核辐射测量原理课件.ppt

插入式中子慢化水分计 黄玉 锂辉石 教材P67：第8、11题。 蓝黄晶 (通过辐照改变颜色) 中子通量密度 热中子～100 共振中子～1000 快中子～1 In，Au，Dy (n,γ) 核活化法 热中子通量密度 ～500 ～1 235U，239Pu 阈能238U (n,f) 核裂变法 快中子能量 ～1 H (n,n) 核反冲法 热、慢中子通量密度 ～1000 10B，6Li，3He (n,α)(n,p) 核反应法 用途 截面(10-24cm-2) 所用材料(辐射体) 中子与核的作用 方法 中子与物质相互作用小结： 2) 康普顿散射截面 入射光子与单个电子发生康普顿效应的截面称之为康普顿散射截面。 近似与光子能量成反比。 近似与入射光子能量无关，为常数。 对整个原子的康普顿散射的总截面 Z 大，康普顿散射截面大； 入射粒子能量大，康普顿散射截面小。 康普顿散射截面与入射光子能量的关系比光电效应要缓和。 2.4.3 电子对效应 Pair Production 电子对效应是当入射?射线(光子)能量较高(1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核力的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。 电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的能量必须大于1.022MeV。 1) 正负电子的能量 由能量守恒： 因此，正负电子的总动能为： 总动能是在电子和正电子之间随机分配的，都可以从 取值。 由动量守恒，电子和正电子应沿着入射光子方向的前向角度发射。 2) 正负电子的运动方向 而且，入射光子的能量越高，正负电子的发射方向越是前倾。 3) 电子对效应的截面 时： 电子对效应截面随Z的增加而增加，也随入射粒子的能量的增加而增加。 稍大于 时： 4) 电子对效应的后续过程 正电子的湮没。 0.511MeV 的湮没辐射 正电子湮没 ?＋衰变 电子对效应 分析?能谱时，若发现： 光电效应 康普顿散射 电子对效应 低能、高Z，光电效应占优势； 高能、高Z，电子对效应占优势。 中能、低Z，康普顿散射占优势； 小结 2.4.4 其他作用过程 (1) 相干散射——汤姆森散射，是低能光子与束缚电子间的弹性散射，靶原子保持初始状态。是弹性散射。而康普顿散射是非弹性散射。 (3) 核共振反应——入射光子把原子核激发到激发态，然后退激时再放出γ光子。 （2）光致核反应——大于一定能量的γ光子与物质原子的原子核作用，发射出粒子。 2.4.5 物质对?射线的吸收 (1) 窄束?射线强度的衰减规律 ??为光子与吸收物质作用的截面； N为吸收物质单位体积的原子数； I0为?射线入射强度； D为吸收物质厚度。 对上面的方程积分： 在t～t+dt层内单位时间光子数的变化为： 等于在该层物质内单位时间发生的作用数。 光子束通过物质时的强度为： 其中： 线性吸收系数 又称为宏观截面 质量吸收系数： 质量厚度： 质量吸收系数与物质状态无关。 与带电粒子不同，? 射线没有射程的概念。窄束 ? 射线强度衰减服从指数衰减规律，只有吸收系数及相应的半吸收厚度的概念。 中子探测的特点： 1) 中子为中性粒子，不能直接引起探测介质的电离、激发。 2) 在探测器或探测介质内必须具备能同中子发生相互作用产生可被探测的次级粒子的物质(辐射体)，中子在辐射体上发生核反应、核反冲、核裂变、核活化等次级过程，产生带电的次级粒子，如?，p，f 等，探测器记录这些次级粒子并输出信号。 3) 中子与辐射体有较大的作用截面，以获得较大的中子探测效率。 2.5 中子探测技术 2.5.1 中子的分类 2) 中能中子：1～100KeV。 1) 慢中子：1KeV。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。 3) 快中子：0.1～20MeV。 热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s. （1） 核反应法 主要的核反应有： 反应截面与中子能量的关系： 1/v规律，即随中子能量增加，反应截面减小，因此核反应法适用于慢中子的测量，尤其是热中子的测量。 2.5.2 中子探测的基本原理 反应均为放热反应，反应能Q在生成核与出射粒子之间分配。由于反应能Q比较大，又主要用于慢中子探测，即： 故出射粒子能量难以反映慢中子的能量，因此，核反应法常用于中子注量率的测量。这时，Q大易于甄别去除?本底信号。 探测介质中含有上述核素的气体探测器(三氟化硼正比计数器、含硼电离室、氦三计数管）、闪烁探测器（载硼闪烁计数器、氟化锂或锂玻璃探测器），或上述材料作为外辐射体的半导体探测器均可用核反应法进行中