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目 录1

序言1

第一篇 核辐射探测的物理基础1

概念与术语1

第1章 放射性核素的衰变与天然放射性6

1.1 放射性与衰变6

1.2 衰变规律7

1.3 天然放射系12

1.4 天然放射系外的天然放射性核素16

1.5 主要放射性核素表17

第2章 核辐射与物质的相互作用24

2.1 重带电粒子与物质的相互作用24

2.1.1 电离损失24

2.1.2 射程25

2.1.3 α发射体表（按能量排列）26

2.2 β粒子与物质的相互作用29

2.2.1 电离和激发29

2.2.2 轫致辐射30

2.2.3 弹性散射31

2.2.4 β粒子的吸收32

2.2.5 β粒子的射程33

2.2.6 电子与物质相互作用综合示意图39

2.2.7 放射性核素的β粒子平均能量和最大能量表40

2.2.8 放射性核素的β辐射的特性43

2.3 γ射线与物质的相互作用47

2.3.1 相互作用的种类47

2.3.3 散射效应48

2.3.3.1 康普顿效应48

2.3.2 光电效应48

2.3.3.2 瑞利散射60

2.3.4 电子对产生60

2.3.5 其他相互作用效应60

2.3.6 衰减与吸收61

2.3.7 参数表、图63

2.3.7.1 部分γ辐射体表（按能量排列）63

2.3.7.2 核素特征X射线表70

2.3.7.3 各种能量的X射线源72

2.3.7.4 γ射线与物质相互作用截面和元素的质量衰减系数表75

2.3.7.5 物质的质量衰减系数表122

2.3.7.6 γ射线质能、线能吸收系数表124

2.3.7.7 线衰减系数图135

2.3.7.8 γ射线吸收、透射列线图138

2.3.7.9 几种物质的γ衰减特性表139

第3章 中子物理145

3.1 中子145

3.2 获得中子的方法147

3.2.1 放射性同位素中子源147

3.2.1.1 （α、n）反应型中子源147

3.2.1.2 （γ、n）反应型中子源153

3.2.1.3 自发裂变型中子源154

3.2.1.4 模拟裂变中子源158

3.2.2 加速器中子源158

3.2.2.1 （p,n）反应158

3.2.2.2 （d,n）反应160

3.2.2.3 （γ,n）反应162

3.2.2.4 中子管163

3.2.3.2 反应堆中子源的特性164

3.2.3.1 反应堆的分类164

3.2.3 反应堆中子源164

3.2.3.3 脉冲反应堆167

3.3 中子与核的相互作用168

3.3.1 中子与核作用的分类168

3.3.2 弹性势散射168

3.3.3 核反应170

3.3.4 中子激活180

3.3.5 裂变181

3.3.5.1 裂变碎片181

3.3.5.2 瞬发中子与γ量子181

3.3.5.3 缓发中子183

3.4 中子与物质的相互作用185

参考文献187

概念与术语189

第二篇 核辐射探测器189

第4章 气体电离探测器190

4.1 基本原理190

4.1.1 气体的电离与激发190

4.1.2 电子和离子的运动192

4.1.3 外加电场与电离粒子的收集193

4.1.4 坪、坪长与坪斜194

4.2 气体电离室194

4.2.1 工作原理194

4.2.2 典型结构194

4.2.3 电离室的分类195

4.2.4 脉冲形状197

4.2.5 各种形式的电离室197

4.2.5.1 平行板电离室197

4.2.5.3 球形电离室199

4.2.5.2 圆柱形电离室199

4.2.5.5 电容式电离室200

4.2.5.4 空气壁电离室200

4.2.5.6 屏栅（福里斯）电离室203

4.2.5.7 外推电离室204

4.2.5.8 空气等效壁电离室205

4.2.5.9 自由空气电离室205

4.2.5.10 布喇格－格雷空腔电离室205

4.2.5.11 指形电离室205

4.2.5.12 液体壁电离室205

4.2.5.13 无壁电离室205

4.2.5.14 组织等效电离室205

4.2.5.16 高（气）压电离室206

4.2.5.17 裂变（电离）室206

4.2.5.15 井形电离室206

4.2.5.18 三氟化硼电离室208

4.2.5.19 衬硼电离室208

4.2.5.20 补偿电离室208

4.2.5.21 反冲质子电离室209

4.2.5.22 α粒子电离室210

4.2.5.23 含放射性气体的电离室210

4.2.5.24 Ohmart室210

4.2.6 商品电离室性能简介211

4.3 正比计数管214

4.3.1 工作原理214

4.3.2 气体放大倍数214

4.3.3 脉冲形状214

4.3.5 各种特殊用途的正比计数管217

4.3.5.1 BF3（三氟化硼）正比计数管217

4.3.4 正比计数管的特性217

4.3.5.2 衬硼正比计数管219

4.3.5.3 反冲质子正比计数管220

4.3.5.4 3He正比计数管220

4.3.5.5 鼓形正比计数管221

4.3.5.6 X射线和低能γ射线正比计数管222

4.3.5.7 流气式4πβ正比计数器222

4.3.5.8 流气式2π正比计数器222

4.3.5.9 有限正比计数管223

4.3.5.10 位置灵敏正比计数器223

4.3.5.11 多丝正比室224

4.3.6 商品正比计数管性能简介225

4.4 盖革－弥勒计数管234

4.4.1 工作原理234

4.4.3 分类与原理结构235

4.4.2 输出脉冲形状235

4.4.4 各种特殊用途的盖革－弥勒计数管236

4.4.4.1 端窗（钟罩）计数管236

4.4.4.2 γ计数管236

4.4.4.3 针状盖革－弥勒计数管236

4.4.4.4 大面积收集电极盖革－弥勒计数管237

4.4.4.5 内辐射源计数器237

4.4.4.6 光敏盖革－弥勒计数器238

4.4.4.7 吹气式大面积β有机盖革－弥勒计数管238

4.4.4.8 强流管238

4.4.5 商品盖革－弥勒计数管性能简介238

4.5 连续放电型探测器240

4.5.1 工作原理240

4.5.2.1 流光室241

4.5.2 各种连续放电型探测器241

4.5.2.3 多板火花室242

4.5.2.4 闪光室（管）242

4.5.2.2 多丝火花室242

4.5.2.5 （慢中子）电晕计数管243

4.5.2.6 自猝灭流光（SQS）探测器245

4.5.3 商品电晕管性能简介245

第5章 半导体探测器247

5.1 基本原理247

5.1.1 半导体与禁带宽度247

5.1.2 本征半导体、P型、N型和补偿半导体248

5.1.3 PN结250

5.1.4 法诺因子251

5.1.5 半导体探测器材料251

5.2.2 扩散结半导体探测器253

5.2 结型半导体探测器253

5.2.1 工作原理253

5.2.3 面垒半导体探测器254

5.2.4 离子注入PN结探测器255

5.2.5 钝化离子注入平面硅（PIPS）探测器255

5.3 锂漂移型半导体探测器（NIP探测器）257

5.3.1 工作原理257

5.3.2 平面型锂漂移锗［Ge(Li)］探测器258

5.3.3 同轴型锂漂移锗［Ge(Li)］探测器259

5.3.4 井型锂漂移锗［Ge(Li)］探测器259

5.3.5 锂漂移硅［Si(Li)］探测器260

5.4 高纯锗（HPGe）半导体探测器261

5.4.1 工作原理与性能参数261

5.4.2 平面锗探测器263

5.4.3 低能锗（LEGe）探测器264

5.4.4 同轴型锗探测器265

5.4.5 倒置电极锗（REGe）探测器266

5.4.6 井型锗探测器266

5.5 化合物半导体探测器267

5.5.1 CdTe探测器268

5.5.2 GaAs探测器269

5.5.3 HgI2探测器270

5.5.4 CdSe探测器271

5.5.5 SiC探测器271

5.6 特殊半导体探测器271

5.6.1 全耗尽探测器271

5.6.2 位置灵敏硅探测器271

5.6.3 电流型探测器273

5.6.4 内放大探测器274

5.6.5 半导体夹层中子测谱探测器276

5.6.6 中子测谱半导体质子反冲探测器279

5.6.7 中子注量率半导体探测器280

5.7 半导体探测器的主要参量280

5.7.1 窗厚280

5.7.2 灵敏区厚度281

5.7.3 结电容281

5.7.4 反向电流特性282

5.7.5 探测效率283

5.7.6 能量分辨283

5.7.7 脉冲形状285

5.7.8 辐射损伤效应285

5.8 半导体探测器系列表286

6.1.2 闪烁体发光——无机闪烁体发光机理293

6.1.1 闪烁体的分类293

A．闪烁体293

6.1 基本原理293

第6章 闪烁探测器293

6.1.3 闪烁体发光——有机闪烁体发光机理295

6.1.4 闪烁体的主要特性参数296

6.2 无机晶体闪烁体298

6.2.1 NaI（Tl)298

6.2.2 CsI(Tl)和CsI(Na)301

6.2.3 ZnS(Ag)303

6.2.4 LiI(Eu)304

6.2.5 Bi4Ge3O12(BGO)305

6.2.6 CdWO4308

6.2.7 CaF2(Eu)308

6.2.8 CsF309

6.2.9 BaF2311

6.3 有机晶体闪烁体312

6.3.1 蒽晶体（C14H10）312

6.3.2 茋晶体（C14H12）313

6.3.3 萘（C10H8）314

6.3.4 二苯乙炔（C14H10）314

6.3.5 三联苯（C18H14）314

6.3.6 其他314

6.4 塑料闪烁体315

6.4.1 普通塑料闪烁体316

6.4.2 高β/γ塑料闪烁体318

6.4.3 空气等效塑料闪烁体320

6.4.4 α、β双闪烁体320

6.4.5 气流β闪烁球320

6.4.8 高温塑料闪烁体321

6.4.6 高发光效率塑料闪烁体321

6.4.7 塑料切伦科夫闪烁体321

6.4.9 快时间塑料闪烁体322

6.4.10 红光塑料闪烁体322

6.5 玻璃闪烁体324

6.5.1 玻璃闪烁体324

6.5.2 主要性能参数324

6.5.3 部分商品玻璃闪烁体327

6.6 液体闪烁体328

6.6.1 工作原理329

6.6.2 液体闪烁体的组成329

6.6.3 部分常用的液体闪烁体335

6.7 气体闪烁体339

6.8 闪烁体性能表及常用闪烁体表339

B．光电倍增管343

6.9.1 光电阴极345

6.9 工作原理345

6.9.2 电子光学输入系统351

6.9.3 电子倍增器351

6.9.4 阳极352

6.10 光电倍增管的主要参数352

6.10.1 光谱响应W与S——命名体系352

6.10.2 量子效率Q（λ）352

6.10.3 灵敏度352

6.10.4 光阴极灵敏度的均匀性354

6.10.5 第一倍增极光电子收集系数f354

6.10.6 电流放大倍数（增益）G354

6.10.7 暗电流354

6.10.8 噪声357

6.10.10 脉冲幅度分辨率358

6.10.9 线性电流358

6.10.11 时间特性359

6.10.12 稳定性359

6.11 通道型光电倍增管361

6.11.1 通道电子倍增器361

6.11.1.1 结构和工作原理361

6.11.1.2 离子反馈361

6.11.1.3 饱和效应362

6.11.1.4 特性362

6.11.1.5 使用363

6.11.2 微通道板（MCP）363

6.11.2.1 特点与应用364

6.11.2.2 电特性364

6.11.3.2 快响应光电倍增管368

6.11.3.1 多阳极光电倍增管368

6.11.3 微通道极光电倍增管368

6.12 部分商品光电倍增管表369

第7章 热释光探测器384

概念与术语384

7.1 基本原理385

7.2 热释光材料385

7.2.1 LiF387

7.2.2 BeO388

7.2.3 Li2B4O7389

7.2.4 CaF2390

7.2.5 CaSO4390

7.2.6 Mg2SiO4:Tb391

7.3.2 热释光（探测器）材料的选择392

7.3.1 热释光测量仪392

7.2.7 Mg2B4O7392

7.3 使用技术392

7.3.3 元件筛选393

7.3.4 热释光探测器的刻度393

7.3.5 热释光探测器的热处理396

7.3.6 热释光测量397

7.3.7 热释光照射量测量误差的来源398

7.4 部分商品热释光探测器简介399

第8章 径迹探测器402

8.1 核乳胶402

8.1.1 工作原理402

8.1.2 核乳胶的成分402

8.1.3 核乳胶的特性403

8.1.4 核乳胶的实用技术405

8.1.5.1 核2薄乳胶（50μm）的处理方法406

8.1.5 核乳胶的处理406

8.1.5.2 溶液配方407

8.1.5.3 玻璃承托薄乳胶的处理方法407

8.1.5.4 高注量α、γ或n辐照核乳胶的特殊处理407

8.1.5.5 温度显影法409

8.1.6 径迹观测409

8.1.7 国产核乳胶表409

8.2 固体径迹探测器410

8.2.1 工作原理410

8.2.2 固体径迹探测器材料410

8.2.3 蚀刻技术410

8.2.4 固体径迹探测器的性质411

8.2.5 固体径迹探测器的使用技术413

8.3.1 工作原理414

8.3 云室414

8.3.2 云室的种类415

8.3.2.1 威尔逊云室（膨胀云室）415

8.3.2.2 扩散云室416

8.3.2.3 威尔逊云室与扩散云室的对比416

8.4 气泡室416

8.4.1 工作原理416

8.4.2 气泡室的工作性能417

8.4.3 气泡室的种类419

第9章 其他类型探测器421

9.1 自给能探测器421

9.1.1 工作原理421

9.1.3 自给能探测器的分类422

9.1.2 自给能探测器的主要特性422

9.1.4 部分商品自给能探测器表424

9.2 切伦科夫探测器424

9.2.1 工作原理424

9.2.2 切伦科夫探测器的分类426

9.2.2.1 切伦科夫电磁簇射探测器426

9.2.2.2 铅－有机玻璃簇射探测器427

9.2.2.3 切伦科夫粒子鉴别探测器427

9.2.3 部分切伦科夫探测器表429

9.3 中子激活指示器430

9.3.1 工作原理430

9.3.2 部分中子激活指示器431

核辐射探测器总表436

参考文献439

概念与术语443

第三篇 核辐射探测器实验技术443

第10章 α、β、γ与n辐射探测器446

10.1 α辐射探测器446

10.2 β辐射探测器448

10.3 γ辐射探测器452

10.3.1 γ辐射探测原理452

10.3.1.1 气体电离探测器452

10.3.1.2 半导体探测器453

10.3.1.3 闪烁探测器454

10.3.2 γ辐射探测器456

10.4.1 中子探测原理457

10.4.1.1 核反应法457

10.4 中子探测和中子探测器457

10.4.1.2 核反冲法459

10.4.1.3 核裂变法459

10.4.1.4 核激活法461

10.4.2 中子探测器461

10.4.2.1 慢中子探测器461

10.4.2.2 快中子探测器462

10.4.2.3 特殊中子探测器463

10.5 核辐射探测器汇总表466

第11章 实验技术468

11.1 闪烁探测器的实验技术468

A．闪烁体468

11.1.1 闪烁体尺寸的选取468

11.1.2 光导468

11.1.2.2 集光器470

11.1.2.1 弯光导470

11.1.2.3 锥台形光导471

11.1.2.4 光导纤维光导472

11.1.3 光反射剂472

11.1.4 液体闪烁体的淬灭校正473

11.1.5 液体闪烁计数瓶的优选尺寸476

11.1.6 闪烁探测器输出电压脉冲的形状与参数的选取477

11.1.7 闪烁探测器的幅度线性478

11.1.8 闪烁探测器输出电流脉冲的形状480

11.1.9 使用要点481

B．光电倍增管482

11.1.10 光电倍增管的选择482

11.1.11 光电阴极的稳定性484

11.1.12 光电阴极的均匀性484

11.1.14 环境温度的影响与耐温特性486

11.1.13 增益（电流放大）与电压486

11.1.15 窗材料的透射率489

11.1.16 外磁场与外电场屏蔽490

11.1.17 高压连接491

11.1.18 高压分压器491

11.1.19 滤波电容与负载电阻494

11.1.20 信号输出494

11.1.21 倍增极链的设计步骤495

11.2 气体电离探测器的实验技术504

11.2.1 脉冲电离室输出回路与输出脉冲504

11.2.2 盖革－弥勒计数管的输入回路505

11.2.3 盖革－弥勒计数管的探测效率506

11.2.4 盖革－弥勒计数管的温度效应508

11.3 半导体探测器的实验技术509

11.3.1 面垒型探测器的实用技术509

11.2.5 使用要点509

11.3.2 带电粒子半导体探测器辐射探测性能的测试方法513

11.3.3 锗γ射线探测器辐射探测性能的测试方法515

11.3.4 使用要点516

11.4 核辐射探测器的分辨特性516

11.4.1 能量分辨517

11.4.2 时间分辨519

11.4.2.1 探测器的分辨时间校正519

11.4.2.2 闪烁探测器的时间分辨519

11.4.3 位置分辨521

11.5 核辐射探测器的坪特性521

11.5.1 气体电离探测器的坪522

11.5.2 闪烁探测器的坪特性523

11.5.3 闪烁探测器的导出坪523

11.6.1.1 辐射本底525

11.6 核辐射探测器的本底525

11.6.1 本底525

11.6.1.2 噪声本底526

11.6.1.3 探测器中的杂质放射性527

11.6.2 降低本底的典型措施530

11.6.2.1 物质屏蔽530

11.6.2.2 反符合屏蔽531

11.6.2.3 探测器结构材料与附属部件材料的选择与纯化531

11.6.2.4 脉冲形状甄别技术531

11.6.2.5 噪声本底的消除531

11.6.2.6 降低串光本底的光学方法531

11.6.3 样品与本底测量时间的最佳分配532

11.7 准直器532

11.8 前置放大器533

11.9 核辐射探测器件的常用图形符号535

第12章 核辐射探测的数据统计处理537

12.1 核辐射探测的误差537

12.1.1 误差的定义537

12.1.2 误差的分类537

12.1.3 精度538

12.2 核辐射探测的统计分布538

12.2.1 二项式分布（伯努利分布）538

12.2.2 泊松分布538

12.2.3 高斯分布（正态分布）539

12.2.4 t分布［学生（student）分布］539

12.3 置信度540

12.4 测量数据的检验544

12.5 可疑数据的舍弃545

参考文献547

附录1 化学元素周期表549

附录2 天然核素表550

附录3 天然核素丰度表552

附录4 法定计量单位表555

附录5 常用物理常数表557

附录6 基本粒子表557

附录7 密度表558

附录8 几种合成物质的等效原子序数Z559

附录9 希腊字母及其读音559

附录10 部分常用量的国际单位制单位与非国际单位制单位换算关系表560

附录11 英制长度单位与法定单位换算表560

附录12 品质因数Q561

附录13 我国现行的剂量限值标准561

附录14 β粒子和中子注量（率）限值561

附录15 中子注量率－剂量当量率换算表562