原子核物理实验方法Chapter9
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。
物理实验技术的原子核物理实验指导
物理实验技术的原子核物理实验指导物理实验一直被视为培养学生实践能力和科学素养的重要途径。
其中，原子核物理实验是物理学中具有重要意义的一门实验课程。
在这门课程中，学生将亲手进行一系列的实验操作，通过观察和分析实验结果，深入了解原子核结构、属性和相互作用等核物理基本概念。
本文将从实验原理、实验装置和实验操作等方面探讨物理实验技术的原子核物理实验指导。
实验原理：原子核物理实验的基本原理是通过粒子与原子核相互作用的结果来揭示原子核的性质。
例如，通过测量α粒子的散射角度和能量损失，可以得到有关原子核的结构和形状等信息。
另外，核衰变实验也是原子核物理实验中常见的一种，通常通过测量衰变产物的α、β粒子或伽马射线来研究核衰变规律。
实验装置：原子核物理实验涉及到高精密的实验装置，例如粒子探测器、放射性源和粒子加速器等。
粒子探测器可以检测粒子的能量、轨迹和电荷等信息，常见的探测器有闪烁体探测器和硅探测器。
放射性源是用来产生核辐射的装置，通常使用放射性同位素如铀、锕等。
而粒子加速器则是用来加速粒子速度和能量的设备，常见的加速器有静电加速器和回旋加速器等。
实验操作：在进行原子核物理实验前，学生需要先了解实验的目的和原理，并熟悉实验装置的使用方法。
在实验进行中，需要注意安全操作，例如佩戴防护眼镜和手套等。
同时，要保持实验环境的洁净和安静，以减少外界因素对实验结果的影响。
实验记录也是非常重要的一环，学生需要详细记录实验步骤、数据和分析结果，以便后续的实验分析和报告撰写。
实验结果分析：实验结束后，学生需要对实验数据进行统计和分析，从中得出结论并与理论进行比较。
例如，可以通过绘制粒子散射角度和散射截面关系的散射曲线，来验证理论模型的准确性和可靠性。
另外，还可以利用统计方法对实验数据进行处理，获得更精确的实验结果。
学生在分析时应注意实验误差的来源和影响，并提出改进和精确测量的方法。
实验应用和展望：原子核物理实验对于核能利用、核物理研究和医学诊断等领域具有重要的应用价值。
物理实验技术中如何进行原子与核物理实验
物理实验技术中如何进行原子与核物理实验物理实验技术在原子与核物理实验中起着重要的作用。
原子与核物理是研究微观世界最基本的粒子和它们之间相互作用的学科，涉及到分子结构、核反应、放射性衰变等诸多重要问题。
在进行原子与核物理实验过程中，需要采用一系列先进的实验技术和器械来克服实验难题，保证实验的准确性与可靠性。
一、粒子加速器粒子加速器是进行原子与核物理实验中不可或缺的重要设备。
粒子加速器能够将粒子加速到较高的能量，使得它们能够穿透材料或与其他粒子发生碰撞，从而观察和研究粒子之间的相互作用。
常见的粒子加速器有线性加速器和环形加速器。
线性加速器是指将粒子加速到一定能量后以直线形式运动，通过外加电场或磁场加速粒子，并通过一系列静电和磁场透镜来聚焦和控制粒子的运动。
环形加速器则是通过磁场使粒子在环形轨道上不断加速，直至达到所需的能量。
二、探测器探测器是进行原子与核物理实验的重要工具，能够探测和测量粒子的能量、位置、运动方向等物理量。
常见的探测器包括粒子探测器、电子学探测器等。
粒子探测器是一种能够探测粒子轨迹和能量的设备，可用于测量粒子的荷电性、动量、能量等物理量，如朗道计数器、乌金探测器等。
电子学探测器则可以将粒子的电荷转化为电流或电压信号，通过测量这些信号来研究粒子的行为和性质，如电子学波形器、脉冲幅度分析器等。
三、核探测技术核探测技术是进行核物理实验的关键技术之一。
核探测技术可以测量核反应产物的能量、角分布等信息，以及辐射性核素的浓度和衰变方式。
目前常用的核探测技术有闪烁体探测器、半导体探测器、气体探测器等。
闪烁体探测器是通过探测器中的闪烁体晶体在粒子撞击后产生的光量来测量粒子的能量和位置。
半导体探测器利用半导体材料中的晶格缺陷和电子能带结构来测量粒子的能量和位置。
气体探测器则是利用粒子在气体中的电离和扩散过程来测量粒子的能量和轨迹。
四、核磁共振技术核磁共振技术是现代物理实验技术中的重要应用之一，它能够研究原子核的自旋运动和核自旋在外加磁场中的行为。
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。
物理实验技术中的核物理实验方法与实验技巧
物理实验技术中的核物理实验方法与实验技巧引言：核物理实验是研究原子核内部结构和核反应等现象的一门重要科学。
在核物理实验中，合理的实验方法和技巧对于获得准确的实验数据和有效地解释物理现象至关重要。
本文将介绍一些核物理实验中常用的实验方法和技巧，以及一些注意事项，希望对核物理实验的学习和研究有所帮助。
一、粒子探测器的选择与使用粒子探测器在核物理实验中起着至关重要的作用，它们可以用于探测、测量和分析粒子的能量、动量、轨迹等信息。
在实验中，根据需要选择合适的粒子探测器非常重要。
例如，当需要测量粒子的能量时，常用的探测器有能量切割器和能量沉积器等；当需要测量粒子的动量时，常用的探测器有磁谱仪和矽微带探测器等。
不同的探测器有不同的原理和特点，要根据实验需求选择合适的探测器，并熟练掌握其使用方法。
二、数据采集与分析在核物理实验中，数据采集和分析是非常关键的环节。
合理的数据采集与分析方法可以提高实验数据的精确性和可靠性。
首先，要合理设置数据采集系统的参数，如采样频率、数据量等。
这样可以在一定程度上平衡实验结果的准确度和采集数据的量。
其次，要进行数据处理和分析，如去除背景噪声、进行统计误差分析等。
在这个过程中，要注意使用适当的数学方法和软件工具，以保证数据分析的可靠性。
最后，要学会合理地展示和解释实验数据，可以借助图表、曲线拟合等方法，将实验结果更直观地呈现出来。
三、环境的控制与干扰的处理在核物理实验中，环境的控制和干扰的处理是非常重要的。
实验环境的干净与否、温度的稳定、湿度的控制等都会对实验结果产生影响。
因此，在进行实验前，要认真检查实验环境，确保实验室的设备和装置正常运行。
在实验过程中，要注意控制环境的变化，并做好记录，以便后续的数据分析和解释。
四、安全与防护核物理实验涉及到放射性物质和高能粒子等，具有一定的危险性。
因此，安全和防护是核物理实验不可忽视的方面。
在进行实验前，要对实验设备和装置进行安全检查，确保其正常运行。
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。
北京原子核物理实验原理
北京原子核物理实验原理一、引言北京原子核物理实验是一种重要的科研实验，它可以探究物质的基本结构和性质，研究原子核的构成和性质，以及探索物质的微观世界。
本文将详细介绍北京原子核物理实验的原理。
二、北京原子核物理实验的基本原理北京原子核物理实验是通过对原子核的探究来研究物质的基本结构和性质的一种实验。
其基本原理是利用质子或中子与原子核的相互作用，来研究原子核的特性和性质。
在实验中，可以通过对入射粒子的能量、角度和强度等参数进行控制，来研究原子核的结构和性质。
三、北京原子核物理实验的主要方法北京原子核物理实验的主要方法包括：1.核反应法；2.核共振散射法；3.伽马谱学。
1. 核反应法核反应法是通过控制质子或中子的能量和角度，使其与原子核发生碰撞，从而引起原子核的裂变或合并反应，来研究原子核的结构和性质。
该方法主要用于研究原子核的结构、核素的放射性、核能的释放等方面。
2. 核共振散射法核共振散射法是利用质子或中子与原子核的相互作用，使原子核的能级发生共振，从而产生散射反应，来研究原子核的结构和性质。
该方法主要用于研究原子核的能级、原子核的形状、核子的自旋等方面。
3. 伽马谱学伽马谱学是通过测量原子核发出的伽马射线的能量和强度，来研究原子核的结构和性质。
该方法主要用于研究原子核的能级、核子的自旋、核子的能级等方面。
四、北京原子核物理实验的实验装置北京原子核物理实验的实验装置主要包括：1.加速器；2.靶；3.探测器。
1. 加速器加速器是用来加速质子或中子的装置，主要有静电加速器、磁共振加速器、超导加速器等。
加速器的作用是将质子或中子加速到一定的能量和速度，使其能够与原子核发生相互作用。
2. 靶靶是一种用于接受质子或中子碰撞的物质，它可以是气态、液态或固态的。
靶的作用是接受入射粒子的能量和动量，并引起核反应或核共振散射等现象。
3. 探测器探测器是用于测量入射粒子和反应产物的性质和参数的装置，主要有计数器、望远镜、伽马谱仪等。
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.
chap_9_7-11 原子核物理.
σ ab
Γb = σ CN (α ) Γ
σ ba
Γa = σ CN (β ) Γ
利用细致平衡原理
2 (2 I + 1)(2 I B + 1) σ CN (α ) Γ b pb = 2 b σ CN (β ) Γ a pa (2 I a + 1)(2 I A + 1)
Γa Γb = 2 = 常量 2 pa (2 I a + 1)(2 I A + 1)σ CN (α ) pb (2 I b + 1)(2 I B + 1)σ CN (β )
§9.9 复 合 核 模 型
1．复合核模型
A+ a → C → B+ b
特征：形成平衡的中间体系 形成与衰变过程相互独立
复合核的形成与衰变是两个相互独立的过程，
σ ab = σ CN (Ea )Wb (E *)
E* =
mA Ea + BaA ma + mA
复合核的寿命一般都比较长，可以长达10-15s。这比粒子直接穿过原子核 的时间10-20～10-22s（原子核的线度/粒子速度）要大好几个数量级。 复合核的衰变方式一般不只一种，通常可以蒸发中子、质子、α 粒子或 发射γ 光子等。各种衰变方式各具有一定的概率。例如，能量为2MeV的 氘与39K作用可以引起下列反应：
W = W1 + W2 + W3 + L
1 τ= W
W ~ λ 单位s-1
Γ= = h (W1 + W2 + W3 + L)
Γτ =h
τ
h
= hW
= Γ1 + Γ 2 + Γ 3 + L
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。
原子核物理实验方法.下册
原子核物理实验方法概述：研究原子核的手段和技术原子核物理实验是研究原子核性质和相互作用的重要手段之一。
在原子核物理实验中，科学家们采用了多种不同的方法和技术来观测、探测和分析原子核的性质。
以下是几种常见的原子核物理实验方法：
1.能谱测量：通过测量粒子在能量上的分布，研究原子核的能级结构和能量态。
常用的方法包括能谱仪、探测器和谱线分析等。
2.散射实验：通过将粒子束或辐射束与靶核相互作用，观察散射粒子的角度和能量变化，从而研究原子核的结构和相互作用。
常见的散射实验包括α粒子散射、中子散射和质子散射等。
3.核反应测量：通过观察和分析粒子与原子核之间的相互作用，研究原子核的变化和转变。
常用的核反应实验包括粒子激发、核裂变、核聚变和放射性衰变等。
4.探测器技术：利用各种探测器来检测和测量粒子和辐射与物质相互作用的效应，以获取有关原子核性质的信息。
常见的探测器包括闪烁体探测器、半导体探测器、气体探测器和核追踪探测器等。
5.核质谱法：利用质谱仪对原子核进行分析和测量。
核质谱法可以用于测量原子核的质量、电荷、自旋和激发能级等参数，以及研究核衰变和核反应过程。
以上仅是一些常见的原子核物理实验方法，随着技术的不断进步和实验需求的不同，还有许多其他的实验方法和技术被应用于原子核物理研究中。
这些实验方法的综合应用为我们深入了解原子核的结
构、性质和相互作用提供了重要的实验数据和理论依据。
第九章原子核反应
第四章核反应4.1 概论 一般表达式()B b b b a A ,...321,,;式中：A －靶核；a －入射粒子；,...,32,1b b b －出射粒子；B －剩余核。
主要讨论二体反应()B b a A ,。
反应道：每种可能的反应过程称之为反应道。
反应前过程称为入射道，反应后过程称之为出射道。
例如： γ+→+Zn Cu H 6530632921 ()γ,D 反应；n Zn +→6430 ()n D ,n Zn 26330+→ ()n D 2,p Cu +→6429 ()p D ,()T H Cu 316229+→ ()T D ,()α+→He Ni 426128 ()α,D出射粒子与入射粒子相同的反应称为核散射，其中：()B a a A ,，总动能守恒称为弹性散射；()*',B a a A ，为非弹性散射，总动能不守恒，一部分成为剩余核的激发能。
几个著名的核反应。
1. 核反应中的守恒定律 (1)电荷数、核子数守恒 以()Op N178147,α为例。
电荷数：7+2=8+1；质量数：14+4=17+1。
(2)能量、动量守恒()()()()B b B b A a A a T T c m m T T c m m +++=+++22B b a P P P+=（一般靶核为静止，动量为０）。
(3)角动量守恒反应前角动量 →→→→++=i A a i L S S J 分别为入射粒子、靶核的自旋和两者相对运动轨道角动量。
反应后角动量→→→→++=f B b fL S S J分别为出射粒子、剩余核的自旋和两者相对运动轨道角动量。
→→=fi J J(4)宇称守恒反应前宇称()i lA a i 1-ππ=π； 反应前宇称 ()f lB b f 1-ππ=πf i ππ=以核反应为例：P O N +→+α178147由核素表πI +0 +1 +25 +21反应前，若入射粒子为s 波，其0=l 。
0=a s ，1=A s，矢量和为1。
物理实验技术的核物理实验方法
物理实验技术的核物理实验方法导言物理实验技术在科学研究中起着重要的作用。
在核物理实验中，特定的技术方法被广泛应用，以研究和了解原子核的性质。
本文将探讨一些核物理实验中常用的技术方法和仪器。
一、加速器加速器是进行核物理实验的重要工具。
它们可以加速离子或粒子以极高的速度，使其能够和原子核产生碰撞，进而探索其内部结构。
加速器的一种常见类型是线性加速器，它可以通过电场和磁场的组合来加速带电粒子。
另一种常见的加速器是环形加速器，如质子同步加速器（PSA）和正负电子对撞机（LEP），它们可以以环形轨道加速粒子。
二、粒子探测器粒子探测器用于观察和记录加速粒子与其他粒子的相互作用，以获取有关物质结构和性质的信息。
探测器的设计和使用通常取决于实验目的和粒子类型。
例如，传统的核探测器如气体室和闪烁体用于探测带电粒子的径迹和能量沉积。
而对于产生次级粒子的碰撞实验，常使用闪烁体、核磁共振和半导体探测器。
三、核研究中的中性粒子探测器在核物理实验中，探测到的粒子不仅限于带电粒子，中性粒子也被广泛研究。
中子是最常见的中性粒子之一，它在核物理研究中具有重要价值。
传统的方法涉及中子的探测是利用中子的散射和吸收性质。
例如，关键中子检测器如聚乙烯或液体硼具有高中子截面，能够探测和测量中子的流量和能量。
四、核同步辐射技术核同步辐射技术是一种非常有用的无损分析方法，可以用于研究固体、气体和液体材料的结构和组成。
核同步辐射是通过将电子或正电子注入加速器环中，并让它们通过磁场进行同步加速来产生的。
这种技术可用于测量材料的X射线吸收和衍射光谱，从而研究材料的元素、晶体结构和电子结构。
五、核反应原理核反应是核物理实验中的重要方法之一。
在核反应中，原子核与其他核或粒子发生相互作用，从而产生新的核和放射性粒子。
核反应可通过热核反应、弹性、非弹性和中子俘获等方式进行研究。
常见的核反应实验方法包括中子衰变实验、质子和离子入射实验等。
结语物理实验技术在核物理研究中起着至关重要的作用。
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。
物理实验技术中的原子与核物理测量方法
物理实验技术中的原子与核物理测量方法在物理学的研究和实验中，原子与核物理是一个重要领域。
原子与核物理的研究涉及到微观粒子的性质和相互作用。
在这个领域中，测量方法起着至关重要的作用。
本文将探讨一些常用的原子与核物理测量方法。
一、朗缪尔散射实验朗缪尔散射实验是一种测量粒子散射的重要方法。
在这个实验中，粒子通过一个目标物质，散射到不同的角度。
通过测量散射粒子的角度和能量，可以获得关于目标物质的信息。
朗缪尔散射实验可以用于测量原子核的大小、形状和质量。
二、贝塞尔实验贝塞尔实验是一种测量物体的密度的方法。
在这个实验中，通过测量物体在不同浓度溶液中上升的速度，可以计算物体的密度。
贝塞尔实验可以用于测量原子核的密度。
三、闪烁体探测器闪烁体探测器是一种常用的核物理测量方法。
闪烁体是一种能够发出闪烁光的材料，当有高能粒子穿过闪烁体时，闪烁体会发出光子。
通过测量发出的光子的数量和能量，可以获得关于粒子的信息。
闪烁体探测器可以用于测量放射性核素的放射能量和衰变产物的能量。
四、加速器实验加速器是一种用于加速带电粒子的设备。
通过加速带电粒子到很高的能量，可以进行一系列的物理实验。
加速器实验可以用于测量粒子的质量、能量和衰变过程。
加速器实验在原子核物理和高能物理的研究中起着重要的作用。
五、平行板电容器平行板电容器是一种用于测量粒子的电荷、质量和能量的设备。
在这个设备中，粒子通过两个平行的金属板，当粒子穿过电场时，会产生电子。
通过测量电子的电荷和能量，可以获得关于粒子的信息。
平行板电容器可以用于测量带电粒子的电荷、质量和电场强度。
以上是一些在物理实验技术中常用的原子与核物理测量方法。
这些方法在研究和实验中发挥着重要的作用，为我们理解微观世界提供了关键的信息。
通过不断创新和改进，我们可以进一步完善这些测量方法，推动原子与核物理的发展。
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由于γ射线及轫致辐射的干扰，吸收曲线往往很早就拐向γ 及轫致辐射本底，给R β的测定带来较大的误差，即使采用了 费梭比较法及斜率比较法 用吸收法求得E β max很理想的情况 费梭比较法及斜率比较法，用吸收法求得 也只5%的精度。 8 School of Nuclear Science and Technology
吸收法求E β max可以在核燃料后处理、保健物 理及污染分析工作中用来鉴别β放射性同位素。 吸收 除用于测量带电粒子的能量外，有时还 吸收法除用于测量带电粒子的能量外，有时还 用于测量薄膜厚度及薄膜厚度的均匀性，或在生 产中用于自 产中用于自动控制生产薄膜的厚度。 制 产薄 厚 在某些实验场合人们有时用吸收片吸收一些低 能量的粒子或甄别带不同电荷的粒子 还用吸收 能量的粒子或甄别带不同电荷的粒子，还用吸收 片来ience and Technology
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Nal(TI)晶体有较好的分辨率，对624keV电子最 好可达6%左右，但散射问题太严重。如果在制备 Nal(TI)晶体时将β样品掺入，则可取长补短。由于源 在晶体内部，β射线可完全被吸收，这种做法对弱样 品的测量也是有利的。 用β闪烁谱仪测β谱虽不甚理想，但由于其分辨时间 谱虽不甚理想 但由于其分辨时间 小，有利于β-γ及β-e等符合侧量。它对放射性核素衰 变纲图的建立起过不少作用。 变纲图的建立起过不少作用
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三、闪烁计数器
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闪烁谱仪的能量分辨率很差，因此不利于带电粒子 的能谱测量。 与磁谱仪相比，有较大的立体角可采用较大面积的 源 后面连上多道脉冲分析器后可一次测出全谱 源，后面连上多道脉冲分析器后可一次测出全谱。 与电离室及正比计数器相比，它分辨时间小有利于 快计数及符合测量。 快计数及符合测量 闪烁谱仪还可测量射程较长的带电粒子，所以在一 定的场合仍有使用价值。
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图9.8是32P的β射线的居里描绘。可以看到，居里描 绘的直线部分比用扁平晶体所得出的曲线(a)长多了， 它在250keV以下很快上升是由于样品中含32P。劈裂 晶体谱仪具有4π立体角，因此可测量低比活度的样。
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金硅面垒半导体α谱仪 探测器如图9-9。谱仪对241Am 源 的5.486MeV能量α粒子的最好 分辨率是0.22%。。
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课程名称：《原子核物理实验方法》
第9章 带电粒子的能量及能谱 测量
张清民 清民 副教授 zhangqingmin@ 核科学与技术学院 能源与动力工程学院 能源与动力 程学院 西安交通大学
核科学与技术学院 School of Nuclear Science and Technology
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带电粒子的射程是能量的函数。射程也可以确定 粒子的能量 其精度取决于射程歧离的程度及射程粒子的能量，其精度取决于射程歧离的程度及射程 能量关系式的精度。 带电粒子在物质中的实际径迹长度是量度射程的 一种方法，如核乳胶等径迹探测器，它一般用于放射 源较弱的情况。 源较弱的情况 另一种方法是吸收法，在此方法中，一束大致平 行的带电粒子射向某种探测器 测量探测器的计数率 行的带电粒子射向某种探测器，测量探测器的计数率 对探测器前吸收物质厚度的依赖关系就可求得射程， 吸收法可用于α、β、质子等的射程测量。 质子等的射程测量
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电子接近于垂直入射时可增大 深度贯穿的概率 减少散射出晶 深度贯穿的概率，减少散射出晶 体的概率。 图9.7 9 7是用蒽晶体测得32P的β 射线的脉冲分布。曲线(a)是β射 线未准直的结果 曲线(b)则是准 线未准直的结果，曲线 直后的结果。 可以看出 准直后原来偏多的 可以看出，准直后原来偏多的 小脉冲数明显减少了。曲线(c) 是用劈裂晶体谱仪(源放两晶体 中间，4 π立体角)得到的32P的β 射线的脉冲分布 射线的脉冲分布。
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α粒子射程测量方法
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图9.1所示是测α粒子射程的微分测量装置，可直接 测出射程的微分分布曲线 这比由积分分布曲线求射 测出射程的微分分布曲线，这比由积分分布曲线求射 程可提高结果的准确度，并有利于多组粒子能量的测 量 在放射源中每 组α粒子的能量就会有一个峰。 量。在放射源中每一组 粒子的能量就会有 个峰 如图9.2就是用这类装置测得的两种能量的α粒子射 程分布 程分布。
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目录
9.1 射程测量方法 9.2 能量灵敏探测器方法 9 3 磁分析法 9.3 9.4 重离子 重离子磁谱仪 谱仪 （了解）
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9.1射程测量方法
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在核物理实验、放射性同位素应用、核燃料生产及环境监 察等工作中，经常会遇到带电粒子能量的测量问题。各种类型 的带电粒子谱仪就是为解决这 课题建立起来的 谱仪除了可 的带电粒子谱仪就是为解决这一课题建立起来的。谱仪除了可 用来测量粒子的能量外，更多的是用来测量粒子的强度随能量 的变化 即粒子的能谱。这可以获得更多的信息：分支比 内 的变化，即粒子的能谱。这可以获得更多的信息：分支比、内 转化系数、某一核反应道的截面及核素的含量。 本章所说的带电粒子一般分为两类： 以α为代表的重带电粒子，包括p、D及其它较重离子； 轻带电粒子，也就是正、负电子。 以上两类带电粒子的能量测量在方法上有共同和不同点。 以上两类带电粒子的能量测量在方法上有共同和不同点 测量带电粒子能量的方法有哪些？ 射程法 灵敏探测器法 磁分析法
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一、电离室
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用电离室可以组成α谱仪，其中用屏栅电离室组成 的α谱仪的能量分辨率 谱仪的能量分辨率一般在 般在0.6% 0 6%左右，最好的则可 左右 最好的则可 达0.25%。α电离室谱仪的放射源放在电离室内，因此 有大的立体角 其优缺点如下： 有大的立体角。其优缺点如下： 优点：源的面积可以很大，可以测活度低或半衰期 比较长的α样品； 样品 缺点：换源不方便。 电离室不适合测量电子的能量，因为电子在气体中 的射程很长以及低能区域的噪声使分辨率变坏。
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对α粒子与其它重的带电粒子测量，在选取闪烁体 时要从发光效率、透明度、潮解等方面考虑 故把 时要从发光效率、透明度、潮解等方面考虑，故把 CsI(TI)于α闪烁谱仪（1.8%~4%@210Po 5.3MeV）。 对β能谱的测量来说，在选择晶休时，除上述发光 能谱的测量来说 在选择晶休时 除上述发光 效率等因素要考虑外，还有一个重要的情况需加以考 虑 那就是电子在物质中的大角度散射问题 由于电 虑，那就是电子在物质中的大角度散射问题。由于电 子的大角度散射概率很大，而且概率随物质的原子序 数的增大而迅速增加 因此 β闪烁谱仪一般都采用 数的增大而迅速增加，因此， 蒽、对联三苯及塑料等低原子序数的有机晶体或闪烁 体。
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9.2 能量灵敏探测器方法
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电离室、正比计数器、闪烁计数器及半导体探测器 等能量灵敏探测器 当粒子能量全部损耗在该探侧器 等能量灵敏探测器，当粒子能量全部损耗在该探侧器 灵敏体积中时，其输出脉冲辐度与入射粒子能量成正 比 所以常称之为能量灵敏探侧器。在这些探测器后 比，所以常称之为能量灵敏探侧器。在这些探测器后 面配合适当的电子学线路，就能对各种粒子的能量进 行测量，从而构成各种谱仪。 轻、重带粒子由于它们的质量以及在物质中的电离 密度 射程及散射等情况的不同 所以在谱仪的具体 密度、射程及散射等情况的不同，所以在谱仪的具体 结构等安排方面是有所不同的。各种重带电粒子谱仪 的性能基本上可由α谱仪来代表。 谱仪来代表
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β射线射程测量方法
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对电子来说，1)由于射程歧离的现象比α粒子严重得 多，因此由射程来定电子的能量，其误差必然更大 ， 来 子 ，其 ; 2)β射线具有连续的能谱，它在物质中的吸收曲线是和 单能电子束的吸收曲线不同的。 束 同 用图示简单实验装置，在 用图示简单实验装 ，在 钟罩形G-M计数管前放上不同 厚度 铝 收片并计 ， 可 厚度的铝吸收片并计数，就可 测出下页图所示的28Al的β射 线在铝中的吸收曲线。
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二、正比计数器
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正比计数器可用来测量α粒子的能量，由于气体放 大倍数涨落的影响 其能量分辨率不如屏栅电离室。 大倍数涨落的影响，其能量分辨率不如屏栅电离室。 但是另一方面，由于有内在的气体放大作用，提高了 信号噪声比，使它很适合测量较低能量的电子。 正比计数器特别适合于测量那些能量较低而又能做 成气体样品的同位素 如3H、14C及35S等。因为待测 成气体样品的同位素，如 等 因为待测 的气体样品充在计数器内，可以避免窗的吸收及反散 射等使谱形畸变的因素。 射等使谱形畸变的因素 正比计数器的分辨率与制造的精度及所充气体的纯 度有很大关系。 度有很大关系