高等核电子学6-3
核医学讲义
核医学讲义绪论原子弹地爆时的景象苏联第一艘核动力潜艇美国第一艘核动力航空母舰我们看到的这些与核技术有关的武器是一个国家综合国力的体现，改变着世界的格局。
随着核技术的发展和学科的交叉渗透，核技术已经应用到科学技术的各个学科。
核技术是人类科学发展史上的一个里程碑，是科学现代化的标志之一。
再比如：核科学技术与农业的结合--核农学我国科学家利用核射线选育出的“鲁棉一号”以及花卉、水稻等新品种，带来了非常大的经济效益和社会效益，改变着我们的生活！核技术在工业上的应用--核电站目前我国在建和正在运行的核电站达到二十余座，为我国国民经济建设作出了重大贡献！核技术在医学上的应用--核医学（Nuclear medicine）这是一台先进核医学仪器—PET/CT，医生正在给病人作核医学检查。
核医学是医学专业的必修课。
一、概述（一）定义：核医学是核技术与医学相结合的综合性的边缘科学，是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科。
着重研究放射性核素和核射线在医学上的应用及其理论的基础。
核医学在现代医学上的应用非常广泛，涉及到医学各个学科。
（二）内容：1、实验核医学（Experimental nuclear medicine）：主要以实验核技术研究生命现象本质和物质代谢变化，并侧重实验核技术的方法学探讨以及在基础医学、生物医学等一些学科中的应用。
2、临床核医学（Clinical nuclear medicine）：研究核素、核射线在临床诊断和治疗中的应用技术及其理论，可分为：（1）诊断核医学：包括脏器功能测定、脏器显像、微量物质测定等。
（2）治疗核医学：如：131I 的甲亢治疗，32P 的敷贴治疗等。
核医学显像原理X 光 / CT代谢和功能显像 SPECT 或 PET正电子断层扫描（PET ）的原理是利用癌细胞会吸收大量葡萄糖，将18F-FDG 注入体内，癌细胞会大量吸收FDG ，接着会侦测出FDG 聚集部位，也就是肿瘤所在位置。
原子物理学 课后答案
目录第一章原子的位形 (2)第二章原子的量子态：波尔模型 (8)第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构：电子的自旋....................... 错误！未定义书签。
第五章多电子原理：泡利原理 (23)第六章X射线 (28)第七章原子核物理概论.......................................... 错误！未定义书签。
1.本课程各章的重点难点重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。
难点：原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。
2.本课程和其他课程的联系本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。
3.本课程的基本要求及特点第一章原子的位形：卢瑟福模型了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出；掌握粒子散射公式及其推导，理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用；理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。
第二章原子的量子态：玻尔模型掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式；理解玻尔原子模型的基本假设、经典轨道、量子化条件、能量公式、主量子数、氢能级图；掌握用玻尔理论来解释氢原子及其光谱规律；了解伏兰克---赫兹实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级的量子化；理解索菲末量子化条件；了解碱金属光谱规律。
第三章量子力学导论掌握波粒二象性、德布罗意波的假设、波函数的统计诠释、不确定关系等概念、原理和关系式；理解定态薛定谔方程和氢原子薛定谔方程的解及n,l,m 三个量子数的意义及其重要性。
第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的 确定；了解史特恩—盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证角动量取向的量子化；理解碱金属原子光谱的精细结构；掌握电子自旋与轨道运动的相互作用；了解外磁场对原子的作用，理解史特恩—盖拉赫实验的结果、塞曼效应。
原子核物理及核辐射探测学第6章习题答案new(免费)
e t 0.001 t
该γ射线减弱 1000 倍。
ln1000
6.91 11.52cm ， 即需要 11.52cm 厚的铅方可使 0.6 / cm
6-13 解：Βιβλιοθήκη e e d2 d1
N1 ) N1 N2 N2 d 2 d1
ln(
大于 0.3 cm。 6-2 （1）空气中射程为： 0.318 E 3.88 cm
1.5
（2）产生的电子粒子对数：
5.3MeV 1.51 105 35eV
（3）设在空气中和 ZnS 中射程分别为 R0, R1 ，则
R1 0 A1 1.226 103 50% 65 50% 35 R0 4.1 1 A0 78% 14 22% 16 R1 2.13 103 cm
Ee E h ， Pe P
h c
但我们知道，电子的动能可以如下计算得到：
Ee mec 2 m0c 2 Pec 2 ( m0c 2 ) 2 m0c 2 ，若 Ee E h ，则有：
Ee Pe c 2 (m0c 2 )2 m0c 2 Ee m0c 2 Pe c 2 ( m0c 2 ) 2 h m0c 2 ( h ) 2 ( m0c 2 ) 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 0
h 代入光子的能量 2.04MeV， 电子质量 0.511MeV tg ， m0c 2 2
需要做个转换： 1 ctg
和 20 度角，得到 ctg 20 1 度方向的能量为：
2.04 tg 57.65 ，于是康普顿反冲电子在 20 0.511 2
原子物理学杨福家1-6章_课后习题答案
原子物理学课后前六章答案（第四版）杨福家著(高等教育出版社)第一章：原子的位形：卢瑟福模型 第二章：原子的量子态：波尔模型 第三章：量子力学导论第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五章：多电子原子：泡利原理 第六章：X 射线第一章 习题1、2解1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4rad.要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动.证明：设α粒子的质量为Mα，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射。
电子质量用me 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。
α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有：222212121v m V M V M e +'=αα （1）ϕθααcos cos v m V M V M e +'= （2）ϕθαsin sin 0v m V M e -'= （3）作运算：（2）×sin θ±(3)×cos θ,得)sin(sin ϕθθα+=VM v m e （4）)sin(sin ϕθϕαα+='VM V M （5）再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v化简上式，得（６）θϕμϕθμ222sin sin )(sin +=+ （７）视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有令sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sin θ=0若 sin θ=0, 则 θ=0（极小） （8）（2）若cos(θ+2φ)=0 ,则 θ=90º-2φ （9）将（9）式代入（7）式，有θϕμϕμ2202)(90si n si n si n +=-θ≈10-4弧度（极大）此题得证。
1.2（1）动能为5.00MeV 的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大？（2）如果金箔厚1.0 μm ，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几？要点分析:第二问是90°～180°范围的积分.关键要知道n, 注意推导出n 值.其他值从书中参考列表中找.解：（1）依金的原子序数Z2=79答：散射角为90º所对所对应的瞄准距离为22.8fm.(2)解: 第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.(问题不知道nA,但可从密度与原子量关系找出)从书后物质密度表和原子量表中查出ZAu=79,AAu=197, ρAu=1.888×104kg/m3依θa2 sin即单位体积内的粒子数为密度除以摩尔质量数乘以阿伏加德罗常数。
核电子学习题解答
习题解答第一章绪论1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的？①时间测量。
核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。
②核辐射强度测量。
核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。
对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。
对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况(如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍)，如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。
③能谱测量。
辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。
精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。
④位置测量。
基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。
目前空间定位的精度可达到微米级。
⑤波形测量。
核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速(纳秒至皮秒级)的。
⑥图像测量。
核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。
辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射(如裂变反应产生的辐射)以反映目标体本身的图像。
图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。
CT技术就是这种处理方法的代表。
2、抗辐射加固主要涉及哪些方面？抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。
《核电子学》课件——堆积判弃电路
允许最高计数率
• 逻辑展宽电路对每一个信号都要给出持续时间为一个 监察周期的信号输出，当在监察周期Tip内又出现的信 号可以再维持一个监察信号的宽度。输入信号的计数 率增高到1/Tip 时，监察周期的持续时间可以一直持续 下去，即死时间也一直持续下去，使可以记录到的信 号趋近于0。
• 堆积判弃电路能够改善较高计数率下的能谱，但输入 的计数率不能过高，否则输出计数率反而变小，所需 要的测量时间增长。
其他类型的基线恢复器
CDI有源基线恢复器
vc
Ｃ
v1
改善跟踪基线变化速度
ＡＤ
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S
1
v2
vs
I
只要输入信号基线电平上升速度小于电容的跟踪速度（此时， 由电容和恒流源电流决定I/C）， 此电路可以比较迅速地跟踪 信号基线。但如果要使信号通过期间避免幅度损失，需要开 关控制电路使S打开，线路复杂。
无源对称CDD基线恢复器: 双极性脉冲的基线恢复
开门：线性门开放，脉冲信号以最小畸变通过线性门，传 输系数为一常数，通常取1；
关门：线性门关闭，脉冲信号无法通过线性门，即它的传 输系数为0。
vi(t)
vo(t) 线性门
vi(t)
vs(t)
(a)
vs(t)
vi(t)
vo(t)
vo(t)
vs(t)
(b)
vo(t)
t 关
t (c)
t (d漏)信号 漏信号
堆积后的输出波形
iD 0
vo
TW
vo
TW
t
Tw为信号峰部的宽度，TM为达峰时间
（峰）堆积判弃原则
后信号峰值
有堆积
前信号峰值
《核电子学》习题解答
第一章1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信号的特点来说明。
在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。
1.4 当探测器输出等效电流源时，求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R0C0<<τ的情况。
V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)]= I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/( R0+(1/sc0))=( I0/ c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0 c0)]}∴当R0 c0<<τ时，τ－R0 c0≈τ∴1.5 如图，设，求输出电压V(t)。
1.6 表示系统的噪声性能有哪几种方法？各有什么意义？输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压？为什么？ENV ENC ENN ENE η (FWHM)NE不是1.7 设探测器反向漏电流I D=10-8A，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于I D的比值。
==1.8 试计算常温下（设T=300K）5MΩ电阻上相应的均方根噪声电压值（同样设频宽为1MHz），并与1MHz能量在20pF电容上的输出幅值作比较。
∵∴1.9求单个矩形脉冲f（t）通过低通滤波器，RC=T，RC=5T，及RC=T/5，时的波形及频谱。
Ut1.10 电路中，若输入电压信号V i（t）=δ（t），求输出电压信号V0（t），并画出波形图，其中A=1为隔离用。
1.12 设一系统的噪声功率谱密度为，当此噪声通过下图电路后，求A点与B点的噪声功率谱密度与噪声均方值。
对A点：噪声均方值：对B点：噪声均方值：第二章2.1 电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？优点：V OM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统C f起积分作用，当A很大时，2.2 试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，（1）求Vo(t)的一般表达式（2）当C f=1pF, R f=109Ω时，画出大致波形并与R f→∞时作比较。
新高考高校专业限定及6选3大学专业限制_新高考选科
新高考高校专业限定及6选3大学专业限制_新高考选科专业解读《普通高等学校本科专业目录》是我国教育部制订与修订的有关普通高等学校本科专业的目录，高等教育工作的基本指导性文件之一。
改革开放以来，中国共进行了4次大规模的学科目录和专业设置调整工作。
最近一次是2012年颁布实施，新目录本科专业共有506种，其中基本专业352种，特设专业154种，并确定了62种专业为国家控制布点专业。
共分为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学、艺术学12个学科门类，92个专业类。
具体一级学科专业类如下表：说明：(1)大学与学院是我国现行的本科高等院校，通常称为大学的应拥有以上12学科门类中的3个以上学科门类作为主要学科，每个主要学科门类的全日制本科以上在校生不低于学校全日制本科以上在校生总数的15%;称为学院的应拥有1个以上学科门类作为主要学科。
(2)一级学科用四位码表示，二级学科用六位码表示。
说明：(2)基本专业是学科基础比较成熟、社会需求相对稳定、布点数量相对较多、继承性较好的专业;特设专业是针对不同高校办学特色，或适应近年来人才培养特殊需求设置的专业。
特设专业在专业代码后加"T"以示区分。
(3)国家布控就是属于国家控制的,一般是指那些专业性强，但市场的人才需求不高，需要国家控制学生数量的专业;国家布控专业不是任何学校都可以办这个专业的,比如土耳其语就是国家布控的,只有北外才有,上外和南外就没有。
国家控制布点专业在专业代码后加"K"表示。
注：其他学科类具体专业可以百度搜索，或下载附件。
专业与各学科的要求新高考模式实行后，将采取“专业+高校”录取模式，高校各专业根据需要从中指定1科、2科、3科或“不提科目要求”。
高校指定1门科目的，考生必须选考该科目方可报考;高校指定2科或3科要求均需选考的，考生均需选考方可报考;高校指定2科或3科要求选考其中一门的，考生选考其中一门即可报考;高校指定“不提科目要求”的，考生选考任意3科均可报考该专业。
哈工程核学院核电子学模电基础
模电基础——（场效应管）
3.2.2 JFET的工作原理
栅源电压UGS的变化将 有效地控制漏极电流iD 的变化，体现了栅源 电压UGS对漏电流iD的 控制作用
模电基础——（场效应管）
3.2.3 JFET的伏安特性
输出特性
iD f (uDS ) uGS 常数
可变电阻区：场效应管可以看 成一个受uGS控制的可变电阻，即 压控电阻。
2.1 三极管（晶体管BJT）的结构及其类型
为实现电流控制和放大作用，晶体管的三个区在制作时结构、尺寸和掺杂 浓度要保证三点：
基区很薄，厚度只有几微米，掺杂浓度很低 发射区和集电区掺杂类型相同，但发射区掺杂浓度远大于集电区 集电结面积大于发射结面积
模电基础——（三极管）
2.2晶体管的三种连接方式
（a）以基极作为输入端，集电极作为输出端； （b）以基极作为输入端，发射极作为输出端； （c）以发射极作为输入端，集电极作为输出端。
模电基础——（二极管）
1.4 伏安特性 I IS (eU /UT 1)
UT T / q(常温下 26mV)
模电基础——（二极管）
1.5 温度对伏安特性的影响
模电基础——（二极管）
1.6二极管的电容效应
势垒电容CB
PN结上外加电压的 极性和大小变化
空间电荷区的宽度及其 里面存储的空间电荷量
击穿区：UCE增大到某一值时，IC会急剧上 升，集电结发生雪崩击穿。
模电基础——（三极管）
2.5 温度对晶体管参数的影响
对ICBO的影响 对UBE的影响
室温下集电极反向饱和电流ICBO很小；当温度升高时，少 子浓度增加， ICBO急剧增大，约1倍/10℃。 温度升高，特性曲线左移(IB一定时，随温度升高，UBE将 减小)。2～2.5mV/℃。与PN结正向伏安特性相似。
时间月日星期课题第6章62电子传递链(呼吸链)
呼吸链的全部电子载体组合
第Ⅰ组中至少含有5种铁硫中心;第Ⅱ组中含有2种不同的细胞色素b和l种与组合Ⅰ不同的铁这些氧化一还原中心的确切序列和功能尚未弄清.
三）电子传递的抑制剂
2e(2H)（电子传递链）
SH21/2O2氧化
放能 相互偶联
3ADP＋3Pi 3ATP 磷酸化
发生部位：线粒体内膜（真核生物）、原生质膜（原核生物）
1、偶联部位
电子传递链中有三个偶联部位：I、III、IV
—0.32 —0.30 —0.02 0.10 0.00 0.04 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
（一）烟酰胺脱氢酶类
烟酰胺脱氢酶类（nicotinamine dehydrogenases）以NAD+和NADP+为辅酶，现已知在 代谢中这类酶有200 多种。这类酶催化脱氢时，其辅酶NAD+或NADP+先和酶的活性中心结合，然后再脱下来。它与代谢物脱下的氢结合而还原成NADH 或NADPH。当有受氢体 存在时，NADH 或NADPH 上的氢可被脱下而氧化为NAD+或NADP+。其递氢机制是：当其接受代谢物脱下的一对氢原子时，就由氧化型（NAD+或NADP+）变为还原型（NADH ＋H+或NADPH＋H+），吡啶环接受一个氢原子和一个电子后，氮原子就由五价变成三价， 而H+则游离于介质中。这种转移是可逆的。 AH2 + NAD+/NADP+ A + NADH/NADPH + H+ 在糖代谢中，许多底物脱氢是由以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶催化的，如异柠檬 酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶等。
6-3 γ能谱测量
6.3 γ能谱测量核反应及核衰变生成的原子核常处于激发态，处于激发态核由高能级向低能级跃迁时会放射出γ射线，即γ射线是原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时所发出的一种辐射，辐射的能量由原子核跃迁前后两能级的能量差决定。
γ射线的能量与原子核激发态的能级密切相关，测量γ射线能量可确定原子核激发态能级，这对确定原子核衰变纲图，放射性分析、同位素应用等方面有重要意义，也是了解原子核的结构、获得原子核内部信息的重要途径。
γ射线能量测量是利用γ线与探测器相互作用产生次生电子，测得次生电子能量并绘出次生电子按能量分布的谱，即所谓γ射线“能谱”，求得该γ射线能量。
一、实验目的(1) 了解闪烁探测器的结构、原理。
(2) 掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。
(3) 了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。
二、实验原理1、NaI(Tl)闪烁探测器概述核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。
下图是闪烁探测器组成的示意图。
首先简要介绍一下闪烁探测器的基本组成部分和工作过程。
图6.3.1 闪烁探测器的装置示意图闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。
上图中探测器最前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、β)进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子(一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去)。
在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去。
光电倍增管是一个电真空器件，由光阴极、若干个打拿极和阳极组成；通过高压电源和分压电阻使阳极、各打拿极和阴极间建立从高到低的电位分布。
当闪烁光子入射到光阴极上，由于光电效应就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚焦，在各级打拿极上发生倍增(一个光电子最终可产生104~109个电子)，最后被阳级收集。
近代物理实验 光泵磁共振 (6-3)
4.实验预习中的一些问题
• 1.本实验中我们引入了扫场线圈和扫场的概念， 对于不同的小实验中，扫场输出的波形是有规定 的，这种规定能否改变，有何影响？ • 2.在前面的光速测量实验中，我们看到示波器对 于多路信号的测量的准确性不如数字仪器（数字 位相计），这个实验中，我们又多次使用示波器 观察，有没有数字仪器代替品代替示波器来完成 这个实验，从而提高精度？ • 3.在地磁场的测量中，我们自拟了一个实验方案， 在实验室条件下，利用这套仪器有没有更佳的方 案？
（二）弛豫过程
热平衡状态下,基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布(N = N0e−E/kT)。由于各子能级的能级差很小,近似认为各能级上的粒 子数相等。光抽运造成粒子数差变大,使系统处在粒子数反转分布 状态。系统由非热平衡分布状态趋向热平衡分布状态的过程称为 弛豫过程。本实验与弛豫有关的几个主要过程: 1、铷原子与容器碰撞导致子能级之间的跃迁,使原子恢复到热 平衡分布, 失去光抽运造成的偏极化。 2、铷原子之间的碰撞导致自旋-自旋交换弛豫。当外磁场为0时 塞曼子能级简并,这种弛豫使原子回到热平衡分布,失去偏极化。 3、铷原子与缓冲气体间碰撞。由于缓冲气体分子磁矩很小，碰 撞对铷原子磁能态扰动极小,这种碰撞对原子的偏极化基本无影响。 铷原子与器壁碰撞是失去偏极化的主要原因。缓冲气体分子 不可能将子能级之间的跃迁全部抑制,因此不可能把粒子全部抽运 到mF =+2的子能级上。处于5 2P1/2 态的原子需与缓冲气体分子碰撞 多次才有可能发生能级转移。缓冲气体分子还有将粒子更快地抽 运的mF=+2子能级的作用。
水平|)
A
于是有： hν1+hν2=2gFμBB水平,这 样就消除了地磁场的干扰，从而求出gF 的值。 由于85Rb和87Rb都会发生共振，其中 87Rb的共振频率高，所以87Rb的取值应选 共振频率较大的一组。
《核电子学》课件——脉冲幅度分析
多道脉冲幅度分析器的组成
包括模数转换和寻址存储两个主要部分
L总道数
7
8
6
7
5
6
4
5
3
4
2
3
1
2
0
1
011 101 100 100 111
H 道宽 量化电平
模数转换
m 地址寄存器（道数）
寻址存储 n 计
数
01 2 3 4 56 7 存储地址
脉冲幅度谱
m
模数转换原理
线性放电法 比较法
一次直接比较法 逐次二进制比较法
幅度甄别器总结（重点）
甄别器的特点 积分甄别器的特点及原理框图 微分甄别器的特点及原理框图
多道脉冲幅度分析器
将输入信号按其幅度大小进行分类，然后按其类别作统计而 获得计数按幅度大小分布的关系。我们把这种分布图称为直方 图，从分布关系中可以得到脉冲幅度谱。
多道脉冲幅度分析器在结构上分成两部分： 模数转换器(ADC)和数据获取和处理系统。
对于上面例子，第2047道的上边界2048mV决定于最高位参 考电压VR11，而下边界2047mV决定于除最高位外所有各位 参考电压之和VR0+ VR1+…+ VR10。第2047道的道宽
10
h2047 VR11 VRi i0
脉冲幅度甄别器的主要用途
将幅度落入在电路设定的电平范围内的输入脉 冲转换成幅度和宽度符合一定标准的脉冲输出， 剔除此电平范围之外的任何输入信号。
• 剔除噪声的干扰 • 进行幅度选择 • 脉冲幅度精密测量 • 能谱测量（单道分析器） • 定时（前沿定时）
脉冲幅度甄别器的分类
按速度分类：普通甄别器；快甄别器。 普通甄别器多为集成电路作成，能够甄别宽
核电子学中的仪器标准
2019年6月6
感谢你的观看
9
NIM＋GPIB标准
• 为了适应计算机技术的发展，1983年美国 NIM委 员会公布了“ NIM+数字数据总线标准 ” 即NIM ＋GPIB标准。
• 是NIM仪器的数字化改良，依据这个新标准所生 产的插件又叫CCNIM " Computer Controlled NIM"。计算机通过GPIB总线来控制插件的工作， 实现自动化测量和控制。
正逻辑标准：为电压信号，用在中低速逻辑电路（dc到 1MHz）。
电平标准
输出（必须送出） 输入（必须反应）
‘1’ +4~ +12 V
+3~ +12 V
‘0’ +1~ -2 V
+1.5~ -2V
上升时间 10ns~ 100ns 宽度 0.1~1s
输入阻抗1k 输出阻抗 10 或50
ECL Logic Signals
2019年6月6
Output (must deliver) Input (must respond to) High state –0.81 to –0.98 V(-0.9V) –0.81 to –1.13 V Low state 感–谢1.你63的t观o看–1.95 V(-1.8V) –1.48 to –1.95 V8
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
重点：
1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？ 机械标准、电气标准和总线标准
2. 几种典型的标准
2019年6月6
感谢你的观看
24
仪器的发展
2019年6月6
模拟仪器
感谢你的观看
模数转换出
核电子学
目录绪论第一章核电子学系统中的信号与噪声 (1)1核辐射探测器及其输出信号 (1)一、核辐射探测器的要求和特点 (1)二、核辐射探测器的主要类别和输出信号 (2)三、核辐射探测器的基本性能（指标） (5)四、核辐射探测器的输出电路 (8)五、核辐射探测器输出信号的数学模拟 (10)2核电子学中的噪声 (11)一、噪声对核测量的影响 (11)二、噪声的分类和噪声源 (13)3核电子学中的信号与噪声分析基础 (16)一、时域和频域分析 (1)6二、核电子学中常见的基本电路分析基础 (17)三、核随机信号通过线性网络 (20)4核电子学测量系统概述 (25)一、系统的基本组成······························································································································2 5二、核电子学常用的信号处理系统 (26)三、核电子学信号处理单元插件标准化 (28)习题与思考题 (29)【附录】常用的几项N I M标准 (30)第二章前置放大器...............................................................................................................34 1概述. (34)一、前置放大器的作用 (34)二、前置放大器的分类 (35)2电荷灵敏前置放大器 (37)一、电荷灵敏前置放大器的主要特性 (37)二、电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析 (42)三、电荷灵敏前置放大器的噪声分析和抑制措施 (44)四、电荷灵敏前置放大器的进一步改进 (48)五、电荷灵敏前置放大器噪声的实验测量 (50)3电压（灵敏）前置放大器 (53)4电流灵敏前置放大器 (54)习题与思考题 (56)第三章放大器 (58)1概述 (58)一、放大器在核测量系统中的作用 (58)二、谱仪放大器的框图介绍 (59)三、放大器的基本参量及测量方法 (60)四、其它类型的一些放大器 (66)2谱仪放大器的放大节 (67)一、放大节的结构 (67)二、分立元件构成的放大节电路 (69)三、集成运算放大器构成的放大节电路 (73)3谱仪放大器中的滤波成形 (75)一、滤波成形电路在谱仪放大器中的作用 (75)二、最佳滤波器的讨论 (76)三、滤波成形电路的信息畸变 (79)四、无源滤波成形电路 (84)五、有源滤波成形电路 (95)六、时变滤波成形电路 (99)4通用谱仪放大器 (10)1一、基线恢复器····································································································································10 2二、通用谱仪放大器介绍 (107)5高能量分辨率高计数率谱仪放大器 (111)一、堆积拒绝方法·······························································································································11 1二、单元电路功能介绍 (112)三、堆积拒绝电路·······························································································································11 3四、死时间校正和允许最高计数率 (115)6快放大器 (117)一、概述 (117)二、快放大器的放大节电路 (118)7弱电流放大器 (121)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
–
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
2. 闪烁计数器中光电转换器的前端读出电子学
① 高能物理中闪烁计数器
– 无机闪烁体:晶体,玻璃体
常用的无机闪烁晶体有:
NaI(Tl),CsI(Tl), BaF2,BGO等
–
有机闪烁体:晶体,塑料和液体
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.1 前端电子学系统-作用和组成
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.1 前端电子学系统-作用和组成
③ 数字化电路 包括甄别,ADC,TDC和地址编码等,将 模拟量转换为数字量
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.1 前端电子学系统-作用和组成
1. 前端电子学在数据获取系统中的作用和组成 组成: 组成: ① 信号处理单元
包括前置放大,成形放大和甄别器等 在高计数率情况下,不仅仅有信噪比方面要求,还 有速度上要求,例如基线恢复等措施
前端电子学系统- 3.1 前端电子学系统-作用和组成
④ 数据通道零压缩和数据缓冲 – 事例内筛选出有意义的通道,剔除无意义的通 道数据,使每个事例所占有的字节数减少 , 来减小原始数据速率,即为数据通道零压缩. 通常采用DSP来完成. – 第一级触发判选之后事例数据继续需要被缓冲 存储,等待第二级触发判选取舍的决定,同时 起到解随机的作用.
多丝室的主要参数为:
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
半导体探测器除有很高能量分辨之外, 另一个特点是其空间分辨很好, 这是因为当代半导体工艺使探测单元可以做得很小,集成密度很高. 具体有以下特性: – 位置精度5m – 双径迹分辨在10m以下 – 对于微条型探测器偏压低于100v – 时间响应小于5ns – 安装相对比较简单 对前端读出电路的要求: – 低噪声,高灵敏,快响应,抗辐射,高计数率,低功耗,高集 成度
2. 闪烁计数器中光电转换器的前端读出电子学
– 闪烁计数器被广泛用于核物理和高能粒子物理实验中. 它是利用某些化合物在带电粒子通过或光激发后能发 射短的光脉冲特性,通过光电转换器件将其转换成电 脉冲信号.电脉冲信号的电荷量一般正比于闪烁体发 射的光产额,即正比于粒子沉积在闪烁体中能量,因 此它可以用来测量粒子的能量.快响应闪烁体与快光 电转换器件相配合,可以得快的输出信号,信号的上 升和下降时间可以小于1ns,因此它可以用来作为时 间测量. 在高能物理实验中,闪烁计数器常用作定时(飞行时 间TOF计数器),快事例选择(触发计数器,或为描 迹仪中提供快逻辑信号),在量能器中,闪烁计数器 往往是关键部件.
常用的有机闪烁晶体
蒽(C14H10),萘(C10H8)等
–
闪烁计数器中常用的光电转换器有:
光电倍增管(PMT) 光电二极管(PD)
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
2. 闪烁计数器中光电转换器的前端读出电子学
② 光电倍增管PMT读出前端电子学
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.1 前端电子学系统-作用和组成
② 缓冲存储单元
为了提高对撞机的亮度,LHC对撞机的对撞周期为 25ns,这意味着在每25ns产生一次作用,每次作 用都有可能是需要记录的事例,取舍与否决定于 触发判选系统.特别是第一级触发系统,要在第 一级触发系统中完成一次触发判选,判选时间达 到2us,是对撞作用周期80倍,一次作用结果取舍 必须等待80次作用之后才能决定.这就是为什么 要有缓冲存储单元的原因.
pixel detector 象素探测器 microstrip detector "微条"探测器
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
半导体探测器的示意图
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
ATLAS 子谱仪简介
– 子谱仪有二大部分
一部分是产生子径迹偏转的强磁场超导磁铁系统,在 ATLAS子谱仪中有三个磁铁系统,一个是用于桶部的子 径迹偏转,另外二个用于两个端盖部分子径迹偏转; 另一部分是测量子径迹的探测器
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
3. 丝室读出电路
② 读出电路
丝室通常多作为位置探测,最简单为多丝正比室,其前 端信号处理由放大器/甄别器(具有较低阈值)和锁存 电路等组成. TGC信号提取和模拟处理的放大,成形和甄别电路的原 理框图
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
3. 丝室读出电路
① 高能物理实验中丝室
多丝室是一种气体探测器.布有平行,等间隔一组阳极丝的平面夹 在二个阴极平面之间,组成了多丝室,室内充满一定气压的电离气 体.在阴极与阳极之间加以电压,当带电粒子通过多丝室时,产生 电离,电子和正离子分别在电场作用下向阳极和阴极运动,最后被 收集.在运动过程中,在电极上感应出电流脉冲,这就是气体探测 器工作基本原理.通常电流脉冲信号从阳极丝输出,只有粒子通过 的阳极丝才有信号产生,因此多丝室可以用来定位,阳极丝间的间 隔一般在mm量级,因此定位精度也可以达到mm量级. 如果阳极与阴极之间电压加得足够高,在阳极丝周围形成很高电场, 在电场作用下,电子进入高场区(在阳极丝周围极小空间),电子 动能很大,因而会产生再电离,甚至雪崩式电离,使电荷量激倍增, 即称为气体放大作用.在这种条件下,电极收集到的电荷量远比原 始电荷量大得多.在一定电压范围内,气体放大倍数是常数,这样 组成的多丝室即为多丝正比室.多丝正比室不仅可以用来定位,也 可以测量带电粒子在室内沉积的能量,作为dE/dx测量
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
1. 半导体探测单元信号处理
① 高能物理中半导体探测器
半导体探测器早在上世纪七,八十年代已广泛应 用在它具有极好的能量和空间分辨以及快的相应 时间,在广泛应用. 传统上是由高阻单晶硅材料制成的,目前还在研 究体探测器,金刚石探测器也是有望可以开发的 一种 在高能物理中,以下列形式应用:
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理 ② 半导体探测器前端读出电路包括:
– 前置放大器(一般为电荷灵敏放大器) – 成形放大器 – 甄别器和甄别HYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
3.3 前端电子学系统 ATLAS前端电子学系统 -ATLAS前端电子学系统
ATLAS 子谱仪 子谱仪
Muon Detectors
Muon.Toroidal Magnets
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
3.3 前端电子学系统 ATLAS前端电子学系统 -ATLAS前端电子学系统
示意图
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
ATLAS 子谱仪简介
– 高动量的末态子是LHC上高能物理实验中最主要的 物理信号之一 – ATLAS探测器中有一个高分辨子谱仪,子具有很强 穿透能力.通常是基于在一个强磁场系统中子径迹 的偏转来测量它们的动量和能量 – 对撞机高能实验中探测器系统是4π空间范围内进行探 测,因而各种类型探测器在4π立体角内布局.通常分 为桶部和端盖二部分,子谱仪也是按桶部和端盖部 分进行布局.子谱仪位于整个ATLAS探测器系统的 最外层,它包住了其它探测器.
硅微条探测器工作原理
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC
前端电子学系统- 3.2 前端电子学系统-探测单元信号处理
半导体探测器工作原理:
– 电离粒子穿过探测器,沿着其径迹产生电子–空穴时,电子–空穴 对数正比于粒子在探测器内的能量损失,探测器二端加上反偏的 电场,使电荷对在复合之前由电极将其收集起来,在电荷收集过 程中在电极上产生电流脉冲,其积分(即电荷)正比于粒子在探 测器内沉积的能量,通过电荷积分器和成形放大器将其读出,其 信号的幅度正比于电荷值,即正比于能量沉积. – 由于产生电荷对所需的能量只有3.6ev(硅半导体探测器),比 气体电离能(30ev)和闪烁计数器中从光电转换器件的光阴极上 拉出电子所需的能量(300ev)要小.另一方面,在硅中平均能 量损失很高,大约390ev/m,每m产生110e-h对产额很高,因 而使固有能量分辨很佳,在高能物理应用中最佳厚度为300m, 电离粒子通过平均可以得到3.2×104e-h对.
DEPT OF MODERN PHYSICS, USTC