核辐射测量方法考试必考点.docx

剂量当量：是用适当的修正因数对吸收剂量进行修正，使得修正后的吸收剂量更好地和辐射所引起的有害效应联系起来。定义为在组织内所关心的一点上的吸收剂量D、品质因数Q、修正因子的三项乘积。这组辐射物理量适用于度量在各种介质中的各种射线。吸收剂量与照射量的关系：空气辐射场的X或射线，可通过下式将照射量X换算为吸收剂量D：其中：g表示发生韧致辐射而逃逸出去的能量（未发生电离产生离子对）；W为平均电离能；e为电子电量。2、简要说明放射性物质的常用重量单位及其适用对象，常用的活度单位及其适用对象，常用的含量单位有哪些？放射性物质的重量（常将重量和质量称呼一致）单位常用的有克、千克，适用长寿核素；常用的活度单位有Bq、Ci，适用长寿和短寿核素。固体物质中放射性核素的含量单位有：克/克、克/100克（%）、克/吨（g/t）、ppm；液体或气体物质中放射性核素的含量单位有：g/L, mg/L，Bg/L,Bg/m3。3、说明放射性活度与射线强度的区别。放射性活度：指单位时间内发生衰变的原子核数目。射线强度：放射源在单位时间内放出某种射线的个数。4、放射性核素的活度经过多少个半衰期以后，可以减少至原来的15%、7%、0.1%？根据： ，依次类推。5、采用两种方法计算距一个活度为1居里的60Co放射源一米远处的伽玛射线照射量率（注： 60CO 每次衰变放出能量为1.17MeV和1.33MeV的光子各一个，在空气中的质量吸收系数为2.6610-3m2/Kg）。解法一（查表法）：查表知解法二（物理法）：6、简述外照射防护的基本原则和基本方法，以及内照射防护的最根本方法。外照射防护基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。外照射防护的基本方法（三要素）：（1）时间防护：根据累积剂量与受照时间成正比，采取的措施为充分准备，减少受照时间；（2）距离防护：根据剂量率与距离的平方成反比（点源），采取的措施为：远距离操作；任何源不能直接用手操作；注意射线防护。（3）屏蔽防护：措施为设置屏蔽体；屏蔽材料和厚度的选择（根据辐射源的类型、射线能量、活度，考虑各种辐射与物质的相互作用的差别）。内照射防护最根本的防护方法是尽量减少放射性物质进入体内的机会（包括经口摄入、经呼吸道吸入、经皮肤、伤口进入）。第四章 带电粒子测量方法1、对气体电离探测器，说明电离室的工作原理、并分别说明离子脉冲电离室、电子脉冲电离室、屏栅电离室能够用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因，它们各有哪些缺点存在？气体探测器利用收集射线在气体中产生的电离电荷来探测入射粒子。电离室工作在气体电离放电伏安曲线的饱和区。入射粒子在灵敏体积内引起工作气体分子的电离，产生电子和正离子(离子对) 。在电场作用下，分别朝着正、负电极漂移，因而电极上的感生电荷随之而变。当高压电极保持固定电位时，则收集极的电位将随着电子和正离子的漂移而变化。当离子对全部到达电极，此时的电压脉冲值为。可见，电压脉冲的个数能够反映入射粒子的个数；电压脉冲的幅度V饱和能够反映入射粒子的能量E。离子脉冲电离室的工作条件为时间常数RC收集正离子所需的时间T+，当tT+时，脉冲是上升阶段，当t=T+时，脉冲达到最大值，随后，按时间常数为RC的指数规律下降。因此，离子脉冲电离室可用来测量带电粒子的能量，特别是重带电粒子（如粒子）。即可测量入射粒子的能注量率和粒子注量率。缺点：脉冲延续时间太长（ms），当计数率大于102cps时，脉冲可能发生重叠。电子脉冲电离室的工作条件为T-（收集电子所需时间）RCT+（收集正离子所需时间），在tT-以后就以时间常数RC放电。可认为电子已被收集而正离子几乎还没动。因而，脉冲宽度为RC的量级（10-410-5s），最大幅度决定于，但与离子对产生的地点有关。所以，电子脉冲电离室的缺点是不能用于分析带电粒子的能量(不能测量能注量率)，可用于测入射粒子的粒子注量率，并可获得更高的计数率。屏栅电离室克服了电子脉冲电离室的脉冲幅度与电离产生地点有关的缺点，使脉冲高度正比于原始电离电荷，而不再与产生位置有关。因此可用于测入射粒子的粒子注量率和能注量率。2、说明正比计数器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？正比计数器是一种充气型辐射探测器，工作在气体电离放电伏安特性曲线的正比区。因为工作电压足够高，在中心丝阳极附近出现了高电场，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中逐次倍增（雪崩现象）。所以最后收集到的离子对总电荷量不再等于射线粒子产生的原始电荷量Q，收集的总电量变为MQ，M称为气体放大倍数（可高达104）。于是，在收集电极上感生的脉冲幅度 V将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即在正比区，M与射线离子的原始比电离无关，只决定与工作电压，收集的总电量MQ仍保持着与射线粒子在灵敏体积内产生的总离子对数目成正比。当选取RCT+（正离子收集时间）时，正比室的输出脉冲窄且其幅度正比于电离辐射在工作气体中产生的原电离而与产生位置无关，因此可用于测入射粒子的粒子注量率和能注量率，特别适合测量低电离辐射粒子的能量（如粒子、软X射线），且可忍受较高的计数率。3、说明G-M计数器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？G-M计数器工作在气体电离放电伏安特性曲线的G-M区。在这个区域内，收集的离子对数目根本与射线粒子在工作气体中产生的初始离子对数目无关，即使在工作气体中只产生一对离子对，收集的离子对数目也是很大的，其数值完全由气体探测器本身的特性及相随电子学电路来决定。因此只能进行粒子注量率的测量（强度测量），不能用来测能注量率。4、说明闪烁探测器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率）及其原因？闪烁探测器以闪烁晶体为探测介质，利用闪烁效应来探测入射粒子，工作原理如下：射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；受激原子、分子退激时发射荧光光子；利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104109个，电子流在阳极负载上产生电信号；电信号由电子仪器记录和分析。输出信号幅度V与入射粒子能量E的关系： ，因此，通过分辨信号幅度，可分辨射线能量；通过测量脉冲信号数，可测定射线强弱。即可进行能注量率和粒子注量率的测量。5、说明半导体探测器的工作原理，它可用于测量入射粒子的哪些物理量（如粒子注量率、能注量率），与气体探测器和闪烁探测器相比，它的主要优缺点有哪些？固体半导体探测器可看作固体电离室，即“填充”半导体晶体（而不是气体）作介质的电离室。因此其工作原理与电离室相同（通过电离将入射射线转换成电信号）。半导体探测器有两个电极，加有一定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，即产生电子-空穴对。在两极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂移运动，收集电极上会感应出电荷，从而在外电路形成信号脉冲。可用于测入射粒子的粒子注量率和能注量率。半导体探测器的主要优缺点如下：主要优点：能量分辨率高（优于正比计数器、闪烁计数器）。例如：金硅面垒探测器对241Am的5.486MeV的射线峰的线宽度达10.8KeV。线性范围宽。在很大能量范围内，探测器的输出幅度与所测射线的能量都精确地成正比。脉冲上升时间较短，可用于快速测量；窗可以做得很薄，可测量低能X射线；结构简单，体积小，重量轻，不用很高电压，适合空间环境的严格要求。主要缺点：受强辐照后性能变坏，输出脉冲幅度小，性能随温度变化较大等。6、请简述采用FD-3017(或IED-3000R)型测氡仪进行野外土壤氡气测量的工作程序。答：由于FD-3017(或IED-3000R)型测氡仪不受钍射气的干扰，在野外进行野外土壤氡气测量的工作程序如下：先用铁锤和六棱钢钎，在测点处土壤层打孔。然后取出钢钎，插入取样器，周围用土壤封紧以免进入空气。用橡皮管连接取样器和仪器，放入探测片(收集片，注意：收集片上有记号的面朝上，光面向下)，打开仪器，抽取地下气样，等待一定时间（2min），使218Po在带负高压的探测片上沉积。7、请简述气球法测空气中氡浓度的原理。原理，实质上是双滤膜法的变种。它将双滤膜管改为一个球，气体入口和出口为同一通道。抽气泵开动，充气过程中：入口滤膜只让氡气(纯氡)进入气球，在气球内产生新的子体。排气过程中，出口滤膜上收集到一部分新生子体，测量出口滤膜上的活度来计算氡的浓度。8、请简述采用径迹测量土壤氡的操作程序。答：径迹蚀刻测量应用在地质条件对成矿有利，地面有浮土覆盖的地区。根据需要布置好测线和测点。工作方法如下：准备探测装置（探测器及探杯）：将径迹探测片，切成一定形状，一般取0.8cm1.5cm，将探测片固定在探杯(T-702型)内的支架上，并在径迹片和杯上统一编号。将探测装置埋入地下：在测点挖埋杯探坑，如下图所示。一般深度40cm，将探杯倒扣坑中，用塑料袋装土将探杯压紧，盖上填土，在地表插上标志。埋杯采样时间：使探测器接受辐射，一般为20d左右。化学蚀刻液的配制与蚀刻，受辐射过的探测器进行化学处理，各种探测器有一定差别。确定径迹密度： 用一般光学显微镜观察，探测器上径迹密度（劳动强度大，速度慢）；或用径迹扫描仪计数径迹密度（减轻劳动强度，提高效率）。平均氡浓度的计算：式中：nRn探测片上每cm2净计数（净径迹密度），单位：径迹数/cm2；t布放探测器时间（暴露时间），单位：h；ks刻度系数。9、简述采用210Po法测量土壤氡浓度的操作程序。答：操作程序如下： 根据测网，在每点2040cm深处取土样50g。 取土样4g，置于100mL烧杯中；加入0.5g抗坏血酸和一片直径d=16mm的铜片；再加入20ml，3mol/L盐酸溶液；放入恒温摇床振荡箱，在40下振荡3h，或在60下振荡2.5h。在这期间铜片上的铜与钋发生置换反应，钋沉浸在铜片的表面。然后取出铜片，洗净晾干。 为了消除218Po的影响，将铜片放置30min后，等218Po衰变完后进行测量，以避免218Po的干扰。用辐射仪，测量铜片粒子活度，每个样品测量时间一般为10min。活度低的可延长至30min或1h，甚至更长。10、测氡仪有哪三种常用的标定方法，简述各种标定方法的适用条件。测氡仪的标定方法：循环法、真空法、自由扩散法。循环法一般用于野外工作标定常规氡测量仪器；真空法大都用于室内氡测量仪器和测水中氡仪器的标定；自由扩散法一般用于径迹蚀刻测量用探测器、卡探测器及硅探测器等累积法测氡仪的标定。第五章 射线测量方法1、请阐述仪器谱如何表征伽玛射线的“能量”和“照射量率”？入射光子与探测器物质作用，将能量全部沉积在探测器中，谱仪将光子的能量转换成与之成正比的电压脉冲信号，并通过模数转换成与电压幅度对应的数字信号，存储到对应的道址中。因此，在探测时间内，谱仪所记录的每一道计数值值（脉冲数）代表该道中记录的光子沉积的计数个数。可见：射线能量E（对应核素）：E脉冲幅度V(t) 道址数 CH，即射线的能量用仪器谱的道址来表征。射线照射量率（源的射线强度）：，即射线的照射量率用仪器谱中的对应特征峰面积来表征。2、试画出137Cs伽玛射线源在NaI(Tl)闪烁体作为探测器对应的仪器谱，并解释各谱峰的形成机理。答：一个典型的NaI（T1）谱仪测到的137Cs源的0.662MeV能谱。如右图所示，谱线上有三个峰和一个平台。最右边的峰A称为全能峰。这一脉冲幅度直接反映入射射线的能量。这一峰中包含光电效应及多次效应的贡献。平台状曲线B就是康普顿散射效应的贡献，它的特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到的连续的电子谱。峰C是反散射峰。当射线射向闪烁体时，总有一部分射线没有被闪烁体吸收而逸出。当它与闪烁体周围的物质发生康普顿效应时，反散射光子返回闪烁体，通过光电效应被记录，这就构成反散射峰。当然，在放射源衬底材料中，以及探头的屏蔽材料中产生的反散射光子同样有可能对反散射峰作出贡献。反散射光子能量总是在184keV左右，因此在能谱图上较易识别。峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的。137Cs的衰变子体137Ba的0.662MeV激发态，在放出内转换电子后，造成K空位，外层电子跃迁后产生此X光子。3、试绘出2.62MeV射线在闪烁体中产生的能谱响应曲线，并进行相应说明。答：典型的闪烁探测器谱仪测到的2.62MeV能谱如右图所示，最右边的是全能峰，这一脉冲幅度直接反映入射射线的能量。全能峰中包含光电效应及多次效应的贡献。平台状曲线就是康普顿散射效应的贡献，它的特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到 的连续的电子谱。当入射光子与探测器发生电子对效应时，如果一对湮没光子逃逸而未相互作用，将在能谱上比全能峰低2 m0c2(1.02MeV)的能量处产生双逃逸峰。若一个湮没光子逃逸而另一个完全被吸收，其结果是在能谱上比全能峰低m0c2的能量处出现一个单逃逸峰。多次康普顿散射事件导致多次反冲电子的总能量在探测器中沉淀的能量大于单次散射的最大值，这些多次散射事件可能部分地填充在康普顿边缘和全能峰之间的空隙。一个或一对湮没光子在探测器介质中可以通过康普顿散射和相继的散射光子将部分能量转变成反冲电子的能量，这些相互作用造成另一个康普顿连续能区，而叠加在一次康普顿连续谱上。在响应能谱曲线上，这样一些事件聚集在双逃逸峰和全能峰之间。4、请简述在能谱的形成过程中， 除了射线与物质的光电效应、康普顿散射和电子对效应对能谱的贡献形成全能峰、康普顿坪、单逃逸峰和双逃逸峰等之外，还伴随着哪些其它的作用过程和干扰辐射的影响，使得谱线复杂化？答：其它作用过程主要包括：1、累计效应：入射光子在探测介质中通过多次相互作用所引起的光子的能量完全吸收（沉淀在探测器中），会相对地提高了全能峰中的脉冲数；2、和峰效应：两个（或更多）光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲，该脉冲幅度所对应的能量为两个（或更多）光子能量之和。3、特征X射线逃逸：当光子在晶体中发生光电效应时，原子的相应壳层上将留一空位。当外层电子补入时，会有特征X射线或俄歇电子发出。若光电效应在靠近晶体表面处产生，则该特征X射线有可能逸出，使晶体内沉淀的能量比入射光子能量小，其差为特征X射线的能量。在能谱上将出现特征X射线的逃逸峰。4、边缘效应：光子转移给次级电子的动能在一般情况下都被晶体所吸收。但若次级电子产生在靠近晶体边缘处，它可能逸出晶体以致将部分动能损失在晶体外，所引起的脉冲幅度也要相应地减小，这种影响称为边缘效应。干扰辐射的影响主要包括：1、特征X射线：许多放射源本身有特征X射线放出，X射线也可以是射线和周围介质的原子发生光电效应引起的。它们在能谱上形成特征X射线峰。在低能或X射线强度测量中，这种辐射不容忽略。2、散射辐射和反散射峰：射线在源衬托物上、探头外壳上以及在周围屏蔽物质上都可发生散射，产生散射辐射。它们进入晶体被吸收会使康普顿坪区的计数增加。在康普顿坪上200keV左右的位置能经常看到一个小的突起，它是反散射光子造成的，称反散射峰。由于反散射光子的能量随入射光子能量变化不大，反散射峰通常在200keV左右。3、湮没辐射峰：对较高能量的射线来说，当它在周围物质材料中通过电子对效应产生正电子湮没时，放出的两个0.511MeV光子可能有一个进入晶体，这样就会产生一个能量为0.511MeV的光电峰及相应的康普顿坪。这个光电峰称为湮没辐射峰。4、韧致辐射的影响：射线常伴随衰变放出，而射线在物质中被阻止时会产生轫致辐射。轫致辐射的能量是连续分布的。它也会影响射线能谱，特别是当放射源的射线强、能量高而射线较弱时，轫致辐射的影响就更为严重。5、说明射线的能量