核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran.doc

1、第一章习题 1，简述核物理常用基本概念1，元素（element）：元素，也叫化学元素，指具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。2，原子（atom）:构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。3，原子核（atomic nucleus）：简称“核” ，位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。4，核素（nuclide）：指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。5，核子(nucleon)：质子、反质子、中子和反中子的总称，是组成原子核的粒子。6，原子序数（ atomic number ）: 是指元素在周期表中的序号，用 Z 表示。7，质量数（mass

2、number ）：是原子内质子和中子数之和，用 A 表示。8，中子数（neutron number）：特指原子核内的中子个数，用 N 表示。9，核素表示： ，简写为 ：NAZXXA10，同重元素（isobar）：质量数相同而中子数和质子数不同的元素。11，同位素（isotope）：原子序数相同而中子数不同的核素。12，同中异位素（isotone）:中子数相同而质子数不同的核素。13，同质异能素（isomer）:处于较长寿命的激发态的核素。14，原子量（atomic weight）：某种原子的质量与碳-12 原子质量的 1/12 的比值称为该原子的原子量，又称相对原子质量。15，分子量（mole

3、cular weight）：组成分子的所有原子的原子量的总和。16，同位素丰度（isotope abundance）：自然界中存在的某一元素的各种同位素占所有同位素的相对含量(以原子物质的量百分计 )。17，用丰度计算元素：原子量设元素的原子量为 A，各同位素的原子量为 ，各元素的自然界丰度为 ，则有=18，阿伏伽德罗常数：12g 12C 所包含的 C 原子个数，用 Na 表示。Na 6.022 x 102319，核素图（Chart of the Nuclides）：用 原 子 序 数 作 横 座 标 ， 原 子 核 中 的 中 子 数 作 纵 座 标 ，制 作 的 一 张 图 表 。2，真空

4、中，1ps 光能走多远？解：真空中光速为： m/s，8103cs10p2光走的距离 d= m=0.3mm43，假设 B 有两种同位素 10B 和 11B，丰度如右表，设 B 的原子量为 10.811，求5mg B 中， 10B 和 11B 的原子个数分别为多少？解：设 B，10B，11B 的质量分别为 m，m1 ，m2 ，原子量分别为 A，A1，A2，物质的量分别为 n，n1，n2，则有 nAnAm11221所以 0.465molg/ol8.05n从表中读得 10B 和 11B 的丰度分别为 19.9%和 80.1%，则二者的个数分别为个19-12310 04.5ol0 .2l19.%9. N

5、aB个2-6045o8n4，在以下这些核素中有多少质子数和中子数(a) 10B. (b) 24Na, (c) 59Co, (d) 208Pb, (e) 235U , (f)241Am核素 中子数 质子数 核素 中子数 质子数10B 5 5 208Pb 126 8224Na 13 11 235U 143 9260Co 33 27 241Am 146 955，估算在 2kg 水中有多少个 D2O 分子？（H ，O 的原子量分别为1.0079，15.999， 1H， 2H(D)的丰度分别为 99.985%，0.015%，此处 3H 丰度过低忽略不计，H2O 的分子量 18.0148）解：H，O 的原

6、子量分别为 1.0079，15.999， 1H， 2H(D)的丰度分别为 99.985%，0.015%，此处 3H 丰度过低忽略不计， H2O 的分子量 18.0148，水中总的分子数为个251069.1ol18.04g/mk22 NaNOH个225103.%05.52 D第二章 射线与物质相互作用习题1，4MeV 的 粒子和 1MeV 的质子，它们在同一物质中的能量损失率和射程是否相同？为什么？答：由于重带电粒子在物质中的能量损失率与入射粒子的速度有关，与入射粒子质量无关，与入射粒子的电荷数的平方成正比，因此 4MeV 的 粒子和 1MeV 的质子在同一种物质中的能量损失率不同，但其射程相同

7、。2，如果已知质子在某一物质中的射程、能量关系曲线，能否从这曲线求得某一能量的 d，t 在同一物质中的射程？答：能，带电粒子的能量损失率与（1/v 2）有关而与粒子质量无关，设 d，t 的能量为 E，设质子的质量为 m，对于 d 核有 E=(1/2)2mv2，v 2=E/m，则再次速度下的质子的能量为 E=(1/2)mv2=E/2,所以在质子的能量射程关系曲线上找到 E/2 所对应的射程即为具有能量 E的 d 核所具有的射程；同样道理可计算 t 核的射程为 E/3 位置处所对应的射程。3，10MeV 的氘核与 10MeV 的电子穿过薄铅片时，它们的辐射损失率之比是多少？ 质子质量：938MeV

8、，中子质量： 939MeV，氘核质量约：1877MeV，电子质量： 0.511MeV解：10MeV 的氘核质量为 1887MeV，10MeV 的电子质量为 10.511MeV辐射损失率与(1/m 2)成正比，因此二者的能量损失率之比为氘核/电子=3.102*10 -54，一能量为 2.04MeV 准直光子束，穿过薄铅片，在 20 度方向测量次级电子，问在该方向发射的康普顿散射光子和康普顿反冲电子的能量分别是多少？ )cos1()(20hcmEe)(20tgtg解： 时， ， 得MeVh4.eVcm51.0265.7504.2tg反冲电子能量： MeVhcmEe326.1)cos1()(20当

9、时 ehce3958.0)cos1()(20MeVMeVEeh 64.1.4. 5，某一能量的 射线的线性吸收系数为 0.6cm-1，它的质量吸收系数和原子的吸收截面是多少？这 射线的能量是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多少厚度的铅容器才能使容器外的 强度减为源强的千分之一？解：铅的原子序数：82，原子量：A=207.2g.mol -1，密度：=11.34g.cm 3，Na=6.0221023mol -1，设铅的厚度为 t，线性吸收系数为 ，质量厚度为 tm，质量吸收系数为 m，由 射线的吸收公式有： expexp00 mtItI有 ，又 ，所以有mttgccg/0529.3416/31

10、从铅吸收系数射线能量图中可以看到，对应吸收系数的射线能量在 1MeV 左右或者在10MeV 左右，由 可以得到N 2312331 08.0.64.70 cmmolcmggNaAan 又281b则 bmcc 2.1801082.10. 28242323 按照防护要求，则有exp1/00tIIcmt 51.)ln(3)ln(所以要对此射线做屏蔽的话需要 11.51cm 厚的铅板。6，gama 射线与物质主要有哪几种相互作用类型？其主要机制是什么？答：康普顿效应： 射线与接近静止的电子发生碰撞散射，光子将一部分能量传递给电子，使光子的传播方向发生偏移，电子会获得一部分动能。电子对效应： 射线在接近原

11、子核时，受到核力的作用而变成一对正负电子对，光子本身消失，全部能量转化为电子的静止能量和动能。光电效应： 射线与核外电子发生相互作用，使电子脱离原子核的束缚而变成自由电子，光子的全部能量转化为电子的结合能和动能。7，在相同的能量下，带电离子， 射线和 射线三种粒子中，射程长短的排序？答：d 带电离子d 射线d 射线第三章 放射性测量中的统计学1，若某时间内的真计数值为 100 个计数，求得到计数为 104 个的概率，并求出计数值落在90-104 范围内的概率。解：高斯分布公式 22 )()(11)( mnmneenP102m22 )104()()4( mmneeP将数据化为标准正态分布变量 1

12、09)(x4.14查表 x=1， ，x=0.4，3)(x154.0)(x计数值落在 90-104 范围内的概率为 0.49672，本底计数率是 50020min-1，样品计数率是 75020min-1，求净计数率及误差。解： tn本底测量的时间为： min2502bn样品测量时间为： 372st样品净计数率为： 1min20570bstn净计数率误差为： 164bsbs此测量的净计数率为： 1min6203，测样品 8min 得平均计数率 25min-1，测本底 4min 得平均计数率 18min-1，求样品净计数率及误差。解： 1min7825bstn14bs测量结果： 1min87请同学们

13、注意：，在核物理的测量中误差比测量结果还大的情况时有发生。4，对样品测量 7 次，每次测 5min，计数值如下：209,217,248,235,224,233 。求平均计数率及误差。5，某放射性测量中，测得样品计数率约 1000min-1，本底计数率约 250min-1，若要求测量误差1%，测量样品和本底的时间各取多少？6，在同一条件下对一个放射源测得的两次计数是 4012 和 4167，问显著度 为 0.05 的水平，计数的差异是否正常？7，测得的一组数据：1010,1018,1002,950,1060，试检验这组数据是否正常？8，为了探测 粒子，有两种计数器可供选择，一种计数器的本底为 7

14、min-1，效率为0.02，另一种的本地为 3min-1，效率为 0.016。对于低水平测量工作，应选用哪一种更好些？9，试判断下列一组测量值中，有无需要舍弃的数据：1.52，1.46，1.61，1.54，1.55，1.49，1.68，1.46，1.50，1.83第四五六章习题1， 简述气体探测器基本原理。2，简述闪烁探测器基本原理。3，简述半导体探测器基本原理。4，图示为气体探测器电压电流曲线划分的五个区域及其主要成因。5，简述 GM 计数器主要优点。6，简述 NaI 探测器主要优点。7，简述 BGO 探测器主要优点。8，简述高纯锗探测器的主要优缺点。9，简述如何利用多道分析器测量能谱。答：

15、射线进入到探测器灵敏体积后，与探测器的探测介质发生各种不同的相互作用而损失能量。这种能量会在不同探测器的不同机制作用下转化为电脉冲信号，并且电脉冲信号的脉冲幅度与射线的能量呈特定的函数关系。多道分析器将不同的电压值的事件存储到不同的道址对应的存储器上，这样道址就与射线能量有了特定的函数关系，对道指进行能量刻度后，绘制道指-计数曲线即为相应能谱。10，能量分辨率定义。11，本征探测效率定义。12，简述能量刻度方法。13，探测器分辨时间定义。14，简述探测器分辨时间测量方法。答：双源法15，请说明右图中各个峰的名称及其成因， 。16，图示为电离室脉冲图，问电子脉冲宽度大约是离子脉冲宽度的多少倍？原因是什么？答：脉冲的变化率取决于漂移速率。电子的漂移速度约比正离子大三个数量级，这就决定了脉冲电离室最终的脉冲时间由离子决定，而脉冲前沿主要由电子贡献，脉冲后沿主要由离子贡献。17，一个电离室的平均电离能为 30eV，用其测量 10MeV 的 粒子能量。如果每 1000 对电子离子对能够形成 1V 的初级电压信号，为了使这个 射线的能量处在 8192 道 1000道位置上，问脉冲放大器的放大倍数为多少？(设 8192 道多道分析器的工作电压为5V10V)