附件11(10252_33_g_10) 代表性实验指导书
目录
放射线测量系列实验....................................................................1
实验一 NaI (Tl) 单道γ谱仪能谱测量...........................................1 实验二 多道γ射线能谱测量实验..................................................5
核磁共振成像技术实验..............................................................11
实验一 核磁共振成像技术系列实验..........................................11 实验二 X线机灯丝逆变电路实验...............................................11 实验三 单相全波整流电路的工作特性......................................13 实验四 倍压整流电路的工作特性..............................................16 实验五 三相全波整流的工作特性..............................................18 实验六 旋转阳极启动与延时保护电路......................................22 实验七 曝光限时电路与限时保护电路......................................24 实验八 X线机示教......................................................................27
医疗器械综合设计......................................................................28
实验一 诊断室设备........................................................................28 实验二 手术室设备........................................................................37 实验三 ICU监护设备......................................................................44
假肢矫形器学实验......................................................................69
实验一 假肢、矫形器套件综合实训............................................69
实验二 假肢膝关节原理、膝关节设计实验................................70 实验三 矫形器原理、设计实验....................................................71
无源医疗器械检测技术实验....................................................73
实验一 一次性注射针刚度检测....................................................73 实验二 一次性注射针滑动性能检测............................................75 实验三 一次性注射器器身密合性检测........................................79 实验四 基于电阻法原理微粒检测................................................81 实验五 基于光阻法原理微粒检测................................................86
有源医疗器械检测技术实验......................................................91
实验一 耐压和电介质强度检测....................................................91 实验二 除颤仪/起博器检测..........................................................93 实验三 心电图机检测....................................................................96 实验四 B超检测............................................................................102 实验五 呼吸机检测......................................................................105 实验六 血压计检测......................................................................108 实验七 电脑输液泵检测..............................................................110 实验八 电气安全性能分析..........................................................112
医用电气安全实验....................................................................115
实验一 医用电气安全检测..........................................................115 实验二 医用漏电流检测..............................................................117 实验三 高频电刀检测..................................................................119 实验四 接地电阻检测..................................................................125
放射线测量系列实验
实验一 NaI (Tl) 单道γ谱仪能谱测量
一、实验目的：
1、 掌握进行一般射线能谱测量的基本原理；
2、掌握NaI (Tl)单晶谱仪的基本结构与工作原理； 3、单道γ能谱测量的过程与基本方法；
4、了解射线与物质发生的不同相互作用及其形成的能谱。
二、预习要求：
复习并理解《核医学仪器》以及《放射测量与防护》中关于γ射线与物质相互作用的基本特性的内容和光电倍增管、线性放大器、单道幅度分析器等仪器基本工作特点的内容，并了解γ能谱仪的工作原理。
三、实验原理：
1、NaI(Tl) 单晶γ谱仪
闪烁体自50年代出现以来，被广泛应用于能谱测量。其谱仪系统框图如图1示。
探头 多道分析器计算机处理系统 * 闪烁体 光电倍增管 主放大器单道分析器计数器 线性率表源 高压电源 示波器
图1闪烁体探测器谱仪系统框图
γ辐射入射到闪烁体，通过光电效应 、康普顿散射和电子对效应产生次级电子，使闪烁体中原子电离和激发而产生荧光，由光电倍增管变成电脉冲信号 ，它的幅度正比于次级电子能量。单能γ射线所产生的光电子能量基本相同，但康普顿电子的能量是连续的，因此相应于单能γ射线，探测器输出脉冲幅度除了光电峰外，还有康普顿连续谱。当γ射线能量较高而闪烁体又不是很大时，相应于电子对效应还有单逃逸峰和双逃逸峰等。
闪烁探测器的作用是将射线信息转换成电信息，具体结构和原理见下节。
线性放大器的作用是将光电倍增管阳极负载上输出的（10~100）mV的电压脉冲放大到足够的幅度，一般为（0.1~10）V,以满足单（多）道脉冲分析器的要求。对线性放大器的要求是：放大倍数可调；上升时间<0.1μs；线性良好。
单道脉冲幅度分析器通过选定其道宽，调节其域值来对不同幅度的脉冲进行计数，多次计数，最后得出一条能谱曲线。多道脉冲幅度分析器相当于多个单道脉冲幅度分析器同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量即可得出一条能谱曲线。应用单（多）道脉冲幅度分析器时最关键的是合适的选择道宽。道宽选择的原则是使实际的谱分布在一个道宽范围内不应当有急剧变化。
自动定标器：对通过单道脉冲幅度分析器分析后的脉冲进行选定时间间隔内的计数。通过对经过幅度分析后的脉冲定标器的计数输出的数据处理，可以得到相应的能谱图。
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线性率表：自动定标器可以对指定时间间隔内的脉冲进行计数，技术精确，但测量速度较慢。线性率表可以表征单位时间内的脉冲计数，通过表头指针的偏转粗略直观的显示脉冲密度；
高压电源：闪烁探测器中的光电倍增管要进行工作，需要有直流高压电源的能量支持。 2、闪烁探测器
闪烁体探测器是利用某些物质在核辐射的作用下会发光的特性来探测核辐射的，这些物质称为荧光物质或闪烁体。光电器件将微弱的闪烁光转变为光电子，光电子经过多次倍增放大后，输出一个电脉冲，这种装置叫做闪烁探测器。
闪烁探测器的主要组成部分有闪烁体、光学收集系统、光电倍增管（或其它光电器件）以及给光电倍增管各电极供电的分压器。它们被封闭在一个不透光的暗盒里，统称为探头，如图2示。
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图2闪烁探测器组成示意图
1—反射层；2—闪烁体；3--硅油；4—光导；5—光电倍增管；6—分压器；
7—高压电源；8—电信号记录仪器；9—暗盒；
闪烁探测器的工作原理为：核辐射进入闪烁体中，使原子（或分子）激发，受激原子在退激过程中发光，光子穿过闪烁体、光导，一部分到达光电倍增管的光阴极，在光阴极上打出光电子，被光电倍增管的第一倍增极收集的光电子经过光电倍增管各倍增极的倍增（或称放大），便产生一个电脉冲信号。这个电脉冲信号的强度与进入的核辐射能量成正比。
(1) 闪烁体
常用的几种闪烁体有：NaI(Tl)晶体、CsI(Tl))晶体、ZnS(Ag)晶体、BGO(Bi4Ge3O12)、CaF2
晶体、玻璃闪烁体、气体闪烁体（以上均为无机闪烁体）、塑料闪烁体、蒽晶体、液体闪烁体（以上均为有机闪烁体）。
闪烁体的特性参量：
发光效率——表示闪烁体将所吸收的核辐射能量转变为光能的性能故又称为能量转换效率常用光能输出来表示。显然，在探测核辐射时，希望闪烁体有较高的发光效率，这不仅能使输出脉冲幅度较大，而且每单位能量产生的光子数较多，统计涨落小，能量分辨率会好一些。
发光光谱——闪烁体受核辐射激发后退激所发射的光并不是单色的，有不同的波长，且不同的波长的光子数也不同。这种光子数随波长的分布，称为闪烁体发光光谱。
发光时间和发光衰减时间——核辐射进入闪烁体到产生出光子的时间称为发光时间。产生的光子数与时间的关系遵循指数衰减规律，函数式为N(t) =N0e-t/τ,其中τ就是发光衰减时间。
光衰减长度——描述光在闪烁体中传输情况的一个量。它表示光子数衰减到1/e时光子
-x/λ
。 在闪烁体中通过的路程，即为式N(x) = N0e中的λ，其倒数称作“平均光衰减系数”
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z 能量响应——表示输出脉冲幅度与入射粒子能量之间的关系。用作能量测量的探测器总希望其能量响应是线性的。但闪烁探测器的能量线性关系不太好，只是在较高能量时才接近线性。
(2) 光学收集系统
反射层——反射层的作用是将闪烁体中向各个方向发射的光子有效的反射到光电倍增管的光阴极上。
光学耦合剂——在闪烁体与光导及光导与光电倍增管光阴极之间的交界面必须加上一层光学耦合剂。它的作用是排除交界面间的空气，减少光子在交界面的全反射，使它有效的传输到光电倍增管的光阴极。
光导——就是在闪烁体与光电倍增管之间所加的导光介质。 (3) 光电倍增管：（其结构如图3示）
图3光电倍增管结构及原理图
光阴极K——能够接受光子并产生光电子;
倍增极D——用作光电子倍增,且制成一定的几何结构使光电子能有效的被收集。 阳极A——用作收集来自最后一个倍增极的二次电子；
聚焦加速极F——作用是使光阴极发射的光电子在到达第一个倍增极过程中，有良好的聚焦性能和高的光电子收集效率和小的度越时间；
特性参量：
光阴极灵敏度Sk——在一定波长下，投射到光阴极上的辐射功率P(w)与所产生的光电子流i的关系,其式为Sk = i/p(mA/W);
光阴极量子效率Qk——一定波长的光照射下，光阴极发射的光电子数与入射光电子数之比；
光谱响应——不同波长的光照射光阴极时量子效率不同，量子效率随波长的关系曲线称作光阴极的光谱响应曲线。
倍增系数——光电倍增管的倍增系数定义为阳极输出电流与阴极光电子流之比。 阳极灵敏度——最后一极倍增极输出的光电子的总功率与阳极输出功率之比。 暗电流——光电倍增管在完全没有光照射的情况下，加上工作电压时，阳极也会有输出电流，这种暗电流是噪声的主要原因；
z 阳极输出电流的线性与饱和——阳极输出电流与入射光强之间在入射光通量较大时存
在着严重的非线性关系；当入射光通量达到一定值时，再增加光通量，阳极输出电流并不增加，即达到饱和状态； 时间特性——光电倍增管的时间特性是基于光电子和二次电子在电极间的运动以及光电发射和二次发射的统计性。
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