第二章核辐射测量上.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 核辐射测量,射线的探测 核辐射探测器，三类：,1.,气体电离探测器,原理：射线 工作气体 电离 电子,阳极收集电荷,如：,GM,管、电离室,计数率,电压,坪曲线,死时间校正,2.,闪烁计数器,射线 闪烁体（固闪、液闪）产生荧光,转换成电讯号 放大 记录,3.,半导体探测器,讯号正比于射线强度,锂漂移型（,Ge(Li),、,Si(Li),能量分辨率高，能谱分析,第一节 固体闪烁计数器,（一）探头,一、仪器工作原理,1.,闪烁体,吸收射线，将射线能转化为光子,无机晶体,NaI,（,Tl,）,射线,ZnSAg,）,射线,CsI,（,Tl,）,射线,有机闪烁体（有机晶体、塑料闪烁体）,射线,优点：可塑性，低本底，不潮解,NaI,（,Tl,）晶体的工作原理,碘的原子量高、易吸收,射线（三个效应）,导带,满带,禁带,能带原理,孤立能级,293,310,420nm,井型,NaI,（,Tl,）晶体（图,2-1,），增加测量立体角，提,高测量效率，,125,I 70%,理想闪烁体：,Z,发光效率,光谱匹配,短,自身透明,2.,光导,作用：减少全反射，提高测量效率,PMT,i,c,i,PMT,i,c,i,一般是硅油,n,大,i,c,大 全反射,E,i,c,：临界角,n,：折射率,3.,光电倍增管（,PMT,）,光 电子 放大（倍增）,光阴极 产生光电子,要求：,光谱匹配,光电转换效率,打拿极（次阴极）电子倍增,光电子在电场加速作 用下，在打拿极打出更多电子，若每个打拿极倍增因子为,4,，,12,个打拿极总增益为：,4,12,1.7 10,7,阳极 收集电荷，经,RC,电路产生一个负脉冲，,脉冲大小与电荷量相关,工作条件选定：信噪比,优点：,E ,短,缺点：对高压要求高,（二）核电子仪器,2.,甄别器,甄别阈 只有大于甄别阈的脉冲才能通过甄别器，进入计数电路。,作用：降噪，降本底,3.,脉冲幅度分析器（单道）,有上、下,2,个甄别器加一个反符合电路组成。,二个甄别器阈值之差 道宽 计数窗（计数道）,多道脉冲幅度分析器（,256,，,4096,道）,1 2 3 4,上甄别器,下甄别器,脉冲,1,和,2,上甄别器,反符合电路,输出脉冲,4,脉冲,1,2,和,4,下甄别器,二、,射线样品测量,（一）,射线能量测量,1.,单能,射线能量,光电峰能量,射线能量,确定核素的特征（依据）,E,E,0,光电峰,2.,125,I,的,能谱,EC,后核退激，,E,r,=35.5 keV,K,俘获后及发射,IC,电子后,X,1,：,31 keV,X,2,：,27.5 keV,K,俘获后,X,1,X,2,e,-,与,x,光子时而单独辐射，时而出现符合事件。,故而出现,2,个光电峰：,27.5 35.5 keV,58 66 keV,27.5 35.5,58 66,单道谱仪：设定道宽，逐步改变下甄别位置，分别测定,谱的不同部分，最后完成全谱。,3.,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,能量分辨率,=E/E,0,137,Cs,光电峰,NaI(Tl),分辨率,7%10%,Ge(Li)4096,道 ,1%,（二）,射线活度测量,1.,绝对测量与相对测量,绝对测量,-,不借助于中间手段直接测得样品,的活度值。,Bq,、,dpm,相对测量,-,测得样品的脉冲计数率，如,cpm,cpm=dpm,E,（测量效率）,在相对测量中，借助于模拟源或标准源，测得测定效,率,E,，然后间接测得样品的活度值,微分测量,-,只记录脉冲幅度介于两个甄别阈之间的脉冲,2.,积分测量与微分测量,积分测量,-,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，,125,I,）,微分测量一般用于：,能谱测定,（三）工作条件的选择,1.,工作电压,改变（逐渐升高）工作电压，使信噪比最大（坪曲线）,即为合适的电压,2.,甄别阈和道宽的选择,计数道：含全部的光电峰。如,125,I,原则同上,1.,几何位置,2.,样品体积,3.,射线能量,4.,仪器分辨时间,5.,晶体尺寸,（四）相对测量的影响因素,第三节 放射性测量的统计学,一、放射性衰变的统计规律,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（,N,个原子核），,N,则是单位时间内衰变的原子核数目，即活度,A,假定,为,10,-5,/s,，平均每个原子核在,1,秒内的衰变几率为,10,-5,，若样品有,10,6,个原子核，则,1,秒内平均有,10,个原子核衰变。以此类推，只要知道,N,和,，即可精确的计算出放射性核素在任何时刻的衰变数（,A,），进而算出,n,，然而事实并非如此。,例如用同一个放射源在相同的测量条件下测量多次，得,计数率,n,，每次的,n,值并不相同，与理论计算结果也不同，这是因为尽管每个原子核具有相同的衰变几率,，但哪个原子核先衰变，哪个后衰败，却无固定次序，纯属偶然事件，而大量的偶然事件则又服从一定的统计规律。上述测量结果虽与理论值不同，却服从一定的统计分布。,这种分布在统计学上称作泊松分布，且重复测量多次时,的均值 与理论值相近。如果进行无数次测量，则 与理论值一致，如硬币投掷,2,面出现的概率,当,n,较小时（,n,10,），泊松分布成偏态，当,n,较大时（,n,16,），分布趋于正态即高斯分布（正态分布，呈钟罩形），位于曲线最高处，左右对称,高斯分布是泊松分布的特例,泊松分布,高斯分布,二、放射性测量的统计误差,计数,N=nt,根据泊松分布原理，,N,的方差，是多次测量的均值,或 占高斯分布总面积的,68.3%,可信限或置信度。,68.3%,其物理意义为：重复监测多次，,N,约有,68.3%,的测量结果落入 范围内，若只测量一次，则结果落在此范围内的概率为,68.3%,。故可用,N,代替 。若误差范围取 ，可信限为,95%,；取 ，可信限为,99.7%,。,计数率的标准差定为,相对误差（,RSD,，变异系数）,通常误差范围取，相对误差,N,或,n,对,E,的影响,在误差运算中，若有,二数，则二数相减时，得,实际测量中须考虑本底,n,b,对,E,的影响,若 为测量计数率（总计数率，含本底）。为本底计数率，则样本的净计数率,n,c,E,n,b,E,t,E(,或重复测多次,),例题,p45,三、测量误差控制,当 较小，,E,要求较高时，需较长时间的 和 ，如,14,C,法考古断代。在总时间,t,内，与 应有合理分配，以使,E,最小。令,以,E,对 求极值,若粗测 ，测,50 min,，,E,要求小于,3%,，求 。则,t,不变，,E=2.8%,若按 分配时间,在生物学研究中，当测到含量低的样本，如，其检测值为,0.1 ng,或,0.1 ng/mL,，其结果是否可信，取决于测定值是否高于检测限。,四、最小可测量,最小可测量检测限灵敏度,根据标记物的比活度及仪器的测量效率，即可计算出,1 ng,物质对应的,cpm,值,1.,简单体系,一定，,E,视要求而定，也固定（,=1 min,）,若,E=5%,，,n,b,=50 cpm,，则,对于样品本身含量的检测限，尚与标记物的,比活度相关，比活度越高,E,设测量效率,=0.4,，样品检测限的活度值应为,483/0.4=,1208,dmp,若,t,c,、,t,b,不变，放射性检测限与,所要求的相对误差相关，,E,越大，检测限越低,与,n,b,相关，,n,b,E,2.,药动学研究中的检测限,在血药浓度检测限的计算中，假定游离,125,I,有,5%,与血浆蛋白结合，这部分结合同样会被三氯乙酸沉淀，形成虚假计数。虚假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假计数看作是本底的一部分。设仪器的本底为,n,b,，血浆计数率为,B,，沉淀计数率为,C,，则广义上的本底,若相对误差,E=20%,，,n,s,=n,c,-n,b,，则,若,t,c,=t,b,=1 min,