关于核领域灵敏度的学习

Posted 2020-08-26 qiangges2017

首先，以前听过某老师提到过探测器的灵敏度，但是这个概念跟其他的概念不同的是，其物理意义可以变，换句话说，这是一个比值定义的量，分子和分母可以是相同的量，也可以是不同的量。对同一个设备或仪器的灵敏度的定义可以有多种。

 

灵敏度定义

首先根据“作业帮”上解释的定义有三个，不过本质是一样的

定义1：仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比.

定义2：计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值.

定义3：系统参数的变化对系统状态的影响程度.

 

伽马谱仪的灵敏度

 首先看行业内的一个产品

其中有些错误，例如功率功耗可能不至于那么高，可能是10W，设备材质显然也不规范，分辨率中Cs-137能量为662，写成了62，这些并不是我们关注的重点，我们关注的是这里的灵敏度，这里的灵敏度使用的是剂量率范围，估计原因是该仪器通常使用的环境车载巡测，通常不是给出周围的源的活度（显然的，周围的放射源如何描述，显然很困难），而是要给出巡测的地域范围内的剂量率分布。所以给出的灵敏度是剂量率范围。

 

接着找文献，发现文献【1】就是提到关于测量灵敏度的研究，而且的确还是谱仪，有能量刻度，能量分辨率刻度，还进行了闪烁光子的模拟神马的，用的还是GEANT4，一看就是很不错啊，不过查找了整篇文章，就是压根没有说他这个灵敏度是怎么算出来的或者定义是什么。作为博士论文不该如此啊，怕怕。别骂我。举个例子文中的图

 

 

再看文献【6】，给出的了电荷灵敏度的定义，定义与下文的Si-PIN型的X射线探测器的灵敏度一样，但是加上电荷之后，好像就没考虑面积，其实X射线探测器就是谱仪类型，只不过人家更接*与*面而已，两者同一个定义无可厚非。还有就是文献【6】给出了使用示波器、脉冲X射线和LiF剂量片测量灵敏度的实验方法，可以借鉴。同样的情景可以参考【11】【13】，给出的单位都是C/MeV。但是文献【14】给出的相对灵敏度概念，指的仅仅是探测效率。

 

活度计的灵敏度 

当然准确的说法应该是按照文献【2】，是“活度计对核素X的灵敏度”，具体定义为每居里的核素 X 在活度计中产生的电离电流与 每居里的Co-60源在同一活度计中产生的电离电流之比。文中说明了如何通过实验测量，以及在实验的基础上使用经验尝试的方式给出了灵敏度曲线，图为

可以看出低能区域有峰值和谷值，

 

剂量率仪表的灵敏度

 参考文献【3】，剂量率仪表的灵敏度定义为计数率与辐射场剂量率的比值。文章没给灵敏度曲线图。

 

Si-PIN型X射线探测器灵敏度

参考【4】，其灵敏度定义为收集的电荷数与单位面积的入射能量的比值。曲线有

门式监测仪的灵敏度 

参考【5】

1、口袋类型的仪器

对伽马辐射的灵敏度：

引文原文：Where the dose rate exceeds the investigation level of 1 µSv/h for a period of 2 s or more, an alarm shall be activated with a probability greater than 99 %. For background dose rates up to 0,2 µSv/h, the false-alarm rate shall be less on average than 2 in a 12 h period.

翻译过来就是：当剂量率超过1μSv/ h的调查水*2秒或更长时间时，应发出报警的概率大于99％。而对于从本底剂量率到0.2μSv/ h范围，误报（率）在12小时内*均少于2次。

可见主要的数字是1u,2s,99%,0.2u,2,12h

 

对中子辐射的灵敏度：

If the instrument provides neutron detection capability, the detector shall alarm when exposed to a neutron flux emitted from a 252 Cf source of 0,01 µg (approximately 20 000 n/s) for a duration of 10 s, at 0,25 m distance, when the gamma radiation is shielded to less than 1 %. The probability of detecting this alarm condition shall be 50 %. The false-alarm rate shall be less on average than 6 in a 1 h period.

如果仪器提供中子探测能力，探测器在暴露于中子通量为如下情况应报警——一个0.01μg的252 Cf源（约20000n / s）持续10秒，0.25μm距离；当伽马辐射被屏蔽到小于1％时。 探测到报警条件的概率应为50％。假警报率在1小时内*均小于6次。

关键数字：0.01u,10s,0.25m,1%,50%,6,1h

2、手持式仪器

伽马：0.4u,3s,90%,0.2u,6,1h

中子：0.01u,10s,0.25m,1%,50%,6,1h

 

3、固定安装的仪器

伽马：0.3u,1s,99%,0.2u,1,1000次

中子：0.01u,5s,2m,1%,99%,*,*

4、核素识别仪

伽马：0.4u,3s,90%,0.2u,6,1h

中子：0.01u,10s,0.25m,1%,50%,6,1h

 

伽马射线密度测试系统的灵敏度

参考【7】，用的是NaI闪烁探测器，但是主要根据衰减规律做的测量仪器，所以定义灵敏度为单位密度的改变引起的强队的相对变化量，数学式为

模拟结果图为

 

其他因素对灵敏度的影响还有

 

 核应急用伽马相机的灵敏度

文献【8】【12】明确说了核应急情况下伽马相机剂量率下限值就反映了其灵敏度，当然文章的反映写成了“反应”

 

 

生物芯片扫描仪的灵敏度

参考【9】和【10】，定义为通常指其所能检测到的最低荧光浓度，单位为 fluor/um 

 

 热释光剂量片的灵敏度

参考文献【15】，文章实在是没有明确说其概念，怒。

 

参考

【1】Zhan, Liang. 大亚湾中心探测器模拟与物理灵敏度研究[J]. Chilean Journal of Agricultural Research, 2009, 69(3):340-349.

【2】姚顺和, 汪建清, 李景修,等. 放射性活度计灵敏度曲线测量及应用[J]. 原子能科学技术, 2007, 41(4):480-483.

【3】石会路, 庹先国, 奚大顺,等. 高灵敏度γ剂量率监测仪的设计与研制[J]. 核电子学与探测技术, 2009, 29(2):312-315.

【4】吴和喜, 刘合凡, 刘立坡,等. Si-PIN型X射线探测器灵敏度的MC模拟[J]. 核电子学与探测技术, 2015(7):741-744.

【5】ISO 22188

【6】张惠宽, 李国福, 张石状,等. CeF3闪烁探测器对X射线的电荷灵敏度标定[J]. 辐射防护, 2004, 24(6):399-402.

【7】李正*, 吴瑞生, 阴泽杰,等. γ射线泥浆密度测试系统响应特性与灵敏度的MonteCarlo计算[J]. 核电子学与探测技术, 2006, 26(4):425-428.

【8】宋凤军, 雷家荣, 曹文,等. 一种核应急用γ相机的灵敏度测量和分析[J]. 核电子学与探测技术, 2012, 32(3):333-336.

【9】汪洁, 王立强, 石岩,等. DNA分析仪的灵敏度分析[J]. 光子学报, 2008, 37(3):543-546.

【10】王立强, 陆祖康. 生物芯片扫描仪的探测灵敏度[J]. 光电工程, 2005, 32(3):47-50.

【11】韩和同, 王群书, 夏良斌,等. 相对永久密封真空康普顿探测器伽马灵敏度研究[J]. 西安交通大学学报, 2009, 43(3):70-73.

【12】宋凤军. 远距离高灵敏度γ照相关键技术研究[D]. 中国工程物理研究院, 2012.

【13】谭新建, 欧阳晓*, 李刚,等. 高能伽马探测器灵敏度测量[C]// 中国核学会2009年学术年会. 2009.

【14】牛胜利, 朱金辉, 张国光,等. 闪烁薄膜中子探测器灵敏度Monte Carlo计算[J]. 清华大学学报自然科学版, 2007, 47(s1):963-966.

【15】戴鸿贵, 郑正. CaSO4:Tm Teflon高灵敏度热释光片的研制及其性能[J]. 核农学通报, 1992(5):241-244.