微观粒子及其探测原理教学幻灯片讲义.ppt

第一章 微观粒子及其探测原理;; 按粒子参与相互作用的情况来分类 强子—参与强相互作用的粒子，电荷是电子电量的整数倍。 重子—自旋为1/2和半整数的强子，由三个夸克组成。是费 米子，服从费米－狄拉克统计规律。如：质子(uud)、 中子、各类超子（含有奇异夸克的重子）。 介子—自旋为整数的强子，由夸克和反夸克组成，是玻色 子，服从玻色 －爱因斯坦统计规律。如：?+( )， k，…… 轻子—不参与强相互作用的，自旋为1/2的粒子， 如：电子，?子，?子，各类中微子，…… 场粒子—自旋为1，传递相互作用的粒子， 它们是光子，胶子，W、Z中间玻色子。;三、原子核及其性质;同位素：Z相同，N不同的核素，处于元素周期表中同一个位置，有相同的化学性质。 例： 原子核性质??? 1. 原子核的大小 经验公式 ;2. 原子核质量 3. 核物质密度 4. 原子核的结合能 原子核质量总是小于构成它的核子质量之和。定义两者之差?m为质量亏损。质量亏损越大，核子结合得越紧密，原子核越稳定。 ;5. 比结合能：每种原子核的结合能除以这种原子核的核子数，得到每一个核子的平均结合能，亦称比结合能平均结合能越大，核子结合的越紧密，原子核越稳定。 6.原子核反应用方程式表示： a(入射粒子)+A(靶核)?b(出射粒子)+B(剩余核)+Q 或简写成 A（a，b）B 实验表明任何一个核反应，箭头两边的总电荷数Z和总质量数A必须相等；反应前后体系的总能量（静止能量和动能之和）不变，总动量不变。 Q值0的反应，放热反应； Q值0的反应，吸热反应。;7. 原子核核子的平均结合能曲线;四、电子;2）?＋衰变 含有过多质子的不稳定原子核 例 实际上是被束缚的质子;内转换电子 处于激发态的原子核通过把能量交给核外电子退激发，核外电子把获得能量的一部分用以克服结合能，其余作为电子的动能脱离原子。能量从keV 到MeV，为单能。 ;俄歇电子 俄歇电子能量比? 粒子和内转换电子能量低。俄歇效应与x射线发射是互相竞争的两个过程。原子内壳层失去一个电子出现一个空穴时，外壳层电子就可能跃迁来填补空穴，同时发射x射线。若不发射x射线而将能量交给另一个壳层电子，使其克服结合能而发射出去，这个过程就是俄歇效应，打出的电子就是俄歇电子。 电子加速器 如BES、LEP等，加速后的电子能量可达GeV量级。;光电子、x射线、俄歇电子;五、重带电粒子;Bi的?衰变及Tl的能级;Bi的?能谱;核裂片 重核裂变产生两个裂变碎片。根据动量守恒，每个碎片向相反方向发射，是带多电荷的正离子。 如235U吸收一个慢中子裂变产生两个裂片。;一个235U原子核吸收一个中子裂变成两个具有大约相等质量的原子核。由平均结合能曲线，新生原子核的平均结合能比235U大。近似认为每个核子的平均结合能增加1MeV，总的结合能增加约200MeV。这是一个C原子燃烧时释放化学能4eV的5000万倍！ 重离子 Z2的离子，核裂片是其中一种，存在于宇宙线中。也可以通过把原子的核外电子直接剥离产生，一般用重离子加速器产生并加速，以增加其能量。;六、?射线和x射线;?射线产生 1. 处于激发态的原子核向低能级跃迁时发射?射线 实验室中使用的大多数?辐射源是在放射性母核经 ?、?衰变过程中形成的，所以?射线常常伴随?、?射线产生。 2. 正反粒子湮灭发射?射线 例如正电子与负电子相遇发生湮灭时，发射两个方向相反的?光子， ?光子能量为0.511MeV。;; ? 生成的 12 C处于激发态，向低能级跃迁时产生能量为4.44MeV的 ? 射线。 ?衰变是原子核本身能态之间跃迁。在?衰变中原子核的电荷和质量数保持不变，只是原子核内部的能量状态变低了。;4. 韧致辐射;; 特征X射线的产生;外部辐射激发;用于激发特征X射线的?粒子源;七、中子;典型的裂变反应堆中子通量密度随能量分布;热中子能量 估算其速度 2. 加速器中子源 通过核反应产生中子 主要有：(d, n)、(p, n)、(α, n)、(?, n) 最常用的是T ( d, n ) 4He 3. 同位素中子源 放射性同位