核技术 核探测复习材料 一、简答题：1．γ射线与物质发生相互作用有哪几种方式？（ 5分）答：γ射线与物质发生相互作用（1）光电效应 （2）康普顿效应（得2分）（3）电子对效应（得2分） 2．典型的气体探测器有哪几种？各自输出的最大脉冲幅度有何特点，试用公式表示。
（5分） 答：典型的气体探测器有（1）电离室（得1分）（2）正比计数管（得1分）（3）G-M 计数管（得1分）脉冲幅度：（1）电离室：C e w E v =（得1分）（2）正比计数管：Cew E M v ∙= （得0.5分）（3）G-M 计数管 最大脉冲幅度一样（得0.5分）3．简述闪烁体探测器探测γ射线的基本原理。
（5分）答：γ射线的基本原理通过光电效应 、 康普顿效应和电子对效应产生次级电子（得1分），次级电子是使闪烁体激发（得1分），闪烁体退激发出荧光（得1分），荧光光子达到光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子（得1分），光电子通过光电倍增管各倍增极倍增最后全部被阳极收集到（得1分），这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理。
注：按步骤给分。
4．常用半导体探测器分为哪几类？半导体探测器典型优点是什么？（5分）答：常用半导体探测器分为(1) P-N 结型半导体探测器（1分）(2) 锂漂移型半导体探测器；（1分）(3) 高纯锗半导体探测器；（1分）半导体探测器典型优点是(1) 能量分辨率最佳；（1分）(2)射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。
（1分）5．屏蔽β射线时为什么不宜选用重材料？（5分）答：β射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失，还要考虑辐射损失（1分），辐射能量损失率222NZm E z dx dE S radrad∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 与物质的原子Z 2成正比（2分），选用重材料后，辐射能量损失率必然变大，产生更加难以防护的x 射线（2分）。
故不宜选用重材料。
注：按步骤给分。
6．中子按能量可分为哪几类？中子与物质发生相互作用有哪几种方式。
（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：中子的弹性和非弹性散射（1分）、中子的辐射俘获（1分）、中子核反应（1分）、中子裂变反应（1分）二、证明题：（共10分）1． （5分）试证明γ光子只有在原子核或电子附近，即存在第三者的情况下才能发生电子对效应，而在真空中是不可能的。
答： 答：对γ光子能量 νγh E =；（1分）动量ch P νγ=。
（1分）由能量守恒，有22022mc c m T T h e e =++=-+ν （1分）所以 22ch m ν=（1分） 由此得到电子对的总动量 νh cvmv P 22==（1分）可见，γP P <，过剩的动量必须由原子核带走。
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 ,试证明计数平均值的统计误差为： 答：)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k N k N kN N N k N N N kN N N kN N N N N k n K N N N N N N n k kK k ==++====+++=++=σσσσσσσσσ三、计算题。
（共 60 分）1. （6分）已知MeV 1质子在某介质中的电离损失率为A ，求相同能量的α粒子的电离损失率。
答：因为质子和α粒子都是重带电粒子，它们与物质相互作用时主要考虑电离损失， 公式：22222221221n x n x x y x y x y x y σσσσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= KNKN ==σσ)1( π42042分得NB v m e z dx dE S ionion =⎪⎭⎫⎝⎛-=现有)2(16A π416 π4,π4)1( 2 )2( 414,21212p042p 2042_2042_2222分得所以：分得因分得得因=⨯==⎪⎭⎫⎝⎛-===⎪⎭⎫ ⎝⎛-=======NB v m e z NB v m e z dx dE s A NB v m e z dx dE s z z v v m m v m E v m E ionion p p ionp ion p p p p p p ααααααααα计算题按步骤给分，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。
2.（6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1/4000,试求容器壁至少需多厚。
答：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)2( /43.160)1(0517.04000ln ln:)1( 15.14 )1(5862.04000ln ln)1(5862.0/34.11/g 0.0517cm )2( )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 μμρμγ3.（6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3分4. （6分）本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=60计数/min,试求对给定的测量时间t b +t s 来说净计数率精确度最高时的最优比值t b /t s ;若净计数率的误差为5％，t b 和t s 的最小值是多少？ 答：)1( min 8.17)1( min 9.8)2( 05.0156015260)2( 21560分得分得分得分得===-+=-+====s b bb bs bb s s bs bst t t t n n t nt n n n t t δ计算题按步骤给分，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。
5. (8分)死时间分别为30s μ和100s μ的探测器A 和B ，若B 探测器的死时间漏计数率是A 探测器死时间漏计数率的两倍，求应测的计数率是多少？ 答：)1( s 1034)1( 101001010011030103012 )1( 1212 )1( s 100s 30)1( ) () 2(:)1( 1 )1( - )1( 11-406-6-006-6-00B B00A 00B B B B 0A 000000分得解得：分得分得带入得：分得，已知：分得据题意分得得：分得得分得因⨯=⨯⨯⨯⨯+=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯=⨯+⨯===+==-=n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n nn A A A A ττττμτμττττττ注：计算题按步骤给分，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.(8分)试就以下条件画出硅面垒探测器的期望微分脉冲幅度谱：（a ） 5MeV 入射α粒子，探测器的耗尽深度大于α粒子的射程。
（b ） 5MeV α粒子，探测器的耗尽深度为α粒子射程之半。
（c ） 情况同（a ），但5MeV α粒子已经经过一块吸收体，其厚度等于该物质中α射程的一半。
答：根据射程方程（a ）因探测器的耗尽深度大于α粒子的射程，α粒子把能量全部损失在探测器中，相应α能谱峰位能量E α=5.3Mev （得2分） （b ）当E α=5Mev 时先经过12R α厚度物质后，进入探测器，损失在探测器里面的α粒子能量 'E α由题意得2333''3222115 5.59(5.59) 3.1522E E E MeV ααα==⨯=→== （得4分）（c ）相应的能量为'5 3.15 1.85E E MeVαα-=-=)(318.05.10cm E R α=由于探测效率不变，因此峰面积应该相等，只是峰位改变。
7. （10分）详细分析24Na的2.76Mev γ射线在闪烁体中可产生哪些次级过程? 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。
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 小晶体时2． NaI(T1)晶体为无限大晶体时答：解：1）光电效应，康普顿效应，电子对效应。
（全对得2分，不全者得1分） 2）单逸峰 E=2.76-0.511=2.249Mev (得1分)散射光子最小能量()'211cos rrre E E E m c θ=+-=Mev 234.02*511.076.2176.2=+ 反冲电子最大能量即康普顿边缘Mev E E Ee 526.2234.076.2'=-=-=γγ （得1分）3)中等晶体注：每标对1个得0.5分4）无限小晶体，注：每标对1个得0.5分8. （10分）设在平行板电离室中α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。
答：分三种情况讨论：1）当-≥WDt 时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲0=-e I ；（得2分） 2）当--<W L D t θco s 时，即没有电子到达正极板，此时电子的电流脉冲：DeW N L I e --∙∙=；（得2分）3）当--<≤-W Dt W L D θcos ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲：电子可以看作时做匀速直线运动逐渐到达正极板的，根据运动规律得下面方程'cos cos N W L D t N L W L ----=⨯θθ （得2分）解得已到达正极板得电子数:θθcos )cos ('D L t W N N -+⨯=-,还剩下电子数：''N N L N N L -⨯=-⨯，此时电子的电流脉冲：θLD---⨯-+-⨯=W DN DL t W N L t I e )cos cos ()(θθ。