核物理實驗方法習題及答案yanxinzaofortran

1、第一章習題 1，簡述核物理常用基本概念1，元素（element）：元素，也叫化學元素，指具有相同核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）的同一類原子的總稱。2，原子（atom）:構(gòu)成化學元素的基本單元和化學變化中的最小微粒，即不能用化學變化再分的微粒。3，原子核（atomic nucleus）：簡稱“核”，位于原子的核心部分，由質(zhì)子和中子兩種微粒構(gòu)成。4，核素（nuclide）：指具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。5，核子(nucleon)：質(zhì)子、反質(zhì)子、中子和反中子的總稱，是組成原子核的粒子。6，原子序數(shù)（ atomic number ）:是指元素在周期表中的序號，用Z表示。7，質(zhì)量數(shù)（mass numb

2、er）：是原子內(nèi)質(zhì)子和中子數(shù)之和，用A表示。8，中子數(shù)（neutron number）：特指原子核內(nèi)的中子個數(shù)，用N表示。9，核素表示： ，簡寫為 ：10，同重元素（isobar）：質(zhì)量數(shù)相同而中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)不同的元素。11，同位素（isotope）：原子序數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素。12，同中異位素（isotone）:中子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)不同的核素。13，同質(zhì)異能素（isomer）:處于較長壽命的激發(fā)態(tài)的核素。14，原子量（atomic weight）：某種原子的質(zhì)量與碳-12原子質(zhì)量的1/12的比值稱為該原子的原子量，又稱相對原子質(zhì)量。15，分子量（molecular weight）：組成分子

3、的所有原子的原子量的總和。16，同位素豐度（isotope abundance）：自然界中存在的某一元素的各種同位素占所有同位素的相對含量(以原子物質(zhì)的量百分計)。17，用豐度計算元素：原子量設(shè)元素的原子量為A，各同位素的原子量為，各元素的自然界豐度為，則有 18，阿伏伽德羅常數(shù)：12g 12C所包含的C原子個數(shù)，用Na表示。Na 6.022 x 102319，核素圖（Chart of the Nuclides）：用原子序數(shù)作橫座標，原子核中的中子數(shù)作縱座標，制作的一張圖表。2，真空中，1ps光能走多遠？解：真空中光速為：m/s，光走的距離d=m=0.3mm3，假設(shè)B有兩種同位素10B和11B

4、，豐度如右表，設(shè)B的原子量為10.811，求5mg B中，10B和11B的原子個數(shù)分別為多少？解：設(shè)B，10B，11B的質(zhì)量分別為m，m1，m2，原子量分別為A，A1，A2，物質(zhì)的量分別為n，n1，n2，則有所以從表中讀得10B和11B的豐度分別為19.9%和80.1%，則二者的個數(shù)分別為個個4，在以下這些核素中有多少質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)(a) 10B. (b) 24Na, (c) 59Co, (d) 208Pb, (e) 235U , (f)241Am核素中子數(shù)質(zhì)子數(shù)核素中子數(shù)質(zhì)子數(shù)10B55 208Pb1268224Na1311 235U1439260Co3327241Am146955，估算在2

5、kg水中有多少個D2O分子？（H，O的原子量分別為1.0079，15.999，1H，2H(D)的豐度分別為99.985%，0.015%，此處3H豐度過低忽略不計，H2O的分子量18.0148）解：H，O的原子量分別為1.0079，15.999，1H，2H(D)的豐度分別為99.985%，0.015%，此處3H豐度過低忽略不計，H2O的分子量18.0148，水中總的分子數(shù)為個個第二章 射線與物質(zhì)相互作用習題1，4MeV的粒子和1MeV的質(zhì)子，它們在同一物質(zhì)中的能量損失率和射程是否相同？為什么？答：由于重帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失率與入射粒子的速度有關(guān)，與入射粒子質(zhì)量無關(guān)，與入射粒子的電荷數(shù)的平方

6、成正比，因此4MeV的粒子和1MeV的質(zhì)子在同一種物質(zhì)中的能量損失率不同，但其射程相同。2，如果已知質(zhì)子在某一物質(zhì)中的射程、能量關(guān)系曲線，能否從這曲線求得某一能量的d，t在同一物質(zhì)中的射程？答：能，帶電粒子的能量損失率與（1/v2）有關(guān)而與粒子質(zhì)量無關(guān)，設(shè)d，t的能量為E，設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，對于d核有E=(1/2)2mv2，v2=E/m，則再次速度下的質(zhì)子的能量為E=(1/2)mv2=E/2,所以在質(zhì)子的能量射程關(guān)系曲線上找到E/2所對應(yīng)的射程即為具有能量E的d核所具有的射程；同樣道理可計算t核的射程為E/3位置處所對應(yīng)的射程。3，10MeV的氘核與10MeV的電子穿過薄鉛片時，它們的輻射損失

7、率之比是多少？ 質(zhì)子質(zhì)量：938MeV，中子質(zhì)量：939MeV，氘核質(zhì)量約：1877MeV，電子質(zhì)量：0.511MeV解：10MeV的氘核質(zhì)量為1887MeV，10MeV的電子質(zhì)量為10.511MeV輻射損失率與(1/m2)成正比，因此二者的能量損失率之比為氘核/電子=3.102*10-54，一能量為2.04MeV準直光子束，穿過薄鉛片，在20度方向測量次級電子，問在該方向發(fā)射的康普頓散射光子和康普頓反沖電子的能量分別是多少？解：時，得反沖電子能量：當時5，某一能量的射線的線性吸收系數(shù)為0.6cm-1，它的質(zhì)量吸收系數(shù)和原子的吸收截面是多少？這射線的能量是多少？按防護要求，源放在容器中，要用多

8、少厚度的鉛容器才能使容器外的強度減為源強的千分之一？解：鉛的原子序數(shù)：82，原子量：A=207.2g.mol-1，密度：=11.34g.cm3，Na=6.022×1023mol-1，設(shè)鉛的厚度為t，線性吸收系數(shù)為，質(zhì)量厚度為tm，質(zhì)量吸收系數(shù)為m，由射線的吸收公式有：有，又，所以有從鉛吸收系數(shù)射線能量圖中可以看到，對應(yīng)吸收系數(shù)的射線能量在1MeV左右或者在10MeV左右，由可以得到又則按照防護要求，則有所以要對此射線做屏蔽的話需要11.51cm厚的鉛板。6，gama射線與物質(zhì)主要有哪幾種相互作用類型？其主要機制是什么？答：康普頓效應(yīng)：射線與接近靜止的電子發(fā)生碰撞散射，光子將一部分能量

9、傳遞給電子，使光子的傳播方向發(fā)生偏移，電子會獲得一部分動能。電子對效應(yīng)：射線在接近原子核時，受到核力的作用而變成一對正負電子對，光子本身消失，全部能量轉(zhuǎn)化為電子的靜止能量和動能。光電效應(yīng)：射線與核外電子發(fā)生相互作用，使電子脫離原子核的束縛而變成自由電子，光子的全部能量轉(zhuǎn)化為電子的結(jié)合能和動能。7，在相同的能量下，帶電離子，射線和射線三種粒子中，射程長短的排序？答：d帶電離子<d射線<d射線第三章 放射性測量中的統(tǒng)計學1，若某時間內(nèi)的真計數(shù)值為100個計數(shù)，求得到計數(shù)為104個的概率，并求出計數(shù)值落在90-104范圍內(nèi)的概率。解：高斯分布公式將數(shù)據(jù)化為標準正態(tài)分布變量查表x=1，x=

10、0.4，計數(shù)值落在90-104范圍內(nèi)的概率為0.49672，本底計數(shù)率是500±20min-1，樣品計數(shù)率是750±20min-1，求凈計數(shù)率及誤差。解：本底測量的時間為：樣品測量時間為：樣品凈計數(shù)率為：凈計數(shù)率誤差為：此測量的凈計數(shù)率為：3，測樣品8min得平均計數(shù)率25min-1，測本底4min得平均計數(shù)率18min-1，求樣品凈計數(shù)率及誤差。解：測量結(jié)果：請同學們注意：，在核物理的測量中誤差比測量結(jié)果還大的情況時有發(fā)生。4，對樣品測量7次，每次測5min，計數(shù)值如下：209,217,248,235,224,233。求平均計數(shù)率及誤差。5，某放射性測量中，測得樣品計數(shù)率

11、約1000min-1，本底計數(shù)率約250min-1，若要求測量誤差1%，測量樣品和本底的時間各取多少？6，在同一條件下對一個放射源測得的兩次計數(shù)是4012和4167，問顯著度為0.05的水平，計數(shù)的差異是否正常？7，測得的一組數(shù)據(jù)：1010,1018,1002,950,1060，試檢驗這組數(shù)據(jù)是否正常？8，為了探測粒子，有兩種計數(shù)器可供選擇，一種計數(shù)器的本底為7min-1，效率為0.02，另一種的本地為3min-1，效率為0.016。對于低水平測量工作，應(yīng)選用哪一種更好些？9，試判斷下列一組測量值中，有無需要舍棄的數(shù)據(jù)： 1.52，1.46，1.61，1.54，1.55，1.49，1.68，1

12、.46，1.50，1.83第四五六章習題1， 簡述氣體探測器基本原理。2，簡述閃爍探測器基本原理。3，簡述半導體探測器基本原理。4，圖示為氣體探測器電壓電流曲線劃分的五個區(qū)域及其主要成因。5，簡述GM計數(shù)器主要優(yōu)點。6，簡述NaI探測器主要優(yōu)點。7，簡述BGO探測器主要優(yōu)點。8，簡述高純鍺探測器的主要優(yōu)缺點。9，簡述如何利用多道分析器測量能譜。答：射線進入到探測器靈敏體積后，與探測器的探測介質(zhì)發(fā)生各種不同的相互作用而損失能量。這種能量會在不同探測器的不同機制作用下轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，并且電脈沖信號的脈沖幅度與射線的能量呈特定的函數(shù)關(guān)系。多道分析器將不同的電壓值的事件存儲到不同的道址對應(yīng)的存儲器上

13、，這樣道址就與射線能量有了特定的函數(shù)關(guān)系，對道指進行能量刻度后，繪制道指-計數(shù)曲線即為相應(yīng)能譜。10，能量分辨率定義。11，本征探測效率定義。12，簡述能量刻度方法。13，探測器分辨時間定義。14，簡述探測器分辨時間測量方法。答：雙源法15，請說明右圖中各個峰的名稱及其成因，。16，圖示為電離室脈沖圖，問電子脈沖寬度大約是離子脈沖寬度的多少倍？原因是什么？答：脈沖的變化率取決于漂移速率。電子的漂移速度約比正離子大三個數(shù)量級，這就決定了脈沖電離室最終的脈沖時間由離子決定，而脈沖前沿主要由電子貢獻，脈沖后沿主要由離子貢獻。17，一個電離室的平均電離能為30eV，用其測量10MeV的粒子能量。如果每

14、1000對電子離子對能夠形成1V的初級電壓信號，為了使這個射線的能量處在8192道1000道位置上，問脈沖放大器的放大倍數(shù)為多少？(設(shè)8192道多道分析器的工作電壓為5V10V)解：設(shè)道址n對應(yīng)的信號電壓為V則有道址電壓關(guān)系為1000道對應(yīng)的電壓為10MeV的粒子產(chǎn)生的電子離子對數(shù)目為產(chǎn)生初級電壓為：放大倍數(shù)為：倍18，設(shè)源單位時間進入到探頭靈敏體積內(nèi)的粒子數(shù)為n0，探測器實測計數(shù)率為n，1，假設(shè)探測效率為100%，求探測器的分辨時間。2，如果認為分辨時間為0，求探測效率。解：n0-n= n0*n*則有探測效率為：19，設(shè)天然本底為nb，源A的計數(shù)為nA+nb，源B的計數(shù)為nB+nb，兩個源的

15、合計數(shù)為nA+nB+nb，探測器實測相應(yīng)數(shù)據(jù)分別為nb0，n1，n2，n3，不考慮探測效率，求分辨時間。解：nb=nb0(1+nb0)nb0nA+nb=n1(1+n1)nB+nb=n2(1+n2)nA+ nB +nb=n3(1+n3)解方程得到20，已知G-M計數(shù)管的壽命為108，現(xiàn)要求對大麥哲倫星云方向的宇宙射線進行實時強度監(jiān)測，其平均計數(shù)率約為10s-1，問這個計數(shù)管能用多少年？第七章 核物理中的符合方法1，什么是符合方法？2，什么是真符合，什么是偶然符合？3，反符合與延遲符合的概念？4，利用反符合降低康普頓平臺的基本原理。5，兩個探頭對分別獨立的放射源進行監(jiān)測，得到第一個探頭的計數(shù)率為1

16、00s-1，第二個探頭的計數(shù)率為150s-1，測得兩個探頭的符合計數(shù)率為81h-1，估算這套符合系統(tǒng)的符合分辨時間。解：Nh=2*n1*n2* 第八章 源活度測量1，源測量需要注意的問題。2，射線測量的主要困難有哪些。第九章 帶電粒子能譜測量1，磁譜儀的主要優(yōu)點第十章 射線和能量測量1，射線探測的主要性能指標有哪些？2，簡述什么是峰總比與峰康比？3，對特定能量的射線測量其能譜，能譜中可能有哪些峰存在？這些峰是如何形成的？4，什么是探測器的本征探測效率？5，用碘化鈉閃爍譜儀觀測60Co的兩條級聯(lián)射線1.17MeV和1.33MeV，在能譜中可能會出現(xiàn)哪些峰？其能量分別是多少？第十一章 中子探測技術(shù)

17、1，中子探測基本原理2，什么是中子密度和中子通量密度？3，中子活化方法測量中子通量密度的基本過程？4，中子活化方法測量中子通量密度的主要優(yōu)點是什么？5，用銦片活化法測量中子通量密度，銦片面積為S=4cm2，質(zhì)量厚度為d=100mg/cm2，已知銦中115In的豐度為95.7%，其熱中子截面為145b，將銦片放入中子場中照射6小時后取出，等待20分鐘開始測量116mIn的放射性，射線的探測效率為95%，測量十分鐘測得總計數(shù)為164000，求測量點的中子通量密度（116mIn的半衰期為T1/2=54.1min，中子通量密度公式為，1b=10-28m2）。解：銦片中的115In原子核數(shù)為由T1/2=54.1min得衰變常數(shù)為射線的探測效率為95%，則實際射線數(shù)位中子通量密度為第十二章 低水平放射性測量1， 什么是低水平放射性測量？其基本過程是怎樣的？答：低水平放射性的典型放射性量極為10Bq/kg。如果探測效率為50%，則每克樣品每分鐘只有1個計數(shù)。這種放射性強度甚至比天然本底還要低。這種測量將受到來自非樣品計數(shù)的干擾?；具^程：1，在所關(guān)心的地點采集有代表性樣品。2，用物理或化學方法濃縮樣品。2， 測量樣品，并與標準樣品比較。第十三章 核反應(yīng)截面測量1， 核