【正文】 (2)俄歇效應受激原子退激時，激發(fā)能直接轉(zhuǎn)移給自身的內(nèi)層 電子，使電子脫出，即發(fā)射俄歇電子。 電離碰撞中受激的原子，以三種可能的方式退激； (1)輻射光子 受激原子從激發(fā)態(tài)退回基態(tài)時，發(fā)射波長為近紫 外光的光子。入射粒子損失于氣體內(nèi)的能量 E分為三個部分； a．消 耗于電離，產(chǎn)生 N。同樣， 比電離也相應地有初比電離、次比電離和總比電離。初電離和次電離的總和稱為總電離 “”。所產(chǎn)生的離子對 數(shù)目稱為初次電離。 1． )氣體的電離與激發(fā)過程 T射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生的電子和離子通過氣體時，和氣體原子的 軌道電子發(fā)生庫侖作用，本身會損失部分能量，而使氣體原子電離或 激發(fā)。 3． 2． 1氣體探測器 1氣體探測器的工作原理 氣體探測器能 實現(xiàn) T射線的探測并不單是對因為 T射線與物質(zhì)作 用產(chǎn)生的電子直接進行采集而獲得電信號的。電離室和 G— M管計數(shù)器屬于氣體探測 器類。對于低能 T射線和原子序數(shù)高的介質(zhì)以光電效 應為主；中等能量和較低原子序數(shù)介質(zhì)以康普頓效應為主；而高能 T 射線和較高的原子序數(shù)介質(zhì)則以電子對效應為主” 。 T射線和物質(zhì)相互作用的上述三種主要過程，它們發(fā)生的幾率， 隨著入射光子的能量、物質(zhì)原子序數(shù)而變化，圖 3． 4給出了這種依賴 關系。所以 2hv’ =2ntoC2． hv’ =O． 5iMeV t3— 產(chǎn)生的湮沒光子又有可能與介質(zhì)發(fā)生光電效應獲康普頓效應。根據(jù)能量守恒 19 哈爾濱工程大學碩士學位論文 原理。由動量守恒關系可得到：電子和正電子幾乎都是沿 著入射光子方向前傾的角度發(fā)射的，入射光子的能量越大，正、負電 子的發(fā)射方向越前傾，即他們與入射光子方向的夾角變得越小。 (3— 8) 由于電子和正電子之間的能量分配是任意的，因此每一個粒子動能可 從 0到 hv一 2m。 i如 ++Ee (37) 式中：魔卜一『 F電子的動能 如一一負電子的動能。電子對產(chǎn)生過程示意圖如圖 3． 3 hv e 圖 3． 3電子對產(chǎn)生過程示意圖 在電子對產(chǎn)生時，入射光子能 量一部分轉(zhuǎn)化為兩個電子的靜止能 量，其余部分轉(zhuǎn)化為正、負電子的動能。 T射線能量在 0． 55MeV范圍內(nèi)， T射線與物質(zhì)發(fā)生作用時，康普 頓效應是主要作用過程。由于康普頓效應而產(chǎn)生的射線強度 的減弱，其減弱系數(shù) 0 C正比于吸收介質(zhì)的 Z／ A。 當 0=180。蒜南 當 0=O。由 能 量和動量守恒定律，可根據(jù)入射光子的能量和動能求得反沖電子以 及散射光子的能量和動量。因此，可以把外層電子近似看作“自由電子”。入射光子能量則變成 hv’并朝著與入射角方向成 0角方向散射，這一過程最早為康普頓發(fā)現(xiàn)，所以稱為康普頓效應。 ) t3 由此可見：光電效應只是在 T射線能量較低，介質(zhì)原子序數(shù)較高時， 才能有較大的幾率。 如果吸收介質(zhì)原子序數(shù)為 Z， T射線的能量為 hv，則由于光電效 應而使射線強度減弱，其減弱系數(shù)為 t，則 T。從觀點子角分布研究中觀察到：當光 子能量不大時，光電子發(fā)射方向差不多和入射光予方向相垂直；而在 光子能量較大時，則光電子發(fā)射方向逐漸趨于入射方向。 e 圖 3． 1光電效應示意圖 16 哈爾濱工程大學碩十學位論文 在 發(fā)生光電效應時，入射光子能量的一部分用于克服電子的結合 能，其余部分轉(zhuǎn)化為電子的動能。這個過程叫做 光電效應““。 3． 1． 1光電相應 光電效應是當一個 T光子與物質(zhì)中的一個束縛電子作用時，它可 能將全部能量交給電子，而光子本身被吸收。當 T射線的能量 在30MeV以下時，在所有相互作用方式中，最主要的三種是 1．光電相 應2．康普頓效應 3．電子對 效應。 哈爾濱工程大學碩士學位論文 第 3章環(huán)境 T輻射場的測量方法 3． 1 Y射線的探測原理 T射線的探測都是通過 T射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生電子然后才能產(chǎn) 生電信號被儀器識別。 2．環(huán)境 T射線的總體強度不大。從幾十 key，到兩 三千 key不等。不過，由這些人 工輻射源所致的世界居民的集體有效劑量負擔與天然輻射源所致相比 較，～般都很小，總計不過天然輻射源的 1％婚 3。 Sv) 世界人口 (109 4 10 lO 10 人 ) 年人均當量劑 O． 1 I 20 25 量 (uSv) 占天然輻射源 平均暴露量的百 0． 005 O． 05 1 1 分數(shù) (％ ) 此外，就從事核動力生產(chǎn)的職業(yè)人員接受的人工輻射的年有效劑 量，大概與來自天然輻射源照射的平均值處于同一數(shù)量級。表 2． 6給出了按現(xiàn)有的技術水 平，核電生產(chǎn)持續(xù)到 2500年時由核燃料循環(huán)所致的年集體有效劑量和 人均有效劑量的預計值。 據(jù)粗略估計，在目前，核燃料循環(huán)運行時，放 射性排出物 (不包 括廢物處理 )對附近居民造成的集體有效劑量負擔為 5． 7人 雖然，核動力生產(chǎn)中產(chǎn)生的所有人工放射性核素幾乎都存留在受 照過的核燃料中，但是上述循環(huán)的每一環(huán)節(jié)都會有少量放射性物質(zhì)被 釋放到環(huán)境中。 用核反應堆生產(chǎn)電能是以核燃料循環(huán)為先決條件的。就核爆炸引起的人均年劑量而言， 1963年最大，相當于天然本底輻射源所致平均年劑量的 7％， 1966年 則下降為 2％左右，目前則低于 1％。1980年底以前進行的大氣層核爆炸造成 的集體有效劑量負擔總計為 3水 107人落下灰對居民的照射水平， 因居住地所處的緯度而異，一般，南半球居民受到的照射量要比北半 球的低。地下核試驗目 前仍在進行，但其造成的環(huán)境污染較小。 可通過吸入而引起內(nèi)照射，當其沉降于植物上或土壤中時，則可通過 外照射和食入引起內(nèi)照射。核爆炸在大氣中形成的人工放射性物質(zhì)最初大多進入大氣層的 上部，然后從大氣層上部緩慢的向大氣層下部轉(zhuǎn)移，最終將落到地面， 稱之為落下灰” 3。表 2． 4列出了各種 x射線診斷檢查所致的有效劑量值。據(jù)統(tǒng) 計，在發(fā)達國家接受 x射線診斷檢查的頻率每年每 1000居民約為 300— 900人次，在發(fā)展中國家接受 x射線診斷檢查的頻率約為發(fā)達國 家的 10％。 醫(yī)療照射來源于 X射線診斷檢查，體內(nèi)引入放射性核素的核醫(yī)學診斷 以及放射性治療過程。 2． 2人工輻射 在當今世界，人類受到的照射的主要人工輻射源是：醫(yī)療照射， 核動力生產(chǎn)和核爆炸。 天然本底照射的特點是它涉及到世界的全部居民，并以比較恒定 的劑量率為人類所接受。 生活在高海拔地區(qū)或高本底地區(qū)的居民會受到較高的外照射劑 哈爾濱工程大學碩十學位論文 量。在我國的廣東陽江部分地區(qū)， 由于土壤中鈾、釷、鐳的含量較高，因此，地表空氣中的吸收劑量率 平均也高達 0． 34肛 Gy在喀拉拉邦沿海岸寬約 55km的地帶，由地表 輻射引起的空氣吸 收劑量率平均達 1． 3兒 Gy 208T1 170 總計數(shù) 650 1340 2020 100． 0 世界上個別地區(qū)，由于地表放射性物質(zhì)的含量較高，因而，這些 地區(qū)的放射性水平明顯地高于正常本底地區(qū)，這些地區(qū)通常稱為高本 底地區(qū)。 210Po 130 232Th系 232Th 3 228Ra— 247。 234U 10 230Th 7 1044 52． 4 226Ra 7 222Rn— 247。在年有效劑量中， 238U系起著重要作用，約 占全部天然本底 照射水平的 52． 4％。在正常本底地區(qū)天然輻射源對成人造成的平均有 效計量約 2mSv，其中內(nèi)照射所致的有效劑量約比外照射高一倍，在引 哈爾濱上程大學碩士學位論文 起的內(nèi)照射的各種輻射源中， 222Rn的壽命子體最為重要，由于他們 造成的有效劑量約為所有內(nèi)照射輻射源貢獻 60％。 另外，除了鈾系、釷系、錒系這三個放射系外還有一些其他的天 然放射性核 素。其它鈾系、釷系等放射性核素放出的 y射 線能量情況也與釷系核素的相似，具體見附錄 A， B， C。 9 哈爾濱工程大學碩士學位論文 釷系核素放出的 Y射線能量及強度情況 60 50 倒 40 孥 30 罌 20 10 0 圖 2． 2釷系核素放出的 Y射線能量及強度 從圖上可見，釷系核素放出的 Y射線強度一般都是比較低”。 8 哈爾濱 T程大學碩士學位論文 圖 2． 1鈾一 235的輻射衰變系列 鈾系、釷系、錒系這三個放射系在衰變的過程中都不同程度的放 出 T射線，這些 T射線的能級比較廣，低的只有三十多 key，而最高 的能達到兩千六百多 key。相反， 鈾一 23鈾一 238及釷一 232衰變系列的放射性核素仍然存在于我們 的生 活環(huán)境中 。鈾一 235的輻射衰變系列可見圖 2． 1。它們在 衰變期間會放出對人體有害的Ⅱ粒子、 B粒子或 y射線。它們因衰變而產(chǎn)生的子體核素亦屬不穩(wěn)定及具有放 射性。這些放射性核素構成了我們 周圍環(huán)境的主要本底輻 射。 5$10 7 32Si 210 40Ar的散射 56}103 8{10 2 32P 1 710 ” Ar的散射 2． 5}104 1． 1}10 33P 248 “ Ar的散射 2． 1$104 6}10— 3 4 35S 167 4。年 ) 值 (pCi／ m3) (keV) 1 6 2 3H 18． 6 4N或“ 0的散裂 8}10 5十 10 7Be EC “ N或” 0的散裂 2． 5}106 0． 5 6 。常見的 宇生核素如表 2． 1。宇宙射線進入地球大氣層后，會與大氣高層的氮、氧等原子核發(fā) 生反應，產(chǎn)生氚、碳～ 14等放射性核素及中子、質(zhì)子、電子、 u介子、 n介子等次級粒子。 2． 1天然輻射 天然輻射源按其起因可分為三類：宇宙射線、宇生核素、原生核 素 2． 1． 1宇宙射線 即來自宇宙空間的高能粒子流，其成份很多，有質(zhì)子、Ⅱ粒子、 其他重粒子、中子、電子、光予、介子等。天然本底照射是迄今為止 人類受到電離輻射照射的主要來源”】。 6 哈爾濱 工程大學碩士學位論文 第 2章環(huán)境 T輻射場的組成及性質(zhì) 我們生活的環(huán)境中的輻射源主要有兩類，即天然輻射源和人工輻 射源。 1． 3本文的主要研究內(nèi)容 本文主要設計應用于環(huán)境 Y射線輻射場的監(jiān)測高氣壓電離室。但其性能太差，不適合于環(huán)境 Y射線 的監(jiān)測。 20％ (0． 1 u sv～ 99． 99mSv)；能量響 應： 177。 但是這樣的環(huán)境 Y譜儀系統(tǒng)并不是直接對我們周圍的環(huán)境本底 Y射線 輻射場進行監(jiān)測的，而是對環(huán)境的土壤，或是其他試樣進行分析的， 這樣監(jiān)測的過程就不是實時的，而且系統(tǒng)也太龐大，并不適合環(huán)境本 底 Y射線輻射場的監(jiān)測，同時也不具各移動性。能量分辨率：≤ 9％、能量線性：≤ 1％ (60KeV～ 2． OMeV)、系統(tǒng)穩(wěn)定性：≤177。如其生產(chǎn)的型號為： H1224FBHl224F環(huán)境 y譜儀系統(tǒng)，其 性能非常強，該系統(tǒng)測量誤差滿足 GB9196《摻工業(yè)廢渣建筑材料產(chǎn)品 放射性物質(zhì)控制》要求，用 y能譜儀法測量，在放射性比活度大于 37Bq／ kg時，總不確定度 177。而真正研究用于環(huán)境本底 Y射線監(jiān)測的探 測器卻幾乎沒有。 1． 2國內(nèi)、外本課題研究動態(tài) 對于核輻射探測器的研究，從核物理發(fā)展的早期就已經(jīng)有了，而 且針對不同的放射源有不同的探測器進行監(jiān)測。再有是現(xiàn)代人們在選購商品房時對 室內(nèi)的輻射情況也非常關 tb。 另外，煤炭的燃燒也會對周圍環(huán)境的 Y輻射造成相當大的影響。而對 Y射線探測可快速直接的反映當?shù)氐姆派湫运?。特別在核電站附近的人們更是談核色變。我們都很了解，核電作為一種潔凈 的能源也有其自身的缺點，核能具有放射性。 這樣，在未來的十幾年，我國將建造一大批的核 電站。為此， 2020年 10月，黨的十五屆五 中全會第一次在黨的文獻中提出適度發(fā)展核電的方針。 1． 1． 3新時期對環(huán)境輻射監(jiān)測的需要 近年來我國國