1、XXXXXX2007 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
2、系。具体如下图所示。（5 分）填空: 复合区（1 分）饱和区（电离室区） （1 分） 正比（计数）区（1 分） 有限正比区 （1 分） 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。4PN 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
3、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，而是采用得分阅卷人学院 专业 考号 姓名 线订装线0/1VCd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：
4、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： （1 分）EFw036.（1 分） 体体 006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 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 、密度 及发光效率（3 点得 1 分） 均低于ZNaI(T1)闪烁晶
5、体，对测得的 0.662MeV 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 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 =h（得 1 分）,动量 P =h/c（得 1 分） ；根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量 E =h=mc 2（得 1 分） ，电
6、子动量P =（h/c 2）v（得 1 分） ；由于电子速度小于光子速度，所以 P P （得 1 分） ，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。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N1、N 2，N k,试证明计数率平均值的统计误差为：证明： 得分阅卷人 222121 nxxxy yyKtntNn/)1( /)1( )1( , )1(, )1( 222221 222111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ktnNktktNktnkn KNNNnkk
7、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 粒子的最佳能量分辨率.(取 法诺因子 ,Ar 的平均电离能为 26.3eV)3.0F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1kevkev 14.823 .5 026.30.6 0.9% 1.5 56
8、.320.362600EFw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1kevkev .79162 1.5 026.3)8.03(6.2)80(3 .5% 1.5 56.32)8.0(36.2.0362 6 EwFEN3 （5 分）能量为 1.50MeV 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。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 ,
9、1)( /61.3057.lnl:)1( 78.1 562.0lnl )1(5862.0/34.1/g.7cm)( )(/g,0.7c,5.12 32-00 -2 cmgIxcIx cmueIIMvEmmxuux4.（6 分）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（以多道道址表示） 。解： 当能量为损失 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（E 0- E1） 谱峰位在 460 道E0
10、- E1=480G (G 代表能量刻度系数，没写不扣分) （得 1 分）当 45 0时 死层内能量损失为 E2 （得 2 分） 1245COS探测器灵敏体得到的能量为（E 0- E2） = 460G （得 1 分）10E(480-460)G= 得： （得 1 分）1)2(G3.81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( min40)( i67231 )2( 01.251
11、0)2( 2510分得分得 分得分得sbsb bbbsbssbstTt ttnttnt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122kev 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 X 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 射线的强度比 X/ 分别为：
12、对6.40kev 的 K 线为 0.5727，对 7.1kev 的 K 线为 0.7861。 ）解：依题意可得 57Co 源 122kev 的 射线强度)2( 670153%8分得源 峰源 峰 BqtNIt则 7.1kev 的 K X 射线强度为 )1( 247.分得Ix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 ,%4.2560524081)1(t . )cm03.41(2 22xINhr7. （6分）已知一放射源的活度A为10 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 6/s，该G-M 计数
13、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(10%:)2( 102510)( /. 1026-66-64640 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 nnsn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 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
14、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。 （全对得 2 分，不全者得 1 分）2）单逸峰 E=2-0.511=1.249Mev (得 1 分)散射光子最小能量 = 21cosrreEmMev7.02*51.反冲电子最大能量即康普顿边缘 ev3.（得 1 分）3)中等晶体注：每标对 1 个得 0.5 分4）无限大晶体，画对给全分9. （8 分）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。 LD解：分三种情况讨论：1）当 时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲 ；（得 2 分）WDt 0eI2）当 时，即没有电子到达正极板，此时电子的电流脉冲：Lcos；（得 2 分）DeNIe 3）当 ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲：WtLcos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（得 2 分）sNtLW解得已到达正极板得电子数: ,还剩下电子cos)( DLtN数： ，此时电子的电流脉冲：L（得 2 分）注：最后一题属于拔高题，根据答的情况酌情给学生分数。 WDNtWNtIe )cos()
