1、精選優質文檔-傾情為你奉上核輻射探測器與核電子學期末考試復習題一、 填空題（20分，每小題2分）1 粒子與物質相互作用的形式主要有以下兩種：激發、電離2 射線與物質相互作用的主要形式有以下三種：康普頓散射、光電效應、形成電子對3 射線與物質相互作用的主要形式有以下四種：激發、電離、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射4 由NaI(Tl)組成的閃爍計數器，分辨時間約為：幾s；-計數管的分辨時間大約為：一百s。5 電離室、正比計數管、G-M計數管輸出的脈沖信號幅度與入射射線的能量 成正比。6 半導體探測器比氣體探測器的能量分辨率高，是因為：其體積更小、其密度更大、其電離能更低、其在低溫下工作使其

2、性能穩定、氣體探測器有放大作用而使其輸出的脈沖幅度離散性增大7 由ZnS(Ag)組成的閃爍計數器，一般用來探測射線的強度8 由NaI(Tl)組成的閃爍計數器，一般用來探測、X 射線的 能量、強度、能量和強度 9 電離室一般用來探測、X、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。10 正比計數管一般用來探測、X 射線的 能量11 -計數管一般用來探測 、X 射線的 強度12 金硅面壘型半導體探測器一般用來探測 射線的 能量、強度、能量和強度 13 Si(Li)半導體探測器一般用來探測 、X射線的 能量、強度、能量和強度 14 HPGe半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線

3、的 能量15 對高能射線的探測效率則主要取決于探測器的有效體積16 對低能射線的探測效率則主要取決于 “窗”的吸收17 -計數管的輸出信號幅度與工作電壓無關。18 前置放大器的類型主要分為以下三種： 電壓型、電流型、電荷靈敏型19 前置放大器的兩個主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配 。20 譜儀放大器的兩個主要作用是：信號放大、脈沖成形21 濾波成效電路主要作用是：抑制噪聲、改造脈沖波形以滿足后續測量電路的要求 22 微分電路主要作用是：使輸入信號的寬度變窄和隔離低頻信號 23 積分電路主要作用是：使輸入信號的上升沿變緩和過濾高頻噪聲 24 單道脈沖幅度分析器作用是：選擇幅度在上下甄別閾之間的

4、信號 25 多道脈沖幅度分析器的道數（M）指的是：多道道脈沖幅度分析器的分辨率 26 譜儀放大器的線性指標包括：積分非線性INL、微分非線性DNL 二、 名詞解釋及計算題（10分，每小題5分）1. 能量分辨率: 表征射線譜儀對能量相近的射線分辨本領的參數，可用全能峰的半高寬度FWHM或相對半高寬度表示2. 探測效率：定義為探測器輸出信號數量(脈沖數)與入射到探測器(表面)的粒子數之比3. 儀器譜：由儀器(探測器)探測(響應)入射射線而輸出的脈沖幅度分布圖，是一連續譜4. 能譜：脈沖幅度經能量刻度后就可以得到計數率5. 全能峰：入射粒子以各種作用方式(一次或多次)將全部能量消耗在探測器內而形成的

5、儀器譜峰6. 逃逸峰：若光電效應在靠近晶體表面處發生，則X射線可能逸出晶體，相應的脈沖幅度所對應的能量將比入射光子能量小，這種脈沖所形成的峰稱為全能峰7. 特征峰：許多放射源本身具有特征X射線它們在能譜上形成的峰為特征X射線峰8. 分辨時間：第一個脈沖開始到第二個脈沖幅度恢復到Vd的時間，該時間內探測器無法記錄下進入計數管的粒子9. 死時間：入射粒子進入計數管引起放電后，形成了正離子鞘，使陽極周圍的電場削弱，終止了放電。這時，若再有粒子進入就不能引起放電，直到正離子鞘移出強場區，場強恢復到足以維持放電的強度為止。這段時間稱為死時間。10. 試粗略計算6.0MeV的粒子在電離室和金硅面壘探測器中

6、產生的初始電離(離子對數目)，并以此說明金硅面壘半導體探測器能量分辨率比正比計數管高的原因。電離室是氣體探測器，金硅面壘探測器是半導體探測器，它們的平均電離能(W)大約分別為30eV和3eV。所以：電離室產生的初始電離(N1)=/30=（對）金硅面壘探測器產生的初始電離(N2)=/3=（對）可見，N2比N1大10倍，即N2因統計漲落產生的相對標準差比N1小，金硅面壘探測器的能量分辨率(FWHM)比電離室好。三、 論述題（30分，每小題10分）1 簡述閃爍計數器探測射線的工作過程。答題要點：發光過程、光電轉換過程、電子倍增過程、信號形成過程1.發光過程：入射粒子使閃爍體的原子核激發電離產生熒光光

7、子2.光電轉換過程：熒光光子在光電倍增管的光陰極（K極）上由于光電效應而轉化為光電子3.電子倍增過程：K極發出的電子在第一打拿極上打出的N倍電子第一極在第二極上打出N倍電子，最后在陽極上收集到一大群電子4.脈沖信號形成過程：陽極上的電子在前置放大器上通過放大形成脈沖信號2 簡述核輻射探測器探測效率曲線的一般特征。（曲線自己畫哈）1.E較低時，隨入射能量E增加而增加；取決于窗口吸收2.E增大到一定數值，到達最大值，在一定時間保持穩定3.E繼續增大，隨E的增大而減小，此時取決于探測器厚度3 簡述正比計數器的工作原理。正比計數器工作于正比區，在離子收集的過程中出現氣體放大現象，即被加速的原電離離子在

8、電離碰撞中逐次倍增而形成電子雪崩。于是，在收集電板上感生的脈沖幅度將是原電離感生的脈沖幅度的M倍，即，M為氣體放大系數，No為原電離離子對數，Co為K,C兩電極間電容，負號表示負極產生脈沖。并且在確定的工作條件下，氣體放大倍數與原初電離無關。4 簡述多道脈沖幅度分析器的一般構成及其工作特征。答題要點：三個組成部分脈沖峰值保持器、ADC、MCB。四個過程脈沖峰值保持過程、ADC過程、數據處理過程、復位過程。1 基本構成：脈沖峰值保持器 ADC 多道數據緩存器 外設PC2工作過程：峰值保持過程：信號進入脈沖峰值保持器，跟信號并保持峰值到復位信號，同時在峰位過去后給ADC發出啟動變換的信號 A/D變

9、換過程（數字化過程）：ADC被啟動進行一次變換，當變換結束時，輸出變換結果m（m代表道址，脈沖幅度，能量），同時輸出一個變換信號給MCB計數過程（寄存器計數方式）：首先是MCB從RAM的第m個寄存器讀出原有的讀數Nm，再加上1（Nm=Nm+1），接下來將Nm再寫回第m個寄存器5 簡述前置放大器的作用、分類及主要特點。，1.主要作用：提高系統的信噪比減小信號經電纜傳送時外界干擾的影響阻抗匹配（由于D的Rin很大，屏蔽能力弱。所以需進行幅度放大或功率放大）2.分類及特點：積分放大器：包括電壓靈敏型電荷靈敏型：特點是輸出信號幅度正比與輸出電流對時間的積分即輸出信號的幅度與探測器輸出的總電荷量成正比

10、電流型放大器：包括電流靈敏前置放大器；特點輸出信號波形與探測器輸出電流信號的波形保持一致6 簡述譜儀放大器中微分電路、積分電路、基線恢復器的主要作用。1.微分電路作用：a、使長尾變短，減小信號的堆積（高通濾波相當于隔直電容（注：對噪聲信號無用）b、高通濾波2.積分電路的作用：a、使前沿變緩，后沿不變b、低頻通過，高頻濾去，低頻濾波3.基線恢復器作用：將信號產生的“基線”（輸出端的直流電壓，恢復到“先前”的水平）7 簡述穩譜電路的工作原理。1.首先說穩譜電路分類：硬件穩譜軟件穩譜2.硬件穩譜工作原理：由上下道輸出脈沖選入可逆計數器，進行差值計數（上道作減法，下道作加法），其結果經數模變換器轉換成

11、控制電壓，去調整閃爍計數器的高壓。當峰位右移輸出脈沖幅度增大時，則n上>n下，可逆計數器輸出數減小，經轉換后得到電壓值降低，使高壓降低，閃爍體輸出幅度變小。反之，當輸出脈沖幅度變小時，n上>n下，可逆計數器輸出數增大，經轉換后得到電壓值增高，使電壓上升，閃爍體輸出幅度變大，通過以上反饋，使脈沖幅度得以保持。軟件手選譜工作原理：通過重新進行能量刻度的方法來穩譜8 簡述開關電源(DC/DC變換器)的工作原理及其特點。能量分辨率探測效率用途使用環境價格注意事項氣探較好較高、中子。重帶電粒子高壓、常溫便宜電壓積分性。外界電磁場干擾閃爍較高高常溫有的較復、大部分貴工作環境溫度、濕度、電壓穩定

12、性半導探高低、中子。重帶電粒子有的可在常溫、有的需高溫大部分貴工作環境溫度四、 綜合題（40分，每小題20分）1 以表格方式比較氣體探測器、閃爍計數器、半導體探測器的主要特性、特點(著重比較探測器效率、能量分辨率、價格、用途及使用中的注意事項等)。氣體探測器閃爍計數器半導體探測器能量分辨率中低高探測效率低高中使用環境價格低中高主要用途其它2 畫出單道脈沖幅度分析器的工作原理圖、工作波形，簡述其工作過程及主要特點。（1）工作原理圖 其中反符合電路邏輯功能如下表：符合主場1001反符合主場0011輸出1000（2）工作波形（3）工作過程：a、Vi<VL:上下甄別器均無輸出，反符合電路無輸出b

13、、VL<Vi<Vu:上 無輸出，下 有輸出，反符合電路有輸出c、Vi>Vu：上下甄別器均有輸出，反符合電路無輸出（4）主要特點：a、單道脈沖幅度分析器由上下甄別器及反符合電路組成 b.只有輸入脈沖落入給定電壓（閾電單）范圍（VuVL）內時才有邏輯脈沖輸出，只有得到信號輸入端單獨有信號的才有輸入，若都有或都無信號輸入則無輸出，測量誤差較大c針測一個能譜仍需逐點改變閾值，易受儀器不積定影響d、結構簡單，價格便宜，可以選擇幅度范圍或能量范圍作為校正信號3 畫出一般的線性脈沖放大器的原理框圖、指出各部分的主要作用、主要節點的波形變化。答題要點：五個組成部分微分電路或極零相消電路、可調

14、放大電路、積分電路、輸出級、基線恢復器、(限幅器)4 畫出無源CDD基線恢復器的電路簡圖，簡述其工作原理。（簡圖自己畫）D1，D2為孿生二極管，特性完全一致。工作過程：a.充電過程：當脈沖來時，電容充電（左正右負），u0增加，因為D2接地UD-U0UD，所以D1截止，I1經D2接地，充電電流為I2，沖到脈沖結束為止 b.放電過程：脈沖過后，由于Uc作用，U0為負，D1導通，D2截止（U0=U0+UD1），流過D1電流I1=2I2，所以電容C以電流I2放電5 畫出一般線性放電法多道脈沖幅度分析器的原理框圖、簡述其工作過程、指出各主要節點的波形變化、給出變換時間的計算公式。O脈沖峰值保持器ADC多

15、到數據緩存器外設PC/uPO MCA MCB工作過程：a. 峰值保持過程：信號進入脈沖峰值保持電路，跟蹤信號并保持峰值到復位信號，同時要峰值過去后給ADC發出啟動變換的信號b. A/d轉換過程（數字化過程）：ADC被啟動進行一次變換，當變換結束時輸出變換結果m（m代表道址，脈沖幅度，能量），同時輸出一個變換結束信號給MCBc. 數據處理過程（寄存器計數）：首先是MCB從RAM的第m個寄存器中讀出原有數據Nm，再加I（Nm=Nm+I），接下來將Nm在寫回第m個寄存器d. 復位過程：讀寫結束，電路復位，允許輸入信號進入峰值保持器。6 NaI閃爍伽瑪探頭的基本構成及其工作過程。（基本構成自己畫）工作

16、過程：a. 發光過程：受激原子退激時發射紫外光過程b. 光電轉換過程：閃爍體發出的光子到達PMT的光陰極（K極），發生光電效應c. 光電倍增過程;光電子進入PMT，逐級倍增過程，A 106倍（36）nd. 信號形成過程：PMT產生的大量電子在A極（陽極）上被收集，形成脈沖信號核技術 探測復習材料一、簡答題：（共 35 分）1帶電粒子與物質發生相互作用有哪幾種方式？（5分） 與原子核彈性碰撞；（核阻止）（1分）與原子核的非彈性碰撞；（軔致輻射）（1分） 與核外電子彈性碰撞； （1分）與核外電子的非彈性碰撞；（電離和激發）（1分） 正電子湮滅；（1分）2氣體探測器兩端收集到的離子對數和兩端外加電壓

17、存在一定的關系。具體如下圖所示。（5分） 填空: 復合區（1分）飽和區（電離室區）（1分） 正比（計數）區（1分） 有限正比區 （1分） G-M區 （1分） 注：1）有限區的0.5分 3通用閃爍體探頭的組成部件有那些？為什么要進行避光處理？（5分） 答案要點1）閃爍體（1分）、光學收集系統（1分）（硅油和反射層）、光電倍增管（1分）、 2）光電倍增管的光陰極（1分）具有可見光光敏性（1分），保護光電倍增管。4PN結型半導體探測器為什么要接電荷靈敏前置放大器？（5分） 答：由于輸出電壓脈沖幅度h與結電容Cd有關（1分），而結電容 隨偏壓（2分）而變化，因此當所加偏壓不穩定時，將會使h發生附加的漲

18、落，不利于能譜的測量；為解決該矛盾，PN結半導體探測器通常不用電壓型或電流型前置放大器，而是采用電荷靈敏前置放大器。電荷靈敏放大器的輸入電容極大，可以保證 C入 >> Cd ，（2分）而 C入是十分穩定的，從而大大減小了Cd變化的影響。可以保證輸出脈沖幅度不受偏壓變化的影響。 注）1所有講述半導體探測器原理得1分5衡量脈沖型核輻射探測器性能有兩個很重要的指標，這兩個指標是指什么？為什么半導體探測器其中一個指標要比脈沖型氣體電離室探測器好，試用公式解釋？（5分） 答案要點：第1問： 能量分辨率（1.5分）和探測效率（1.5分） 注：1）答成計數率得1分 第2問： （1分） （1分）

19、6中子按能量可分為哪幾類？常用的中子探測方法有哪些？（5分） 答案要點：第1問：快中子、熱中子、超熱中子、慢中子 答對3個以上得1分 第2問：核反沖法（1分）核反應法（1分）、活化法（1分）、核裂變法（1分）7.試定性分析，分別配以塑料閃爍體及NaI(T1)閃爍晶體的兩套閃爍譜儀所測得0.662MeV g射線譜的形狀有何不同？（5分）答案：由于塑料閃爍體有效原子序數、密度及發光效率（3點得1分） 均低于NaI(T1)閃爍晶體，對測得的0.662MeV g射線譜的形狀，其總譜面積相應的計數（得1分）、峰總比（得1分）、全能峰的能量分辨率（得1分）均比NaI(T1)閃爍晶體差，甚至可能沒有明顯的全

20、能峰（得1分）。 注：抓住要點給分，1個要點1分二、證明題：（共 10 分）1試證明光子的光電效應是光子與原子整體相互作用，而不是與自由電子發生相互作用。（5分）證明：假設光電效應只與自由電子發生相互作用，那么應該滿足動量和能量守恒定理。假如何光子能量E=h（得1分）,動量P=h/c（得1分）；根據相互作用滿足能量守恒定理，則電子能量E=h=mc2（得1分），電子動量P=（h/c2）×v（得1分）； 由于電子速度小于光子速度，所以 PP（得1分），動量不守恒所以得證光子的光電效應是光子與原子整體相互作用。2（5分）利用誤差傳遞公式 若對某放射性樣品重復測量K次，每次測量時間t相同，測

21、得的計數為N1、N2，Nk,試證明計數率平均值的統計誤差為：證明： 三、計算題。（共 55 分）1. （5分）畫出下圖輸出電路的等效電路，并標明極性。答：評分標準：1）等效電路圖3分 具體分配，電流源、電容、電阻位置正確各得1分 2）極性 2分，只要正確標出和說明極性均得2分 注：1) 只有極性沒有等效電路圖不得分 2.（5分）試計算充Ar脈沖電離室和正比計數器對5MeV 粒子的最佳能量分辨率.(取 法諾因子,Ar的平均電離能為26.3eV)解：對充Ar脈沖電離室： 對充Ar正比計數器：3（5分）能量為1.50MeV的放射源放在鉛容器里，為了安全，必須使容器外的強度減小為原來的1/1000,試

22、求容器壁至少需多厚。解：4.（6分）當單能粒子被準直得垂直于硅P-N結探測器的表面時，單能射線峰的中心位于多道分析器的480道。然后，改變幾何條件使粒子偏離法線45°角入射，此時看到峰漂移至460道。試求死層厚度（以多道道址表示）。解：當能量為損失E0的粒子垂直入射時 0 設粒子在探測器死層內的能量為E1則探測器靈敏體積得到的能量為（E0-E1）譜峰位在460道 E0-E1=480G (G代表能量刻度系數，沒寫不扣分) （得1分）當450時 死層內能量損失為E2 （得2分）探測器靈敏體得到的能量為（E0-E2）= 460G （得1分）(480-460)G= 得： （得1分）注：評分按

23、步驟逐步進行。5 （6分）本底計數率25計數/min,測量樣品計數率100計數/min,試求對給定總的測量時間來說凈計數率精確度最高時的最優比值樣品測量時間和本地測量時間之比;若凈計數率的相對統計誤差為1，測量總時間的最小值是多少？解：沒有單位或者單位不對的扣掉1分；計算結果不對的，按步驟扣掉一半的分。6. （6分）絕對峰效率為30的NaI（T1）閃爍探測器，對57Co點源的122kev射線測量15min光電峰計數個。然后同樣的源置于離表面積為314平方毫米的Si(Li)探測器的表面為10記錄60min得到一個譜。如果在7.1kev的KX射線峰下面的計數為1200個，那么在這個能量時Si(Li

24、)探測器的效率是多少？（對于57Co的特征X射線和射線的強度比X/分別為：對6.40kev的K線為0.5727，對7.1kev的K線為0.7861。）解：依題意可得57Co源122kev的射線強度則7.1kev的KX射線強度為7. （6分）已知一放射源的活度A為1010貝克，假設該源各向同性地放出光子，假設射到一個G-M計數管的光子數為106/s，該G-M計數管輸出的脈沖數為104/s，還已知該G-M計數管的分辨時間為20us,求該G-M計數管的本征效率和總效率。解：計算結果不對的，按步驟扣掉這一步一半的分。8. （8分）1.詳細分析2MeV g射線在閃爍體中可產生哪些次級過程?2.并計算該g

25、射線在NaI(T1)單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜上，康普頓邊緣與單逃逸峰之間的相對位置。3.并畫出下列兩種情況下該g射線在NaI(T1)單晶譜儀的輸出脈沖幅度譜圖1)NaI(T1)晶體為中等晶體時 2)NaI(T1)晶體為無限大晶體時解：1）光電效應，康普頓效應，電子對效應。（全對得2分，不全者得1分） 2）單逸峰 E=2-0.511=1.249Mev (得1分) 散射光子最小能量= 反沖電子最大能量即康普頓邊緣 （得1分） 3)中等晶體 注：每標對1個得0.5分4）無限大晶體，畫對給全分9. （8分）設在平行板電離室中粒子的徑跡如圖所示,徑跡長度為L,假設沿徑跡各處的單位路程上產生的離子對數N相

26、等,且電子的漂移速度W,試求電子的電流脈沖。LD解：分三種情況討論：1）當時，即電子全部到達正極板，電子的電流脈沖；（得2分）2）當時，即沒有電子到達正極板，此時電子的電流脈沖：；（得2分）3）當，即有部分電子到達負極板，此時電子的電流脈沖：電子可以看作時做勻速直線運動逐漸到達正極板的，根據運動規律得下面方程 （得2分）解得已到達正極板得電子數:,還剩下電子數：，此時電子的電流脈沖： （得2分）注：最后一題屬于拔高題，根據答的情況酌情給學生分數。核輻射探測器與核電子學期末考試復習題五、 填空題（20分，每小題2分）27 粒子與物質相互作用的形式主要有以下兩種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發

27、、形成電子對、電離、發射電子、發射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。28 射線與物質相互作用的主要形式有以下三種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發、形成電子對、電離、發射電子、發射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。29 射線與物質相互作用的主要形式有以下四種： 康普頓散射、散射、光電效應、激發、形成電子對、電離、發射電子、發射光子、形成離子對、形成電子-空穴對、軔致輻射 。30 由NaI(Tl)組成的閃爍計數器，分辨時間約為： 零點幾、幾、十幾、幾十、幾百 s；-計數管的分辨時間大約為： 零點幾、幾、十幾、幾十、一百、幾百 s。31 電離室、正比計數管、G-M計數

28、管輸出的脈沖信號幅度與 入射射線的能量、初始電離產生的離子對數、初始電離產生的電荷總數 成正比。32 半導體探測器比氣體探測器的能量分辨率高，是因為： 其體積更小、其密度更大、其電離能更低、其在低溫下工作使其性能穩定、氣體探測器有放大作用而使其輸出的脈沖幅度離散性增大 。33 由ZnS(Ag)組成的閃爍計數器，一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。34 由NaI(Tl)組成的閃爍計數器，一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。35 電離室一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。36 正

29、比計數管一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。37 -計數管一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。38 金硅面壘型半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。39 Si(Li)半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。40 HPGe半導體探測器一般用來探測 、X、帶電粒子、重帶電粒子 射線的 能量、強度、能量和強度 。41 對高能射線的探測效率則主要取決于 射線的能量、“窗”的吸收、射線的強度、探測器的有效體積、探測器材料的密度、探測器材料的有效原子系數 。42 對低能射線的探測效率則主要取決于 射線的能量、“窗”的吸收、射線的強度、探測器的有效體積、探測器材料的密度、探測器材料的有效原子系數 。43 -計數管的輸出信號幅度與 入射射線的能量、工作電壓 無關。44 前置放大器的類型主要分為以下三種： 電壓型、電壓-電流型、電流型、電流-壓電型器、電荷靈敏型、