目录 前言 第一章电离辐射与物质的相互作用 第一节重带电粒子与物质的相互作用 、重带电粒子与核外子的互作用……… 原子阻止本领和比电离 ………………………7 三、重带电粒子在物质中的射程…………………………………13 四、舱量歧离和角度歧离…… 第二节快速电子与物质的相互作用……………………18 、快速电子的电离榻失……… 二、轫致辐身 …………………20 三、快速电子在物质中的能量损失… 22 四、多次散射和和散射 24 五、怏速电子的吸收和射程 ……………………26 第三节射线与物质的相互作用………………34 、光电效应 34 、康普顿效应…………… ·,,,,,,,中·p.“ ·40 三、电子对效应………………………… 四、物质对射线的吸牧……………………………………………49 习题 参考文献 第二章核辐射探测龄 第一节引言 ,.·身,·甲.甲pD自自 ……57 第二节气体探测器 ………………59 气体探测器工作状况概述………………… 60 气体电离室…… 三、正比计数器… ……76 四、G-M计数管…
五、气体探涎器的主要指标和应用………………………………91 第二节半导体探测器…………………………………91 、半导体性能筒介… ∴……………92 二、PN结型半导体探测器 三、锂漂移(PI结)型探测器…………………………………103 四、高纯锗半导体探测器……… 五、半导体探测器的应用… 车,专 ……114 第四节闪烁探测器… ………………………114 概述…………………………………………………………114 二、闪烁体…… 光电倍增管 …127 四、闪烁计数器…………………… ·137 第五节核辐射探测器的一般特性…… ………143 、核辐射探測器的本征电流信号……… 143 二、核辐射探测器的运行工作方式… …144 、探测器的探测放率…………………………………………147 四、电流运行方式下探测器的一般特性……… 五、脉冲运行方式时探测器的一般特性………… …152 第六节其它类型探测器 非.者非中中p4甲q4 157 、切伦科夫探测器 ……………I58 、累积型探测器…………………… ·专甲4甲 159 习题 参考文献 第三章核辐射测量方法 第一节放射性样品活度测量概述………………166 、放射性活度及其单位………………… 166 二、影响洒度測量的几个因素…………………… dd重 →·167 第二节和β放射性样品活度的测量方法…………172 、小立体角法…………… 甲甲 ………172 二、4π计数法………………………………………………………181 第三节符合方法 186
IV 、符合的糯念… …186 、符合方法的基本原理… ………………………………187 4πB-Y符合方法 …………………………………190 第四节低水平活度样品测量的一般问题……………193 一、探测装置的优质因子 ………………193 二、灵敏度………… ,甲,,、,4,,,pp,,,,,,,,, 194 、测量装置的判断限和可探测限……………… ……·195 四、测量装置的本底 198 五、测量数据的稳定性………………………………………………203 第五节α能谱与β最大能量的测定………………………207 、能量测量任务的待点……………………………………………207 二、a能的测定……………………………………………209 三、β最大能量的测定………… ………213 第六节射线能谱的测定 213 、单能γ射线的能谱及其影响因素… ………214 二、标准核素γ谱及共在复杂γ谱解析中的应用………………220 能量特征峰… 1,·1D …223 四、Y能谱测量装置…………… 231 五、计算机在复杂Y谱数据处理中的应用… ……236 第七节半衰期的测定……… 中等半哀期的测定………………………………………244 短半衰期和长半衰期的测定 …247 第八节选用测量装置时的主要考虑因素………………248 习题 参考文献 第四章中子探测 第一节中子探测的基方法 ……………253 、核反应法 ……………………………254 二、核反冲法……… 三、核裂变法… … ………257 四、浯化法 …………259
第二节中子探测器…………………… 气体探测器…… 60 、闪烁探测器……………………………… ………261 三、堆用探测器…………… …:……2A7 第三节中子通量密度和中子源活度测量……………268 、中子计数法测量中子通量密度…………………… 伴随粒子法测量中子通量密度……………… ………270 三、活化法测量中子通量密度… ……………………170 四、中子源活麦的测量… ……273 第四节中子能谱的测量 274 、核反应法…… 27唾 核反冲法 275 三、“行时间法 …………277 四、晶体衍射法……… 278 习题 参考文献 第五章辐射测量的统计误差和数据处理 第一节关于测量误差的一些基本概念 280 第二节核辐射测量的统计误差…… …………283 、宀生统计误差的原……………………………………283 、统计分布规…………………………………………285 、统计误差的计算和袤示… …………293 第三节测量数据的误差分析 3c0 、标准误差检查……… 二、统计检验……………………………………………302 三、可疑数据的舍弃………… 311 第四节最小二乘法… 317 、最小二乘原理……………… 317 、直线方程参数的最小二乘估计……………………………321 、非等精度测量中直线方程参数的最小二乘估计………………325 习题
YI 参考文献 第六章辅射防护的基本原则 第一节辐射与人类的密切关系………………………335 天然木底照射……………………………………………335 二、人工辐射源的本底照射……… 有,,,专号 …337 辐射在国民经济和社会发展中的广泛应用… 第二节辐射生物效应与辐射防护的目的…… 340 辐射对人体危弯的资料来源………………………………340 二、辐射效应分类…… ………………341 辐射防护的目的 ,4,, 第三节辐射防护中常用的量和术语 346 一、辐射在介质中的能量沉积、授亐能……………………………346 吸收剂量D和吸收剂量率D…… 347 射品质因数Q……………………………… 348 四、剂量当量H和剂量当量率H 350 五、有效剂量当量Hs,危险度丫………………………………350 六、待积剂量当量Hs0………… ……………352 七、集体剂量当量S……………………………………………352 第四节辐射防护三原! …………………………353 、辐射实践的正当化原则………………………………………353 、辐射防护的最优化原则…· 、个入剂量的限制………… …………………354 第五节剂量当量限值 …………………354 《放射卫生防护基本标准》中规定的剂量当量限信…………334 剂量当量限值的安全评价 习题 参考文献 第七章外照射剂量计算、测量和防护 第一节剂量计算和屏蔽计算中若干常用量与概念………36r 粒子注量中和注量率φ ·:·…··4… 361 二、比释动能K 中 ……362
v 照射壁X和照射量率X d.,、,,, ………363 四、次级带电粒子平和带电位子平衡条件………………………364 五、质能转移系数"和质能吸收系数 第二节外照射防护的基本方法 370 、时间防护…………………………………………………………370 二、距离防护 370 屏蔽 第三节Y射线剂量计算和屏蔽………………………371 点状Y源的照射量率和空气中比释动能计算 371 二、γ射线剂量当量与照射量的关系…………………………376 三、窄束Y辐射穿透介质时的减弱规律………………………379 四、宽東Y射线在物质中减弱规律,积累因子……………………882 五、确定Y屏蔽层厚度的简单方法………………………………384 六、Y射线的屏蔽材料……………… 甲中 ……………385 第四节巾子的剂量计算和屏蔽 一、中子的剂量计算…………………………………………387 二、中子的屏蔽 388 第五节β射线的剂量计算和防护………………………393 、β射线的剂量计算………………………………………393 二、β射线的轫致辐射的剂量………………………………394 三、β射线的屏蔽……………………………………………………396 第六外照射剂量测量………………………………396 、Y和X射线的剂量测量…… ……396 二、中子剂量测量…………… …40L 三、β射线剂量测量,外推电离室……………………………406 四、外照射常规监測 …408 习题 参考文献 第八章内照射的防护 第一节内照射及其次级限值和导出限值………………415
、內照射……………………………………………… …415 、内照射的次级限值标准一一年摄入量限值(ALI)……………419 导出限值 ,,·,,,·中,·,,,甲·中;,甲干非 第二节内照射防护的基本方法………………………423 放射性核素的毒性分类和工作场所分级…………………424 、开放型工作场所的分区原则和其内部建筑要求……………426 、通风框和手套箱… 四、个人防护………… ……………………428 第三节与內照射防护有关的安全监测… 429 、表面污染监测… …429 、工作场所空气中放射性气溶胶浓度监测………………………431 习題 参考文献 附表 附表1正态概率积分表 ……435 附表2泊松分布表…………………………………………436 附表8t分布表…………………………………………………437 附表4x2分布表………………………………………………438 附表5F分布表…………………………………………………440 附表6-1几种物质(水、空气、混凝土、NaI)的μ/p、μa/p 和::/p ··· 42: 附表6-21H、6C、于N的;/p、μa/p和pt/p…… …………443 附表6-380,1Na、12Mg、13Al的μ/p、μea/p和μtr/p……44 附表6-414Si,15P、165,18Ar的μ/、c/p和μ:/p 445 附表6-519K、20Ca、26Fe、29Cu的μ/p、μea/p和μt/p…446 附表665Sn、8Pb、q2U的/p、甚a/和μ:/p…………447 附表7各向同性点源照射量率积累因子B2……… 附表81水的减弱倍数K(对各向同性点源)…………… 附表82混凝土的减弱倍数K(对各向同性Y点源)………………455 附表83铁的减弱倍数K(对各向同性y点源)……………457 附表8-4铅的减弱倍数K(对各向同性Y点源 …459
第一章电离辐射与物质的 相互作用 在核工程和核技术领城内所涉及到的电离辐射通常是指正负 电子、质子、c粒子、中子、Y射线,有时把X射线也包括在内 而且这些辎射的能量是在几kev到十几MeV的范围内。随着核科 学的不断发展,核技术的应用范围也在不断扩大,在有些资料中 讲述电离辐射与物质相互作用时也涉及到重离子和裂变碎片。 表1-1介绍了一些电离辐射的特性。 来1-1常见电高辐射的特性 射类多 件用符子电荷静止质静止质量的平均寿命 等效能量 (相对(u) (Me v) (s) 中子 0:.08982939.507 1.073 质子 1.007593 938.213 稳定 氛核 2.014187 1,875.50 稳定 c粒 4.0027773.727.16 稳定 正电子(B粒f)B 10.000549 0.510976 稳定 电子(β粒子) β-,e 0.0005⊥9 0.510976 稳定 稳定 稳定 电捐射可分为带电的和不带电的两类。 带电的电离辐射(如电子、正电子、质子、a粒子等),在穿 透物质时主要通过库仑力发生如下4种相互作用 (1)与核外电子的非弹性碰撞,即电离和激发
(2)与核外电子的弹性碰撞; 3)与原了核的非弹性碰撞,发射轫致辐射或其它类型∷辑 射(切伦科夫光); 4〕与原子核的弹性碰擀。 不带电的电离辐射(如中子和γ光子)在与物质相互作用 时,可能产生出电子、质子等带电粒了。而这些电子和质子等与 物质相互作用的规律就与带电的电离辐射相同了。因此4章先介 绍带电的电离辐射与物质的相互作用。而在讲述中子和γ辐射与 物质的相互作用时,只介绍由它们穿透物质时产生带电粒子的作 用过程以及中子、Y辐射本身的衰减规律。 研究电离辐射与物质的相互作用有以下几方面的意义: 1)可以详细了解原子和原子核的结构、射线身的性质和 射线发射的过程y 2)它是研制和了解各种类型辐射探测器的物理基础 〔3)它是了解和进行辐射防护以求保证人体和环境安全$基 础 (4)它是在工农业、医疗以及在各学科中开展辐射应用究 工作的理论基础 第一节重带电粒子与物质的相互作用 根据带电的电离辐射静止质量的差别可分为重带电粒子(如 粒子、质子等)和轻带电粒子(电予和正电子)。 在核工程技术领城内所涉及到的重带电粒子,其能量绝大部 分在10keV到10MeV之间。在此能量范围内的重带电粒予,穿透 物质时,在气体内最多穿透几个cm,在液体和固体内最多穿透 几十m的深度后全部停滞在该物质内。与这深度相应的经历时 间,在气体内约为10"s,在液体和固体内约为10-12到10-1ls量 级。东这段历程内,1MeV的重带电粒了大约经历14次或更多次 妇碰撞,大约使10或更多个原子电离。尽管经受如此多次的碰
撞,重带电粒本身偏离原来运动方向很小,因此通常可以认为 重带电粒子在物质中的路径是直线 重带电粒子与核外电子的相互作用 带电粒子可与核外电子发生弹性碰撞,但它只在其能量低 于100cV时有意义,所以一般只考虑带电粒子与核外电子的非弹 性碓搔 亟带电粒子与核外电孑发生非弹性碰撞的结果是使原子发生 电离或激发。电离就是核外电子道过非弹性碰撞得到足够的能量 后克服了原子核的東缚而脱离出来,使原子成为一个自由电子和 个正离子。这二者的总称叫离子对。如果非弹性碰撞使核外电 子得到的能量不够克服原子核的束缚而脱离出来,仅使电子从能 量低的壳层跃到能量较高的壳层,这就是原子的激发。处于激发 态的原子是不稳定的,它将自发地跳回基态,这个过程叫退激。 退激时,多余的能量常以光子形式释放出来。 无论是电离或是激发都导致重带电粒子损失动能,速度逐渐 减慢直到最后停止。使一个原子电离所需要的平均能量称为平均 电离能。平均电离能要比原子的电离电位大,这是因为它包括了 在带电粒子穿过物质时由于激发作用而损失了的能量。在同一种 类的气体中,一种带电粒子的平均电离能与它的动能无关。不同 种类的物质平均电离能虽不同,但其数值变化不大。例如粒了 在空中的平均电离能为34.98eV,在氬气中的平均电离能为 26.3cV(参看第二章表2-1)。 把带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能 量损失。带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量 损失率,常用符号(-dE/dx);表示。脚标“ion”表示是由入 射粒子使哌亍电离或激发所引起的能量损失。(-dE/dx);。a也 反映了物质原子的电子对入射带电粒子的阻止能力,所以又称为 电子阻止本领
