原子核物理实验方法Chapter0
原子核物理实验方法及应用
原子核物理实验方法及应用当今的原子核物理学是一个庞大而复杂的研究领域，它涉及到原子核的结构、性质、反应等多个方面。
而尽管理论模型的不断提升和完善，实验仍然是研究原子核物理的关键，它为我们提供了高精度、高灵敏度的数据。
接下来，我们就来探讨一下原子核物理实验方法及其应用。
一、寻找微小的粒子原子核物理实验的首要任务是探测微小的粒子。
众所周知，原子核是由质子和中子构成的，质子和中子是构成核的基本粒子。
而原子核物理实验中，探测这两种粒子的主要方法是利用加速器。
以质子为例，由于它的电荷为正，所以我们可以利用加速器让质子进行多次加速，然后把加速后的质子高速撞击到要研究的目标上，让它们与原子核相互作用。
这样的粒子加速器就叫做质子加速器。
这样高能的质子撞击原子核时会产生各种次级的粒子，如中子、质子等，通过检测这些次级粒子，我们可以了解原子核内部的结构和性质。
二、测量粒子的能量一般来说，我们需要测量粒子的能量，来了解粒子的性质。
这里有两种方法：一种是正比计数器法，另一种是飞行时间法。
正比计数器法是一种基于电离室原理的计数器，其原理就是将粒子撞击到一个气体室中，获得电离电子后，通过测量电离电子的数量来计数。
这种计数器可以测量不同能量的粒子，而且灵敏度高，但也有一些不足之处，例如需要对不同粒子的反应条件进行精细调节等。
飞行时间法是另一种常用的能量测量方法。
这种方法利用粒子在真空中的飞行时间与其能量之间的关系，以精确确定粒子的能量。
在实验中，通常将粒子加速至很高的速度，并通过电场或磁场等手段将其加速到实验器的检测设备上。
从粒子的飞行时间和飞行距离之间的关系可以确定其速度，从而确定其能量。
三、粒子探测器在原子核物理实验中，探测器是十分重要的，它是我们获取实验数据的关键。
通过不同的结构，可以实现对不同粒子的探测和测量，例如电离室、闪烁体探测器、半导体探测器等。
电离室是一种基于气体放电原理的探测器，在其内部的气体中粒子撞碎原子或分子时，会释放出电离电子，电离电子会通过电场进行信号放大，同时被检测器记录下来，从而测量粒子的能量。
原子核物理学的基本概念及实验方法
原子核物理学的基本概念及实验方法原子核物理学，作为物理学的一个分支，研究的对象是原子核结构、反应和辐射等。
现代原子核物理学起源于放射性现象的研究，发展历程从放射性到核裂变、核聚变、中子、质子等粒子的发现和研究，再到核能的应用等。
本文将介绍原子核物理学的基本概念和实验方法。
一、原子核物理学的基本概念原子核是由质子和中子组成的，它是原子的稳定部分。
原子核的结构和性质是原子核物理学研究的核心内容。
原子核可描述为一个粒子系，其内部粒子与其他原子核、原子、电子等粒子交互作用，使其在宏观尺度下表现出各种性质和现象。
原子核物理学基本概念如下：1. 质量数：原子核的质量除原子电子外，主要由质子和中子的贡献构成。
质量数A是原子核中质子数Z与中子数N的和，即A=Z+N；2. 核荷数：原子核荷电量等于其内部质子数Z乘以基本电量e，即eZ，反之，由Z获得核荷信息；3. 核结合能：原子核组成带正电荷，故质子间存在相互斥力，使核系统处于不稳定平衡状态，核内包含中子的“引力”能够维持核结构稳定性。
所谓原子核结合能是指将核中的绝对质量总和与核离解成各自质量总和之差，乘以光速的平方即可得到结合能的数值。
二、原子核物理学的实验方法原子核物理学的实验方法是对原子核物理学研究所必要的重要手段。
实验室通常可将实验手段归为两类：一类是基于原子核间的相互作用，如核反应、核裂变等；二是基于测试加速器或天然辐射场的现象和反应。
1. 核反应核反应是指核粒子之间相互作用后发生的一系列物理过程。
在核反应中，参与反应的原子核可能发生聚变、裂变、放射性衰变、共振吸收等反应。
通过核反应，人们研究了许多探索原子核结构和性质的实验，如利用核反应研究高能粒子、研究核子内部状态等。
2. 核裂变核裂变是指原子核由外界作用下，分为两部分，使裂变合成核伴随着大量释放的能量和中性粒子。
裂变可以通过核反应诱导来实现。
核裂变在原子核物理学中的应用十分广泛，如核能发电和核武器。
原子核物理学的基本理论和实验方法
原子核物理学的基本理论和实验方法原子核物理学是研究原子核的物理学科，主要研究原子核的结构、性质、反应等。
原子核是原子的重要组成部分，对研究原子结构和物质性质具有重要意义。
本文将介绍原子核物理学的基本理论和实验方法。
一、原子核物理学的基本理论1. 原子核的结构原子核是由质子和中子构成的，其中质子带正电荷，中子则不带电荷。
原子核的结构可以通过核壳层模型进行描述。
核壳层模型认为原子核中的质子和中子占据不同的能级壳层，类似于原子中电子的能级结构。
根据核壳层模型，原子核的不同结构形成了核同位素和核稳定性的概念。
2. 原子核的性质原子核的性质主要包括质量数、原子序数、核自旋、核磁矩等。
质量数指的是原子核中质子和中子的总数，原子序数指的是质子的数目。
核自旋是指原子核自身的旋转，而核磁矩则是由电子和质子的运动的相互作用产生的磁矩。
3. 原子核反应原子核反应研究的是原子核的变化。
原子核反应可以分为裂变和聚变。
裂变是指原子核分裂成两个或多个较小的原子核，聚变则是指把两个或多个轻元素核聚变成为一个较重的核。
核反应可以用质量差公式进行计算，质量差越大，核反应越容易发生。
二、原子核物理学的实验方法1. 散射实验散射实验是通过将粒子射入样品中，然后通过测量样品中被散射的粒子的轨迹和能量来研究样品的结构和性质。
散射实验可以用于研究原子核的形状、大小、质量等。
2. 能谱法能谱法是一种通过测量样品中的辐射能量来研究核物理问题的方法。
通过能谱法可以得出样品中放射性核素的能级和衰变路线，从而研究原子核的结构和性质。
3. 放射性探针技术放射性探针技术是将放射性同位素引入样品中，然后通过测量放射性同位素的衰变来研究样品的结构和性质。
放射性探针技术可以用于研究原子核的壳层结构、核变形等。
4. 实验反应堆实验反应堆是用于研究核反应的设备，可以产生高质量的中子束。
实验反应堆可以用于研究核反应截面、核反应动力学等问题。
总之，原子核物理学是一门重要的物理学科，它研究原子核的结构和性质，以及原子核反应。
原子核物理的基本原理和实验方法
原子核物理的基本原理和实验方法导言原子核物理是研究物质组成中的原子核及其相互作用的一门学科。
它是现代物理学的重要分支之一，对于我们理解物质结构的基本性质具有重要的作用。
本文将通过介绍原子核物理的基本原理和实验方法，为读者深入理解这一领域提供参考。
第一部分：原子核结构的基本原理原子核是原子基本组成部分之一，由质子和中子组成。
它是原子的一个极小且非常致密的核心，占据整个原子体积的极小部分，其中质子带正电荷，中子不带电荷，两者的质量几乎相等。
原子核中的质子和中子是由夸克组成的。
夸克是基本粒子的一种，是构成一切有质量的物体的最基本的组成单元。
通过核反应的研究，科学家们发现，在原子核中会发生强相互作用和弱相互作用。
强相互作用是维持原子核的稳定的关键。
而弱相互作用则引发了许多奇异现象，如放射性变化、贝塔衰变等，它们对人们的日常生活和工作产生了诸多影响。
第二部分：原子核实验的基本方法原子核物理的研究需要进行实验验证。
以下是几种常用的原子核实验方法。
1. 散射实验散射实验是一种通过探测被轰击物质后散出来的粒子来研究原子核结构和相互作用的方法。
在这种实验中，科学家会将入射粒子轰击到目标核上，然后测量散射粒子和反应产物的产生率和运动状态。
通过这些测量，科学家可以了解原子核的一些性质，如质量、形状和能级等。
2. 能谱实验能谱实验是一种通过测量射线辐射的能量来研究原子核结构和相互作用的方法。
在这种实验中，科学家会将辐射射线照射到目标核上，然后测量射线的能谱分布。
通过这些测量，科学家可以了解辐射射线的强度和能量分布，从而得到有关原子核的信息。
3. 放射性测量放射性测量是一种通过测量放射性物质衰变过程中散发出的辐射来研究原子核结构和相互作用的方法。
在这种实验中，科学家会使用计数器或探测器等仪器来测量辐射的能量和强度。
通过这些测量，他们可以了解放射性物质的衰变特性和有关原子核结构的信息。
结论原子核物理是一门重要的学科，对于我们理解物质结构和相互作用的基本原理具有重要的作用。
原子核物理实验方法-兰北
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎰min max 20422042ln π4π4max min b b v m e NZz b db v m e NZz dx dE b b ion NB v m e z dx dE ion 2042π4=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=2222201ln 2ln c v c v I v m Z B 一、 射线与物质的相互作用1、 带电粒子与靶物质原子的碰撞载能带电粒子在靶物质的慢化过程，完全是由带电粒子与靶物质原子中的电子和靶原子核发生各种相互作用的结果，可归纳为1) 与核外电子发生非弹性碰撞；2) 与原子核发生弹性碰撞；3) 与原子核发生非弹性碰撞；4) 与核外电子发生弹性碰撞；与核外电子发生非弹性碰撞：当带电粒子从靶物质近旁掠过时，入射粒子与靶原子核外电子的库仑相互作用使电子获得一部分能量。
称为电子阻止。
如果电子获得的能量足以使电子脱离原子核的束缚成为自由电子，这个过程就叫做电离；如果传递给电子的能量较小，只能使电子从低能级状态跃迁到高能级状态，这个过程就叫做激发。
这是带电粒子穿过物质时损失动能的主要方式。
与靶原子核的非弹性碰撞：入射带电粒子靠近靶原子核时，会受到原子核的库仑力作用，使入射粒子的速度和方向发生改变。
这种运动状态的改变，伴随着发射电磁辐射，并使入射粒子能量损失较大。
对于α粒子和β粒子，由于二者质量相差较大，因此与靶原子核的非弹性碰撞α粒子运动状态改变不大，而β粒子运动状态改变显著。
与原子核发生弹性碰撞：满足动能守恒和动量守恒，入射带电粒子被反弹，靶原子核被反冲。
从靶物质对原子核的阻止看，称为核阻止。
与核外电子发生弹性碰撞：满足动能守恒和动量守恒。
极低能量的β粒子入射才需考虑。
2、重带电粒子与物质的相互作用（如质子和α粒子）重带电粒子与物质相互作用主要分为两部分：与核外电子发生非弹性碰撞(电子阻止)和与原子核发生弹性碰撞(核阻止)。
原子核物理实验方法
原子核物理实验方法
1 原子核物理实验方法
原子核物理实验方法是研究物质原子或核结构和行为的实验方法，是应用物理学原理探索原子或核现象的关键手段。
是研究物质原子、
核及其相互作用的核物理实验。
1.1 同步辐射实验
同步辐射实验是以同步辐射装置(同步加速器)释出的电子束，经
入射腔、反射腔、放大器和调谐器等设备，同步循环传输，使电子束
获得加速而得到高能时，在探测器前斩断，将电子束转换成强烈辐射，以此来研究核素和电子及其间的相互作用，以达到研究目的。
1.2 核共振吸收实验
核共振吸收实验本质上是一种射频和脉冲NMR实验，通常是由核
磁共振物理光源和一个反应器组成的一种物理实验。
利用反应系统加
以调节，可以使反应系统具有可控的射频和脉冲原子核吸收，以及核
磁共振应用研究原子核，进行分子计算和模拟，并在实验室里实现核
磁共振成像。
1.3 核内应力装置实验
核内应力装置实验是为探究原子核素中子体系结构和中子质量分布，用各种辐射粒子，如电子、中子、轻微子、突变线等，向样品放
射，测定反应后产物能位分布，并从能位结构中推断核内形态，用以
研究界面特性和结构、研究半衰期及分布等的原子核物理实验。
原子核物理实验是物质原子或核结构和行为的实验方法，也是用
物理学研究原子和核现象的关键手段，目前常用的实验方法主要有同
步辐射实验、核共振吸收实验和核内应力装置实验。
由于它们使得我
们能够更好地了解物质组成，因此在科学研究中起着非常重要的作用。
《核物理实验方法》课程教学大纲
综合实验楼D129
3
4
专业
必做
设计性
否
3
金硅面垒半导体探测器
核物理实验室
综合实验楼C323
3
4
专业
必做
设计性
否
4
闪烁晶体探测器
核物理实验室
综合实验楼C323
3
4
专业
必做
设计性
否
5
热释光探测器
核物理实验室
综合实验楼C323
3
4
专业
选做
综合性
否
6
beta、gamma射线的吸收系数测定
核物理实验室
5
M2
期末考试
40%
（见试卷评分标准）
评分等级说明：
[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59]
六、教材与参考资料
序号
教学参考资料明细
1
图书|原子核物理实验方法,复旦大学、清华大学、北京大学,原子能出版社, 1997, ISBN:7-5022-1512-3.（*主教材）
2
M1
平时作业
20%
A-对所学知识有深入理解和分析，并有一定专研。B-对所学知识有一定的理解和分析。C-对所学知识理解和分析欠缺。D-对所学知识理解和分析不足。E-没有对所学知识理解。
3
M1
期末考试
60%
（见试卷评分标准）
4
M2
实验研究
60%
A-实验有创新。B-实验内容比较完整，报告规范。C-实验内容尚可，报告规范。D-实验内容一般，报告欠规范。E-实验设计内容有错误，报告不规范。
"Experimental methods of nuclear physics" is an elective course for Applied physics majors in nuclear physics methods and technology. The course promotes the patriotism and scientific innovation spirit of two bombs and one star. The theoretical contents mainly include statistics in nuclear measurement, interaction between rays and matter, typical nuclear physics detector technology, typical nuclear measurement methods and contents. The content of the experiment sets up several research experiments and design experiments of nuclear physics. Through the study of this course, students can have the basic theoretical knowledge in nuclear physics experiments; Understand the corresponding ray detection technology and its principles; Master the relevant experimental methods of nuclear physics research, nuclear radiation measurement and nuclear technology application; Be able to analyze radioactive phenomena and experimental results, laying a foundation for future practical work. In the course teaching, theoretical teaching is combined with experiments to guide students to find problems, analyze problems and solve problems. Students carry out experiments independently, study the principles of instruments, design the contents of experiments, analyze the experimental process and results, and carry out academic reports and exchanges. Through the whole process of independent experimentalresearch, students can acquire relevant research skills.
核物理与原子核实验教学教案
● 06
第六章 总结与展望
核物理与原子核 实验教学的总结
在核物理与原子核实 验教学中，我们常常 遇到一些问题，例如 实验设备不足、学生 理论基础薄弱等。为 了提高教学效果，我 们需要定期进行教学 效果评估，及时调整 教学方案。在教学中 积累经验，分享给其 他教师也是非常有益 的。
未来发展方向
核聚变能量产生实验
聚变反应器 的设计
设计合理的反应 器结构
实验结果分 析
对实验数据进行 深入分析
实验装置
选择和搭建合适 的装置
核聚变能量产生 实验
核聚变是一种高效的 能量产生方式，通过 合并轻元素产生更稳 定的重元素释放能量。 实验中需要精确设计 反应器结构，确保能 量产生的稳定性。
放射性同位素的应用实验
可以研究核能级与核结构 之间的关系 为核反应实验提供基础理 论支持
反应堆堆芯检测实验
01 实验原理
通过测量反应堆堆芯中的辐射情况，分析反 应堆工作状态
02 实验装置
包括辐射探测器、测量仪器等设备
03 实验步骤
准备、测量、分析堆芯中辐射源的情况
总结
核反应实验是核物理领域的重要实践教学内容， 通过裂变、聚变、中子激发等实验，可以更好地 了解核反应过程及相关原理。同时，反应堆堆芯 检测实验可以帮助监测核反应堆的运行状态，确 保安全可靠。在实验中要严格控制各项参数，保 证实验结果准确性。
β衰变实验
实验目的
研究β衰变现象
实验结果分 析
通过测量β粒子 的能谱分析衰变
过程
实验装置
包括探测器和放 射性样品
γ射线探测实验
探测器原理
探测γ射线的工作原理
实验步骤
设置探测器 射线源照射
原子核物理实验方法
原子核物理实验方法
原子核物理实验是研究原子核的性质、结构和相互作用的一种方法。
原子核物理实验方法可以通过各种技术手段对原子核进行探测和研究。
下面是原子核物理实验的几种常见方法：
1. 能量谱测量法：原子核在放射性衰变或者其他核反应中发射出的粒子，如α粒子、β粒子、伽马射线等，其能量分布具有一定的规律性。
通过测量这些粒子的能谱，可以获得关于原子核结构和反应过程的信息。
2. 核共振荧光法：这种方法通过激发原子核的自旋磁矩，使其跃迁到高能级，然后再自发辐射回到基态时发射出特定的荧光。
通过测量这些荧光的特性，可以获得原子核的结构信息。
3. 转动能谱法：这种方法是通过测量气态或液态核自由转动时发射的微波辐射谱线的形状和频率，来研究原子核的结构和旋转动力学行为。
4. 放射性示踪法：这种方法是利用放射性核素的衰变特性，在试验物体中引入放射性核素，通过测量其在试验物体中的运动和分布情况，来研究物质在原子核层面的相互作用和运动规律。
总的来说，原子核物理实验方法是多种多样的，具体的实验方法会根据研究目的和样品的不同而有所不同。
在实验过程中，需要用到各种高精度的检测设备和分析方法，例如：核反应堆、加速器、探测器、电子学、计算机模拟等等。
物理实验技术中的核物理实验操作流程
物理实验技术中的核物理实验操作流程引言：核物理实验是研究原子核、核反应、核衰变等核物理现象的重要手段。
在核物理实验中，操作流程的准确性和仪器设备的精确性对于实验结果的可靠性至关重要。
本文将介绍核物理实验中常用的实验操作流程，以及需要注意的关键步骤。
准备工作：在进行核物理实验之前，准备工作是必不可少的。
首先，确定实验的目的和目标，明确要研究的核物理现象。
其次，对所使用的仪器设备进行校准和检查，确保其正常工作。
同时，对实验环境进行清洁和消毒，保持良好的实验条件。
另外，进行一些预实验和计算，确定实验参数，为后续实验做好准备。
实验操作流程：1. 样品制备：核物理实验中常用的样品有放射性同位素和非放射性同位素。
放射性同位素的制备需要特殊的方法和设备，确保其放射性稳定和安全。
非放射性同位素的制备则需要进行物质的提纯和浓缩，以获得高纯度的样品。
2. 实验装置设置：根据实验的需要，设置合适的实验装置。
实验装置通常包括探测器、引出装置、辐射屏蔽等部分。
探测器的选择应根据实验目的来确定，不同的实验需求适合不同类型的探测器。
辐射屏蔽的设置要考虑实验的安全性和结果的准确性。
3. 数据采集：核物理实验中的数据采集是实验操作的重要环节。
实验数据的采集可以通过计算机数据采集系统或者传统的模拟仪器进行。
无论采用何种方法，都需要确保数据的准确性和可靠性。
4. 实验过程控制：在进行核物理实验时，实验过程的控制至关重要。
实验过程控制包括样品的放置和装载、辐射源的引入和退掉、实验条件的调整等。
在实验过程中，要保证实验环境的稳定和实验参数的准确控制，以获得可靠的实验结果。
5. 数据处理与分析：实验数据的处理与分析是核物理实验中重要的环节。
数据处理包括数据的去除杂散背景、噪声的滤除、数据的校正和修正等。
数据分析则需要根据实验的目的，采用适当的统计分析方法进行，以得到准确的实验结果。
实验注意事项：1. 安全措施：核物理实验涉及到放射性物质和辐射源，必须严格遵守实验安全措施，保护自身和他人的安全。
原子核物理实验报告
六、实验分析与总结
1、计数管各参数要准确测量，每次测量的相对误差要小于 1% 2、测量的计数不需要进行失效时间校正，因为我们要求得本征效率是相对于实际测量计数 来说的。 3、探测效率与粒子能量有关，因为γ射线不是直接使物质电离，而是通过光电效应、康普
顿效应和电子对效应产生的次级电子电离的，射线能量不同，产生的电子数目就不同，会对探 测效率有影响。
G-M 计数管一只、自动标定器一台、β放射源一只
三、实验原理
实验证明，当对活度不变的放射源进行多次重复实验测量时，即使测量条件如何相同，但 每次测量的结果却不尽相同，可是每次测量结果都是在其平均值上下涨落，这种涨落服从统计 规律。假定在时间 t 内的平均计数为 n，其出现的概率 P（n）服从统计规律，如泊松分布、高 斯分布等。
本底效 率 0.088 0.059 0.027 0.014 0.011
0.0087 0.0065 0.0054 0.0045
效率与阈值电压的关系曲线如下：
效率
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
系列1
系列2
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
电压
六、实验分析与总结
1、为什么闪烁计数器的γ探测效率高于 G-M 管的效率？ 答：G-M 管的缺点是不能快速计数，而γ射线进入计数器内会发生三种效应，在短时间内产生大 量电子，从而无法准确计数。而闪烁计数器的优点是效率高，有很好的时间分辨率和空间分辨 率，时间分辨率达 10^-9 秒 ，空间分辨率达毫米量级。γ射线同闪烁体相互作用，使其中的原 子、分子电离或激发，被激发的原子、分子退激时发出微弱荧光，荧光被收集到光电倍增管， 倍增的电子流形成电压脉冲，由电子仪器放大分析和记录。故可以准确计数。 2、影响效率测量精度的因素有哪些？ 答：理想模型对实际情况的替代，测量的误差，读数的误差，环境条件等 3、γ探测效率与自动标定器的阈值电压是否有关系？为什么？ 答：有关系。因为入射的γ射线的能量是一定的，随着阈值电压的增高，达到阈值标准的γ粒 子数越来越少，使得γ探测效率降低。
原子核物理实验方法课后习题答案
第一章习题1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。
解：051525(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371!5(0;5)0.08422!NN r r r r NP N N e N P e P e P e ----=⋅=⋅==⋅==⋅= 在1秒内小于或等于2的概率为：(0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++=2. 若某时间内的真计数值为100个计数，求得到计数为104个的概率，并求出计数值落在90-104X 围内的概率。
解：高斯分布公式2222)(22)(2121)(σπσπm n mm n ee mn P ----==1002==σm ===----2222)104(22)(2121)104(σπσπm mm n ee mP将数据化为标准正态分布变量11010090)90(-=-=x 4.010100104)104(=-=x查表x=1，3413.0)(=Φx ，x=0.4，1554.0)(=Φx 计数值落在90-104X 围内的概率为0.49673. 本底计数率是500±20min -1，样品计数率是750±20min -1，求净计数率及误差。
解：tn=σ 本底测量的时间为：min 25205002===bb b n t σ 样品测量时间为：min 35207002===ss s n t σ 样品净计数率为：1min 200500700-=-=-=bb s s t nt n n 净计数率误差为：1min 640-==+=+=b s bb s s t nt n σσσ此测量的净计数率为：1min 6200-±4. 测样品8min 得平均计数率25min -1，测本底4min 得平均计数率18min -1，求样品净计数率及误差。
原子核物理实验方法
线，无法测量。
原子核物理实验方法
从电离鉴别粒子
➢ 用待测粒子X的径迹与已知粒子A的径迹相比较，寻找在同 一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方：
➢ 如果两种粒子的电荷相同，则有：
➢ 在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩余射程， 得到射程比，再得到质量比，继而得到未知粒子质量Mx。
原子核物理实验方法
2010.10.27
原子核物理实验方法
第六章 其他探测器
➢径迹探测器
➢切伦科夫探测器
➢多丝正比室
➢热释光探测器
原子核物理实验方法
➢核乳胶
径迹探测器➢固体径迹室 Nhomakorabea➢气泡室
➢脉冲径迹室
原子核物理实验方法
电子学计数器
➢ 通过记录粒子产生的电信号，如计数、幅度、时 间、空间位置、脉冲形状等。必须与电子学线路 和仪器配套使用的探测器。
➢ 气体探测器：电离室、正比计数器、G-M计数器 ➢ 半导体探测器：金硅面垒、Si(Li)、Ge(Li)、高纯锗等 ➢ 闪烁探测器：NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)、BGO、PWO、塑料闪烁
体、液体闪烁体
➢ 切伦科夫探测器：阈式C计数器、微分式C计数器、RICH等 ➢ 气体丝室： 多丝正比室、漂移室等
➢ 测量处理前后的乳胶厚度，就可得到收缩因子：
原子核物理实验方法
从电离鉴别粒子
➢ 电离损耗决定于粒子的速度、质量和电荷，所以 通过测量径迹上的电离就可以鉴别粒子。
➢ 实验上最常用的方法：测银颗粒密度，即单位长度径
迹上银颗粒数目。
➢ 粒子速度快，电离小，颗粒密度稀； ➢ 粒子速度慢，电离大，颗粒三三两两挤成小团，形成
北京原子核物理实验原理
北京原子核物理实验原理一、前言北京原子核物理实验是一项基础研究，旨在探究原子核的结构和性质，其实验手段主要是利用加速器将粒子加速到高能，然后利用不同的探测器探测粒子与核的相互作用，进而研究核的结构和性质。
本文将从加速器、探测器、数据分析等方面进行详细介绍。
二、加速器原理1. 加速器的分类加速器可按照不同的分类方式进行分类，如按照加速方式，可分为静电场加速器和磁场加速器；按照产生粒子的方式，可分为自然放射性和人工产生；按照加速的粒子种类，可分为电子加速器、质子加速器、离子加速器等。
在北京原子核物理实验中，常用的是质子加速器和离子加速器。
2. 质子加速器原理质子加速器主要由下列部分组成：静电加速管、同步加速器、注入器、波导等。
质子加速器原理是利用电场和磁场的相互作用，将质子加速到较高的能量。
（1）静电加速管静电加速管主要由加速管和加速电压源组成。
加速管是一个空心的金属管，内外壁之间有一定距离，内外壁分别接高压和地线。
当高压加到静电加速管上时，管内会形成一个较强的电场，电场方向沿着轴向，沿管轴向的电场会使质子加速。
（2）同步加速器同步加速器是质子加速器中的一个重要部分，主要作用是将经过静电加速管加速过的质子束，再通过一定的方式进行能量的调整和匹配，使得质子束具有一定的相干性和稳定性。
同步加速器主要由磁铁、RF谐振腔等组成。
（3）注入器注入器是将质子束注入到加速器中的装置，主要由离子源和注入磁铁组成。
离子源会产生一定的电离并形成离子束，注入磁铁主要是用于聚焦和调整离子束的入射方向。
（4）波导波导是用来加速质子束的装置，主要由金属管和电场装置组成。
电场装置主要是用来产生电场，将质子束加速。
波导中的电场是沿着波导轴向的。
3. 离子加速器原理离子加速器主要是通过电场和磁场的相互作用，将离子加速到较高的能量。
离子加速器主要由离子源、加速器和束流传输系统等组成。
（1）离子源离子源主要是用于产生离子束的装置，主要有热发射离子源、电子冷却离子源、电子轰击离子源等。
原子核物理的实验研究
原子核物理的实验研究原子核物理是研究原子核结构、性质及其与其他物质之间相互作用的学科。
其实验研究是对原子核结构、动力学以及其与外部环境相互作用的探究，从而揭示出它们的内在规律和本质属性。
最初，原子核物理领域的实验研究是通过放射性元素的自发衰变、核反应的诱导等手段进行的。
但后来，科学家们发现准确描述原子核的行为必须基于更加精细的实验方法，如在高能加速器中产生、探测等。
当今，原子核物理研究面向着更高精度、更准确的方向演化，拥有更加先进的技术、更加复杂的理论，研究的深度和广度也在不断拓展。
这篇文章会简要地介绍一些重要的原子核物理实验。
一、双准粒子散射实验双准粒子散射实验主要探究原子核内部结构和核力的性质。
在实验中，两个粒子逼近核子，然后相互散射或发生反应，从而推测出核子与核子之间相互作用的本质特性。
这种实验常常需要极高能量和高强度的粒子加速器，例如2000年之前CESR加速器上的CB-TAPS实验。
CB-TAPS实验成像的核子间距和能级结构可精确到1%左右，已经向我们揭示了原子核内部结构的一些基本特征。
二、测量原子核超精细结构的核荧光实验特定的原子核在受到光或电磁波的激发后，会放射出辐射，这种现象被称为核荧光。
核荧光实验可通过单光子或单光子激发获取原子核的能谱信息，其中的超精细分裂能揭示了原子核的内部结构性质，比如核自旋、电四极矩等。
而这些信息则可用于验证更加精细的理论，从而推进原子核物理理论的发展。
三、核共振荧光实验核共振荧光实验用于寻找并检测特定的核共振状态。
这种实验通常利用示波器，观察核共振状态的荧光强度和荧光谱线。
其中，荧光谱线可以给予特定的信息，如共振状态的精确能量、角动量、旋量等其他重要参数的信息。
四、寄生放射性束实验寄生放射性束实验用于获取原子核的结构和动力学方面的信息。
具体而言，科学家们将高能速度的原子核束瞄准到低能能级下的原子核上，分析和检测发生的反应过程，推断原子核的结构和其在不同化学环境下的相互作用。
核物理实验教案
核物理实验教案引言:核物理实验作为物理学中重要的一部分，对于学生的实践能力和科学素养的培养起着至关重要的作用。
本教案将以核物理实验教学为主题，通过设计一系列精心策划的实验活动，旨在帮助学生全面了解核物理实验的基本原理和实验方法，培养学生的实验技能和科学思维能力。
实验一: 探究原子核结构的Rutherford散射实验实验目的: 通过模拟Rutherford散射实验，探究原子核结构的基本概念和特征。
实验步骤:1. 准备材料: 防护眼镜、散射体（金箔）、探测器、放射性源等。
2. 实验操作步骤:a. 戴上防护眼镜，确保实验安全。
b. 将放射性源放置于合适位置并固定。
c. 用金箔作为散射体，将其放在放射性源周围。
d. 将探测器放置于散射体的相对位置，用于探测散射粒子。
e. 打开放射性源，进行实验观测。
实验结果与分析:通过实验观察，我们可以发现散射体对粒子的散射角度和散射范围有着明显的影响。
部分粒子将受到金箔原子核的电荷作用而发生散射，散射角度大于散射体半径的粒子将被探测器所观测到。
这表明了原子核具有正电荷，且体积非常小，大部分的原子质量是集中在原子核内的。
实验二: 测量核衰变的半衰期实验目的: 通过测量放射性核素的衰变现象，学习核衰变规律及半衰期的概念。
实验步骤:1. 准备材料: 放射性核素样品、探测器、计时器等。
2. 实验操作步骤:a. 将放射性核素样品放置于探测器旁，确保探测准确。
b. 打开计时器，记录开始时间。
c. 不断进行测量，记录每次检测到放射性核素衰变所需的时间。
d. 持续记录，直到放射性核素衰变的次数足够多，以获得较准确的半衰期数值。
实验结果与分析:通过多次实验统计分析，我们可以得到放射性核素的衰变速率与时间的关系。
进而通过拟合曲线得到核衰变的半衰期，半衰期是放射性核素在衰变过程中所需时间的统计平均值。
这个实验不仅帮助学生理解核衰变的基本规律，还培养了他们的实验设计能力和数据处理能力。
实验三: 测量裂变链反应的速率实验目的: 通过模拟裂变链反应，测量核裂变反应的速率，并探究影响核裂变速率的因素。
原子核物理实验与辐射治疗探索
辐射治疗：利用放射性物质产生的辐射来治疗疾病的方法
应用：原子核物理实验在辐射治疗中的应用包括剂量计算、放射性药物研发、放射性标记等方面
原子核物理实验对辐射治疗的影响
原子核物理实验为辐射治疗提供了理论基础
原子核物理实验推动了辐射治疗技术的发展
原子核物理实验为辐射治疗提供了新的治疗方法
原子核物理实验为辐射治疗提供了更精确的剂量控制
原子核物理实验与辐射治疗的未来发展方向
加强国际合作与交流，共同应对挑战
研究原子核物理实验在医学领域的应用
发展新型放射性药物和治疗方法
提高辐射治疗的精确度和安全性
原子核物理实验与辐射治疗的跨学科合作与交流
合作成果：开发新型辐射治疗技术，提高治疗效果
跨学科合作：物理学、医学、生物学等领域的专家共同参与
发展前景：人工智能、大数据等技术在辐射治疗中的应用
挑战与展望：提高治疗效果、降低副作用、拓展治疗范围
辐射治疗的前沿研究与展望
辐射治疗的社会影响：对医疗行业的影响、对患者生活的影响等
Байду номын сангаас
辐射治疗的未来研究方向：提高治疗效果、降低副作用、个性化治疗等
辐射治疗的挑战与问题：副作用、耐药性、治疗效果评估等
辐射治疗的最新进展：新型放射性药物、精准定位技术等
原子核物理实验与辐射治疗探索
XX, a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
单击此处添加目录项标题
原子核物理实验概述
原子核物理实验与辐射治疗的关系
原子核物理实验的实践与探索
辐射治疗的应用与探索
原子核物理实验与辐射治疗的挑战与展望
目录
添加章节标题
原子物理实验
简答之实验篇1.卢瑟福α粒子散射实验一．实验现象：大多数α粒子散射角很小，少数α粒子散射角大于90°，极少数与α粒子散射角等于180°。
二．实验解释：由于原子核很小，绝大部分α粒子并不能瞄准原子核入射，而只是从原子核周围穿过，此时原子核和α粒子间的作用力不大，因此偏转也很小；也有少数α粒子可能从原子核附近穿过，这时半径较小，所受作用力较大，就会有较大的偏转；而极少数正对原子核入射的α粒子因为半径很小，作用力很大，就有可能反弹回来。
所以卢瑟福核式结构能定性的解释α粒子散射实验。
三．α粒子散射理论的建立 1．库伦散射①前提（假设）：忽略电子的作用；粒子和原子核看成点电荷；原子核不动；大角散射是一次散射的结果。
②库伦散射公式：库仑散射公式反应出b 和θ的对应关系 。
b 小， θ大； b 大，θ小。
2.卢瑟福散射公式⑴ 以b 为外半径，b-db 为内半径的环面积内的α粒子，散射到角度在θ~d θ间的一个空心圆锥体中。
环形面积：空心锥体立体角： d σ与d Ω的对应关系： ①此公式物理意义：每个散射到θ~θ+d θ之间的空心立体角d Ω内的α粒子，必定打在b ~b-db 之间的d σ这个环形带上 。
d σ是膜中每个原子的有效散射截面，又称微分截面。
⑵ 设有一薄膜，面积为A ，厚度为ｔ，单位体积内的原子数为N ，则薄膜中的总原子数是： 。
近似：设薄膜很薄，薄膜内的原子核对射来的粒子前后不互相覆盖。
则N ’个原子把α粒子散射到d Ω中的总有效散射截面为：n →A dn →d ∑ ②d σ物理意义：代表散射到θ与θ+d θ之间的几率的大小，故微分截面也成几率。
⑶ 将②代入①得卢瑟福散射变形公式：=常数 ③db b d πσ2=θπεπθθd Mv Ze 23222220sin cos )2()41(=θπθθπθθd d d 22cos sin 4sin 2==Ω2422220sin )()41(θπεσΩ=d Mv Ze d NAt N =＇σσNAtd d N d ==∑`σNtd A d n dn =∑=nNt dnd =⇒σnNt Mv Ze d dn 2222024)()41(sin πεθ=Ω⑷ 实验验证：使Ω=Ω''d dnd n d 即可⑸由公式③预言下列四种关系：1.在同一α粒子源和同一散射物的情况下常数=⎪⎭⎫ ⎝⎛Ω''24θSind n d2.用同一α粒子源和同一种材料的散射物，在同一散射角，3.用同一个散射物，在同一个散射角， 常数=⎪⎭⎫ ⎝⎛Ω''4vd n d4.用同一个α粒子源，在同一个散射角，对同一Nt 值，2.弗兰克-赫兹实验一、实验目的：证明原子内部能级的存在，即能量是量子化的。
- 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)。
核成像技术 离子束分析 检测用核技术 辐射工艺 等
School of Nuclear Science and Technology
Page 13
同位素示踪技术成为生物、化工、医学 和地矿领域中必不可少的强有力的工具。
School of Nuclear Science and Technology
Page 2
School of Nuclear Science and Technology
0.1课程简介
课程类型：核技术专业本科生的专业课 学时学分：56学时（=48学时教学+8学时实验），3学分 先修要求：数理统计、原子核物理、原子物理学
Page 3
作业提交：每一章讲完之后一周内，统一由学委提交授课老师 基本目的：1. 学习原子核物理实验的实验基础 2. 学习探测器原理及应用 3. 学习核辐射测量及粒子鉴别技术 内容提要：1.放射测量中的统计学 2.射线与物质的相互作用 3.核探测器核实验测量方法 4.核参数测量 5.中子探测 6.粒子鉴别
课程名称：《原子核物理实验方法》
第０章 绪论
张清民 副教授 zhangqingmin@ 核科学与技术学院 能源与动力工程学院 西安交通大学
核科学与技术学院 School of Nuclear Science and Technology
目录
0.1 0.2 0.3 0.4 课程简介 教材及参考书 本课程的考查 原子核物理实验发展简史
0.3 本课程的考查
总成绩构成：
Page 24
平时10%：平时作业判分，按比例折算计入总成绩。 实验15%： ① 低本底NaI闪烁体γ谱仪应用实验 ② 时间-幅度变换器(TAC)的测试 ③ 模数变换器(ADC)的特性测试 课堂出勤及表现5% 课堂出勤抽查，缺勤一次扣1分，直到扣完为止。 期末考试70% 期末考试题目重在考查理解水平和对基础知识的掌握能力， 过于复杂的公式不考，如果考的话会给出来。特别注重对原理 性和影响使用因素的考查。
School of Nuclear SciPage 11
核辐射是双刃剑，既有其危害 性，更有着无可替代的优越 性，为人类的当代生活带来 了便利。
核技术应用
School of Nuclear Science and Technology
核技术应用
Page 12
放射测量中的统计学：第1章 射线与物质的相互作用：第2章 核探测器：第3,4,5,6章 核实验测量方法：符合法：第7章 低放射性：第12章 核参数测量：活（强）度和能量：第8,9,10章 核截面：第13章 核寿命：第15章 中子探测：第11章 粒子鉴别：第14章
School of Nuclear Science and Technology
Page 8
• 在人们发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的， 它们会自发地蜕变，变成另一种核素，同时放出各种射线。 这样的现象称为放射性衰变。
摘自杨福家《原子核物理》
核素：A X
School of Nuclear Science and Technology
放射性衰变的种类
• Uncharged radiation
X射线成像技术 地铁、机场等地的安全检查
Page 14
X射线行李安检系统
School of Nuclear Science and Technology
医学影像学
核成像技术通过对射线的利用，探测物体的内部组成 和结构，获得物体的图像，而不必破坏该物体。
School of Nuclear Science and Technology
电磁波
Page 6
School of Nuclear Science and Technology
核（电离）辐射
• 电离辐射：10 eV -10 MeV • 主要来源于原子核或核外电子的某些过程
Page 7
放射性
School of Nuclear Science and Technology
放射性
School of Nuclear Science and Technology
辐射
• 辐射充满着整个空间 E.g. background radiation
Nobel Prize in Physics 2006 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA
Page 5
School of Nuclear Science and Technology
•
Charged particulate radiation
School of Nuclear Science and Technology
核辐射
Page 10
• 也称为电离辐射、射线，泛指原子或原子核的某些 过程（如核衰变或核裂变等）放出的粒子，或由加 速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括α （4He2+）、3He、p、d、t等重带电粒子，重离子 和裂变碎片，e+、e-（β射线）等轻带电粒子，X、γ 射线，中子等。 • 高能电磁波：X、γ射线； 粒子：带电粒子、中性粒子等。
其他参考书
Page 20
作 者： 谢一冈 等 著 出 版 社： 科学出版社 出版时间：2003-07
作者： GLRNN F. KNOLL 出版发行：N. Y. : Wiley, 1989.
School of Nuclear Science and Technology
Page 21
原 子 核 物 目 理 录 实 验 方 法
题型：判断题、简答题、解答题 难度：基础题60%,中等难度20-25%，拉开差距15-20%
School of Nuclear Science and Technology
主要考核目标
Page 25
（1）掌握放射性测量统计学，特别是测量误差； （2）掌握射线与物质的相互作用，特别其对探测 及屏蔽的影响； （3）掌握各类探测器的工作原理、性能比较和应 用； （4）掌握辐射测量方法、核参数测量技术。 （5）掌握中子探测方法和粒子鉴别技术。
大型集装箱检测系统
School of Nuclear Science and Technology
检测用核技术用核物理方法测量地下的矿藏和工业规模 材料的厚度、密度、重量、成分以及测量界面等等。 工业在线测厚仪
School of Nuclear Science and Technology
核技术应用已渗透到我们当代生活的方方面面，深 化了农业的绿色革命，促进了工业的技术改造，推 动了环保事业的发展，提高了人类征服疾病的能力。
School of Nuclear Science and Technology
如何学好这门课程?
上课听，重视课堂内容； 课后看书、课件，把概念和知识点理解清楚； 通过推导理解原理，注重和实际应用相结合； 学会对比比较的学习方法， 独立做适当量习题。
Page 26
School of Nuclear Science and Technology
School of Nuclear Science and Technology
为什么要学习这门课程？
Page 4
这门课程是理论和实验结合紧密的一门课程，涉及放射 性研究的统计学、射线与物质的相互作用、各类探测器的工 作原理及应用、核物理实验测量方法等，是核技术应用的基 础，将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工 作打下良好的基础。 辐射无处不在，且应用范围广： 核能利用、天体物理学、粒子物理、国家安全（自动行 李检查、海关集装箱检查、军事）、工业应用 (工业CT探伤 )、反恐防恐、核医学影像、环境监测
所以，我们要学习辐射探测与测量技术！
School of Nuclear Science and Technology
0.2 教材及参考书
Page 19
教材： 《原子核物理实验方法》， 复旦大学 清华大学 合编 北京大学， 原子能出版社
School of Nuclear Science and Technology
教学日期安排
（56学时/3学分=48学时教学+8学时实验）
Page 22
School of Nuclear Science and Technology
Page 23
注：可能根据学校国家假日调课安排和教学实际，略做调整或顺延。
School of Nuclear Science and Technology
Page 9
– Electromagnetic radiation (photons/ X rays, γrays) – Neutrons (slow/fast, (ultra-)cold/hot) – Fast electrons and positrons (e-/e+or βparticles) – Heavy charged particles (A≥1, protons, α particles, fission fragments)