《核数据处理原理》PPT课件.ppt

核数据处理 核数据处理 任务确定各种射线的能量对一定能量的射线所产生的信号进行分析 定量分析 定性分析 核数据处理 核辐射测量仪器的组成 a 总量测量仪器 b 能谱测量仪器 c 全谱测量仪器 核数据处理 核辐射测量所得的数据全谱测量仪器 多道能谱仪 所测得的数据 一条谱线几百或几千个计数值 数组 所需的数据处理 谱数据处理 多个累计计数 面积 含量 活度等量值预处理 数据的检验 选择 转换等 统计分析成图成像 核数据处理 2 8 6 5 6 10 5 ADC转换数据采集原理 2 8 6 5 6 10 5 核数据处理 全谱测量 多道脉冲幅度分析器 数字信号 161789162161618162516 核数据处理 全谱测量计算机屏幕 核数据处理 全谱测量 多道脉冲幅度分析器 元素 核素 放出射线 射线能量E0 射线与探测器作用 损失能量E该能量E被转换成电脉冲信号v 其脉冲幅度V正比于E脉冲信号v经AD转换 成道址ch 正比于V所以ch正比于E 谱数据处理 全谱测量 多道脉冲幅度分析器 元素 核素 能量 脉冲幅度 电压 道址Cs 137 661keV Fe 55 5 989keV 谱数据处理 核辐射测量的特点1 核辐射是核衰变的产物原子核自发的发生核结构的变化 由一个元素的原子核转变为另一个元素的原子核 同时伴随放射出粒子或电磁辐射的现象 称为放射性衰变放出的粒子 粒子 粒子 辐射 碎片 特征X射线等2 核辐射的能量具有特征性某核素放出的射线 粒子 辐射 特征X射线 一定具有某种特定能量 如果探测到某种能量的辐射 一定存在某种核素 即 放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系 定性 3 核素的含量与特征辐射的强度存在正比关系 定量 谱数据处理 核辐射能量具有特征性K俘获例 1 26 109年 e 1 32MeV11 89 1 461MeV 基态 基态 核数据处理 核辐射能量具有特征性同质异能跃迁例 激发态 0 059MeV 99 7 1 54MeV 0 31MeV0 3 1 17MeV 1 33MeV基态 核数据处理 放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系1 铀系 核数据处理 放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系2 钍系 核数据处理 放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系3 不成系列的天然放射性核素的射线谱K 401 46MeVT 1 3X109a4 人工放射性核素的射线谱Cs 1370 66MeVT 30aCo 601 17MeVT 5 25a1 33MeV特点 核辐射的原始谱是线谱 核数据处理 仪器谱 以NaI 谱仪为例定义 由能谱仪器测量得到的 被复杂化的核辐射原始线谱 称为仪器谱 线谱变成了具有高斯分布特征的形状 特点之一具有单一能量的线谱 变成连续谱 特点之二 核数据处理 原因 伽玛射线与物质的相互作用光子与核外电子的作用康普顿散射 非弹性散射光电效应 束缚电子吸收全部光子能量逃离原子光子与核或核外电子库仑场的作用电子对的生成 形成正负电子对光子与原子核 或单个核子 的作用汤姆逊散射 弹性散射光致分裂或核的光效应 光子能量被吸收引起光核反应 核数据处理 原因 连续谱 伽玛射线与物质的相互作用 三大效应 光电效应康普顿散射电子对效应 核数据处理 三大效应的几率分布在低能与高原子序数Z的物质范围内 光电效应占优势在中能与任何Z值物质的范围内 康普顿散射占优势在高能与高Z物质的范围内 电子对生成占优势 核数据处理 伽玛射线与物质的相互作用 三大效应 光电效应 把全部能量交给壳层电子 射线消失 产生光电子 电子的结合能 产生的峰叫光电峰 或全能峰 如137Cs的 射线能量为661keV 产生的全能峰的能量也是661keV 核数据处理 伽玛射线与物质的相互作用 三大效应 康普顿散射 康普顿 射线损失一部分能量并改向 产生反冲电子 形成康普顿平台及反散射峰 如137Cs的反散射峰能量 核数据处理 伽玛射线与物质的相互作用 三大效应 光电效应康普顿散射 核数据处理 伽玛射线与物质的相互作用 三大效应 电子对效应 时 射线消失 产生正 负电子对 e 湮灭 产生2个能量为0 51MeV的光子 形成逃逸峰 37S的 能谱 核数据处理 逃逸峰 正负电子对对全能峰的贡献 正电子的湮没 形成全能峰单逃逸峰 正电子湮没时放出的二个光子中有一个光子飞出晶体双逃逸峰 正电子湮没时放出的二个光子中有二个光子飞出晶体淹没光子峰 0 511MeV 核数据处理 全能峰 光电效应 光电子的贡献 光电子能量近似等于入射射线能量康普顿效应 多次康普顿效应 使光子能量全部消耗于晶体中一次康普顿效应产生反冲电子 散射量子的光电效应产生的光电子 核数据处理 全能峰 形成电子对效应 正负电子对的能量 正电子湮没产生的两个光子发生光电效应产生的光电子的能量 核数据处理 康普顿平台 康普顿效应的贡献 多次康普顿效应 使光子能量不断降低 形成能量从0 hv的连续分布 反冲电子的贡献 反散射峰 光电效应的贡献 散射量子经光电效应损失能量 核数据处理 谱线具有高斯分布特征的形状 是由于 1 闪烁体发光效率不绝对均匀 发射光子数有偏差2 光收集与闪烁产生位置有关 光阴级光子收集效率的涨落3 光阴级发射光电子数的涨落4 光电倍增管倍增系数的涨落即 输出脉冲幅度围绕一平均幅度涨落因此 单一能量入射射线 通过探测器后 得到一个呈高斯分布的 有一定宽度的谱线 用 能量分辨率 表示高斯分布曲线的宽度 核数据处理 谱线具有高斯分布特征的形状用 能量分辨率 表示高斯分布曲线的宽度能量分辨率可以写成 表示 传输几率 的变化对分辨率的贡献传输几率 一个荧光光子产生一个能达到光电倍增管第一次阴极的电子的平均几率表示NaI Tl 晶体本身的本征分辨率表示光电倍增管对分辨率的影响 核数据处理 其他影响 探测器外面的物质 如铅屏蔽 样品材料等物质的康普顿散射韧致辐射对 能谱的贡献 消耗在原子或分子的激发上 能谱中的特征X射线峰X射线逃逸峰两个 光子能量的 加和 大样品对 能谱的影响自然本底对样品 能谱的贡献 核数据处理 韧致辐射对 能谱的贡献 42K 能谱 核数据处理 能谱中的特征X射线峰X射线逃逸峰 186Re的 射线谱 核数据处理 两个 光子能量的 加和 60Co的 能谱 核数据处理 X射线特征谱X射线 一种低能电磁辐射 一般几至几十keV 特征X射线 其能量E取决于待测元素的原子序数 K系 E EKab K层电子的吸收限 产生K层电子空穴 外层电子填充并释放能量 K K 核数据处理 X射线特征谱X射线 一种低能电磁辐射 一般几至几十keV 特征X射线 其能量E取决于待测元素的原子序数 L系 E ELab L层电子的吸收限 产生L层电子空穴 外层电子填充并释放能量 L L L 核数据处理 X射线特征谱能量关系 EK EL EM EKab EK EK ELab EL EL EL 分支比 不同线系和同一线系不同谱线之间的相对照射量率关系例 Fe EK 6 4keV EK 7 06keV EKab 7 88keVPb EL 10 55keV EL 12 61keV EK 74 96keV EK 84 92keV 核数据处理 X射线谱Fe单质谱 EK 6 4keV EK 7 06keV EKab 7 88keV 核数据处理 X射线谱Pb EL 10 55keV EL 12 61keV EL 14 76keV 成都理工大学马英杰 核数据处理 X射