tài)發(fā)生自發(fā)衰變或核躍遷數(shù)的期望值。A=dN/dt?單位時(shí)間間隔內(nèi)的核衰變通常稱(chēng)為衰變率。因此活度也即放射性核素在某時(shí)刻的衰變率的期望值。?放射性活度國(guó)際單位為貝克勒爾簡(jiǎn)稱(chēng)Bq（貝克）1Bq

2、=1衰變/s1MBq=103kBq=106Bq?歷史上放射性活度長(zhǎng)期用過(guò)的單位是居里（Ci）1Ci=3.7×1010Bq1Ci=103mCi=106μCi2009/9/243/57幾個(gè)與放射性活度有關(guān)的概念?發(fā)射率：是指放射性樣品在單位時(shí)間內(nèi)平均發(fā)射某種射線的粒子數(shù)。?比放射性活度（比活度）：放射性樣品中某種放射性核素的活動(dòng)與樣品質(zhì)量（或體積）之比，即單位質(zhì)量（或體積）的放射性樣品內(nèi)核素的活度。其單位是kBq·g-1，MBq·g-1，Bq·l-1，kBq·l-1等。2009/9/244/57放射性樣品活度測(cè)量?一般探測(cè)裝置對(duì)放射性樣品進(jìn)行活度測(cè)量時(shí)，得到的是

3、單位時(shí)間內(nèi)紀(jì)錄的脈沖數(shù)，即計(jì)數(shù)率。?主要影響因素：幾何因素；探測(cè)器的本征探測(cè)效率；吸收因素；散射因素；分辨時(shí)間；本底計(jì)數(shù)。2009/9/245/57活度的絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量絕對(duì)測(cè)量：利用測(cè)量裝置直接測(cè)量放射性核素的衰變率。不必依賴于其它測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的比較。這種測(cè)量又稱(chēng)為直接測(cè)量。相對(duì)測(cè)量：借助于其它測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)校準(zhǔn)測(cè)量裝置，再利用這一測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量放射性核素的衰變率。這種測(cè)量又稱(chēng)為間接測(cè)量。通常的使用測(cè)量?jī)x器多是相對(duì)測(cè)量。2009/9/246探測(cè)效率本征效率：進(jìn)入探測(cè)器靈敏體積射線產(chǎn)生一個(gè)脈沖的概率。絕對(duì)效率：放射源（或樣品）產(chǎn)生的射線在探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)脈沖的概率。

4、樣品測(cè)量的絕對(duì)效率與探測(cè)器本征效率、放射源的特性（分布和組分）、探測(cè)器與源間幾何位置、周?chē)镔|(zhì)的散射和吸收等因素有關(guān)。2009/9/247活度測(cè)量方法（1）核素衰變特性決定活度與射線數(shù)量之間關(guān)系(分支比)（2）測(cè)量方法的絕對(duì)效率決定測(cè)量射線數(shù)量與發(fā)出射線數(shù)量間關(guān)系（3）通過(guò)（1）和（2）間的關(guān)系，即可通過(guò)測(cè)量射線數(shù)量導(dǎo)出測(cè)量樣品的活度2009/9/248幾何因素?對(duì)于一般探測(cè)器，放射性樣品都是放在探測(cè)器外面進(jìn)行測(cè)量的，因此射入探測(cè)器靈敏體積的粒子數(shù)只是發(fā)射率的一部分。一般用幾何因子fg來(lái)進(jìn)行校正。?fg的定義是每秒到達(dá)探測(cè)器靈敏體積的粒子數(shù)目與樣品每秒發(fā)射的

5、粒子數(shù)目之比。?幾何因子的校正對(duì)點(diǎn)源易于計(jì)算，對(duì)非點(diǎn)源或擴(kuò)散源可用數(shù)值積分方法計(jì)算。2009/9/249/57計(jì)算點(diǎn)源對(duì)圓盤(pán)探測(cè)器的幾何效率，如圖所示2R探測(cè)器H源?1tgR/H11Hf?2?sin?d??(1?)g?4?2R2?H2o2009/9/2410?計(jì)算圓盤(pán)形源對(duì)圓盤(pán)形探測(cè)器的幾何因子2RH2r幾何因子：2113ab23?5a35af?{1???b[??b[]}g21/225/227/229/22(1?a)8(1?a)16(1?a)64(1?a)222a?R/H2009/9/2411/57222b?r/(H)探測(cè)器的本征探測(cè)效率?本征探測(cè)效率就是進(jìn)

6、入探測(cè)器靈敏體積的一個(gè)入射粒子產(chǎn)生一個(gè)脈沖的幾率。?探測(cè)器本征效率的最大值為1，其數(shù)值與探測(cè)器種類(lèi)、運(yùn)行狀況和幾何尺寸有關(guān)、與入射粒子的種類(lèi)和能量、探測(cè)器窗厚度有關(guān)，還與電子記錄儀的工作狀況有關(guān)。?粒子以平行束入射和以錐形束入射的探測(cè)效率是有差別的。2009/9/2412/57吸收因素?放射性樣品發(fā)射的射線，在達(dá)到探測(cè)器之前，一般要經(jīng)過(guò)三種吸收層：樣品材料本身的吸收（自吸收）、樣品和探測(cè)器之間空氣層的吸收和探測(cè)器窗的吸收。2009/9/2413/57散射因素?散射對(duì)測(cè)量的影響有兩類(lèi)：正向散射和反向散射。?正向散射使射向探測(cè)器靈敏區(qū)的射線偏離而不能進(jìn)入靈敏區(qū)，

7、這種散射使計(jì)數(shù)率減少。?反散射使原來(lái)不該射向探測(cè)器的射線經(jīng)散射后而進(jìn)入靈敏區(qū)，這種散射使計(jì)數(shù)率增加。2009/9/2414/57分辨時(shí)間?計(jì)數(shù)裝置的分辨時(shí)間是指它能夠區(qū)分連續(xù)兩個(gè)入射粒子的最小時(shí)間間隔。?顯然，在分辨時(shí)間內(nèi)進(jìn)入探測(cè)器的第二個(gè)粒子就無(wú)法記錄下來(lái)。因此，計(jì)數(shù)裝置實(shí)際觀測(cè)到的計(jì)數(shù)率要比真正進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)的真計(jì)數(shù)率少。2009/9/2415/57本底計(jì)數(shù)?在放射性測(cè)量中，狹義的本底計(jì)數(shù)是指沒(méi)有被測(cè)樣品時(shí)測(cè)量裝置顯示出的計(jì)數(shù)，而把樣品中干擾放射性產(chǎn)生的計(jì)數(shù)稱(chēng)為干擾計(jì)數(shù)?？偟谋镜子?jì)數(shù)應(yīng)是上述兩者之和。?放射性樣品的凈計(jì)數(shù)率為測(cè)得的計(jì)數(shù)率減去本底計(jì)數(shù)率。20

8、09/9/2416/57α、β放射性活度測(cè)量的小立體