核辐射物理及探测学课件

1第八章

闪烁探测器

时间特性好，探测效率高。

闪烁体光电倍增管闪烁探测器的输出信号闪烁探测器的性能单晶能谱仪

荧光物质，闪烁体。(Scintillationdetectors)2§8.1闪烁探测器基本原理

闪烁体：次级电子，电离激发，退激发光；光电倍增管：入射窗，光阴极，打拿极，阳极；分压器，各个电极电位，前置放大器。3光电倍增管的电子倍增系数：

光电倍增管通常N有10-14级打拿极，每一打拿极的电子倍增系数

~3-6，避光外壳：闪烁晶体、光电倍增管、分压器、射极跟随器。坡莫合金：防止外界磁场影响对电子的聚焦、传输性能。45§8.2闪烁体一．闪烁体的分类二．闪烁体的发光机制三．闪烁体的物理特性四．常用闪烁体理想的闪烁体：探测效率高，转换效率高，线性范围大，自吸收小，发光时间短，加工性能好。6一．闪烁体的分类7无机闪烁体：光输出产额高、线性好，发光时间较长。1、无机闪烁体的发光机制

2、有机闪烁体的发光机制有机闪烁体：发光时间短，光输出产额低。二．闪烁体的发光机制8

掺杂的无机晶体：NaI(Tl)、CsI(Tl)，也叫卤素碱金属晶体。无机闪烁体的发光机制：9

导带上自由电子和价带上空穴可以复合成激子；激子也可以吸收热运动能量而变成自由电子-空穴。

入射粒子可以产生电子-空穴对，也可产生激子。退激可能发出光子，也可能晶格振动而不发光。纯离子晶体：

禁带宽度大，退激发光在紫外范围，光阴极不响应。

退激发出的光子容易被晶体自吸收，传输出的光子少；10

在晶体中掺杂，叫做激活剂，含量103量级。

原子受激产生的电子-空穴迁移到杂质能量的激发态和基态上，使杂质原子处于激发态。杂质原子退激：荧光：<10

7sec.。猝灭：转换为晶格的热运动。

杂质形成特殊晶格点，并在禁带中形成局部能级。磷光：亚稳态，发光时间较长。11

在NaI(Tl)中产生一对电子-空穴对需要~20eV能量。

如果入射带电粒子在NaI(Tl)中损失1MeV能量，产生的电子-空穴对数：NaI(Tl)的闪烁光能占入射能量~13%，

吸收1MeV能量产生总光能：

产生光子数：

闪烁光子平均能量~3eV，121、发射光谱2、发光效率(能量转换效率、光能产额，及相对值)3、发光时间4、闪烁体其他特性三．闪烁体的物理特性131、发射光谱

闪烁体发射光子数随光子波长(能量)的关系曲线。

发射光谱与闪烁体、激活剂、移波剂、温度有关。142、发光效率

能量转换效率、光能产额，及其相对值。NaI(Tl)晶体：Yph(e)=4.3104/MeV。NaI(Tl)晶体：Cnp()=2.6%，Cnp()=13%。能量转换效率(闪烁效率，发光效率)：光能产额(光输出，光产额)：15

能量转换效率与光能产额的关系：

相对能量转换效率、相对光能产额。闪烁体

和闪烁效率(%)相对NaI(Tl)相对蒽NaI(Tl)100230ZnS(Ag)130蒽43100液体闪烁体20~80几种闪烁体的相对闪烁效率

希望较高的发光效率，对不同能量保持常数。163、闪烁发光时间

上升时间包括入射粒子耗尽能量的时间和闪烁体中电子激发时间。

单位时间发出的光子数：NaI(Tl)晶体：

0=0.23

s。

闪烁光脉冲中包含的光子数：所以，17

对大多数有机晶体和少数无机晶体，对有机闪烁体：对一些无机闪烁体：可以用作n

甑别。18闪烁体

f(ns)

s(

s)BaF20.60.62CsI(Tl)101.0芪6.20.37蒽330.37液体闪烁体2.40.20塑料闪烁体1.3NaI(Tl)0.23几种闪烁体的发光衰减时间也发现有三种发光衰减时间的闪烁晶体(如PbWO4…)。194、闪烁体其他特性

探测效率：与体积有关，与闪烁体物质(

,Z)有关；

透明度和光学均匀性；加工性；温度效应；耐辐照的稳定性。201、NaI(Tl)晶体2、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体3、BGO晶体(Bi4Ge3O12)4、ZnS(Ag)晶体5、BaF2晶体6、蒽晶体7、液体闪烁体8、塑料闪烁体9、气体闪烁体四．常用闪烁体211、NaI(Tl)晶体优点：密度大，

=3.67g/cm3，探测效率高；

Z高，碘(Z=53)占重量85%，光电截面大；相对发光效率高，为蒽的2.3倍；发射光谱最强波长415nm，与PMT光谱响应配合；晶体透明性能好；能量分辨率较高，~7.5%@662keV-。缺点：容易潮解。22NaI(Tl)晶体封装结构1-硬质玻璃；2-NaI(Tl)晶体；3-光学耦合剂；4-光反射层；5-金属铝壳；6-海绵垫衬；7-密封环氧树脂。232、CsI(Tl)和CsI(Na)晶体优点：密度大，

=4.51g/cm3；

Z高，铯(Z=55)，碘(Z=53)；机械强度好；加工性能好；

CsI(Tl)可以用作粒子甑别。缺点：

CsI(Na)容易潮解；CsI(Tl)轻度潮解。243、BGO晶体

(Bi4Ge3O12

，锗酸铋)优点：密度大，

=7.13g/cm3；

Z高，铋(Z=83)；缺点：发光效率低，为NaI(Tl)的8~14%。

机械性能好；化学稳定性好；光学透明性好。254、ZnS(Ag)晶体

发光效率高；多晶粉末；透光性差，厚度约10~20mg/cm2。5、BaF2晶体

密度大，

=4.89g/cm3；发射光谱紫外波段，双峰光谱，最强峰310nm；发光衰减时间0.6ns；发光效率低，比NaI(Tl)小一个量级。266、蒽晶体

发光效率高，常用作标准；原子量低，含氢量大；制作困难，价格昂贵；容易损坏。7、液体闪烁体

发光衰减时间短，~2.4ns；透明度好，制备容易，成本低。

由溶剂(二甲苯)+荧光物质+波长转换剂组成。278、塑料闪烁体

发光衰减时间短，1~3ns；透明度高，光传输性能好；机械性能好，性能稳定；耐辐射特性好。

由溶剂(苯乙烯)+荧光物质+波长转换剂，聚合而成。9、气体闪烁体

粒子进入气体中，通过激发、退激，发射光子。

Xe、Ke、Ar、He等高纯度气体都是闪烁气体；加入少量N，紫外光移波到可见光。光子发射有竞争过程，气体闪烁体的效率比较低。气体退激时间为ns量级，是最快的闪烁材料之一。28反射层、耦合剂、光导。光学反射层：镜面反射、漫反射。

铝箔、镀铝塑料薄膜，氧化镁、二氧化钛、聚四氟乙烯塑料带，等。

时间测量中，也可以用吸收材料。五．闪烁光的收集29光学耦合剂：

当光子由光密物质(n0)射向光疏物质(n1)时，发生全反射的临界角：周围介质(折射系数=n1)闪烁体(折射系数=n0)

在闪烁体与PMT之间填充硅油(n1

1.5)。30光导：具有一定形状的光学透明固体材料，连接闪烁体与光电倍增管。

闪烁体窗面积、形状与PMT窗面积、形状不同时；

用硅油填充闪烁体-光导、光导-PMT的交界面。

强磁场中探测时，用较长的光导连接把闪烁体与PMT分隔开。

在空间较小处，用光纤连接较小的闪烁体与PMT。31§8.3电子倍增器件一．光电倍增管的结构与工作原理二．光电倍增管的供电回路三．光电倍增管的主要性能四．通道型电子倍增器件光电倍增管，通道型电子倍增器件32

光学窗，光阴极，电子光学输入系统，电子倍增系统(打拿极)，电子收集(阳极)。一．光电倍增管(PMT)的结构与工作原理33光学窗：硼玻璃窗、石英玻璃窗。光阴极：通常为化合物材料，两种形式。电子光学系统：聚焦极、加速极。加速电位。34打拿极：二次发射系数大；热电子与光电子发射小；大电流工作时性能稳定；形状；快速响应。阳极：镍、钼、铌，二次电子发射小。35K-D1电压较高，提高S/N和能量分辨率；中间各打拿极一般均匀分压；最后几个打拿极间高电压、大电流，电容稳压；最后打拿极与阳极间电压较小。二．光电倍增管的供电回路36

正高压供电方式：

负高压供电方式：371、光阴极的光谱响应2、光阴极的光照灵敏度3、第一打拿极的电子收集系数4、光电倍增管的放大倍数5、阳极光照灵敏度6、光电倍增管的时间特性7、光电倍增管的暗电流8、光阴极的均匀性9、稳定性三．光电倍增管的主要性能381、光阴极的光谱响应

光阴极受到光照射后发射光电子的几率是波长的函数，叫做光阴极的光谱响应。

光阴极光谱响应需要与闪烁体发射光谱匹配。

量子效率：39平均量子效率：402、光阴极(阳极)的光照灵敏度

gc对PMT的幅度分辨率影响较大，在有聚焦极的光电倍增管中，gc可达95%以上。其中：i

是光电子流(

A)，F是光通量(lm)。3、第一打拿极的电子收集系数414、光电倍增管的电流放大倍数

聚焦型：g1；非聚焦型：g<1。其中：g是电子传输效率，

是各级电子倍增系数，

n是倍增电极数。

有的资料把电流放大倍数定义为：42PMT输出脉冲中的电荷量：E：入射粒子能量；Yph：光能产额；Fph：光子传输系数；

：平均量子效率；gc：收集效率；

：电子倍增系数。43

对一般材料，

大致为3~5；双碱金属材料，

可以达到~10；

GaP材料，

可以为50~60。

如果电流放大倍数M采用后一种定义，也可写成：

各倍增电极的电子倍增系数：其中，VD是倍增电极之间的电压，a、b是常数。441、单通道型电子倍增器四．通道型电子倍增器件452、多通道型电子倍增器(微通道板，MCP)工作环境：<10

4Pa

通道轴向偏离法线~8

。

对电子的倍增系数：其中：A=0.2V为工作电压；

V0为二次电子初始能量。46

正离子反馈形成自激限制了MCP的电子倍增系数。

将两片MCP串联使用，以获得足够的倍增系数：

两片MCP通道方向交错。

倍增电子由阳极接收：普通阳极，一维(二维)位置灵敏阳极。47

单片倍增系数：

~103~104。

双片倍增系数：

~105~107。

测得飞行时间谱的FWHM可达200ps。

输出脉冲上升时间可达360ps。48一维电阻阳极二维电阻阳极49二维锲条型阳极（WSA）50第三代电子动量谱仪（EMS-3）

位置分辨率：0.1mm；能量分辨率：1.0-1.2eV；角度分辨率：

=1.9

；入射电子能量：400-2400V；探测效率提高2个量级。（e,2e）5152Momentum(a.u.)RelativeIntensity1b3ginC2H453§8.4闪烁探测器的输出信号一．闪烁探测器输出信号的物理过程二．闪烁探测器的输出回路三．电流脉冲信号四．电压脉冲信号五．输出信号的涨落六．闪烁探测器的主要性能54一．闪烁探测器输出信号的物理过程

倍增电子向后级漂移，感应电流从外回路流过。55二．闪烁探测器的输出回路5657探测器输出回路小结58591、光电倍增管的单电子响应函数上升时间：tr~1.2~30ns；响应宽度：

~2~40ns；度越时间：

e~20~80ns，

e~1~3ns。总电荷量：q=Me

，~105~1010e

；三．电流脉冲信号602、输出电流脉冲第一打拿极接收光电子的分布：一次闪烁光引起的输出电流：

对大多数无机闪烁体，单电子响应函数可以用

函数近似，这时输出电流，61把单电子响应函数的输出电流代入，得：输出电压信号的一般形式：四．电压脉冲信号62在短时间区域，在足够长的时间区域，(1)当RC>>

0时，

脉冲前沿~

0，脉冲后沿~RC，Vmax

Q。

随RC减小，后沿下降加快，脉冲宽度变窄。63在短时间区域，在足够长的时间区域，(2)当RC<<

0时，

上升时间~RC

，下降时间~

0

，Vmax

。

随RC减小，上升时间加快。64V(t)在t=RC处取极大值，在实际使用中，常选取RC=

0

。(3)当RC=

0时，

只有当C=0时，V=I(t)R；而一般情况下，C0。

当单电子响应函数不为

函数时，使输出脉宽变大，脉冲前沿变慢。65光电倍增管输出电荷数Na是串级型随机变量：

(1)闪烁体发出的光子数Nph

，服从泊松分布；

(2)对应于闪烁体发出一个光子，第一打拿极收集到的光电子数Nf

，是贝努里型随机变量；

(3)PMT的电子倍增系数M

。

第一打拿极收集的光电子数Ne是二级串级型随机变量，平均值与方差为：五．输出信号的涨落66

阳极输出电子数Na是由Ne和M组成的二级串级型随机变量，其平均值与方差为，PMT电子倍增系数M是各级倍增因子

i串级而成的多级串级型随机变量，平均值为：67所以，于是，Na的方差为，M的方差，68

进一步的研究给出更精细的结果，

因此，闪烁探测器的能量分辨率为，69§8.5单晶

闪烁谱仪一．

闪烁谱仪的组成与工作原理二．单能射线的次级电子能谱三．射线的输出脉冲幅度谱四．NaI(Tl)单晶闪烁谱仪的性能70闪烁探测器高压电源多道分析器前置放大器主放大器

探测次级电子能谱。光电效应，Compton效应，电子对效应。一．

闪烁谱仪的组成与工作原理711、小尺寸闪烁体二．单能射线的次级电子能谱

闪烁体仅吸收次级电子的能量。2m0c2722、大尺寸闪烁体

闪烁体吸收全部次级电子、次级电磁辐射能量。733、中等尺寸闪烁体

闪烁体吸收次级电子能量，以一定几率吸收次级电磁辐射能量。741、单能射线三．射线的输出脉冲幅度谱

输出幅度涨落使峰宽度、边界展宽。PMT噪声与暗电流形成小幅度连续谱。752、两种能量的射线较高能射线：全能、单逃、双逃、康普顿、湮没峰；较低能射线：全能、康普顿边缘、康普顿坪；特征x射线峰、反散射峰。76闪烁体原子序数Z密度发光效率NaI(Tl)11,533.67100Bi4Ge3O1283,32,87.137~14探测效率、能量分辨率、光电峰、逃逸峰。773、多种能量的射线781、能量分辨率

2、探测效率与坪特性

3、分辨时间

4、闪烁探测器的稳定性四．NaI(Tl)单晶闪烁谱仪的性能791、能量分辨率

电子倍增系数M与工作电压V0的关系：其中，V0是PMT总电压，a、b是常数，n是打拿极数。

工作电压波动引起的倍增系数变化：通常要求PMT的电源稳定性好于0.1%。80所以：闪烁探测器的能量分辨率为，812、探测效率绝对总效率绝对峰效率本征总效率本征峰效率8283放射性现象、放射性衰变基本规律，连续衰变规律、放射系，衰变规律的应用等。第二章

原子核的放射性841896年，Becquerel在铀矿物中发现射线。

射线是氦核，带正电荷，贯穿本领小；

射线是高速电子流，带负电，贯穿本领较大；

射线是波长很短的电磁波，贯穿本领大。在磁场中发现，射线有三种成份：

1、一种在磁场中偏转，与带正电荷离子流相同；

2、一种在磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同；

3、一种在磁场中不偏转。分别叫做、、射线。§2.1原子核放射性的一般现象85

天然和人工生产的核素都能自发地发射：、、；e+、p、n、…；同时发射几种射线。

放射性现象与原子核的衰变密切相关。原子核的衰变：在没有外界影响的情况下，原子核自发地发射粒子并发生改变的现象。放射性：原子核自发地发射各种射线的现象。放射性核素：能自发地发射各种射线的核素，不稳定核素。

放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。86

衰变：原子核自发地发射

粒子而发生的变化。例如：

衰变：原子核自发地发射电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生的变化。

–衰变：原子核自发地发射电子而发生的变化。

+衰变：核自发地发射正电子而发生的变化。87

轨道电子俘获：原子核自发地从核外轨道上俘获一个电子而发生的变化。

衰变中母核与子核互为相邻的同量异位素。

衰变：处于激发态的原子核自发地向基态跃迁，也称为

跃迁，在

跃迁中通常放出

射线。

衰变是原子核内部能量状态发生变化，不会导致核素发生变化。因此

衰变的子核与母核的质量数和电荷数都不会发生改变。

天然放射性，人工放射性。88270.9d692.440.159%EC0.18%7.7EC99.8%6.47/2

5/2

5/2

3/2

1/2

014.41136.47706.410136.4710.47%e1.54%122.0685.7%e2.05%14.419.64%e79.0%QEC=836.60.6keV30.17y0661.662.55m661.6685.0%e9.6%11/2

3/2

7/2

0=1173.20.9keV

511.694.6%9.6

1173.25.4%12.1衰变纲图89一．单一放射性的指数衰减规律二．衰变常数、半衰期、平均寿命和衰变宽度三．放射性活度§2.2原子核衰变的基本规律90不能预测某个核在某个时刻发生衰变；因为衰变，原子核的数目随时间减少有一定规律。222Rn的衰变图一．单一放射性的指数衰减规律91

的衰变规律可以用指数衰减描述，

指数衰减规律是各种放射性原子核单独存在时都遵守的普遍规律。

指数衰减规律的另外一种形式，

原子核衰变的过程：0N(0)N(t)tt

dNt+dt92

从衰减规律的微分形式得，

的物理意义：在时间t附近单位时间内原子核发生衰变的几率。

是常数，各原子核的衰变几率相同，各个原子核的衰变是独立无关的。

某一个核的衰变是偶然性事件，大量原子核的衰变规律就表现出指数规律描述的必然性规律。二．衰变常数、半衰期、平均寿命和衰变宽度93定义：半衰期T1/2

通过衰变，放射性原子核数目衰减到原来数目一半所需的时间。如果一种放射性核素同时具有几种衰变模式，总的衰变常数为各分支衰变常数之和。94定义：平均寿命

放射性原子核平均生存的时间。

在t

t+dt时间内，发生衰变的原子核数目为：

–dN＝

N(t)dt它们的寿命是t，总寿命是：

(–dN)t

＝tN(t)dt如果t=0时有原子核N(0)个，它们的平均寿命就为：95当t=

时，放射性原子核的数目为，平均寿命

、半衰期T1/2和衰变常数

的关系，衰变宽度：

原子核激发态能量E0，能级有宽度。根据测不准原理，能级宽度

与能级寿命

有，96

由量子力学跃迁概率公式，处于中心能量E0的能级上不同能量E的概率为，其中A(E)为能量为E的态的振幅。

由测不准关系，衰变宽度与能级寿命

联系起来。原子核激发态处于能量E的概率97定义：在单位时间内发生衰变的原子核数，称为放射性活度A(t)，也称为衰变率J(t)，

放射源发出放射性粒子的多少，与放射源含有的放射性原子核数目有关，还与衰变常数

有关。三．放射性活度98

放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目，而不是放射源发出的粒子数目。历史上，采用Ci(居里)作为放射性活度的单位，1975年国际计量大会新规定：放射性活度的国际单位为Bq(贝可勒尔)，99例如137Cs，每发生100次衰变，发出的粒子数有：

最大能量为1.17MeV的粒子5个；最大能量为512keV的粒子95个；能量为662keV的粒子85个；能量约为662keV的内转换电子10个；还有特征x射线等。30.17y0661.662.55m661.6685.0%e9.6%11/2

3/2

7/2

0=1173.20.9keV

511.694.6%9.6

1173.25.4%12.1100

一种核素同时具有几种不同的衰变模式，每一种衰变模式都有相应的衰变常数

i。核素总的衰变常数为各分支衰变常数

i之和，定义：分支比Ri为各分支衰变的相对强度，例如：纯60Co

1200Ci/g，目前生产最高700Ci/g。定义：比活度为单位质量放射源的放射性活度，Bq/g101一．两次连续衰变规律二．多次连续衰变规律三．放射性平衡连续衰变：原子核的衰变一代又一代连续进行，直至最后达到稳定为止。§2.3连续衰变规律102

母体衰变成子体，子体衰变成稳定核。如

设两次连续衰变的一般表达式，其中：A、B、C的衰变常数为

1、

2、

3=0；t时刻

A、B、C的原子核数为N1、

N2、

N3

；t=0时A、B、C的原子核数为N10、

N20=

N30=0

。一．两次连续衰变规律103

子体B的原子核数目同时受到母体衰变速度和子体衰变速度影响，

求解微分方程，得子体B的原子核数目随时间的变化，

由母体和子体的衰变常数共同决定。

母体A的衰变不受子体影响，其原子核数N1为，104

子体C不发生衰变，其原子核数N3只受到子体B衰变速度的影响，

将N2(t)代入，并求解微分方程，得子体C的原子核数目随时间的变化，

也由母体和子体的衰变常数共同决定。

当t

，N3(t)N10，母体全部衰变成子体C。子体C是稳定的，不再发生衰变。105

多次连续衰变的一般表达式，

子体C也会发生衰变，其原子核数N3受到子体B衰变速度和子体C衰变速度的影响。

母体衰变成若干代子体，最终子体衰变成稳定核。二．多次连续衰变规律106求解微分方程，并利用初始条件(t=0，N30=0)得，其中，c1、

c2、

c3是常数。107

对于n代连续放射性衰变过程，共有n+1种核素，

设前面n种核素的衰变常数为

1,

2,

3,…,

n；初始条件：N10，N20=N30=…=Nn0=Nn+1=0。其中，前面n种都是不稳定核素，都有衰变过程；第n+1种是稳定核素。其中，c1,

c2,…,cn是常数。

可得第n种核素An的原子核数随时间的变化，108…………在连续放射性衰变中，母体衰变是单一放射性衰变，服从指数衰减规律；其余各代子体的衰变规律不再是简单指数规律，而与前面各代衰变常数都有关。109

在连续放射性衰变中，各代母核子核的衰变常数有大有小，衰变有快有慢。

在连续放射性衰变中，母体的衰变情况总是服从单一指数衰减规律的。三．放射性平衡问题：如果时间足够长，各代核素的衰变规律会出现什么情况？110条件：

T1>T2，

1<

2，但是T1也不是很大，在观察时间内可以看出母体放射性的变化。结论：经过足够长时间后，子体的原子核数目将与母体的核数目建立起固定的比例关系，子体按照母体的半衰期衰减。1、暂时平衡111

根据子体B的原子核数目随时间的变化，

由于

1<

2，当t足够大时，

即，112

子体的原子核数目(t=0)从零开始增长，t很大后按母体半衰期衰减，核数减少，存在一个极大值，

在tm处取得极大值，

1<

2，tm>0，且仅与

1、

2有关。即，

在t=tm时，N2(t)取极大值，113b：母体衰变(T1=12.6h)时的放射性活度A1指数规律；暂时平衡(

1<

2)tmea：子体的放射性活度A2随时间的变化；c：母子体的总放射性活度(A1+A2)随时间的变化；d：子体单独存在时的衰变规律(T2=0.81h)，e：a的直线部分外推。114

对于多代连续放射性衰变过程，

只要母体A1的衰变常数

1比

2,

3,…,

n都小，当时间足够长以后，整个衰变系列会达到暂时平衡。即：各代子体的放射性活度之比不随时间变化；各代子体都按母体的半衰期衰减。

因为

1最小，经过足够长时间，A2和A1建立起暂时平衡，A2按照

1衰变；

然后，A3和A2建立起暂时平衡，A3又按照

1衰变；以后各代也都会到达平衡。115条件：

T1≫T2，

1≪

2，并且在观察时间内看不出母体放射性的变化。结论：在经过足够长的时间后，子体的原子核数目和放射性活度达到饱和，并且子体和母体的放射性活度相等。2、长期平衡116

根据子体B的原子核数目随时间的变化，

由于

1≪

2，当t足够大时(t>5T2)，

即，

时间足够长，子体母体之间出现长期平衡，子体的放射性活度与母体相同，达到饱和。117a：子体的放射性活度A2随时间的变化；长期平衡(

1≪

2)b：母体衰变(T1

)时的放射性活度A1；c：母子体的总放射性活度(A1+A2)随时间的变化；d：子体单独存在时的衰变规律。118

对于多代连续放射性衰变过程，

只要母体A1的半衰期T1很大，在观察期间看不出母体的变化，而且各代子体的半衰期都比母体半衰期小得多(而不管各代子体的半衰期的差异如何)，当时间足够长以后，整个衰变系列达到长期平衡。

各代子体的核数目保持固定比例，不随时间改变；各代子体的放射性活度都与母体的活度相同。i=2,3,4,…119例：长期平衡系列中227Ac的半衰期为21.8a，

求231Pa的半衰期。解：120条件：T1<T2，

1>

2，母体衰变比子体快。3、不成平衡的情况(逐代衰变)结论：当时间足够长，母体几乎全部衰变，转变成子体，子体按照自己的衰变常数衰变。

当t足够大时，

根据子体B的原子核数目随时间的变化，121a：子体的放射性活度A2随时间的变化；逐代衰变(

1>

2)b：母体衰变时的放射性活度A1；c：母子体的总放射性活度(A1+A2)随时间的变化；d：子体单独存在时的衰变规律。122

如果多代连续放射性衰变过程中，上一代核素都比下一代核素衰变得快，在经过足够长的时间后，不会形成平衡，而是形成逐代衰变的情况。

多代连续放射性衰变过程在经过长时间后，往往出现暂时平衡、长期平衡和逐代衰变的混合情况。

暂时平衡：T1>T2，

N2

N1，N2(

1)，A2>A1；长期平衡：T1≫T2，N2

N1，N2(

1)，A2=A1；不成平衡：T1<T2，

N10，N2(

2)。123第九章

半导体探测器(Semiconductordetectors)本章内容：半导体基本性质；

PN结型、锂漂移型、高纯锗半导体探测器探测器的信息载流子：气体探测器，电子离子对，w~30eV；闪烁探测器，D1收集的电子，w~300eV；半导体探测器，电子空穴对，w~3eV。半导体探测器的特点：能量分辨率高，探测效率高。124§9.1半导体基本性质一．本征半导体与杂质半导体二．半导体作为探测介质的物理性能

常用半导体材料：Si、Ge(IV族元素)1251、本征半导体

理想的、纯净的半导体。

半导体中由于热运动产生的电子和空穴密度：禁带宽度：室温下的本征硅，

本征锗，一．本征半导体和杂质半导体

半导体中的载流子密度小，随温度变化。1262、杂质半导体

在半导体材料中有选择地掺入一些杂质。杂质原子在半导体禁带中产生局部能级，影响半导体的性质。3、施主杂质和施主能级V族元素，如P、As、Sb。能级接近导带底端能量；室温下热运动使杂质原子离化；离化产生的电子进入导带。

掺有施主杂质的半导体中多数载流子是电子，叫做N型半导体。1274、受主杂质和受主能级III族元素，如B、Al、Ga。能级接近满带顶端能量；室温下满带中电子容易跃迁这些能级上；在满带中出现空穴。

掺有受主杂质的半导体中多数载流子是空穴，叫做P型半导体。1281、载流子密度

半导体中电子和空穴的密度乘积为，

因此，本征半导体的载流子密度ni、pi和杂质半导体的载流子密度n、p满足，2、补偿效应N型半导体，施主杂质几乎全部电离，n>p

。二．半导体作为探测介质的物理性能1293、平均电离能

入射粒子在半导体介质中平均产生一对电子空穴需要的能量。

半导体中的平均电离能与入射粒子能量无关。

300K，w(Si)=3.62eV77K，w(Si)=3.76eV，w(Ge)=2.96eV。

如果在N型半导体中加入受主杂质，

当p>n，N型半导体转化为P型半导体。叫做补偿效应。

当p=n，完全补偿。130当电场升高时，漂移速度随电场的增加速率变慢；当E~1045V/cm时：达到饱和漂移速度~107cm/sec.4、载流子的迁移率300K，(Si)77K，(Si)迁移率随温度下降而上升，300K，(Ge)

电子迁移率与空穴迁移率相差倍数，当E~103V/cm时：131空穴在Ge中的漂移速度

电场一定时，低温的漂移速度大。

低温：Es~103V/cm；室温：Es~104V/cm。

电场强度较小时，u与场强成正比；电场强度较大时，u随场强增加速度变慢。电子在Si中的漂移速度132

掺杂会大大降低半导体材料的电阻率；降低半导体材料温度可以提高电阻率。5、电阻率

电阻率与电子、空穴浓度及其迁移率有关，

(Si)=2.3105

；

(Ge)=50~100

通过补偿效应，可以提高电阻率；完全补偿时，n=p，电阻率最高。133

半导体探测器需要载流子的漂移长度大于灵敏体积的长度。6、载流子寿命载流子从产生到消失(俘获、复合)的平均时间间隔

。

载流子的漂移长度：

高纯度的半导体Si和Ge：

~10

3sec.半导体探测器材料：长载流子寿命；高电阻率(漏电流小，结电容小)。134§9.2P-N结型半导体探测器一．工作原理二．P-N结型半导体探测器的类型三．输出信号四．P-N结型半导体探测器的性能与应用为什么要用P-N结？1351、P-N结(势垒区)的形成

在P型半导体上掺杂，通过补偿效应，转化为N型半导体，形成P-N结。

由于密度的差异，电子和空穴朝着密度小的方向扩散。

扩散的结果形成空间电荷区，建立起自建电场。

在自建电场的作用下，扩散与漂移达到平衡。形成P-N结区，也叫势垒区、耗尽区。一．工作原理136

少数能量较高的电子空穴会穿过势垒区扩散到对方区域，形成正向电流If。

由于热运动在势垒区产生电子空穴，在自建电场作用下形成反向电流IG，

扩散到势垒区的少数载流子在电场作用下也会形成反向电流IS

。

达到平衡时，1372、外加电场下的P-N结在外加反向电压时的反向电流：少数载流子的扩散电流，结区面积不变，IS不变；结区体积加大，热运动产生电子空穴多，IG增大；反向电压产生漏电流IL，主要是表面漏电流。

在P-N结上加反向电压，由于结区电阻率很高，电位差几乎都降在结区。

反向电压形成的电场与自建电场方向一致。

外加电场使结区宽度增大。反向电压越高，结区越宽。1383、势垒区的电场分布

在高电阻率半导体材料表面掺杂形成势垒区。

势垒区中的电场：

空间电荷密度为，

由于空间电荷数相等：E(x)1394、势垒区的宽度可以得到势垒高度：所以，势垒区的宽度：

对电场积分，可以得到势垒分布：E(x)1405、结区电容

根据结区电荷随外加电压的变化率，可以计算得到单位面积的结区电容：

结区电容随外加电压变化而变化，外加电压的不稳定可以影响探测器输出电压幅度的不稳定。[

m][

m][pF/cm2][pF/cm2]141Si例如：问：反向工作电压？

结区厚度？

结区电容？

W=200

m

C=41pF

V=45V1421、扩散结型探测器2、面垒型探测器

在N型Si上蒸薄Au，透过Au层的氧化作用，形成P型氧化层。叫做金硅面垒探测器，Si(Au)。入射窗薄，噪声小。光敏，耐高温特性不好。

把施主杂质(P)扩散到P型Si材料中，形成P-N结。用高温扩散和离子注入的方法，通过控制扩散温度和扩散时间，得到1

m以下的薄入射窗。性能稳定，高温使载流子寿命减小，窗损失能量。二．P-N结型半导体探测器的类型1431、输出回路三．输出信号1442、输出电流脉冲与电荷收集时间

探测器中电子的漂移速度，从电子产生位置x0到x积分，可以得到电子漂移时间，驰豫时间：

电子感应电流，145

认为电子漂移到x=0.99W处就把电子电荷全部收集，则电子的收集时间为，通常，电子和空穴的最大收集时间为，

空穴漂移引起的感应电流：最大收集时间1463、输出电压幅度

当RC>>tc时，探测器输出电压脉冲幅度为，这时，输出电压脉冲前沿由电流脉冲形状决定，后沿以输出回路时间常数RC指数规律下降。

输出回路等效电容，而探测器结区电容Cd随反向工作电压变化，147采用电荷灵敏前置放大器。这时前置放大器的输出脉冲幅度为，

电荷灵敏前置放大器等效输入电阻：探测器输出回路等效电容：148等效输出回路RC：输出回路等效电阻：电荷灵敏前置放大器输出脉冲后沿按照RfCf指数下降:149

输出电压脉冲上升前沿随电子空穴产生位置变化。会引起定时误差。输出脉冲的形状：1501、能量分辨率(1)输出脉冲幅度谱的统计涨落

探测器的能量分辨率为，

入射粒子产生的电子空穴对数服从法诺分布，四．P-N结型半导体探测器的性能与应用151(2)探测器和电子学的噪声

反向电流的涨落构成探测器的噪声信号。P-N结的反向电流：少数载流子的扩散电流IS；结区中热运动产生电子空穴的反向电流IG；反向电压产生漏电流IL，主要是表面漏电流。电子学噪声主要是前置放大器中第一级的噪声。等效噪声电荷ENC：放大器输出端噪声电压均方根值等效到输入端的电荷数。比较：152电荷灵敏前置放大器的噪声参数：零电容噪声(keV)；噪声斜率(keV/pF)。例如：一电荷灵敏前置放大器，零电容噪声1keV，噪声斜率0.03keV/pF。

与反向电流有关的噪声随偏压V增加；

探测器结电容随偏压V增加而减小；

总噪声电压随偏压V有极小值。

若探测器电容100pF，则总的噪声对谱线的展宽为：153(3)窗厚对能量分辨率的影响2、分辨时间3、辐照寿命4、P-N结型半导体探测器的应用

不同角度入射的带电粒子穿过探测器的窗厚度不同，在窗中损失的能量不同，造成能谱展宽，

各种因素对系统能量分辨率的影响，…………154§9.3P-I-N型半导体探测器一．工作原理二．输出信号与主要性能三．P-I-N型半导体探测器的应用为什么要发展P-I-N型探测器？1MeV的粒子在硅中的射程~2mm，而P-N结型探测器灵敏体积的线度一般不超过1mm。

P-N结型探测器探测和的效率太低。155

带正电的锂离子与带负电的受主离子结合成中性的正负离子对。

在高电阻率的P型半导体材料表面掺入锂原子，制成P-N结。

在高温下，外加反向电场，使锂离子沿电场方向扩散。

由于补偿作用，形成本征区。构成P-I-N结构。一．工作原理156

本征区I电子空穴密度相等，

N区和P区多数载流子密度远远大于少数载流子密度，

存在不等式：

多数载流子扩散，出现空间电荷。

I区是耗尽区，电阻率很大，叫做本征区。

空间电荷建立电场，阻止多数载流子进一步扩散。157

锂离子在外加电场作用下向右漂移。

NLi较大处会引起电场变化，加速多余的锂离子向右漂移。ab

锂离子漂移区域不存在空间电荷，为均匀电场分布。1581、锂漂移探测器的输出信号

2、能量分辨率

3、线性

4、探测效率绝对效率，本征效率总效率，峰效率

5、峰康比

6、分辨时间二．输出信号与主要性能159＋–锂漂移探测器的输出信号ut160探测效率绝对总效率绝对峰效率本征总效率本征峰效率161162三．P-I-N型半导体探测器的应用1、使用中的注意事项

2、锂漂移探测器与其它射线谱仪的比较与碘化钠闪烁谱仪的比较与正比计数器的比较与晶体衍射谱仪的比较

3、半导体谱仪在核物理实验中的应用

4、半导体谱仪在工业技术中的应用163要求低温条件：室温下，离子对会离解；降低反向电流和噪声。164§9.4高纯锗HPGe半导体探测器一．工作原理二．主要性能与应用为什么要发展HPGe探测器？

锂漂移探测器需要低温保存与使用。生产周期(锂漂移时间)长。165耗尽层的宽度：

纯化，N~1010原子/cm3，达W~10mm，高纯锗(HPGe)探测器。大体积灵敏区：增加工作电压V，降低杂质密度N。一．工作原理高纯锗探测器：

P-N结型探测器，常温保存，低温使用。

补偿，锂漂移型探测器。166灵敏区厚度：5~10mm

：E

220MeV

p：Ep60MeV

：300~600keV

工作在全耗尽状态；液氮温度77

K。形成P+-P-n+结构。P型区存在电荷，电场强度不均匀。平面型HPGe探测器167168

同轴型灵敏区体积大，~400cm3。同轴型HPGe探测器双端同轴单端同轴

双端同轴型表面漏电流较大，增加噪声。

单端同轴型电场径向一致性较差，通过磨园、加长内芯电极加以改善。1691701、能量分辨率：同轴型测量的分辨率：1.5~2.0keV@1.332MeV；

Si(Li)、Ge(Li)测量x

：160~200eV@5.95keV。2、探测效率：相对33吋的NaI(Tl)晶体

~85cm3的HPGe测量的探测效率~19%。3、峰康比：

峰顶计数与康普顿坪平均计数之比，~20~80。4、电流脉冲宽度：109~108sec.。二．高纯锗和锂漂移探测器的主要性能171各种探测器测量分辨率比较探测器55FeX5.9keV137Cs

662keV60Co

1332keV241Am

5.485MeV屏栅电离室~1%Si(Au)~3‰Si(Li)~3%正比计数器~16%Ge(Li)~1.3‰NaI(Tl)~52%~7%~6%172NaI(Tl)和Ge(Li)的108Ag和110Ag能谱173重带电粒子与物质的相互作用；快速电子与物质的相互作用；射线与物质的相互作用；中子与物质的相互作用。第六章

射线与物质的相互作用具有一定动能的射线会与物质发生相互作用。叫做致电离辐射。174一．致电离辐射的种类二．弹性碰撞和非弹性碰撞

三．带电粒子在物质中的慢化§6.1概述175

致电离辐射：能量大于~10eV量级的射线。一．致电离辐射的种类176

相互作用过程中，满足能量守恒：

当

E=0时，弹性碰撞；当

E0时，非弹性碰撞；

E>0时，与基态原子碰撞，原子被激发；

E<0时，与激发态原子碰撞。二．弹性碰撞和非弹性碰撞

带电粒子通过库仑力与物质发生相互作用。177从微观上看：碰撞机制：与原子、原子核碰撞；弹性、非弹性碰撞。碰撞后：入射粒子能量损失；或能量、方向改变后出射；或入射粒子消失，产生新粒子。从宏观上看：

不管作用机制如何，穿过物质的射线强度比入射强度减小。178

入射带电粒子所带电荷与原子中核外电子、原子核发生的库仑相互作用。

入射带电粒子在相互作用过程中逐渐慢化。

在入射带电粒子与电子的一次碰撞中，电子能获得的最大能量：

质子入射时：三．带电粒子在物质中的慢化1791、带电粒子与核外电子的非弹性碰撞核外电子获得能量，引起电离和激发。电离：产生自由电子、正离子，主要在最外层电子。

电子进一步产生电离。激发：电子跃迁，原子处于激发态，退激发光。电离损失是带电粒子在物质中损失动能的主要方式。2、带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞

入射带电粒子速度和方向发生变化，同时发射韧致辐射。辐射损失是轻带电粒子损失动能的一种重要方式。1803、带电粒子与靶原子核的弹性散射

入射粒子不辐射光子，不激发原子核，方向偏转；入射粒子损失一部分动能，靶核得到反冲。

叫做核碰撞损失，核阻止；主要对低能重离子入射。4、带电粒子与核外电子的弹性散射

与电子的库仑作用，使入射粒子方向偏转；入射粒子损失一部分动能，但能量转移很小，电子能量状态不发生改变。100eV以下的粒子才需考虑。181一．电离损失率二．重带电粒子的射程§6.2重带电粒子与物质的相互作用

与核外电子的非弹性碰撞；与原子核的非弹性碰撞。182一．电离损失率能量损失率：入射带电粒子在物质中经过单位路程损失的能量。

有：电离损失率，辐射损失率。所以，也叫线性阻止本领。183假设：入射粒子与“自由电子”发生碰撞；入射粒子与“静止”电子发生碰撞；入射粒子的电荷态是确定的。在时间

t内传给电子的动量，因此，在全部相互作用中，传给电子的总动量，

距离入射带电粒子r的电子受到库仑力，184由于，

x方向的动量分量为零。所以，

碰撞参数为b的电子获得的动能，185

入射粒子经过dx距离，碰撞参数为b

b+db范围内的电子得到的能量为，

入射粒子在单位距离内损失的能量，

对心碰撞时，bmin对应电子获得最大动能，186

bmax对应电子获得的最小能量，需大于靶原子的平均激发能I，代入得，改写为，187Bethe-Block公式：根据量子理论，并考虑了相对论修正

几点讨论：例如，1MeV的p与2MeV的d，z相同，v相同；S相同。1、S与入射粒子质量无关，只与电荷与速度有关。1882、S与入射粒子的电荷平方z2成正比，例如，相同速度的p与

，S

=4Sp

。3、S与靶物质的电子密度NZ成正比，4、S与v2的关系

v2较小，S1/v2；

v2较大，对数项增大，S上升

；

v2很小，电荷交换效应，俘获；

v2极小，核阻止作用。189Bragg曲线与能量歧离单个粒子的情形；平行粒子粒子束：能量歧离190二．重带电粒子的射程射程R：带电粒子在物质中沿初始入射方向行进的最大距离。路程：带电粒子在物质中实际经过的轨迹。

对重带电粒子，射程=路程；对轻带电粒子，射程<路程。射程歧离：重带电粒子百分之几，轻带电粒子百分之十几。191把射程公式改写为：对重带电粒子，192几点讨论：1、同种粒子以相同速度，入射在不同物质中，如果Z比较接近，电子在硅和碘化钠中的射程1932、不种粒子以相同速度，入射在同物质中，3、作为2的特例，当z相同时，例：p、以相同速度入射在同种物质中，

m/z2均为1，它们的射程相等。194射程的实验测量：平均射程R；外推射程Re；最大射程Rmax。t195

粒子在标准状态空气中的射程，当4MeVE11MeV时，精度为1%。在不同的物质中，与空气对比，可得，196对由多种元素组成的化合物或混合物，例：210Po，放射源，E=5.3MeV，计算得到：R0=3.8cm。

在人体组织中，R=43m，R=4.3mg/cm2

；而人体皮肤的厚度R=7mg/cm2

。

在Al中，A=27，

=2.7，计算得到：R=23.4m。197

特点：§6.3快速电子与物质的相互作用1、运动速度大；2、电离损失，辐射损失；3、碰撞中能量转移大，方向改变大(散射)。

快速电子：e

，

。

一．能量损失率二．吸收与射程三．正电子与物质的相互作用198快速电子的电离损失率：快速电子在物质中穿透本领比重带电粒子大得多。一．能量损失率199快速电子损失能量的方式：电离损失，辐射损失。在单位路程上通过辐射损失的能量叫做辐射损失率：几点讨论：1、辐射损失率与入射粒子质量平方成反比，重带电粒子的辐射损失可以忽略不计；2、辐射损失率与靶物质NZ2成正比；3、辐射损失率与入射粒子能量E成正比。

辐射损失的方式是发出韧致辐射。200快速电子总的能量损失：

入射电子能量高，辐射损失起主要作用；入射电子能量低，电离损失起主要作用。例如：靶物质Pb，Z=82，当Ee~9MeV，两者相当。201

快速电子在物质中有散射现象。大于90的散射叫做反散射。吸收：电子束通过一定厚度的物质时，强度减弱的现象。特点：电子的路程远大于射程；电子的射程有较大歧离。二．吸收与射程2021、单能电子束的吸收2、射线的吸收203204在铝中：2053、射线在铝中的射程典型物质中

射线的射程：

Ge：R~E

max

，(mm,MeV)Al：R~2E

max

，(mm,MeV)Air：R~400E

max

，(cm,MeV)对比：4MeV

在空气中的射程约为2.5cm。当时，当时，2064、反散射

入射电子在物质中发生大角度偏转，又从入射表面发射出来。定义：反散射系数，

E小，

大；

Z大，

大。207

对电子与物质相互作用的全部规律都适用于正电子与物质相互作用过程。

正电子在物质中也会发生电离损失、辐射损失。

处于热能的正电子会与吸收物质中的电子发生正电子湮没。三．正电子与物质的相互作用208§6.4

射线与物质的相互作用

光子不带电；

光子与电子或原子核存在电磁相互作用，在一次作用中损失全部能量或大部分能量。

射线是能量很高的电磁波，具有波粒二象性。

一．光电效应二．康普顿散射三．电子对效应四．射线的吸收209光电效应特征：1、光电子动能等于光子能量与结合能之差：通常，所以，

光子与一个原子作用，把能量全部交给原子，使一个束缚电子从原子中发射出来，光子消失。一．光电效应2102、自由电子不能发生光电效应。入射光子与内层电子发生光电效应的几率较大。3、光电效应伴随有特征x射线和Auger电子。

从内壳层打出电子，原子处于激发态。原子退激过程：发出特征x射线，发出Auger电子。2114、光电截面

ph的主要特征当当其中，

=1/137212总光电截面

ph：光电效应主要发生在K壳层上：吸收边(限)2135、光电子的角分布

入射能量增加，最大截面向小角度方向移动。

在

=0和

=180方向上没有观察到光电子。214

散射光子，散射角

；反冲电子，反冲角

。与原子外层电子的散射，“自由电子”；

光子的一部分能量交给电子，使电子从原子中发射出来，光子的能量和方向发生改变。二．Compton散射轨道电子速度远小于光速，“静止电子”。

散射光子还可继续发生Compton散射和光电效应。2151、能量与角度关系未知数：h’，Ee，

，

。根据能量守恒：根据动量守恒：216联解得到康普顿移动：解得：2172、几点讨论(1)散射光子和反冲电子的能量是连续的。

大，Ee大，h’小；

小，Ee小，h’大。(2)几种特殊情况：

=0，h’=h；

=，h’=(h)’min；

大于150以后，

h’200keV，形成反散射峰。218(3)散射角与反冲角存在一一对应的关系。(4)当h<<m0c2时，h’~h，汤姆孙散射。

当h>>m0c2时，Ee~h

。2193、康普顿散射截面和角分布Klein-Nishina公式：220221222康普顿散射总截面：整个原子的康普顿散射总截面：当h<<m0c2时，其中，223当h>>m0c2时，2244、反冲电子角分布和能量分布

由反冲电子能量和方向与散射光子能量和方向的一一对应关系，可以得到：

由此得到反冲电子微分截面与散射光子微分截面的关系：

可以由散射光子微分截面求得反冲电子微分截面。225反冲电子角分布：226反冲电子能量分布：与入射光子能量h

相差~200keV。康普顿边缘：康普顿坪连续分布。227电子对效应的特征：

光子从原子核旁经过，在核的库仑场作用下，光子转化成为正负电子对。1、能量关系

从能量守恒：电子对效应发生的条件：电子动能范围：三．电子对效应2282、电子对效应必须在有原子核参加时才能发生。

在电子的库仑场中也可以发生电子对效应：3、电子对效应之后伴随正电子湮没。

（同学自己证明。）

原子核带走多余的动量，又不带走过多的动能。229

如果吸收物质足够大，吸收的总能量为：正负电子来自何方？

不是从原子核中释放的；

如果一个湮没光子从吸收物质逃逸，

如果两个湮没光子都从吸收物质逃逸，

也不是来自原子中的电子轨道；

是射线转化而来，是物质不同形态的转化。2304、截面

当入射光子能量不同时，各种作用截面不同；

当时，三种作用都可能发生，入射光子与物质原子作用的总截面为：231小结：

低能、高Z，光电效应占优势；光电效应康普顿散射电子对效应

高能、高Z，电子对效应占优势；

中能、低Z，康普顿散射占优势。232233能量改变；强度不变；射程概念。能量改变；强度改变；最大射程。四．射线的吸收234能量改变；强度不变；射程概念。能量改变；强度改变；最大射程。能量不变；强度改变；无射程概念。四．射线的吸收2351、射线通过物质时的吸收

一束准直射线，初始强度I0，在厚度t处经过dt时强度变化：利用初始条件t=0时，解得：2362、吸收系数线性吸收系数：质量吸收系数：2372383、半吸收厚度和平均自由程半吸收厚度：射线在物质中强度减弱一半时的厚度，可以用半吸收厚度表示指数衰减规律：平均自由程：2394、宽束条件下的吸收规律宽束条件下的衰减规律：平行窄束：准直后的平行射线束，探测器记录直射光子。宽束：直射光子＋散射光子。

累积因子B与入射

能量E

和探测器的类型有关；还与测量时的几何条件有关。240§6.5中子与物质的相互作用中子的分类：慢中子：E<1keV，其中：热中子E~0.0253eV；中能中子：E~1~100keV；快中子：E<0.1~20MeV；慢中子(En<1keV)与核发生相互作用：转移给核的动能很小，反应截面很大，对反应产物进行测量。快中子(En>100keV)与核发生相互作用：转移给核的动能较大，反应截面很小，测反冲核。

中子主要通过核反应或弹性散射产生重带电粒子。2411、中子在核能释放过程中起着关键的作用；

2、中子技术在应用领域有很大发展；

3、中子不带电，与原子核发生相互作用不受库仑位垒的阻挡。

中子与物质的相互作用是与原子核的相互作用。中子探测的基本方法：核反应、核反冲、核裂变、活化。中子探测的特殊地位：242

利用中子产生的发射带电粒子核反应，记录带电粒子引起的电离现象就可以探测中子。主要探测器中子的强度，也可探测快中子的能谱。