核辐射测量上ppt课件

《核辐射测量上ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核辐射测量上ppt课件（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、射线的探测射线的探测 核辐射探测器核辐射探测器，三类：，三类：1.气体电离探测器气体电离探测器原理：原理：射线射线 任务气体任务气体 电离电离 电子电子 阳极搜集电荷阳极搜集电荷如：如：GM管、电离室管、电离室计计数数率率电压电压坪曲线坪曲线nnn10死时间校正死时间校正2.闪烁计数器闪烁计数器射线射线 闪烁体固闪、液闪闪烁体固闪、液闪 产生荧光产生荧光 转换成电讯号转换成电讯号 放大放大 记录记录3.半导体探测器半导体探测器讯号正比于射线强度讯号正比于射线强度锂漂移型锂漂移型 Ge(Li)、Si(Li)能量分辨率高，能谱分析能量分辨率高，能谱分析一探头一探头一、仪器任务原理一、仪器任务原理1

2、.闪烁体闪烁体 吸收射线，将射线能转化为光子吸收射线，将射线能转化为光子 无机晶体无机晶体 NaITl 射线射线 ZnSAg 射线射线 CsITl 射线射线 有机闪烁体有机晶体、塑料闪烁体有机闪烁体有机晶体、塑料闪烁体 射线射线 优点：可塑性，低本底，不潮解优点：可塑性，低本底，不潮解NaITl晶体的任务原理晶体的任务原理碘的原子量高、易吸收碘的原子量高、易吸收射线三个效应射线三个效应导带导带满带满带禁带禁带能带原理能带原理孤立能级孤立能级293310420nm井型井型NaITl晶体图晶体图2-1，添加丈量立体角，提，添加丈量立体角，提 高丈量效率，高丈量效率，125I 70%理想闪烁体：理想

3、闪烁体：Z 发光效率发光效率 光谱匹配光谱匹配 短短 本身透明本身透明2.光导光导作用作用：减少全反射，提高丈量效率减少全反射，提高丈量效率PMTiciPMTici普通是硅油普通是硅油n大大 ic大大 全反射全反射 Eic：临界角：临界角n：折射率：折射率3.光电倍增管光电倍增管PMT光光 电子电子 放大倍增放大倍增 光阴极光阴极 产生光电子产生光电子 要求：要求：光谱匹配光谱匹配 光电转换效率光电转换效率 打拿极次阴极打拿极次阴极 电子倍增电子倍增光电子在电场加速作光电子在电场加速作 用下，在打拿极打出更多电子，用下，在打拿极打出更多电子，假设每个打拿极倍增因子为假设每个打拿极倍增因子为4，

4、12个打拿极总增益为：个打拿极总增益为：412 1.7 107 阳极阳极 搜集电荷，经搜集电荷，经RC电路产生一个负脉冲，电路产生一个负脉冲，脉冲大小与电荷量相关脉冲大小与电荷量相关任务条件选定：信噪比任务条件选定：信噪比优点：优点：E 短短缺陷：对高压要求高缺陷：对高压要求高二核电子仪器二核电子仪器2.甄别器甄别器甄别阈甄别阈 只需大于甄别阈的脉冲才干经过甄只需大于甄别阈的脉冲才干经过甄别器，进入计数电路。别器，进入计数电路。作用：降噪，降本底作用：降噪，降本底3.脉冲幅度分析器单道脉冲幅度分析器单道有上、下有上、下 2 个甄别器加一个反符合电路组成。个甄别器加一个反符合电路组成。二个甄别器

5、阈值之差二个甄别器阈值之差 道宽道宽 计数窗计数道计数窗计数道多道脉冲幅度分析器多道脉冲幅度分析器256，4096道道 1 2 3 4上甄别器上甄别器下甄别器下甄别器脉冲脉冲1和和2上甄别器上甄别器反符合电路反符合电路输出脉冲输出脉冲4脉冲脉冲1,2和和4下甄别器下甄别器二、二、射线样品丈量射线样品丈量一一 射线能量丈量射线能量丈量1.单能单能射线能量射线能量光电峰能量光电峰能量 射线能量射线能量确定核素的特征根据确定核素的特征根据EE0光电峰光电峰2.125I的的能谱能谱EC后核退激，后核退激，Er=35.5 keVK俘获后及发射俘获后及发射IC电子后电子后X1：31 keVX2：27.5

6、keVK俘获后俘获后X1X2e-与与x光子时而单独辐射，时而出现符合事件。光子时而单独辐射，时而出现符合事件。故而出现故而出现2个光电峰：个光电峰：27.5 35.5 keV58 66 keV27.5 35.5 58 66 单道谱仪：设定道宽，逐渐改动下甄别位置，分单道谱仪：设定道宽，逐渐改动下甄别位置，分别测定别测定谱的不同部分，最后完成全谱。谱的不同部分，最后完成全谱。3.射线能谱测定射线能谱测定多道谱仪：设定道宽，同时测定能谱各部分，得到能谱多道谱仪：设定道宽，同时测定能谱各部分，得到能谱能量分辨率能量分辨率=E/E0Cs光电峰光电峰 NaI(Tl)分辨率分辨率 7%10%Ge(Li)4

7、096道道 1%二二射线活度丈量射线活度丈量1.绝对丈量与相对丈量绝对丈量与相对丈量绝对丈量绝对丈量-不借助于中间手段直接测得样品不借助于中间手段直接测得样品的活度值。的活度值。Bq、dpm相对丈量相对丈量-测得样品的脉冲计数率，如测得样品的脉冲计数率，如cpmcpm=dpm E丈量效率丈量效率在相对丈量中，借助于模拟源或规范源，测得测定效在相对丈量中，借助于模拟源或规范源，测得测定效率率E，然后间接测得样品的活度值，然后间接测得样品的活度值微分丈量微分丈量-只记录脉冲幅度介于两个甄别阈之间的脉冲只记录脉冲幅度介于两个甄别阈之间的脉冲2.积分丈量与微分丈量积分丈量与微分丈量积分丈量积分丈量-将

8、脉冲高度高于甄别阈的脉冲全部记录下来将脉冲高度高于甄别阈的脉冲全部记录下来 样品测定计数道，样品测定计数道，125I微分丈量普通用于：微分丈量普通用于：能谱测定能谱测定三任务条件的选择三任务条件的选择1.任务电压任务电压改动逐渐升高任务电压，使信噪比最大坪曲线改动逐渐升高任务电压，使信噪比最大坪曲线即为适宜的电压即为适宜的电压2.甄别阈和道宽的选择甄别阈和道宽的选择计数道：含全部的光电峰。如计数道：含全部的光电峰。如125I原那么同上原那么同上1.几何位置几何位置2.样品体积样品体积3.射线能量射线能量4.仪器分辨时间仪器分辨时间5.晶体尺寸晶体尺寸四相对丈量的影响要素四相对丈量的影响要素一、

9、放射性衰变的统计规律一、放射性衰变的统计规律ANdtdN是单个原子核在单位时间内的衰变几率，对于整个样是单个原子核在单位时间内的衰变几率，对于整个样品而言品而言N个原子核，个原子核，N那么是单位时间内衰变的那么是单位时间内衰变的原子核数目，即活度原子核数目，即活度A假定假定为为10-5/s，平均每个原子核在，平均每个原子核在1秒内的衰变几率秒内的衰变几率为为10-5，假设样品有，假设样品有106个原子核，那么个原子核，那么1秒内平均有秒内平均有10个原子核衰变。以此类推，只需知道个原子核衰变。以此类推，只需知道N和和，即可准，即可准确的计算出放射性核素在任何时辰的衰变数确的计算出放射性核素在任

10、何时辰的衰变数A，进而算出进而算出n，然而现实并非如此。，然而现实并非如此。例如用同一个放射源在一样的丈量条件下丈量多次，得例如用同一个放射源在一样的丈量条件下丈量多次，得计数率计数率n，每次的，每次的n值并不一样，与实际计算结果也不同，值并不一样，与实际计算结果也不同，这是由于虽然每个原子核具有一样的衰变几率这是由于虽然每个原子核具有一样的衰变几率，但哪个，但哪个原子核先衰变，哪个后衰败，却无固定次序，纯属偶尔事原子核先衰变，哪个后衰败，却无固定次序，纯属偶尔事件，而大量的偶尔事件那么又服从一定的统计规律。上述件，而大量的偶尔事件那么又服从一定的统计规律。上述丈量结果虽与实际值不同，却服从一

11、定的统计分布。丈量结果虽与实际值不同，却服从一定的统计分布。n这种分布在统计学上称作泊松分布，且反复丈量多次时这种分布在统计学上称作泊松分布，且反复丈量多次时的均值的均值 与实际值相近。假设进展无数次丈量，那么与实际值相近。假设进展无数次丈量，那么 与实际值一致，如硬币投掷与实际值一致，如硬币投掷2面出现的概率面出现的概率n当当n较小时较小时n10，泊松分布成偏态，当，泊松分布成偏态，当n较大时较大时n16，分布趋于正态即高斯分布正态分布，呈，分布趋于正态即高斯分布正态分布，呈钟罩形，钟罩形，位于曲线最高处，左右对称位于曲线最高处，左右对称n高斯分布是泊松分布的特例高斯分布是泊松分布的特例泊松

12、分布泊松分布高斯分布高斯分布二、放射性丈量的统计误差二、放射性丈量的统计误差计数计数 N=nt根据泊松分布原理，根据泊松分布原理，N的方差的方差，是多次丈量的均值是多次丈量的均值2NNNN N 或或 占占高斯分布总面积的高斯分布总面积的68.3%可信限或置可信限或置信度。信度。NNNN68.3%NNNNN其物理意义为：反复监测多次，其物理意义为：反复监测多次，N约有约有68.3%的丈量结的丈量结果落入果落入 范围内，假设只丈量一次，那么结果范围内，假设只丈量一次，那么结果落在此范围内的概率为落在此范围内的概率为68.3%。故可用。故可用N替代替代 。假。假设误差范围取设误差范围取 ，可信限为，

13、可信限为95%；取；取 ，可信限为可信限为99.7%。NN NNN2NN3计数率的规范差定为计数率的规范差定为tntnttNtNn相对误差相对误差 RSD，变异系数变异系数,%ntnNNEN通常误差范围取通常误差范围取，相对误差，相对误差NN N或或n对对E的影响的影响bscnnn在误差运算中，假设有在误差运算中，假设有 二数，那么二数相减时，得二数，那么二数相减时，得,ccnbbn22bcbcnn实践丈量中须思索本底实践丈量中须思索本底nb 对对E的影响的影响假设假设 为丈量计数率总计数率，含本底。为丈量计数率总计数率，含本底。为为本底计数率，那么样本的净计数率本底计数率，那么样本的净计数率

14、cnbnbbccbcbcbcstntnnnnnn22bcbbccnntntnE nc,E nb,E t,E(或反复测多次或反复测多次)例题例题 p45三、丈量误差控制三、丈量误差控制当当 较小，较小，E要求较高时，需较长时间的要求较高时，需较长时间的 和和 ，如，如14C法考古断代。在总时间法考古断代。在总时间t内，内，与与 应有合理分配，应有合理分配，以使以使E最小。令最小。令 ,以以E对对 求极值求极值ctbtctbtbctttctcn0cbcbcbccnndnnttdEdtdt220cbccnntttccbbtntn假设粗测假设粗测 ，测测50 min，E要求小于要求小于3%，求，求 。

15、那么。那么3010cbncpmncpm，btct103050103003.0ct2.0306.0ctct3016.02.036.0min5.187ctmin5.237tmin5.150min,9.86cbttt不变，不变，E=2.8%bcbcnntt假设按假设按 分配时间分配时间在生物学研讨中，当测到含量低的样本，如，其检测值在生物学研讨中，当测到含量低的样本，如，其检测值为为0.1 ng或或0.1 ng/mL，其结果能否可信，取决于测定值，其结果能否可信，取决于测定值能否高于检测限。能否高于检测限。四、最小可丈量四、最小可丈量最小可丈量最小可丈量检测限检测限灵敏度灵敏度根据标志物的比活度及仪

16、器的丈量效率，即根据标志物的比活度及仪器的丈量效率，即可计算出可计算出1 ng物质对应的物质对应的cpm值值1.简单体系简单体系bcsnnnbcbbccnntntnEbnbctt，一定，一定，E视要求而定，视要求而定，也固定也固定=1 min020025.0205.022bssbsbcsnnnnnnnn假设假设E=5%，nb=50 cpm，那么，那么cpmnnnbsc533cpmnnbs483005.0210025.0220025.0411 对于样品本身含量的检测限，尚与标志物的对于样品本身含量的检测限，尚与标志物的 比活度相关，比活度越高比活度相关，比活度越高E设丈量效率设丈量效率=0.4，

17、样品检测限的活度值应为，样品检测限的活度值应为483/0.4=1208 dmp假设假设tc、tb不变，放射性检测限不变，放射性检测限与与 所要求的相对误差相关，所要求的相对误差相关，E越大，检测限越低越大，检测限越低 与与nb相关，相关，nb,Ecpmncpmncpmncpmnsbsb647200546100，；，若2.药动学研讨中的检测限药动学研讨中的检测限在血药浓度检测限的计算中，假定游离在血药浓度检测限的计算中，假定游离125I有有5%与血与血浆蛋白结合，这部分结合同样会被三氯乙酸沉淀，构浆蛋白结合，这部分结合同样会被三氯乙酸沉淀，构成虚伪计数。虚伪计数的大小和血浆计数率与沉淀计成虚伪计数。虚伪计数的大小和血浆计数率与沉淀计数率的差相关。广义上可以把这部分虚伪计数看作是数率的差相关。广义上可以把这部分虚伪计数看作是本底的一部分。设仪器的本底为本底的一部分。设仪器的本底为nb，血浆计数率为，血浆计数率为B，沉淀计数率为沉淀计数率为C，那么广义上的本底，那么广义上的本底05.0)(CBnnbbsbbccntntnE假设相对误差假设相对误差E=20%，ns=nc-nb，那，那么么假设tc=tb=1 minsbbccntntnEbsbcsnnnnn2)(04.0204.0205.0)(204.0411bsnCBn02)(04.02bssnnn