《核辐射探测器与核电子学》复习题

1、核辐射探测器与核电子学复习题核辐射探测器与核电子学期末考试复习题 一、 填空题 1 粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种： 康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 。 2 射线与物质相互作用的主要形式有以下三种： 康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 。 3 射线与物质相互作用的主要形式有以下四种： 康普顿散射、散射、光电效应、激发、形成电子对、电离、发射电子、发射光子、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 。 4 NaI(Tl)组成的闪烁计数器

2、，分辨时间约为： 零点几、几、十几、几十、几百 s；-计数管的分辨时间大约为： 零点几、几、十几、几十、一百、几百 s。 5 电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与 入射射线的能量、初始电离产生的离子对数、初始电离产生的电荷总数 成正比。 6 半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为： 其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 。 7 ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度。 8 NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测、X、带电粒

3、子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 9 电离室一般用来探测、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 10 正比计数管一般用来探测、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 11 -计数管一般用来探测 、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 12 金硅面垒型半导体探测器一般用来探测 、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 13 Si(Li)半导体探测器一般用来探测 、X、带电粒子、重带电粒子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 14 HPGe半导体探测器一般用来探测 、X、带电粒子、重带电粒

4、子 射线的 能量、强度、能量和强度 。 15 对高能射线的探测效率则主要取决于 射线的能量、“窗”的吸收、射线的强度、探测器的有效体积、探测器材料的密度、探测器材料的有效原子系数 。 16 对低能射线的探测效率则主要取决于 射线的能量、“窗”的吸收、射线的强度、探测器的有效体积、探测器材料的密度、探测器材料的有效原子系数 。 17 -计数管的输出信号幅度与 入射射线的能量、工作电压 无关。 18 前置放大器的类型主要分为以下三种： 电压型、电压-电流型、电流型、电流-压电型器、电荷灵敏型、脉冲型 、积分型、微分型。 19 前置放大器的两个主要作用是： 信号放大、提高信-噪比、防止信号堆积、脉冲

5、成形、阻抗匹配 。 20 谱仪放大器的两个主要作用是： 信号放大、提高信-噪比、防止信号堆积、脉冲成形、阻抗匹配 。 21 滤波成效电路主要作用是： 抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 。 22 微分电路主要作用是： 使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 。 23 积分电路主要作用是： 使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声 。 24 单道脉冲幅度分析器作用是： 选择幅度在上下甄别阈之间的信号 。 25 多道脉冲幅度分析器的道数指的是： 多道道脉冲幅度分析器的分辨率 。 26 谱仪放大器的线性指标包括： 积分非线性、微分非线性 。 二、 名词解释及计算题 1. 能量分辨率 2. 探测效

6、率 3. 仪器谱 4. 能谱 5. 全能峰 6. 逃逸峰 7. 特征峰 8. 分辨时间 9. 死时间 10. 试粗略计算的粒子在电离室和金硅面垒半导体探测器中产生的初始电离(离子对数目)，并以此说明金硅面垒半导体探测器能量分辨率比正比计数管高的原因。 三、 论述题 1 简述闪烁计数器探测射线的工作过程。2 简述核辐射探测器探测效率曲线的一般特征。3 简述正比计数器的工作原理。4 简述多道脉冲幅度分析器的一般构成及其工作特征。 5 简述前置放大器的作用、分类及主要特点。6 简述谱仪放大器中微分电路、积分电路、基线恢复器的主要作用。7 简述稳谱电路的工作原理。8 简述开关电源(DC/DC变换器)的

7、工作原理及其特点。 四、 综合题 1 以表格方式比较气体探测器、闪烁计数器、半导体探测器的主要特性、特点(着重比较探测器效率、能量分辨率、价格、用途及使用中的注意事项等)。2 画出单道脉冲幅度分析器的工作原理图、工作波形，简述其工作过程及主要特点。3 画出一般的线性脉冲放大器的原理框图、指出各部分的主要作用、主要节点的波形变化。 4 画出无源CDD基线恢复器的电路简图，简述其工作原理。5 画出一般线性放电法多道脉冲幅度分析器的原理框图、简述其工作过程、指出各主要节点的波形变化、给出变换时间的计算公式。6 NaI闪烁伽玛探头的基本构成及其工作过程。 核技术 探测复习材料 一、简答题： 1带电粒子

8、与物质发生相互作用有哪几种方式？与原子核弹性碰撞； 与原子核的非弹性碰撞；与核外电子弹性碰撞； 与核外电子的非弹性碰撞；正电子湮灭； 2气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。填空: 复合区饱和区 正比区 有限正比区 G-M区 注：1）有限区的分 3通用闪烁体探头的组成部件有那些？为什么要进行避光处理？ 答案要点1）闪烁体、光学收集系统、光电倍增管、 2）光电倍增管的光阴极具有可见光光敏性，保护光电倍增管。 4PN结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？ C?1/2分）V0而变化，因此当所加偏压不稳定d 答：于输出电压脉冲幅度h与结电容Cd有关，而结电

9、容随偏压而 C入是十分稳定的，从而大大减小了Cd变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。 注）1所有讲述半导体探测器原理得1分 5衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标，这两个指标是指什么？为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好，试用公式解释？答案要点： 第1问： 能量分辨率和探测效率注：1）答成计数率得1分 第2问： ?w0半导体?w0气体电离室6中子按能量可分为哪几类？常用的中子探测方法有哪些？ 答案要点：第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子 答对3个以上得1分 第2问：核反冲法核反应法、活化法、核裂变法 7.试定性分析，分别配以塑料闪烁体及NaI

10、(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得 ?射线谱的形状有何不同？ 答案：于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度?及发光效率 均低于NaI(T1)闪烁晶体，对测得的 ?射线谱的形状，其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰。注：抓住要点给分，1个要点1分 二、证明题： 1试证明?光子的光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自电子发生相互作用。 证明：假设光电效应只与自电子发生相互作用，那么应该满足动量和能量守恒定理。 假如何光子能量E=h,动量P=h/c； 根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量E=h=mc2，电子动量P=v； 于电子速

11、度小于光子速度，所以 PP，动量不守恒所以得证光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。 222?y?y?2?y?22?x?x?y?x?1?x?2?x2利用误差传递公式?1?2?n?2?xn?若对某放射性样品重复测量K次，每次测量时间t相同，测得的计数为N1、N2，?Nk,试证明计数率平均值的统计误差为： 证明： ?N/t?n/KtN?N2?Nkn?1(得1分)ktn?因为N1,N2?Nk具有统计误差性根据误差传递公式,?N2?2NK2,?n?(?N2121kt)?22N12Nk (得1分)?N1,?1kt1kt22N2?N2,?NK,(得1分) ?n?( ? (2)N1?N2?Nk )Nk (

12、得1分)n/kt(得1分)2所以得证?n? 三、计算题。 1. 画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。 答：评分标准：1）等效电路图3分 具体分配，电流源、电容、电阻位置正确各得1分2）极性2分，只要正确标出和说明极性均得2分注：1) 只有极性没有等效电路图不得分 2.试计算充Ar脉冲电离室和正比计数器对5MeV ?粒子的最佳能量分辨率.(取 法诺因子F?,Ar的平均电离能为) 解：对充Ar脉冲电离室： ?EE?106得分 ?%得1分或者?E?5?10 得分 6? kev 得1分没有kev单位或者单位 对充Ar正比计数器： kev不对扣1分?EE?(?)?106得分 ?%得1分或者?E?(F

13、?)w0E?(?)?5?10 得分6 ? kev 得1分没有kev单位或者单位解： kev不对扣1分3能量为的放射源放在铅容器里，为了安全，必须使容器外的强度减小为原来的1/1000,试求容器壁至少需多厚。 当E?时,查表?m?根据I?I0e?ux-2/g,(得1分)?I0e?umxm-2 (得1分)3u?um?/g?/cm?1(得1分)?(得1分) ?(得1分)或者:lnxm?I0I?2 ?m(得1分)?/cm(得1分)不对的扣1分结果没有单位或者单位计算结果有不对的,每步扣掉一半的分4.当单能?粒子被准直得垂直于硅P-N结探测器的表面时，单能?射线峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改

14、变几何条件使?粒子偏离法线45角入射，此时看到峰漂移至460道。试求死层厚度。 解：当能E0的?粒子垂直入射时 ?0 设?粒子在探测器死层内的能量为?E1则探测器灵敏体积得到的能量为?谱峰位在460道 E0-?E1=480G (G代表能量刻度系数，没写不扣分) 当?450时 死层内能量损失为?E2?E1COS45?2?E1 探测器灵敏体得到的能量为E0?(480-460)G=(2?E1= 460G 2?1)?E1 得：?E1?注：评分按步骤逐步进行。 5本底计数率25计数/min,测量样品计数率100计数/min,试求对给定总的测量时间来说净计数率精确度最高时的最优比值样品测量时间和本地测量时

15、间之比;若净计数率的相对统计误差为1，测量总时间的最小值是多少？ 解： tstb?nsnbns?nbtb?10025?2(得2分)1002tb25tb? (得2分)?ts?ns?nb100?25tb?133mints?267min(得1分)T?tb?ts?400min(得1分) 没有单位或者单位不对的扣掉1分；计算结果不对的，按步骤扣掉一半的分。 6. 绝对峰效率为30的NaI闪烁探测器，对57Co点源的122kev射线测量15min光电峰计数个。然后同样的源置于离表面积为314平方毫米的Si(Li)探测器的表面为10记录60min得到一个谱。如果在的K?X射线峰下面的计数为1200个，那么在

16、这个能量时Si(Li)探测器的效率是多少？ 解： 依题意可得57Co源122kev的射线强度 I?源峰t?N?%?15?60?667 Bq (得2分) I?则的KX射线强度为 N?源峰tIx?I?524Bq (得1分) ?几何?4?12?12(1?h22)2 ?(1?10cm? ? (得1分)N?Ix?1200?源峰?10cm2 ?几何t (得1分)?524?60?60?源峰?10源峰?%,每步扣掉一半的分6计算结果有不对的7. 已知一放射源的活度A为10贝克，假设该源各向同性地放出光子，假设射到一个G-M计数管的光子数为10/s，该G-M计数管输出的脉冲数为104/s，还已知该G-M计数管的

17、分辨时间为20us,求该G-M计数管的本征效率和总效率。 解： n0?n1?n?101?10444?6?20?10?10/s (得2分)?本征?n010?6?%(得2分)?10:-6n010n10总效率 (得2分)没有经过计数率修正本征?10?6?1%(得2分)?10-6 n1010总效率(得2分)计算结果不对的，按步骤扣掉这一步一半的分。 8. 1.详细分析2MeV ?射线在闪烁体中可产生哪些次级过程? 2.并计算该?射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱上，康普顿边缘与单逃逸峰之间的相对位置。 3.并画出下列两种情况下该?射线在NaI(T1)单晶谱仪的输出脉冲幅度谱图 1)NaI(T1)晶体为中等晶体时 2)NaI(T1)晶体为无限大晶体时 解：1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。2）单逸峰 E= (得1分) 散射光子最小能量Er?Er1?Ermec2=21?*2? ?1?cos?反冲电子最大能量即康普顿边缘Ee?E?E?2? 3)中等晶体 注：每标对1个得分 4）无限大晶体，画对给全分 9. 设在平行板电离室中?粒子的径迹如图所示,径迹长度为L,假设沿径迹各处的单位路程上产生的离子对数N相等,且电子的漂移速度W,试求电子的电流脉冲。 D L 解：分三种情况讨论： 1）当t?DW?时，即电子全部到达正极板，电子的电