X X X X X X 2007 –2008 学年度第2学期核辐射探测 课程试卷(A 卷、05级反应堆工程、生物医学工程专业)考试日期：2008年6月13日 考试类别：考试 考试时间：120分钟 题号 一 二 三 四 五 …… 总分 得分一、简答题：（共 35 分）1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分）与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分）与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分）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。
（5分）填空: Ⅰ 复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ 正比（计数）区（1分）Ⅳ 有限正比区 （1分）Ⅴ G-M 区 （1分）注：1）有限区的0.5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？（5分） 答案要点1）闪烁体（1分）、光学收集系统（1分）（硅油和反射层）、光电倍增管（1分）、2）光电倍增管的光阴极（1分）具有可见光光敏性（1分），保护光电倍增管。
4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分）答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。
电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）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得分阅卷人学院 专业 考号 姓名………………………………………线………………………………………订………………………………………装………………………………………0/1V C d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？（5分） 答案要点：第1问： 能量分辨率（1.5分）和探测效率（1.5分） 注：1）答成计数率得1分 第2问： EFw 0362.=η （1分）气体电离室半导体00w w < （1分）6．中子按能量可分为哪几类？常用的中子探测方法有哪些？（5分）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（1分）核反应法（1分）、活化法（1分）、核裂变法（1分）7.试定性分析，分别配以塑料闪烁体及NaI(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeV γ射线谱的形状有何不同？（5分）答案：由于塑料闪烁体有效原子序数Z 、密度ρ及发光效率（3点得1分） 均低于NaI(T1)闪烁晶体，对测得的0.662MeV γ射线谱的形状，其总谱面积相应的计数（得1分）、峰总比（得1分）、全能峰的能量分辨率（得1分）均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰（得1分）。
注：抓住要点给分，1个要点1分二、证明题：（共 10 分）1．试证明γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。
（5分）证明：假设光电效应只与自由电子发生相互作用，那么应该满足动量和能量守恒定理。
假如何光子能量E γ=h υ（得1分）,动量P γ=h υ/c （得1分）；根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量E β=h υ=mc 2（得1分），电子动量P β=（h υ/c 2）×v （得1分）；由于电子速度小于光子速度，所以 P β＜P γ（得1分），动量不守恒所以得证γ光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。
2．（5分）利用误差传递公式 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N 1、N 2，…N k ,试证明计数率平均值的统计误差为： 证明：22222221221nx n x x y x y x y x y σσσσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂++⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=)1( /)1( ][)1(][)1()1( ,,,)1( ][)1(,,,)1( 22122222122222221212121分得所以得证分得分得分得根据误差传递公式具有统计误差性因为分得kt n k N ktN N N kt N N N ktN N N ktN N N n n k n K N N NN N N n k kK k ==++====+++=++=σσσσσσσσσ三、计算题。
（共 55 分）1. （5分）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分得分阅卷人注：1) 只有极性没有等效电路图不得分 2.（5分）试计算充Ar 脉冲电离室和正比计数器对5MeV α粒子的最佳能量分辨率.(取 法诺因子3.0=F ,Ar 的平均电离能为26.3eV ) 解：对充Ar 脉冲电离室：分不对扣单位或者单位没有分得分得或者分得分得1kev kev 1 kev 14.823 1.5 10526.30.336.236.21 0.296% 1.5 105 6.323.036.236.26060=⨯⨯⨯==∆=⨯⨯==∆=E Fw E E Fw E E η对充Ar 正比计数器：分不对扣单位或者单位没有分得分得或者分得分得1kev kev 1 kev .79162 1.5 10526.3)68.03.0(36.2)68.0(36.21 0.536% 1.5 105 6.32)68.03.0(36.268.036.26060=⨯⨯⨯+=+=∆=⨯⨯+=+=∆=E wF E N F E E η3．（5分）能量为1.50MeV 的γ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。
解：每步扣掉一半的分计算结果有不对的分不对的扣结果没有单位或者单位分得分得或者分得分得分得分得根据分得查表时当,1)1( /61.133)1(0517.01000ln ln:)1( 78.11 )1(5862.01000ln ln)1(5862.0/34.11/g 0.0517cm )1( )1(/g,0.0517cm ,5.1 20132-00-2----=======⨯=⨯=====cm g I I x cm I I x cm cm g u u e I e I I Mev E m m m x u ux m m m μμρμγ4.（6分）当单能α粒子被准直得垂直于硅P-N 结探测器的表面时，单能α射线峰的中心位于多道分析器的480道。
然后，改变几何条件使α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（以多道道址表示）。
解：当能量为损失E 0的α粒子垂直入射时 θ＝0 设α粒子在探测器死层内的能量为∆E 1则探测器灵敏体积得到的能量为（E 0-∆E 1）α谱峰位在460道 E 0-∆E 1=480G (G 代表能量刻度系数，没写不扣分) （得1分） 当θ＝450时 死层内能量损失为∆E 2＝11245E COS E ∆=∆（得2分）探测器灵敏体得到的能量为（E 0-∆E 2）＝102E E ∆-= 460G （得1分） (480-460)G=1)12(E ∆- 得：G E 3.481=∆ （得1分） 注：评分按步骤逐步进行。
5．（6分）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：)1( min 400)1( min 672min313)2( 01.025*********)2( 225100分得分得分得分得=+====-+=-+====s b s b bb b s b b s s bs bst t T t t t t n n t n t n n n t t δ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. （6分）绝对峰效率为30％的NaI （T1）闪烁探测器，对57Co 点源的122kevγ射线测量15min 光电峰计数180000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7.1kev 的K βX 射线峰下面的计数为1200个，那么在这个能量时Si(Li)探测器的效率是多少？（对于57Co 的特征X 射线和γ射线的强度比X/γ分别为：对6.40kev 的Kα线为0.5727，对7.1kev 的K β线为0.7861。
）解：依题意可得57Co 源122kev 的γ射线强度)2( 667601530%180000180000分得源峰源峰Bq t NI N t I =⨯⨯====∑∑γγ 则7.1kev 的K βX 射线强度为)1( 5247861.0分得Bq I I x =⨯=γ每步扣掉一半的分计算结果有不对的分得分得源峰源峰几何源峰几何,%4.2560605240.002481200)1(t )1( 0.00248 )cm 103.14cm10cm1(21 )1(21422222=⨯⨯⨯⨯===+-=+-=Ω=∑∑∑∑∑x I N hr hππ7. （6分）已知一γ放射源的活度A 为1010贝克，假设该源各向同性地放出γ光子，假设射到一个G-M 计数管的γ光子数为106/s ，该G-M 计数管输出的脉冲数为104/s ，还已知该G-M 计数管的分辨时间为20us,求该G-M 计数管的本征效率和总效率。
解：)2(1010)2(%110:)2( 1025.110)2(%25.110)2( /1025.1 10201011016-1066-1006046440分得分得没有经过计数率修正分得分得分得总效率本征总效率本征====⨯====⨯=⨯⨯-=-=∑∑∑∑-n n n n s n n n τ计算结果不对的，按步骤扣掉这一步一半的分。
8. （8分）1.详细分析2MeV γ射线在闪烁体中可产生哪些次级过程?2.并计算该γ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γ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。