粒子探測(cè)技術(shù)課件

粒子探測(cè)技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2011.12粒子探測(cè)技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2022/11/23粒子探測(cè)2第一章粒子簡(jiǎn)介原子、原子核、核子、電子、夸克的大小基本粒子圖強(qiáng)子輕子場(chǎng)粒子四種相互作用力常見粒子：電子、重帶電粒子、γ和ｘ射線、中子、重離子粒子壽命核衰變2022/11/22粒子探測(cè)2第一章粒子簡(jiǎn)介原子、原子核2022/11/23粒子探測(cè)3第二章粒子探測(cè)的物理基礎(chǔ)重點(diǎn)：各種粒子與物質(zhì)相互作用的基本規(guī)律

各種粒子探測(cè)的基本原理1.

微觀粒子：帶電粒子：e、α、p、高能帶電粒子中性粒子：n電磁輻射：x、2.帶電粒子和物質(zhì)的相互作用：電離激發(fā)效應(yīng)Cerenkov效應(yīng)軔致輻射多次散射穿越輻射2022/11/22粒子探測(cè)3第二章粒子探測(cè)的物理基礎(chǔ)重點(diǎn)2022/11/23粒子探測(cè)4有關(guān)概念：電離激發(fā)，特征x射線，俄歇效應(yīng)，電子多次散射，電離損失，軔致輻射，同步輻射，穿越輻射，Cerenkov輻射，臨界能量，最小電離粒子，電子，電磁簇射，強(qiáng)子簇射，輻射長(zhǎng)度x0，核作用長(zhǎng)度lI，α衰變，衰變（+，-，EC），射程有關(guān)公式：Bethe-bloch公式

輻射長(zhǎng)度X0

核作用長(zhǎng)度lI3.射線的探測(cè):光電效應(yīng)：Compton效應(yīng)：

選Z高探測(cè)器

電子對(duì)效應(yīng)：

2022/11/22粒子探測(cè)4有關(guān)概念：電離激發(fā)，特征x射線2022/11/23粒子探測(cè)5正電子湮滅效應(yīng)：衰變，內(nèi)轉(zhuǎn)換電子(光電子，俄歇電子)射線吸收指數(shù)衰減規(guī)律吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)4.中子探測(cè)核反應(yīng)法核反沖法核裂變法活化法5.放射源活度與射線強(qiáng)度2022/11/22粒子探測(cè)5正電子湮滅效應(yīng)：2022/11/23粒子探測(cè)6第三章粒子探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.泊松分布2.高斯分布3.N±的物理意義4.統(tǒng)計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差相對(duì)誤差計(jì)數(shù)率的誤差M次測(cè)量平均計(jì)數(shù)的誤差2022/11/22粒子探測(cè)6第三章粒子探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律12022/11/23粒子探測(cè)75.誤差演算2022/11/22粒子探測(cè)75.誤差演算2022/11/23粒子探測(cè)8第四章氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器的工作原理氣體的電離

原初電離，次級(jí)電離，總電離電子和離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)

漂移，擴(kuò)散，吸附，復(fù)合外電場(chǎng)對(duì)電離粒子運(yùn)動(dòng)的影響

探測(cè)器收集到的電子離子對(duì)數(shù)隨外加電壓的變化曲線工作氣體

負(fù)電性氣體

猝滅氣體2022/11/22粒子探測(cè)8第四章氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器2022/11/23粒子探測(cè)9電離室脈沖電離室電流電離室正比計(jì)數(shù)器氣體放大現(xiàn)象，電子雪崩工作特性：輸出脈沖波形

能量線性和能量分辨率類型：BF3慢中子正比計(jì)數(shù)器x和低能射線正比計(jì)數(shù)器流氣式正比計(jì)數(shù)器4.G-M計(jì)數(shù)器工作原理：雪崩再生，正離子鞘，猝滅工作特性：計(jì)數(shù)率坪曲線，坪長(zhǎng)，坪斜分辨時(shí)間，死時(shí)間，漏計(jì)數(shù)2022/11/22粒子探測(cè)9電離室2022/11/23粒子探測(cè)105、MWPC工作原理靜電場(chǎng)分布?xì)怏w放大電子雪崩工作特性和測(cè)量方法探測(cè)效率位置分辨時(shí)間分辨能量分辨6、漂移室工作原理基本結(jié)構(gòu)定位原理2022/11/22粒子探測(cè)105、MWPC工作原理2022/11/23粒子探測(cè)117、時(shí)間投影室

工作原理、結(jié)構(gòu)8、平行板電極氣體探測(cè)器

火花室，流光室，電阻板室，MRPC流光放電機(jī)制工作特性：記憶時(shí)間、時(shí)間分辨，空間分辨，探測(cè)效率9、微電極氣體探測(cè)器微條氣體室工作原理和特性微網(wǎng)格氣體室工作原理和特性氣體電子倍增器工作原理和特性2022/11/22粒子探測(cè)117、時(shí)間投影室2022/11/23粒子探測(cè)12第五章半導(dǎo)體探測(cè)器工作原理靈敏區(qū)的形成載流子的形成，在外電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2.主要參數(shù)窗厚，靈敏區(qū)厚度，結(jié)電容，噪聲與能量分辨率，正反向電流特性3.類型PN結(jié)型：擴(kuò)散型，面壘型，離子注入型鋰漂移型化合物型2022/11/22粒子探測(cè)12第五章半導(dǎo)體探測(cè)器工作原理2022/11/23粒子探測(cè)13主要優(yōu)缺點(diǎn)能量分辨率好，能量響應(yīng)線性，時(shí)間分辨好靈敏體積小，信號(hào)小，抗輻照性能差5.電荷靈敏放大器6、徑跡測(cè)量的半導(dǎo)體探測(cè)器硅微條探測(cè)器工作原理電荷耦合器件硅像素探測(cè)器硅漂移探測(cè)器工作原理2022/11/22粒子探測(cè)13主要優(yōu)缺點(diǎn)2022/11/23粒子探測(cè)14第六章閃爍探測(cè)器工作原理和基本組成部分閃爍體的基本特性

發(fā)光效率（光產(chǎn)額），發(fā)射光譜，發(fā)光衰減時(shí)間，發(fā)光衰減長(zhǎng)度，能量分辨率3.主要閃爍體：NaI，CsI，PWO，BGO，蒽晶體，塑料閃爍體，液體閃爍體4.GDB的基本構(gòu)造與工作原理及主要特性光陰極，打拿極，陽(yáng)極光陰極靈敏度和光譜響應(yīng)，量子效率，放大倍數(shù)，暗電流和噪聲，能量分辨率，渡越時(shí)間和渡越時(shí)間分散2022/11/22粒子探測(cè)14第六章閃爍探測(cè)器工作原理2022/11/23粒子探測(cè)155.GDB的信號(hào)取出和高壓供電負(fù)載電阻對(duì)輸出脈沖的影響6.閃爍光的收集和傳播

反射層、光耦合劑、光導(dǎo)閃爍探測(cè)器的主要應(yīng)用射線的能量測(cè)量飛行時(shí)間探測(cè)器望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)電磁量能器2022/11/22粒子探測(cè)155.GDB的信號(hào)取出和高壓2022/11/23粒子探測(cè)16第七章Cerenkov探測(cè)器1、什么叫Cerenkov輻射？產(chǎn)生的機(jī)制和條件2、特性

閾特性、方向性、微弱、可見光到紫外光3、Cerenkov輻射體4、C輻射光的傳播、收集和光子探測(cè)元件5、主要應(yīng)用高能電子和射線全吸收切倫科夫電磁簇射探測(cè)器粒子鑒別探測(cè)器（速度選擇器）：閾式C探測(cè)器微分式C探測(cè)器2022/11/22粒子探測(cè)16第七章Cerenkov探2022/11/23粒子探測(cè)177、公式輻射角閾速度閾動(dòng)能最大輻射角速度分辨率2022/11/22粒子探測(cè)177、公式2022/11/23粒子探測(cè)18第八章粒子探測(cè)系統(tǒng)1、粒子探測(cè)系統(tǒng)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)幅度分析系統(tǒng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)效率測(cè)量系統(tǒng)2、探測(cè)器輸出回路RC成形回路三種前置放大器的使用條件，為什么？2022/11/22粒子探測(cè)18第八章粒子探測(cè)系統(tǒng)1、粒2022/11/23粒子探測(cè)19探測(cè)效率坪特性：三種坪曲線探測(cè)器分辨時(shí)間對(duì)計(jì)數(shù)率線性的影響探測(cè)器的選擇3、脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量2022/11/22粒子探測(cè)19探測(cè)效率3、脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量2022/11/23粒子探測(cè)204、能量測(cè)量能譜儀的能量線性和刻度影響能量分辨率的因素掌握137Cs，60Co，24Na的能譜，為什么全能峰能量精確等于射線能量？解釋各種峰的形成，并會(huì)計(jì)算各種峰的能量。探測(cè)器的選擇2022/11/22粒子探測(cè)204、能量測(cè)量2022/11/23粒子探測(cè)215、磁譜儀帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子垂直磁場(chǎng)入射，其動(dòng)量

p(GeV/c)=0.3B(T)(m)高能磁譜儀固定靶實(shí)驗(yàn)對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)高能磁譜儀的特點(diǎn)和對(duì)探測(cè)器的要求各子探測(cè)器的功能和要求及選擇2022/11/22粒子探測(cè)215、磁譜儀帶電粒子在磁場(chǎng)中2022/11/23粒子探測(cè)222022/11/22粒子探測(cè)222022/11/23粒子探測(cè)23TransverseslicethroughCMSdetectorClickonaparticletypetovisualisethatparticleinCMSPress“escape”toexit2022/11/22粒子探測(cè)23Transversesli考試安排時(shí)間：2011.12.26下午2:30-4:30地點(diǎn)：東區(qū)（物理學(xué)院）：1102教室西區(qū)（核學(xué)院）：

3110、3111教室可以帶：計(jì)算器、尺子2022/11/23粒子探測(cè)24考試安排時(shí)間：2011.12.26下午2:30-4:302粒子探測(cè)技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2011.12粒子探測(cè)技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2022/11/23粒子探測(cè)26第一章粒子簡(jiǎn)介原子、原子核、核子、電子、夸克的大小基本粒子圖強(qiáng)子輕子場(chǎng)粒子四種相互作用力常見粒子：電子、重帶電粒子、γ和ｘ射線、中子、重離子粒子壽命核衰變2022/11/22粒子探測(cè)2第一章粒子簡(jiǎn)介原子、原子核2022/11/23粒子探測(cè)27第二章粒子探測(cè)的物理基礎(chǔ)重點(diǎn)：各種粒子與物質(zhì)相互作用的基本規(guī)律

各種粒子探測(cè)的基本原理1.

微觀粒子：帶電粒子：e、α、p、高能帶電粒子中性粒子：n電磁輻射：x、2.帶電粒子和物質(zhì)的相互作用：電離激發(fā)效應(yīng)Cerenkov效應(yīng)軔致輻射多次散射穿越輻射2022/11/22粒子探測(cè)3第二章粒子探測(cè)的物理基礎(chǔ)重點(diǎn)2022/11/23粒子探測(cè)28有關(guān)概念：電離激發(fā)，特征x射線，俄歇效應(yīng)，電子多次散射，電離損失，軔致輻射，同步輻射，穿越輻射，Cerenkov輻射，臨界能量，最小電離粒子，電子，電磁簇射，強(qiáng)子簇射，輻射長(zhǎng)度x0，核作用長(zhǎng)度lI，α衰變，衰變（+，-，EC），射程有關(guān)公式：Bethe-bloch公式

輻射長(zhǎng)度X0

核作用長(zhǎng)度lI3.射線的探測(cè):光電效應(yīng)：Compton效應(yīng)：

選Z高探測(cè)器

電子對(duì)效應(yīng)：

2022/11/22粒子探測(cè)4有關(guān)概念：電離激發(fā)，特征x射線2022/11/23粒子探測(cè)29正電子湮滅效應(yīng)：衰變，內(nèi)轉(zhuǎn)換電子(光電子，俄歇電子)射線吸收指數(shù)衰減規(guī)律吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)4.中子探測(cè)核反應(yīng)法核反沖法核裂變法活化法5.放射源活度與射線強(qiáng)度2022/11/22粒子探測(cè)5正電子湮滅效應(yīng)：2022/11/23粒子探測(cè)30第三章粒子探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.泊松分布2.高斯分布3.N±的物理意義4.統(tǒng)計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差相對(duì)誤差計(jì)數(shù)率的誤差M次測(cè)量平均計(jì)數(shù)的誤差2022/11/22粒子探測(cè)6第三章粒子探測(cè)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律12022/11/23粒子探測(cè)315.誤差演算2022/11/22粒子探測(cè)75.誤差演算2022/11/23粒子探測(cè)32第四章氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器的工作原理氣體的電離

原初電離，次級(jí)電離，總電離電子和離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)

漂移，擴(kuò)散，吸附，復(fù)合外電場(chǎng)對(duì)電離粒子運(yùn)動(dòng)的影響

探測(cè)器收集到的電子離子對(duì)數(shù)隨外加電壓的變化曲線工作氣體

負(fù)電性氣體

猝滅氣體2022/11/22粒子探測(cè)8第四章氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器2022/11/23粒子探測(cè)33電離室脈沖電離室電流電離室正比計(jì)數(shù)器氣體放大現(xiàn)象，電子雪崩工作特性：輸出脈沖波形

能量線性和能量分辨率類型：BF3慢中子正比計(jì)數(shù)器x和低能射線正比計(jì)數(shù)器流氣式正比計(jì)數(shù)器4.G-M計(jì)數(shù)器工作原理：雪崩再生，正離子鞘，猝滅工作特性：計(jì)數(shù)率坪曲線，坪長(zhǎng)，坪斜分辨時(shí)間，死時(shí)間，漏計(jì)數(shù)2022/11/22粒子探測(cè)9電離室2022/11/23粒子探測(cè)345、MWPC工作原理靜電場(chǎng)分布?xì)怏w放大電子雪崩工作特性和測(cè)量方法探測(cè)效率位置分辨時(shí)間分辨能量分辨6、漂移室工作原理基本結(jié)構(gòu)定位原理2022/11/22粒子探測(cè)105、MWPC工作原理2022/11/23粒子探測(cè)357、時(shí)間投影室

工作原理、結(jié)構(gòu)8、平行板電極氣體探測(cè)器

火花室，流光室，電阻板室，MRPC流光放電機(jī)制工作特性：記憶時(shí)間、時(shí)間分辨，空間分辨，探測(cè)效率9、微電極氣體探測(cè)器微條氣體室工作原理和特性微網(wǎng)格氣體室工作原理和特性氣體電子倍增器工作原理和特性2022/11/22粒子探測(cè)117、時(shí)間投影室2022/11/23粒子探測(cè)36第五章半導(dǎo)體探測(cè)器工作原理靈敏區(qū)的形成載流子的形成，在外電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2.主要參數(shù)窗厚，靈敏區(qū)厚度，結(jié)電容，噪聲與能量分辨率，正反向電流特性3.類型PN結(jié)型：擴(kuò)散型，面壘型，離子注入型鋰漂移型化合物型2022/11/22粒子探測(cè)12第五章半導(dǎo)體探測(cè)器工作原理2022/11/23粒子探測(cè)37主要優(yōu)缺點(diǎn)能量分辨率好，能量響應(yīng)線性，時(shí)間分辨好靈敏體積小，信號(hào)小，抗輻照性能差5.電荷靈敏放大器6、徑跡測(cè)量的半導(dǎo)體探測(cè)器硅微條探測(cè)器工作原理電荷耦合器件硅像素探測(cè)器硅漂移探測(cè)器工作原理2022/11/22粒子探測(cè)13主要優(yōu)缺點(diǎn)2022/11/23粒子探測(cè)38第六章閃爍探測(cè)器工作原理和基本組成部分閃爍體的基本特性

發(fā)光效率（光產(chǎn)額），發(fā)射光譜，發(fā)光衰減時(shí)間，發(fā)光衰減長(zhǎng)度，能量分辨率3.主要閃爍體：NaI，CsI，PWO，BGO，蒽晶體，塑料閃爍體，液體閃爍體4.GDB的基本構(gòu)造與工作原理及主要特性光陰極，打拿極，陽(yáng)極光陰極靈敏度和光譜響應(yīng)，量子效率，放大倍數(shù)，暗電流和噪聲，能量分辨率，渡越時(shí)間和渡越時(shí)間分散2022/11/22粒子探測(cè)14第六章閃爍探測(cè)器工作原理2022/11/23粒子探測(cè)395.GDB的信號(hào)取出和高壓供電負(fù)載電阻對(duì)輸出脈沖的影響6.閃爍光的收集和傳播

反射層、光耦合劑、光導(dǎo)閃爍探測(cè)器的主要應(yīng)用射線的能量測(cè)量飛行時(shí)間探測(cè)器望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)電磁量能器2022/11/22粒子探測(cè)155.GDB的信號(hào)取出和高壓2022/11/23粒子探測(cè)40第七章Cerenkov探測(cè)器1、什么叫Cerenkov輻射？產(chǎn)生的機(jī)制和條件2、特性

閾特性、方向性、微弱、可見光到紫外光3、Cerenkov輻射體4、C輻射光的傳播、收集和光子探測(cè)元件5、主要應(yīng)用高能電子和射線全吸收切倫科夫電磁簇射探測(cè)器粒子鑒別探測(cè)器（速度選擇器）：閾式C探測(cè)器微分式C探測(cè)器2022/11/22粒子探測(cè)16第七章Cerenkov探2022/11/23粒子探測(cè)417、公式輻射角閾速度閾動(dòng)能最大輻射角速度分辨率2022/11/22粒子探測(cè)177、公式2022/11/23粒子探測(cè)42第八章粒子探測(cè)系統(tǒng)1、粒子探測(cè)系統(tǒng)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)幅度分析系統(tǒng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)效率測(cè)量系統(tǒng)2、探測(cè)器輸出回路RC成形回路三種前置放大器的使用條件，為