放射性活度计量方法

放 射 性 活 度 计 量 方 法 主 要 内 容课 题 背 景 及 意 义放 射 性 活 度 测 量 的 几 种 方 法符 合 法 原 理 和 条 件符 合 法 在 放 射 性 活 度 测 量 中 的 应 用4-符 合 测 量 装 置总 结 1 课 题 背 景 及 意 义 电 离 辐 射 计 量 是 十 大 计 量 之 一 。 电 离 辐 射 计 量 涉 及 医 疗 、 工 业 、 农业、 军 事 、 环 境 监 测 等 方 面 。 而 放 射 性 活 度 计 量 是 电 离 辐 射 计 量 中 一 个 重要 的 量 。 目 前 已 知 的 放 射 性 核 素 近 2000种 ， 比 较 重 要 的 核 素 约 250多 种， 每 种 放 射 性 核 素 有 它 独 特 的 衰 变 方 式 ， 因 此 放 射 性 活 度 测 量 标 准 或 测量 方 法 也 是 多 种 多 样 的 ， 没 有 一 种 测 量 方 法 能 测 量 所 有 的 核 素 的 放 射 性活 度 。 本 文 主 要 介 绍 了 应 用 最 广 泛 的 一 种 放 射 性 活 度 的 测 量 方 法 -符 合测 量 法 。 符 合 法 是 研 究 核 衰 变 和 核 反 应 过 程 中 在 时 间 上 、 方 向 上 相 互 关 联 的事件 的 一 种 方 法 。 符 合 测 量 技 术 在 核 物 理 实 验 各 领 域 中 有 着 广 泛 的 应 用 ，在 核 反 应 的 研 究 中 ， 可 以 用 来 确 定 反 应 物 的 能 量 和 角 分 布 ； 在 核 衰 变 测量 中 可 以 用 来 研 究 核 衰 变 机 制 、 级 联 辐 射 之 间 的 角 关 联 、 短 寿 命 放 射 性核 素 的 半 衰 期 等 ； 在 早 期 用 于 宇 宙 射 线 的 研 究 ， 按 一 定 方 向 放 置 的 几 个 计 数 管 的 符 合 测 量 ， 可 以 测 量 宇 宙 射 线 在 各 个 方 向 上 的 强 度 分 布 、 角 分布 和 观 察 簇 射 现 象 。 2 放 射 性 活 度 测 量 的 几 种 方 法 放 射 性 核 素 在 单 位 时 间 内 发 生 衰 变 的 数 目 即 衰 变 率 称 为 放射 性 活 度 。 但 是 由 于 放 射 性 核 素 种 类 较 多 ， 且 每 种 核 素 都 有自 己 独 特 的 衰 变 方 式 ， 因 此 迄 今 没 有 一 种 能 测 量 所 有 放 射 性核 素 活 度 的 通 用 方 法 ， 每 一 种 活 度 测 量 方 法 通 常 只 适 用 于 一定 的 衰 变 方 式 和 活 度 范 围 的 放 射 性 核 素 。 表 1中 列 出 了 几 种常 用 的 放 射 性 活 度 测 量 的 方 法 。 2 放 射 性 活 度 测 量 的 几 种 方 法表 1 测 量 放 射 性 活 度 的 几 种 方 法 2 放 射 性 活 度 测 量 的 几 种 方 法表 1 测 量 放 射 性 活 度 的 几 种 方 法 3 符 合 法 原 理 和 条 件 符 合 测 量 方 法 是 指 在 一 额 定 时 间 间 隔 内 ， 用 两 个 探 测 器 分 别 记 录 一个 相 关 事 件 中 两 个 脉 冲 信 号 ， 最 后 在 仪 器 输 出 端 产 生 一 个 符 合 脉 冲 信 号的 测 量 方 法 。 相 关 事 件 (符 合 事 件 )是 指 两 个 或 两 个 以 上 同 时 发 生 的 关 联事 件 。 符 合 法 符 合 法 的 基 本 原 理 是 基 于 事 件 之 间 的 概 率 关 系 。 当 对 1个 样 本空 间 N0进 行 两 次 随 机 独 立 抽 样 , 在 分 别 记 录 抽 样 结 果 N 和 N 的 同 时 ， 记录 两 次 抽 样 的 相 同 结 果 Nc, 那 么 , 两 次 独 立 抽 样 的 概 率 分 别 为 : 0)( NNP 0)( NNP 两 次 独 立 抽 样 相 同 事 件 发 生 的 概 率 为 ： 0)( NNP c (1)(2) 3 符 合 法 原 理 和 条 件如 果 两 次 抽 样 完 全 独 立 ， 且 每 次 抽 样 的 随 机 均 匀 性 很 好 ， 则 有 ：)()()( PPP 可 以 推 出 ： cNNNN 0 从 以 上 可 看 出 , 符 合 法 认 识 事 物 必 须 遵 循 3个 基 本 条 件 :1)两 次 抽样 必 须 独 立 ； 2)两 次 抽 样 尽 量 保 证 随 机 均 匀 性 ， 至 少 1次 抽 样 必 须 保 证随 机 均 匀 性 ； 3)要 提 高 认 识 的 可 靠 性 ， 在 保 证 随 机 均 匀 性 的 同 时 尽 量 提 高 两 次 的 抽 样 量 。 (3)(4) 4 符 合 法 在 放 射 性 活 度 测 量 中 的 应 用 在 放 射 性 活 度 测 量 中 ， 一 些 核 素 的 原 子 核 在 衰 变 过 程 中 发 射 射 线后 ， 子 核 处 于 激 发 态 ， 几 乎 同 时 ， 子 核 激 发 态 退 激 发 射 射 线 。 如 果 把发 射 射 线 看 作 事 件 1发 生 ， 把 发 射 射 线 作 事 件 2发 生 ， 把 观 察 到 的 级联 事 件 视 为 事 件 3， 则 可 通 过 观 察 事 件 1、 2、 3来 确 定 核 衰 变 ， 通 过 3事 件之 间 存 在 的 概 率 关 系 ， 便 可 较 为 准 确 地 确 定 待 测 样 品 中 核 衰 变 的 发 生 次数 。 用 数 学 语 言 表 达 ， 就 是 将 测 量 时 间 段 内 的 核 衰 变 看 作 一 个 样 本 空 间， 探 测 器 对 射 线 的 探 测 看 作 1次 抽 样 ， 探 测 器 对 射 线 的 探 测 也 看 作 1次 抽 样 ， 就 可 以 采 用 符 合 方 法 确 定 该 时 间 段 内 的 核 衰 变 数 。 4 符 合 法 在 放 射 性 活 度 测 量 中 的 应 用 在 核 衰 变 过 程 中 ， 一 段 时 间 内 核 衰 变 次 数 为 N0， 设 探 测 系 统 记 录 事件 射 线 、 射 线 的 几 率 分 别 为 P 、 P ,相 应 计 数 分 别 为 N 、 N ， 根 式(3)， 则 同 时 探 测 到 射 线 和 射 线 的 几 率 为 Pc=P P ， 相 应 的 符 合 计 为Nc， 则 有 ： 0NNP 0NNP 0NNP cc 从 而 得 到 ： cN NNN 0 (5)(6)(7)(8) 5 4-符 合 测 量 装 置 对 于 4-符 合 测 量 法 ， 主 要 采 用 的 是 4(PC)-符 合 测 量 装 ，该 测 量 装 置 的 框 图 如 图 1所 示 。 图 1 4-符 合 测 量 装 置 框 图 5 4 - 符 合 测 量 装 置u 工 作 过 程 将 制 备 好 的 VYNS薄 膜 源 放 在 4正 比 计 数 器 中 心 ， 用 4正 比 数器 探 测 射 线 ， 道 信 号 经 过 前 置 放 大 器 和 主 放 大 器 、 单 道 分 析 器 成 形及 门 产 生 器 延 迟 后 送 入 符 合 电 路 ， 且 同 时 被 四 路 计 数 器 记 录 。 信 号 通常 用 上 下 对 称 的 两 个 NaI(TI)探 测 器 进 行 测 量 ， 输 出 的 信 号 经 过 前 置 放 大器 和 主 放 大 器 放 大 、 单 道 分 析 器 成 形 后 与 信 号 进 行 符 合 ， 同 时 被 四 路计 数 器 记 录 。 四 路 计 数 器 分 别 记 录 道 、 道 、 符 合 道 的 计 数 及 测 量 时间 。 所 采 集 的 数 据 可 通 过 四 路 计 数 器 的 通 讯 接 口 与 计 算 机 通 信 来 获 取 并存 入 到 计 算 机 的 相 关 文 件 中 ， 数 据 处 理 可 由 专 门 开 发 的 数 据 处 理 软 件 完成 。 总 结 放 射 性 活 度 是 表 示 放 射 性 核 素 特 征 的 物 理 量 ， 放 射 性 活 度 的 测 量 在电 离 辐 射 计 量 中 也 是 很 重 要 的 一 部 分 ， 从 最 开 始 的 小 立 体 角 法 到 后 来 精确 度 更 高 的 符 合 法 ， 有 许 多 放 射 性 活 度 的 测 量 方 法 产 生 ， 其 中 有 绝 对 测量 ， 也 有 相 对 测 量 ， 这 些 方 法 也 在 不 断 的 改 进 完 善 。 符 合 法 作 为 认 识 事 物 的 基 本 方 法 之 一 ， 其 原 理 是 基 于 事 件 之 间 的 概率 关 系 ， 有 其 条 件 。 符 合 法 测 量 活 度 只 是 符 合 方 法 的 应 用 之 一 。 符 合 法利 用 了 衰 变 中 的 相 关 联 事 件 ， 避 免 了 困 扰 正 比 计 数 器 测 量 衰 变 的 自 吸收 、 膜 吸 收 问 题 ， 因 而 大 大 提 高 了 测 量 的 准 确 度 。 4-符 合 测 量 方 法 的 测 量 结 果 在 一 定 条 件 下 与 效 率 高 低 无 关 ，通 过 一 些 修 正 就 能 得 到 准 确 度 很 高 的 测 量 结 果 。 它 可 以 测 量 绝 大 多 数 - 型 放 射 性 核 素 的 活 度 ， 不 仅 适 用 于 简 单 衰 变 核 素 活 度 测 量 ， 也 适 用 于复 杂 衰 变 核 素 活 度 测 量 。 对 于 直 接 衰 变 到 基 态 的 纯 核 素 以 及 亚 稳 态 核素 ， 由 于 不 具 有 -符 合 关 系 ， 不 能 直 接 应 用 4-符 合 法 测 量 ， 此 时 可 使 用 在 效 率 外 推 法 基 础 上 发 展 起 来 的 效 率 示 踪 法 进 行 测 量 。