一核儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識

1、核儀器設(shè)計,,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,2,《核儀器設(shè)計》章節(jié)安排（課堂教學(xué) 24學(xué)時）,第一章 核儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識（4學(xué)時）第二章 核輻射探測器與連接電路（4學(xué)時）第三章 γ總量輻射儀設(shè)計（4學(xué)時）第四章 γ能譜儀設(shè)計（2學(xué)時）第五章 α測氡儀設(shè)計（4學(xué)時）第六章 X射線熒光儀設(shè)計（2學(xué)時）第七章 數(shù)字化核儀器介紹（2學(xué)時）第八章 課堂討論（2學(xué)時）,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,3,《核儀器設(shè)計》

2、實驗安排（實驗教學(xué) 24學(xué)時）6C802,1、 γ 總量輻射儀電路原理圖設(shè)計2、 電子元器件選購和準(zhǔn)備3、 單元電路的PCB設(shè)計4、 電路焊接準(zhǔn)備5、 電路焊接6、 單元電路調(diào)試7、 單元電路性能測試8、 整機裝配（配接）9、 整機調(diào)試10、 整機性能測試11、 樣機應(yīng)用試驗12、 實驗課程報告,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,4,第一章 核儀器設(shè)計基本知識,本課程將以《核輻射測量方法》、《核電子學(xué)基礎(chǔ)》、《核檢

3、測方法與儀器》等放射性專業(yè)課知識為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)核儀器設(shè)計的基本方法，并通過實驗掌握核儀器設(shè)計和制作的全過程。,一、核輻射基本知識二、核儀器設(shè)計基礎(chǔ),（一）放射性現(xiàn)象（二）射線與物質(zhì)相互作用（三）放射性測量常用單位,一、核輻射基本知識,放射性(radioactivity)這一名詞首次首次被利用是Marie Curie。在1898,她首先用來描述能發(fā)出電離輻射(ionizing radiation)的物質(zhì)的外部特征,進(jìn)一步證明了電離輻射

4、與電磁輻射的差別。 放射性的最早研究者：倫琴（Roentgen); 1895年，倫琴用陰極射線（電子束）在放電管壁上的作用產(chǎn)生x射線（x –ray)。首先發(fā)現(xiàn)放射性：1896年，貝可勒爾(Becquerel)發(fā)現(xiàn)鈾礦石使膠卷暴光，稱之為radiation actives。,（一）放射性現(xiàn)象,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,7,1898年，施密特發(fā)現(xiàn)釷（Th）具有與鈾礦石相同的特征。 1899年，盧瑟福（Rutherford）和歐文斯

5、（Owens）發(fā)現(xiàn)射氣（emanation)現(xiàn)象。1901年，Pierre 和Marie Curie發(fā)現(xiàn)鐳（Ra）之后又發(fā)現(xiàn)了釙（Po）。通過研究鈾釷礦石的放射性，發(fā)現(xiàn) Ra比鈾、釷具有更強的放射性，于是從瀝青中提煉出鐳。1903年， Becquerel 和Marie Curie夫婦分別獲得物理諾貝爾獎。1911年， Marie Curie 獲得化學(xué) Nobel Prize for isolatiing radium（ Pie

6、rre died in 1906）。Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,8,1911年，盧瑟福（Rutherford）用α射線轟擊各種原子， 觀測到α射線發(fā)生偏折，從而確定了核結(jié)構(gòu)，并提出了原 子結(jié)構(gòu)的行星模型，奠定了原子

7、結(jié)構(gòu)和原子核結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)。 此后不久，玻爾提出了原子的殼結(jié)構(gòu)和電子在原子中的運 動規(guī)律，同時建立了描述微觀世界的量子力學(xué)。 1919年，在卡文迪許實驗室，實現(xiàn)了人工核蛻變核反應(yīng)， 它是用α粒子轟擊氦核能放出質(zhì)子，反應(yīng)式如下： 1932年，發(fā)現(xiàn)中子（neutron)。 1934年，人工放射性核素合成成功。,放射性現(xiàn)象,核輻射 (nuclear radiation )

8、 核的變換 nuclide transformation 來源 粒子加速器 particle acceleration 宇宙射線 cosmic ray from outer space,,產(chǎn)生機理角度,9,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,地-空界面上核輻射的來源,,,,,人工放射性 7.2%大氣核試驗核工業(yè)與核技術(shù)應(yīng)用核醫(yī)學(xué)診斷,陸地

9、放射性 80.0%鈾系列核素釷系列核素鉀-40其它核素,宇宙射線 12.8%電離成份 10.5%中子 2.3%,從空間分布角度,10,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,核輻射的分類,11,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,12,原子和原子核,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,13,原子與原子核的大小,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,14,原子和原子核,質(zhì)子：決定元素的種類，與中子共同決定

10、 原子的相對原子質(zhì)量。中子：決定原子的種類，與質(zhì)子共同決定原子的相對原子質(zhì)量。電子：最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)。,化學(xué)元素周期表,,放射性衰變種類,（1）α衰變 　　例1 1602年 ↙ ↙α 4.602 MeV ↙ ↙ α 4.785 Me

11、V 5 % ↙ ↙ 95 % ↓γ 0.183MeV ↙ ↓ ↙ 3.825天,,α 衰變,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,見P.17,例2：U－238的?衰變示意圖,鈾原子的電子模型圖,（２） β衰變 　　　　放出 β粒子 beta particle 高速運動的電子　　分為

12、　　衰變；　　衰變 衰變,,,? 衰變,β衰變 　　　　衰變；   30 年 ↘ ↘ β 1.17 MeV ↘ ↘ β 0.51 MeV8 % ↘ ↘ 92 %

13、 ↘ ↓γ 0.661 MeV ↘ ↓ 基態(tài),,? 衰變,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,20,釷-234 （母核）,,,,鏷-234 （子核）,電子 e- （? 粒子）,衰變產(chǎn)物,質(zhì)子,中子,質(zhì)量 ? 0,（3） γ躍遷 γ- transition 在α衰

14、變 、 β衰變 過程中，伴隨放出γ輻射 gamma radiation例： 　　　　　　　　　　基態(tài) ↘ ↓γ 0.059MeV,99.7% β 1.54MeV↘ ↘ β 0.31MeV0.3% ↘ ↓γ 1.17MeV ↓γ 1.33MeV

15、 基態(tài),,γ 衰變,,第一章 核 儀器設(shè)計基礎(chǔ)知識,22,,? 射線,具有多余的能量,,衰變產(chǎn)物,,能量,放射性系列,,镎系 neptunium series Np- 237 A=4n+1,鈾系 uranium series U - 238 A=4n+2釷系 thorium series

16、 Th- 232 A=4n錒鈾系 actinium uranium series U- 235 A=4n+3,不成系列的天然放射性核素,K-40 1.46 MeV T=1.3 ×109a Rb-87 T=5.0 × 1010a Sm-147

17、 T=1.06 × 1011a,見教材P.16,銣,釤,鉀,（二）射線與物質(zhì)相互作用,?粒子與物質(zhì)相互作用,1. 主要形式 * 電離、激發(fā)、次級電離. * 約60～80%的離子對是次級電離產(chǎn)生的.,電離：?粒子與物質(zhì)的束縛電子（原子軌道電子或稱殼層電子）發(fā)生靜電作用，使束縛電子獲得能量而變成自由電子，便形成電子與正離子組成的離子對，這就是電離作用。,激發(fā)：如果束縛電子獲得的能量不能夠使它變成自由電子，而

18、只能躍遷到更高的能級，這稱為激發(fā)作用。,次級電離：當(dāng)入射的?粒子在物質(zhì)中由于直接碰撞打出能量較高的電子，這個電子再次與物質(zhì)中的束縛電子起作用，而發(fā)生一次新的電離，形成離子對，這就是次級電離。,α粒子是氦的原子核，帶兩個單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為4。,天然核素衰變放出的α粒子能量在4～8MeV。初始速度約在(1～2)×109cm/s。,由于α為重粒子，與物質(zhì)散射作用不明顯，在氣體中的徑跡是直線。,2. α粒子的射程,α粒子的射程用

19、平均射程代表；α粒子是重粒子，射程漲落小。5MeV α粒子,漲落約1％；同一物質(zhì)中，α粒子的射程與初始能量有關(guān)，能量大，射程長；4 ～ 8MeVα粒子在空氣中射程可以用經(jīng)驗公式計算：,天然α粒子在空氣中的射程有表(表2-1)可查。,α 粒子的射程 能量在 4—8 MeV,在空氣中的射程 2—8 cm 在其他物質(zhì)中的射程

20、 幾十微米 測量裝置的設(shè)計及防護(hù)討論。,β射線與物質(zhì)的相互作用,電離、次級電離（占70—80%）激發(fā)彈性散射軔致輻射 射程： β 粒子的運動軌跡是 折線,快電子（β粒子）與物質(zhì)的相互作用,彈性散射—β粒子與原子核發(fā)生庫侖作用，只改變方向，不輻射能量,這種過程稱為彈性輻射。,反散射—β粒子在物質(zhì)中經(jīng)過多次散射，其最后的散射角可以大于90°，這種散射成為反散射。,彈性

21、輻射,反散射,韌致輻射,高速運動的β粒子或其它帶電粒子通過物質(zhì)時，在核庫侖場作用下，改變運動速度，伴隨放出電磁輻射。此稱韌致輻射。,軔致輻射放出的電磁輻射是連續(xù)能量的X射線。,原子核,使用輻射損耗率描述在單位距離上軔致輻射的能量損耗。,P.53,β粒子在物質(zhì)中的衰減 近似按指數(shù)規(guī)律衰減。,β粒子在物質(zhì)中的衰減,P.57,cm = (g/cm2) / (g/cm3 ),R 吸收厚度(單位)：cm，g/cm2,β射線的射程,半吸收

22、厚度：β粒子在物質(zhì)中衰減1半所經(jīng)過的厚度。,射程：β粒子經(jīng)過10倍半吸收厚度，剩余1/1024。小 于1/1000，故將10倍半吸收厚度定義為β粒子的射程。,即：某一能量的 ?粒子通過物質(zhì)，幾乎全部被介質(zhì)吸收時的厚度，就是?粒子的射程。,射程單位：cm，g/cm2,β 粒子在物質(zhì)中的射程可按下列經(jīng)驗公示計算：,P.57,當(dāng)E0>0.8MeV,當(dāng)0.15MeV<E0<0.8MeV,R (單位)：g/cm2（面密度）E

23、(單位)：MeV,實驗測定巖石、礦石中的?射線射程見p.57,表2-5,天然放射性核素中的 ?射線最大能量及其分布。在巖礦石中的最大射程。表中最大射程單位是：g/cm2,當(dāng)使用cm表示 ? 射線的射程時：在空氣（密度1.20~1.25kg/m3）中約為：1200cm；在金屬鋁（密度2.70g/cm3）中約為：0.6cm；在混凝土（密度2.20~2.5g/cm3)中約為：0.7cm在巖礦粉末（密度約1.54g/cm3）中約為：

24、1.0cm；在干沙子（密度約1.50g/cm3）中約為：1.03 cm,2. 放射層中 β 射線的自吸收,P.58,光電效應(yīng)康普頓-吳有訓(xùn)效應(yīng)形成電子對效應(yīng),? 射線與物質(zhì)相互作用,兩步過程,三種作用效應(yīng) 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對效應(yīng) 產(chǎn)生次級電子,電離效應(yīng)次級電子使物質(zhì)原子電離,,γ射線,,第 1 步初級作用,第 2 步次級作用,γ射線對物質(zhì)產(chǎn)生電離作用的過程：,定義：,當(dāng)γ射線與物質(zhì)原子中的束

25、縛電子作用時,將全部能量轉(zhuǎn)移給某個束縛電子,使之發(fā)射出去,成為光電子，而γ射線本身被完全吸收,這種過程稱為光電效應(yīng) 。,光電效應(yīng),光電效應(yīng),1）作用機制,光子同(整個)原子作用，把自己的全部能量傳遞給原子，殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為自由電子，光子本身消失了。 γ + A ? A* + e- （光電子） 原子 ?

26、 A + 特征X 射線,入射γ光子的能量必須大于殼層電子結(jié)合能，才能發(fā)生光電效應(yīng)。γ光子與自由電子不能發(fā)生光電效應(yīng)，只有原子核參加反應(yīng)，才能滿足動量守恒。K層電子發(fā)生光電效應(yīng)幾率最大、L層次之、M層更小…。實際上，80％的光電效應(yīng)發(fā)生在與K層電子的作用上。光電效應(yīng)伴隨著特征X射線或俄歇電子的發(fā)射。這是因為靶原子發(fā)射光電子后，內(nèi)殼層出現(xiàn)電子空位而處于激發(fā)態(tài)。,2）特點,P.60,光電效應(yīng)

27、,外層電子直接躍遷填充內(nèi)層電子空位，使原子回復(fù)到較低的能量狀態(tài)，躍遷過程中，放出電磁輻射，其能量等于兩個電子殼層的結(jié)合能之差。,特征X射線產(chǎn)生的原理：,電子躍遷過程中釋放的電磁輻射是一種X射線。由于其能量取決于原子的結(jié)構(gòu)，故對每一種元素來說，都是特征的，故稱其為“特征X射線”。,處于激發(fā)態(tài)的靶原子可以通過兩種方式退激：（1）,殼層電子在躍遷過程中不發(fā)射特征X射線，而是將激發(fā)能轉(zhuǎn)移給一外殼層電子，使它從原子中發(fā)射出來。,,俄歇電子產(chǎn)生的原

28、理：,處于激發(fā)態(tài)的靶原子可以通過兩種方式退激：（2）,如果忽略原子核獲得的反沖能，根據(jù)能量守恒原理，可以寫出光電子的能量為,3）光電子的能量,光電效應(yīng),P.60,Ee：光電子的動能；h?：入射射線能量；?j：j殼層電子的電離能。,4）光電效應(yīng)截面,光電效應(yīng)截面與入射光子能量、核靶物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān)。,光電效應(yīng),P.61,原子的光電截面：一個入射光子與單位面積上一個靶原子發(fā)生光電效應(yīng)的幾率。,?a：原子光電效應(yīng)吸收截面；即原子與入射光子

29、發(fā)生光電效應(yīng)的幾率；?K：?射線在K層產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率。,τ K ： 入射光子在K層光電效應(yīng)的幾率m0C2：電子靜止時的能量=0.51MeV,式中n在2.2～4間選擇,不同入射?射線能量時的光電效應(yīng)截面經(jīng)驗計算公式：,光電效應(yīng),當(dāng)靶物質(zhì)為復(fù)雜物質(zhì)時，式中Z應(yīng)為有效原子序數(shù)。,γ 與 軌道電子 光電子 γ消失 特征 X 射線 K 層 幾率最大,光電子能量：,式中：E? 光電子的動能，h? 入射光子的能量；

30、?k 層電子的電離能,（復(fù)習(xí)）,光電效應(yīng),康普頓散射,當(dāng)γ光子與原子的核外電子發(fā)生彈性碰撞時,光子的一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,使它脫離原子成分反沖電子,而散射光子的能量和運動方向都發(fā)生變化，這一過程稱為康普頓效應(yīng) 。,定義,康普頓散射,2）能量分配與散射角的關(guān)系,hv—入射光子的能量. hvˊ —散射光子的能量. Ee—反沖電子的動能.V—光子的速度.θ—散射光子的散射角.Φ—反沖電子的反沖角.,與核外電子發(fā)生作用. 非彈性碰

31、撞, γ光子損失部分能量. 作用后, γ光子運動方向改變. 形成反沖電子.,P.64,1）基本特征,γ光子與原子的外層電子發(fā)生碰撞，一部分能量傳給電子使它脫離原子射出而成為“反沖電子”，同時光子損失能量并改變方向成為“散射光子”。,,康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)的不同之處主要有兩點，一是康普頓效應(yīng)中反沖電子只獲得光子一部分能量，并且作用完后仍然存在散射光子。二是康普頓效應(yīng)發(fā)生在外層電子上，而光電效應(yīng)主要發(fā)生在最內(nèi)層電子上。,3）與光電效應(yīng)的

32、區(qū)別,康普頓散射,,設(shè)入射光子能量h? ，動量為h?/c。散射光子能量為h?’，動量為h?’ /c。反沖電子的動能為Ee ，反沖電子的動量為P。散射角θ，反沖角φ。則有下列關(guān)系式成立：,4）康普頓散射射線能量,康普頓散射,《核輻射測量原理》P.78,在不同的散射角θ方向上，散射光子數(shù)為：,單位立體角的微分截面可以按下式計算,式中，r0—電子的經(jīng)典半徑， r0 =e2/m0C2=2.818×10-13cm

33、 ω0—以靜止電子為單位的光子能量ω0 =hν/ m0C2,5）康普頓散射光子的角分布,康普頓散射,180o反散射光子的能量h?’是最小的，此時：,不同入射光子能量h? 所產(chǎn)生的 180o反散射光子的能量h? ’均在200keV左右。,MeV,6）康普頓散射的反散射光子,入射光子與原子的康普頓效應(yīng)總截面?c等于它與各個電子的康普頓效應(yīng)截面?ce之和：,7）康普頓散射效應(yīng)截面,由量子力學(xué)可以導(dǎo)出整個原子的康普頓效應(yīng)截面公式：,h?

34、<< m0c2,h? >> m0c2,《核輻射測量原理》P.81,當(dāng)γ光子從原子核旁經(jīng)過時,在原子核的庫侖場作用下, γ光子轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負(fù)電子,這種過程稱為電子對效應(yīng)。,（1）作用特征 與原子核發(fā)生作用. 入射γ光子消失. 形成正、負(fù)電子對.,2.2.3 形成電子對,定義,（2）產(chǎn)生條件 必要條件: hv > 2m0C2 = 1.02 MeV.

35、 m0C2——電子靜止時的能量=0.51MeV. 必須有第三者(原子核)參加.,（3）電子對的動能,Ee+ + Ee- = hv – 1.02.,形成電子對,（4）電子對的湮沒 正電子與負(fù)電子不同，它很不穩(wěn)定，其壽命約10-10～10-7s。正電子在物質(zhì)中由于電離而損失能量后，將與電子結(jié)合，通常轉(zhuǎn)化為兩個能量為0.51MeV且方向相反的γ光子。這種現(xiàn)象稱為電子對湮沒。放出的γ光子叫做湮沒輻射.,

36、形成電子對,（5）電子對效應(yīng)截面 對于各種原子的電子對效應(yīng)，可由理論計算得到其反應(yīng)截面?p是入射光子能量和吸收物質(zhì)原子序數(shù)的函數(shù)：,形成電子對,當(dāng) h?稍大于 2m0c2,當(dāng) h? >> 2m0c2,《核輻射測量原理》P.84,《放射性勘探方法》P.58,電子對效應(yīng)截面,(1) 當(dāng)h?稍大于2m0c2時，有：,當(dāng)h?稍大于2m0c2時，隨入射射線能量的增加，電子對截面將迅速增加。,(2) 當(dāng)h?＞＞ 2m0c2時

37、，有：,當(dāng)h?遠(yuǎn)大于2m0c2時，隨入射射線能量的增加，電子對截面的增加速度變緩慢。,結(jié)論：不論h?為多少，電子對截面都正比于原子序數(shù)的平方。,三種主要效應(yīng)的截面隨原子序數(shù)和入射光子能量變化的關(guān)系,?射線與物質(zhì)相互作用時，三種效應(yīng)比較概念圖,占優(yōu)表示：作用幾率大于總幾率50％區(qū)域,1、放射性物質(zhì)的重量、含量單位2 、放射性測量常用物理量和單位,（三）放射性測量常用單位,1、放射性物質(zhì)的重量、含量單位,放射性物質(zhì)的重量 單位：

38、千克,千克——放射性物質(zhì)的重量單位 對于一些長壽的核素，如鈾、釷等的量可以用千克（或其導(dǎo)出單位克）為單位來表示。對于這些核素可以用稱量法測量。由于它們的衰變期比較長，我們用精密的天平就可以稱出它們的重量。 但是，是不是所有的放射性物質(zhì)都可以用稱量法來確定它們的量呢？ 對于那些半衰期極短的放射性核素，因其衰變很快，并且無法將它們提取到化學(xué)純度來供測量，此外它們的量往往是極微小的，以致最精密的天平也無法稱出其量。因此無法用

39、稱量法來確定其量，必須采用測量其放射性衰變率等方法來度量。,固體物質(zhì)中放射性物質(zhì)的含量,克/克——克（放射性核素）/克（巖石）克/100克——%克/噸——ppm=10-6,放射性物質(zhì)的含量,液體或氣體物質(zhì)中放射性核素的含量,克/升——g/L, mg/L,Bg/L, Bg/m3,1 Bg/L = 1000Bg/m3,1g/L = 1000mg/L,Ci/L, Ci/m3,1 Ci/L = 1000Ci/m3 =3.7×

40、1010Bg/L,愛曼（em），1em = 10-10Ci/L = 3.7 Bg/L = 3700Bg/m3,（1）放射性活度（2）照射量 X （3）照射量率（4）吸收劑量 D（5）吸收劑量率（6）當(dāng)量劑量 H,（7）比釋動能 K（8）粒子注量與粒子注量率（9）能注量與能注量率,2 、放射性測量常用物理量和單位,放射性活度（A）A=dN/dt

41、 國際單位(SI)為貝可[勒爾]，簡稱貝可(Bq) 曾用單位：居里（Ci） 1Ci = 3.7×1010Bq = 3.7×1010核衰變/秒。,（1）放射性活度,照射量 X 表示 X 或 γ 射線在空氣中產(chǎn)生電離能力大小的輻射量。,法定單位：庫侖每千克（C/kg）曾用單位：倫琴（R）,1C/kg = 3.877×103R,1R = 2.58×10-4C/kg

42、 = 0.258 mC/kg,（2）照射量,照射量率法定單位：單位時間內(nèi)的照射量。（C/kg·s） 曾用單位：微倫琴每小時(μR/h), 簡稱伽瑪( ? ) 1γ=1μR/h=2.58×10-10C/(kg·h),注意：照射量和照射量率只對空氣而言，只是從電離本領(lǐng)的角度說明X射線或γ射線在空氣中的輻射場性質(zhì)，僅適用于X射線或γ射線 。,1γ= 7.17*10-1

43、4C/kg.s,1R/h = 106 ? = 7.17*10-8C/kg.s,（3）照射量率,吸收劑量（D）表示單位質(zhì)量受照物質(zhì)中吸收的平均輻射能量。,式中：dE 是電離輻射（包括X、γ、中子等各種輻射）給予質(zhì)量為dm 的物質(zhì)的平均授予能量?；騿挝毁|(zhì)量的某物質(zhì)所吸收的平均能量。,（4）吸收劑量,吸收劑量，國際單位制戈瑞（Gy）與曾用單位拉德（rad）之間的換算關(guān)系：,法定單位：戈瑞（Gy）,焦耳每千克 1 Gy =

44、1 J/kg， 1 n Gy = 10-9 Gy 曾用單位：拉德 （red）1 red = 10-2 Gy = 0.01Gy = 10mGy1 Gy = 100 red 1 毫拉德 = 10 微戈瑞 證：1red=103mred=10-2Gy = 10-2

45、×106μGy; 1mred=10μGy,吸收劑量率：表示單位時間的吸收劑量（Gy/S）,吸收劑量率,吸收劑量率單位是： Jkg-1.s-1,（5）吸收劑量率,詳見：2008.12 核科學(xué)概論 第9章 輻射防護(hù)與輻射環(huán)境監(jiān)測,吸收劑量與照射量的區(qū)別（參考，待證）,吸收劑量：適用于任何射線和任何靶物質(zhì)，衡量的指標(biāo)是被照射物質(zhì)所吸收的輻射能量。 照射量：只適用于X射線及γ射線，靶物質(zhì)是

46、空氣，衡量的指標(biāo)是在空氣體積內(nèi)形成的次級電子所產(chǎn)生離子總電荷量，即X射線或γ射線通過該體積的空氣時所放出的能量，是輻射場的量度。 空氣輻射場的X或γ射線，可通過下式將照射量換算為吸收劑量D：D = 33.84 X式中，D的單位為Gy（Jkg-1）；X 為照射量，單位為C·kg-1； 33.84為換算系數(shù)。,照射量與吸收劑量的關(guān)系（參考，待證）,對空氣介質(zhì)照射量與吸收劑量的關(guān)系：1D(Gy)=8.69 

47、5;10-3X(R)1μGy/h =86.9 γ1γ＝ 0.01150748μGy/h ＝ 11.50748nGy/h,,H(當(dāng)量劑量)=D(吸收劑量)×Q×N,（6）當(dāng)量劑量（H）,法定單位 : Ｄ 戈瑞（Gy） Ｈ 希沃特（Sv）曾用單位：Ｄ 拉德（rad）　　 Ｈ 雷姆 ( rem ),,,比釋動能（ K ）,不帶電粒子將能量授與物質(zhì)的過程可以分成兩個階段：,第一階段，不帶電粒子與

48、物質(zhì)相互作用，釋放出次級帶電粒子，不帶電粒子的能量轉(zhuǎn)移給次級帶電粒子。,第二階段，帶電粒子通過電離、激發(fā)，把從不帶電粒子那里得來的能量授于物質(zhì)。,吸收劑量,比釋動能,（7）比釋動能（ K ）,比釋動能（ K ）,,,式中， 是不帶電粒子在質(zhì)量 dm 的物質(zhì)中釋放出來的全部帶電粒子的初始動能總和的平均值。 它既包括這些帶電粒子在軔致輻射過程中輻射出來的能量，也包括在該體積元內(nèi)發(fā)生的次級過程所產(chǎn)生的任何帶電粒子

49、的能量。,比釋動能（ K ）,,,單位：J/Kg 或 Gy（與吸收劑量單位相同）,比釋動能只適用于不帶電粒子，但吸收劑量適用于任何物質(zhì)。 它也是一個與無限小體積相聯(lián)系的輻射量。在受照物質(zhì)中每一點上都有特定的比釋動能值。 所以在給出比釋動能數(shù)值時，也必須同時指出與該比釋動能相聯(lián)系的物質(zhì)和該物質(zhì)的部位。,D、K 和 X 的區(qū)別,D、K 和 X 的區(qū)別（參考）,條件：帶電粒子平衡 &&

50、軔致輻射效應(yīng)忽略 && 低能X或γ射線,若滿足：,則：比釋動能=吸收劑量D = K,若為高能X或γ射線，由于次級帶電粒子是電子，有一部分能量在物質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)檐愔螺椛涠x開所關(guān)心的那個體積元，故 k≠D。,則：,g 為次級電子慢化過程中，能量損失于軔致輻射的能量份額。,,《核輻射測量原理》p.37,粒子注量,ICRU(國際輻射劑量與測量委員會)引入了一般性概念：輻射場中某一點的粒子注量Φ是以進(jìn)入該點為球心、截面積

51、為da的小球體內(nèi)的粒子數(shù)dN與該截面積da之商。,式中，粒子注量Φ的單位為m-2；小球體內(nèi)的截面積da的單位為m2。,（8）粒子注量與粒子注量率,,《核輻射測量原理》p.37,粒子注量率,粒子注量率φ是單位時間內(nèi)的粒子注量，簡稱注量率φ，其定義式為：,式中，dΦ表示在時間間隔dt內(nèi)的粒子注量的增量，則注量率φ表示單位時間進(jìn)入單位截面積的小球體內(nèi)的粒子數(shù)，注量率φ的單位為m -2 ·s-1。,,能注量,能量注量是根據(jù)入射粒子的能

52、量大小來描述輻射場性質(zhì)的物理量，即表示進(jìn)入單位截面積的小球體內(nèi)的所有粒子能量之和(扣除靜止能量)，簡稱為能注量Ψ，其定義式為：,式中，dER為進(jìn)入截面積為da的小球體內(nèi)的所有粒子能量之和(扣除靜止能量)，單位為J；能注量Ψ的單位為J ·m-2。,《核輻射測量原理》p.38,（9）能注量與能注量率,,能注量率,能量注量率ψ是描述單位時間進(jìn)入單位截面積的小球體內(nèi)所有粒子能量之和，簡稱為能注量率ψ，其定義式為：,式中，dΨ表示在時間

53、間隔dt內(nèi)進(jìn)入截面積為da的球體內(nèi)的所有粒子能量之和，即在時間間隔dt內(nèi)的能注量的增量；能注量率ψ的單位為J ·m -2 ·s-1。,能注量率與注量率的關(guān)系,,當(dāng)粒子能量為單一能量E 時，能注量率ψ與注量率φ的關(guān)系為：,《核輻射測量原理》p.38,（一）核儀器的主要功能（二）核儀器的基本構(gòu)成（三）核儀器的設(shè)計原則,二、核儀器設(shè)計基礎(chǔ),（一）核儀器的主要功能,發(fā)現(xiàn)肉眼難以（或不能）觀察到的放射性射線。將放射性射線

54、的物理信號轉(zhuǎn)換為電信號（電荷量、電流量、電壓量、電脈沖數(shù)）。區(qū)分射線的種類，測量和記錄射線的數(shù)量，計算放射性射線的強弱，確定放射性核素的量（含量或活度、照射量、劑量）。區(qū)分射線的能量，測量和記錄射線的能量譜線，分析特征譜峰的能量，確定放射性核素的性質(zhì)（核素的種類）,（二）核儀器的基本構(gòu)成,核探測器,電子記錄系統(tǒng),核探測器,核電子學(xué)電路,電子記錄顯示器,（三）核儀器的設(shè)計原則,根據(jù)任務(wù)和目標(biāo)，展開調(diào)研，查閱資料，確定核儀器的功能和技