径迹探测器
粒子物理学中的基本粒子探测技术
粒子物理学中的基本粒子探测技术粒子物理学是物理学的重要分支之一，它主要研究各种基本粒子之间的相互作用、性质及其规律。
探测技术是粒子物理学中不可或缺的一个重要部分。
粒子物理学需要借助探测技术收集、测量基本粒子的性质与行为，从而推进粒子物理学的发展和进步。
本文将介绍粒子物理学中的基本粒子探测技术，包括探测器的分类、探测器的组成结构、探测原理及其应用。
一、探测器的分类探测器是粒子物理学中进行探测的主要工具。
探测器按照其原理，可以分为以下几类。
1. 材料探测器材料探测器是利用基本粒子在材料中沉积能量，经过电离过程产生载流子的原理。
最常见的材料探测器就是测量辐射的GM计数器。
同时，用于探测粒子径迹经过的凝胶、液体或气体也属于材料探测器，比如伽马射线探测器、电离室等。
2. 半导体探测器半导体探测器是利用基本粒子在半导体中放电，将芯片内的电子引入电路的原理。
半导体探测器具有极高的分辨率和精度，用于探测高能粒子的径迹和电荷。
一些常见的半导体探测器有硅器件和锗器件。
3. 闪烁体探测器闪烁体探测器是利用反应后产生的光子发出强烈的闪烁光，通过探测器探测光子的原理。
闪烁体探测器广泛用于探测中子、伽马射线、X射线、带电粒子等，如闪烁计数器、正电子探测器等。
4. 气体探测器气体探测器利用基本粒子在气体中产生电离，在电场作用下引起电流变化，从而进行探测的原理。
气体探测器通常用于探测高能粒子，如闪烁室、多丝电晕计数器等。
二、探测器的组成结构探测器是粒子物理学中进行探测的主要工具，其基本组成结构包括探测器外壳、前端电子学、计算机控制系统等。
1. 探测器外壳探测器外壳是指保护探测器内部的外部结构，具有良好的密封、隔绝和抗辐射能力。
不同的探测器具有不同的外壳材料和结构。
2. 前端电子学前端电子学是指探测器信号的处理和放大电路，包括前置放大器、信号形成器、可编程逻辑数组（FPGA）等，用于将探测器探测到的信号进行放大和处理，并输出数字信号。
氡及其子体的监测
氡及其子体的监测-------在辐射防护中的重要地位辐射技术是对电离辐射与物质相互作用产生的物理现象、化学和生物学效应的规律进行研究、开发和应用的一门技术，其在工业、农业、医疗卫生、环境保护等许多领域中得到广泛应用。
但是如果不适当地使用各种射线，就可给使用人员、受照者及公众的身体健康带来危害。
因此重视辐射防护，寻找有效的防护方法与监测手段就具有十分重要的意义。
由于内照射放射损伤的危害因素主要是电离密度较大的α粒子和β粒子。
滞留在体内的放射性核素可持续地作用于机体，形成新旧交替的损伤，所以内照射放射病的病程持续时间长，临床症状和分期不典型、远期效应明显。
空气中氡及其子体衰变时生成的α粒子对人体健康的不利影响，已引起了公众和科技界的普遍关注，世界卫生组织将氡列为19种致癌物质之一。
因此，对氡子体的监测在辐射防护中占有一个重要地位。
地球本身的天然放射性元素中最主要的放射性系是铀系。
而半衰期非常长的天然放射性核素238U（T1/2 45亿年）、232Th（T1/2 141亿年），其衰变产物存在于地壳表面，构成地表辐射。
我们可以从表1中看到：这些天然放射性核素积聚在岩石、土壤、地下水及空气中，它们不仅能够在地底下活动，也可以从土壤散发到空气中。
我们还可以从附录中238U 、232Th 的链式衰变过程图看到，镭-226衰变产生的子体是氡（222Rn ），所以226Ra 是222Rn 的直接母体。
氡是无色、无嗅的气态惰性放射性核素，它本身也不断地衰变（T 1/2为3.83天），由于氡的衰变，产生了一些放射性核素，我们称之为氡子体，它们属于化学族中的重金属。
在氡的一系列衰变子体中：钋-218（T 1/2 3.1分钟）、钋-214（T 1/2 164X10-6秒）、铅-214（T 1/2 27分钟）、铋-214 （T 1/2 20 分钟），这四钟短寿命子体我们通常称之为氡子体。
另外几种较长寿命的子体铅-210（T 1/2 为22.3年）、铋-210 （T 1/2 为5天）和钋-210（T 1/2为138天）也存在于空气中。
粒子物理学中的粒子探测器与探测技术
粒子物理学中的粒子探测器与探测技术粒子物理学是研究物质最基本的组成和相互作用的学科领域，而粒子探测器则是实现对粒子物理实验的关键工具。
本文将介绍粒子探测器的种类和工作原理，并探讨探测技术在粒子物理研究中的重要性。
一、粒子探测器的种类粒子探测器根据其用途和结构可以分为多种类型，包括径迹探测器、电离辐射探测器、电磁辐射探测器、强子辐射探测器等。
不同种类的探测器具有不同的特点和适用范围。
1. 径迹探测器径迹探测器用于测量粒子的轨迹。
其基本原理是利用感应器测量粒子在探测器中的相对位置变化。
常见的径迹探测器包括闪烁体探测器和气体探测器等。
2. 电离辐射探测器电离辐射探测器用于测量粒子通过介质产生的电离效应。
当粒子穿过介质时，会与其发生相互作用，使得介质中的原子或分子电离。
通过测量电离效应可以确定粒子的能量和类型。
离子化室和半导体探测器是常用的电离辐射探测器。
3. 电磁辐射探测器电磁辐射探测器主要用于测量粒子的电磁相互作用。
这类探测器可以测量粒子在电磁场中的相对位置和能量损失。
常见的电磁辐射探测器包括闪烁体探测器和电子学器件等。
4. 强子辐射探测器强子辐射探测器用于测量强子相互作用过程中产生的粒子。
因为强子产生的粒子通常较为复杂和多样，所以强子辐射探测器需要具备较高的性能和复杂的结构。
束流中子计数器和块状探测器是常见的强子辐射探测器。
二、探测技术在粒子物理研究中的应用探测技术在粒子物理研究中起着至关重要的作用。
通过精确测量粒子的轨迹、能量和电离等信息，科学家们可以研究粒子的性质和相互作用的规律，进而深入了解物质的基本构成。
1. 粒子的鉴别和鉴定不同类型的粒子在探测器中会产生不同的相互作用和能量损失特征，通过测量这些特征，科学家们可以鉴别并鉴定粒子的类型。
这对于粒子物理实验中的粒子辨识非常重要，因为只有准确鉴别出粒子的类型，才能对实验结果进行正确的解读。
2. 能量和动量的测量粒子的能量和动量是粒子物理研究中的重要参量。
近代物理实验习题答案
近代物理实验习题答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]《近代物理实验》练习题参考答案 一、 填空1、核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的射线、射线和中子。
因为这些粒子的尺度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。
2、探测器的能量分辨率是指探测器对于能量很接近的辐射粒子加以区分的能力。
用百分比表示的能量分辨率定义为：％峰位置的脉冲幅度宽度最大计数值一半处的全1000V V ⨯∆=R 。
能量分辨率值越小，分辨能力越强。
3、射线与物质相互作用时，其损失能量方式有两种，分别是电离和激发。
其中激发的方式有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。
4、对于不同的原子，原子核的质量 不同 而使得里德伯常量值发生变化。
5、汞的谱线的塞曼分裂是 反 常塞曼效应。
6、由于氢与氘的 能级 有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。
7、在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置1/4波片的目的是 将圆偏振光变为线偏振光 。
8、射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”两大类。
径迹型探测器能给出粒子运动的轨迹，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、火花室等。
这些探测器大多用于高能核物理实验。
信号型探测器则当一个辐射粒子到达时给出一个信号。
根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。
9、测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底片上，利用线性插值法来进行测量。
10、在强磁场中，光谱的分裂是由于能级的分裂引起的。
11、原子光谱是线状光谱。
12、原子的不同能级的总角动量量子数J不同，分裂的子能级的数量也不同。
13、盖革－弥勒计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为①有机管和②卤素管两大类。
坪特性是评价盖革－弥勒计数管的重要特性指标。
包括起始电压、坪长、坪斜等。
CR—39探测器的特点及其应用
（c） 延长蚀刻时间， 两表面的 （d） 经放大后并录பைடு நூலகம்分析软件的 锥形 蚀刻坑
3 CR—39固体径迹探测器的特点及应用
CR—39 探测器的本底低、处理方便简单、本身的重量 很轻， 价格低廉， 可以根据需要做成不同的面积， 特别是可 以满足较大面积的需求 ；具有在强的轻粒子场中记录重粒 子的能力，某些径迹记录物质能在强的 α、 β、 γ 和中子 场中探测微量的重粒子， 而且能够重粒子的质量、 能量以及 电荷做出鉴定， 并能保持较好的分辨， 这样就有可能探测和 鉴定强度很低的稀有重粒子，并且可以几乎完全排除轻粒 子； 再者 CR—39 探测器的潜伏径迹有较高的固定性， 容易 储存， 不受湿度、 湿度等因素的干扰， 尤其是它的积分特性， 越来越受到海内外学者的青睐。 近二十年来， 国内外对探测器技术的研究日见成熟， 伴 随着径迹蚀刻技木的发展，现在在很多领域得到广泛的应 用。 目前已经得到应用的领域有 ： 生物物理、 生物学、 结晶 学、 天体物理、 地质学、 铀矿地质、 核物理、 放射医学、 反应 堆物理很多方面的应用。 下面介绍几个典型的应用。 首 先，利 用 CR—39 的 聚 合 物 的 不 错 的 光 学 性 能，折 射率与普通玻璃镜片相接近，约为 1.498，光的透比度高达 92%，密度为 1.32g/cm3，色散系数为 57.8，具有良好的抗 冲击 [3]，并且具有耐磨性高、耐腐蚀性强、耐热性高和耐辐 照性并且可以进行染色和镀膜处理等优点。 常常用来制造光 学眼镜、 安全眼镜、 防护眼镜以及消防人员的面罩 ；用于防 护焊工眼晴的红外吸收玻璃和遮盖强烈紫外光的平板玻漓、 仪表罩、 电子绝缘零件 ； 还有也适用于非球面镜的制作 ； 特 别是还包括飞机的座舱盖以及船舶、 起重机等的座舱盖、 在 导航和实验设备中都采用该材料以及照相机的滤光镜等。 其次，在地震用于预报监测中，应用 CR—39 探测器来 监测氡的含量。 来给地震专家提供实验参数 ； 在水的环境监 测中， 还可以测定样品少， 含铀量低的环境水中铀的测定 ；
高能物理实验中的粒子探测技术
高能物理实验中的粒子探测技术在探索微观世界的奥秘之旅中，高能物理实验扮演着至关重要的角色。
而在这些实验中，粒子探测技术就如同我们的眼睛，帮助科学家们捕捉那些转瞬即逝、极其微小的粒子踪迹，为揭示物质的本质和宇宙的规律提供关键线索。
粒子探测技术的发展可以追溯到上个世纪。
早期的探测手段相对简单，随着科技的不断进步，如今已经变得极为复杂和精密。
这些技术的进步，使得我们对粒子的认识不断深化，也推动了高能物理学的飞速发展。
在高能物理实验中，常用的粒子探测器主要包括径迹探测器、calorimeter（量能器）和闪烁探测器等。
径迹探测器能够记录粒子的运动轨迹，帮助我们确定粒子的电荷、动量等重要信息。
例如，云室就是一种早期的径迹探测器，当带电粒子穿过充满过饱和蒸汽的云室时，会使沿途的气体电离，从而形成可见的径迹。
现代的径迹探测器则更加先进，如硅微条探测器，其具有极高的空间分辨率，可以精确测量粒子的位置。
Calorimeter 则主要用于测量粒子的能量。
它通过吸收粒子的能量并转化为热、电等信号来实现测量。
根据测量原理的不同，calorimeter 又可以分为电磁量能器和强子量能器。
电磁量能器对电子、光子等电磁作用粒子的能量测量较为准确，而强子量能器则擅长测量质子、中子等强子的能量。
闪烁探测器则是利用某些物质在粒子作用下会发出闪烁光的特性来探测粒子。
当粒子进入闪烁体时，会产生闪烁光子，这些光子被光电倍增管收集并转化为电信号。
闪烁探测器具有响应速度快、探测效率高等优点，在许多高能物理实验中都有广泛应用。
为了实现更精确、更高效的粒子探测，多种探测技术往往会组合使用，形成一个复杂而强大的探测系统。
在这个系统中，不同类型的探测器各司其职，相互配合，共同完成对粒子的探测任务。
在粒子探测过程中，数据的获取和处理也是至关重要的环节。
探测器产生的电信号通常非常微弱，需要经过一系列的放大、滤波、数字化等处理过程，才能转化为有用的数据。
中子剂量计解析
核径迹乳胶--快中子
• 原理：中子与乳胶中的氢核作用，发生弹性散射 • 产生反冲质子，质子通过乳胶时产生潜影， • 化学处理后使之显影，利用高倍显微镜数 • 出径迹数。
径迹显示过程
• 带电粒子和乳胶的主要成分AgBr晶粒发生作用， 不断损失能量，并使AgBr分解成Ag原子和Br原子。 • 在一定条件下，某些银原子会陆续汇集在一起形 成集团，而10个左右银原子组成的集团就能形成 显影的核心，即潜影。 • 经过化学处理后，显影核心的晶粒还原成黑色的 银颗粒，这些被还原的银颗粒酒吧带电粒子的径 迹显示出来。
优点： 1、核乳胶为固体，阻止本领大，可以有效记录高 能粒子 2、组成径迹的银颗粒极为微小，空间分辨本领高 3、设备简单、价格便宜。
缺点： 1、阈值0.7MeV,能量响应差，能量范围有限（核 2<10MeV、核3<50MeV）,饱和剂量50mSv。 2、消退率高，高温高湿会加剧消退。 3、光子照射会使胶片在受照和显影后变黑，影响 径迹的辨别
Байду номын сангаас• • •
应用:
在天体物理中 • 利用固体径迹探测器分辨粒子和记录古代径迹的 能力，通过分析陨石、月岩和塑料中记录的古代 和现代宇宙线中的原子核的成分和能谱、太阳粒 子的成分和能谱，正在研究宇宙射线起源、恒星 演化、太阳系元素合成和行星演化等方面的问题。
应用：
在地质学和考古学中 • 利用地球矿物或物体中积累的U自发裂变径迹和陨 石矿物中积累的U和已绝灭的Pu自发裂变径迹,可 以测定地球物质或天体形成、冷却或受热的年代， 以及测定考古年代。 在分析化学、地球化学、冶金学、结晶学和生物 医学中 • 可以测定铀、钍、钚、硼、锂、铅、铋等多种元 素的微小含量和微观分布。 在铀矿普查勘探中 • 通过记录铀子体氡的α径迹，寻找地下铀矿。
气泡室
气泡室bubble chamber气泡室是探测高能带电粒子径迹的一种有效的手段，它曾在50年代以后一度成了高能物理实验的最风行的探测设备，为高能物理学创造了许多重大发现的机会。
气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体，液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。
如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。
照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。
工作液可用液氢或液氘，需在甚低温下工作，也可用液态碳氢有机物，如丙烷、乙醚等，可在常温下工作。
大型气泡室容积可达20立方米。
气泡室的原理和膨胀云室有些类似，可以看成是膨胀云室的逆过程，但却更为简便快捷。
它兼有云室和乳胶的优点。
它和云室都可以按人们的意志在特定的时间间隔里靠特定的方法，以带电粒子为核心使气体凝结为液体，或者使液体蒸发形成气泡，从而留下粒子的径迹。
它和乳胶相同的地方在于工作物质本身即可当作靶子。
气泡室的优点更多，它的空间和时间分辨率高，工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。
但也有不足之处，那就是扫描和测量时间还嫌太长，体积有限，而且甚为昂贵，不适应现代粒子能量越来越高、作用截面越来越小的要求。
用气泡室发现了Σ0，Ξ0，Σ+，Ω-等粒子以及几百种共振粒子。
它还可用于探测各种类型粒子的衰变。
高能粒子径迹探测器。
1952年格拉塞（Donald Arthur Glaser, 1926-）所发明。
获得了1960年度诺贝尔物理学奖。
在一能耐高压的密封容器内装置纯净的加压透明工作液，在一定温度下突然减压膨胀时，容器内的压力低于该液体的平衡蒸气压，液体处于过热的亚稳态，这时带电粒子射入，在其路径上产生离子，过热液体以离子为核心形成沸腾小气泡，从而显示出径迹，再通过照相拍摄下照片。
用组合叠层CR-39固体径迹探测器测量加速器厚铍靶9Be(d,n)反应中子能谱
２ ０ 年 １ 月 ０８ １
核
技
术
Ｖｏ ． ． ｏ．１ １ ３１ Ｎ １
Ｎ Ｌ Ａ Ｅ Ｈ Ｑ Ｅ ＵＣ Ｅ ＲＴ Ｃ ＮＩ Ｕ Ｓ
Ｎｏ ｅ ｅ ０ ８ ｖ ｍｂ ｒ ０ ２
用 组 合 叠层 Ｃ ３ Ｒ．９固体 径 迹 探 测 器 测 量加 速 器 厚铍靶 ９ ｅｄｎ反应 中子能谱 Ｂ （，）
据为氘离子能量 ２ ～ ． Ｍｅ ． ７ Ｖ的中子能谱。本工作 ６ ０ 采用组合叠层探测器法 ，测量加速器 Ｄ ｄ ） （，反应产 ｎ 生的 ５Ｍｅ Ｖ与 ２Ｍｅ Ｖ准单能中子能谱 ，得到它们 的峰位。再测量氘离子能量为 ３Ｍｅ 时厚铍靶 Ｖ Ｂ （，反应的中子能谱 ，实验结果与 Ｍｅｄｗ 飞 ｅ ｎ ｄ） ａｏ ｓ 行时间法… 测量数据进行了对 比，并用此测量方法 得到入射氘离子能量为 １ Ｖ的厚铍靶 ９ ｅ ， ． Ｍｅ ５ ８ （ｎ ｄ） 反应 中子能谱。
胥建国等 ：用组合叠层 Ｃ ．９ Ｒ３ 固体径迹探测器测量加速器厚铍靶 ｅ ， 反应中子能谱 Ｂ （ｎ ｄ）
８５ １
及质子到达蚀刻表面被记录的效率 。能量间隔 内的质子个数均等 ，而其能量由反冲质子的出射角 决定 ，且 ｎ — Ｐ反应产生的质子在一个临界角内才能 被记 录 ，即散 射后 能 量大 于 某值 的质子 才 能被 Ｃ ．９记 录 。 Ｒ３
胥建 国 李 航 邹宇斌 唐 国有 郭之虞 张 国辉 郭利安 温伟伟 张雪霜
（ 北京大学核物理与核技术 国家重点 实验室 北京 １０ ７ ） ０ ８ １
摘要
采用组合叠层 Ｃ ．９固体径迹探测器 实验方法测量 了加速器 Ｄ（， ） Ｒ３ ｄ ｎ反应产生 的 ５Ｍｅ Ｖ与 ２Ｍｅ Ｖ准单
揭秘“深藏”地下的实验室：江门中微子实验装置
图文/武建华（中国科学院高能物理研究所）江门中微子实验装置揭秘“深藏”地下的实验室天文大国重器安装中的液闪蒸汽剥离纯化装置202326NOV.中微子是构成物质世界最基本的单元之一。
它们不带电，质量是电子的百万分之一，与其他物质的相互作用十分微弱，因此中微子如隐形人一般，极难被探测到。
从1930年科学家理论预言中微子的存在，到1956年第一次在实验中发现中微子，用了20多年的时间。
即便如此，关于中微子仍有许多基本的科学问题未解决。
已探测到的中微子共有3种味道。
这里的味道不是口味，而是美国物理学家默里·盖尔曼和德国物理学家哈罗德·弗里奇提出的概念。
他们为了区分粒子物理学标准模型中的12种基本粒子，将质量小的粒子叫作“轻味”，质量大的粒子叫作“重味”。
3种味道的中微子会相互转化，这被称为中微子振荡。
中微子振荡对应3个混合参数——θ12、θ23、θ13。
国外科学家先后在1998年、2001年测到了θ23和θ12，中国科学家于2012年测到了θ13。
浸泡在水池中的探测器江门中微子探测器位于广东省江门市开平市金鸡镇打石山。
为了屏蔽宇宙线，它被安装在地下700米处，实验厅跨度约50米，是目前中国跨度和土石方量最大的地下实验硐（dòng，山洞）室。
江门中微子探测器是一个有效质量为2万吨的液体闪烁体探测器，比目前国际上最大的液体闪烁体探测器大20倍；设计能量精度为3%，比国际上能量精度最佳的探测器提高了1倍。
江门中微子探测器的“十八般武艺”测量中微子质量顺序。
中微子质量顺序决定了中微子的味结构，直接影响中微子与其他物质的相互作用，并在宇宙演化、太阳及超新星中微子的产生与传播中有重要影响。
对中微子混合参数进行精确测量。
其精度将比目前实验的精度提高10倍以上。
探测超新星爆发时射出的中微子。
超新星爆发时，大约99%的能量在10～30秒内以中微子的形式被发射出来，并产生大量不同能量、不同味道的中微子。
基于静电收集型固体核径迹氡探测器尺寸的蒙特卡罗方法优化
下：
生成两个 ０ １ ， 之间的数 如图 ３ ， ， 所示 ， ： 则
过 惠平 魏平 刚 ， ， 孙 涛 魏 聪 明 ，
（． １第二炮 兵工程学 院 １ ２ ０ 教研 室 ， 安 ７ ０ ２ ；． 西 １０ ５ ２ 西安 工程大学 ， 安 ７ ０４ ） 西 １０ ８
摘要 ： 计了一种新 型的基 于静电收集 的固体 核径迹 探测器 ， 利用 蒙特 卡罗方法 对其尺寸 进行 设 并 优化模拟 ， 确定 最优尺寸使装 置达到效能最大化 ， 结果 表明转换系数作 为优化对象随着探测器直径 的增 大而近似线性增加 ， 当管 子半径增 大到 ２ｃ ｍ后 曲线逐 渐变缓 ， 而后在 约等于 ３ｃ 处转换系数基 本不再 ｍ 增加甚至有下 降的趋 势 ， 由此可得出结论探测器半径取 ３ｅ ｍ左右时能得 到较 高的探测效率 。 关键词 ： 径迹探测器 ； ； 氡 蒙特 卡罗
饱 和 收集 。 （ ） 探 测 器 半 径 取 ３ｃ 左 右 时 能 得 到 ２将 ｍ
较高的探测效率 ， 但根据具体实验的要求不同 ， 探 测装置尺 寸可能会取得大于或 等于最 佳半
径。
参考文献 ：
图 ４ 蚀 刻 临 界 角 与 入 射 粒 子 射 程 关 系
［］ １ 朱润生 ． 固体核 径迹探 测器 的原理 和应 用 ［ ． Ｍ］ 北
中湿度 、 度影 响较 大 、 刻 读 数 设 备 复 杂 等 ， 温 蚀 其 中最 主 要 的不 足 就 是 探 测 时 间太 长 … 。 因 此 ， 文 将 径迹 法 与 静 电扩 散 法 的优 点结 合 起 本 来设 计 一种新 型 的基 于 静 电收集 的 固体 核 径迹 探测器 ， 并利 用 蒙 特 卡 洛 方 法对 其 尺 寸进 行 优 化模 拟 ， 确定 最优 尺寸 使 装置 达到 效能 最大 化 。
核辐射探测器概述
假设污染源为10Bq
（二）现场监测
3.监测结果
（1）计数率（CPS） 每秒探测到粒子的计数，最直接的表达方式。 通过各种校刻计数，表示为其它结果。 通道式放射性检测结果一般用CPS表示。
（二）现场监测
3.监测结果 （2）周围剂量当量率（Sv/h） 测量点单位时间内组织吸收的能量。 不能代表所测量物体的放射性强度， 需要考虑屏蔽、距离、物品量、校正。 （3）表面污染水平（Bq/cm2） 测量面积上单位面积的α 、β 活度值。 由于α 、β 射程很短，易被其他物质阻 挡，一定样品厚度以下的α 、β 射线无 法测量到。
核辐射量度
能谱： 绝对分辨率：半峰宽（FWHM)
相对分辨率：
E FWHM 100 % 100 % E E
核辐射量度
辐射剂量：单位体积的物质所接受的辐射能量
D dE dm
剂量当量：描述辐射所产生的实际效应
H NQD
（1Sv=1J/kg, 1rem=0.01Sv)
C
G
RL
K
气体探测器
G-M计数管：记录粒子个数
G-M计数管 G-M计数管是由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller) 发明的一种利用自持放电的气体电离探测器。 G-M管的特点是： 制造简单、价格便宜、使用方便。灵敏度高、输出 电荷量大。 G-M管的缺点是： 死时间长，仅能用于计数。不能鉴别粒子的 类型和能量。
U (t ) Ne Ee
C
Cw
-U
气体探测器
正比计数器：脉冲幅度正比于入射粒子能量。
电场强度：
中国空间站的高能宇宙辐射探测设施
中国空间站的高能宇宙辐射探测设施张双南;徐明;董永伟;常进【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】10页(P7-16)【作者】张双南;徐明;董永伟;常进【作者单位】中国科学院高能物理研究所;中国科学院高能物理研究所;中国科学院高能物理研究所;中国科学院紫金山天文台【正文语种】中文大量的天文观测证据表明，暗物质不但存在，而且主导宇宙的物质分布。
但是目前人类对于暗物质粒子的性质还几乎一无所知，关键就在于还没有探测到暗物质粒子，这是人类对宇宙认识的重大缺憾之一。
现代物理学理论的有些模型预言了种类繁多的候选暗物质粒子，但是无法明确说明哪种粒子就是暗物质粒子，所以最终探测到并且测量暗物质粒子的性质将能够对于基础物理学理论的发展起到巨大的推动作用。
根据不同的理论模型所预测的暗物质粒子的性质，对于这些候选暗物质粒子有不同的探测和搜寻手段。
最近几年的地下、地面和空间暗物质探测对暗物质粒子的性质给出了一些约束、甚至有一些探测到的迹象，但是暗物质粒子存在的可靠证据仍然十分缺乏，使得暗物质粒子的探测成为国际科学前沿竞争最为激烈的研究领域。
国际上不断有各种各样新的暗物质粒子探测或者搜寻的实验投入运行或者部署中，尤其是“国际空间站”已经成为国际上最重要的通过探测高能宇宙辐射探测和搜寻暗物质的国际实验室，而且其规模正在迅速地大幅度扩展。
中国科学家利用后发优势，制定了中国的空间暗物质搜寻路线图，规划了两个实验，一个是正在建造的“暗物质粒子探测卫星”（DAMPE），另外一个就是将在中国空间站部署的高能宇宙辐射探测设施（HERD），这两个实验的先后实施将使中国在这个领域保持领先并且做出重大科学发现，这是中国科学界的一个重大机遇。
毫无疑问，HERD实验将成为中国空间站的标志性实验。
1 任务背景暗物质存在的天文观测证据在过去几十年对宇宙成分精细观测的基础上，人们认识到，普通物质仅占整个宇宙能量密度4%，而暗物质则占据了23%，剩余的73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。
氡的标准检测方法
环境空气中氡的标准测量方法GB／T 14582—93 Standard methods for radon measurementin environmental air1 主题内容与适用范围本标准规定了可用于测量环境空气中氡及其子体的四种测定方法，即径迹蚀刻法、活性炭盒法、双滤膜法和气球法。
本标准适用于室内外空气中氡-222及其子体。
潜能浓度的测定。
2 术语2.1 氡子体α潜能氡子体完全衰变为铅-210的过程中放出的α粒子能量的总和。
2.2 氡子体α潜能浓度单位体积空气中氡子体α潜能值。
2.3 滤膜的过滤效率用滤膜对空气中气载粒子取样时，滤膜对取样体积内气载粒子收集的百分数率。
2.4 计数效率在一定的测量条件下，测到的粒子数与在同一时间间隔内放射源发射出的该种粒子总数之比值。
2.5 等待时间从采样结束至测量时间中点之间的时间间隔。
2.6 探测下限在95％置信度下探测的放射性物质的最小浓度。
3 径迹蚀刻法3.1 方法提要此法是被动式采样，能测量采样期间内氡的累积浓度，暴露20d，其探测下限可达2.1×103Bq·h／m3。
探测器是聚碳酸脂片或CR-39，置于一定形状的采样盒内.组成采样器。
如图1所示。
图1 径迹蚀刻法采样器结构图1—采样盒；2—压盖；3－滤膜；4－探测器氡及其子体发射的α粒子轰击探测器时，使其产生亚微观型损伤径迹。
将此探测器在一定条件下进行化学或电化学蚀刻，扩大损伤径迹，以致能用显微镜或自动计数装置进行计数。
单位面积上的径迹数与氡浓度和暴露时间的乘积成正比。
用刻度系数可将径迹密度换算成氡浓度。
3.2 设备或材料a.探测器，聚碳酸脂膜、CR-39(简称片子)；b.采样盒，塑料制成，直径60mm，高30mm；c.蚀刻槽，塑料制成；d.音频高压振荡电源，频率0～10kHz，电压0～1.5kV；e.恒温器，0～100℃，误差±0.5℃；f.切片机；g.测厚仪，能测出微米级厚度；h.计时钟；i.注射器，10mL、30mL两种；j.烧杯，50mL；k.化学试剂，分析纯氢氧化钾(含量不少于80％)、无水乙醇(C2H5OH)；l.平头镊子：m.滤膜。
核探测与核电子学
核探测与核电子学摘要：核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。
核辐射探测器的工作过程大致分为二阶段：一是与辐射反应，生成某种信息，该过程属于核测控内容；二是该信息的记录、收集、处理，该过程属于核电子学内容。
关键字：核辐射、核电子学、核辐射探测器。
1 前言核辐射探测器，简称为核探测器，也称为核探测设备。
是一种辐射射线检测装置。
核辐射是原子核从某种能量状态或某种结构向另一种结构或状态发生转变时，在转变过程中释放出来的微观粒子流，这是一个涉及原子或原子核的过程，从原子核中释放出的辐射。
γ辐射、中子辐射、α和β辐射等这些辐射都称为核辐射[1]。
X，γ射线都是属于电磁辐射范畴，X-ray 是由核外电子在跃迁过程中产生的，γ射线是在核跃迁或粒子湮灭过程的中发出来的电磁辐射[2]。
核辐射探测器可以说是粒子物理研究以及核物理研究中最为基础，也是极其重要的一项技术和工具，核辐射探测器的基本工作原理如图。
当辐射射线（或粒子）辐照到探测器的电荷灵敏区，而电荷灵敏区内的物质在辐射的激发下会产生出大量电子-空穴对，在外加电场的作用下分别向正负电极移动而产生电学信号，对电学信号的分析整理，从而实现对辐射射线或粒子的探测。
高能物理事业、核技术及现代电子学的发展, 带动各种探测器技术不断发展。
辐射探测器是通过粒子与适当的探测介质相互作用而产生某种信息，经放大后被记录、分析，以转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息，从而确定粒子的数目、位置能量、动量、飞行时间、速度质量等物理量。
按照产生信息的方式，探测器大体上可分为计数器和径迹室两大类。
本文以探测器原理依据，分别介绍不同探测器原理，以及核电子技术在不同探测器的应用原理2.计数器类探测器计数探测器是应用最广泛的辐射探测器。
它以电脉冲的形式记录、分析辐射产生有关信息。
这种类型探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。
最常用的计数器类探测器主要有气体探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。
固体核径迹探测器CR39
［ 陈琦 ，刘儒德 ． ３ 】 幽代教 育 心理 学【 ． 师 范 大学 出版社 ，１９ ： Ｍ】 北京 ９７
３６ １
【 王 燕 中学生 心理健 康教 育轮 形模 式的探 索 全 国心 理健 康教 育研 ４ 】 计套论 史 集 。２０ ００ （ 收稿 日期 ：２１—１— １ ００ ０ １ ）
参考文献
… Ａ． ｕ ｈ ｖＴ ｒ — ｍｅ ｓ ｎ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｎＡｃｅ ｒ ｏ ｒｍ ａ １ Ｐ ｋ ｏ ． ｈｅ Ｄｉ ｎｉ ａ Ｓ ａ ｏ ｆｏ ｃｌ ａ ｎｆ ｅ ｏ ｍｕ ｉ ｉ ｅｔ ｉ ｏ
ＦｉＩａｉｅ ｙ ｈ ｒ Ｐ ｌ ，ｒｌＰ ｙ． ｖ Ｌｔ ８． ５２２０） ｏｌｒｄａ ｄｂ Ｓ ｏｔ ｕｓＩ ｅｌ ｈｓＲｅ． ｅｔ ６ ３６ （ １ ．ｒ ｔ ａ — ｅ＝ Ｊ ． ０ 【 Ｍ． ｇｌ ｈＡ ｃｌｒ ｏ ｆ ｅｖ ｎ Ｖ ｎ ｃ ｏ ｒ 晒 ｃ ｂ ２ ］ Ｈｅｅ ｃ ． ｃｅ ａ ｎ ｏ ａ ｙｉ ｓ ｏ Ｍｅ ／ ｕ ｌ ｎ ｅ ｅ ｓ ｙ ｉ ｅｔ ｉ ｈ ｏ ｔ ｅ ｉ ｕｔ ｈｇ — ｎｅ ｓｙ ａｅ ［ ． ０ ：１ ７ ｌ ａ ｉ ｉ ｎｉ ｓｒＤ］ ０ ２７ — ２ ｒ ｈ ｔ ｔｌ ｓ ２ 作 者 简 介 陈晓 旭 （ ９８ ）．在 职硕 士 生 ，主要 从 事 团簇 和等 离 １７ 一
式 、教 师的移情 、教师对学生 的期望 以及教师 的焦虑便成为影 响课堂 气氛 的主要 因素 。老师在面对完成教学任 务的同时 ， 还要花很大的力 气去精心组织教学 ，营造良好的课堂气 氛。 人 的教育 和培养是世界上最复 杂的工作之 一 ，其责任本来就十分 沉重 ，如果我们的课堂管理 中再 出现 问题 ，就更 容易雪上加霜 ，平添
子体 的研 究。 （ 收稿 日期 ：２ １ － ０ ２ ０ ０ １ － ０）
CR-39固体径迹探测器测量加速器厚铍靶9Be(d,n)反应中子能谱
摘要采用组合叠层ＣＲ．３９固体径迹探测器实验方法测量了加速器Ｄ（ｄ，ｎ）反应产生的５ ＭｅＶ与２ ＭｅＶ准单 能中子能谱。进而测量了入射氘离子能量为３ Ｍｅｖ时加速器厚铍靶９Ｂｅ（ｄ，ｎ）反应的中子能谱，与已有的飞行 时间法的测量结果基本相符。在此基础上，用该法又测量了入射氘离子能量为１．５ ＭｅＶ时加速器厚铍靶９Ｂｅ（ｄ，ｎ） 反应的中子能谱，结果符合较低能量氘离子与厚铍靶发生９８ｅ（ｄ，ｎ）的核反应的物理过程。 关键词厚铍靶９Ｂｅ（ｄ，ｎ）反应，ＣＲ－３９，ＳＲＩＭ，中子能谱 中图分类号０５７１．１
用氢反冲法得到中子能谱的反冲质子能量测 定，可用固体径迹探测器ＣＲ．３９记录质子的径迹。 可用蚀刻动力学方法口１观测不同蚀刻条件下的径 迹，由蚀刻径迹直径随蚀刻深度的动态变化关系获 得中子能谱。此法须用先进的显微镜和实时测量记
录仪器，且很难消除本底引起的误差。另一种方法 是平行入射法，将ＣＲ一３９与中子入射方向平行放置， 由其某一蚀刻层上的径迹长度对应一定的质子能 量，进而获得中子能谱。此法操作简单，数据处理 方便，埃及国家辐射测量标准实验室曾用此法测量 Ａｍ．Ｂｅ中子源能谱ＨＪ。但我们发现，ＣＲ一３９对中子 平行人射产生质子的探测效率很低。用显微镜观察 时，在每个视场中只能得到一条或几条长度不一的 径迹，有时得拼接好几个视场才能发现径迹，难以 得到足够的事件数。
参考文献
１ Ｍｅａｄｏｗｓ Ｊ Ｗ：Ｎｕｃｌ Ｉｎｓｔｒ Ｍｅｔｈ，１９９３。Ａ３２４：２３蝴６
２探测径迹的物理过程
组合叠层探测器由聚乙稀（ＣＨ２）ｎ层、铝吸收片 和ＣＲ一３９组成（图１）。将（ＣＨ２）。看作由许多薄层叠合 而成，能量为磊的中子在某一薄层发生ｎ．Ｐ反应。 中子的探测效率由两部分决定：ｎ＿ｐ散射截面，以
国家自然科学基金（１０５７５００６）资助 第一作者：胥建国，男，１９７４年出生．２０００年毕业于海军工程大学。现为北京大学物理学院硕士研究生，核技术及应用专业 通讯作者：邹字斌 收穰日期：２００８－０５．１９，修回日规：２００８－０８—２８
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
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如果两种粒子电荷相同，则 R X
MX
RA MA
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。
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5、从多次散射鉴别粒子
带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多次 散射角的水平投影的绝对值平均： Kz t K：散射系数
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径迹探测器
直接记录粒子走过的径迹来探测粒子或对 径迹拍照，再对照片进行分析处理的探测器。 如：核乳胶、固体径迹室、云室、气泡室、火化 室、流光室等等。－、±、 0、 ＋、K0、反P、 0、 ±、 0、 －、反0 、反± 等粒子的发 现，有11次是利用核乳胶，8次利用了云室，5次 利用了气泡室，而只有2次是利用电子学计数器。
pv 100
已知入射粒子种类，即已知电荷数z；已知核 乳胶厚度t， 就可确定入射粒子能量。 反之，已知入射粒子能量和乳胶厚度，可确定 带电粒子的电荷。
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6、从电子密度确定入射粒子电荷
在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就是电 子的径迹。 理论计算有：能量在E1和 E2之间的电子密度为
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§8.1 核乳胶
一、工作原理和构成
1. 组成：核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。 溴化银AgBr 大部分 常用银盐 碘化银AgI 少量 银盐颗粒对带电粒子灵敏，而对光几乎不灵敏。 胶质：骨胶和明胶 2. 工作原理： 1）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成“潜影” 带电粒子与AgBr晶粒作用，使AgBr分子分解成Ag 原子和Br 原子，在一定条件下，Ag原子聚集成Ag集团，形成可显影的 核心“潜影”，经化学显影处理，潜影的晶粒还原成黑色的 Ag颗粒，把带电粒子的径迹显示出来。
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 闪烁计数器：NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)、BGO、 PWO、塑料闪烁体、液体闪烁体 契仑柯夫计数器：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
定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该晶粒中 产生潜影的几率。
4.一根粒子径迹上平均晶粒密度：
dN 3 CP dX 2 d
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记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的乳胶 记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的乳胶
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三、核、定 影、水洗、浸泡甘油、凉干、清洁等过程， 只是显影液、定影液的化学配方及所用时 间长短有所不同。
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2）电离测量的依据 形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离 本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时， 颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒 子速度。 dE 4z 2 e 4
dx
me v 2
NZB z 2 f (v )
3）测量径迹的射程和多次散射 0 0 射程
n 2z 2 NZ e 2 2 mc2 mc2 ( 2) ( ) mc E1 E2
2
z<30时，一般取E1＝10KeV， E2＝30KeV。
实验上选电子射程>1.5m。
讲义213页图8－6给出了n与R的标准曲线，测 出粒子径迹某处的电子密度n与R值，由曲线 确定其电荷。
h' 测量处理前后的乳胶厚度，就可得到收缩因子 s h
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4、从电离鉴别粒子（一）
实验上最长用的方法：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“块”；
粒子速度更低，低能多电荷粒子，径迹 基本上是一条黑粗线，无法测量。
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4、从电离鉴别粒子（二）
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：
E0 E0 M Rz 2 dN dN R( E0 ) 2 ( )， ( ) , ( )X ( )A z M M M dR dR dN dE E Rz 2 f ( ) F (v ) G ( ) ( ) dR dx M M
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四、核乳胶中径迹的测量
1、工具：双目显微镜，M＝100－2000倍 2、原理： 由射程定粒子能量
R ( E0 )
0 E0
dE dE / dx
v0
M vdv M M E0 2 F (v ) 2 ( ) 2 z f (v ) z z M 0
对其他粒子
2 Rx M x z a 2 Ra M a z x
M RM R C 2 P MPz
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C为修正系数， 对不同乳胶其 值不同
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3、径迹长度测量方法
R l 2 ( sh) 2
在显微镜下，只能测量径迹在物镜主焦面上的投影l和垂 直分量h。h为什么会变短呢？因为核乳胶中AgBr含量很 大，显影定影处理时，大量被溶解掉了。
dE R( E0 ) dx E0 E 0 dE / dx 2 2 Es 2 t 多次散射角 z ( ) ( ) pv x0
根据径迹的长短、弯曲和颗粒的稀密程度来鉴定和测量 带电粒子的电荷、质量及动量。
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二、核乳胶的特性
1.乳胶中的AgBr浓度C：3.0-3.2g/cm3 2.AgBr晶粒平均直径d：0.1-0.4m 3.AgBr晶粒对带电粒子的灵敏度P：
第八章 径迹探测器
中国科学技术大学 近代物理系 高能物理实验室 汪晓莲
第八章 径迹探测器
§8.1 §8.2 §8.3 §8.4 核乳胶 固体径迹室 气泡室 脉冲径迹室
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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。