核辐射探测器..ppt

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1、第五章第五章 辐射测量方法辐射测量方法辐射测量对象：辐射测量对象：放射性样品放射性样品活度活度测量；测量；辐射场量辐射场量的测量；的测量；辐射能量或辐射能量或能谱能谱的测量；的测量；辐射辐射剂量剂量的测量；的测量；位置位置的测量的测量(辐射成像辐射成像)；时间时间的测量；的测量；粒子鉴别等。粒子鉴别等。5.1 放射性样品的活度测量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和绝对法测量 相相对对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与被被测测样样品品相相同同的的已已知知活活度度的的标准源，且标准源，且测量条件必须相同测量条件必须相同。相相对对法法测测量量

2、：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度成正比活度成正比，可求出样品的活度：，可求出样品的活度：AA0n/n0。2、绝对测量中影响活度测量的几个因素、绝对测量中影响活度测量的几个因素1)1)几何因子几何因子（fg）点源点源 绝对测量法绝对测量法复杂复杂，需要考虑很多影，需要考虑很多影响测量的因素，但绝对测量法是活度测响测量的因素，但绝对测量法是活度测量的量的基本方法基本方法。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际

3、进入探测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器仅是小立体角内的射线内的射线.几何因子为几何因子为2)2)探测器的本征探测效率或灵敏度探测器的本征探测效率或灵敏度(1)对脉冲工作状态对脉冲工作状态：本征探测效率：本征探测效率(2)对电流工作状态对电流工作状态：灵敏度：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；探测器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的器的种类、运行状况、几何尺寸；电子仪器的状态（如状态（如甄别阈的大小甄别阈的大小）等。）等。3)3)吸收因子吸收因子 (fa)射线从产生到入射到探测器的灵敏体射线从产生到入射到探测器的灵敏体积所经过的

4、积所经过的吸收层吸收层为：为：u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)；u样品和探测器之间空气的吸收；样品和探测器之间空气的吸收；u探测器窗的吸收。探测器窗的吸收。例如例如射线：射线：物质对这种物质对这种的质量吸收系数的质量吸收系数穿过物质的厚度穿过物质的厚度 射线服从指数吸收规律射线服从指数吸收规律:自吸收吸收因子自吸收吸收因子 ：4)4)散射因子散射因子 (fb)放射性样品发射的射线可被其放射性样品发射的射线可被其周围介周围介质质所所散射散射，对测量造成影响。，对测量造成影响。散射对测量结果的影响有两类：散射对测量结果的影响有两类：正向散射正向散射反向散射反向散射

5、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经散射后进入散射后进入灵敏区，使计数率灵敏区，使计数率增加增加。反射修正因子的实验方法确定：反射修正因子的实验方法确定：粒子在粒子在源的托板支承物源的托板支承物等上的等上的大角度散射大角度散射,使得使得本不在小立体角本不在小立体角内的内的粒子会进入探测器引起粒子会进入探测器引起计数增加计数增加,故要修正。故要修正。没有支承膜是理想状态没有支承膜是理想状态，通常用，通常用有机膜有机膜来实现。来实现。有机膜的有机膜的Z Z较低较低,

6、又很薄又很薄,散射可以忽略。散射可以忽略。5)5)死时间修正因子死时间修正因子 (f)式中式中n 为实际测量到的计数率，为实际测量到的计数率，m为真计数为真计数率，率，为测量装置的分辨时间。为测量装置的分辨时间。6)6)本底计数率本底计数率 （nb）3 3、对对、放射性样品活度的测量方法放射性样品活度的测量方法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，对于对于厚厚 放射性样品和放射性样品和 放射性样品的测放射性样品的测量需考虑各种修正因子。量需考虑各种修正因子。修正因子多，测量误差大，达修正因子多，测量误差大，达5102)2)测量装置测量装置小立体角法小立体

7、角法 :放射源或样品与探测器之间的布置的放射源或样品与探测器之间的布置的角度。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探测器和样品都放在铅室铅室内内.铅壁厚度一般要大于铅壁厚度一般要大于5mm5mm2 2、为了减少散射为了减少散射,铅室内腔要铅室内腔要足够空旷足够空旷.注意：注意：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(),(),铅室内壁有铅室内壁有一薄层铅皮或塑料一薄层铅皮或塑料(厚度约为厚度约为2-5mm)2-5mm)4 4、为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射,它们都采用它们都采用低低Z Z材料作成材料作成.5

8、5、准直器用来确定立体角准直器用来确定立体角,并可防止立体角以外的并可防止立体角以外的射线进入探测器射线进入探测器.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、塑料闪烁薄窗正比管、塑料闪烁探测器探测器(加加避光铝铂避光铝铂).).2)2)4 4 计数法计数法 流气式流气式4 正比计数器正比计数器；(适用于固态放射适用于固态放射源源)内充气正比计数器内充气正比计数器和和液体闪烁计数器液体闪烁计数器；(适用于适用于14C、3H等低能等低能 放射性测量，将放射性测量，将14C、3H混于工作介质中混于工作介质中)将将源源移到计数管移到计数管

9、内部内部，使计数管对源所，使计数管对源所张立体角为张立体角为4，减小了，减小了散射散射、吸收吸收和和几何几何位置位置的影响。的影响。测量误差小，可好于测量误差小，可好于1。4、射线强度的测量射线强度的测量 射线射线强度的测量强度的测量包括包括 辐射场辐射场测量和测量和 射射线放射源活度线放射源活度的测量。同样可以用的测量。同样可以用相对测相对测量法量法和和绝对测量法绝对测量法测量。测量。如能获得如能获得 能谱能谱，可利用，可利用 谱的谱的全能峰面全能峰面积积来来确定源活度确定源活度，对于对于 射线同位素放射射线同位素放射源绝对测量常用源峰效率源绝对测量常用源峰效率得到源活度：得到源活度：5.2

10、 符合测量方法符合测量方法符合方法符合方法：用不同的探测器来判断用不同的探测器来判断两个两个或或两个以上两个以上事事件的件的时间上时间上的的同时性同时性或或相关性相关性的方法的方法。符合事件符合事件：两个或两个以上在时间上相互关联的事件。两个或两个以上在时间上相互关联的事件。1、符合方法的基本原理、符合方法的基本原理1)符合符合(真符合真符合)用用符合电路符合电路来来选择同时事件选择同时事件 以以 符合装置符合装置为例：对一个放射源同时放为例：对一个放射源同时放出的出的 和和 射线，用两个探测器分别测量。射线，用两个探测器分别测量。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

11、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入两两个个探探测测器器的的时时刻刻一一定定是是同同时的，则有：时的，则有：(2)反符合反符合 用用反符合电路反符合电路来来符合事件脉冲符合事件脉冲的方法的方法 反符合康普顿谱仪反符合康普顿谱仪为反符合电路的典型为反符合电路的典型应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积应用。可以有效提高峰总比（全能峰面积与谱全面积之比）。与谱全面积之比）。反符合电路反符合电路中两个输入端分别为分析道和反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，把要符合道。把要消除掉

12、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。时反符合电路才有输出。记录记录入射入射 射线在探测器中能量全吸收的事件；射线在探测器中能量全吸收的事件；而而去除去除发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃发生康普顿散射、并且散射光子又发生逃逸的事件。逸的事件。多道分析器多道分析器Gate反符合：反符合：消除符合事件的信号消除符合事件的信号。(3)符合装置的符合装置的分辨时间分辨时间 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：符合装置所能区分的最小时间间隔小时间间隔 s，符合电路两输入信号时间间隔只，

13、符合电路两输入信号时间间隔只要要小于小于 s，就被认为是，就被认为是同时事件同时事件给出符合信号。给出符合信号。实际上实际上任何符合电路任何符合电路都有都有确定确定的的 s，它的大小，它的大小与与输入脉冲的宽度输入脉冲的宽度有关。如下图所示：有关。如下图所示：当当两个输入脉冲两个输入脉冲之间的之间的时间间隔时间间隔 s时，符时，符合电路输出一个合电路输出一个符合脉冲。符合脉冲。反之，就没有符反之，就没有符合脉冲输出。合脉冲输出。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，这一射线，这一对对、如果分别进入两个探测器，将两探测器输如果分别进入

14、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，这种合脉冲，这种一个事件与另一个事件一个事件与另一个事件具有具有内在因果内在因果关系（即相关性）的符合关系（即相关性）的符合输出称为输出称为真符合。真符合。另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如，有另外也存在不相关的独立事件相互符合，例如，有两个原子核两个原子核同时衰变同时衰变，其中一个原子核放出的，其中一个原子核放出的粒粒子与另一个原子核放出的子与另一个原子核放出的粒子粒子同时同时分别被两个探分别被两个探测器所记录，这样的事件就不是真符合事件。这种测器所记录，这样的事件就

15、不是真符合事件。这种不具有相关性的事件不具有相关性的事件间的间的符合符合称为称为偶然符合。偶然符合。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内的两如前所述，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，即符合计数与两个事件是否有内在因果关系无关，即符合计数中包括中包括真符合计数和偶然符合计数真符合计数和偶然符合计数。每当在。每当在时间间时间间隔内隔内存在存在两个独立事件引起的脉冲两个独立事件引起的脉冲时，就时，就可能被符可能被符合装置作为符合

16、事件记录下来合装置作为符合事件记录下来，这种符合叫做，这种符合叫做偶然偶然符合。符合。显然显然符合分辨时间符合分辨时间越大，发生偶然符合的几越大，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：数率也将越大，它们间的关系可推导如下：设有两个设有两个独立独立的的放射源放射源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记录。两组源和探测器之间用足够厚足够厚的铅屏蔽隔开的铅屏蔽隔开，见下图，在这种情况下，见下图，在这种情况下，符合脉冲符合脉冲均为偶然符合

17、。均为偶然符合。假设两符合道的脉冲均为假设两符合道的脉冲均为理想的矩形脉冲理想的矩形脉冲，其宽度，其宽度为为 。再设第。再设第道的道的平均平均计数率计数率为为n n1 1，第，第道的道的平平均均计数率计数率为为n n2 2，则在，则在t t0 0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t t0 0-s到到t0+t0+s时间内进入第时间内进入第道的脉冲发道的脉冲发生偶然符合，如下图，其生偶然符合，如下图，其平均偶然符合率平均偶然符合率为：为：显然，显然，减少减少 s能够能够减少偶然符合几率减少偶然符合几率，但是减少，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到一定程度

18、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的分辨时间 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，从而造成真符合的丢失。从而造成真符合的丢失。减小偶然符合计数率的方法：减小偶然符合计数率的方法：(1)(1)减小符合减小符合分辨时间分辨时间 s，但是会影响符合效率，但是会影响符合效率 (2)(2)减小各符合道计数率减小各符合道计数率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

19、率：例例：实验测得偶然符合计数率：实验测得偶然符合计数率 nrc=72/hr.符合道计数符合道计数n1=n2=100/sec，求分辨时间，求分辨时间 s。真偶符合比真偶符合比 符合计数的实验测量值中总是包含真符合计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。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：偶然符合计数率为：则，则，真偶符合比真偶符合比为：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。(4)延迟符合延迟符合 关联事件关联事件可以是可以是同时性同时性事件，也可以是事件，也可以是不同不同时性时性事件。事

20、件。飞行时间方法飞行时间方法(TOF)测量粒子的飞行时间。测量粒子的飞行时间。2符合测量装置符合测量装置1)、多道符合能谱仪、多道符合能谱仪 加速器带电粒子核反应：加速器带电粒子核反应：DET2DET12）、）、HPGe反康普顿反康普顿 谱仪谱仪用用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3）4-符合装置符合装置n n nc 这是一种测量放射性活度的标准方法，适用这是一种测量放射性活度的标准方法，适用于带于带 级联衰变的放射性核素。级联衰变的放射性核素。原理原理 测得测得和和的真符合计数率的真符合计数率则则 但但n noo,n noo和和n ncoco与实测值之与实

21、测值之间有许多效率因子需要修正。间有许多效率因子需要修正。测得测得和和的净计数率的净计数率n noo,n noo。修正因子修正因子（以下每种修正是只考虑某种修（以下每种修正是只考虑某种修正，最后综合考虑）正，最后综合考虑）n noo,n noo和和n ncoco 分别由分别由n n.n.n.n nc c得来。得来。要进行一些修正。要进行一些修正。1)1)本底修正本底修正 (2)(2)偶然符合修正偶然符合修正 在在-级联衰变放射源中，只有同一个核发射的级联衰变放射源中，只有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之间的符合为偶然符合。符合

22、为偶然符合。总的偶然符合计数率为总的偶然符合计数率为道产生偶然符合的计数率为道产生偶然符合的计数率为(n nn ncoco)s sn n道产生偶然符合的计数率为道产生偶然符合的计数率为(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(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，所以必须把漏掉的计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。数补回来。道道

23、道道 每个脉冲后有一个死时间，每个脉冲后有一个死时间，那么单位时间内的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在死时间内放射源发射的粒子数粒子数在死时间内发射的粒子应在死时间内发射的粒子应有的但是漏掉了的计数有的但是漏掉了的计数（死时间内的漏计数）（死时间内的漏计数）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因为，是单位时间内的死时间远小于1S，48利用级数展定理为利用级数展定理为x1x1时时,则有则有略去高次项则得略去高次项则得()()符合计数率在死时间内得损失符合计数率在死时间内得损失 分分三种三种情况讨论引起符合的漏计数：情况讨论引起符合的漏计数：第一

24、种情况：第一种情况：当当 道正常计数，道正常计数，道是死时间，则由道是死时间，则由于于t td d内内 道无输出道无输出,造成符合道的漏计数为造成符合道的漏计数为应有的真符合计数率为应有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二种情况第二种情况:当当 道正常计数道正常计数,道是死时间道是死时间,则在则在t trdrd内内,由由于于 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:道和道和 道同时是死时间道同时是死时间,符合道漏计数取决符合道漏计数取决于于 和和 中比较短者。一般中比较短者。

25、一般右边第三项为负是因为右边第三项为负是因为 道和道和 道同时是死时间造成的符合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，上式可变换为可变换为 同样利用同样利用略去高次项得到略去高次项得到若若 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

26、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；灵敏度修正；-符合计数修正，等。符合计数修正，等。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。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

27、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。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

28、，形成脉冲幅度分布。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：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一般一般具有具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中心位置的幅度值心位置的幅度值。若输出脉冲幅度与入射粒子。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：能量具有良好的

29、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。2.2.能谱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

30、探测器为例。210Po的的E 5.3MeV，E15.8KeV2)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，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

31、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。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

32、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。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)，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

33、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。3)能量特征峰能量特征峰 从单能从单能 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

34、峰双逃逸峰(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：(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

35、)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 能谱仪能量分辨率：能谱仪能量分辨率：55Fe 5.9keV137Cs 662keV60Co 1.33MeVSi(Li)4%正比计数器正比计数器17%NaI(Tl)80%7-8%5-6%Ge(Li)1.32.2.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2)全吸收反康普顿谱仪。全吸收反康普顿谱仪。主探测器主探测器符合环符合环前置放大前置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

36、信号3)康普顿谱仪康普顿谱仪(双晶谱仪双晶谱仪)。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康普顿散射反冲电子能量：康普顿散射反冲电子能量：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

37、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。(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，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

38、计数率组成的列矩阵。为各道域计数率组成的列矩阵。(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。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

39、。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。典型函数：典型函数：本底本底 峰高峰高 峰位峰位 峰宽峰宽（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。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

40、每个峰的峰函数积分，可得到峰净面积净面积。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