放射性测量技术.ppt

第第2 2章章 放射性测量技术放射性测量技术 测量内容：探测、分析、监测、剂量。测量内容：探测、分析、监测、剂量。探测器：射线信号探测器：射线信号 电信号电信号 (电流、电压脉冲电流、电压脉冲)气体气体 电子离子对 气体探测器 电离电离 常用种类常用种类 半导体半导体 电子空穴对 半导体探测器 激发激发 闪烁体闪烁体 荧 光 闪烁探测器 2.12.1概述概述 气体探测器气体探测器 脉冲脉冲 电离室电离室 电流、累计电荷电流、累计电荷 种类种类 正比计数器正比计数器 G GM M计数管计数管 介质：隋性介质：隋性ArAr气气+(CH+(CH)各种圆柱型和钟罩型各种圆柱型和钟罩型G-M管管高压极高压极收集极收集极保护极保护极高压高压负载电阻负载电阻外壳外壳灵敏灵敏体积体积绝缘子绝缘子结构：平板型电离室结构：平板型电离室结构：圆柱型电离室结构：圆柱型电离室输出信号的物理过程输出信号的物理过程以平行板电离室为例结论脉冲计数n正比于放射活度脉冲幅度正比于入射粒子的能量 V(tV(t)t to各类气体探测器的工作特性区各类气体探测器的工作特性区o各类各类气体探测器特性的对比气体探测器特性的对比探测器电离室正比计数器GM计数管特性区电离室区正比区GM区输出脉冲N0e/CMN0e/C等幅 闪烁探测器闪烁探测器 工作原理工作原理 工作过程：激发工作过程：激发荧光荧光光电子光电子光电倍增光电倍增电压脉冲电压脉冲闪烁体闪烁体 利用射线的荧光效应将射线能转变为光能的物体。无机无机 含少量激活剂的无机盐。ZnS(Ag)，强度。NaI(Tl),CsI(Tl),强度、能量。有机有机 芳香族化合物 晶体，蒽，发光标准。液体，。塑料(苯乙稀加入POP、POPOP聚合的固溶体)，。各类闪烁体的发射光谱各类闪烁体的发射光谱各类闪烁体的物理特性各类闪烁体的物理特性光电倍增管光电倍增管o 结构与工作原理结构与工作原理 光阴极光阴极 CsCs3 3S Sb b,K,K2 2C Cs sS Sb b等等,发射光电子。发射光电子。倍增极倍增极 6-146-14个，二次电子发射。个，二次电子发射。阳极阳极 收集倍增后的电子，在负载上形成收集倍增后的电子，在负载上形成 电压脉冲。电压脉冲。光电倍增管兼有能量光电倍增管兼有能量转换及放大作用。转换及放大作用。光电倍增管光电倍增管o光谱响应光谱响应 光阴极在光照射下，发射光电子的概光阴极在光照射下，发射光电子的概率是入射光波长的函数，称作率是入射光波长的函数，称作“光谱响应光谱响应”。在选用闪烁体时，应选用使二者匹配的闪烁体。o主要性能主要性能 光电量子转换效率 电子倍增系数 ,M105107 要求工作高压有较好稳定性。暗电流 无光照时自身产生的阳极电流，由热电子射、漏电、光子和正离子反馈等引起。o使用注意事项使用注意事项1）避光使用；2）保持闪烁体与光电倍增管光学接触良好。2.2 2.2 液闪计数器液闪计数器o特点特点1.对软探测效率高，4测量及避免了射线的自吸收和吸收。2.溶纳样品较大,可测量强度较弱的样品。o液闪装置液闪装置符合加法放大前置前置门控单道单道定标器液闪仪框图o双管符合电路双管符合电路 符合电路使暗电流本底降低1045倍。例例:-8s，,则偶然符合：单道脉冲辐度分析器单道脉冲辐度分析器 甄别阈Vd 输入信号VVd,才有出。反符合 因此，辐度分析器只能使V下VV上的脉冲通过。o闪烁液闪烁液 脂溶性 甲苯，二甲苯 主溶剂 水溶性 二氧环 溶剂 组成 助溶剂 甲苯中加甲醇，表面活性剂，二 六环加萘 主溶质 PPO 溶质 助溶质 POPOP 波长转换，增强匹配 o 液闪过程的淬灭现象液闪过程的淬灭现象 淬灭淬灭 导致闪烁过程能量传递效率降低，使光输出 减小，输出脉冲幅度降低，最终使探测效率降低的过程。化学淬灭化学淬灭 非荧光物质竞争激发能。颜色淬灭颜色淬灭 有色物质吸收荧光。光子淬灭光子淬灭 非均相发射体颗粒吸收射线。o淬灭校正淬灭校正 内标准法内标准法 通过在样品中加入已知活度的标准源，由引起的附加计数，求仪器计数效率的校正法。式中：道比值法道比值法 外标准法外标准法 淬灭校正过程2.3 2.3 常用辐射防护监测仪器常用辐射防护监测仪器辐射报警仪辐射报警仪o用途用途 辐射报警仪主要用于放射性工作场所放射性物质，包括放射源及可能的沾污源以及工作场所辐射水平预警测量。o类型类型 使用比较普遍的一类报警仪是G-M计数管型报警仪，用于-辐射或辐射的测量。用辐射的一般为薄端窗式G-M管。oInspecotr Alert 手持式手持式、和和 辐射检测辐射检测仪仪 本产品采用GM探测器，用以监测放射性工作场所和表面,实验室的工作台面、地板、墙壁、手、衣服、鞋的、和X放射性污染计数测量以及环境剂量率，是一款性价比高的辐射测量仪器。技术性能与特点：技术性能与特点：1.检测、和X射线；2.计数测量、总计数测量和剂量率测量；3.最低响应能量：20Kev（射线），对Cs-137源为5.8Cps/Sv/h;探测下限：对I-125是0.02微居;4.效率（4）：接触下：对Sr-90源约38%，C-14源约5.3%；P-32源约33%；Co-60源约3%5.G-M 计数管,有效直径45mm,云母窗密度1.5-2.0mg/Cm;6.CPS：2500 CPS范围时15%，在2500-5000CPS范围20%；7.测量单位：该检测仪常用单位（mR/h或CPM）或SI单位（Sv/h或CPS)。表面沾污仪表面沾污仪 表面沾污仪主要是用来测量实验室台表面沾污仪主要是用来测量实验室台面，仪表等物体表面污染，以便发现并及面，仪表等物体表面污染，以便发现并及时清除。表面沾污仪常用的探测器类型有时清除。表面沾污仪常用的探测器类型有G-MG-M管，正比计数管和闪烁计数器等，其测管，正比计数管和闪烁计数器等，其测量对象是表面污染面源粒子的表面出射率。量对象是表面污染面源粒子的表面出射率。仪器读数 直接测量的量为粒子的计数率n(cpm)，其与表面污染水平 有如下关系：其中,K称为刻度系数（也叫做总探测效率）。其意义是，对应每单位污染水平，仪器所测到的计数率。表面污染水平表面污染水平 所谓单位污染水平是指，每100厘米2的污染表面在单位时间内向上所出射的表面粒子数。刻度系数K与射线的探测效率及探测器端窗的面积大小等因素有关。仪器刻度过程仪器刻度过程 根据探测器端窗面积，选择相应几何形状的标准面源，核素应与实际污染源相同或射线能量相近。在确定的几何位置条件下，测量它所引起的计数率，然后按下式求得K值。TBM-3S系列表面沾污仪系列表面沾污仪 内置直径为2的扁平G-M管和扬声器，有3个量程，检测、和射线，读数为CPM（或mR/h）具有 尺寸小、重量轻和面积大的特点，是监测工作台面或检查手掌、手指和衣服表面放射性污染的有效工具。o技术规格技术规格 开关开关：OFF，电池测试，X100，X10，X1 量量 程程：3个量程，线性，0-500，0-5,000，0-50,000 cpm（0-0.15，1.5，15 mR/h）灵灵 敏敏 度：度：150 cpm/R/h（137Cs标准校正源）探探 测测 器器 T-1190扁平GM管窗直径：4.5 cm窗厚度：1.5 mg/cm2淬灭气体：卤素，长寿命管本 底：典型值50 cpm效 率：本征效率为100 个人计量计个人计量计 佩戴在身体适当部位，用以测量个人所受外照射剂量的仪器叫做个人剂量计。主要有仪器型和固体剂量计型两类。EPDEPD个人剂量计个人剂量计o、和X辐射剂量当量Hp(10)、Hp(0.07)读数用电子个人剂量计；o基于现代二极管探测技术的高度完备多功能个人辐射监测器；o无与伦比的放射性能与先进的软硬件特色相结合，体积小、质量轻；o标称使用能量范围：辐射15keV-10MeV，粒子250keV-1.5MeV；o直接读出ICRU定义的深部剂量Hp(10)和浅表剂量Hp(0.07)，单位为(Sv)或雷姆(rem)；o可显示剂量和剂量率值，可设定剂量/剂量率测量阈值报警模式。热释光剂量片热释光剂量片 固体剂量剂被广泛用于个人剂量监测，其固体剂量剂被广泛用于个人剂量监测，其中尤以热释光剂量计，如中尤以热释光剂量计，如LiF(Mg,Ti)LiF(Mg,Ti)最广。其最广。其测量原理是，热释光固体元件受到辐射的照射测量原理是，热释光固体元件受到辐射的照射后，其辐射能通过激发固体晶格中的电子，转后，其辐射能通过激发固体晶格中的电子，转变成电子的激发能同时被禁封在晶体中的陷阱变成电子的激发能同时被禁封在晶体中的陷阱中，此能量可以累加并保持一定时间，当用高中，此能量可以累加并保持一定时间，当用高温退火时，保持的激发能通过光辐射的形式发温退火时，保持的激发能通过光辐射的形式发出，通过测量辐射光的强度就可确定热释光晶出，通过测量辐射光的强度就可确定热释光晶体所受照射剂量。体所受照射剂量。发光机制发光机制 按照能带理论，晶体能级由两类能级构成：处于基态的已被电子占满的容许能带，称为满带；没有或尚未填满电子的容许能带，称为导带，二者被一定宽度的禁带隔开。晶体中的杂质原子或因原子或离子缺位和结构错位等造成的晶格缺陷处会形成局部电荷中心，其能吸引和束缚异电荷粒子。o在能带图上，相当于在禁带中形成了一些孤立能级。在靠近导带下面的局部能级，能吸引电子，称为电子陷阱；靠近满带上面的局部能级能吸附空穴，称为激活能级。在没有受到辐照时，电子陷阱是空着的，而激活能级是填满电子的。满带导带00-0禁带FH123 当晶体因辐照被电离或激发时，满带中的电子因受激进入导带，同时产生一个空穴（过程1）,进入导带的电子因热扰动会很快被电子陷阱捕获，满带的空穴也会移入激活能级，分别形成所谓的F和H发光中心，并将辐射能量贮存起来。在常温下这些中心可以保存很久。当对晶体加热使其温度达到一定值时，F发光中心的电子获的能量重新进入导带并最终与H发光中心的空穴复合(过程3），在复合的过程中发出光，称为热释光。热释光放出的总光子数与发光中心退激的总电子数成正比，也即与吸收的辐射能量成正比。因此，测量一定温度范围退火温度下的总发光量就可确定吸收剂量。发光曲线发光曲线 对照射后的热释光元件加热退火，发光强度与退火温度的关系称为热释光曲线。对于LiF(Mg,Ti)有如下图的形状。固体中的电子陷阱有深有浅，随加热温度的升高，电子先由较浅的陷阱放出，热释光由小到大达到一峰值后接着下降，直至这种陷阱中贮存的电子都释放出来，形成发光曲线的第一个峰。随后较深陷阱中的电子释放。对同一种固体，发光曲线形状基本不变，但随加热速率稍有变化，加热越快，峰越高，相应的峰值温度也有变化。然而对于给辐照剂量，发光总额是不变的。通常采用两种测量方式，一种是测量主发光峰面积的积分测量法，另一种是测量主峰的光峰高法。热释光强度温度，0CLiF（Mg，Ti）热释光体的发光曲线 测量装置测量装置 热光测量仪由加热的装置和光度计两部分组成。测量过程如下：用线性加热器使加热盘上的热光体受热放出可见光，光信号经光电倍增管转换为电流信号，进入电子学线路，最后由X-Y纪录仪自动画出热释光曲线，根据积分或光峰高度法，并由标准曲线便可求出受照剂。o种类和特性种类和特性 目前已使用的热释光材料很多，但大致可分为目前已使用的热释光材料很多，但大致可分为两类：一类原子序较低，如两类：一类原子序较低，如LiF,Li2B4O7(Mn),BeO等，接近为组织等效材等，接近为组织等效材料，能量向应好；另一类的原子序高，如料，能量向应好；另一类的原子序高，如CaF2(Mn),CaSO4(Dy)等，其灵敏度高，但能等，其灵敏度高，但能量响应不好。量响应不好。1.能量响应能量响应 灵敏度是指单位吸收剂量所对应的热释光量。灵敏度是指单位吸收剂量所对应的热释光量。灵敏度可通过加金属过滤片得以改善。灵敏度可通过加金属过滤片得以改善。2.2.线性线性 指热释光的响应与照射量之间的线性关系。指热释光的响应与照射量之间的线性关系。3.3.衰退衰退 在常温下，有些被陷较浅的电子会随时间释在常温下，有些被陷较浅的电子会随时间释放出来，因而加热时热释光减弱的现象称为衰放出来，因而加热时热释光减弱的现象称为衰退。测量退。测量2002000 0C C以上的发光峰，可减弱衰退的影以上的发光峰，可减弱衰退的影响响4.使用次数使用次数 不能重复使用，因一经加热储存的信息就遭不能重复使用，因一经加热储存的信息就遭到了破坏。到了破坏。5.5.敏化现象敏化现象 拿拿LiFLiF来说，发现高剂量预照后，如果在低来说，发现高剂量预照后，如果在低于于350350度下退火，再照射时，会出现灵敏度增高度下退火，再照射时，会出现灵敏度增高和线性延伸到预辐照剂量附近的现象，这称为和线性延伸到预辐照剂量附近的现象，这称为敏化。敏化处理可改进热释光的某些性能。敏化。敏化处理可改进热释光的某些性能。RGD3B型热释光剂量仪型热释光剂量仪oRGD3B采用单片机控制测量程序，量程0.01Gy10Gy，升温速率140/s，恒温高至400；与GR200A探测器配合，探测阈可达0.095Gy。oRGD3B型热释光剂量仪可方便地更换加热盘，测量多种类型热释光探测器，如圆片、方片、玻璃管及粉末等。TLD400型剂量盒，可装载不同类型探测器，主要用于个人剂量监测，佩戴使用极为方便。