粒子探测技术

1. 粒子探测技术 期末总复习 2011.12

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 • 四种相互作用力 • 常见粒子：电子、重带电粒子、γ和ｘ射线、中子、重离子 • 粒子寿命 • 核衰变 粒子探测

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 1.微观粒子： • 带电粒子：e、α、p、高能带电粒子 • 中性粒子：n • 电磁辐射：x、 2. 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 粒子探测

4. 有关概念：电离激发，特征x射线，俄歇效应，电子多次散射，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，辐射长度x0，核作用长度lI，α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lI 3. 射线的探测: • 光电效应： • Compton效应： 选Z高探测器 • 电子对效应： 粒子探测

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 粒子探测

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 粒子探测

7. 5.误差演算 粒子探测

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 粒子探测

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-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 粒子探测

10. 5、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 粒子探测

11. 7、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 粒子探测

12. 第五章 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 粒子探测

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 粒子探测

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 粒子探测

15. 5. 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 粒子探测

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、可见光到紫外光 3、Cerenkov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 粒子探测

17. 7、公式 • 辐射角 • 阈速度 • 阈动能 • 最大辐射角 • 速度分辨率 粒子探测

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？ 粒子探测

19. 3、脉冲计数测量 • 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 粒子探测

20. 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 粒子探测

21. 5、 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 粒子探测

22. 粒子探测

23. Transverse slice through CMS detector Click on a particle type to visualise that particle in CMS Press “escape” to exit 粒子探测

24. 考试安排 • 时间：2011.12.26 下午2:30-4:30 • 地点： • 东区（物理学院）：1102教室 • 西区（核学院）：3110、3111教室 • 可以带：计算器、尺子 2014/10/23 粒子探测 24