核辐射探测器与核电子学复习练习题.docx

核辐射探测器与核电子学期末考试复习题一、填空题（20分，每小题2分）1. 粒子与物质相互作用的形式主要有以卜两种：激发、电离2. 射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对3. 射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、物致辐射4. 由NaI（TD组成的闪烁计数器，分辨时间约为：Hus；G-M计数管的分辨时间大约为：一百us.5. 电离室、正比计数管、Gf计数管输出的脉冲信号幅度与射射线的能量成正比。6 .半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使7 .由ZnS（Ag）组成的闪烁计数器，般用来探测色射线的塞度8 .由Nal（TD组成的闪烁计数器，一般用来探测Y、X射线的能量、强度、能量和强度9 .电离室般用来探测a、B、y、X、里带电粒子射线的能量、强度、能量和强度10 .正比计数管一般用来探测。、Y、X射线的能量H.G-M计数管般用来探测a、0、丫、X射线的强度12 .金硅面垒型半导体探测器一般用来探测,射线的能金、强度、能量和强度13 .Si（Li）半导体探测器般用来探测a、丫、X射线的能量、强度、能量和强度14 .HPGe半导体探测器一般用来探测a、6、y、X、带电粒子、黛带电粒子射线的能量15 .对高能射线的探测效率则主要取决于探测量的宜效体积16 .对低能丫射线的探测效率则主要取决于，>L>S17 .G-M计数管的输出信号幅度建电压无关。18 .前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电型灵敏型19 .前置放大器的两个主要作用是：提高信-嗓比、阻抗匹配20 .谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形21 .滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造陈冲波形以满足后续测喋电路的要求22 .微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变作和隔离低频信号23 .积分电路主要作用是：使输值曼的上升没变缓和过题嬲祟邑24 .单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别分之间的用号25 .多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道肱冽g度分析量的分辨更26 .谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL二、名词解释及计算题（10分，每小题5分）1 .能量分辨率：表征Y射线谱仪对能量相近的射线分辨本领的参数，可用全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示2 .探测效率：定义为探测器输出信号数量（脉冲数）与入射到探测器（表面）的粒子数之比3 .仪器谱：由仪器（探测器）探测（响应）入射射线而输出的脉冲幅度分布图，是一连续谱4 .能谱：脉冲幅度经能量刻度后就可以得到计数率5 .全能峰：入射粒子以各种作用方式（一次或多次）将全部能量消耗在探测器内而形成的仪器谱峰6 .逃逸峰：若光电效应在靠近晶体表面处发生，则X射线可能逸出晶体，相应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子能量小，这种脉冲所形成的峰称为全能峰7 .特征峰：许多放射源本身具有特征X射线它们在能谱上形成的峰为特征X射线峰8 .分辨时间：第一个脉冲开始到第二个脉冲幅度恢复到Vd的时间，该时间内探测器无法记录下进入计数管的粒子9 .死时间：入射粒子进入计数管引起放电后，形成了正离子鞘，使阳极周围的电场削弱，终止了放电。这时，若再有粒子进入就不能引起放电，直到正离子鞘移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止。这段时间称为死时间。10 .试粗略计算6.0VeV的粒子在电离室和金硅而垒探测器中产生的初始电离（离子对数目），并以此说明金硅面垒半导体探测器能量分辨率比正比计数管高的原因。电离室是气体探测曙，金硅面垒探测器是半导体探测器，它们的平均电离能（W）大约分别为30eV和3eL所以：电离室产生的初始电离（Nl）=6000000/30=200000（对）金硅面垒探测器产生的初始电离（N2）=60000003=2000000（对）可见，N2比NI大10倍，即N2因统计涨落产生的相对标准差比NI小，金硅面垒探测器的能量分辨率（FWHM）比电离室好。三、论述题（30分，每小题10分）1 .简述闪烁计数器探测丫射线的工作过程。答题要点：发光过程、光电转换过程、电子倍增过程、信号形成过程1.发光过程：入射粒子使闪烁体的原子核激发电离产生荧光光子2 .光电转换过程：荧光光子在光电倍增管的光阴极（K极）上由于光电效应而转化为光电子3 .电子倍增过程：K极发出的电子在第一打拿极上打出的N倍电子第一极在第二极上打出N倍电子，最后在阳极上收集到一大群电子4 .脉冲信号形成过程：阳极上的电子在前置放大器上通过放大形成脉冲信号.简述核辐射探测器探测效率曲线的一般特征。（曲线自己画哈）1.E较低时，n随入射能量E增加而增加；取决于窗口吸收5 .E增大到一定数值，到达最大值，在一定时间保持稳定6 .E继续增大，n随E的增大而减小，此时取决于探测器厚度3 .简述正比计数器的工作原理。正比计数器工作于正比区，在离子收集的过程中出现气体放大现象，即被加速的原电离离子在电离碰撞中逐次倍增而形成电MNO子雪崩。于是，在收集电板上感生的脉冲幅度区0将是原电离感生的脉冲幅度的M倍，即V8=,M为气体放大系Co数，NO为原电离离子对数，CO为K,C两电极间电容，负号表示负极产生脉冲。并且在确定的工作条件下，气体放大倍数与原初电离无关。4 .简述多道脉冲幅度分析器的一般构成及其工作特征。答题要点：三个组成部分脉冲峰值保持器、ADC、MCB。四个过程一一脉冲峰值保持过程、ADC过程、数据处理过程、复位过程。1基本构成：脉冲峰值保持器ADC多道数据缓存器外设PC2工作过程：峰值保持过程：信号进入脉冲峰值保持器，跟信号并保持峰值到复位信号，同时在峰位过去后给ADC发出启动变换的信号A/D变换过程（数字化过程）：ADC被启动进行一次变换，当变换结束时，输出变换结果m（m代表道址，脉冲幅度，能量），同时输出一个变换信号给MCB计数过程（寄存器计数方式）：首先是MCB从RAM的第m个寄存器读出原有的读数Nm,再加上1（Nln=Nm+1）,接下来将Nm再写回第m个寄存器5 .简述前置放大器的作用、分类及主要特点。，1111111 .主要作用：提高系统的信噪比减小信号经电缆传送时外界干扰的影响阻抗匹配（由于D的Rin很大，屏蔽能力弱。所以需进行幅度放大或功率放大）2 .分类及特点：积分放大器：包括电压灵敏型电荷灵敏型：特点是输出信号幅度正比与输出电流对时间的积分即输出信号的幅度与探测器输出的总电荷量成正比电流型放大器：包括电流灵敏前置放大器；特点输出信号波形与探测器输出电流信号的波形保持一致6 .简述谱仪放大器中微分电路、积分电路、基线恢复器的主要作用。1 .微分电路作用：a、使长尾变短，减小信号的堆积（高通滤波相当于隔直电容（注：对噪声信号无用）b、高通滤波2 .积分电路的作用：a、使前沿变缓，后沿不变b、低频通过，高频滤去，低频滤波3 .基线恢复器作用：将信号产生的“基线”（输出端的直流电压，恢复到“先前”的水平）7 .简述稳谱电路的工作原理。1 .首先说稳谱电路分类：硬件稳谱软件稳谱2 .硬件稳谱工作原理：由上下道输出脉冲选入可逆计数器，进行差值计数（上道作减法，下道作加法），其结果经数模变换器转换成控制电压，去调整闪烁计数器的高压。当峰位右移输出脉冲幅度增大时，则nl>n卜，可逆计数器输出数减小，经转换后得到电压值降低，使高压降低，闪烁体输出幅度变小。反之，当输出脉冲幅度变小时，n->n>,可逆计数器输出数增大，经转换后得到电压值增高，使电压上升，闪烁体输出幅度变大，通过以上反馈，使脉冲幅度得以保持。软件手选谱工作原理：通过重新进行能量刻度的方法来稳谱8 .简述开关电源（DC/DC变换器）的工作原理及其特点。能量分辨率探测效率用途使用环境价格注意事项气探较好较高、B、丫、X中子。重带电粒子高压、常温便宜电压积分性。外界电磁场I比闪烁较高高YX常温有的较更、大部分贵工作环境温度、湿度、电压稳定性半导探高低、B、Y、X中子。重带电粒子有的可在常温、有的需高温大部分贵工作环境温度四、综合题（40分，每小题20分）1 .以表格方式比较气体探测器、闪烁计数器、半导体探测器的主要特性、特点（着重比较探测效率、能量分辨率、价格、用途及使用中的注意事项等）。气体探测器闪烁计数器半导体探测器能量分辨率中低高探测效率低高中使用环境价格低中高主要用途其它2 .面出单道脉冲幅度分析器的工作原理图、工作波形，简述其工作过程及主要特点。（1）工作原理图其中反符合电路逻辑功能如下表:符合主场1001反符合主场0011输出1000（2）工作波形（3）工作过程：a、%<%:上下甄别器均无输出，反符合电路无输出b、V1<V,<Vu=±无输出，下有输出，反符合电路有输出c、Vi>Vu:上下甄别器均有输出，反符合电路无输出（4）主要特点:a、单道脉冲幅度分析器由上下甄别器及反符合电路组成b.只有输入脉冲落入给定电压（阈电单）范围（VVO内时才有逻辑脉冲输出，只有得到信号输入端单独有信号的才有输入，若都有或都无信号输入则无输出，测量误差较大c针测一个能谱仍需逐点改变阈值，易受仪器不积定影响d、结构简单，价格便宜，可以选择幅度范围或能量范围作为校正信号3.画出一般的线性脉冲放大器的原理框图、指出各部分的主要作用、主要节点的波形变化。答题要点：五个组成部分一一微分电路或极零相消电路、可调放大电路、积分电路、输出级、基线恢复器、（限幅器）4 .画出无源CDD基线恢复器的电路简图，简述其工作原理。（简图自己画）Dl,D2为挛生二极管，特性完全一致。工作过程：a.充电过程：当脉冲来时，电容充电（左正右负），u增加，因为D2接地UD-UOUD,所以Dl截止，Il经D2接地，充电电流为12,冲到脉冲结束为止b.放电过程：脉冲过后，由于UC作用，UO为负，DI导通，D2截止（U0=U0+UDl）,流过Dl电流11=212,所以电容C以电流12放电5 .画出般线性放电法多道脉冲幅度分析器的原理框图、简述其工作过程、指出各主要节点的波形变化、给出变换时间的计算公式。O一一脉冲峰值保持器一一ADC一多到数据缓存器一一外设PC/uP一0MCAMCB工作过程：a.峰值保持过程：信号进入脉冲峰值保持电路，跟踪信号并保持峰值到复位信号，同时要峰值过去后给ADC发出启动变换的信号b.A/d转换过程（数字化过程）：ADC被启动进行一次变换，当变换结束时输出变换结果m（m代表道址，脉冲幅度，能量），同时输出一个变换结束信号给MCBc.数据处理过程（寄存器计数）：首先是MCB从RAM的第m个寄存器中读出原有数据Nm,再加I（Nm=Nm+1）,接下来将m在写回第m个寄存器d.复位过程：读写结束，电路复位，允许输入信号进入峰值保持器。6. Nal闪烁伽玛探头的基本构成及其工作过程。（基本构成自己画）工作过程：a.发光过程：受激原子退激时发射紫外光过程b.光电转换过程：闪烁体发出的光子到达PMT的光阴极（K极），发生光电效应c.光电倍增过程;光电子进入PMT,逐级倍增过程，A七10飞倍（3-6）nd.信号形成过程：PMT产生的大量电子在A极（阳极）上被收集，形成脉冲信号核技术探复习材料一、简答题：（共35分）1 .带电粒子与物质发生相互作用有哪儿种方式？（殳分）与原子核弹性碰撞：（核阻止）（1分）与原子核的非弹性碰撞：（物致辐射）（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系。具体如下图所示。（殳分）填空：I复合区（1分）H饱和区（电离空区）（1分）川正比（计数）区（1分）IV有限正比区（1分）VG-M区（1分）注：D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？（殳分）答案要点D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。4 .PN结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（殍分）答：由于输出电压脉冲幅度力与结电容Cd有关（1分），而结电容C.81/瓦随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时.，将会使人发生附加的涨落，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。入",（2分）而。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 .衡量脓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？（N分）答案要点：第1问：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）WO半导体<Wo气体电离室（1分）6 .中子按能量可分为哪几类？常用的中子探测方法有哪些？（风分）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（TD闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeVy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Z、密度P及发光效率（3点得1分）均低于Nal（Tl）闪烁晶体,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（TI）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Y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。（&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=hu（得1分），动量F=hu/c（得1分）；根据相互作用满足能量守恒定理，则电子能量Etl=hu=mc2（得1分），电子动量P产（hc2）Xv（得1分）；由于电子速度小于光子速度，所以Pp<Py（得1分），动量不守恒所以得证Y光子的光电效应是光子与原子整体相互作用。2.（殳分）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、N>N,试证明计数率平均值的统计误差为:证明:+m+M（得分）kt因为乂,乂乂具有统计误差性根据误差传递公式%：=2+b/+%*21（得1分）Kl外：=NiS：=愀,外=Nq（得1分）b；二（；）2N1+M+N"Kl=依（得1分）kt所以得证（得1分）三、计算题。（共55分）1.分）画出下图输出电路的等效电路，并标明极性。注：D只有极性没有等效电路图不得分2 .（殳分）试计算充Ar脉冲电离室和正比计数器对5MeVi粒子的最佳能量分辨率.（取法诺因子尸=0.3,Ar的平均电离能为26.3eV）解：对充Ar脉冲电离室：对充Ar正比计数器:E 7w00.3x26.3 zg4八 = 2.36J- =2.36J- 得 1.5 分EV E 5×106= 0.296% 得1 分或者E = 2.36JG）E = 2.360.3×26.3×5×106 得1 .盼= 14.823kev 得1 分没有ke V单位或者单位ke V不对扣1分E C CN + 0.68 C C, /（0.3+ 0.68）×26.3 =2.Jo = = 2.Jb-E NNoV 5 × IO6= 0.536% 得 1分或者得1.5分E = 2.36j（尸+ 0.68）WOE = 2.36（0.3 + 0.68） × 26.3× 5 × 106 得1.5分= 26.79 Ikev 得1 分没有ke V单位或者单位ke V不对扣1分3. 分）能量为1. 50MeV的y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：当 Ey = 1.5fe 加寸,查表“ =0.0517Crri ?/g,（得 分）根据 I = Iiie-ux =（得 1 分）u = um ×p = 0.0517crri2g× 1 1.34g /CM = 0.58624加一'（得1分）InKX = InlOOO0.5862（得1分）=11.78cn（得1分）或者：In/二二=潸（得1分）00517=133.6cm-2（得1分）结果没有单位或者单位不对的扣！分计算结果有不对的每步扣掉一半的分4.（9分）当单能a粒子被准直得垂直于硅Pfl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EU的粒子垂直入射时。=0设粒/在探测器死层内的能量为则探测器灵敏体积得到的能量为（Eo-AEl）。谱峰位在460道Eo-E.M8OG（G代表能量刻度系数，没写不扣分）（得1分）当6=45"时 死层内能量损失为AL=蜴/COS45°= 2E1（得2分）探测器灵敏体得到的能量为（Eo-E2）=E0-2E1=460G（得1分）（480-460）g=（V2-1）E,得：E1=48.3G（得1分）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：tb=133mintx=267minT=t,I=400min（得1分）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 .（9分）绝对峰效率为30%的Nal（Tl）闪烁探测器，对化。点源的122kev射线测量15Inin光电峰计数180000个。然后同样的源置于离表面积为314平方亳米的Si（Li）探测器的表面为10Cm记录60min得到个谱。如果在7.Ikev的K夕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5tCo的特征X射线和射线的强度比X/丫分别为：对6.4Okev的K。线为0.5727,对7.Ikev的Ko线为0.7861。）解：依题意可得s,Co源122kev的Y射线强度（源/=N=180000N 180000W=3O%×15×6O= 667 Bq （得2分）则7.Ikev的降X射线强度为Ix=I×0.7861=524Bq（得1分）1 八IOcm、=<1/ 、 ）2/3.14cm1 _22-÷1° cm= 0.00248 （得1 分）2='82激"*23几何（得1分）1200=Z而峰X0.00248x524X60X60El渊峥=25.4%计算结果有不对的每步扣掉一半的分7 .弓分）已知一Y放射源的活度A为3。贝克,假设该源各向同性地放出丫光子,假设射到一个G-M计数管的丫光子数为10,s,该G-M计数管输出的脉冲数为10's,还已知该Gfl计数管的分辨时间为20us,求该G川计数管的本征效率和总效率。解：n10。-nl-104×20×10-6=1.25×1045（得2分）本征=等=L25%（得2分）总效率=僚=L25xlO-6（得2分）没有经过计数率修正不征=券=1%（得2分）总效率=7=10"（得2分）计算结果不对的，按步骤扣掉这一步一半的分。8 .（贵分）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（TD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劝位置。3 .并画出下列两种情况下该射线在NaI（Tl）单晶谱仪的输出脉冲幅度谱图I）NaI（TI）晶体为中等晶体时2）NaI（TI）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）E2散射光子最小能量Er=-L=0.227MeUA21+-（l-cos9）1+*2mecv）0.511反冲电子最大能量即康普顿边缘Ee=E-Ey'=2-0.227=l.773MeV（得1分）3）中等晶体注：每标对1个得0.5分4）无限大晶体，画时给全分9.（工分）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。解：分三种情况讨论：1）当f2 时，即电子全部到达正极板，电子的电流脉冲/一 =0；（得2分）w-eD LCOSe2）当，<时，即没有电子到达正极板，此时电子的电流脉冲:W一LNeW-D(得2分）D-LCOSeD,3）当t< ，即有部分电子到达负极板，此时电子的电流脉冲:w-w-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LCoSe D-LCoSeW-二一 W-L×N - N'（得2分）N×（Wt + Lcos-D）解得已到达正极板得电子数：N=展益万，还剩下电子数：LXN-N'= Lx N N',此时电子的电流脉冲:z _ _ Wt + Lcos D _(LxN× TV)COSewD（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。一、填空题（20分，每小题2分）1. 粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电禹2. Y射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对.1 .B射线与物质相互作用的主要形式有以下皿种：散射、激发、电离、互致幅射.2 .由NaI（Tl）组成的闪烁计数器，分辨时间约为：-dsGM计数管的分辨时间大约为：几百，s。3 .电离室、正比计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量、初始电离产生的离子对数、初始电,离产生的,荷总数成正比。4 .半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其电离能更低5 .由ZnS（Ag）组成的闪烁计数器，一般用来探测射线的强度.6 .由NaI（TI）组成的闪烁计数器，一般用来探测、X射线的能量和强度.7 .电离室般用来探测a（重带电粒子）射线的能量和强度。8 .正比计数管一般用来探测X射线的能量和强度,9 .G-M计数管一般用来探测B、Y、X射线的强度1:10 .金硅面垒型半导体探测器一般用来探测a射线的能量和强度。11 .Si（Li）半导体探测器一般用来探测X射线的能量和强度。12 .HPGe半导体探测器一般用来探测Y射线的能量和强度13 .对高能Y射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积14 .对低能Y射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收15 .G-M计数管的输出信号幅度与入射射线的能量无关。16 .前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、大流型、电荷灵分型、°17 .前置放大器的两小主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配1:18 .谱仪放大器的两小主要作用是：信号放大积、脉冲成形。19 .滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求C20 .微分电路主要作用是：使榆入信号的宽度变窄和隔离低频入号。21 .积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频信号.22 .单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下就别闻之间的信号。23 .多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辩率、24 .谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性、微分非线性。二、名词解释及计算题（10分，每小题5分）1 .能量分辨率：半高宽除以所对应的能量2 .探测效率：探测器输出信号的对应的脉冲数的入射到探测器表面粒子数的比值3 .仪器谱：探测系统胖响应入射粒子的输出信号的幅度分布。4 .能谱：脉冲幅度经能量刻度后可得到的计数率随粒子能量分布的曲线5 .全能峰：入射粒子所有的能量以各种形式消耗在探测器内部形成的峰6 .逃逸峰：当入射光子进入计数管后所产生的次级光子逃出晶体使一部分能量没有被吸收，由此形成的峰叫逃逸峰7 .特征峰：征某种射线能量和性质的谱峰8 .分辨时间：第一个脉冲开始到第二个脉冲的幅度恢复到Vd的时间内，进入计数管的粒子均无法记录卜.米。9 .死时间：入射粒子进入计数管引起引起放电后，形成正离f鞘，使阳极周闱的电场削弱，终止放电。若再有粒/进入就不能引起放电，直到正离子移出强场区，场强恢复到足以维持放电的强度为止，这段时间叫死时间10 .试粗略计算6.0MeV的a粒子在电离室和金硅面垒半导体探测器中产生的初始电离（离子对数目），并以此说明金硅面垒半导体探测器能量分辨率比正比计数管高的原因。N=曰w.Wv*=30ev,Wf=3ev°所以对于同样能量的入射粒子，半导体介质产生电子对和空穴对平均所需的能量比气体探测器所需能量的低，且电离密度比气体探测器大3个量级所以半导体探测器的能量分辨率高于气体探测器。三、论述题（30分，每小题10分）1.简述闪烁计数器探测Y射线的工作过程。（P80答：1发光过程。入射粒子使闪烁体的原子核激发，电离而产生荧光光子。2,光电转换过程。荧光光r在光电倍增管的光阴极（K极）上由于光电效应而转化为光电;3,电子倍增过程。K极发出的子在第一个打拿极上打出N倍电子，第一极在第二极上打出N倍电子。最后在光电倍增管的阳极（A极）上收集人群电子。4,脉冲信号的形成。A极上的大量电子在前置电路上形成脉冲佶号。2.简述核辐射探测错探测效率曲线的般特征。答：如图所示，入射粒子能量较小时，其探测效率产生随入射粒子能量的增加增人，主要:取决于窗口的吸收；入射粒J'能量达到定值后，探神的/达到最大值，并保持一定范围内的稳定不变；当入射粒子能量继续的增加，探测效率J随入射粒子能量的增加而减小，主要取决于探测秋的厚度，厚度越人，下降能量越靠后。JJ3、简述正比计数器的工作原理。A答:入射带电粒子经过气体探测器时，V气体发生相互作用，使气体分子电离或激发，并在粒子通过的路径上生成大量的粒子对，当气体探测器工作于正比区时，在离子收集的过程中将出现气体放大现象，离r数增加，离了数正比于原电离的电荷数，后级电子学电路即可对该脉冲信号进行处理。4、筒述多道脉冲幅度分析器的一般构成及其工作特征.工作过程：1、峰值保持过程：将峰值保持住，然后给ADC发出启动变换信号。2、AD变换过程，ADC将VP赋给数码，变换后给MCB发出数据可用信号。3、数据获取与处理过程：通过MCU对AD变换的数据进行处理。4.、复位过程：将电路复位，等待下一个脉冲信号。5、简述前置放大器的作用、分类及主要特点。作用：1。提高信噪比；2。减小信号经电缆传送时外界干扰的影响。3、阻抗匹配分类：1。电压灵敏型2。电流灵敏型3。电荷灵敏型特点：1.电压型(电路简单，噪声影响大，中低分辨率谱仪电荷型)2、电荷型(低噪声，输出信号幅度不受探测器电容，放大器开环时输入电容和电压增益等参数稳定性的影响，分辨率高)3电流灵敏型(输出信号快，可进行高计数活高.本地测量，要求高匹配，允许噪声较大可以做时间谱仪)简述谱仪放大器中微分电路、积分电路、基线恢复器的主要作用。答：微分电路使长尾缩短，减少分辨时间，使信号宽度变窄，隔离低频信号。积分电路：使信号前沿变缓，过滤低频信号。整个由微分电路与积分电路构成的滤波成形电路抑制了熊他能干的噪声，使系统信噪比最佳，使得信号的形状满足后续分析测量设备的要求：基线恢复器：消除基线便宜，改善能量分辨率。四、综合题(40分，每小题20分)1. 以表格方式比较气体探测器、闪烁计数器、半导体探测器的主要特性、特点(着重比较探测器效率、能量分辨率、价格、用途及使用中的注意事项等)。探测器探测器效率能量分辨率用途价格注意事项气体探测器最差较好电离室用来探测(重带电粒子)射线的能量和强度正比计数管一般用来探测X射线的能量和强度G-M计数管一般用来探测B、Y、X射线的强一便宜GM计数管应避光使用，维护容易闪烁计数器最好最差ZnS(Ag)般用来探测a射线的强度°由NaI(TI)一般用来探测、X射线的能量和强度J较便宜半导体探测器较好最好金硅面垒探测器一般用来探测a射线的能量和强度。Si(Li)探测器一般用来探测X射线的能量和强尻°HPGe探测器般用来探测Y射线的能量和强最贵要在低温下使用，需要用液氮冷却，不易修复2. 画出单道脉冲幅度分析器的工作原理图、工作波形，简述其工作过程及主要特点。答：工作原理图及工作波形：P245图8.2.4工作过程：单道脉冲幅度分析器由上甄别器下甄别器及反符合电路组成。设上阈电平为V支下阈电平为Yl，Vu>Vl,上甄别器输出接反符合电路的反符合输入端，下甄别器输出接符合输入端，输入信号按其幅度Vi的大小分成以下三种情况：(1) vi<V!上下甄别器皆无输出，反符合电路无输出。(2) Vvi<Vu:上甄别器无输出，下甄别心有输出，反符合电路有输出。(3) vi>Vu:上卜甄别器皆有输出，反符合电路无输出。主要特点：只有输入脉冲幅度落入给定的电压范围之内时，才输出逻辑脉冲。而输入脉冲的幅度小于VL或大于VU是皆无输出脉冲；结构简单，价格便宜。3. 画由一般的线性脉冲放大器的原理框图、指出各部分的主要作用、主要节点的波形变化。答：4. 画出无源CDD基线恢复器的电路简图，饰述其工作原理。答：电路图P228。当输入正脉冲时，Dl截止，D2导通，电流为212。山于12为恒流源，信号对电容C以电流12的大小充电。当正脉冲过后由于下跳使DI导通，D2截止。充电的电荷通过Dl放电，放电的电流为12,充放电的时间相等，电路恢复原状。同样，当负脓冲输入时，Dl导通，D2截止，流过Dl的电流为212,一个【2流到下面一个恒流源左，另一个12流到电容C只是叮正脉冲的方向相反，当负脉冲过后，由于上跳，使Dl截止，D2导通，电容C上的电荷以12的电流使电容上的电荷放完，方向与正脉冲的相反。可见负脉冲时和正脉冲对基线作用是样的。5. Nal闪烁伽玛探头的基本构成及其工作过程。答：1、射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒了能量而使原子、分子的电离和激发：2、受激原子、分r退激时发射荧光光子；3、利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多的收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应光子在光阴极上打出光电子；4、光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104109个，电子流在阳极负载上产生电信号；5、此信号由电子仪器记录和分析。Nal闪烁体光电倍增管前置电路光学鸡合剂及先导,