放射性核素的探测

课堂练习

已知一９０Sr标准源1981年3月18日，标定其强度为0.4uCi。若用一探测效率为40%，本底计数为600cpm的探测器测该标准源，问该标准源衰变(shuāibiàn)到2004年9月18日时，其放射性强度是多少Bq?第一页，共五十一页。精选课件在某次测量(cèliáng)中，5min测得放射源加本底的总计数N=1080，移去放射源，10min测得本底总计数为223，求放射源的静计数率第二页，共五十一页。精选课件第二章放射性核素的探测(tàncè)

第一节气体电离探测器第二节闪烁探测器第三节放射性探测器中使用的电子仪器第四节放射性样品的测量(cèliáng)第五节

核计数的统计学处理第三页，共五十一页。精选课件探测器测量核射线是基于(jīyú)第一章中我们学过的什么原理?射线与物质作用能产生各种(ɡèzhǒnɡ)效应。电离、激发、光电效应放大电信号记录器记录电脉冲（光变成电）。探头(tàntóu)电子线路第四页，共五十一页。精选课件常用的探测器类型(lèixíng)测量形式气体电离探测器固体闪烁(shǎnshuò)探测器液体闪烁探测器半导体探测器激光扫描仪r照相机,PET,SPECT放射自显影定量（强度测量）定性（能量(néngliàng)测量）定位（相对定量，绝对定位）第五页，共五十一页。精选课件第一节气体(qìtǐ)电离探测器

气体作为吸收射线（带电粒子）的介质。带电粒子穿过气体时，气体被电离产生电子和正离子。在外电场作用下，引起一个瞬间的电离电流随着外电场的增加和降低(jiàngdī)，电极上收集到的离子对数也随之变化。见下一张图。

第六页，共五十一页。精选课件当带电粒子穿过(chuānɡuò)气体时，气体被电离产生电子和正离子，并做混乱的热运动。在没有(méiyǒu)外电场(E)时，电离产生的电子和正离子在混乱的热运动中，又复合成气体分子。在外电场作用下,电子向正极漂移，正离子向负极漂移。当E<V1时，一些正离子和电子会重新复合成中性分子，电极两端收集到的离子对数小于射线的初始电离的离子数。V1<E<V2，射线产生的电子和离子完全被收集，收集到..等于..V2<E<V3，电子在运动过程中可获得足够的能量，产生次级电子。收集的..大于..,“气体放大”。V3<E<V4,有限正比。V4<E<V5，G-M区，气体探测器工作在这个区。放电区复合(fùhé)区饱和区正比区有限正比区G-M计数区放电区第七页，共五十一页。精选课件图2-9.G-M计数管结构示意图第八页，共五十一页。精选课件G-M计数器（Geiger-MullerCounters）

射线（带电粒子）进入G-M管，产生电离，气体放大，雪崩现象，假计数，淬灭。G-M管内充有两种气体：1、惰性气体

2、卤素气体（有机蒸汽）。淬灭原理(yuánlǐ)：１、淬灭气体比惰性气体电离电势低。２、淬灭气体的正离子在与阴极作用时，打出次级电子和光子的几率很小。3、淬灭气体对光子具有较强的吸收能力。初始电离效应，在高外电场下，气体放大，导致(dǎozhì)的电子增值过程。工作(gōngzuò)气体淬灭气体淬灭气体第九页，共五十一页。精选课件图2-13.G-M防护仪（polon-ekolab的产品）第十页，共五十一页。精选课件闪烁(shǎnshuò)探测器（ScintillationDetectors）

闪烁探测器的组成见右图。闪烁体的种类很多，从化学成份上看分为无机和有机两大类，而从物理形态上又分为固体、固溶体、液体和气体(qìtǐ)。理想闪烁体的特征。无机和有机闪烁体的发光机制有很大的不同。大家自己看讲义。常用的无机闪烁体（NaI(Tl),ZnS(Ag),常用的有机闪烁体（塑料闪烁体）液体闪烁体（组成、特点）1、闪烁体应有较好的将吸收射线能量转变成光的能力，即有高的发光效率。2、能量响应具有线性关系，即输出脉冲与入射粒子能量之间应有线性关系。3、闪烁体闪烁的持续时间（τ），即发光衰减时间(shíjiān)要短。4、有好的化学和辐射稳定性，及小的温度效应5、易作成大晶体，高密度。透明度和光学均匀度好。用于γ射线探测用于α射线探测用于β射线探测第十一页，共五十一页。精选课件理想(lǐxiǎng)闪烁体特性：闪烁体应有较好的将吸收(xīshōu)射线能量转变成光的能力，即有高的发光效率。能量响应具有线性关系，即输出脉冲与入射粒子能量之间应有线性关系。闪烁体闪烁的持续时间（τ），即发光衰减时间要短。有好的化学和辐射稳定性，及小的温度效应。易作成大晶体，高密度。透明度和光学均匀度好。第十二页，共五十一页。精选课件液体闪烁(shǎnshuò)体由溶剂、溶质、添加剂组成闪烁液中99%以上是有机溶剂（甲苯、二氧杂环乙烷(yǐwán)和二甲苯等）。溶质：第一溶质（0.3-1%）对联三苯TPNO2,5-二苯基氧氮杂茂PPOONN2-苯基-5（4‘-二苯基）-1，3，4-氧二氮杂茂PBD第二溶质（0.01-0.05%CH3CH3NONODMPOPOP1,4-双-2-（4-甲基-苯基噁唑基）-苯NONOPOPOP1,4-双-2-（5-苯基噁唑基）-苯CH3CH3CH=CHCH=CH双-MSB对-双（邻-甲基苯乙烯基）-苯添加剂（也称第二(dìèr)溶剂）萘、乙醇、甲醇等1、溶解样品和溶质。2、接收样品的能量转移给第一溶质。主溶质，作用：接收溶剂传递的能量并发光。作用：接收第一溶质发射的光，发射较长波长的光。波长转移剂。

1、改善溶剂的溶解度；2、增加光传递效率；3、分散样品。第十三页，共五十一页。精选课件死时间(shíjiān)”（τD）、“恢复时间”（τR）、“分辨时间”（τ）一次雪崩后，质量相对大的阳离子，由于迁移速度远小于电子，故仍滞留在阳极丝周围，形成(xíngchéng)阳离子鞘，抵消了一部分外电场。此时不能引起G-M计数器的再一次雪崩，这段时间称G-M计数器的“死时间”（τD）。随着阳离子鞘不断向阴极运动，阳极丝周围的电场逐渐恢复，入射粒子形成的脉冲幅度逐渐增大，从有脉冲出现到脉冲幅度恢复到最大值所需要的时间称为“恢复时间”（τR）。探测器能记录下来的两个相邻脉冲的最短时间间隔，称为“分辨时间”（τ）。第十四页，共五十一页。精选课件光电倍增(bèizēnɡ)管将光变成电(阴极)光电子在倍增(bèizēnɡ)级中倍增(bèizēnɡ)阳极输出电脉冲光耦合剂和光导第十五页，共五十一页。精选课件放射性探测器中使用(shǐyòng)的电子仪器电脉冲通过电子仪器的状况(zhuàngkuàng).定标器或记录仪是在给定的时间内，累计、显示，由脉冲高度分析器输出的信号。各种探测器电子线路部分基本相同.第十六页，共五十一页。精选课件探测器的调试(diàoshì)确定甑别域值确定工作电压调整放大倍数计算探测(tàncè)效率(E)品质因素(F)的计算甑别域计数率有源无源(wúyuán)工作阈值第十七页，共五十一页。精选课件放射性样品(yàngpǐn)的测量

探测器的测量方式:

定量测量(获得样品量多少的测量)

绝对测量:利用测量装置直接测量或经过(jīngguò)各种校正后测得样品的活度。

相对测量:将样品和标准源在相同条件下进行测量。

定性测量：根据放射性核素在衰变时都会发射(fāshè)出自己特征能量的射线，分析判断出射线种类样品的计数（cps)-本底计数（cps)E（探测效率）

测量样品的制备

液闪测量中的淬灭校正方法

样品的衰变数(dps)=第十八页，共五十一页。精选课件测量样品(yàngpǐn)的制备放射性测量对样品(yàngpǐn)制备的要求不高。相比之下液闪测量，多数样品需根据其测量形式进行一定的处理。

液闪测量，包括：均相测量和非均相测量。非均相测量，包括：乳浊液测量法、悬浮液测量、固相法。液体体积一样,固体摆放位置一致。Tritonx-甲苯-水乳化剂::::::凝胶剂(硬脂酸铝等)一定大小微粒固相载体摆放位置第十九页，共五十一页。精选课件液闪测量中的淬灭校正(jiàozhèng)方法

内标准源法：样品计数效率用外加的标准源（对标准源有要求）来确定。具体操作步骤是：先测样品计数率（C1）；加入已知活度（A）的标准源，并计数（C2）；确定计数效率E。样品道比法：原理：1、淬灭时，β谱脉冲高度(gāodù)降低，能谱左移（见图（1））2、β谱在给定的两个道内计数比值发生变化（见图（2））3、道比值与淬灭程度与仪器探测效率有线性关系（见右下图）。具体方法见后。外标准源道比法

淬灭1淬灭2计数率脉冲高度（1）无淬灭计数率B无淬灭A淬灭1淬灭2C脉冲(màichōng)高度（2）图2-15.淬灭对β谱的影响第二十页，共五十一页。精选课件用样品(yàngpǐn)道比法进行淬灭校正的方法是：配制一组（一般7—9个）放射性活度（DPM）已知并相等，但淬灭程度(chéngdù)不同的一系列标准样品。计算道比值：在液闪中测出这些样品在两道中（A，B）的计数（CPM），B/A=?,算出道比值。计算探测效率：E=（样品计数率-本底计数）/放射性活度以样品道比值作为横坐标，探测效率作为纵坐标可作出一条关系曲线（两道选取合理所得到的是一条直线或光滑的曲线）。未知样品测量时，可先测出该未知样品在两道中的计数率，算出道比值，利用道比值在标准曲线上查出探测效率。即可算出该未知样品的放射性活度大小。第二十一页，共五十一页。精选课件NaI探测器第二十二页，共五十一页。精选课件液体(yètǐ)闪烁计数器第二十三页，共五十一页。精选课件半导体探测器第二十四页，共五十一页。精选课件激光(jīguāng)扫描成像仪第二十五页，共五十一页。精选课件Gamma照相机和它的发明者H.Anger1958年，H.Anger和他的同事们共同研制成功了Gamma照相机。它既可以(kěyǐ)单独完成探测显像任务，又是现代所有核医学显像仪如PET、SPECT实现探测的重要组成部分。第二十六页，共五十一页。精选课件Cassen发明Anger发明SPECT和PET技术Gamma计数器Gamma照相机ECT技术二维投影(tóuyǐng)三维显像第二十七页，共五十一页。精选课件正电子发射(fāshè)计算机断层扫描（PositronEmissionTomography）简称PET核医学显像技术(jìshù)的双引擎单光子发射(fāshè)计算机断层扫描（SinglePhotonEmissionComputedTomography）简称SPECT探头围绕患者旋转采集放射性核素空间分布投影采用滤波反投影等方法获得放射性核素空间分布的断层图像第二十八页，共五十一页。精选课件Thepictureshowsone-headSPECTγ照相机探头围绕着病人旋转(xuánzhuǎn)运动第二十九页，共五十一页。精选课件Thepictureshowstwo-headSPECT第三十页，共五十一页。精选课件Siemenstri-headSPECT第三十一页，共五十一页。精选课件1964年环状头部PET，图为第一台的PET扫描仪，从图中我们可以(kěyǐ)看到其纷繁的线路裸漏在外面。第三十二页，共五十一页。精选课件PET发展史——商品化PET通用公司第三十三页，共五十一页。精选课件第三十四页，共五十一页。精选课件第三十五页，共五十一页。精选课件课堂练习在32P标记寡核苷酸的实验中所购买的r-32P生产标定时的放射性比活度为20×106Bq/ml，在使用时r-32P的放射性比活度需≥5×106Bq/ml。32P半衰期为14天，问实验需要在距校定日多少时间内完成实验？α,β,γ三种射线分别(fēnbié)用什么类型探测器进行探测？其中液体闪烁探测器主要用于什么射线的测量？第三十六页，共五十一页。精选课件表2-8一个长寿命核素样品重复(chóngfù)测量数据测量序号计数(2min)Ni测量序号计数(2min)Ni11880-1832411197678608421887-11121121876-2248431915172891319013941815-47220914197981656151874-24576151836-62384461853-452025161832-6643537193133108917193032102481866-321024181917193619198082672419189911101893-525201890-864注：数据(shùjù)来源于《核化学及核技术应用》平均值放射性统计(tǒngjì)误差第三十七页，共五十一页。精选课件第五节核计数(jìshù)的统计学处理误差来源：系统误差、偶然误差、过失误差。放射性统计误差是一种(yīzhǒnɡ)特殊的偶然误差，它是由核事件的微观过程本身的随机性所造成的。本节重点介绍涉及在核辐射计数测量应用中的统计（偶然）误差。核衰变的统计性，可通过实验观察到。平均计数N≤10时，它服从泊松分布。当N≥16时，它过渡到高斯分布。在放射性测量中N一般都远远大于16。统计误差的表示及运算。测量结果表示：N±σN

，（）核衰变的标准误差可表示为：σN=N1/2（中科院原子能所编“放射性同位素知识应用”第156页），所以测量结果又能写成：N±N1/2相对误差F=σN/N=±N1/2/N=1/N1/2（相对误差反映测量的精确度）误差的运算（见书67页）第三十八页，共五十一页。精选课件图2-31。m=3.5时的泊松分布图m=10时的高斯分布图第三十九页，共五十一页。精选课件相加时为：

相减时为：

相乘时为：

相除时为：

设两个独立测量值和

误差(wùchā)的运算第四十页，共五十一页。精选课件统计分析的应用(yìngyòng)

平均(píngjūn)计数率的标准误差为：

1、计数率、平均计数和平均计数率标准误差和相对误差(xiānɡduìwùchà)的表示

计数率的标准误差为：

相对误差为：

平均计数的标准误差为：

相对误差为：

相对误差为:

注意：在此时间（t）和测量次数（m）看作无误差的确定值。

第四十一页，共五十一页。精选课件例一：在2分钟里测得计数是4900，测量次数为１次，求平均(píngjūn)计数率

(n)和相对误差(Fn)。

解：=4900/2=2450CPM测量结果表达为：2450±35第四十二页，共五十一页。精选课件2、样品净计数率的计算

所有的核探测器都有本底计数。所以探测器测量样品所得到的计数包括(bāokuò)放射性样品（Nc）和仪器本底（Nb）计数两部分，样品的净计数（Ns）为：

Ns=Nc-Nb

根据误差运算公式，净计数率的标准误差为：

相对误差为：

如果tc和tb分别为放射性样品和本底的测量时间，则样品的净计数率为：第四十三页，共五十一页。精选课件例二：在样品和本底测量(cèliáng)时间各4分钟里，测得总的样品的计数是6000，本底是计数4000。问：其净计数率和标准误差各是少？

所以，ns=500±25cpm第四十四页，共五十一页。精选课件3、测量时间(shíjiān)的合理分配

在给定总测量时间T内（T=tc+tb），tc

和tb如何分配可使测量误差最小？因为所以(suǒyǐ)，欲使σns最小，应令上式的一阶导数为零，即

因为上式中故整理后第四十五页，共五十一页。精选课件例，一个放射性测量实验，根据实验情况要求，样品和本底的总测量时间(shíjiān)为2min，样品的计数率为3840cpm，本底的计数率为60cpm。问，样品和本底的测量时间各为多少时，测量的标准误差最小？答：已知成立时标准误差最小。第四十六页，共五十一页。精选课件4、估算(ɡūsuàn)所需的测量时间

给定测量时相对误差，计算满足不大于这个相对误差时所需要