粒子探测技术复习

1、粒子探测技术期末总复习2012.12.262022/10/2中国科大 汪晓莲2第一章 粒子简介原子、原子核、核子、电子、夸克的大小基本粒子图强子轻子场粒子重离子四种相互作用力粒子寿命核衰变2022/10/2中国科大 汪晓莲3第二章 粒子探测的物理基础重点：各种粒子与物质相互作用的基本规律 各种粒子探测的基本原理微观粒子：带电粒子：e、p、高能带电粒子（子）中性粒子：n电磁辐射：x、1. 带电粒子和物质的相互作用：电离激发效应Cerenkov效应轫致辐射多次散射穿越辐射电磁作用 电子对直接产生和光核作用过程2022/10/2中国科大 汪晓莲4有关概念：电离激发，特征x射线，俄歇效应，电子多次散射

2、，电离损失，轫致辐射，同步辐射，穿越辐射，Cerenkov辐射，临界能量，最小电离粒子，电子，电磁簇射，强子簇射，衰变， 衰变（ +， -，EC），射程有关公式： Bethe-bloch公式 辐射长度X0 核作用长度lI3. 射线的探测: 光电效应： Compton效应： 选Z高探测器 电子对效应： 2022/10/2中国科大 汪晓莲5正电子湮灭效应：衰变，内转换电子(光电子，俄歇电子)射线吸收 指数衰减规律 吸收系数 质量吸收系数4.中子探测核反应法核反冲法核裂变法活化法5. 放射源活度与射线强度2022/10/2中国科大 汪晓莲6第三章 粒子探测中的统计规律1.泊松分布2.高斯分布3.N的

3、物理意义4.统计误差标准误差相对误差计数率的误差M次测量平均计数的误差2022/10/2中国科大 汪晓莲75.误差演算2022/10/2中国科大 汪晓莲8第四章 气体探测器气体探测器的工作原理气体的电离 原初电离，次级电离，总电离电子和离子在气体中的运动 漂移，扩散，吸附，复合外电场对电离粒子运动的影响 探测器收集到的电子离子对数随外加电压的变化曲线工作气体 负电性气体 猝灭气体2022/10/2中国科大 汪晓莲9电离室脉冲电离室电流电离室正比计数器气体放大现象，电子雪崩工作特性：输出脉冲波形 能量线性和能量分辨率类型：BF3慢中子正比计数器 x和低能射线正比计数器 流气式正比计数器4. G-

4、M计数器工作原理：雪崩再生，正离子鞘，猝灭工作特性：计数率坪曲线，坪长，坪斜 分辨时间，死时间，漏计数2022/10/2中国科大 汪晓莲105、MWPC工作原理静电场分布气体放大电子雪崩工作特性和测量方法探测效率位置分辨时间分辨能量分辨6、漂移室工作原理基本结构定位原理2022/10/2中国科大 汪晓莲117、时间投影室 工作原理、结构8、平行板电极气体探测器 火花室，流光室，电阻板室，MRPC流光放电机制工作特性：记忆时间、时间分辨，空间分辨，探测效率9、微电极气体探测器微条气体室工作原理和特性微网格气体室工作原理和特性气体电子倍增器工作原理和特性2022/10/2中国科大 汪晓莲12第五章

5、 半导体探测器工作原理灵敏区的形成载流子的形成，在外电场中的运动2. 主要参数窗厚，灵敏区厚度，结电容，噪声与能量分辨率，正反向电流特性3. 类型PN结型：扩散型，面垒型，离子注入型锂漂移型化合物型2022/10/2中国科大 汪晓莲13主要优缺点能量分辨率好，能量响应线性，时间分辨好灵敏体积小，信号小，抗辐照性能差5. 电荷灵敏放大器6、径迹测量的半导体探测器硅微条探测器工作原理电荷耦合器件硅像素探测器硅漂移探测器工作原理2022/10/2中国科大 汪晓莲14第六章 闪烁探测器工作原理和基本组成部分闪烁体的基本特性 发光效率（光产额），发射光谱，发光衰减时间，发光衰减长度，能量分辨率3. 主要

6、闪烁体：NaI， CsI，PWO，BGO，蒽晶体，塑料闪烁体，液体闪烁体4. GDB的基本构造与工作原理及主要特性光阴极，打拿极，阳极光阴极灵敏度和光谱响应，量子效率，放大倍数，暗电流和噪声，能量分辨率，渡越时间和渡越时间分散2022/10/2中国科大 汪晓莲155. GDB的信号取出和高压供电负载电阻对输出脉冲的影响6. 闪烁光的收集和传播 反射层、光耦合剂、光导闪烁探测器的主要应用射线的能量测量飞行时间探测器望远镜系统电磁量能器2022/10/2中国科大 汪晓莲16第七章 Cerenkov探测器1、什么叫Cerenkov辐射？产生的机制和条件2、特性 阈特性、方向性、微弱、可见光3、Cer

7、enkov辐射体4、C辐射光的传播、收集和光子探测元件5、主要应用高能电子和射线全吸收切伦科夫电磁簇射探测器粒子鉴别探测器（速度选择器）： 阈式C探测器 微分式C探测器2022/10/2中国科大 汪晓莲177、公式辐射角阈速度阈动能最大辐射角速度分辨率2022/10/2中国科大 汪晓莲18第八章 粒子探测系统1、粒子探测系统脉冲计数系统幅度分析系统时间测量系统效率测量系统2、探测器输出回路RC成形回路三种前置放大器的使用条件，为什么？2022/10/2中国科大 汪晓莲19探测效率坪特性：三种坪曲线探测器分辨时间对计数率线性的影响探测器的选择3、脉冲计数测量2022/10/2中国科大 汪晓莲20

8、4、能量测量能谱仪的能量线性和刻度影响能量分辨率的因素掌握137Cs，60Co，24Na的能谱，为什么全能峰能量精确等于射线能量？解释各种峰的形成，并会计算各种峰的能量。探测器的选择2022/10/2中国科大 汪晓莲215、 磁谱仪带电粒子在磁场中的运动 带电粒子垂直磁场入射，其动量 p(GeV/c)=0.3B(T)(m)高能磁谱仪固定靶实验对撞机实验高能磁谱仪的特点和对探测器的要求各子探测器的功能和要求及选择2022/10/2中国科大 汪晓莲22Transverse slice through CMS detectorClick on a particle type to visualise that particle in CMSPress “escape” to exit对