粒子探測技術(shù)課件

粒子探測技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2011.12粒子探測技術(shù)期末總復(fù)習(xí)2023/9/26粒子探測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(qiáng)子輕子場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2023/8/7粒子探測2第一章粒子簡介原子、原子核、核2023/9/26粒子探測3第二章粒子探測的物理基礎(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2023/8/7粒子探測3第二章粒子探測的物理基礎(chǔ)重點(diǎn)：各2023/9/26粒子探測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，輻射長度x0，核作用長度lI，α衰變，

衰變（

+，-，EC），射程有關(guān)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(yīng)：Compton效應(yīng)：

選Z高探測器

電子對效應(yīng)：

2023/8/7粒子探測4有關(guān)概念：電離激發(fā)，特征x射線，俄2023/9/26粒子探測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2023/8/7粒子探測5正電子湮滅效應(yīng)：2023/9/26粒子探測6第三章粒子探測中的統(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)誤差相對誤差計(jì)數(shù)率的誤差M次測量平均計(jì)數(shù)的誤差2023/8/7粒子探測6第三章粒子探測中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.泊2023/9/26粒子探測75.誤差演算2023/8/7粒子探測75.誤差演算2023/9/26粒子探測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(yùn)動(dòng)

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

探測器收集到的電子離子對數(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2023/8/7粒子探測8第四章氣體探測器氣體探測器的工2023/9/26粒子探測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，坪斜分辨時(shí)間，死時(shí)間，漏計(jì)數(shù)2023/8/7粒子探測9電離室2023/9/26粒子探測105、MWPC工作原理靜電場分布?xì)怏w放大電子雪崩工作特性和測量方法探測效率位置分辨時(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2023/8/7粒子探測105、MWPC工作原理2023/9/26粒子探測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(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2023/8/7粒子探測117、時(shí)間投影室2023/9/26粒子探測12第五章半導(dǎo)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(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2023/8/7粒子探測12第五章半導(dǎo)體探測器工作原理2023/9/26粒子探測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、徑跡測量的半導(dǎo)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2023/8/7粒子探測13主要優(yōu)缺點(diǎn)2023/9/26粒子探測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(chǎn)額），發(fā)射光譜，發(fā)光衰減時(shí)間，發(fā)光衰減長度，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2023/8/7粒子探測14第六章閃爍探測器工作原理和基2023/9/26粒子探測155.GDB的信號(hào)取出和高壓供電負(fù)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(dǎo)閃爍探測器的主要應(yīng)用

射線的能量測量飛行時(shí)間探測器望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)電磁量能器2023/8/7粒子探測155.GDB的信號(hào)取出和高壓供電2023/9/26粒子探測16第七章Cerenkov探測器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2023/8/7粒子探測16第七章Cerenkov探測器2023/9/26粒子探測177、公式輻射角閾速度閾動(dòng)能最大輻射角速度分辨率2023/8/7粒子探測177、公式2023/9/26粒子探測18第八章粒子探測系統(tǒng)1、粒子探測系統(tǒng)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)幅度分析系統(tǒng)時(shí)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？2023/8/7粒子探測18第八章粒子探測系統(tǒng)1、粒子探2023/9/26粒子探測19探測效率坪特性：三種坪曲線探測器分辨時(shí)間對計(jì)數(shù)率線性的影響探測器的選擇3、脈沖計(jì)數(shù)測量2023/8/7粒子探測19探測效率3、脈沖計(jì)數(shù)測量2023/9/26粒子探測204、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(huì)計(jì)算各種峰的能量。探測器的選擇2023/8/7粒子探測204、能量測量2023/9/26粒子探測215、磁譜儀帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子垂直磁場入射，其動(dòng)量

p(GeV/c)=0.3B(T)(m)高能磁譜儀固定靶實(shí)驗(yàn)對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)高能磁譜儀的特點(diǎn)和對探測器的要求各子探測器的功能和要求及選擇2023/8/7粒子探測215、磁譜儀帶電粒子在磁場中的運(yùn)2023/9/26粒子探測222023/8/7粒子探測222023/9/26粒子探測23TransverseslicethroughCMSdetectorClickonaparticletypetovisualisethatparticleinCMS