粒子探测技术课件.ppt

1、粒子探测技术期末总复习2011.122022-6-15粒子探测2第一章 粒子简介 原子、原子核、核子、电子、夸克的大小 基本粒子图 强子 轻子 场粒子 四种相互作用力 常见粒子：电子、重带电粒子、和射线、中子、重离子 粒子寿命 核衰变2022-6-15粒子探测3第二章 粒子探测的物理基础重点：各种粒子与物质相互作用的基本规律重点：各种粒子与物质相互作用的基本规律 各种粒子探测的基本原理各种粒子探测的基本原理1. 微观粒子：微观粒子：带电粒子：e、p、高能带电粒子中性粒子：n电磁辐射：x、2. 带电粒子带电粒子和物质的相互作用和物质的相互作用：电离激发效应Cerenkov效应轫致辐射多次散射穿越

2、辐射2022-6-15粒子探测4有关概念有关概念：电离激发，特征x射线，俄歇效应，电子多次散射，电离损失，轫致辐射，同步辐射，穿越辐射，Cerenkov辐射，临界能量，最小电离粒子，电子，电磁簇射，强子簇射，辐射长度x0，核作用长度lI，衰变， 衰变（ +， -，EC），射程有关公式：有关公式： Bethe-bloch公式 辐射长度X0 核作用长度lI3. 射线的探测射线的探测: 光电效应： Compton效应： 选Z高探测器高探测器 电子对效应： 2424dEz eNZBdxmv001xxIEE elN52phceZZZ2022-6-15粒子探测5正电子湮灭效应：衰变，内转换电子(光电子，俄

3、歇电子)射线吸收 指数衰减规律 吸收系数 质量吸收系数4.中子探测中子探测核反应法核反冲法核裂变法活化法5. 放射源活度与射线强度放射源活度与射线强度2e e0 xII eN00ttNN eN eln20.6930.69311T半衰期平均寿命衰变常数2022-6-15粒子探测6第三章 粒子探测中的统计规律1.泊松分布泊松分布2.高斯分布高斯分布3.N 的物理意义的物理意义4.统计误差统计误差标准误差相对误差计数率的误差M次测量平均计数的误差110116NNNNNN1NNnntNNm2022-6-15粒子探测75.误差演算误差演算121212121212121212121 12 2()(1111

4、11nnNNNNnnttNNnnNNnnNNn tn t）12121212222222212,(,)nnnxxxnfxxxnx xxf x xxfffxxx已知自变量的标准误差，可以证明多元函数的标准误差为：2022-6-15粒子探测8第四章 气体探测器1.气体探测器的工作原理气体探测器的工作原理气体的电离 原初电离，次级电离，总电离电子和离子在气体中的运动 漂移，扩散，吸附，复合外电场对电离粒子运动的影响 探测器收集到的电子离子对数随外加电压的变化曲线工作气体 负电性气体 猝灭气体WEN02022-6-15粒子探测92.电离室电离室脉冲电离室电流电离室3.正比计数器正比计数器气体放大现象，电

5、子雪崩工作特性：输出脉冲波形 能量线性和能量分辨率类型：BF3慢中子正比计数器 x和低能射线正比计数器 流气式正比计数器4. G-M计数器计数器工作原理：雪崩再生，正离子鞘，猝灭工作特性：计数率坪曲线，坪长，坪斜 分辨时间，死时间，漏计数0000011111nnnnnnnnnn 2022-6-15粒子探测105、MWPC工作原理工作原理 静电场分布 气体放大电子雪崩 工作特性和测量方法探测效率位置分辨时间分辨能量分辨6、漂移室工作原理、漂移室工作原理 基本结构 定位原理2022-6-15粒子探测117、时间投影室、时间投影室 工作原理、结构8、平行板电极气体探测器、平行板电极气体探测器 火花室

6、，流光室，电阻板室，MRPC 流光放电机制 工作特性：记忆时间、时间分辨，空间分辨，探测效率9、微电极气体探测器、微电极气体探测器 微条气体室工作原理和特性 微网格气体室工作原理和特性 气体电子倍增器工作原理和特性2022-6-15粒子探测12第五章 半导体探测器1.工作原理工作原理灵敏区的形成载流子的形成，在外电场中的运动2. 主要参数主要参数窗厚，灵敏区厚度灵敏区厚度，结电容，噪声与能量分辨率噪声与能量分辨率，正反向电流特性3. 类型类型PN结型：扩散型，面垒型，离子注入型锂漂移型化合物型1csV2022-6-15粒子探测134.主要优缺点主要优缺点 能量分辨率好能量分辨率好，能量响应线性

7、，时间分辨好 灵敏体积小，信号小，抗辐照性能差5. 电荷灵敏放大器电荷灵敏放大器6、径迹测量的半导体探测器、径迹测量的半导体探测器 硅微条探测器工作原理 电荷耦合器件 硅像素探测器 硅漂移探测器工作原理2022-6-15粒子探测14第六章 闪烁探测器1.工作原理和基本组成部分工作原理和基本组成部分2.闪烁体的基本特性闪烁体的基本特性 发光效率（光产额），发射光谱，发光衰减时间，发光衰减长度，能量分辨率3. 主要闪烁体：主要闪烁体：NaI， CsI，PWO，BGO，蒽晶体，塑料闪烁体，液体闪烁体4. GDB的基本构造与工作原理及主要特性的基本构造与工作原理及主要特性光阴极，打拿极，阳极光阴极灵敏

8、度和光谱响应，量子效率，放大倍数，暗电流和噪声，能量分辨率，渡越时间和渡越时间分散2022-6-15粒子探测155. GDB5. GDB的信号取出和高压供电的信号取出和高压供电负载电阻对输出脉冲的影响6. 6. 闪烁光的收集和传播闪烁光的收集和传播 反射层、光耦合剂、光导7.7. 闪烁探测器的主要应用闪烁探测器的主要应用射线的能量测量飞行时间探测器望远镜系统电磁量能器22222112212122122mmmmLLttcpcp 2022-6-15粒子探测16第七章 Cerenkov探测器1、什么叫、什么叫Cerenkov辐射？产生的机制和条件辐射？产生的机制和条件2、特性、特性 阈特性、方向性、

9、微弱、可见光到紫外光3、Cerenkov辐射体辐射体4、C辐射光的传播、收集和光子探测元件辐射光的传播、收集和光子探测元件5、主要应用、主要应用高能电子和射线全吸收切伦科夫电磁簇射探测器粒子鉴别探测器（速度选择器）： 阈式C探测器 微分式C探测器2022-6-15粒子探测177、公式、公式 辐射角 阈速度 阈动能 最大辐射角 速度分辨率1cosn1n01/2211TnEEn1max1cosn22122tan2mmddp 2022-6-15粒子探测18第八章 粒子探测系统1、粒子探测系统、粒子探测系统 脉冲计数系统 幅度分析系统 时间测量系统 效率测量系统2、探测器输出回路、探测器输出回路 RC

10、成形回路 三种前置放大器的使用条件，为什么？2022-6-15粒子探测19 探测效率 坪特性：三种坪曲线 探测器分辨时间对计数率线性的影响 探测器的选择11220ddIeI边3、脉冲计数测量、脉冲计数测量几边物电001dIIeI 物为三种效应的总吸收系数22/12241)(121cos121hrrhh几2022-6-15粒子探测204、能量测量、能量测量 能谱仪的能量线性和刻度 影响能量分辨率的因素 掌握137Cs，60Co，24Na的能谱，为什么全能峰能量精确等于射线能量？解释各种峰的形成，并会计算各种峰的能量。 探测器的选择21111cos11coseeEEEEEm c2022-6-15粒子探测215、 磁谱仪磁谱仪 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 带电粒子垂直磁场入射，其动量 p(GeV/c)=0.3B(T)(m) 高能磁谱仪高能磁谱仪固定靶实验对撞机实验高能磁谱仪的特点和对探测器的要求各子探测器的功能和要求及选择2022-6-15粒子探测222022-6-15粒子探测23考试安排 时间：2011.12.26 下午2:30-4:30 地点： 东区（物理学院）：1102教室 西区（核学院）： 3110、3111教室 可以带：计算器、尺子2022-6-15粒子探测24