核电子学与核仪器复习题(解答)-原版.docx
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1、Ar-.jt第一早1 .解释:核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号的转换器,即传感器或换能器。是用来对核辐射和粒子的微观现象,进行观察和研究的传感器件、装置或材料。2 .核辐射探测的主要内容有哪些?辐射探测的主要内容有:记录入射粒子的数量(射线强度),测定射线的种类,确定射线的能量等。应用要求不同,探测的内容可能不同,使用的辐射探测器也可能不同。3 .常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类?常见的辐射探测器,按工作原理可分成以下几类:利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器,例如,电离室、半导体探测器等。利用射线通过物质产生荧光现
2、象做成的探测器,例如,闪烁计数器。利用辐射损伤现象做成的探测器,例如,径迹探测器。利用射线与物质作用产生的其他现象,例如,热释光探测器。利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器,例如,中子计数管。利用其他原理做成的辐射探测器。4 .闪烁计数器由哪几个部分组成?答:闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。5 .核辐射探测器输出的脉冲,其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系?入射射线强时,单位时间内产生的脉冲数就多一些;入射粒子能量大时,产生的光子就多,脉冲幅度就大一些,从这些情况便可测知射线的强度与能量。6 .按不同的分类标准,闪烁体分为哪几类?试列举。
3、闪烁体的种类很多,有固体的,液体的,也有气体的。可以是有机物,也可以是无机物。闪烁体的外形也可随应用要求而不同。7 .对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求?闪烁体应该有较大的阻止本领,这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量,使其更多地转换为光能,发出较亮的闪光。为此,闪烁体的密度及原子序数大一些对测量Y射线是合适的。闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。闪烁体对自己发出的光应该是透明的,这样,闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上,产生更多的光电子。闪烁体的发光时间应该尽可能短。闪烁体的发光时间越短,它的时间分辨能力也就越强,在一定时间间隔内,能够
4、观测的现象也就更多,可以避免信号的重叠。闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配,这样才能使产生的光子被充分利用起来,使光电倍增管的光阴极产生较多的光电子。否则,将因为光电倍增管对闪烁体发射的光子光谱不敏感,而不能产生良好的响应,得不到大的输出信号。闪烁体要有很高的能量分辨本领。除此以外,其它条件,例如:要求闪烁体易于加工;闪烁体具有适当的折射率和光藕合能力,尽可能避免全反射,使大部分光线都能射到光电倍增管的光阴极上;闪烁体能够长期工作于辐射条件下,闪烁体性能稳定等等,也是人们所期望的。8 .解释:能量分辨本领、能量分辨率、能量分辨力能量分辨本领是指,针对两种不同能量的入射粒子,探测
5、器所能够测定最小的能量间隔。我们定义能量分辨率W42为:WI/2=/%X100%这样,当脉冲幅度被放大时,也被放大,分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小,则分辨本领越好。9 .表示分辨本领的高低的方法有哪些?一是将如图所示横坐标换算成能量单位(keV或eV),的2相应为f,这时,信号幅度虽然被放大,但引起这些信号的原始射线能量并未改变,可以凭此相互比较,而不会因为放大倍数等测量条件的改变而产生差错。称心为极大值一半处的宽度,简称半高宽(FWHM,fullwidthathalfmaximum),来表征探测器的能量绝对分辨能力。除了用半高宽(FWHM)以外,有时还用F
6、WTM来表达,即:十分之一高宽(FWTM,fullwidthattenthmaximum)o办法之二是,采用能量分辨率来表示分辨本领的高低。我们定义能量分辨率也/,为:,zWi/2=AA1/2/o1OO%这样,当脉冲幅度被放大时,也被放大,分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小,则分辨本领越好。10 .理想的能谱与实际测得的能谱有何区别?实际的测得的有本底11 .解释:脉冲幅度谱、微分谱、仪器谱、半高宽、谱仪的能量分辨率将闪烁计数器的输出画成一条曲线来看,横坐标表示闪烁体输出的信号幅度,纵坐标为在一段时间内,不同幅度的脉冲在对应的脉冲幅度位置上的累计数(而不是计数率
7、),这条曲线称为脉冲幅度的微分分布曲线,简称微分谱(仪器谱)。半高宽是这样求得的:在最大计数的一半处,画一条平行于横坐标轴的直线,与曲线相交得到的宽度即为从图2.3可见,越小,则分辨本领越好,理想的情况应接近0,这时分布曲线将接近为一条垂直于横坐标轴的直线。谱仪的能量分辨率Wg为:Ny/%X这样,当脉冲幅度被放大时,人,也被放大,分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小,则分辨本领越好。12 .对于分辨率分别为8%和13%的Nal(TI)晶体,哪个晶体的能量分辨能力高?能量分辨率越小,则分辨本领越好,能量分辨能力高。对于能量分辨率分别为8%和13%的Nal(Tl)晶体
8、,则前者的分辨能力优于后者。13 .用好的Nal(TI)晶体和光电倍增管,能量分辨率可达多大?能量分辨率可达6%7%左右。14 .能量分辨能力与射线能量有何关系?能量越高,产生粒子数越多,相对涨落就越小,能量分辨本领就会好些;能量越低,产生的光子数越少,相对涨落就会越大,能量分辨本领就会差。15 .解释:探测效率一段时间内,探测器探记录到的粒子数与入射到探测器中的该种粒子数之比。(探测效率是入射粒子通过探测器的灵敏体积时,能产生输出信号的概率)16 .常用的闪烁体有哪些?碘化钠(钝)(2)硫化锌(银)(3)碘化艳(铭)(4)碘化锂(钝)(5)液体闪烁体17 .为什么NalCn)探测器具有很高的
9、探测效率?NaIcn)晶体是具有很大光输出的闪烁体,广泛应用于探测Y射线的强度和能量。NaI(Tl)晶体的相对密度大,有效原子序数高,碘的含量占85%(碘的原子序数为53),所以阻止Y射线本领很大。Nal闪烁体可以做成很大的尺寸(体积在。200mmx200mm以上),由于NaI(Tl)单晶十分透明,利用它来探测Y射线是很有利的,探测Y射线效率很高,可在百分之几十左右。18 .与NaI(TI)探测效率有关的因素有哪些?al(Tl)的探测效率不仅和入射粒子的能量有关,还与闪烁体的大小、闪烁体的屏蔽物等因素有关。19 .使用Nal闪烁体有哪些注意事项?Nal(TI)晶体的缺点是易潮解,应注意防潮,必
10、须装在密封的容器内。避光,NaI(Tl)因强光照射会变色,也可在长期避光的条件下褪色,性能可以恢复。温度改变时,NaI(Tl)的发光效率及发光衰减时间都有很大改变。使用体积大的NaI(Tl)晶体时,应注意避免其骤冷骤热,以免晶体破裂。20 .NaI(Tl)中含有少量的铭,铭起什么作用?使用时要注意什么?NalCn)中含有少量的铭(ta),错是使闪烁体能够有效发光的激活物质。铭是一种剧毒物质,当闪烁体损坏,晶体由铝壳中取出后,应妥善保存,防止将铭弄入口中。21 .当NalCn)晶体用来探测低能量X射线时,对晶体的封装有何要求?为什么?封装用的铝壳或顶端X射线入射窗口应改为薄的钺片或其他薄膜,因为
11、过厚的铝壳或原子序数大的材料将吸收掉X射线,钺的原子序数小,X射线不容易被吸收。22 .ZnS(Ag)闪烁体有哪些优缺点?ZnS(Ag)闪烁体的发光效率很高,因为它是一种多晶粉末,颗粒度为几微米至几十微米,不能做成大的透明单晶,被广泛用来探测射线等重粒子,探测效率可达100%。ZnS(Ag)产生的光脉冲幅度与入射粒子能量近似成正比,也可用作粒子能量的测量,但能量分辨能力较差。ZnS(Ag)的发光时间较长,一般约为IoHs,且有磷光现象。在受强光照射后,余辉时间长,并影响发光效率,应避光存放,严禁曝晒。ZnS(Ag)是多晶粉末,透明度很差,不能做得很厚,一般均匀喷涂在玻璃片或有机玻璃片上,做成薄
12、片状。这样的薄片对Y或B射线灵敏度很低,但能有效地记录射线23.CSl(TD闪烁体有哪些优缺点?CSlcn)闪烁体的最大特点是不潮解,无需铝壳等包装防潮。CSI(TI)的有效原子序数比Nal(Tl)高,所以其探测效率比NalCn)高,可用做探测Y射线和X射线。CSI(Tl)成本较高,所以探测Y射线仍广泛应用NaIcn)晶体。CSlCn)也有磷光现象,应避光保存,严禁曝晒,长期不用应放在干燥缸中。24 .碘化锂(铭)用来探测哪类射线?简述探测原理?常用来记录中子。利用6U受中子轰击,发生核反应来测量中子一:“+:入由式中可见,该反应不仅放出。粒子(;*),而且还放出僦核(:),它们都具有使闪烁体
13、发出荧光的能力。25 .简述对液体闪烁体的了解?是一种有机闪烁体,常用来测量低能B射线、Y射线等辐射。在某些弱放射性或液体样品的测量中广泛使用。26 .简述光电倍增管及微通道板的作用。二者有何特点、区别?光电倍增管将闪烁体输出的微弱荧光转变为电信号,并成比例地加以放大输出,由于光电倍增管不仅放大倍数很大,而且在时间响应上也极快,所以它能与闪烁体配合工作。微通道板用它来放大光电信号27 .简述光电倍增管的工作原理工作时,各电极上依次加有递增的电压,当光阴极上打出的光电子经电场加速,打到第一个倍增电极上时,每个光电子能够从这个倍增电极上打出36个电子,这些电子又被电场加速,又会在下一级倍增电极上打
14、出36倍的电子来,这样不断地增殖,阳极上就可以收集到一大群电子,形成一幅度足够大的电脉冲,由阳极输出。28 .闪烁计数器由哪几部分组成?将闪烁体和光电倍增管按实际需要加以组合,就可以构成闪烁计数器29 .在闪烁计数器中,什么是光导?当光电倍增管与闪烁体不能直接接触时,怎么办?为了减少闪光在闪烁体和光阴极耦合界面上发生全反射,使大部分光能够射到光阴极上,需要在闪烁体与光电倍增管之间加上一定的光藕合物质,称为光导。2可以将光导做成长的光导管,使闪烁体的闪光能传输一定距离30 .测量。射线采样哪种闪烁体?需要注意什么?常用的CI闪烁体为ZnS(Ag)晶体。其外不应有覆盖物,闪烁体做成一层薄膜,使其厚
15、度稍大于粒子在此闪烁体中的射程。31 .测量B射线采样哪种闪烁体?需要注意什么?是有机闪烁体或塑料闪烁体,测量B射线时,闪烁体厚度要大一些为了消除。射线的影响,B闪烁体需要外包一层铝箔,并可屏蔽光线。32 .测量Y射线采样哪种闪烁体?答:测量Y射线多用无机闪烁体,Nal(Tl)是最常用的33 .光电倍增管各倍增极上的电压可以通过分压电阻得到,对分压电阻有何要求?为什么?在进行一般强度测量时,各极电压没有特殊要求,用做能谱测量时,分压电阻不宜太大光电倍增管内有电流脉冲通过时,各极电压波动可以较小34 .影响闪烁计数器稳定性的主要因素有哪些?高压电源的影响使用时间的影响辐射强度的影响(4)温度的影
16、响35 .简述高压电源对闪烁计数器稳定性影响?36 .解释:闪烁计数器的疲劳现象与老化现象37 .简述辐射强度对闪烁计数器稳定性影响?38 .闪烁计数器受温度的影响表现在哪两个方面?39 .为了降低或消除温度对闪烁计数器的影响,使闪烁体和光电倍增管输出的信号稳定,我们可以采取哪些办法?40 .稳谱技术使闪烁计数器输出的信号得到自动补偿,获得稳定的效果。如果稳谱装置中使用的参考源是辐射体,而测量的是Y射线,能得到稳谱效果吗?为什么?41 .何为闪烁计数器的“坪”曲线?当闪烁计数器的光电倍增管所加电压改变时,如果其它条件不变(放射源、电路的放大倍数及甄别阈都不变),可以得到计数率与加在光电倍增管上
17、的高压之间的关系曲线。在一定的条件下,这条曲线的中部,可能出现一段平坦部分,称之为“坪”。如图所示,称它为闪烁计数器的“坪”曲线。42 .为什么要利用闪烁计数器的“坪”曲线?光电倍增管工作于“坪”区。这样,当加在光电倍增管上的高压发生变化时,闪烁计数器的计数率仍能基本保持不变,读数变化在统计涨落的范围内最小,测量结果稳定。43 .使用闪烁计数器有哪些注意事项?光电倍增管必须避光使用,严防漏光。为使闪烁计数器正常工作,应提前接通电源,使光电倍增管达到稳定工作状态。闪烁体及光电倍增管均应避光保存。光电倍增管及管座应该保持清洁干燥,不发生发生漏电。工作时,磁场对光电倍增管有影响,应采取屏蔽措施。光电
18、倍增管应选择合适的高压。使用时应该仔细检查光电倍增管45 .气体探测器有哪几种?电离室、正比计数器和盖-勒(G-M)计数器统称为气体探测器。46 .电离室有哪两种类型?分别解释之。一种是记录单个辐射粒子的脉冲电离室,主要用于测量重带电粒子的能量和强度。按输出回路的参量,脉冲电离室又可分为离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累计效应的累计电离室,主要用于测量X、YB和中子射线的强度或通量、剂量或剂量率。它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。47 .在电离室中,造成谱线展宽最基本的因素是什么?能量分辨力由什么决定?答:在电离室中,造成谱线展宽最基本的因素
19、是电离的统计涨落.电离的统计涨落决定了能量分辨率的极限48 .解释:气体探测器的气体放大现象气体放大现象,即被加速的原电离电子在电离碰撞中,逐次倍增而形成电子雪崩。49 .与电离室相比,正比计数器有哪些优点?(1)输出的脉冲幅度较大。(2)灵敏度较高。(3)脉冲幅度几乎与原电离的地点无关。50 .正比计数器可根据不同的探测对象充气,如探测热中子、探测快中子、探测X射线分别充什么气体?为什么?如探测热中子时充BF3气体,探测快中子时充H2、CH4和3He气体,探测X射线时充Kr或Xe气等51 .简述计数器的工作原理与名称由来。52 .G-M计数器探测射线具有哪些优、缺点?G-M计数器探测射线具有
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