核辐射探测学习题参考答案(修改).doc

第一章射线与物质的相互作用

1.不同射线在同一物质中的射程问题

如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d（氘核）与t（氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？

解：P12”利用Bethe公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。”根据公式：，可求出。
步骤：1先求其初速度。
2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。
3带入公式。

2：阻止时间计算：

请估算4MeVα粒子在硅中的阻止时间。已知4MeVα粒子的射程为17.8μm。

解：解：由题意得 4MeVa粒子在硅中的射程为17.8um
由T≌1.2×10R，Ma=4得
T≌1.2×10×17.8×10×
＝2.136×10

3：能量损失率计算

课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。代参数入求解。
第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：

4光电子能量：
光电子能量：（带入BK）
康普顿反冲电子能量：

5:Y射线束的吸收

解：由题意可得线性吸收系数，

由

其中N为吸收物质单位体积中的原子数
要求射到容器外时强度减弱99.9%

=11.513cm

6：已知 t是自变量。
①求ι增大时，曲线的变化形势。
②画出f(t)的曲线。

答：①当ι增大时，曲线同一个自变量t值最后将是函数结果减小。
当A>0时，f(t)=的图像为下面图一：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为为0.25,0.5,1,2,3,4时的图像

当A<0时，f(t)=的图像为下面图二：其中y1,y2,y3,y4,y5,y6分别为为0.25,0.5,1,2,3,4时的图像

7.计算放射源发射的粒子 在水中的射程。

　答：先求粒子在空气中的射程

由
对多种元素组成的化合物或混合物，因为与入射粒子的能量相比，原子间的化学键能可以忽略，所以其等效原子量

式中为各元素的原子百分数。
对空气而言，，在标准状态下，，所以

对水而言
在水中的射程

第二章 辐射探测中的统计概率问题
1、设测量样品的真平均奇数率为，试用泊松分布公式确定在任一秒内得到的技术小于或等于2的概率。

解：由题可知
１、解：由题得 X~（5）

２、解：因为=100 即X~(100)
所以m较大可近似X~N（100，）
所以Ｐ｛＝104｝ 0.367
＝－＝２－１＝0.3108

3、解：由题意知经一分钟测量后m=400，则统计误差为
标准偏差=20，相对标准偏差0.05
将测量时间延长至9分钟，标准偏差将增大，相对标准偏差会减小(P55)

4．用光子轰击光阳极。已知打出一个光电子的概率p,不打出光电子的概率q=1-p 。设用n表示打出的光电子数，问n是什么样的随机变量，其平均值，方差为何？

答：设一束光中用N个光子，则n 服从二项分布，其平均值为N,方差为N

5,设随机变量ξ遵守泊松分布，且知其平均值m=10,试利用表2 .1计算ξ取大于1值的概率。

解： 方法1：（不利用表2.1）
p{ξ=0}=p(0)=
P{ξ=1}=p(1)=
所以，ξ取大于1的概率为：
P{ξ>1}=1-p{ξ=0}-p{ξ=1}=1—
方法2：（利用表2.1 ）
当n 较大时，泊松分布中，

第四章 闪烁探测器
1.试计算24Na的2.76MevVg射线在NaI(T1)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对位置。

答案：康普顿边缘，即最大反冲电子能量

单逃逸峰：

2.试详细分析上题中g射线在闪烁体中可产生哪些次级过程。

答 ： 光电效应（光电峰或全能峰）；
康普顿效应（康普顿坪）；
电子对生成效应（双逃逸峰）。
上述过程的累计效应形成的全能峰；单逃逸峰。以级联过程（如等）为主的和峰。

3. 当入射粒子在蒽晶体内损失1MeV能量时，产生20300个平均波长为447nm的光子，试计算蒽晶体的闪烁效率。

答案：波长为的荧光光子的能量

闪烁效率

4.假设NaI(T1)晶体的发光时间常数为230ns，求一个闪烁事件发射其总光产额的99%需要多少时间？

答案：闪烁体发光的衰减的指数规律

所以，一个闪烁事件发射其总光产额的99%需要时间：

5.试定性分析，分别配以塑料闪烁体及NaI(T1)闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得0.662MeV g射线谱的形状有何不同？

答：由于塑料闪烁体有效原子序数、密度及发光效率均低于NaI(T1)闪烁晶体，对测得的0.662MeV g射线谱的形状，其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaI(T1)闪烁晶体差，甚至可能没有明显的全能峰。

6.试解释NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器的原因，为何后者的探测效率要更高一些？
答：NaI(T1)闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器是由于前者的发光效率明显优于后者，仅为的8%。而后者的密度和有效原子序数则优于前者。

7.用NaI(T1)单晶g谱仪测137Cs的662keVg射线，已知光的收集效率，光电子收集效率，光阴极的光电转换效率，NaI(T1)晶体相对于蒽晶体的相对发光效率为230%。又知光电倍增管第一打拿极倍增因子，后面各级的，并认为及均为4%，试计算闪烁谱仪的能量分辨率。

答案：
已知条件改为：。 且不考虑及的影响。
由（9-5-21）式

第五章 半导体探测器
1.试计算粒子在硅中损失100keV的能量所产生的电子－空穴对数的平均值与方差。

答案：常温下，在硅中产生一个电子-空穴对所需的能量：
电子－空穴对数的平均值：
电子－空穴对数的方差：

2当粒子被准直得垂直于硅P-N结探测器的表面时，241Am刻度源的主要射线峰的中心位于多道分析器的461道。然后，改变几何条件使粒子偏离法线35°角入射，此时看到峰漂移至449道。试求死层厚度（以粒子能量损失表示）。

答案：
由手册可查，241Am刻度源的主要射线能量。并假设多道的增益（即每道所对应的能量）为。
设粒子在垂直入射时，在死层厚度内损失能量为，则在偏离法线入射时在死层内损失的能量。可得到方程

解可得

3.算金硅面垒探测器结电容，设其直径20mm，，V=100V。

答案：金硅面垒探测器结由N型硅为原材料，由（10-4-9）式，结电容

4.本征区厚10mm的平面Ge(Li)探测器工作在足以使载流子速度饱和的外加电压下，问所加电压的近似值是多少？若任一脉冲的空穴或电子损失不超过0.1%，问载流子所必须具有的最短寿命是多少？

答案：由载流子达到饱和速度的电场强度，计算得到需加电压伏，似乎太高，一般为5000伏左右。 由于载流子的损失，所以服从指数规律

式中，称为漂移长度，其定义为载流子经过长度为时，载流子浓度降为原来的。由上式

式中 ，

5.设电荷收集是完全的、电子学噪声可忽略不计，求Ge(Li)探测器对137Cs0.662MeVg射线的期望能量分辨率（Ge中法诺因子F＝0.13，W0＝2.96eV）。

答案：能量分辨率

5． 试估计工作在2000V的4mm厚的Si(Li)探测器电荷收集时间的最大值。
答案：在77K下，硅中的空穴的迁移率比电子迁移率小，