各类核物理探测器比较 - 副本

《核物理实验方法》作业汇总(期末复习)

《核物理实验方法》作业汇总（期末复习） 2016.5.6汇总谢伟 第一次作业： 1、简述高压倍增器的优缺点及主要用途。 2、画出静电加速器的示意图并简述其工作原理。 第二次作业： 1、画出直线加速器的示意图并说明其工作原理（需查阅相关课外资料） 2、画出回旋加速器的示意图并证明旋转频率与速度无关。 第三次作业 1、带电粒子主要通过哪两种方式在物质中损失能量？ 2、什么是切伦科夫辐射和穿越辐射？ 3、光子通过哪三种方式在物质中损失能量？ 第四次作业 1.什么是气体探测器？气体探测器有哪几个工作模式？请说明每个工作模式的特点。 2.请画出电离室的电荷感应过程示意图。并结合示意图简要说明电离室的工作原理。

3.电离室的优缺点是什么，有哪些应用？ 第五次作业 1.正比计数器的工作原理是什么？正比计数器有哪些性能参数？ 2.正比计数器有哪些应用？请举例说明。 3.以有机管为例，说明G-M计数器的工作原理和猝灭机制。 第六次作业 1、请简述多丝正比室的测量原理 2、漂移室在高能物理上有什么应用？ 第七次作业 1、流光-放电模式是怎么形成的，请简单定性说明。 2、请简述电阻板室的结构和性能。 第八次作业 1、利用能带论解释绝缘体、导体、半导体的区别。 2、什么是P型半导体？什么是N型半导体？什么是PN结？ 3、简述半导体探测器的工作原理。 4、常见的径迹测量半导体有哪几种？

第九次作业 1、画出闪烁探测器的组成示意图并说明其工作原理。从粒子进入闪烁体内损失能量到转变为电信号，可以分成哪几个阶段？ 2、结合教材P235的表6.2.1回答，哪种无机晶体具有最大的光输出？哪种无机晶体具有最短的发光衰减时间？BGO 晶体的发射光谱主峰是多少？ 3、有机闪烁体可以分为哪三大类？每类各有什么优缺点？ 4、光电倍增管由哪几部分构成？并简单说明光电倍增管的工作原理。 第十次作业 1、解释什么是伽马射线的全能峰、康普顿连续谱、逃逸峰？ 2、结合教材P285图6.5.13回答： （1）图中的两个三角形表示什么电路？ （2）图中“符合1”和“符合2”的作用分别是什么？对应什么样的逻辑电路？ （3）简述该图是如何测量多丝正比室的探测效率的？ 3、请写出切伦科夫辐射角公式，并解释如何利用切伦科夫探测器分辨速度不同的粒子？

原子核物理实验方法课后习题(答案)

第一章习题 1. 设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解： 05 1525 (,)!5(0;5)0.0067 0!5 (0;5)0.0337 1!5(0;5)0.0842 2! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为： (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2. 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2 222)(2 2)(2121 )(σπσ πm n m m n e e m n P -- -- = = 1002==σm == =-- --2 2 22)104(2 2)(2121 )104(σπσ πm m m n e e m P 将数据化为标准正态分布变量 110 100 90)90(-=-= x 4.010100 104)104(=-=x 查表x=1，3413.0)(=Φx ，x=，1554.0)(=Φx 计数值落在90-104范围内的概率为

3. 本底计数率是500±20min -1，样品计数率是750±20min -1，求净计数率及误差。 解：t n = σ 本底测量的时间为：min 2520500 2 === b b b n t σ 样品测量时间为：min 35207002 === s s s n t σ 样品净计数率为：1min 200500700-=-=-= b b s s t n t n n 净计数率误差为：1min 640-== +=+= b s b b s s t n t n σσσ 此测量的净计数率为：1min 6200-± 4. 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：1min 71825-=-=-= b b s s t n t n n

原子核物理知识点归纳

原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ，入射粒子相对于靶核 的势能为：r Ze r V 2 0241 )(πε=，在r =R 处， 势垒最高，称为库仑势垒高度。

核物理实验讲义

实验1 核衰变的统计规律 实验目的 1. 了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性。 2. 了解统计误差的意义，掌握计算统计误差的方法。 3. 学习检验测量数据的分布类型的方法。 内容 1. 在相同条件下，对某放射源进行重复测量，画出放射性计数的频率直方图，并与理论分布曲线作比较。 2. 在相同条件下，对本底进行重复测量，画出本底计数的频率分布图，并与理论分布图作比较。 3. 用2χ检验法检验放射性计数的统计分布类型。 原理 在重复的放射性测量中，即使保持完全相同的实验条件（例如放射源的半衰期足够长，在实验时间内可以认为其活度基本上没有变化，源与计数管的相对位置始终保持不变；每次测量时间不变，测量仪器足够精确，不会产生其它的附加误差等等)，每次的测量结果并不完全相同，而是围绕着其平均值上下涨落，有时甚至有很大的差别。这种现象就叫做放射性计数的统计性。放射性计数的这种统计性反映了放射性原子核衰变本身固有的特性，与使用的测量仪器及技术无关。 1. 核衰变的统计规律 放射性原子核衰变的统计分布可以根据数理统计分布的理论来推导。放射性原子核衰变的过程是一个相互独立彼此无关的过程，即每一个原子核的衰变是完全独立的，和别的原子核是否衰变没有关系，而且哪一个原子核先衰变，哪一个原子核后衰变也纯属偶然的，并无一定的次序，因此放射性原子核的衰变可以看成是一种伯努里试验问题。设在t=0时，放射性原子核的总数是0N ，在t 时间内将有一部分核发生了衰变。已知任何一个核在t 时间内衰变的概率为)1(t e p λ--=，不衰变的概率为q=1-p=e t λ-， λ是该放射性原子核的衰变常数。 利用二项式分布可以得到在t 时间内有n 个核发生衰变的概率P(n)为 n N t n t e e n n N N n p -----= 0)()1(! )!(!)(00λλ （1） 在t 时间内，衰变掉的粒子平均数为 )1(00t e N p N m λ--== （2） 其相应的均方根差为 2 10)()1(t me p m pq N λσ-=-== （3）

核物理基础

第一章核物理基础 第一节基本概念 一、原子结构 原子是构成物体的微小单位，其大小为10－10m数量级，原子的中心是带正电的原子核，其大小是原子的万分之一，为10－14m数量级；核的周围是带负电的电子在绕核运动，每个电子所带电荷量为e＝1.60219×10－19C。原子核由不同数目的质子和中子组成，质子带正电荷e，中子不带电，质子和中子统称为核子。 原子序数：任何原子的核外电子数，统称为原子的原子序数。由于原子是电中性，核内质子数必然等于核外电子数，因此原子序数同时表示了核外电子数、核内质子数和核电荷数。 核素：具有确定质子数和中子数的原子总体称为核素。目前已知的核素有2000多种。 元素：具有相同原子序数（质子数）的原子总体称为元素。到目前为止，天然和人工合成的元素有109种，组成元素周期表。 同位素：质子数相同而中子数不同的核素，在元素周期表中处于同一位置，故互称同位素。 原子的符号表示：A Z X，X是元素符号，Z是原子序数，A是原子的质量数（原子量），也是原子核内的核子数。 例：1 1H、2 1 H、3 1 H、226 88 Ra、99 43 Tc 量子力学揭示：核外电子的运动状态由主量子数n，轨道角动量量子数l，轨道方向量子数m l 和自旋量子数m s决定。根据泡利不相容原理，在原子中不能有两个电子处于同一状态，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。在一个原子中具有相同n量子数的电子构成一个壳层，n＝1、2、3、4、5、6、7的各层分别被称为K、L、M、N、O、P、Q层；在一个壳层内，具有相同l量子数的电子构成一个次壳层，l＝0、1、2、3、4、5、6的各次壳层分别用符号s、p、d、f、g、h、i 表示。 二、原子、原子核能级 电子在原子核的库仑场中所具有的势能主要由主量子数n和轨道角动量量子数l决定，并随n、l的增大而升高。 零势能规定：习惯上规定当电子与核相距无穷远时，电子所具有的势能为零。因此，当电子填充核外某一个壳层时，其势能为负值。 基态：电子填充壳层时按照从低能到高能的顺序进行，以保证原子处于最低能量状态。由于内层电子对外层电子具有屏蔽效应，所以实际电子填充壳层时，会出现能级交错，而不是按壳层顺序逐个填充。 结合能：当一个自由电子填充壳层时，会以发射一个光子的形式释放能量，能量的大小等于壳层能级能量的绝对值，这些能量称为相应壳层的结合能。结合能随n、l的增大而减小，对于同一个能级，结合能随原子序数增大而增加。 激发态：当电子获得能量，从低能级跃迁到高能级而使低能级出现空位时，称原子处于激发态。 辐射称为特征辐射：处于激发态的原子很不稳定，高能级的电子会自发跃迁到低能级空位上，从而使原子回到基态。两能级能量的差值一种可能是以电磁辐射的形式发出，这种辐射称为特征辐射，当特征辐射的能量足够高，进入X射线能量范围时，又称为特征X射线；另一种可能是传递给外层电子，使之脱离原子束缚成为自由电子，这种电子称为俄歇电子，它的能量等于相应跃迁的X 射线能量减去该电子的结合能。 K系特征辐射：如果空位出现在K层，L和M及更外层的电子就会跃迁到K层，同时产生K 系特征辐射。类似，有L系特征辐射、M系特征辐射等。

粒子物理和核物理实验方法课程教学大纲

粒子物理与核物理实验方法课程教学大纲 课程基本信息（Course Information） 课程代码 （Course Code） PH067 *学时 （Credit Hours） 3 *学分 （Credits） 48 *课程名称 （Course Name） 粒子物理与核物理实验方法 Methods of Experimental Nuclear and Particle Physics 课程性质 (Course Type) 专业选修课 授课对象 （Audience） 物理学专业、物理学专业（国际班）大学三年级本科生 授课语言 (Language of Instruction) 英文 *开课院系 （School） 物理与天文学院 先修课程 （Prerequisite） 物理学引论，电动力学，量子力学1 授课教师 （Instructor） 课程网址 (Course Webpage) *课程简介（Description） 这是一个粒子与核物理实验的入门级课程，对原子核和粒子物理学中的各种实验方法做了概述。课程的目标是使物理方向的高年级本科生或低年级研究生，从没有专业基础开始进阶到可以开始从事粒子实验方向的研究工作。课程涵盖了原子核与粒子中的基本相互作用过程、粒子束和加速器原理、基本粒子和物质的相互作用、各类常用粒子探测器原理、粒子物理常用的统计方法和数据分析技术。课程的最后将有一系列诺奖级的粒子物理实验的实例，每一个都是标准模型建立过程中的关键实验。本课程将重点培养学生设计实验和估算实验观测量的能力，鼓励学生组成团队，选定一个前沿的研究课题，完成一项实验的概念设计，每一个小组在学期结束时进行答辩。 *课程简介（Description） This is an introductory course which gives an overview of various experimental methods in modern nuclear and particle physics. The goal is to equip senior undergraduate or starting graduate students who have no relevant background with basic knowledge to jump start on the experimental research projects. The course covers basic nuclear and particle interaction processes, particle accelerator, passage of particle in matter and detector technologies, basics of statistics and analysis, as well as example experiments which established the foundation of the standard model. The students are expected to work in groups and develop an experimental proposal at the conceptual stage on selected topics, perform estimates on basic observables, and make a 15‐minutes PPT defense at the end of the semester. 课程教学大纲（Course Syllabus）

核科学基础知识

核科学基础知识 概述 核科学是研究原子核的结构、特性和相互作用的科学。普通物质的质量几乎全部都集中在原子核。了解核物质在常态和极端状态下的表现非常不易。极端状态存在于早期的宇宙中、存在于当今星球的内核，也可在实验室中通过原子核的相互碰撞实现。 核子科学家藉由测量静止时和碰撞状态下核子的性能、形状和衰退来进行研究。他们要解决的问题有：核子为什么停留在核心中？质子与中子有哪些可能的组合方式？当核被挤压的时候什么发生？地球上的核子起源于何外？核子科学家使用以下方法进行理论和实验研究：高能粒子加速器、创新的检测仪器和最前沿的计算设备。 原子 在20 世纪早期，已经有极具说服力的证据表明物质可以由原子理论加以描述，也就是说，物质是由一些种类不多的、我们称为原子的建筑模块组成。这一理论为当时已知的化学反应提供了一致的、统一的解释。然而，这个原子理论无法解释一些神秘现象。1896 年，A.H.Becquerel （贝克勒尔）发现了具有穿透力的放射线。在1897 年，J.J.Thomson （汤姆逊）指出电子带有负电荷，并且来自于普通物质之中。物质要呈电中性，必定在某处有正电荷潜藏。那么正电荷究竟在哪里，被什么携带呢？ 1911 年出现了一次里程碑的突破。当时，Ernest Rutherford （卢瑟福）和他的同事想要通过实验找到一束阿尔法粒子（氦核）的穿过薄的金箔后的散射角度。 原子的模型 在Rutherford 模型中，原子中心的点是原子核。核的大小被扩大以使在图像中可以看到。 Rutherford 实验的预期结果本来是什么？它取决于原子的组织结构。当时流行的Thomson 模型（或称为”葡萄干—布丁”原子）认为带负电荷的电子（葡萄干）与四处填满的、带正电荷的质子（布丁）混合在一起。这个模型能够解释海量物质的电中性，而且能够解释电荷的流动。按照这一模型，一个阿尔法粒子发生散射时，散射角几乎不可能大于零点几度，而绝大部分几乎不会发生散射。

各类探探测器优劣比较

三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室） （闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。 碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。 锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。 硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。

核物理实验报告

闪烁γ能谱测量实验报告 张传奇2012012784 一、实验目的 1. 加深对γ射线和物质相互作用的理解。 2. 掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法。 3. 学会测量分析γ能谱。 4. 学会测定γ谱仪的刻度曲线。 二、实验仪器 FH1901NaI(Tl)闪烁谱仪、SR-28 双踪示波器、137Cs放射源、60Co放射源 三、实验原理 1、γ射线与物质相互作用 γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子对效应。 在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗与光电子脱离原子束缚所需的能量，另一部分就作为光电子的能量，所以，释放出来的光电子能量就是入射光子的能量和该束缚电子所处的电子的壳层的结合能B γ之差，因此 E光电子=Eγ-Bi= Eγ 即光电子的动能近似等于γ射线的能量。值得注意的是，由于必须满足动量守恒定律，自耦电子不能吸收光子能量二成为光电子。光电效应的发生除入射光子和光电子之外，还需一个第三者参加，这个第三者就是发射光电子之后剩余下来的整个原子，它带走一些反冲能量，由于他的参加，动量和能量守恒才能满足。 康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。这是γ光子与物质中“自由”电子（包括束缚甚弱的电子）非弹性散射的过程，根据散射过程中的动量守恒和能量守恒定律可求得散射电子（又称康普顿电子）的动能为： 式中m0c2为电子静止能量，?为γ光子的散射角，v为散射光子频率。 发生康普顿效应时，散射光子可以向各个方向散射。对于不同方向的散射光子，其对应的反冲电子的能量也不同。因而，即使入射γ光子的能量是单一的，反冲电子的能量的确实随散射角连续变化的。 电子对效应时γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑力的作用下，γ光子转化为一个正电子和一个富电子的过程。根据能量守恒定律，只有当入射光子的能量hv大于m0c2，即大于1.02Mev时，才能发生电子对效应，与光电子效应相似，电子对效应除涉及入射光子和电子对意外，必须要有原子核参加。 2、能谱分析 γ射线与闪烁体发生光电效应时，γ射线产生的光电子动能为：

MCNP程序在实验核物理中的应用

MCNP程序在实验核物理中的应用 2008年3月14日星期五 一、蒙特卡罗方法简述 1. 蒙特卡罗方法又称为随机抽样技巧或统计试验方法。半个多世纪以来，由于科学技术的发展和计算机的出现与发展，这种发展作为一种独立的方法被提出来，并首先在核武器的试验与研制中得到了应用。蒙特卡罗方法是一种计算方法，但与一般数值计算方法有很大区别。它是以概率统计理论为基础的一种方法。由于蒙特卡罗方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程，解决一些数值方法难以解决的问题，因而该方法的应用领域日趋广泛。 2.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用是该方法最重要的应用领域之一。由于受物理条件地限制，为了得到所求结果，必须借助于理论计算。蒙特卡罗方法具有逼真地描述真实的物理过程的特点，在一定意义上讲，它可以部分代替物理实验，因而成为解决实验核物理中实际问题的非常有效的工具。 3.蒙特卡罗方法所特有的优点，使得它的应用范围越来越大。它的主要应用范围包括：粒子输运问题、统计物理、典型数学问题、真空技术、激光技术以及医学、生物、探矿等方面。蒙特卡罗方法在粒子输运问题中的应用范围主要包括：实验核物理、反应堆物理、高能物理等方面。 二、蒙特卡罗方法应用软件简介 建立完善的通用蒙特卡罗程序可以避免大量的重复性工作，并且可以在程序的基础上，开展对于蒙特卡罗方法技巧的研究以及对于计算结果的改进和修正的研究，而这些研究成果反过来又可以进一步完善蒙特卡罗程序。 1.通用蒙特卡罗程序通常具有以下特点： 具有灵活的几何处理能力 参数通用化，使用方便 元素和介质材料数据齐全 能量范围广，功能强，输出量灵活全面 含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧 具有较强的绘图功能 2.常用的通用蒙特卡罗程序简介 MORSE程序 较早开发的通用蒙特卡罗程序，可以解决中子、光子、中子－光子的联合输运问题。采用组合几何结构，使用群截面数据，程序中包括了几种重要抽样技巧，如俄国轮盘赌和分裂技巧，指数变换技巧，统计估计技巧和能量偏移抽样等。程序提供用户程序，用户可根据需要编写源分布以及记录程序。一般中子能量可从10-6甚至10-9Mev到20Mev。光子能量可在Kev到Gev数量级范围。电子能量也可在Kev到Gev数量级范围。 是美国橡树岭国家实验室从60年代开始研制的大型、多功能、多群中子-光子偶合输运程序。其全名是：Multigroup Oak Ridge Stochastic Experiment Code. EGS程序 EGS是Electron-Gamma Shower 的缩写，它是一个用蒙特卡罗方法模拟在任意几何中，能量从几个KeV到几个TeV的电子-光子簇射过程的通用程序包。由美国Stanford Linear Accelerator Center提供。EGS于1979年第一次公开发表，提供使用。EGS4是1986年发表的EGS程序的最新版本。

闪烁体、半导体、电离室探测器比较

闪烁体、半导体、电离室三大类探测器比较（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。 碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。 锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对0.511MeVγ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。 laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。液体闪烁体：对脉冲形状甄别的性能极好，主要用于强γ场中测量快中子，也常用于测量低能弱β射线的发射率。测量β辐射和中子大都选用塑料闪烁体，也可采用有机液体闪烁体； 测量α辐射一般用ZnS（Ag）闪烁体；BGO闪烁体适用于测量低能x射线和高能γ射线；NaI(TI)主要用于探测γ射线。检测3H和14C等放射源的低能β辐射的微弱放射性活度，经常使用液体闪烁体。 （半导体）高纯锗探测器：普遍用于γ射线谱仪中。硅探测器对γ射线的探测效率 很低，锗探测器使用时需要在液氮温度下冷却，这是由于他们的原子序数低和禁带宽度很窄

核物理实验讲义

实验名称: Si(Li) X射线谱仪 一、目的: 1.了解Si(Li)谱仪的工作原理和基本技能，初步掌握它的使用方法。 2.对谱仪进行能量刻度，计算谱仪的能量分辨率。 3.学会一种元素的分析方法—荧光分析法。 二、设备: 4.Si(Li)探测器 5.前放，主放，高压电源 6.238Pu激发源 7.Mn，Fe，Co，Cu，Zn等纯金属或氧化物片 8.待分析药品 三、步骤: 用238Pu作激发源 1.分别测(Fe，Co，Zn，Mn，Ni，Cu)特征谱，记下每种元素的Kα峰中心道的道数 和半宽度。要求峰中心道记数误差不大于4% 2.测待分析样品特征谱。记下Kα峰位的道址。 四、报告: 1. 由Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn的k∞峰位道址与能量(由手册中查出)作能量刻度曲 线。 2. 计算各种元素的Kα峰的半宽度(以能量为单位)和能量分辨率，作出能量 E与能量分 辨率的曲线。 3. 根据待分析样品的Kα峰位和能量刻度曲线，确定该元素为何种元素。 实验名称: NaI(Tl) γ单晶闪烁谱仪 一、目的: 1. 了解NaI(Tl)γ单谱的基本结构和单能谱的形状。 2. 用一套标准源对谱仪进行能量刻度，验证分辨率和能量关系。 3. 用相对比较法测未知源的活度。 二、设备: 1.NIM插件箱供电装置。 2.FH~1034A高压，FH1001A线性放大器各一台。 3.FH1001A定标器一台。 4.FJ375 Na(Tl)γ探头一个 5.多道分析器一台 6.标准源一套，待测源一个。

三、步骤: 1选择好工作高压和放大器放大倍数，使137Cs的全能峰位于100道附近(多道分析器的道数选择为256道)。测137Cs的全谱，定时五分钟，并记录下来(参考数:工作高压:4*150伏，放大*4) 2 用137Cs，60Co源对谱仪进行能量刻度:分别记下它们的全能峰道道址和半宽度FWHM 所对应的道数。 3 测未知源的强度:测其能谱和它的一个全能峰的面积:选出与它相应的标准源，测出同 一全能峰的面积:去掉源测本底(注意:测量时要保持能量不变，测量时间，道宽，放大倍数一相同) 注:全能峰下总计数误差<1%。 四、报告: 1. 在半对数坐标纸上画出137Cs的能谱，求出FWHM和能量分辨率。 2. 用标准源做能量刻度曲线。并用最小二乘直线拟合，求出它的直线表达式，并求出 各峰的FWHM的能量值。 3. 鉴别未知源为何种源(说明原因)，标出源活度(注意标准源的生产日期，活度，半衰 期)。 实验名称:金硅面垒α谱仪 一、目的: 1.对谱仪进行能量刻度;计算能量分辨率; 2.确定未知源的α能量; 3.测量239Pu的α能量: 二、设备: 1. FH—445A α探头架 2 .FH—42 3 电荷灵敏前置放大器，主放大器 3. S—30 多道分析器 4. 真空机械泵 5. 241Am和239Pu α源 三、步骤: 1.将241Am α源放入真空室内，抽真空。 2.连好线路，调整谱仪参数。确定探测器的工作电压参考数，前置放大*5主放 大100*0.6

核物理基础知识

核基础知识： 一、电磁辐射（Electromagnetic Radiation） 电磁辐射：带净电荷的粒子被加速时，所发出的辐射称为电磁辐射（又称为电磁波）。 电磁辐射：能量以电磁波形式从辐射源发射到空间的现象。 电磁频谱中射频部分是指：频率约由3千赫(KHZ)至300吉赫(GHZ)的辐射。包括形形色色的电磁辐射，从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。电磁辐射有近区场和远区场之分，它是按一个波长的距离来划分的。近区场的电磁场强度远大于远区场，因此是监测和防护的重点。 电磁污染：分为天然电磁辐射和人为电磁辐射两种。 大自然引起的如雷、电一类的电磁辐射属于天然电磁辐射类，而人为电磁辐射污染则主要包括脉冲放电、工频交变磁场、微波、射频电磁辐射等。 电磁辐射危害人体的机理，电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。 1、热效应：人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。 2、非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损伤。 3、累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前，再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，危及生命。 电磁辐射作用: （1）医学应用：微波理疗活血，治疗肿瘤等 （2）传递信息：通信、广播、电视等 （3）目标探测：雷达、导航、遥感等 （4）感应加热：电磁炉、高频淬火、高频熔炼、高频焊接、高频切割等 （5）介质加热：微波炉、微波干燥机、塑料热合机等 （6）军事应用：电子战、电磁武器等 《电磁辐射防护规定》具体标准如下： 职业照射：在每天8小时工作期间内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）小于0.1W/kg。 公众照射：在一天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。 二、电离辐射（放射性辐射） 电离辐射：一切能引起物质电离的辐射总称。其种类很多，高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，中子，各种粒子束，宇宙射线，等等。不带电粒子有种子以及X射线、γ射线。电离辐射中的γ射线，X射线，本质是能量非常高的电磁波，有很强的致电离能力。而我们通常说的电磁波一般情况下没有致电离能力或致电离能力非常弱。 α射线：是一种带电粒子流，由于带电，它所到之处很容易引起电离。α射线有很强的电离本领，这种性质既可利用。也带来一定破坏处，对人体内组织破坏能力较大。由于其质量较大，穿透能力差，在空气中的射程只有及厘米，只要一张

原子核物理实验方法

第一章放射性测量中的统计学 放射性事件与核事件，例如核衰变、带电粒子在介质中损耗能量 产生电子—离子对、 射线或中子与物质相互作用产生带电粒子等，在一定时间间隔内事件发生的数目和某一事件发生的时刻都是随机的，即具有统计涨落性。因此在实验测量中，一定时间内测到的核事件数目或某种核事件发生的时刻也总是随机的。了解放射性事件随机性方面的知识，一方面可以检验探测器的工作状态是否正常，分析测量值出现的不确定性是出于统计性原因还是仪器本身有其他误差因素，另一方面可对所测得的计数值进行一些合理校正，给定正确的误差范围，这对以后分析掌握辐射探测器的性能，安排实验测量是很有必要的，本章着重讨论在放射性测量中常遇到的一些统计涨落问题。 第一节核衰变数和计数的统计分布 在放射性测量中，即使所有实验条件都是稳定的，如源的放射性活度、源的位置、源与探测器间的距离、探测器的工作电压等都保持不变，在相同时间内对同一对象进行多次测量，每次测到的计数并不完全相同而是围绕某个平均值上下涨落，这种现象称为放射性计数的统计涨落。这种涨落不是由观测者的主观因素（如观测不准确）造成的，也不是由测量条件变化引起的，而是微观粒子运动过程中的一种规律性现象，是放射性原子核衰变的随机性引起的。在放射性核衰变 中， N个原子核在某个时间间隔内衰变的数目n是不确定的，这就引0 起了放射性测量中计数的涨落，它服从统计分布规律。另一方面，原子核衰变发出的粒子能否被探测器所接收并引起计数，也有统计涨落

问题，即探测效率的随机性问题。下面我们根据数理统计的理论分别讨论其规律性。 一、核衰变的统计分布 假定在0t =时刻有0N 个不稳定的原子核，在某一时间t 内将有一部分核发生衰变。先考虑一个原子核的情形。假如在某一短时间间隔 t ?内放射性原子核衰变的概率t P ?与此原子核过去的历史和现在的环 境无关，则t P ?正比于t ?，因此 t P t λ?=? 比例常数λ是该种放射性核素的特征值，因为衰变与不衰变是两种互相排斥的事件，两者概率之和为1，所以该原子核经过t ?未发生衰变的概率是 11t t q P t λ??=-=-? 若将时间t 分为许多很短的时间间隔t ?，则/t t i ?=，那末该原子核经过2t ?未发生衰变的概率为： 2(1)(1)(1)t t t λλλ-?-?=-? 经过t 时间后未发生衰变的概率为： (1)(1)i i t t i λλ-?=- 令i →∞，则0t ?→，我们有： lim[1()]i t i t e i λλ-→∞+-= 所以一个放射性原子核经过t 时间后未发生衰变的概率为t e λ-，那末对于0t =时刻的0N 个原子核，在经过t 时间后未发生衰变的原子核数目为：

核物理专业培养方案

核物理专业培养方案 一、培养目标 本专业培养适应我国核科学建设实际需要，具有系统的、较好的物理学、核物理学基础理论知识和熟练的实验技能，受到良好的科学思维和科学实验的基本训练，对核技术的应用有较全面的了解，适应性强，协作精神好，勇于创新的原子核物理学专门人才。学生毕业后可以继续攻读粒子物理与原子核物理学科、物理学其它学科以及相关应用科学学科的研究生学位；也可以在核物理学及其相关的高技术领域，从事科学研究、技术开发、教学和相关管理工作。 二、业务培养要求 1. 具有较强的获取知识、更新知识和应用知识的能力，良好的表达能力、社交能力和计算机及信息技术应用能力。 2. 在核工程与核技术的科研开发领域，能够综合应用所学理论知识，分析解决实际问题，进行综合实验和工程实践。 3. 比较系统地掌握一门外语，掌握计算机及信息技术应用知识，能够进行中外文文献检索，了解本专业科研方法和发展趋势，掌握科技写作知识。同时能够分析归纳，整理总结，撰写论文，具有通过创造性思维进行创新实验和科技研究开发的能力。 4. 掌握核物理专业的基本科学知识和体系。掌握原子核物理学、核电子学、辐射探测方法、辐射防护、核技术应用等专业基础知识。同时根据专业方向的不同，加强部分专业知识的学习，了解本专业方向的理论前沿、研究动态、应用前景以及相关技术、产业的发展状况。 三、主干学科及主要课程 主干学科：物理学 主要课程：物理学一级学科主干课程：力学、热学、电磁学、光学、原子物理、普通物理实验Ⅰ-Ⅲ、电子线路、电子线路实验、近代物理实验Ⅰ-Ⅱ、理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学Ⅰ、固体物理Ⅰ、高等数学、线性代数、概率统计、应用软件基础、数学物理方法、集成电路应用、传感器原理与应用(含实验)、计算机基础与应用(含实验)、电磁测量技术实验、现代电力电子技术基础、综合信息技术实验、嵌入式系统软件与单片机C语言开发、FPGA和CPLD的HDL设计等。核物理专业主干课程：原子核物理学，核物理实验及实验方法，核电子学，辐射剂量与防护，核技术基础等。 四、专业特色 物理基础宽厚扎实、实验实践技能优秀，在传统核物理专业教学基础上，在核结构、核技术应用以及核医学几个方面展开培养工作，培养出适应性更强、技术更全面、理工兼备的高素质核物理专门化人才。 五、修业年限 一般为4年。 六、学位授予 理学学士。 七、毕业合格标准 1．具有良好的思想道德和身体素质，符合学校规定的德育和体育标准。 2．通过培养方案规定的全部教学环节，达到本专业各环节要求的总学分185学分。其中：理论教学149学分；实践教学环节36学分。

常见探测器总结及区别

红外线探测器的工作原理： 红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。 探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。 红外线探测器这种探测器是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10 μm 左右的红外辐射必须非常敏感。 为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 红外探测器，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正 好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消， 于是探测器无信号输出。 一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 多视场的获得，一是多法线小镜而组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。 另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜-菲涅尔透镜，通过菲涅尔透镜聚焦在红 外传感器上。 这要指出的是红外面的几束光表示有几个视场，并非红外发红外光，视场越多，控制越严密。 红外线探测器的优点: 本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好。价格低廉 红外线探测器的缺点: 容易受各种热源、阳光源干扰。

红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收。 易受射频辐射的干扰。 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 什么是双鉴 简明意义上的双鉴，就是两种探测方式的整合，通常是指红外线探测方式和微波探测方式的 整合。 1.微波简介.由于微波探测器可以感温，即能“感知”到人体的温度，所以信号的收发稳定可靠，但是微波通常的可探测范围只有2-3 米，探测角度也相应较小，45°角，所以如果需要探测的空间较大，只用微波是不够的。 1.2红外探测器简介.红外探测器容易受到光照等带有移动物体的影响，所以具有误报的可 能，而且在32 ℃~ 40 ℃时，灵敏度大幅度下降。但是红外探测器的优点却是微波探测器 不能替代的，比如省电、功耗小、价格低、安装方便等特点，另外红外探测器的可感知距离 和探测的角度也远远大出微波探测器的可探测范围，可达到12M ，水平110 °，垂直60 °。 1.3双鉴探测器工作原理. 经过模糊逻辑数码分析，排除种种普通探测器无法克服的干扰， 两种探测器都探测到人体移动时探测器才会报警，杜绝误报漏报，性能远远超出无微波功能的各种红外探测器。探测范围更大，抗干扰能力更强，灵敏度始终如一，没有温度死区，具 有可编程功能，应用具有更大的灵活性。

核物理实验分析考试试题

XX 大学 2013-2014 学年度第 1 学期课程考试试题 考试科目： 核物理实验数据处理 考试时间： 2013年12月 9日10时00分--12 时 00分 承担课程学院： XXXXXXX 考试方式： 开卷（九题选做六题） 1. 写一个ROOT 脚本，ex3_gaus.C, 调用随机数产生子产生高斯分布，区间(-6,6)， 分30个bin ，画出直方图，比较不同的参数的分布。 提示1：参数组合为：(mean,sigma)=(0,1), (0,2), (1,1), (1,2),把这4个分布的直方图画在同一个图中进行比较。 提示2：hint ：高斯分布用gRandom->Gaus(mean,sigma)产生。 提示3：使用Draw()函数的"same"参数可以在一个画板上画多个图。 2. 写一个ROOT 脚本，ex3_pdf.C ，作4个直方图，分别产生10000事例的Gauss,Poisson,Binomial,Landau 分布。创建画布，分成2*2块，将4个直方图画在画布的1-4部分。注意不同分布的参数选择合理性，比如Binomial(ntot,p), ntot>0, 0Rndm()产生均匀分布。 3. 将2题中ROOT 脚本ex3_pdf.C 中产生的直方图储存到mypdf.root 文件中。 提示1：将所画直方图的x/y 轴添加上名称，不同分布用不同颜色。 提示2：将画布存成eps 文件和gif 文件。

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第一部分核物理基础知识 第一章原子核结构、核素和同位素 1原子是由什么构成的？具有什么电的性质？ 答：原子是由原子核和核外电子构成的。原子核带正电，核外电子带负电，原子整体呈电屮性。 2原子核具有怎样的性质（质量、半径）？ 答：原子核的质量是原子质量与核外电子质量之差。原子的质量主要集屮在原子核，其半径在10 -12CM量级。 3具有相同质了数的原子被称为同一种元索。质子数 4原子核由什么构成的？ 答：原子核由质子和中子构成。 5 1摩尔（mol）的任何元素包含多少个原子？ 答：6. 022142X10 23 （此即阿伏伽德罗常量） 6原子的质量单位是什么？怎么定义的？ 答:原子的质量单位是u, lu=碳-12原子质量的1/12. （1.6605387X10 - 27Kg） 7什么叫原子核的质量数A? 4He,'2C,,6O严“的质量数分别是多少？ 答：原子质量都接近于一个整数，此整数叫做原子核的质量数A （等于质子数和中子数之和）4He：2C：6O^5U的质量数分别是4、12、16、235 8 “质量数人=质子数Z+屮子数"=核子数”正确吗？为什么？ 答：正确，由于质子和屮子的质量数都十分接近于1,血原子核是由质子和屮子组成的，因而核的质量数也就是核内质子数和屮子数之和，而核子即是指质子和屮子，所以等式正确。 9什么叫核索？用什么样的符号表示一个核索？每个符号的含义数什么？它们之问的关系如何？

答：具有相同质子数z和屮子数N的一类原子核，称为一种核素。其屮X 是元素符号，A是质量数，Z是质子数（或叫电荷数），N是屮子数。2Z+N 10什么叫同位素？举例说明之。 答：质子数相同，屮子数不同的核索称为同位索。例如铀-235和铀-238 是铀的两种同位素。 11举例说明0稳定线左丄部的元素是什么放射性的，0稳定线右下部的元素是什么放射性的？ 答：0稳定线左上部的元素是0-放射性，如C14,右下部是0+放射性，如 Ni570 第二章放射性基础理论 1放射性一般有几种？用什么符号表示？ 答：放射性一般有三种：0射线、0射线、卩射线。 2什么是。射线？特点是什么？ 答：Q射线是高速运动的氮原子核（又称。粒子）组成的。它在磁场屮的偏转方向与止离子流的偏转相同。它的电离作用大，贯穿本领小。 3什么是0射线？特点是什么？ 答：0射线是高速运动的电子流，它的电离作用较小，贯穿本领较大。 4什么是卩射线？特点是什么？ 答：卩射线是波长很短的电磁波。它的电离作用小，贯穿本领大。 5 “放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。”对吗？ 答：对 6放射性衰变服从什么衰变规律？ 答：放射线衰变服从指数衰变规律。就大量原子核作为整体来说，其衰变遵从N *严规律。 7 N =是表示放射性的衰变规律吗？说明每个量的物理意义。 答：是。N表示t吋刻的放射性物质的量，NO表示t二0吋刻的放射性物质的量，久表示衰变常数。