《粒子物理和核物理实验方法》核与粒子物理实验方法

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1、粒子物理和核物理实验方法试题20091、实验室常用的三种放射源有哪些，每种列举其一？宇宙射线测大面积闪烁体使用的源是？实验室常用的有三种放射源是α源（241Am、226Ra）、β源（90Sr、14C）、γ源（60Co、137Cs、22Na）。宇宙射线测量大面积闪烁体使用的源是宇宙射线中的μ子。2、带电粒子与γ与物质相互作用的反应类型以及其发生条件（作业原题）；1.带电粒子与介质的相互作用主要是电磁相互作用。l电离：当入射带电粒子与介质原子较远时，使介质的原子产生电离或激发。l击出:当入射带电粒子与介质原子距离≈原子大小（10-8cm）时，粒子与原子的电子相互碰撞，使电子从原子中发

2、射出来。l库仑散射：当入射带电粒子与介质原子距离<原子半径，粒子在核的库仑场中受到核的库仑散射，并伴随弱的电磁辐射。l韧致辐射：当入射粒子为电子时，将受核的阻尼而发射出光子。l契仑柯夫辐射：当入射带电粒子速度超过光在介质中的相速度时，粒子会辐射出可见光。l穿越辐射：当高速带电粒子穿过两种折射系数不同的界面时，辐射出X光。l同步辐射：当电子在磁场中偏转时，相当于受到加速而产生辐射。2.γ射线与物质的相互作用主要有三个过程：光电效应、Compton效应和电子对产生。l光电效应：低能γ光子被介质原子吸收而放出电子的效应。l康普顿－吴有训效应（散射）：当光子能量上升到原子最高能级以上时，

3、成为主要过程是γ光子与原子外层电子作用,可看作在自由电子上的散射。l电子对效应：γ光子从原子核旁经过，当γ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，γ光子转化为正负电子对，正负电子能量之和等于入射γ光子能量。入射γ光子能量越大，正负电子的发射方向越前倾。3、探测中微子的方法，举两个；一、带电流质子反应：，我们通过测量轻子的动量、能量来探测。l低能液体闪烁体中含有大量的质子，闪烁体既是靶子又是探测器，测量e、n。l高能高动量μ可以从靶中飞出，所以可将靶与探测器分开安排二、，e散射l弹性散射l通过测量e的出射方向和动量大小来得到的能量与入射方向。l在反

4、应堆中微子，太阳中微子或大气中微子实验常用的反应。三、与核子的非弹性散射l通过测量这些受激核(A,Z±1)*或(A,Z)*的特征X射线来得到ne的强度。常用的核有11B,12C,37Cl…等4、正比室与G-M管的工作原理，优缺点；（ps：一般粒子探测器的优缺点从以下几个方面分析：计数和计数率、时间、能量、动量、位置、粒子的分辨，围绕上述六大方面对探测器进行分析。）n正比室：工作原理：l工作于正比区，发生气体放大现象，即被加速的原初电离电子在电离碰撞中逐次倍增而形成电子雪崩。l收集极上的感应的脉冲信号幅度V是原初电离感生应脉冲幅度的M倍。l电子向阳极漂移；电场在距阳极丝几十μm处很

5、大(>10kV/cm)；电子发生雪崩l气体雪崩放大，当电场增高（提高极间电压或者减小阳极的半径）电子在与气体原子的一个平均碰撞自由程内从电场获得足够能量，导致增殖电离，一个变成两个，两个变4个…l在离阳极中心r的小元dr内，增殖的量；α=1/l称为第一汤逊系数；l为平均电离自由程优点：1）脉冲幅度较大，比电离室大~104倍；2）灵敏度高，适合于探测低能电子和X射线；3）脉冲幅度几乎与原初电离位置无关。所以，既能用于粒子计数器又能做能谱测量。缺点：1）能量分辨率不高，通常为20%，主要受空间电荷效应限制2）不能用来位置分辨3）时间响应慢，信号产生时间较长，前沿由电子的收集决定（10

6、~100ns），后沿由离子的收集决定（~几百μs）nG-M管工作原理：l电子倍增和气体放大l光子－光电子倍增入射粒子除了产生电离效应以外，还会使原子激发，原子退激发过程中产生的光子，可能在阴极或气体内打出光电子，这些光电子在向阳极漂移过程中经电场加速又引起新的增殖。又会引起雪崩电离。l在G－M计数器中，M0已经很大，所以γM0→1，即一次光子－光电子增殖过程后产生的光子数比倍增前的光子数多，或者说一个电子倍增后产生的光电子数大于1，故新的增殖过程将继续，在气体放大中起主要作用。l由于光子各向同性发射，气体放大不再只局限在初始电离所限定的小范围内，而是在气体内或阴极上到处产生光电子

7、，使离子增殖沿阳极丝方向扩展，以至整个阳极丝附近都会产生正负离子对。这种现象称作雪崩再生。优点：1）灵敏度高；2）脉冲幅度大；3）稳定性高4）计数器大小和几何形状可以按要求有较大变化；5）使用方便，成本低，制作工艺和仪器电路均较简单。缺点：1）不能鉴别粒子的类型和能量；2）分辨时间长，不能用于高计数率场合；3）正常工作的温度范围小；4）有假计数。5、绘出dE/dx并解释最小电离，说明测dE/dx怎样鉴别粒子；l最小电离：电离损失与粒子速度有关，在非相对论性速度时，与v2成反比。随