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荷電高能核粒度量

第 肆 章. 荷電高能核粒度量. 鍾堅製作 4001. 提 要. ◎ 善用荷電高能核粒與偵檢材料的作用，可以量測荷電核粒輻射的強度、能量與種 類。需要核儀電路操作的偵檢器用以度量荷電核粒者概分為固態、液態、氣態三 種，離線操作的荷電核粒偵檢器多為固態及液態。 ◎ 度量荷電核粒主要是量測其種類、強度、速度、方向及被擋下的能量。這些訊 息，有助於分析評估輻射場的源項及衍生的劑量。 ◎ 量測荷電核粒的核儀有游離腔計數器、比例計數器、蓋革計數器、閃爍氣體計數 器、半導體偵檢器、閃爍體計數器、透明體偵檢器、閃爍液計數器及透明液偵檢

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荷電高能核粒度量

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Presentation Transcript

  1. 第 肆 章 荷電高能核粒度量 鍾堅製作4001

  2. 提 要 ◎ 善用荷電高能核粒與偵檢材料的作用，可以量測荷電核粒輻射的強度、能量與種 類。需要核儀電路操作的偵檢器用以度量荷電核粒者概分為固態、液態、氣態三 種，離線操作的荷電核粒偵檢器多為固態及液態。 ◎ 度量荷電核粒主要是量測其種類、強度、速度、方向及被擋下的能量。這些訊 息，有助於分析評估輻射場的源項及衍生的劑量。 ◎ 量測荷電核粒的核儀有游離腔計數器、比例計數器、蓋革計數器、閃爍氣體計數 器、半導體偵檢器、閃爍體計數器、透明體偵檢器、閃爍液計數器及透明液偵檢 器。 ◎ 量測荷電核粒的離線裝備，有熱發光劑量計、感光底片、蝕刻片及生物劑量計。 ◎ 除了特定的荷電核粒如高空飛行遭遇的宇宙射線或粒子加速器打出的荷電高能核 粒，日常生活面對的放射性衰變阿伐粒子與貝他射線及電子，才是度量荷電核粒的 主流。 ◎ 能譜儀是當前度量荷電核粒的利器，均以半導體偵檢器聯接核儀電路行精準度量。 鍾堅製作4002

  3. 第 4-1 節 量測荷電核粒偵檢器 荷電高能核粒在偵檢材料內的射程 鍾堅製作4101

  4. 圓柱型 球型

  5. 充氣式偵檢器的簡圖 陽極 陰極 R 輸出電壓 + V 高電壓 有效電容 _ 偵檢器的

  6. 充氣式平板計數器工作電壓與收集游離輻射衍生電子的關係圖充氣式平板計數器工作電壓與收集游離輻射衍生電子的關係圖 鍾堅製作4102

  7. 不同形狀的充氣式計數器：(a)圓筒狀與(b)球狀(作者自繪)不同形狀的充氣式計數器：(a)圓筒狀與(b)球狀(作者自繪) 鍾堅製作4103

  8. 聯接核儀電路的氣態計數器型類

  9. 聯接核儀電路的氣態計數器型類

  10. 圓柱型 球型

  11. 比例計數器鑑別各類荷電核粒的操作特性(作者自繪)比例計數器鑑別各類荷電核粒的操作特性(作者自繪)

  12. 通氣式比例計數器的佈局(作者自繪)

  13. 游離腔工作示意圖 陰極 - + 光子 電流放大器 + 二次電子 - + 腔體內產生正副離子對 - - + + - - - + 離子對 + 腔壁 陽極

  14. 高壓游離腔(HPIC)

  15. 充氣式偵檢器--比例計數器 • 電壓高於游離腔 • 一般使用 P-10氣體(Ar 90%, CH4 10%) • 有固定式與攜帶型 • 可鑑別輻射能量

  16. 比例計數器工作示意圖 - 陰極 一次離子 + + 二次電子 脈波 計數器 光子 - 電子加速撞 擊氣體分子 產生更多正 負離子對 - + + - - 二次離子 + 高壓 - - + + 腔壁 陽極

  17. 比例計數器

  18. 充氣式偵檢器--蓋革計數器(G-M) • 最普遍的輻射偵檢器構造簡單價格便宜 • 薄窗型GM tubes可同時量測高能beta粒子與gamma射線 • 在高輻射場GM tubes可能會發生飽和，使用時需注意

  19. 蓋革計數器工作示意圖

  20. 蓋革計數器的無感時間、分解時間及恢復時間之相互關係蓋革計數器的無感時間、分解時間及恢復時間之相互關係 Triger Level

  21. 充氣式偵檢器特性比較

  22. 蓋革計數器的飽和效應

  23. 蓋革計數器 GM tube GM　計數器

  24. M:放大倍數 δ:二次游離機率 p.168

  25. 半導體偵檢器操作原理(a)游離作用(b) n-型(c) p-型(d) p-n型(e)逆向偏壓加壓

  26. HPGe Detector

  27. 半導體偵檢器操作原理(f)度量輻射 鍾堅製作4109

  28. 空乏區電場 對矽約2000 V/m 半導體 電子電洞的移動率

  29. 半導體偵檢器可偵測荷電核粒的最大動能

  30. 輻射度量半導體偵檢器特性

  31. 固態有機閃爍體受荷電核粒撞擊受激產生閃爍光(作者自繪)固態有機閃爍體受荷電核粒撞擊受激產生閃爍光(作者自繪) 鍾堅製作4112

  32. 無機閃爍體 • 閃爍機制取決於結晶格子的能態 • 常見的有碘化鈉(鉈)【(NaI(Tl)】，碘化鋰6LiI(Eu)】。

  33. 閃爍偵檢器 無機閃爍體： 1. NaI(Tl): NaI的結晶中含Tl不純物作為活化中心；易製作 ，密度大，原子序Z高；但極易潮解。 2.BGO(Bismuth Germanate, Bi4Ge3O12 ):g射線吸收效率高， Z較NaI(Tl)高，不潮解，晶體小而效率高。

  34. 固體閃爍偵檢器

  35. 閃爍偵檢器 有機閃爍體： 液態閃爍體:由溶劑及溶質所組成。溶劑之主要功能在於溶解閃爍物質及待測物質，如酒精、酯類。溶質之主要功能則在於吸收溶劑移轉的能量，並放出低能量的螢光。

  36. 光電倍增管 Photomulti-plier Tubes

  37. 閃爍偵檢器光電倍增管基座

  38. 液體閃爍偵檢器 • 適合偵測微量放射性物質 • 尤其是純beta發射體(14C,氚等) • 對α發射體效率接近100﹪

  39. 聯接核儀電路的液態偵檢器型類

  40. Cerenkov radiation n: 折射率 徑跡深度

  41. 熱發光劑量計 熱發光劑量計對各種游離輻射都有反應 透過佩章盒濾片設計可鑑別輻射種類及能量 藉不同的輻射及能量對不同材料的濾器有不同的穿透能力加以區分。 可評估深部、淺部及眼球等效劑量 利用不同材質之TLD組合，可量測中子劑量，如6LiF和6Li210B4O7等.6Li(n, α)3H

  42. 熱發光材質曝露於游離輻射(a)常溫激發(作者自繪)熱發光材質曝露於游離輻射(a)常溫激發(作者自繪) 鍾堅製作4114

  43. 熱發光材質曝露於游離輻射(b)高溫發光機制(作者自繪)熱發光材質曝露於游離輻射(b)高溫發光機制(作者自繪)

  44. 常見的熱發光劑量計 常用的熱發光劑量計有LiF:Mg,Ti、CaF2:Mn、CaSO4:Dy、Li2B4O7:Mn等材料. 其中Mg、Ti、Mn、Dy等元素，為活化劑(activator)，其目的在產生介穩態能階。 不同材料的TLD有不 同的特性，其中以 LiF最適合用於人員劑量計

  45. 熱發光能階機轉圖 • 受游離輻射照射時，將價帶的電子激發至傳導帶，以介穩態暫存於晶體內 • 加熱後產生可見光

  46. TLD-LiF (TLD-100)的輝光曲線 放光量與加熱溫度的關係稱為TLD的輝光曲線(glow curve) 不同的TLD材料有不同的輝光曲線

  47. 熱發光劑量計的構造 佩章內部組成 佩章外觀

  48. HARSHAW 6600 TLD 及計讀儀

  49. 個人佩章型輻射劑量計 熱發光劑量計(TLD) 電子式人員劑量警報計(DMC2000) 指環佩章 尺寸：1公分(半徑) 尺寸：8.5X 4.8公分 尺寸：7X 3公分

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