放射性測(cè)量的技術(shù)第1頁(yè)/共59頁(yè)第2章放射性測(cè)量技術(shù)測(cè)量?jī)?nèi)容：探測(cè)、分析、監(jiān)測(cè)、劑量。探測(cè)器：射線信號(hào)電信號(hào)(電流、電壓脈沖)

氣體

電子—離子對(duì)氣體探測(cè)器

電離

常用種類(lèi)半導(dǎo)體

電子—空穴對(duì)半導(dǎo)體探測(cè)器

激發(fā)

閃爍體

熒光閃爍探測(cè)器第2頁(yè)/共59頁(yè)

§2.1概述

氣體探測(cè)器

脈沖電離室電流、累計(jì)電荷種類(lèi)正比計(jì)數(shù)器

G—M計(jì)數(shù)管

介質(zhì)：隋性Ar氣+(CH４)

第3頁(yè)/共59頁(yè)各種圓柱型和鐘罩型G-M管第4頁(yè)/共59頁(yè)高壓極收集極保護(hù)極高壓負(fù)載電阻外殼靈敏體積絕緣子結(jié)構(gòu)：平板型電離室第5頁(yè)/共59頁(yè)結(jié)構(gòu)：圓柱型電離室第6頁(yè)/共59頁(yè)輸出信號(hào)的物理過(guò)程以平行板電離室為例[結(jié)論]脈沖計(jì)數(shù)n正比于放射活度脈沖幅度正比于入射粒子的能量

V(t)t第7頁(yè)/共59頁(yè)各類(lèi)氣體探測(cè)器的工作特性區(qū)第8頁(yè)/共59頁(yè)各類(lèi)氣體探測(cè)器特性的對(duì)比探測(cè)器電離室正比計(jì)數(shù)器G—M計(jì)數(shù)管特性區(qū)電離室區(qū)正比區(qū)G—M區(qū)輸出脈沖N0e/CMN0e/C等幅第9頁(yè)/共59頁(yè)

閃爍探測(cè)器

工作原理

工作過(guò)程：激發(fā)→熒光→光電子→光電倍增→電壓脈沖

第10頁(yè)/共59頁(yè)閃爍體

利用射線的熒光效應(yīng)將射線能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿奈矬w。無(wú)機(jī)

含少量激活劑的無(wú)機(jī)鹽。ZnS(Ag)，α強(qiáng)度。NaI(Tl),CsI(Tl),γ強(qiáng)度、能量。有機(jī)

芳香族化合物

晶體，蒽，發(fā)光標(biāo)準(zhǔn)。液體，β。塑料(苯乙稀加入POP、POPOP聚合的固溶體)，β。第11頁(yè)/共59頁(yè)各類(lèi)閃爍體的發(fā)射光譜第12頁(yè)/共59頁(yè)各類(lèi)閃爍體的物理特性第13頁(yè)/共59頁(yè)光電倍增管

結(jié)構(gòu)與工作原理

光陰極

Cs3Sb,K2CsSb等,發(fā)射光電子。

倍增極

6-14個(gè)，二次電子發(fā)射。陽(yáng)極收集倍增后的電子，在負(fù)載上形成電壓脈沖。

光電倍增管兼有能量轉(zhuǎn)換及放大作用。。

第14頁(yè)/共59頁(yè)光電倍增管第15頁(yè)/共59頁(yè)光譜響應(yīng)光陰極在光照射下，發(fā)射光電子的概率是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)，稱(chēng)作“光譜響應(yīng)”。在選用閃爍體時(shí)，應(yīng)選用使二者匹配的閃爍體。第16頁(yè)/共59頁(yè)主要性能

光電量子轉(zhuǎn)換效率

電子倍增系數(shù),M～105—107

要求工作高壓有較好穩(wěn)定性。

暗電流無(wú)光照時(shí)自身產(chǎn)生的陽(yáng)極電流，由熱電子射、

漏電、光子和正離子反饋等引起。第17頁(yè)/共59頁(yè)使用注意事項(xiàng)1）避光使用；2）保持閃爍體與光電倍增管光學(xué)接觸良好。第18頁(yè)/共59頁(yè)§2.2液閃計(jì)數(shù)器特點(diǎn)1.對(duì)軟β探測(cè)效率高，4π測(cè)量及避免了射線的自吸收和吸收。2.溶納樣品較大,可測(cè)量強(qiáng)度較弱的樣品。第19頁(yè)/共59頁(yè)液閃裝置符合加法放大前置前置門(mén)控單道Ⅰ單道Ⅱ定標(biāo)器液閃儀框圖第20頁(yè)/共59頁(yè)雙管符合電路

符合電路使暗電流本底降低104－１０5倍。

例:

τ＝１０-8s，,則偶然符合：第21頁(yè)/共59頁(yè)單道脈沖輻度分析器

甄別閾Vd

輸入信號(hào)V＞Vd,才有出。反符合

因此，輻度分析器只能使V下＜V＜V上的脈沖通過(guò)。第22頁(yè)/共59頁(yè)閃爍液脂溶性甲苯，二甲苯主溶劑水溶性二氧環(huán)溶劑

組成助溶劑甲苯中加甲醇，表面活性劑，二六環(huán)加萘

主溶質(zhì)PPO

溶質(zhì)

助溶質(zhì)

POPOP波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)匹配

第23頁(yè)/共59頁(yè)

液閃過(guò)程的淬滅現(xiàn)象

淬滅

導(dǎo)致閃爍過(guò)程能量傳遞效率降低，使光輸出減小，輸出脈沖幅度降低，最終使探測(cè)效率降低的過(guò)程。

化學(xué)淬滅非熒光物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)激發(fā)能。

顏色淬滅有色物質(zhì)吸收熒光。

光子淬滅非均相β發(fā)射體顆粒吸收β射線。第24頁(yè)/共59頁(yè)淬滅校正

內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法

通過(guò)在樣品中加入已知活度的標(biāo)準(zhǔn)源，由引起的附加計(jì)數(shù)，求儀器計(jì)數(shù)效率的校正法。

式中：第25頁(yè)/共59頁(yè)道比值法第26頁(yè)/共59頁(yè)

外標(biāo)準(zhǔn)法

第27頁(yè)/共59頁(yè)第28頁(yè)/共59頁(yè)淬滅校正過(guò)程第29頁(yè)/共59頁(yè)§2.3常用輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)儀器輻射報(bào)警儀用途輻射報(bào)警儀主要用于放射性工作場(chǎng)所放射性物質(zhì)，包括放射源及可能的沾污源以及工作場(chǎng)所輻射水平預(yù)警測(cè)量。類(lèi)型

使用比較普遍的一類(lèi)報(bào)警儀是G-M計(jì)數(shù)管型報(bào)警儀，用于-輻射或輻射的測(cè)量。用輻射的一般為薄端窗式G-M管。

第30頁(yè)/共59頁(yè)InspecotrAlert手持式α、β、γ和輻射檢測(cè)儀

本產(chǎn)品采用GM探測(cè)器，用以監(jiān)測(cè)放射性工作場(chǎng)所和表面,實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)面、地板、墻壁、手、衣服、鞋的α、β、γ和X放射性污染計(jì)數(shù)測(cè)量以及環(huán)境劑量率，是一款性?xún)r(jià)比高的輻射測(cè)量?jī)x器。第31頁(yè)/共59頁(yè)第32頁(yè)/共59頁(yè)第33頁(yè)/共59頁(yè)

技術(shù)性能與特點(diǎn)：

1.檢測(cè)α、β、γ和X射線；

2.計(jì)數(shù)測(cè)量、總計(jì)數(shù)測(cè)量和劑量率測(cè)量；

3.最低響應(yīng)能量：20Kev（γ射線），對(duì)Cs-137源為5.8Cps/μSv/h;探測(cè)下限：對(duì)I-125是0.02微居;

4.效率（4）：接觸下：對(duì)Sr-90源約38%，C-14源約5.3%；P-32源約33%；Co-60源約3%5.G-M計(jì)數(shù)管,有效直徑45mm,云母窗密度1.5-2.0mg/Cm3;

第34頁(yè)/共59頁(yè)

6.CPS：≤2500CPS范圍時(shí)≤15%，在2500-5000CPS范圍≤20%；

7.測(cè)量單位：該檢測(cè)儀常用單位（mR/h或CPM）或SI單位（μSv/h或CPS)。

第35頁(yè)/共59頁(yè)

表面沾污儀

表面沾污儀主要是用來(lái)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面，儀表等物體表面污染，以便發(fā)現(xiàn)并及時(shí)清除。表面沾污儀常用的探測(cè)器類(lèi)型有G-M管，正比計(jì)數(shù)管和閃爍計(jì)數(shù)器等，其測(cè)量對(duì)象是表面污染面源粒子的表面出射率。第36頁(yè)/共59頁(yè)

儀器讀數(shù)

直接測(cè)量的量為粒子的計(jì)數(shù)率n(cpm)，其與表面污染水平有如下關(guān)系：

其中,K稱(chēng)為刻度系數(shù)（也叫做總探測(cè)效率）。其意義是，對(duì)應(yīng)每單位污染水平，儀器所測(cè)到的計(jì)數(shù)率。第37頁(yè)/共59頁(yè)

表面污染水平

所謂單位污染水平是指，每100厘米2的污染表面在單位時(shí)間內(nèi)向上所出射的表面粒子數(shù)。刻度系數(shù)K與射線的探測(cè)效率及探測(cè)器端窗的面積大小等因素有關(guān)。第38頁(yè)/共59頁(yè)

儀器刻度過(guò)程

根據(jù)探測(cè)器端窗面積，選擇相應(yīng)幾何形狀的標(biāo)準(zhǔn)面源，核素應(yīng)與實(shí)際污染源相同或射線能量相近。在確定的幾何位置條件下，測(cè)量它所引起的計(jì)數(shù)率，然后按下式求得K值。第39頁(yè)/共59頁(yè)第40頁(yè)/共59頁(yè)

TBM-3S系列表面沾污儀

內(nèi)置直徑為2〞的扁平G-M管和揚(yáng)聲器，有3個(gè)量程，檢測(cè)α、β和γ射線，讀數(shù)為CPM（或mR/h）具有尺寸小、重量輕和面積大的特點(diǎn)，是監(jiān)測(cè)工作臺(tái)面或檢查手掌、手指和衣服表面放射性污染的有效工具。第41頁(yè)/共59頁(yè)技術(shù)規(guī)格

開(kāi)關(guān)：

OFF，電池測(cè)試，X100，X10，X1

量程：

3個(gè)量程，線性，0-500，0-5,000，0-50,000cpm（0-0.15，1.5，15mR/h）

靈敏度：

150cpm/μR/h（137Cs標(biāo)準(zhǔn)校正源）

第42頁(yè)/共59頁(yè)探測(cè)器

T-1190扁平GM管

窗直徑：4.5cm窗厚度：1.5mg/cm2淬滅氣體：鹵素，長(zhǎng)壽命管本底：典型值50cpm效率：本征效率為100％

第43頁(yè)/共59頁(yè)

個(gè)人計(jì)量計(jì)

佩戴在身體適當(dāng)部位，用以測(cè)量個(gè)人所受外照射劑量的儀器叫做個(gè)人劑量計(jì)。主要有儀器型和固體劑量計(jì)型兩類(lèi)。第44頁(yè)/共59頁(yè)EPD個(gè)人劑量計(jì)γ、β和X輻射劑量當(dāng)量Hp(10)、Hp(0.07)讀數(shù)用電子個(gè)人劑量計(jì)；基于現(xiàn)代二極管探測(cè)技術(shù)的高度完備多功能個(gè)人輻射監(jiān)測(cè)器；無(wú)與倫比的放射性能與先進(jìn)的軟硬件特色相結(jié)合，體積小、質(zhì)量輕；標(biāo)稱(chēng)使用能量范圍：γ輻射15keV-10MeV，β粒子250keV-1.5MeV；直接讀出ICRU定義的深部劑量Hp(10)和淺表劑量Hp(0.07)，單位為(Sv)或雷姆(rem)；可顯示劑量和劑量率值，可設(shè)定劑量/劑量率測(cè)量閾值報(bào)警模式。第45頁(yè)/共59頁(yè)

熱釋光劑量片

固體劑量劑被廣泛用于個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)，其中尤以熱釋光劑量計(jì)，如LiF(Mg,Ti)最廣。其測(cè)量原理是，熱釋光固體元件受到輻射的照射后，其輻射能通過(guò)激發(fā)固體晶格中的電子，轉(zhuǎn)變成電子的激發(fā)能同時(shí)被禁封在晶體中的陷阱中，此能量可以累加并保持一定時(shí)間，當(dāng)用高溫退火時(shí)，保持的激發(fā)能通過(guò)光輻射的形式發(fā)出，通過(guò)測(cè)量輻射光的強(qiáng)度就可確定熱釋光晶體所受照射劑量。第46頁(yè)/共59頁(yè)

發(fā)光機(jī)制

按照能帶理論，晶體能級(jí)由兩類(lèi)能級(jí)構(gòu)成：處于基態(tài)的已被電子占滿(mǎn)的容許能帶，稱(chēng)為滿(mǎn)帶；沒(méi)有或尚未填滿(mǎn)電子的容許能帶，稱(chēng)為導(dǎo)帶，二者被一定寬度的禁帶隔開(kāi)。晶體中的雜質(zhì)原子或因原子或離子缺位和結(jié)構(gòu)錯(cuò)位等造成的晶格缺陷處會(huì)形成局部電荷中心，其能吸引和束縛異電荷粒子。第47頁(yè)/共59頁(yè)在能帶圖上，相當(dāng)于在禁帶中形成了一些孤立能級(jí)。在靠近導(dǎo)帶下面的局部能級(jí)，能吸引電子，稱(chēng)為電子陷阱；靠近滿(mǎn)帶上面的局部能級(jí)能吸附空穴，稱(chēng)為激活能級(jí)。在沒(méi)有受到輻照時(shí)，電子陷阱是空著的，而激活能級(jí)是填滿(mǎn)電子的。滿(mǎn)帶導(dǎo)帶00-0禁帶FH123第48頁(yè)/共59頁(yè)

當(dāng)晶體因輻照被電離或激發(fā)時(shí)，滿(mǎn)帶中的電子因受激進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴（過(guò)程1）,進(jìn)入導(dǎo)帶的電子因熱擾動(dòng)會(huì)很快被電子陷阱捕獲，滿(mǎn)帶的空穴也會(huì)移入激活能級(jí)，分別形成所謂的F和H發(fā)光中心，并將輻射能量貯存起來(lái)。在常溫下這些中心可以保存很久。當(dāng)對(duì)晶體加熱使其溫度達(dá)到一定值時(shí)，F(xiàn)發(fā)光中心的電子獲的能量重新進(jìn)入導(dǎo)帶并最終與H發(fā)光中心的空穴復(fù)合(過(guò)程3），在復(fù)合的過(guò)程中發(fā)出光，稱(chēng)為熱釋光。熱釋光放出的總光子數(shù)與發(fā)光中心退激的總電子數(shù)成正比，也即與吸收的輻射能量成正比。因此，測(cè)量一定溫度范圍退火溫度下的總發(fā)光量就可確定吸收劑量。第49頁(yè)/共59頁(yè)

發(fā)光曲線

對(duì)照射后的熱釋光元件加熱退火，發(fā)光強(qiáng)度與退火溫度的關(guān)系稱(chēng)為熱釋光曲線。對(duì)于LiF(Mg,Ti)有如下圖的形狀。固體中的電子陷阱有深有淺，隨加熱溫度的升高，電子先由較淺的陷阱放出，熱釋光由小到大達(dá)到一峰值后接著下降，直至這種陷阱中貯存的電子都釋放出來(lái)，形成發(fā)光曲線的第一個(gè)峰。隨后較深陷阱中的電子釋放。第50頁(yè)/共59頁(yè)對(duì)同一種固體，發(fā)光曲線形狀基本不變，但隨加熱速率稍有變化，加熱越快，峰越高，相應(yīng)的峰值溫度也有變化。然而對(duì)于給輻照劑量，發(fā)光總額是不變的。通常采用兩種測(cè)量方式，一種是測(cè)量主發(fā)光峰面積的積分測(cè)量法，另一種是測(cè)量主峰的光峰高法。第51頁(yè)/共59頁(yè)熱釋光強(qiáng)度

溫度，0CLiF（Mg，Ti）熱釋光體的發(fā)光曲線第52頁(yè)/共59頁(yè)

測(cè)量裝置

熱光測(cè)量?jī)x由加熱的裝置和光度計(jì)兩部分組成。測(cè)量過(guò)程如下：用線性加熱器使加熱盤(pán)上的熱光體受熱放出可見(jiàn)光，光信號(hào)經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，進(jìn)入電子學(xué)線路，最后由X-Y紀(jì)錄儀自動(dòng)畫(huà)出熱釋光曲線，根據(jù)積分或光峰高