南华大学《核辐射探测学》教学课件 第五章 放射性测量方法

一 活度的测量方法概述 （1） 绝对测量用测量装置直接测量放射性核素的衰变数 （2） 相对测量用一个活度已知的放射源（称为标准源）与活度未知的待测源，在相同条件下，测出两者的比值，通过计算求得待测源活度。,第五章 放射性测量方法,5.1 放射源（放射性样品）活度的测量,所谓“相同条件”指源的活性区面积.源到探测器的距离.源发射的射线种类和能量.源的组成成分. 源的承托物材料及厚度. 测量仪器设备及其使用环境条件等都相同。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,1,相对测量的方法有两种,） 用标准源把仪器刻度好或做好源活度.与仪器读数的校准曲线,则根据仪器读数立即知道待测源活度 )上述直接比较计算方法,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,2,2.常用的和发射源(或发性样品)的活度测量方法,(a)小立体角法-用于对薄源和源活度的绝对测量和相对测量,(b)比放射性相对测量方法-对厚源活度相对测量,(c)4计数-对源活度的绝对测量,源放到探测器内,探测器对源张角为4,(d)符合法(4-符合)-对-级联衰变放射源活度的绝对测量.,(e)氡、钍射气测量法-对空气中放射性测量(测),(f)液闪法-源、源,(g)核径迹法-源,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,3,3.源活度的测量方法,(a)注量率测量法-源(点源) (b)内充气法-低能源和源 ©能谱法-、,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,4,以下介绍几种常用的方法,二.测量放射性样品活度绝对测量的小立体角法,(1)测量装置 小立体角法 :测量放射性样品的活度实际是用的计数测量系统,其放射源或样品与探测器之间的布置P128给出,为了减少本底,探测器和样品都放在铅室内.,为了减少散射,铅室内腔要足够空旷.,为了减少在铅中的韧致辐射(),铅室内壁有一薄层铅皮或塑料,为了减少源的支架及托板的散射和韧致辐射,它们都采用低Z材料作成.,准直器用来确定立体角,并可防止立体角以外的射线,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,5,(2)测量原理 假设样品的放射性活度为A,每次衰变放射出一个粒子,有样品时实验测得计数率为 ,测得的本底计数率为 ,则样品的净计数率为 所以,进入探测器. 采用薄云母窗的高窗型(又叫钟罩型)G-M计数管.也可以用薄窗正比管、塑料闪烁探测器(加避光铝铂).,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,6,(3)诸修正因子 (a)相对立体角修正因子(又称几何因子) 因为,放射性发射的是各向同性的实际进入探测器仅是小立体角内的射线.几何因子为,式中,为探测器效率，它包括各种修正因子：,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,7,看成点源:仅考虑立体角修正因子时,如图所示,球面坐标系中,立体角所对应的球冠上的面积元,若设r=1(单位长度) 则,相应于这个 的锥体的小立体角为,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,8,(b) 吸收因子 射线服从指数吸收规律: 物质对这种的质量吸收系数 穿过物质的厚度,这里的吸收因子是指射线从一定厚度的源内发射出来要经过源本身,一定的空气层(源到探测器),探测器的窗,它们都会吸收射线,被吸收部分没进入探测器,但在小立体角内,所以要对这部分进行修正.,）源的自吸收因子 若放射性核素均匀分布在源物质中,当不考虑自吸收时,强度(或活度)为 ,则以源表面相距 的 薄层中发射的粒子数应该为,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,9,考虑自吸收后, 经 层吸收后,射出源表面的粒子数应为,当源很薄时，利用级数展开,两边对整个源厚度积分得考虑自吸收后单位时间发射的粒子数应为,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,10,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,11,该式表明,厚度为 , 的均匀分布的薄源自吸收效应,相当于厚度为 的吸收片的吸收效应(入射为 , 穿过 物质后 ),)其它吸收因子 若源到探测器之间的空气层厚度为lcm,空气层的质量厚度 , 此空气吸收因子 源的封膜厚 ,探测器的窗厚 ,它们的吸收因子,(c)反射修正因子 粒子在源的托板支承物等上的大角度散射,使得本不在小立体角内的粒子会进入探测器引起计数增加,故要修正,所以总的吸收因子,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,12,定义,一般是实验测得.测量方法是:先把放射性物质溶液滴在厚度 的有机膜上,测量结果为n,因为有机膜的Z较低,又很薄,散射可以忽略 =1。,再把有源 的有机膜下衬铝片,测量得到 则 就是这一衬托铝片厚度下的反散射因子,一般 饱和在1-2之间。,由于射线的散射随物质变化的情况是这样的: 开始随厚度而增加,厚度增加到一定值后呈现“饱和”状态,刚达到饱和时的承托膜厚度称为“饱和厚度”.实验表明,对低能粒子,饱和厚度,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,13,(d)坪斜修正因子 G-M计数管坪区斜率较大,造成坪斜的主要原因是正离子漂移到阴极上打出次级电子形成的假脉冲,使计数增加.对假脉冲计数要进行修正。,对高能粒子饱和厚度,如果要求源很牢固,通常就用厚度饱和厚度的承托膜,以 便采用固定的反散射修正因子。,因为,坪的起始部分假计数较少,可近似的认为把坪区外推到其始电压时相应的计数率没有假计数 ,而所加工作电压下测得的计数是有假计数n,这样可得,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,14,(e)分辨时间修正,(f)探测器对射线计数的修正因子 多数衰变的放射性核素都伴随有跃迁，G-M管对射线也灵敏，所以实际测的脉冲计数是射线和射线引起的，因此要对计数进行修正。,在测量系统的分辨时间内，入射的粒子进入探测器后被漏记，所以要进行修正。,测得的计数率为n，分辨时间为时，真的计数率,()当 较低，而 较高时,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,15,用低Z材料做吸收片放在源和探测器之间，实际测得计数率,把吸收片去掉测得的计数率为,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,16,) 当 较高， 较低时,加吸收时也能吸收一部分，所以在吸收片厚度,以后继续逐片加吸收片，测出一系列 值，作出吸收片厚度d与 的关系曲线，即 吸收曲线（半对数坐标应为一直线）。由于 时继续加吸收片就会得到 吸收曲线。外推就可得到没有受吸收片影响的 计数 同样没吸收片时,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,17,（g）探测器的本征效率,对带电粒子G-M计数管的探测效率,若用其它探测器，由 吸收服从指数规律 如果探测器灵敏区厚度为dm,对于最大能量为 的 射线，,所以， 只有被探测器灵敏区吸收的那部分射线才能在探测器内形成脉冲。吸收部分为,所以,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,18,（4）讨论： （a）由于上可以看出，用 小立体角法进行绝对测量相当复杂，需求出一系列修正因子。修正因子多，测量误差就大。例如，对 的，对各项修正后，误差可达510。,（b）对于低能粒子，由于吸收严重，探测效率大大降低。 0.3Mev时，不宜再用小立体角法作绝对测量，而用相对测量。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,19,三. 比活度相对测量方法测厚源（或样品）的活度,比活度单位质量放射性样品的放射性活度。,假如比活度为Am的源（样品）每次衰变只放出一个粒子（薄圆片样品），样品质量厚度为tm，面积为S。且样品直径tm 。,首先估算考虑自吸收后从源表面出射的粒子数： （a）样品中离表面x距离dx厚度的一薄层样品出射的粒子： 从dx层向上发射的粒子只有当它在厚为x的样品中穿行的距离必须小于R（射程）时才能出射表面。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,20,由上图可知，dx层上发射的粒子的出射角必须小于 （对dx上任一点如此，只要能将样品看成）,因为，发射是各向同性的，则dx层发射的粒子能射出上表面的份额为,所以，厚度x处dx厚的薄层内发射并能穿出上表面的粒子数为,将该式对整个样品厚度积分，便得到单位时间内射出样品上表面的粒子总数：,右边第一项代表无自吸收时单位时间向上发射的粒子总数，第二项代表自吸收而损失部分。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,21,（b）当tmR时 则超过R部分完全无效，那里发出的粒子不可能射出 样品上表面，这时不管tm如何增加，从上表面出射的粒子数不再变化。,由上式可得粒子射出表面的饱和 出射率为 （与样品厚度无关）,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,22,(2) 测量原理 由上式，只要样品厚度tm足够大，对同样面积S和射程R两个样品，以下关系式成立,若样品1的比活度 已知，可由上式求出,若样品2的质量为 M2 ,注意：这是相对测量，Ns是指射出样品上表面的所有粒子。因此测量中要使探测器窗面积样品面积，只要紧靠样品上表面，才能确保射出上表面的都被记录下来。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,23,四. 符合法测量放射源活度,1. 符合法的基本概念:,例如-级联跃迁的和射线是一对符合事件，若和分别进入两个探测器，把两个探测器的输出脉冲送入符合电路，若发射和之间的时间间隔小于s ,符合电路便可输出一个符合脉冲。如下图：,(1) 符合事件 两个或两个以上同时的相关联事件称为符合事件。实际上是相继发胜的时间间隔小于符合分辨时间S 的事件。,符 合 输 出,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,24,(2) 符合法 利用符合电路来甄选符合事件的方法称为符合法。如上图所示。只有当符合电路的输入端输入脉冲的时间间隔s(符合分辨时间)时符合电路才有输出。,(3) 反符合法 利用反符合电路来消除符合事件脉冲的方法称为反符合法。 反符合电路中两个输入端分别为分析道和反符合道。把要消除掉的脉冲送入反符合道，把要分析的脉冲送入分析道。只有分析道由脉冲输入时反符合电路才有输出。,符合电路的每个输入都称为符合道。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,25,(4) 延迟符合法 有些相关联事件并不同时发生，而是继前一个事件之后，经过一段固定时间才发生第二个事件。把第一个事件脉冲延迟一段时间再与第二个事件的脉冲同时送到符合电路而产生符合脉冲。这种符合法称为延迟符合法。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,26,(1) 符合分辨时间s 符合电路能产生符合输出的几个输入脉冲之间的最大时间间隔。,实际上任何符合电路都有确定的s，它的大小与输入脉冲的宽度有关。如下图所示：,2. 符合测量的基本参数和关系式,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,27,当两个输入脉冲之间的时间间隔 s时，一部分脉冲将重叠成大幅度脉冲并触发成形电路输出一个符合脉冲。反之，就没有符合脉冲输出。,2019/1/13,南华大学核辐射探测学 授课老师：屈国普,28,(2) 真符合