核辐射探测学习教案.pptx

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1、会计学1核辐射探测核辐射探测(tnc)第一页，共78页。辐射测量对象辐射测量对象(duxing)：放射性样品活度测量；放射性样品活度测量；辐射场量的测量；辐射场量的测量；辐射能量或能谱的测量；辐射能量或能谱的测量；辐射剂量的测量；辐射剂量的测量；位置的测量位置的测量(辐射成像辐射成像)；时间的测量；时间的测量；粒子鉴别等。粒子鉴别等。第1页/共77页第二页，共78页。5.1 放射性样品放射性样品(yngpn)的活度测的活度测量量1、相对法测量、相对法测量(cling)和绝对法测量和绝对法测量(cling)相相对对(xingdu)法法测测量量简简便便，但但条条件件苛苛刻刻：必必须须有有一一个个与

2、与被被测测样样品品相相同同的的已已知知活活度的标准源，且测量条件必须相同。度的标准源，且测量条件必须相同。相相对对法法测测量量：需需要要一一个个已已知知活活度度A0标标准准源源，在在同同样样条条件件下下测测量量标标准准源源和和被被测测样样品品的的计计数数率率 n0、n，根根据据计计数数率率与与活活度度成成正比正比，可求出样品的活度：，可求出样品的活度：AA0n/n0。第2页/共77页第三页，共78页。2、绝对测量中影响、绝对测量中影响(yngxing)活度测量的活度测量的几个因素几个因素1)1)几何几何(j h)(j h)因子因子 （fgfg）点源点源 绝对测量法复杂，需要考虑很多影绝对测量法

3、复杂，需要考虑很多影响响(yngxing)(yngxing)测量的因素，但绝对测量测量的因素，但绝对测量法是活度测量的基本方法。法是活度测量的基本方法。第3页/共77页第四页，共78页。几何因子几何因子fgfg还可以表示成：还可以表示成：因为因为,放射性发射的是各向同性的实放射性发射的是各向同性的实际际(shj)(shj)进入探测器仅是小立体角进入探测器仅是小立体角内内的射线的射线.几何因子为几何因子为第4页/共77页第五页，共78页。2)2)探测探测(tnc)(tnc)器的本征探测器的本征探测(tnc)(tnc)效率效率或灵敏度或灵敏度(1)对脉冲工作状态：本征探测对脉冲工作状态：本征探测(

4、tnc)效率效率(2)对电流工作对电流工作(gngzu)状态：灵敏度状态：灵敏度 有关因素：入射粒子的有关因素：入射粒子的种类种类与与能量能量；探测器；探测器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的状态的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的状态（如（如甄别阈的大小甄别阈的大小）等。）等。第5页/共77页第六页，共78页。3)3)吸收吸收(xshu)(xshu)因子因子(fa)(fa)射线射线(shxin)从产生到入射到探测器从产生到入射到探测器的灵敏体积所经过的吸收层为：的灵敏体积所经过的吸收层为：样品材料本身的吸收样品材料本身的吸收(样品的自吸收样品的自吸收)；样品和探测器之间空气的吸收；样品

5、和探测器之间空气的吸收；探测器窗的吸收。探测器窗的吸收。第6页/共77页第七页，共78页。例如例如(lr)(lr)射线：射线：物质对这种物质对这种的质量的质量(zhling)(zhling)吸收系数吸收系数穿过物质的厚度穿过物质的厚度 射线服从指数射线服从指数(zhsh)(zhsh)吸收规律吸收规律:自吸收吸收因子自吸收吸收因子 ：第7页/共77页第八页，共78页。4)4)散射散射(snsh)(snsh)因子因子(fb)(fb)放射性样品发射的射线可被其周围介质所放射性样品发射的射线可被其周围介质所散射散射(snsh)，对测量造成影响。，对测量造成影响。散射对测量结果散射对测量结果(ji gu

6、)的影响有两的影响有两类：类：正向散射正向散射反向散射反向散射使射向探测器灵敏区的射线使射向探测器灵敏区的射线偏偏离而不能进入离而不能进入灵敏区，使计数灵敏区，使计数率率减少减少。使原本不射向探测器的射线使原本不射向探测器的射线经散经散射后进入射后进入灵敏区，使计数率灵敏区，使计数率增加增加。第8页/共77页第九页，共78页。反射修正因子反射修正因子(ynz)(ynz)的实验方法确定：的实验方法确定：粒子在源的托板支承物等上的大角度散射粒子在源的托板支承物等上的大角度散射,使得本使得本不在小立体角不在小立体角内的内的粒子会进入探测器引起计数粒子会进入探测器引起计数增加增加,故要修正。故要修正。

7、没有支承膜是理想状态，通常用有机膜来实现。没有支承膜是理想状态，通常用有机膜来实现。有机膜的有机膜的Z Z较低较低,又很薄又很薄,散射可以散射可以(ky)(ky)忽略。忽略。第9页/共77页第十页，共78页。5)5)死时间修正死时间修正(xizhng)(xizhng)因子因子 (f(f)式中式中n 为实际测量为实际测量(cling)到的计数率，到的计数率，m为为真计数率，真计数率，为测量为测量(cling)装置的分辨时间。装置的分辨时间。6)6)本底计数率本底计数率 （nb）第10页/共77页第十一页，共78页。3 3、对、对、放射性样品放射性样品(yngpn)(yngpn)活度的测活度的测量

8、方法量方法1)1)小立体角法小立体角法其中：其中：对于对于薄薄 放射性样品，放射性样品，对于厚对于厚放射性样品和放射性样品和 放射性样品的测量需放射性样品的测量需考虑考虑(kol)各种修正因子。各种修正因子。修正修正(xizhng)因子多，测量误差大，达因子多，测量误差大，达510第11页/共77页第十二页，共78页。2)2)测量测量(cling)(cling)装置装置小立体角法小立体角法:放射源或样品与探测器之间的布放射源或样品与探测器之间的布置的角度。置的角度。1 1、为了减少本底、为了减少本底,探测器和样品都放在铅室内探测器和样品都放在铅室内.铅壁厚度铅壁厚度(hud)(hud)一般要大

9、于一般要大于5mm5mm2 2、为了、为了(wi le)(wi le)减少散射减少散射,铅室内腔要足够空旷铅室内腔要足够空旷.注意：注意：第12页/共77页第十三页，共78页。3 3、为了减少、为了减少在铅中的韧致辐射在铅中的韧致辐射(),(),铅室内壁有一薄铅室内壁有一薄层铅皮或塑料层铅皮或塑料(slio)(slio)(厚度约为厚度约为2-5mm)2-5mm)4 4、为了减少源的支架为了减少源的支架(zhji)(zhji)及托板的散射和韧致辐及托板的散射和韧致辐射射,它们都采用低它们都采用低Z Z材料作成材料作成.5 5、准直器用来、准直器用来(yn li)(yn li)确定立体角确定立体角

10、,并可防止立并可防止立体角以外的射线进入探测器体角以外的射线进入探测器.探测器探测器采用采用薄云母窗薄云母窗的的钟罩型钟罩型G-MG-M计数计数管管.也可以用也可以用薄窗正比管、塑料闪烁探薄窗正比管、塑料闪烁探测器测器(加加避光铝铂避光铝铂).).第13页/共77页第十四页，共78页。第14页/共77页第十五页，共78页。第15页/共77页第十六页，共78页。第16页/共77页第十七页，共78页。第17页/共77页第十八页，共78页。2)2)4 4 计数法计数法 流气式流气式4 正比正比(zhngb)计数器；计数器；(适用于固适用于固态放射源态放射源)内充气正比计数器和液体闪烁计数器；内充气正

11、比计数器和液体闪烁计数器；(适适用于用于14C、3H等低能等低能 放射性测量，将放射性测量，将14C、3H混于工作混于工作(gngzu)介质中介质中)将源移到计数管内部，使计数管对源所张将源移到计数管内部，使计数管对源所张立体角为立体角为4，减小了散射、吸收和几何，减小了散射、吸收和几何(j h)位置的影响。测量误差小，可好于位置的影响。测量误差小，可好于1。第18页/共77页第十九页，共78页。4、射线射线(shxin)强度的测量强度的测量 射线强度的测量包括射线强度的测量包括 辐射辐射(fsh)场测场测量和量和 射线放射源活度的测量。同样可以用射线放射源活度的测量。同样可以用相对测量法和绝

12、对测量法测量。相对测量法和绝对测量法测量。如能获得如能获得 能谱，可利用能谱，可利用 谱的全能峰面积来谱的全能峰面积来确定源活度，确定源活度，对于对于 射线同位素放射源绝对测射线同位素放射源绝对测量常用量常用(chn yn)源峰效率源峰效率得到源活度：得到源活度：第19页/共77页第二十页，共78页。5.2 符合符合(fh)测量方法测量方法符合方法符合方法(fngf)：用不同的探测器来判断两个或两个以上事件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的时间上的同时性或相关性的方法(fngf)。符合事件：符合事件：两个或两个以上两个或两个以上(yshng)(yshng)在

13、时间上相互关联的在时间上相互关联的事件。事件。第20页/共77页第二十一页，共78页。1、符合、符合(fh)方法的基本原理方法的基本原理1)符合符合(真符合真符合)用符合电路用符合电路(dinl)来选择同时来选择同时事件事件 以以 符合装置为例：对一个放射源同时放出的符合装置为例：对一个放射源同时放出的 和和 射线，用两个探测器分别射线，用两个探测器分别(fnbi)测量。测量。符合计数：符合计数：可得放射源的活度为：可得放射源的活度为：由由于于本本底底同同时时进进入入两两个个探探测测器器的的几几率率很很小小；而而级级联联是是相相关关事事件件，它它们们分分别别进进入两个探测器的时刻一定是同时的，

14、则有：入两个探测器的时刻一定是同时的，则有：第21页/共77页第二十二页，共78页。(2)反符合反符合(fh)用反符合用反符合(fh)电路来符合电路来符合(fh)事件脉冲的方法事件脉冲的方法 反符合康普顿谱仪为反符合电路反符合康普顿谱仪为反符合电路(dinl)的典型应用。可以有效提高峰总比（全能峰的典型应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积与谱全面积之比）。面积与谱全面积之比）。反符合电路中两个输入反符合电路中两个输入(shr)(shr)端分别为分析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，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把要

15、分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输入入(shr)(shr)时反符合电路才有输出。时反符合电路才有输出。第22页/共77页第二十三页，共78页。记录入射记录入射 射线在探测器中能量射线在探测器中能量(nngling)全吸收的事全吸收的事件；件；而去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的而去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的事件。事件。多道分析器多道分析器Gate第23页/共77页第二十四页，共78页。反符合反符合(fh)(fh)：消除符合消除符合(fh)(fh)事件的信号。事件的信号。第24页/共77页第二十五页，共78页。第25页/共77页第二十六页，共78页。(3)符合符合

16、(fh)装置的分辨时间装置的分辨时间 符合装置的分辨时间：符合装置所能区分符合装置的分辨时间：符合装置所能区分(qfn)的最小时间间隔的最小时间间隔 s，符合电路两输入信号，符合电路两输入信号时间间隔只要小于时间间隔只要小于 s，就被认为是同时事件给出，就被认为是同时事件给出符合信号。符合信号。实际上任何符合电路都有确定的实际上任何符合电路都有确定的 s s，它的大小，它的大小(dxio)(dxio)与输入脉冲的宽度有关。如下图所示：与输入脉冲的宽度有关。如下图所示：第26页/共77页第二十七页，共78页。当两个输入脉冲之间的时间间隔当两个输入脉冲之间的时间间隔 s s时，符时，符合电路输出一

17、个合电路输出一个(y)(y)符合脉冲。反之，就符合脉冲。反之，就没有符合脉冲输出。没有符合脉冲输出。第27页/共77页第二十八页，共78页。真符合与偶然符合真符合与偶然符合 一个原子核级联衰变时接连放射一个原子核级联衰变时接连放射和和射线，射线，这一对这一对、如果分别进入两个探测器，将两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）的符合输事件具有内在因果关系（即相关性）的符合输出称为真符合。出称为真符合。另外另外(ln

18、wi)(ln wi)也存在不相关的独立事件相互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，其中一符合，例如，有两个原子核同时衰变，其中一个原子核放出的个原子核放出的粒子与另一个原子核放出的粒子与另一个原子核放出的粒子同时分别被两个探测器所记录，这样的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。事件间的符合称为偶然符合。第28页/共77页第二十九页，共78页。偶然符合和符合分辨时间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如前所述，凡是相继发生在符合分辨时间以内

19、的两个事件，均可能使符合装置产生一次内的两个事件，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，发生偶然符合合。显然符合分辨时间越大，发生偶然符合的几率的几率(j l)(j l)越大，每道的无关事件计数率越大，每道的

20、无关事件计数率越大，偶然符合计数率也将越大，它们间的越大，偶然符合计数率也将越大，它们间的关系可推导如下：关系可推导如下：第29页/共77页第三十页，共78页。设有两个独立的放射源设有两个独立的放射源S1S1和和S2S2，分别用两符合道的，分别用两符合道的探测器探测器和和记录。两组源和探测器之间用足够记录。两组源和探测器之间用足够(zgu)(zgu)厚的铅屏蔽隔开，见下图，在这种情况下，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。符合脉冲均为偶然符合。第30页/共77页第三十一页，共78页。假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽度假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲，其宽度

21、为为 。再设第。再设第道的平均计数率为道的平均计数率为n1n1，第，第道的平道的平均计数率为均计数率为n2n2，则在，则在t0t0时刻，第时刻，第道的一个脉冲可道的一个脉冲可能与从能与从t0-t0-s s到到t0+t0+s s时间时间(shjin)(shjin)内进入第内进入第道道的脉冲发生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率的脉冲发生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率为：为：第31页/共77页第三十二页，共78页。显然，减少显然，减少 s s能够减少偶然符合几率，但是减少能够减少偶然符合几率，但是减少 到一到一定程度时，由于辐射进入探测器的时间与输出脉冲前沿定程度时，由于辐射进入探测器的时间与

22、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能因脉冲前沿的离散而大于符合电路的分辨时间 s s，则在符合电路中不会引起符合计数则在符合电路中不会引起符合计数(j sh)(j sh)，从而造成，从而造成真符合的丢失。真符合的丢失。第32页/共77页第三十三页，共78页。减小偶然符合减小偶然符合(fh)(fh)计数率的方法：计数率的方法：(1)(1)减小符合减小符合(fh)(fh)分辨时间分辨时间 s s，但是会影响符合，但是会影响符合(fh)(fh)效率效率(2)(2)减小各符合减小各符合(

23、fh)(fh)道计数率道计数率n n。推广：推广：i重符合时的偶然符合计数率：重符合时的偶然符合计数率：例：实验例：实验(shyn)(shyn)测得偶然符合计数率测得偶然符合计数率 nrc nrc=72/hr.=72/hr.符合道计数符合道计数n1=n2=100/sec n1=n2=100/sec，求分辨时间，求分辨时间 s s。第33页/共77页第三十四页，共78页。真偶符合真偶符合(fh)(fh)比比 符合计数的实验测量符合计数的实验测量(cling)(cling)值中总是包含真符值中总是包含真符合计数和偶然符合计数。合计数和偶然符合计数。真符合计数率为：真符合计数率为：偶然符合计数率为：

24、偶然符合计数率为：则，真偶符合则，真偶符合(fh)(fh)比为：比为：仍以仍以 符合为例：符合为例：讨论：讨论：希望希望符合装置的符合装置的 越大越好。越大越好。第34页/共77页第三十五页，共78页。(4)延迟延迟(ynch)符合符合 关联事件关联事件(shjin)(shjin)可以是同时性事件可以是同时性事件(shjin)(shjin)，也可以是不同时性事件，也可以是不同时性事件(shjin)(shjin)。飞行飞行(fixng)时间方法时间方法(TOF)测量粒子的飞测量粒子的飞行行(fixng)时间。时间。第35页/共77页第三十六页，共78页。2符合符合(fh)测量装置测量装置1)、多

25、道符合、多道符合(fh)能谱仪能谱仪 加速器带电粒子核反应：加速器带电粒子核反应：DET2DET1第36页/共77页第三十七页，共78页。第37页/共77页第三十八页，共78页。2）、）、HPGe反康普顿反康普顿 谱仪谱仪第38页/共77页第三十九页，共78页。第39页/共77页第四十页，共78页。用用HPGe反康反康普顿普顿 探测器探测器测得的测得的60Co 能谱能谱第40页/共77页第四十一页，共78页。3）4-符合符合(fh)装置装置n n nc 这是一种这是一种(y zhn)测量放射性活度的标准方测量放射性活度的标准方法，适用于带法，适用于带 级联衰变的放射性核素。级联衰变的放射性核素

26、。第41页/共77页第四十二页，共78页。原理原理(yunl)(yunl)测得测得和和的真符合的真符合(fh)(fh)计数率计数率则则 但但no,nono,no和和nconco与实测值与实测值之间有许多效率因子之间有许多效率因子(ynz)(ynz)需要修正。需要修正。测得测得和和的净计数率的净计数率n noo,n,noo。第42页/共77页第四十三页，共78页。修正因子（以下每种修正是只考虑某种修正因子（以下每种修正是只考虑某种修正，最后综合修正，最后综合(zngh)(zngh)考虑）考虑）no no,no,no和和nco nco 分别由分别由n.n.ncn.n.nc得来。得来。要进行一些修正

27、。要进行一些修正。1)1)本底本底(bn d)(bn d)修正修正 第43页/共77页第四十四页，共78页。(2)(2)偶然符合修正偶然符合修正 在在-级联衰变放射源中，只有级联衰变放射源中，只有(zhyu)(zhyu)同一个核发射的同一个核发射的和和之间的符合才是真符合之间的符合才是真符合,而不同核之间的而不同核之间的和和之间的符合为偶然符合。之间的符合为偶然符合。总的偶然总的偶然(u rn)(u rn)符合计数率为符合计数率为道产生道产生(chnshng)(chnshng)偶然符合的计数率为偶然符合的计数率为(n(nnco)snnco)sn道产生偶然符合的计数率为道产生偶然符合的计数率为(

28、n(nn ncoco)s sn n这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合这些不参予真符合的计数就可能产生偶然符合道不参予真符合的计数率为道不参予真符合的计数率为n nn ncoco道不参予真符合的计数率为道不参予真符合的计数率为n nn ncoco第44页/共77页第四十五页，共78页。(3)(3)探测器死时间的修正探测器死时间的修正 探测器死时间能引起漏计数探测器死时间能引起漏计数(j sh)(j sh)，所以必须把漏，所以必须把漏掉的计数掉的计数(j sh)(j sh)补回来。补回来。道道 道道 每个脉冲后有一个死时间每个脉冲后有一个死时间(shjin)，那么单位时间，那么单位时间(sh

29、jin)内的死时间内的死时间(shjin)在死时间在死时间(shjin)内放射源发射的内放射源发射的粒子数粒子数在死时间在死时间(shjin)内发内发射的粒子应有的但是漏掉射的粒子应有的但是漏掉了的计数（死时间了的计数（死时间(shjin)内的漏计数）内的漏计数）漏计数漏计数实测的计数率实测的计数率应该有的净计数率应该有的净计数率第45页/共77页第四十六页，共78页。因为，是单位(dnwi)时间内的死时间远小于1S，第46页/共77页第四十七页，共78页。48利用级数利用级数(j sh)(j sh)展定理为展定理为x1x1时时,则有则有略去略去(l q)高次项则得高次项则得第47页/共77页

30、第四十八页，共78页。()()符合计数率在死时间符合计数率在死时间(shjin)(shjin)内得损失内得损失 分三种情况讨论引起符合的漏计数：分三种情况讨论引起符合的漏计数：第一种情况：当第一种情况：当 道正常计数，道正常计数，道是死时间道是死时间(shjin)(shjin)，则由于，则由于tdtd内内 道无输出道无输出,造成符合道的漏计数造成符合道的漏计数为为应有应有(yn yu)的真符合计数率为的真符合计数率为实测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则符合计数率在死时间内的损失为第48页/共77页第四十九页，共78页。第二种情况第二种情况:当当 道正常计数道

31、正常计数,道是死时间道是死时间,则在则在trdtrd内内,由于由于(yuy)(yuy)道无计数道无计数,造成符合道漏计数为造成符合道漏计数为第三种情况第三种情况(qngkung):(qngkung):道和道和 道同时是死时间道同时是死时间,符合道漏计符合道漏计数取决于数取决于 和和 中比较短者。一般中比较短者。一般右边右边(yu bian)(yu bian)第三项为负是因为第三项为负是因为 道和道和 道同时是死时间造成的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，上式可变换为变换为第49页/共77页第五十页，共7

32、8页。同样同样(tngyng)(tngyng)利用利用略去略去(l q)高次项得到高次项得到若若第50页/共77页第五十一页，共78页。综合考虑综合考虑偶然符合偶然符合及及死时间死时间两项修正，两项修正，可以得到可以得到源活度源活度.这样，只要测出这样，只要测出三道三道的的计数率计数率及它们的及它们的本底本底计数率计数率，并事先测定各道的，并事先测定各道的死时间死时间和和符合装置符合装置的分辨时间的分辨时间，就可以求出，就可以求出源的活度源的活度。其它校正因素还有：其它校正因素还有：内转换电子修正；内转换电子修正；探测器对探测器对 灵敏度修正；灵敏度修正；探测器对探测器对 灵敏度修正；灵敏度修

33、正；-符合计数修正，等。符合计数修正，等。第51页/共77页第五十二页，共78页。4)双双PMTPMT液体闪烁计数器液体闪烁计数器 特点：采用特点：采用符合方法符合方法，可以，可以降低光电降低光电倍增管的噪声倍增管的噪声，有利于，有利于低能低能 粒子核素等粒子核素等的测量。的测量。第52页/共77页第五十三页，共78页。5.3 能谱与能谱与 最大能量的测定最大能量的测定1.1.能量的测量能量的测量能量的测量能量的测量 凡是辐射粒子的凡是辐射粒子的能量测量能量测量，探测器都，探测器都必须工作于必须工作于脉冲工作状态脉冲工作状态(电压脉冲工作电压脉冲工作状态或电流脉冲工作状态均可状态或电流脉冲工作

34、状态均可)。在电压。在电压工作状态时，脉冲幅度：工作状态时，脉冲幅度：为入射粒子在探测器为入射粒子在探测器灵敏体积内灵敏体积内产产生的生的信息载流子的数目信息载流子的数目。第53页/共77页第五十四页，共78页。1)能谱能谱但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即但实验直接测得的是脉冲幅度谱，即式中式中dN代表脉冲幅度落在代表脉冲幅度落在hh+dh的脉冲数，的脉冲数，dN/dh表示输出脉冲幅度为表示输出脉冲幅度为h的的单位幅度间隔单位幅度间隔内的内的脉冲数脉冲数。由于由于统计涨落统计涨落，即使对同一能量的带电粒子，也，即使对同一能量的带电粒子，也会产生会产生不同幅度的脉冲不同幅度的脉冲，形成脉冲幅度分

35、布。脉，形成脉冲幅度分布。脉冲幅度分布的冲幅度分布的中心值中心值对应对应某一入射粒子的能量某一入射粒子的能量。能谱的定义：能谱就是能谱的定义：能谱就是 的直方图。的直方图。实测多采用实测多采用多道脉冲幅度分析器多道脉冲幅度分析器，给出：，给出：第54页/共77页第五十五页，共78页。2)谱仪的能量刻度和能量刻度曲线谱仪的能量刻度和能量刻度曲线 探测器输出探测器输出脉冲幅度脉冲幅度 与与入射粒子能量入射粒子能量E一般具一般具有有线性关系线性关系，这里的，这里的 指脉冲幅度分布的指脉冲幅度分布的中心中心位置的幅度值位置的幅度值。若输出脉冲幅度与入射粒子能。若输出脉冲幅度与入射粒子能量具有良好的线性

36、关系。则有：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，而脉冲幅度分析器具有良好的线性，所以：所以：增益，单位增益，单位为为KeV/ch零道址对应的粒子零道址对应的粒子能量，称为零截能量，称为零截第55页/共77页第五十六页，共78页。E与与x的函数关系的函数关系E(x)，称为能谱仪的称为能谱仪的能量刻度能量刻度曲线曲线。借助于一组。借助于一组已知能量已知能量的辐射源进行的辐射源进行能量能量刻度刻度，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道，而得到一条能量刻度曲线。横坐标为道址址x，纵坐标为入射粒子的能量，纵坐标为入射粒子的能量E。第56页/共77页第五十七页，共78页。2.2.能谱

37、的测定能谱的测定能谱的测定能谱的测定1)能量分辨率能量分辨率以金硅面垒半导体探测器为例。以金硅面垒半导体探测器为例。210Po的的E 5.3MeV，E15.8KeV第57页/共77页第五十八页，共78页。2)能谱仪的能量刻度能谱仪的能量刻度 在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行在测得输出脉冲幅度谱后，必须进行能量能量刻度刻度，才能确定，才能确定 粒子的能量。借助一组已知粒子的能量。借助一组已知能量的能量的 源进行能量刻度，得到一条能量刻度源进行能量刻度，得到一条能量刻度曲线。曲线。根据脉冲幅度分布的根据脉冲幅度分布的中心位置道址中心位置道址求求出出 粒子的能量粒子的能量。对于对于 粒子能谱的测量，

38、要考虑到粒子能谱的测量，要考虑到 粒子与粒子与物质相互作用的特点物质相互作用的特点，并尽量选择，并尽量选择能量分辨率能量分辨率较好较好及及使用较方便使用较方便的探测器。的探测器。3)探测器的选择探测器的选择 金硅面垒半导体探测器；屏栅电离室；带金硅面垒半导体探测器；屏栅电离室；带窗的正比计数器等。窗的正比计数器等。第58页/共77页第五十九页，共78页。由于由于 能谱是能谱是连续谱连续谱，仅存在，仅存在E max，给测量，给测量带来困难。带来困难。1）精确测定）精确测定 粒子能谱粒子能谱(如采用如采用磁谱仪磁谱仪)，用，用居居里描绘里描绘而求出而求出E max。也可用半导体探测器，。也可用半导

39、体探测器，由于存在散射，会使谱形畸变，而影响测量结由于存在散射，会使谱形畸变，而影响测量结果。果。3.3.能谱的测定能谱的测定能谱的测定能谱的测定2）用）用吸收法吸收法测得测得 粒子的粒子的最大射程最大射程，再根据，再根据经经验公式验公式求得其求得其最大能量最大能量。对。对 衰变伴有衰变伴有 射线发射线发射的样品，一般都通过射的样品，一般都通过 能谱的测量来确定核素能谱的测量来确定核素的含量。的含量。第59页/共77页第六十页，共78页。5.4 射线能谱的测定射线能谱的测定1.1.单能单能单能单能 能谱的分析能谱的分析能谱的分析能谱的分析1)单晶单晶 谱仪谱仪常用常用NaI(Tl)，Cs(Tl

40、)，Ge(Li)，HPGe等探测器等探测器 主主过过程程：全全能能峰峰光光电电效效应应所所有有的的累累计计效效应应；康康普普顿顿平平台台、边边沿沿及及多多次次康康普普顿顿散散射射；单、双逃逸峰单、双逃逸峰。2)单能单能 射线的能谱射线的能谱 其他过程其他过程：和峰效应和峰效应；I(或或Ge)逃逸峰逃逸峰；边缘边缘效应效应(次电子能量未完全损失在灵敏体积内次电子能量未完全损失在灵敏体积内)。屏蔽和结构材料对屏蔽和结构材料对 谱的影响谱的影响：散射散射及及反散射反散射峰峰；湮没峰湮没峰；特征特征X射线射线；轫致辐射轫致辐射。第60页/共77页第六十一页，共78页。3)能量特征峰能量特征峰 从单能从

41、单能 射线能谱中可以看出，射线能谱中可以看出，全能峰全能峰、单逃单逃逸峰逸峰、双逃逸峰双逃逸峰的的峰位所对应的能量峰位所对应的能量与与 射线的射线的能量能量都有确定的对应关系，称为都有确定的对应关系，称为特征峰特征峰。即：。即：全能峰全能峰单逃逸峰单逃逸峰双逃逸峰双逃逸峰第61页/共77页第六十二页，共78页。(1)峰位和能量刻度峰位和能量刻度峰位峰位即特征峰的中心位置，代表即特征峰的中心位置，代表 射线的能量。射线的能量。能量刻度能量刻度：选一组能量已知的：选一组能量已知的 射线标准源，射线标准源，用用 谱仪得到特征峰的峰位与谱仪得到特征峰的峰位与 射线能量的关系，射线能量的关系，称为对该称

42、为对该 谱仪的能量刻度。谱仪的能量刻度。(2)峰宽与能量分辨率峰宽与能量分辨率峰函数峰函数：用高斯函数表示。：用高斯函数表示。FWHM与与 的关系的关系：能量分辨率能量分辨率：第62页/共77页第六十三页，共78页。(3)源峰探测效率源峰探测效率、峰面积峰面积、峰总比峰总比、峰康比峰康比源峰探测效率源峰探测效率(又称又称峰探测效率峰探测效率)sp峰面积峰面积或或峰总比：峰总比：峰康比：峰康比：闪烁探测器闪烁探测器半导体探测器半导体探测器第63页/共77页第六十四页，共78页。能谱仪能量能谱仪能量(nngling)分辨率：分辨率：55Fe 5.9keV137Cs 662keV60Co 1.33M

43、eVSi(Li)4%正比计数器正比计数器17%NaI(Tl)80%7-8%5-6%Ge(Li)1.3第64页/共77页第六十五页，共78页。2.2.谱仪装置谱仪装置谱仪装置谱仪装置1)单晶单晶 谱仪。谱仪。探测器探测器放大器放大器多道分析器多道分析器计算机计算机高压高压第65页/共77页第六十六页，共78页。2)全吸收全吸收(xshu)反康普顿谱仪。反康普顿谱仪。主探测器主探测器符合符合(fh)环环前置前置(qin zh)放大放大反反符符合合带带门门控控的的多多道道前置放大前置放大控控制制信信号号测量信号测量信号第66页/共77页第六十七页，共78页。3)康普顿谱仪康普顿谱仪(双晶谱仪双晶谱仪

44、)。放大器放大器放大器放大器符合符合电路电路带带门门控控的的多多道道主探测器主探测器辅探测器辅探测器测量信号测量信号门门控控信信号号第67页/共77页第六十八页，共78页。康普顿散射反冲电子能量：康普顿散射反冲电子能量：第68页/共77页第六十九页，共78页。4)电子对谱仪电子对谱仪(三晶谱仪三晶谱仪)辅辅I辅辅II放大器放大器放大器放大器放大器放大器符符合合带带门门控控的的多多道道测量信号测量信号门门控控信信号号第69页/共77页第七十页，共78页。3.3.复杂复杂复杂复杂 谱的解析谱的解析谱的解析谱的解析1)标准谱法标准谱法 假假定定：混混合合 能能谱谱是是样样品品组组成成核核素素的的标标

45、准准谱谱按按各各自自强强度度的的线线性性叠叠加加。必必须须保保证证：标标准准谱谱与与样样品品谱谱获获取取条条件件相相同同；谱谱仪仪响响应应不不随随计计数率而明显变化数率而明显变化。（1）剥谱法剥谱法（2）逆矩阵法逆矩阵法：样品已知由：样品已知由n种核素组成，种核素组成，求每个核素的活度求每个核素的活度xj。第70页/共77页第七十一页，共78页。(a)确定确定特征道域即各特征道域即各全能峰全能峰，以，以i表示表示(b)确定确定响应函数响应函数通过标准谱得到通过标准谱得到(c)混合样品谱混合样品谱第第i道的计数率道的计数率mi实验测量得到实验测量得到矩阵表示：矩阵表示：A为为aij集合而成的矩阵

46、，称为谱仪的集合而成的矩阵，称为谱仪的响应矩阵响应矩阵；X为未知量为未知量xj组成的矩阵；组成的矩阵；M为各道域计数率组成的列矩阵。为各道域计数率组成的列矩阵。第71页/共77页第七十二页，共78页。(d)解矩阵方程解矩阵方程即：即：可求出待测样品的各组成核素的可求出待测样品的各组成核素的含量含量。一般样品中不超过一般样品中不超过56个核素。个核素。第72页/共77页第七十三页，共78页。2)函数拟合法函数拟合法（1）把谱分成若干）把谱分成若干谱区间谱区间，每个谱区间包含，每个谱区间包含了若干了若干叠加在本底上的峰叠加在本底上的峰。（2）在该谱区间，谱曲线用）在该谱区间，谱曲线用谱函数谱函数表

47、示：表示：n为谱数据点数，为谱数据点数，i为道址，为道址，为由谱曲线为由谱曲线函数确定的第函数确定的第i道谱数据。道谱数据。称待定参数向量，称待定参数向量，k为待定为待定参数的个数。参数的个数。k个参数决定了谱的形状和特个参数决定了谱的形状和特征。征。第73页/共77页第七十四页，共78页。典型函数：典型函数：本底本底 峰高峰高 峰位峰位 峰宽峰宽第74页/共77页第七十五页，共78页。（3）把谱函数与谱数据）把谱函数与谱数据拟合拟合，得到，得到残差平方和残差平方和Yi为实测谱数据。为实测谱数据。n为数据点数。为数据点数。gi为权重因为权重因子，可取子，可取gi=1/Yi。该方程称为目标方程。

48、该方程称为目标方程。为满足残差平方和最小，为满足残差平方和最小，解一系列方程，即可确定解一系列方程，即可确定参数向量参数向量，得到，得到峰峰形参数形参数，即得到谱区间内各个峰的峰位、峰，即得到谱区间内各个峰的峰位、峰高和峰宽度。高和峰宽度。对每个峰的峰函数积分，可得到峰对每个峰的峰函数积分，可得到峰净面积净面积。第75页/共77页第七十六页，共78页。4.4.用计算机实现谱自动解析用计算机实现谱自动解析用计算机实现谱自动解析用计算机实现谱自动解析1)谱数据平滑谱数据平滑减小谱数据的减小谱数据的统计涨落统计涨落，同时，同时保持保持峰的特征峰的特征，如峰位、峰面积等。用多项式拟合移动法，如如峰位、峰面积等。用多项式拟合移动法，如二次多项式拟合，得到：二次多项式拟合，得到：2)寻峰寻峰(1)逐道比较法；逐道比较法；(2)导数法；导数法；(3)协方差法；协方差法；(4)线性拟合寻峰。线性拟合寻峰。3)确定峰参数，如峰位、峰高、峰面积等确定峰参数，如峰位、峰高、峰面积等4)计算误差及结果输出计算误差及结果输出第76页/共77页第七十七页，共78页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第77页/共77页第七十八页，共78页。