粒子探測技術復習

1、粒子探測技術期末總復習2012.12.262022/10/2中國科大 汪曉蓮2第一章 粒子簡介原子、原子核、核子、電子、夸克的大小基本粒子圖強子輕子場粒子重離子四種相互作用力粒子壽命核衰變2022/10/2中國科大 汪曉蓮3第二章 粒子探測的物理基礎重點：各種粒子與物質相互作用的基本規(guī)律 各種粒子探測的基本原理微觀粒子：帶電粒子：e、p、高能帶電粒子（子）中性粒子：n電磁輻射：x、1. 帶電粒子和物質的相互作用：電離激發(fā)效應Cerenkov效應軔致輻射多次散射穿越輻射電磁作用 電子對直接產生和光核作用過程2022/10/2中國科大 汪曉蓮4有關概念：電離激發(fā)，特征x射線，俄歇效應，電子多次散射

2、，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，強子簇射，衰變， 衰變（ +， -，EC），射程有關公式： Bethe-bloch公式 輻射長度X0 核作用長度lI3. 射線的探測: 光電效應： Compton效應： 選Z高探測器 電子對效應： 2022/10/2中國科大 汪曉蓮5正電子湮滅效應：衰變，內轉換電子(光電子，俄歇電子)射線吸收 指數衰減規(guī)律 吸收系數 質量吸收系數4.中子探測核反應法核反沖法核裂變法活化法5. 放射源活度與射線強度2022/10/2中國科大 汪曉蓮6第三章 粒子探測中的統(tǒng)計規(guī)律1.泊松分布2.高斯分布3.N的

3、物理意義4.統(tǒng)計誤差標準誤差相對誤差計數率的誤差M次測量平均計數的誤差2022/10/2中國科大 汪曉蓮75.誤差演算2022/10/2中國科大 汪曉蓮8第四章 氣體探測器氣體探測器的工作原理氣體的電離 原初電離，次級電離，總電離電子和離子在氣體中的運動 漂移，擴散，吸附，復合外電場對電離粒子運動的影響 探測器收集到的電子離子對數隨外加電壓的變化曲線工作氣體 負電性氣體 猝滅氣體2022/10/2中國科大 汪曉蓮9電離室脈沖電離室電流電離室正比計數器氣體放大現象，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慢中子正比計數器 x和低能射線正比計數器 流氣式正比計數器4. G-

4、M計數器工作原理：雪崩再生，正離子鞘，猝滅工作特性：計數率坪曲線，坪長，坪斜 分辨時間，死時間，漏計數2022/10/2中國科大 汪曉蓮105、MWPC工作原理靜電場分布氣體放大電子雪崩工作特性和測量方法探測效率位置分辨時間分辨能量分辨6、漂移室工作原理基本結構定位原理2022/10/2中國科大 汪曉蓮117、時間投影室 工作原理、結構8、平行板電極氣體探測器 火花室，流光室，電阻板室，MRPC流光放電機制工作特性：記憶時間、時間分辨，空間分辨，探測效率9、微電極氣體探測器微條氣體室工作原理和特性微網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2022/10/2中國科大 汪曉蓮12第五章

5、 半導體探測器工作原理靈敏區(qū)的形成載流子的形成，在外電場中的運動2. 主要參數窗厚，靈敏區(qū)厚度，結電容，噪聲與能量分辨率，正反向電流特性3. 類型PN結型：擴散型，面壘型，離子注入型鋰漂移型化合物型2022/10/2中國科大 汪曉蓮13主要優(yōu)缺點能量分辨率好，能量響應線性，時間分辨好靈敏體積小，信號小，抗輻照性能差5. 電荷靈敏放大器6、徑跡測量的半導體探測器硅微條探測器工作原理電荷耦合器件硅像素探測器硅漂移探測器工作原理2022/10/2中國科大 汪曉蓮14第六章 閃爍探測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（光產額），發(fā)射光譜，發(fā)光衰減時間，發(fā)光衰減長度，能量分辨率3. 主要

6、閃爍體：NaI， CsI，PWO，BGO，蒽晶體，塑料閃爍體，液體閃爍體4. GDB的基本構造與工作原理及主要特性光陰極，打拿極，陽極光陰極靈敏度和光譜響應，量子效率，放大倍數，暗電流和噪聲，能量分辨率，渡越時間和渡越時間分散2022/10/2中國科大 汪曉蓮155. GDB的信號取出和高壓供電負載電阻對輸出脈沖的影響6. 閃爍光的收集和傳播 反射層、光耦合劑、光導閃爍探測器的主要應用射線的能量測量飛行時間探測器望遠鏡系統(tǒng)電磁量能器2022/10/2中國科大 汪曉蓮16第七章 Cerenkov探測器1、什么叫Cerenkov輻射？產生的機制和條件2、特性 閾特性、方向性、微弱、可見光3、Cer

7、enkov輻射體4、C輻射光的傳播、收集和光子探測元件5、主要應用高能電子和射線全吸收切倫科夫電磁簇射探測器粒子鑒別探測器（速度選擇器）： 閾式C探測器 微分式C探測器2022/10/2中國科大 汪曉蓮177、公式輻射角閾速度閾動能最大輻射角速度分辨率2022/10/2中國科大 汪曉蓮18第八章 粒子探測系統(tǒng)1、粒子探測系統(tǒng)脈沖計數系統(tǒng)幅度分析系統(tǒng)時間測量系統(tǒng)效率測量系統(tǒng)2、探測器輸出回路RC成形回路三種前置放大器的使用條件，為什么？2022/10/2中國科大 汪曉蓮19探測效率坪特性：三種坪曲線探測器分辨時間對計數率線性的影響探測器的選擇3、脈沖計數測量2022/10/2中國科大 汪曉蓮20

8、4、能量測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，并會計算各種峰的能量。探測器的選擇2022/10/2中國科大 汪曉蓮215、 磁譜儀帶電粒子在磁場中的運動 帶電粒子垂直磁場入射，其動量 p(GeV/c)=0.3B(T)(m)高能磁譜儀固定靶實驗對撞機實驗高能磁譜儀的特點和對探測器的要求各子探測器的功能和要求及選擇2022/10/2中國科大 汪曉蓮22Transverse slice through CMS detectorClick on a particle type to visualise that particle in CMSPress “escape” to exit對