第1部分核辐射与辐射技术.pptVIP

TheAlphaMagneticSpectrometerDetector在国际空间站的一个粒子物理实验（丁肇中教授领导）第63页，共124页，星期日，2025年，2月5日一、粒子探测基本原理粒子探测主要是指记录粒子数目，测定其强度，确定粒子的性质（能量、动量、飞行方向等）。根据粒子的带电性质分类带电粒子：?、p、e±、?±、?±、?±等电磁辐射：x射线、?射线中性粒子：n、?0、?0、?等第64页，共124页，星期日，2025年，2月5日入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。电离——核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发——使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。（一）带电粒子探测第65页，共124页，星期日，2025年，2月5日利用电离或激发效应来记录入射粒子是绝大多数探测器的物理基础。它们的差别在于记录方式不同，大致分为：（1）收集电离电荷的探测器主要收集电离效应产生的大量正负离子，记录它们的电荷所形成的电压或电流脉冲。这类探测器必须加上适当的工作电压，形成电场以有效收集电荷。如气体探测器、半导体探测器。第66页，共124页，星期日，2025年，2月5日（2）收集荧光的探测器被带电粒子激发的原子退激时发出荧光。由于荧光很弱，需要通过一定的转换放大，即把光脉冲转换成较大的电脉冲——光电倍增管。如闪烁计数器等。（3）利用离子集团作为径迹中心的探测器，径迹探测器。如核乳胶、云室、气泡室、火花室等。（4）收集切伦科夫辐射的探测器，切伦科夫探测器。轫致辐射和同步辐射是附加产物，对高能电子探测器必须考虑它们的影响。第67页，共124页，星期日，2025年，2月5日（二）?射线的探测?射线与物质的相互作用主要有三个过程：光电效应康普顿效应电子对效应第68页，共124页，星期日，2025年，2月5日1.光电效应光电效应：低能?光子被介质原子吸收放出电子的效应。光电子能量hv为入射?光子能量，Ei为第i壳层电子的结合能原子退激发时发射特征X射线或俄歇电子。入射光子?原子光电子hv俄歇电子LK原子核第69页，共124页，星期日，2025年，2月5日散射光子不能直接探测到反冲电子可以被探测到入射光子?核外电子出射电子E??出射光子2.康普顿-吴有训效应第70页，共124页，星期日，2025年，2月5日3.电子对效应电子对效应：?光子从原子核旁经过，当?光子能量超过2个电子静止质量之和即1.02MeV时，在原子核库仑场作用下，?光子转化为正负电子对，正负电子能量之和等于入射?光子能量。对一定能量的入射?光子电子对效应产生的正负电子的动能之和为常数，但就电子或负电子而言其动能从0－2mec2都有可能，动能分配是任意的。入射?光子能量越大，正负电子的发射方向越前倾。入射光子原子核正负电子对E?E+E-e+e-第71页，共124页，星期日，2025年，2月5日?射线与物质原子发生光电效应的总截面1）重元素的光电效应比轻元素强得多；2）低能?射线比高能?射线强得多；3）当?射线能量接近电子的结合能时，光电效应截面最大。第72页，共124页，星期日，2025年，2月5日光电效应、康普顿效应是?光子与核外电子的作用结果，电子对效应是?光子与原子核电磁场的作用结果。三种效应相互竞争，可能同时存在。第73页，共124页，星期日，2025年，2月5日在三种效应中，每个?光子都是在一次作用中就损失其全部能量或相当大部分能量，并发射出电子。正是这些电子使得探测?射线成为可能。光电效应和电子对效应所发射的次级电子的能量单一，因此?射线探测器的物质应选用Z尽可能大的材料。第74页，共124页，星期日，2025年，2月5日（三）中子的探测中子与物质相互作用主要是中子与原子核的强相互作用，即核反应。探测中子就是探测中子与原子核核反应产生的次级粒子。中子不带电，不受库仑斥力影响，容易进入原子核发生核反应。不同能量中子的探测原理和探测器不同。中子能量的区分：（1）慢中子（2）中能中子（3）快中子第75页，共124页，星期日，2025年，2月5日1.核反冲法核反冲法是记录中子与原子核弹性散射后的反冲核。在弹性散射过程中，中子运动方向改变，能量减少。这减少的能量传递给原子核，使原子核以一定的速度运动，该核称作反冲核。反冲核具有电荷，可以作为带电粒子记录。记录了反冲核，就探测到中子。该方法