核辐射灵敏度测量方法

⑴ 人工核辐射测量方法

12.3.1 X荧光方法

X荧光方法是一种通过测量元素的特征X射线来进行物质成分分析的人工核物探方法。

12.3.1.1 X荧光方法工作原理

（1）特征X射线及其谱结构

X射线是一种低能电磁辐射，具有波、粒二象性，它的产生过程却与其他电磁辐射（γ射线，轫致辐射等）不同。高能粒子（电子、质子、软γ射线或X射线）与靶物质原子发生碰撞时，从原子的某一壳层逐出一个电子，于是在该壳层出现一个电子空位。这时原子处于激发态，其外层能量较高的电子就发生跃迁以充填电子空位，并将多余的能量（两壳层的能量差）以X射线的形式释放出来。

能引起内层电子跃迁的入射粒子的最低能量称为吸收限。我们可以将原子的K、L、M等各层的吸收限表示为K_ab、L_ab、M_ab等。当激发能量E₀＞K_ab时，K层出现电子空位，L、M或N层电子充填该空位，这时释放的X射线称为K系X射线；当E₀＞L_ab时，L层出现电子空位，M、N层电子充填该空位，释放出的X射线称为L系X射线，等等。由于每个电子壳层存在若干亚层（电子轨道），使得X射线更趋复杂化。例如K系X射线又分为：L层各亚层电子跃到K层形成的K_α1、K_α2线，M、N层各亚层电子跃迁到K层时形成的K_β1、K_β2、K_β3线等，且它们之间的X射线照射量率差别很大。其余各系亦是如此。

每种元素的原子能级是特定的，因此每种元素都有一套确定能量的X射线谱。该线谱成为表征这一元素存在的谱线，所以又称这些谱线为该元素的特征X射线。

（2）荧光产额

我们知道，原子在退激时也可以放出俄歇电子而不释放特征X射线，这就造成了特征X射线放射几率的减少。特征X射线发射的几率称为荧光产额，用ω表示。ω等于某壳层伴有特征X辐射的电离数I与该壳层总电离数n之比，即

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图12-13 荧光产额与原子序数的关系

图12-13给出了不同元素K、L、M系的荧光产额曲线。不难看出，荧光产额主要依赖于元素的原子序数。重元素的荧光产额高，容易分析。轻元素的荧光产额低，给测量带来了很大的困难，因而测量精度低。将各线系加以比较，可见K系的荧光产额最高，因此实际工作中应尽量利用K系谱线。

（3）莫塞莱定律

1913年，莫塞莱发现，元素特征X射线频率ν的平方根与靶物质的原子序数Z存在以下线性关系

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式中a、b是与谱线特征有关的常数。上式也可以写成

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式中E_X是特征X射线的能量，h为普朗克常数。由上式可见，只要测定出某一能量（或频率）的特征X射线，就能确定相应的化学元素。这一特定能量X射线的照射量率的大小就反映了该元素在物质中的含量。

12.3.1.2 X荧光的激发

（1）激发方式

要激发待测元素原子的X荧光，首要的问题是必须使其原子内层电子轨道上形成空位，这就要求为电子提供大于结合能的能量，以使该电子脱离原子的束缚，成为自由电子。完成这一过程的主要方式如下。

1）电子激发。用高电压下产生的高速电子或核衰变产生的β射线轰击靶材料。这种方式除获得靶物质的特征X射线外，还存在轫致辐射产生的连续谱，造成很强的本底，给测量带来了不便。

2）带正电粒子激发。带正电粒子来自静电加速器产生的高能质子、氘核或其他粒子，以及核衰变产生的α射线。常用的是质子激发，特点是本底极低，这是因为重带电粒子的轫致辐射可忽略不计，因而X荧光分析可获得很低的检出限（测量装置能发现的最小照射量率变化值）。重带电粒子射程很短，所以对带正电粒子激发的X荧光的分析实际上是一种表面分析方法。

3）电磁辐射激发。γ射线、X射线及轫致辐射都可与核产生光电效应，从而使内层电子轨道形成空位，这是最常用的激发方式。

（2）激发源

激发源的种类很多。X射线管可用于电子激发或电磁辐射激发，静电加速器可用于带正电粒子激发或电磁辐射激发，野外工作中常用放射性核素作激发源。例如²⁴¹Am，⁵⁷Co是软γ射线源，⁵⁵Fe、¹⁰⁹Cd、²³⁸Pu、¹⁵³Gd是X射线源等。用它们可现场测定元素的种类和含量。

12.3.1.3 X射线在物质中的衰减

X射线和γ射线一样，与物质作用会产生光电效应、康普频散射和电子对效应。单色窄束X射线在物质中的衰减服从指数定律

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式中I₀和I分别为通过该物质前、后X射线的计数率；μ_m为质量吸收系数，μ_m=μ／ρ，μ为吸收系数，ρ为物质密度；d_m为面密度（或质量厚度），d_m=ρd，d为物质层厚度。

物质透过X射线的能力用透过率η表示，即

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显然，透过率η取决于物质的质量吸收系数μ_m和面密度d_m。质量吸收系数随入射X射线能量减小而增长，且其变化是不连续的。例如，当入射X射线能量E₀小于吸收限K_ab（或L_ab）时，μ_m较小，因而透过率η大；当E₀大于K_ab（或L_ab）时，能激发K层（或L层）电子产生光电效应，μ_m突然增大，η急剧减小，于是出现图12-16中透过率η在吸收限K_ab（或L_ab）处突变的现象。利用这一现象可以实现对能量的甄别。

此外，调节物质层厚度d，也可以调整物质的透过率η，使透过率曲线上、下移动。

12.3.1.4 现场X荧光测量方法

X荧光分析所使用的仪器称为X射线荧光仪，其工作原理是，用激发发源产生的带电粒子与靶物质原子作用，使之放出X射线，通过测定特征X射线的能量和强度，就能确定放射性核素所属元素的名称及含量。

X荧光分析可在室内，也可在野外进行。随着X荧光仪器设备及工作方法日臻完善，现场X荧光测量已成为快速评价和验证矿化异常的有效方法。

现场X荧光测量工作主要包括以下内容：调整和检查仪器工作状态，布置测网，测试工作地区岩矿样品，建立工作曲线及室内资料整理等。

测线、测网要依据矿化程度布置，测线应布置在岩、矿露头比较平整的地段，对均匀矿体要加密测线、测点。

现场X荧光测量主要是用闪烁计数器测定 X射线，但它往往不能将 X 射线能量相近的元素区分开来。图 12-14 中实线就是铜、铁二元样品的 K 系 X 射线仪器谱。由于铜和铁的 K 系 X 射线能量相近，它们的谱线重叠，无法区分 Fe K和 Cu K的照射量率。为了解决这个问题，可以选用高分辨率的半导体探测器。它需要低温的工作环境，用于现场测量尚有一定困难。为此，可在试样和探测器间安装某种材料制作的滤片（图12-15），使其吸收限能量略大于被测元素特征 X射线的能量，而小于其余干扰辐射的能量，这样就只有被测元素的X射线能通过滤片被探测器探测到，其余辐射全被滤掉，这种方法称为透过片法。

图12-14 闪烁计数器的能量分辨能力

图12-15 一种典型的激发探测装置

当样品成分复杂或做多元素分析时，则要采用平衡滤片法。选择两种材料组成一对滤片，一片叫透过片，另一片叫吸收片，它们都有自己特定的吸收限。如图12-16所示，实线表示透过片 A 对 X 射线的透过率曲线，虚线表示吸收片 B 对 X 射线的透过率曲线。在它们之间由两个吸收限 K _abA和 K _abB确定的能量间距ΔE，称为能量通带。选择适当的平衡滤片，使待测元素的特征X射线能量位于 K _abA和 K _abB之间，这时只需分别测量通过每一滤片后的 X射线照射量率，两者之差就是被测元素的照射量率。显然，通带愈窄，滤片的能量分辨本领愈好。

例如，有一个含Fe、Co、Ni、Cu和Zn的样品，激发时五个元素都发射自己的特征X射线，而我们只测量Cu的K_α线，Cu的K_α线的能量为8.047 keV，Co的吸收限K_ab为7.709 keV，Ni的K_ab为8.331 keV。取Co和Ni制成的滤片，并使能量通带处于7.709～8.331 keV之间，Cu的K_α线正落入其中，而Co、Ni、Zn的K线不是小于就是大于此通带能量范围，所以透过Co片和Ni片的X射线照射量率之差正好是Cu的K_α射线的照射量率。

图12-16 平衡滤片的特性

工作曲线是表示样品中待测元素含量与特征X射线照射量率之间关系的曲线（图12-17）。在野外现场获得特征X射线照射量率后，即可从工作曲线上查出相应的元素含量。

现场绘制工作曲线有刻槽取样和岩心测量两种方法。刻槽取样法是在有代表性的矿化地段，取5～10处不同含量的露头，每处长约50～100 cm，均匀布置10～20个测点进行X荧光测量，求出平均照射量率差值Δ或平均计数率差值（或平均照射量率或平均计数率）。然后刻

图12-17 工作曲线示意图

槽取样，用化学分析方法获得该处元素平均含量。最后，根据或（或或）与元素含量的关系绘制散点图，用回归分析方法找出二者之间的函数关系，并绘制工作曲线。岩心测量法与刻槽取样法相同，只是测量的对象是岩心而不是露头。

必须指出，待测样品中各元素间的相互影响、样品粒度不均匀、表面不平整等，都会对X荧光测量产生影响，使测量结果出现误差，这就是基体效应。校正基体效应的方法很多，读者可参看有关书籍，不再赘述。

X荧光测量数据经整理后，可绘制X射线荧光照射量率（或计数率）剖面图、剖面平面图、等值线平面图，以及元素含量的剖面及平面图件。

12.3.2 中子活化法

利用核反应可以把许多稳定的核素变成放射

性核素，这个过程称为活化。我们知道，中子引起的核反应可使原子核活化，这就是中子活化。具体地说，中子活化是利用具有一定能量的中子去轰击待测岩石样品，然后测定由核反应生成的放射性核素的核辐射特性（半衰期、射线能量及照射量率），从而实现对样品中所含核素种类和含量的定性和定量分析。

例如，用中子活化法测定金的核反应式为

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或记为¹⁹⁷Au（n，γ）¹⁹⁸Au。经此反应，稳定核素¹⁹⁷Au转变为放射性核素¹⁹⁸Au，其半衰期为2.696d，放出的一条主要γ射线的能量为411.8 keV，活化核反应截面为98.8×10^-28m²。因此可用锗（锂）探测器测量¹⁹⁸Au的γ射线照射量率，从而确定样品中是否含金，以及金的含量。元素分析检出限（即与检出限对应的元素含量）可达0.04×10^-9。

12.3.2.1 活化分析方程式

设某靶核在活化反应时间（t=0）前的原子核数为N₀，则活化反应中放射性核素原子核的生成率为

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式中f为中子的通量密度，f=nv；n为中子密度；v为中子速度；σ为靶核对中子的活化反应截面。

新生成的放射性核素同时发生衰变，其衰变率为

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式中N为t时刻新生成的放射性核素的原子核数。于是，放射性核素原子核的净增长率为

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活化过程中，虽然 N₀ 在减少，但 N₀≫N，故 N₀ 可视为常数。对（12.3-8）式为一阶非齐次线性微分方程，解之得

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由（11.8-1）式和（11.2-5）式可知，放射性核素的活度为

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将（12.3-9）式代入，得

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根据半衰期与衰变常数的关系，（12.3-11）式可写成

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图12-18 放射性子核的积累衰变曲线

（12.3-12）式表明，用中子束活化某靶核时，照射t时刻得到的放射性核素的活度与fσN₀成正比，与照射时间t呈指数关系。图12-18为放射性子核的积累衰变曲线，当照射时间为5倍半衰期时，活度A已接近饱和。

活化分析中，总是在停止照射后“冷却”（即衰变）一定时间t′才进行测量。这时放射性核素的活度A′为

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靶核数N₀可用下式表示

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式中：N_A为阿伏伽德罗常数，N_A=6.022×10²³mol^-1；θ为放射性核素丰度；m为靶元素的质量；M为靶元素的相对原子量，于是

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（12.3-14）式就是中子活化分析最基本的方程式。

实际工作中，由于σ和f不易准确测定，放射性活度A′的测量又比较麻烦，所以中子活化分析求待测靶元素的质量很少用上述绝对测量法，而是用相对测量法。相对测量法是将已知待测元素含量的标准参考物质与未知样品在相同条件下进行照射和测量，由（12.3-14）式得到

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式中：A′_样和A′_标分别为样品和标准参考物质的放射性活度；m_样和m_标分别为样品和标准参考物质中待测元素的质量。由上两式得到

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设γ射线的计数率为I，则它与活度的关系为

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式中：B_γ为一次衰变中产生γ光子的几率；ε_γ为测量系统的探测效率，与被测γ射线能量有关；R为与测量几何条件有关的参数。根据上式，我们还可以得出

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式中：I_样和I_标分别为样品和标准参考物质中待测元素放出的γ射线的计数率，于是（12.3-15）式变为

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设样品和标准参考物质中待测元素的质量分数为w_样和w_标，由于

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式中：G_样和G_标分别为样品和标准参考物质的质量，于是（12.3-18）式变为

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这就是相对测量时计算样品中待测元素质量分数的公式。

12.3.2.2 中子源

中子源是能够提供中子的装置，常用的中子源有以下三种类型。

（1）放射性核素中子源

这种中子源品种很多，主要有：①α中子源：²¹⁰Po、²²⁷Ac、²³⁸Pu、²⁴¹Am、²⁴²Cm、²⁴⁴Cm等放射性核素常用作α中子源的α辐射体。靶材料大多选用铍，核反应式为⁹Be（α，n）¹²C；②自发裂变中子源：主要采用²⁵²C_f核的自发裂变，中子产额很高，每毫克²⁵²C_f每秒放出2.3×10⁹个中子；③光中子源：这种源利用的是⁹Be（γ，n）⁸Be核反应，常用¹²⁴Sb作为激发（γ，n）反应的γ辐射体。

（2）加速器中子源

加速器是使带电粒子获得较高能量的装置。用加速器产生的质子、氘核、α粒子等去轰击靶核，使之产生发射中子的核反应，就构成了加速器中子源。这类中子源包括：①中子发生器：以氘核作轰击粒子，与靶核发生³H（d，n）⁴He或²H（d，n）³He核反应产生中子；②电子回旋回速器：用其形成的高速电子轰击高熔点重金属材料制成的旋转靶，产生很强的γ射线束，射向铍制成的二次靶，产生⁹Be（γ，n）⁸Be反应，形成快中子束；③直线加速器：产生中子的过程与回旋回速器类似，只是电子能量更高，可获得更强的中子束。

（3）反应堆中子源

这是中子活化分析应用最广的中子源，产生的中子能量是连续的，能量从0.001 eV到几千万电子伏。

12.3.2.3 中子活化分析步骤

图12-19 山东周店金矿一测线综合剖面图

①制备样品和标准参考物质。样品用土壤或岩、矿石标本等制备，制备和保存过程中应防止污染。标准参考物质在国际和国家标准部门公布的物质中选取，其中待测元素的化学状态和含量应与样品相近。②将样品和标准参考物质放在中子源中经受相同通量的中子照射。③用各种方法进行放射化学分离，剔除干扰放射性核素。④用核探测器测量样品和标准参考物质的核辐射。⑤用计算机处理数据，计算待测元素的含量。

12.3.2.4 中子活化方法的应用及实例

中子活化法测量微量元素具有分析检出限高（达10^-6～10^-11）、测量时不破坏样品，不受元素在物质中的化学状态的影响等优点。

图12-19是山东某金矿体的综合剖面。该金矿处在一主干断裂下盘的伴生断裂带上。矿区广泛出露印支期玲珑花岗岩，含矿蚀变带长约1000 m，金矿体长300 m，厚1～2 m，赋存于蚀变带中，与矿体对应最好。

⑵ 便携式核辐射检测仪的概述：

R-EGD便携式辐射检测仪采用高灵敏度G-M计数管作为探测器，反应速度快，和国内同类仪器相比，该仪器具有更宽的剂量率测量范围。该仪器除能测高能、低能γ射线外，还能对低能X射线进行准确的测量，具有良好的能量响应特性。

⑶ 核辐射检测与防护技术是什么

恩，在空气、食物、建材、核电等等地方都有辐射，核辐射检测就是用检测仪器将其的放射性含量检测出来，确定其对人体或环境是否有害，采用一些防护和清染的技术和工具将核辐射的危害减到最少。目前在全球这个辐射检测，SAIC的仪器做的不错。其他的还有一个什么奥泰克吧，也还行。这个学科可以学，未来是很重要的主流发展方向。

粒子探测器与数据获取 这本书可以看看。大体的给你个介绍：
能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。
计数器 以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。
气体电离探测器 通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。
多丝室和漂移室 这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒子经过的区域。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录仪器连接。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目，可从测量离子漂移到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信号并大致规定了事件发生的部位，根据这种原理制成的计数装置称为漂移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多丝室高。
半导体探测器 辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗做半导体材料，主要有三种类型：①在n型单晶上喷涂一层金膜的面垒型;②在电阻率较高的 p型硅片上扩散进一层能提供电子的杂质的扩散结型;③在p型锗（或硅）的表面喷涂一薄层金属锂后并进行漂移的锂漂移型。高纯锗探测器有较高的能量分辨率，对γ辐射探测效率高，可在室温下保存，应用广泛。砷化镓、碲化镉、碘化汞等材料也有应用。
闪烁计数器 通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成可测的电信号来测量核辐射。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分三大类：①无机闪烁体，常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体，它们对电子、γ辐射灵敏，发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十分有效。其他如用银 (Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子;玻璃闪烁体可以测量α粒子、低能X辐射，加入载体后可测量中子；氟化钡 (BaF2)密度大，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。②有机闪烁体，包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等)，前两种使用普遍。由于它们的光衰减时间短(2～3纳秒，快塑料闪烁体可小于1纳秒)，常用在时间测量中。它们对带电粒子的探测效率将近百分之百。③气体闪烁体，包括氙、氦等惰性气体，发光效率不高，但光衰减时间较短（＜10纳秒）。
切伦科夫计数器 高速带电粒子在透明介质中的运动速度超过光在该介质中的运动速度时，则会产生切伦科夫辐射，其辐射角与粒子速度有关，因此提供了一种测量带电粒子速度的探测器。此类探测器常和光电倍增管配合使用；可分为阈式(只记录大于某一速度的粒子)和微分式（只选择某一确定速度的粒子）两种。
除上述常用的几种计数器外，还有气体正比闪烁室、自猝灭流光计数器，都是近期出现的气体探测器，输出脉冲幅度大，时间特性好。电磁量能器(或簇射计数器)及强子量能器可分别测量高能电子、γ辐射或强子（见基本粒子）的能量。穿越辐射计数器为极高能带电粒子的鉴别提供了途径。
径迹室 通过记录、分析辐射产生的径迹图象测量核辐射。主要种类有核乳胶、云室和泡室、火花室和流光室、固体径迹探测器。
核乳胶 能记录带电粒子单个径迹的照相乳胶。入射粒子在乳胶中形成潜影中心，经过化学处理后记录下粒子径迹，可在显微镜下观察。它有极佳的位置分辨本领（1微米），阻止本领大，功用连续而灵敏。
云室和泡室 使入射粒子产生的离子集团在过饱和蒸气中形成冷凝中心而结成液滴（云室），在过热液体中形成气化中心而变成气泡（泡室），用照相方法记录，使带电粒子的径迹可见。泡室有较好的位置分辨率（好的可达10微米），本身又是靶，目前常以泡室为顶点探测器配合计数器一起使用。
火花室和流光室 这些装置都需要较高的电压，当粒子进入装置产生电离时，离子在强电场下运动，形成多次电离，增殖很快，多次电离过程中先产生流光，后产生火花，使带电粒子的径迹成为可见。流光室具有较好的时间特性。它们都具有较好的空间分辨率（约 200微米）。除了可用照相记录粒子径迹外，还可记录电脉冲信号，作为计数器用。
固体径迹探测器 重带电粒子打在诸如云母、塑料一类材料上，沿路径产生损伤，经过化学处理（蚀刻）后，将损伤扩大成可在显微镜下观察的空洞，适于探测重核。
由许多类型的探测器、磁铁、电子仪器、计算机等组成的辐射谱仪，可获得多种物理信息，是近代核物理及粒子探测的发展趋势。

⑷ 如何提高原子发射谱线强度测量灵敏度

原子吸收具有更高的灵敏度。 具体如下原子吸收光谱是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的方法．原子发射光谱是基于原子的发射现象，而原子吸收光谱则是基于原子的吸收现象．二者同属于光学分析方法．原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠 的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长的辐射线经，因此其它辐射线干扰较小。原子吸收具有更高的灵敏度。在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态 原于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分原 子。原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比是因为激发态原子数的温度系数显着大于基态原子。

⑸ α测量方法

我们知道，三个天然放射性系列中各有一个气体核素（²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn），它们是氡的放射性同位素，称为射气。以测量射气及其短寿衰变子体产生的α粒子而建立起来的各种天然核辐射测量方法，总称为α测量方法。其中射气测量是一种瞬时测氡方法，其余方法（包括径迹测量、钋-210法、α卡法，活性炭法等），都是累积测氡方法。

12.2.1 射气测量

12.2.1.1 射气场的形成机制

岩、矿石中的镭（²²⁶Ra、²²⁴Ra、²²³Ra）经α衰变可不断生成射气，其中对α测量最有意义的射气是氡（²²²Rn）。氡的一部分可以析出到岩（矿）石的孔隙和裂隙中，成为自由氡。这样就在岩（矿）体周围形成一个氡浓度增高的地段。按照气体分子运动的规律，氡从浓度高处向浓度低处扩散，从压强大处向压强小处渗流，从温度高处向温度低处移动。于是，氡就从岩（矿）体向各个方向迁移，从地下深处向地表迁移。在迁移过程中氡还要按其衰减规律不断减少。因此，离开岩（矿）体后，氡的浓度不断降低，这样便形成了一个以岩（矿）体为中心，浓度由内向外，由深至浅逐渐降低的射气场。射气场的形成还受地下水、伴生气体（氧、二氧化碳、氮）、岩石破碎程度、孔隙度、气象条件等因素的影响。尤其是地下水的作用，可使铀、镭迁移至地表，并不断衰变成氡。实践证明，α测量方法的探测深度可达数百米，能提供较多的深部地质信息。

钍射气（²²⁰Rn）和锕射气（²¹⁹Rn）也能形成各自的射气场，但它们的半衰期短，所形成的场仅限于岩（矿）体附近很小的范围。

12.2.1.2 射气测量工作方法

根据地质任务和对测区研究程度的不同，可将射气测量分为概查、普查和详查三个阶段。各阶段的比例尺和测网布置与地面γ测量一致，不再赘述。

射气测量的仪器称为测氡仪，其工作原理与γ辐射仪类似，如图12-9所示。先在测点上打深约0.5～1m的取气孔，再将取气器埋入孔中，用唧筒将土壤中的氡吸入测氡仪的探测器中，然后经光电倍增管转换为电脉冲信号进行测量。测量完毕后立即排气，然后移至下一测点，逐点进行测量。

图12-9 射气测量工作过程示意图

不同地区观测的射气浓度有各自的底数，高于底数1.5～3倍的浓度值称为异常。由于氡（²²²Rn）的半衰期比钍射气（²²⁰Rn）长得多，锕射气（²¹⁹Rn）半衰期仅4s左右，其影响可不予考虑。因此，可用以下方法判断异常的性质：①若在最初5～10min内仪器读数不减小或读数反而增加，则认为异常为氡引起；②若1min后读数减小大约一半，则认为异常为钍射气引起；③若读数随时间增大而减少，但每隔1min减小量不到原读数的一半，则认为异常为氡、钍射气共同引起。

射气测量的重现性较差，但也应当进行一些检查测量，以了解异常的变化趋势是否改变，异常位置是否大致可靠等。

12.2.1.3 射气测量数据的整理及图示

野外工作中，在测点读数的是测氡仪的计数率或指针偏转的格数，应按下式将其换算为射气浓度ρ（Bq／l）

勘查技术工程学

式中M为仪器的测程系数，用数字显示式仪器时，M=1；I为仪器读数（cpm或格）；J_R为仪器标定系数（Bq／（L·cpm）或Bq／（L·格））。

铀、钍混合异常点的读数为²²²Rn和²²⁰Rn浓度之和。利用停止抽气后t₁时刻的读数n₁和t₂时刻的读数n₂，可以按下式分别计算²²²Rn和²²⁰Rn的浓度ρ_（Rn）和ρ_（Th）。

勘查技术工程学

式中ρ₁、ρ₂分别为用停止抽气后t₁、t₂时刻的读数按（12.2-1）式计算的总浓度；P₁、P₂分别为 t ₁、t ₂ 时刻²²² Rn的增长率分别为 t ₁、t ₂ 时刻²²⁰ Rn的衰减率。

解上述联立方程组，得到

勘查技术工程学

根据（12.2-3）和（12.2-4）式可计算²²²Rn和²²⁰Rn浓度的比值K，即

勘查技术工程学

式中C=ρ₂／ρ₁。为方便起见，可根据（12.2-5）式做出K-C曲线量板或K-C值换算表。实际工作中，根据读数算出C值后，就可利用量板或换算表直接得到K值。

利用统计方法还可以确定射气底数和异常下限。

射气测量的成果图件有射气浓度剖面图、剖面平面图、等线值平面图，以及氡、钍射气浓度比等值线平面图等。

12.2.1.4 射气测量的应用

与γ测量相比，射气测量具有较大的探测深度，但仪器较笨重，工作效率较低。此外，气候、地形、土壤层结构，以及某些物质（岩石、粘土、腐殖质等）的吸附作用，都能影响射气异常，使之复杂化，给异常解释造成困难。

射气测量主要用于寻找浮土覆盖下的铀、钍矿体，圈定构造带或破碎带，划分岩层接触界线，勘查浅层裂隙水等。

12.2.2 α径迹测量

12.2.2.1 α径迹测量的原理

重带电粒子（质子、α粒子、重离子、宇宙射线）或核辐射碎片射入固体绝缘材料中时，在它们通过的路径上会造成辐射损伤，留下微弱的痕迹，其直径为10 nm，长为10～100 nm左右，称为潜迹。潜迹只有在电子显微镜下才能观察到。如果把这种受到辐射损伤的材料放入强酸或强碱溶液中浸泡，则损伤部分就会较快地发生化学反应，并溶解到溶液中。扩大后的潜迹直径可达20μm左右，它们就是粒子射入物质中形成的径迹，在光学显微镜下可观测到粒子的径迹。由此可见，采用某些固体绝缘材料能记录重带电粒子，这类材料称为径迹探测器。可作为径迹探测器的材料包括云母、石英等结晶固体，各种玻璃等非结晶固体，以及硝酸纤维（CN）、醋酸纤维（CA）、聚碳酸酯（PC）、稀丙基二甘醇碳酸酯（ADC）等。

实际工作中，为了测量α粒子形成的径迹，要将探测器置于探杯内，并埋入地表土壤层中。记录到的主要是铀矿体及其原生晕和次生晕中的氡放出的α粒子。这些氡通过扩散、对流、抽吸，以及地下水渗滤等复杂作用趋于地表并进入探杯，就在探测器上留下了氡及其各代子核素发射的α粒子所形成的潜迹。此外，探杯所接触的土壤层中的铀，以及钍系和锕铀系的α辐射体产生的α粒子也可被探测器接收。

记录α粒子潜迹常用的探测器材料是醋酸纤维和硝酸纤维薄膜，与之适应的蚀刻剂主要是氢氧化钠和氢氧化钾溶液。

12.2.2.2 α径迹测量工作方法、资料及图示

α径迹测量的工作程序是：①将探测器置于塑料杯底部，再按一定的网格，倒置在测点处30～40cm深的小坑中，上盖土封闭（图11-10）；②约20天后取出杯中的探测器进行蚀刻；③用光学显微镜辨认和计算径迹的密度（单位为j／mm²）。

图12-10 累积法野外埋片示意图

当取得测区内大量径迹数据后，可利用统计方法确定该地区的径迹底数（正常场），据此划分正常场、偏高场、高场和异常场。径迹密度大于底数加均方差者为偏高场；加二倍均方差者为高场；加三倍均方差者为异常场。

α径迹测量的成果图件主要有：α径迹密度剖面图、剖面平面图和等值线平面图等。

12.2.2.3 α径迹测量的应用及实例

α径迹测量和射气测量一样，记录的都是氡放出的α粒子，它们的差别仅在于前者采用长时间累积测氡方式，而后者采用瞬时测氡方式。因此，α径迹测量与射气测量的应用范围一致，但其探测深度要大得多。这是因为，长期累积测量方式可使得深达200 m的铀矿体中所含的氡都扩散到探测器薄膜上，并达到一定的浓度，从而大大提高了灵敏度，均化了外来干扰影响，增加了探测深度，提高了地质效果。

某地印支期花岗岩区的岩体主要由中粗粒斑状黑云母花岗岩组成。铀矿化产于构造蚀变带内，且与赤铁矿化、绿泥石化密切相关。该区浮土较厚且覆盖广泛，γ测量效果很差。射气测量和α径迹测量都有异常显示，且后者更为明显（图12-11）。位于 F₁ 上盘的径迹密度峰值约200 j/mm² ，宽20 m左右，并与峰值约50×3.7 Bq/L的射气异常吻合，推测为浅部矿化引起。在F₁ 出露部位附近出现的径迹异常峰值约100 j/mm² ，宽30 m左右，与另一峰值约20×3.7 Bq/L的较弱射气异常位置有明显差距。推测射气异常只是 F₁ 构造出露部位的反映，而α径迹异常则是 F₁ 构造出露部位与深部矿化的综合反映。经钻孔揭露，在孔深95 m和180 m处分别见到两层矿体，其中浅部矿体已达到工业品位。

图12-11 某地地质物探综合剖面图

12.2.3 α卡法

α径迹测量是最先使用的累积测氡方法，其探测深度大的优点是γ测量和射气测量无法比拟的。但是，它最大的缺点是工作周期较长，干扰因素较多。α卡法是一种更先进的“短期”累积测氡方法。它是将α卡短期埋置后取出，测量卡上吸附的氡的子核素产生的α粒子，从而解决有关地质问题。如果将α卡做成杯状，利用这种α杯收集氡的子核素，就称为α杯法。α杯法测氡的灵敏度更高。

12.2.3.1 α卡工作原理

α卡是一种固体材料，固体表面的分子或原子未被其他相似分子或原子包围时，会存在未饱和价键力（称为范德华力），所以任何固体表面都有从周围气体中吸附分子、原子或离子的能力。这样，将固体卡片（或塑料杯）埋在地下，其表面就会吸附氡的子核素，形成放射性薄层。同时，氡的子核素多是带正电的，很容易附着在空气中的尘埃上，形成放射性气溶胶。α卡自身带负电，在电场力作用下，正离子会迅速聚集在α卡上，形成放射性薄层。

虽然氡也能被固体物质吸附，但α卡对氡的吸附能力较小。因此，可认为氡不会附着在α卡上。

实际工作中使用的α卡可用镀铝聚酯薄膜、铜片、铝片、橡皮或塑料制成。还有一种α卡由过氯乙烯细纤维制成，在制作过程中使其自身带有数百伏的静电（负）电压，因而称为静电α卡。静电α卡有较高的灵敏度，有利于发现微弱的异常。

12.2.3.2 α卡测量方法

α卡法与α径迹测量野外工作方法是类似的，埋卡方法见图12-10。α杯法只需埋置杯子，工作更为简便。

α卡法探测对象是氡的子核素²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po等α辐射体。²¹⁸Po系²²²Rn直接衰变而来，半衰期为3.05min，经十倍半衰期，即30min左右，²¹⁸Po积累的原子核数达最大。生成的核若得不到补充，再经30min就衰变完毕。²¹⁴Po是²¹⁸Po经多次衰变而来，衰变系列中²¹⁴Pb的半衰期（26.8min）最长，故需10倍²¹⁴Pb的半衰期，即4.5h，系列才能达到平衡。若²¹⁸Po得不到补充，整个系列经4.5h时消失。²¹²Po是²²⁰Rn的子核素²¹²Pb经两次衰变而成，衰变系列中²¹²Pb半衰期（10.6h）最长，故此系列需4.4d才能达到平衡。因此埋卡时间和测量时间不同，将得到不同的信息。埋0.5h后立即测量，探测的主要是²¹⁸Po；埋卡4～5 h立即测量，得到的是²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po的贡献。若放置0.5 h后再测量，得到的是²¹⁴Po和²¹²Po的贡献。放置4 h后再测量，探测的则主要是²¹²Po了。

根据上述分析，设取卡后立即测量取得的计数率为I₁，其中²²²Rn的子核素（²¹⁸Po、²¹⁴Po等）引起的计数率为I_Rn，²²⁰Rn的子核素（²¹²Po等）引起的计数率为I_Th，4 h后第二次α测量获得的计数率为I₂。则有

勘查技术工程学

由于放射性系列平衡时，子核数量的变化应遵从半衰期最长的子核素衰变的规律，因此（12.2-7）式中的衰变常数λ应是²¹² Pb的衰变常数，λ=0.065/h。由于 t=4 h，≈1，故有I_Th≈I₂。代入（12.2-7）式，还可得到

勘查技术工程学

由（12.1-7）式和（12.1-8）式，有

勘查技术工程学

以上I_Rn+I_Th、I_Th、I_Rn、I_Rn／I_Th四组数据在资料解释中是有实用价值的。

野外工作中，静电α卡埋置时间以4～6 h为宜，其他α卡埋置时间可大于12 h。同一地区埋卡时间应相同，取卡后应立即进行α测量。因为²¹⁸Po、²¹⁴Po等半衰期短，不尽快测量，它们会很快衰变掉。

由于α卡要有一定的总计数，因此当α卡上收集到的氡的子核素太少时，应适当延长测量时间，以保证数据的精度要求。找铀矿时，异常幅度大，α卡的灵敏度可以低些，观测时间可稍短。解决非铀矿地质问题时，由于异常幅度小，应采用灵敏度高的方法工作，否则测量α卡的时间将予延长。找铀矿时，²²⁰Rn（钍射气）的子核素产生的α射线常视为干扰因素，但在处理非铀矿地质问题时，²²⁰Rn的子核素和²²²Rn的子核素的α射线同样有价值，因此²²⁰Rn的子核素的信息不能废弃。

应当指出，氡的运移受多种因素的影响，规律比较复杂，使得测量结果重现性差。实践表明，尽管重复观测中数值会有改变，但异常的形状、曲线的趋势都是相似的。有时，重复测量中异常也会消失，说明该测点处氡的浓度变化很大，测点附近可能有构造存在。

条件允许时，在埋置α卡的坑中可同时进行孔中γ测量；还可将坑中的土样取回进行镭量测量。多种放射性测量资料的配合，有利于对α卡法异常做出正确的解释。

根据α卡法测量所得的数据，可以绘制α卡测量剖面图、剖面平面图和等值线平面图等。

12.2.3.3 α卡法的应用

α卡法比射气测量灵敏度高，探测深度大，又比α径迹测量生产周期短，因而在寻找铀、钍矿床及与放射性核素有伴生或共生关系的矿床，勘查地下水、圈定构造破碎带、划分岩层接触界线等方面都有广泛的应用。

12.2.4 钋-210法

钋-210法是测量岩样或土样中放射性核素²¹⁰Po放出的α粒子的一种α测量方法。

12.2.4.1 钋-210法工作原理

在铀系中，氡（²²²Rn）之后有一个半衰期为22.3a的放射性核素²¹⁰Pb。由于氡在迁移过程中不断发生衰变，逐渐积累²¹⁰Pb，长时间后就形成了一个与氡基本处于平衡的²¹⁰Pb分散晕，这一²¹⁰Pb晕就代表了该处长时间内氡浓度的平均值。²¹⁰Pb晕的特点是，即使在近地表，²¹⁰Pb在土壤中的浓度也不受气候变化的影响。氡的数值则受气候、温度、季节的影响而变动。因此，测量土样中²¹⁰Pb的量可以更准确地反映取样点的氡浓度。

但²¹⁰Pb是一个弱的β辐射体，而其后²¹⁰Bi（半衰期为5d）的子核素²¹⁰Po有较强的α辐射，半衰期长达138.4d，且它是所有放射性核素中最易形成胶体的核素。赋存在土壤中的²¹⁰Po常以胶体状态沉淀或被吸附在土壤颗粒上或孔隙壁上不易流失，在土壤中形成稳定分布。因此测定²¹⁰Po即可了解土壤中²¹⁰Pb的情况，并间接推测母核素²²²Rn的分布规律。

²¹⁰Po的化学性质与碲类元素相似，部分也与铋相似。金属钋及其氧化物易溶于浓盐酸和浓硝酸中，生成PoCl和Po（NO₃）₄溶液。用电化学方法可以从这些液中将²¹⁰Po置换沉积在某种电极上。根据标准电极电位低的金属离子能置换标准电极电位高的金属离子的性质，可选择置换²¹⁰Po的金属。²¹⁰Po的标准电极电位为0.66V，与它能发生置换反应的金属有铜（0.34V）、铋（0.23V）、银（0.22V）、镍（-0.25V）等。例如，铜置换²¹⁰Po的电化学反应为

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能够置换²¹⁰Po的金属可作为收集²¹⁰Po的探测器。

由于电化学性质不同，铀、钍、铅、铋等元素都不能像钋那样被置换沉积在铜片上。钋的其他6个同位素都是短寿的（半衰期＜3min），只有²¹⁰Po是长寿的。因此，这种置换方法一般都能有效地排除其他天然放射性同位素对²¹⁰Po测量的干扰（仅Ra有时会成为干扰）。

12.2.4.2 钋-210测量方法

钋-210测量分为野外和室内两部分。

野外工作中，首先要根据工作任务、地质和地球物理特征，选择地质条件有利，盖层较厚和露头不发育地区作为测区，按一定的工作比例尺布置测网。然后逐个测点挖取重约50 g的土壤样品。取样时要拨开地表腐殖层，取离地表数十厘米深处的土壤，同一地区取样深度应一致。

室内工作包括样品的化学处理和测定探测器的α射线计数率。简要步骤如下。

1）将土壤干燥、碾碎，过40目筛，称取20 g备用。

2）取5 g细粒土样，连同0.5 g抗坏血酸和预先准备好的带浮圈的铜片，一起放入100 mL的烧杯内，加入含有2%～3%柠檬酸的2mol／L的HCl溶液20 mL。

3）在水平振动的摇床上振荡3～4 h，从烧杯中取出铜片，用清水洗净，再用滤纸将铜片吸干，即制成样片。

4）将样片放置30min后，即可用α辐射仪进行测量，每个样片的读数时间不应少于10min。

5）若样片放置时间超过数天，则按下式修正读数

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式中：I为修正后的计数率；I₁为实测计数率；λ为²¹⁰Po的衰变常数，λ=5×10^-3／d，t为样片放置的天数。

6）每天工作前后要检查仪器本底，还要用α工作源检查α辐射仪的日常工作稳定性，以确保测量数据可靠。

钋-210法的资料整理与其他核测量方法相同。成果图件有：钋量剖面图、剖面平面图、等值线平面图、相对等值线平面图等。

12.2.4.3 钋-210法的应用及实例

钋-210法只在野外取样，分析工作全在室内进行，设备简单，工作效率高，探测深度大，不受铀、钍干扰，异常重现性好。因此，除用于寻找铀、钍矿床外，还在地下水、地热及油气田普查中取得了良好的地质效果。

图12-12为在某军干休所测得的²¹⁰Po曲线。该地段出露第四系更新统（Qp）的冰水堆积，曲线的低值异常宽约20 m，长约50 m。经综合分析认为，它与下部自流井组中的构造破碎带有关。钻探发现，含水层位为自流井组马鞍山段中的砂岩，地下水流量为76t／d。

图12-12 1号供水井²¹⁰Po测量剖面图

⑹ 如何自制核辐射探测仪

汞蒸气就不要用了，本身有导电性，即使没有辐射导致的电离情况下，也会导电的。
填充空气是可以的，传统的电离室就是采用空气。问题是电流的读数与辐射量（如剂量率、照射量率等）是否可以建立稳定、可重复、可溯源的关系，当然，还有测量灵敏度、测量量程的范围等问题。
至于是否有更好的方法，还是要看你希望解决问题，如测量的射线种类、能量范围、灵敏度、测量量程等要求了。
建议参见Glenn Knoll 的书“辐射探测与测量”。

⑺ 测量核辐射的方法、仪器及仪器图片

方法：

半衰期：放射性核素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值。

放射性活度：表征放射性核素特征的物理量，单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A＝dN/dt。

射气系数：在某一时间间隔内，岩石或矿石析出的射气量N1与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量N2的比值，即η*= N1/N2×100%。

原子核基态：处于最低能量状态的原子核，这种核的能级状态叫基态。

核衰变：放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核，并伴随放出射线的现象。

α衰变：放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程成为α衰变

衰变率：放射性核素单位时间内衰变的几率。

轨道电子俘获：原子核俘获了一个轨道电子，使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。

衰变常数：衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量，指原子核在某一特定状态下，经历核自发跃迁的概率。

线衰减系数：射线在物质中穿行单位距离时被吸收的几率。

质量衰减系数：射线穿过单位质量介质时被吸收的几率或衰减的强度，也是线衰减系数除以密度。

铀镭平衡常数：表示矿（岩）石中铀镭质量比值与平衡状态时铀镭质量比值之比。

吸收剂量：电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm，吸收剂量单位为戈瑞（Gy）。

平均电离能：在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。

碰撞阻止本领：带电粒子通过物质时，在所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量。

核素:具有特定质量数，原子序数和核能态，而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子

粒子注量：进入单位立体球截面积的粒子数目。

粒子注量率：表示在单位时间内粒子注量的增量

能注量：在空间某一点处，射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积

能注量率：单位时间内进入单位立体球截面积的粒子能量总和

比释动能：不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和

剂量当量：某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和

同位素:具有相同的原子序数，但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素

照射量：X=dq/dm，以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度

照射量率：单位质量单位时间内γ射线在空间一体积元中产生的电荷。

剂量当量指数：全身均匀照射的年剂量的极限值

同质异能素：具有相同质量数和相同原子序数而半衰期有明显差别的核素

平均寿命：放射性原子核平均生存的时间.与衰变常熟互为倒数。

电离能量损耗率：带电粒子通过物质时，所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量

平衡含量铀：达到放射性平衡时的铀含量

分辨时间: 两个相邻脉冲之间最短时间间隔

康普顿边:发生康普顿散射时，当康普顿散射角为一百八十度时所形成的边

康普顿坪：当康普顿散射角为零到一百八十度时所形成的平台

累计效应:指y光子在介质中通过多次相互作用所引起的y光子能量吸收

边缘效应: 次级电子产生靠近晶体边缘，他可能益处晶体以致部分动能损失在晶体外，所引起的脉冲幅度减小

和峰效应: 两哥y光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲，其对应能量为两个光子能量之和

双逃逸峰：指两个湮没光子不再进行相互作用就从探测器逃出去

响应函数: 探测器输出的脉冲幅度与入射γ射线能量之间的关系的数学表达式

能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数

探测效率：表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲1. 峰总比:全能峰的脉冲数与全谱下的脉冲数之比

峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比

峰总比：全能峰内的脉冲数与全谱下的脉冲数之比

入射本征效率：指全谱下总脉冲数与射到晶体上的y光子数之比

本征峰效率：全能峰内脉冲数与射到晶体上y光子数之比

源探测效率:全谱下总计数率与放射源的y光子发射率之比

源峰探测效率:全能峰内脉冲数与放射源y光子发射率之比

光电吸收系数:光子发生光电效应吸收几率

光电截面:一个入射光子单位面积上的一个靶原子发生光电效应的几率

原子核基态：原子核最低能量状态

轫致辐射：高速带电粒子通过物质时与库仑场作用而减速或加速时伴生的电磁辐射。

俄歇电子：在原子壳层中产生电子空穴后处于高能级的电子和跃迁到这一层，同时释放能量，当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个嗲你脱离原子而发射出来，发射出来的电子称为俄歇电子。

⑻ 仪器的辐射精度是怎么定义的和辐射灵敏度有什么区别 请高手指点！

精度现在的叫法为，重复性。应为核辐射测量服从统计涨落规律，重复性是按多次测量的相对标准偏差来表示的；灵敏度：是指仪器探测器对某一辐射水平的反映能力，比如说：同为1uSv/h的辐射剂量，探测器单位时间探测到的信号次数，次数越多，表示灵敏度越高。如果两种不同灵敏度的仪器，同测同一水平辐射，都用相同的测量采样时间，灵敏度高的仪器测量结果重复性肯定会高。

⑼ 有没有什么简单的测量核辐射的方法谢谢！！！

最简单的就是盖革计数器，耳机里的声音越大、越密集，说明核辐射越强。