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核辐射探测器1核辐射探测器辐射测量对象:放射性样品活度测量;辐射场量的测量;辐射能量或能谱的测量;辐射剂量的测量;位置的测量(辐射成像);时间的测量;粒子鉴别等。第1页/共77页放射性样品的活度测量1、相对法测量和绝对法测量相对法测量简便,但条件苛刻:必须有一个与被测样品相同的已知活度的标准源,且测量条件必须相同。相对法测量:需要一个已知活度A0标准源,在同样条件下测量标准源和被测样品的计数率n0、n,根据计数率与活度成正比,可求出样品的活度:A=A0n/n0。第2页/共77页2、绝对测量中影响活度测量的几个因素1)几何因子(...

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1核辐射探测器辐射测量对象:放射性样品活度测量;辐射场量的测量;辐射能量或能谱的测量;辐射剂量的测量;位置的测量(辐射成像);时间的测量;粒子鉴别等。第1页/共77页放射性样品的活度测量1、相对法测量和绝对法测量相对法测量简便,但条件苛刻:必须有一个与被测样品相同的已知活度的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 源,且测量条件必须相同。相对法测量:需要一个已知活度A0标准源,在同样条件下测量标准源和被测样品的计数率n0、n,根据计数率与活度成正比,可求出样品的活度:A=A0n/n0。第2页/共77页2、绝对测量中影响活度测量的几个因素1)几何因子(fg)点源绝对测量法复杂,需要考虑很多影响测量的因素,但绝对测量法是活度测量的基本 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。第3页/共77页几何因子fg还可以表示成:因为,放射性发射的是各向同性的实际进入探测器仅是小立体角Ω内的射线.几何因子为第4页/共77页2)探测器的本征探测效率或灵敏度(1)对脉冲工作状态:本征探测效率(2)对电流工作状态:灵敏度有关因素:入射粒子的种类与能量;探测器的种类、运行状况、几何尺寸;电子仪器的状态(如甄别阈的大小)等。第5页/共77页3)吸收因子(fa)射线从产生到入射到探测器的灵敏体积所经过的吸收层为:样品 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 本身的吸收(样品的自吸收);样品和探测器之间空气的吸收;探测器窗的吸收。第6页/共77页例如β射线:——物质对这种β的质量吸收系数——β穿过物质的厚度β射线服从指数吸收规律:自吸收吸收因子:第7页/共77页4)散射因子(fb)放射性样品发射的射线可被其周围介质所散射,对测量造成影响。散射对测量结果的影响有两类:正向散射反向散射使射向探测器灵敏区的射线偏离而不能进入灵敏区,使计数率减少。使原本不射向探测器的射线经散射后进入灵敏区,使计数率增加。第8页/共77页反射修正因子的实验方法确定:β粒子在源的托板支承物等上的大角度散射,使得本不在小立体角Ω内的β粒子会进入探测器引起计数增加,故要修正。没有支承膜是理想状态,通常用有机膜来实现。有机膜的Z较低,又很薄,散射可以忽略。第9页/共77页5)死时间修正因子(f)式中n为实际测量到的计数率,m为真计数率,为测量装置的分辨时间。6)本底计数率(nb)第10页/共77页3、对、放射性样品活度的测量方法1)小立体角法其中:对于薄放射性样品,对于厚放射性样品和放射性样品的测量需考虑各种修正因子。修正因子多,测量误差大,达5%~10%第11页/共77页2)测量装置小立体角法:放射源或样品与探测器之间的布置的角度。1、为了减少本底,探测器和样品都放在铅室内.铅壁厚度一般要大于5mm2、为了减少散射,铅室内腔要足够空旷.注意:第12页/共77页3、为了减少β在铅中的韧致辐射(χ),铅室内壁有一薄层铅皮或塑料(厚度约为2-5mm)4、为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射,它们都采用低Z材料作成.5、准直器用来确定立体角,并可防止立体角以外的射线进入探测器.探测器采用薄云母窗的钟罩型G-M计数管.也可以用薄窗正比管、塑料闪烁探测器(加避光铝铂).第13页/共77页第14页/共77页第15页/共77页第16页/共77页第17页/共77页2)4计数法流气式4正比计数器;(适用于固态放射源)内充气正比计数器和液体闪烁计数器;(适用于14C、3H等低能放射性测量,将14C、3H混于工作介质中)将源移到计数管内部,使计数管对源所张立体角为4,减小了散射、吸收和几何位置的影响。测量误差小,可好于1%。第18页/共77页4、射线强度的测量射线强度的测量包括辐射场测量和射线放射源活度的测量。同样可以用相对测量法和绝对测量法测量。如能获得能谱,可利用谱的全能峰面积来确定源活度,对于射线同位素放射源绝对测量常用源峰效率得到源活度:第19页/共77页5.2符合测量方法符合方法:用不同的探测器来判断两个或两个以上事件的时间上的同时性或相关性的方法。符合事件:两个或两个以上在时间上相互关联的事件。第20页/共77页1、符合方法的基本原理1)符合(真符合)——用符合电路来选择同时事件以-符合装置为例:对一个放射源同时放出的和射线,用两个探测器分别测量。符合计数:可得放射源的活度为:由于本底同时进入两个探测器的几率很小;而级联是相关事件,它们分别进入两个探测器的时刻一定是同时的,则有:第21页/共77页(2)反符合——用反符合电路来符合事件脉冲的方法反符合康普顿谱仪为反符合电路的典型应用。可以有效提高峰总比(全能峰面积与谱全面积之比)。反符合电路中两个输入端分别为分析道和反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道,把要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输入时反符合电路才有输出。第22页/共77页记录入射射线在探测器中能量全吸收的事件;而去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的事件。多道分析器Gate第23页/共77页反符合:消除符合事件的信号。第24页/共77页第25页/共77页(3)符合装置的分辨时间符合装置的分辨时间:符合装置所能区分的最小时间间隔s,符合电路两输入信号时间间隔只要小于s,就被认为是同时事件给出符合信号。实际上任何符合电路都有确定的s,它的大小与输入脉冲的宽度有关。如下图所示:第26页/共77页当两个输入脉冲之间的时间间隔<s时,符合电路输出一个符合脉冲。反之,就没有符合脉冲输出。第27页/共77页真符合与偶然符合一个原子核级联衰变时接连放射β和γ射线,这一对β、γ如果分别进入两个探测器,将两探测器输出的脉冲引到符合电路输入端时,便可输出一个符合脉冲,这种一个事件与另一个事件具有内在因果关系(即相关性)的符合输出称为真符合。另外也存在不相关的独立事件相互符合,例如,有两个原子核同时衰变,其中一个原子核放出的β粒子与另一个原子核放出的γ粒子同时分别被两个探测器所记录,这样的事件就不是真符合事件。这种不具有相关性的事件间的符合称为偶然符合。第28页/共77页偶然符合和符合分辨时间如前所述,凡是相继发生在符合分辨时间以内的两个事件,均可能使符合装置产生一次符合计数。这与两个事件是否有内在因果关系无关,即符合计数中包括真符合计数和偶然符合计数。每当在时间间隔内存在两个独立事件引起的脉冲时,就可能被符合装置作为符合事件记录下来,这种符合叫做偶然符合。显然符合分辨时间越大,发生偶然符合的几率越大,每道的无关事件计数率越大,偶然符合计数率也将越大,它们间的关系可推导如下::第29页/共77页设有两个独立的放射源S1和S2,分别用两符合道的探测器Ⅰ和Ⅱ记录。两组源和探测器之间用足够厚的铅屏蔽隔开,见下图,在这种情况下,符合脉冲均为偶然符合。第30页/共77页假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲,其宽度为。再设第Ⅰ道的平均计数率为n1,第Ⅱ道的平均计数率为n2,则在t0时刻,第Ⅰ道的一个脉冲可能与从t0-s到t0+s时间内进入第Ⅱ道的脉冲发生偶然符合,如下图,其平均偶然符合率为:第31页/共77页显然,减少s能够减少偶然符合几率,但是减少到一定程度时,由于辐射进入探测器的时间与输出脉冲前沿之间存在统计性的时间离散,则同时事件的脉冲宽度可能因脉冲前沿的离散而大于符合电路的分辨时间s,则在符合电路中不会引起符合计数,从而造成真符合的丢失。第32页/共77页减小偶然符合计数率的方法:(1)减小符合分辨时间s,但是会影响符合效率(2)减小各符合道计数率n。推广:i重符合时的偶然符合计数率:例:实验测得偶然符合计数率nrc=72/hr.符合道计数n1=n2=100/sec,求分辨时间s。第33页/共77页真偶符合比符合计数的实验测量值中总是包含真符合计数和偶然符合计数。真符合计数率为:偶然符合计数率为:则,真偶符合比为:仍以-符合为例:讨论:希望符合装置的越大越好。第34页/共77页(4)延迟符合关联事件可以是同时性事件,也可以是不同时性事件。飞行时间方法(TOF)测量粒子的飞行时间。第35页/共77页2.符合测量装置1)、多道符合能谱仪加速器带电粒子核反应:DET2DET1第36页/共77页第37页/共77页2)、HPGe反康普顿谱仪第38页/共77页第39页/共77页用HPGe反康普顿探测器测得的60Co能谱第40页/共77页3)4-符合装置nnnc这是一种测量放射性活度的标准方法,适用于带-级联衰变的放射性核素。第41页/共77页原理测得β和γ的真符合计数率则但nβo,nγo和nco与实测值之间有许多效率因子需要修正。测得β和γ的净计数率nβo,nγo。第42页/共77页修正因子(以下每种修正是只考虑某种修正,最后综合考虑)nβo,nγo和nco分别由nβ.nγ.nc得来。要进行一些修正。1)本底修正第43页/共77页(2)偶然符合修正在β-γ级联衰变放射源中,只有同一个核发射的β和γ之间的符合才是真符合,而不同核之间的β和γ之间的符合为偶然符合。∴总的偶然符合计数率为γ道产生偶然符合的计数率为(nγ-nco)τsnββ道产生偶然符合的计数率为(nβ-nco)τsnγ这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合γ道不参予真符合的计数率为nγ-ncoβ道不参予真符合的计数率为nβ-nco第44页/共77页(3)探测器死时间的修正探测器死时间能引起漏计数,所以必须把漏掉的计数补回来。β道γ道每个脉冲后有一个死时间,那么单位时间内的死时间在死时间内放射源发射的粒子数在死时间内发射的粒子应有的但是漏掉了的计数(死时间内的漏计数)漏计数实测的计数率应该有的净计数率第45页/共77页因为,是单位时间内的死时间远小于1S,第46页/共77页48利用级数展定理为x<<1时,则有略去高次项则得第47页/共77页(ⅱ)符合计数率在死时间内得损失分三种情况讨论引起符合的漏计数:第一种情况:当道正常计数,道是死时间,则由于td内道无输出,造成符合道的漏计数为应有的真符合计数率为实测的真符合计数率为则符合计数率在死时间内的损失为第48页/共77页第二种情况:当道正常计数,道是死时间,则在trd内,由于道无计数,造成符合道漏计数为第三种情况:道和道同时是死时间,符合道漏计数取决于和中比较短者。一般右边第三项为负是因为道和道同时是死时间造成的符合计数损失已分别包含在前两项中,所以应把它扣除,上式可变换为第49页/共77页同样利用略去高次项得到若第50页/共77页综合考虑偶然符合及死时间两项修正,可以得到源活度A.这样,只要测出三道的计数率及它们的本底计数率,并事先测定各道的死时间和符合装置的分辨时间,就可以求出源的活度。其它校正因素还有:内转换电子修正;探测器对灵敏度修正;探测器对灵敏度修正;-符合计数修正,等。第51页/共77页4)双PMT液体闪烁计数器特点:采用符合方法,可以降低光电倍增管的噪声,有利于低能粒子核素等的测量。第52页/共77页5.3能谱与最大能量的测定1.能量的测量凡是辐射粒子的能量测量,探测器都必须工作于脉冲工作状态(电压脉冲工作状态或电流脉冲工作状态均可)。在电压工作状态时,脉冲幅度:为入射粒子在探测器灵敏体积内产生的信息载流子的数目。第53页/共77页1)能谱但实验直接测得的是脉冲幅度谱,即式中dN代表脉冲幅度落在h~h+dh的脉冲数,dN/dh表示输出脉冲幅度为h的单位幅度间隔内的脉冲数。由于统计涨落,即使对同一能量的带电粒子,也会产生不同幅度的脉冲,形成脉冲幅度分布。脉冲幅度分布的中心值对应某一入射粒子的能量。能谱的定义:能谱就是的直方图。实测多采用多道脉冲幅度分析器,给出:第54页/共77页2)谱仪的能量刻度和能量刻度曲线探测器输出脉冲幅度与入射粒子能量E一般具有线性关系,这里的指脉冲幅度分布的中心位置的幅度值。若输出脉冲幅度与入射粒子能量具有良好的线性关系。则有:而脉冲幅度分析器具有良好的线性,所以:增益,单位为[KeV/ch]零道址对应的粒子能量,称为零截第55页/共77页E与x的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 关系E(x),称为能谱仪的能量刻度曲线。借助于一组已知能量的辐射源进行能量刻度,而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道址x,纵坐标为入射粒子的能量E。第56页/共77页2.能谱的测定1)能量分辨率以金硅面垒半导体探测器为例。210Po的E=5.3MeV,E=15.8KeV第57页/共77页2)能谱仪的能量刻度在测得输出脉冲幅度谱后,必须进行能量刻度,才能确定粒子的能量。借助一组已知能量的源进行能量刻度,得到一条能量刻度曲线。根据脉冲幅度分布的中心位置道址求出粒子的能量。对于粒子能谱的测量,要考虑到粒子与物质相互作用的特点,并尽量选择能量分辨率较好及使用较方便的探测器。3)探测器的选择金硅面垒半导体探测器;屏栅电离室;带窗的正比计数器等。第58页/共77页由于能谱是连续谱,仅存在Emax,给测量带来困难。1)精确测定粒子能谱(如采用磁谱仪),用居里描绘而求出Emax。也可用半导体探测器,由于存在散射,会使谱形畸变,而影响测量结果。3.能谱的测定2)用吸收法测得粒子的最大射程,再根据经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 求得其最大能量。对衰变伴有射线发射的样品,一般都通过能谱的测量来确定核素的含量。第59页/共77页5.4射线能谱的测定1.单能能谱的分析1)单晶谱仪常用NaI(Tl),Cs(Tl),Ge(Li),HPGe等探测器主过程:全能峰——光电效应+所有的累计效应;康普顿平台、边沿及多次康普顿散射;单、双逃逸峰。2)单能射线的能谱其他过程:和峰效应;I(或Ge)逃逸峰;边缘效应(次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。屏蔽和结构材料对谱的影响:散射及反散射峰;湮没峰;特征X射线;轫致辐射。第60页/共77页3)能量特征峰从单能射线能谱中可以看出,全能峰、单逃逸峰、双逃逸峰的峰位所对应的能量与射线的能量都有确定的对应关系,称为特征峰。即:全能峰单逃逸峰双逃逸峰第61页/共77页(1)峰位和能量刻度峰位即特征峰的中心位置,代表射线的能量。能量刻度:选一组能量已知的射线标准源,用谱仪得到特征峰的峰位与射线能量的关系,称为对该谱仪的能量刻度。(2)峰宽与能量分辨率峰函数:用高斯函数表示。FWHM与的关系:能量分辨率:第62页/共77页(3)源峰探测效率、峰面积、峰总比、峰康比源峰探测效率(又称峰探测效率)sp峰面积或峰总比:峰康比:闪烁探测器半导体探测器第63页/共77页能谱仪能量分辨率:55Fe5.9keV137Cs662keV60Co1.33MeVSi(Li)~4%正比计数器~17%NaI(Tl)~80%~7-8%~5-6%Ge(Li)~1.3‰第64页/共77页2.谱仪装置1)单晶谱仪。探测器放大器多道分析器计算机高压第65页/共77页2)全吸收反康普顿谱仪。主探测器符合环前置放大反符合带门控的多道前置放大控制信号测量信号第66页/共77页3)康普顿谱仪(双晶谱仪)。放大器放大器符合电路带门控的多道主探测器辅探测器测量信号门控信号第67页/共77页康普顿散射反冲电子能量:第68页/共77页4)电子对谱仪(三晶谱仪)辅I辅II放大器放大器放大器符合带门控的多道测量信号门控信号第69页/共77页3.复杂谱的解析1)标准谱法假定:混合能谱是样品组成核素的标准谱按各自强度的线性叠加。必须保证:标准谱与样品谱获取条件相同;谱仪响应不随计数率而明显变化。(1)剥谱法(2)逆矩阵法:样品已知由n种核素组成,求每个核素的活度xj。第70页/共77页(a)确定特征道域即各全能峰,以i表示(b)确定响应函数通过标准谱得到(c)混合样品谱第i道的计数率mi实验测量得到矩阵表示:A为aij集合而成的矩阵,称为谱仪的响应矩阵;X为未知量xj组成的矩阵;M为各道域计数率组成的列矩阵。第71页/共77页(d)解矩阵方程即:可求出待测样品的各组成核素的含量。一般样品中不超过5~6个核素。第72页/共77页2)函数拟合法(1)把谱分成若干谱区间,每个谱区间包含了若干叠加在本底上的峰。(2)在该谱区间,谱曲线用谱函数表示:n为谱数据点数,i为道址,为由谱曲线函数确定的第i道谱数据。称待定参数向量,k为待定参数的个数。k个参数决定了谱的形状和特征。第73页/共77页典型函数:本底峰高峰位峰宽第74页/共77页(3)把谱函数与谱数据拟合,得到残差平方和Yi为实测谱数据。n为数据点数。gi为权重因子,可取gi=1/Yi。该方程称为目标方程。为满足残差平方和最小,解一系列方程,即可确定参数向量,得到峰形参数,即得到谱区间内各个峰的峰位、峰高和峰宽度。对每个峰的峰函数积分,可得到峰净面积。第75页/共77页4.用计算机实现谱自动解析1)谱数据平滑减小谱数据的统计涨落,同时保持峰的特征,如峰位、峰面积等。用多项式拟合移动法,如二次多项式拟合,得到:2)寻峰(1)逐道比较法;(2)导数法;(3)协方差法;(4)线性拟合寻峰。3)确定峰参数,如峰位、峰高、峰面积等4)计算误差及结果输出第76页/共77页感谢您的观看。第77页/共77页
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