核輻射物理及探測學(xué)教學(xué)大綱

核輻射物理及探測學(xué)教學(xué)大綱課程名稱:核輻射物理及探測學(xué)課程編號:30320174一、課程基本情況必修或選修:必選開課單位:

工程物理系開課對象:

高年級本科生及外專業(yè)考入本專業(yè)的研究生開課學(xué)期:

第六學(xué)期學(xué)時和學(xué)分:課內(nèi)總學(xué)時64,周學(xué)時(課內(nèi)/課外):4/6,學(xué)分:4（本項未含實驗）要求先修課程:高等數(shù)學(xué),原子物理、模電、數(shù)電教科書:《核輻射物理及探測學(xué)》(講義)《致電離輻射探測學(xué)》(講義)參考書:《原子核物理實驗方法》復(fù)旦,清華,北大合編 《RadiationDetectionandMeasurement》(美)格倫F.諾爾著 按照講課進程另行指定參考文獻。二、教學(xué)目的和要求核輻射物理及探測學(xué)是工程物理系本科生的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程要使學(xué)生對于核輻射物理學(xué)、輻射探測器的原理、性能和應(yīng)用以及探測輻射的基本理論與方法具有深入明確的了解,并具有創(chuàng)造性地靈活應(yīng)用的能力。經(jīng)過后續(xù)實驗課的學(xué)習(xí)，學(xué)生在輻射探測實驗技術(shù)方面將進一步獲得充分的訓(xùn)練。核輻射物理及探測學(xué)是一門內(nèi)容非常豐富與科學(xué)實驗關(guān)系極其密切的課程。核輻射物理涉及原子核的基本性質(zhì)、各種輻射的產(chǎn)生、特征，輻射與物質(zhì)的相互作用及微觀世界的統(tǒng)計概率特性等，是核科學(xué)及核工程的基礎(chǔ)。輻射探測學(xué)是近百年來核科學(xué)工作者在實踐中發(fā)明、發(fā)展的探測器與探測方法的歸納和總結(jié)。通過課程學(xué)習(xí)應(yīng)當培養(yǎng)學(xué)生掌握如何從實際出發(fā)分析問題、解決問題，以及如何綜合應(yīng)用基礎(chǔ)理論和所學(xué)的各種知識的思維方法和能力，本課程中講授的核輻射物理、輻射探測器與探測方法方面的知識，將為學(xué)生將來從事核能與核科學(xué)科研、生產(chǎn)、管理等工作打下良好的基礎(chǔ)。 結(jié)合課程中經(jīng)常涉及到的我國核能和核技術(shù)應(yīng)用事業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展，引導(dǎo)激發(fā)愛國主義熱情,培養(yǎng)“自力更生、艱苦奮斗”的精神,在課程學(xué)習(xí)中可以進一步培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和勤奮、嚴謹?shù)牧己米黠L(fēng)。三、講課內(nèi)容、進度、學(xué)時分配、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)本課程是針對核工程與核技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域中涉及的輻射物理和輻射探測需要解決的問題來安排講課內(nèi)容的。本課程主要由三部分組成:(1)核輻射物理學(xué)。(第一章～第七章)這既是輻射探測的物理基礎(chǔ),又是其他專業(yè)課（如輻射防護）的基礎(chǔ)。

27學(xué)時(2)輻射探測器件與裝置的原理、性能和應(yīng)用。(第八章～第十一章)25學(xué)時(3)探測輻射的理論和方法。(第十二章～第十三章)12學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容及各章主要內(nèi)容如下:第一章

原子核的基本性質(zhì)

4學(xué)時 簡明、準確的闡述核的基本性質(zhì)，包括核的組成及其穩(wěn)定性，核的結(jié)合能，核力與核勢壘等基本內(nèi)容，并用相對論及量子力學(xué)的基本概念來解釋這些現(xiàn)象。第二章

原子核的放射性

3學(xué)時涉及放射性衰變的基本規(guī)律，放射系，放射性的活度和單位及人工放射性核素的生產(chǎn)等基本概念和現(xiàn)象。對輻射的最基本的物理量有準確和清晰的了解。第三章

原子核的衰變

6學(xué)時包括a衰變、b衰變、g衰變(g躍遷)的基本過程。a衰變將講述a衰變的條件、a衰變的機制及a衰變能等。b衰變將重點闡述中微子假說，用質(zhì)能聯(lián)系定律講清各種b衰變過程。g躍遷能建立能級躍遷、內(nèi)轉(zhuǎn)換和同質(zhì)異能的準確的概念。并用上述概念能較好地理解和應(yīng)用核衰變圖。組織一次討論課，比較全面的剖析一個核素的衰變綱圖。第四章

原子核反應(yīng)

4學(xué)時重點放在核反應(yīng)的反應(yīng)能，反應(yīng)道及反應(yīng)截面等概念的闡述，學(xué)會應(yīng)用Q方程。并簡述核反應(yīng)機制和核反應(yīng)模型。第五章

核裂變核核聚變及核能的利用

1學(xué)時從重核的自發(fā)裂變和誘發(fā)裂變，對裂變能量及其利用有深刻的理解。對輕核的聚變及其現(xiàn)狀有一定的了解。第六章

射線與物質(zhì)相互作用

5學(xué)時闡述重帶電粒子、電子、g光子以及中子與物質(zhì)相互作用的過程、機制以及理論分析與計算方法。第七章

輻射測量中的統(tǒng)計學(xué)

4學(xué)時復(fù)習(xí)概率論基本知識、引入級聯(lián)分布的概念與概率運算規(guī)則。闡明核衰變數(shù)、電離過程、倍增過程以及核事件時間間隔等的統(tǒng)計漲落分析。第八章

氣體電離探測器

8學(xué)時講授電離室、正比計數(shù)器及G-M計數(shù)器的工作機制、輸出訊號、漲落過程分析以及主要性能與應(yīng)用，本章中引入輸出回路概念，并結(jié)合電離室對輸出訊號理論進行系統(tǒng)的闡述，在以后的課程內(nèi)容中還要反復(fù)說明。結(jié)合正比計數(shù)器，將首次應(yīng)用級聯(lián)事件概念來分析倍增過程，本章中引進“累計”與“脈沖”兩種探測器工作狀態(tài)的概念，以及相應(yīng)的性能指標。結(jié)合探測器的應(yīng)用,本章應(yīng)說明a能譜儀(屏柵電離室)，低能X或g譜儀(正比計數(shù)器)以及輻射強度測量(累計電離室、4p正比計數(shù)器以及G-M計數(shù)管)的儀器等，結(jié)合正比室引入位置測量及空間分辨的概念。第九章

閃爍探測器

8學(xué)時闡述閃爍體發(fā)光機制、光電倍增管的倍增過程、閃爍探測器輸出訊號以及主要性能。再次應(yīng)用并加深輸出訊號及統(tǒng)計漲落方面的理論分析，引入時間漲落的分析方法。結(jié)合單晶閃爍譜儀，講清楚單能g射線的能量測量問題。第十章

半導(dǎo)體探測器

7學(xué)時講授各種半導(dǎo)體探測器的工作機制，輸出訊號與主要性能。結(jié)合鋰漂移探測器或高純鍺探測器進一步說明g能譜測量方法，結(jié)合金硅面壘探測器,或P-N結(jié)探測器說明帶電粒子能譜測量問題。介紹Si(Li)探測器在低能粒子測量方面的應(yīng)用，結(jié)合陣列半導(dǎo)體探測器進一步說明位置測量的要求和方法。第十一章

其他類型探測器

2學(xué)時介紹切侖科夫探測器，液體探測器，熱釋光探測器，以及核乳膠等固體徑跡探測器與云室、氣泡室等粒子徑跡探測器件與裝置，另外，對磁譜儀及化學(xué)劑量儀也要作一介紹。本章的目的是使學(xué)生在掌握了應(yīng)用最廣的三大類(氣體、閃爍、半導(dǎo)體)探測器后，能進一步開拓視野，對各種其它類型的探測器件與裝置也有所了解。第十二章

核輻射測量方法

7學(xué)時針對核能和核技術(shù)應(yīng)用的范疇，輻射測量方法除常規(guī)的輻射場測量、放射性樣品的活度測量(包含低水平活度測量)，輻射能量測量和能譜分析,尤其是g射錢能譜分析外，結(jié)合核技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，將對工業(yè)核儀表中的強度測量問題，輻射成像原理及方法作一分析。第十三章

中子及中子探測

5學(xué)時從中子與物質(zhì)相互作用入手，講清中子探測的基本原理和方法。重點放在常用的中子探測器，并介紹反應(yīng)堆運行的功率水平的幾種典型探測器。

在上述學(xué)時中安排少量課堂討論。核輻射物理及探測學(xué)是一綜合性非常強的課程，涉及的學(xué)科領(lǐng)域很廣，包括核物理、電學(xué)、光學(xué)、氣體電子學(xué)、固體物理、核電子學(xué)與概率論等。所要解決的問題又來自原子核科學(xué)和工程各個領(lǐng)域，因此課程內(nèi)容非常豐富。僅核輻射物理學(xué)就除了包含原子核物理的基本內(nèi)容外,還有輻射與物質(zhì)的相互作用及微觀世界的統(tǒng)計概率特性等，但不同于核物理，我們更關(guān)心于核輻射的外部特征，對如核衰變、核反應(yīng)等核過程有基本的、準確的了解，能較好地應(yīng)用各種核數(shù)據(jù)和手冊。以適應(yīng)核能與核技術(shù)應(yīng)用這一學(xué)科的基礎(chǔ)知識的要求，并為輻射探測學(xué)準備了必須的基本知識。把這兩部分內(nèi)容合成一門課講授，可達到前后呼應(yīng)、學(xué)以致用的效果。輻射探測學(xué)在世界核科學(xué)工作者的實踐中，發(fā)明、創(chuàng)造了為數(shù)龐大的輻射探測器“家族”，需要講授的就有不下十余種。在課程學(xué)習(xí)中必須突出主要矛盾，引導(dǎo)學(xué)生通過綜合、比較、分析與歸納來掌握各部分課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，抓住主要的技術(shù)思想、處理方法等方面的規(guī)律。培養(yǎng)學(xué)生從實際出發(fā)，改進分析的思維方式和提高解決實際問題的能力。核輻射物理及探測學(xué)的理論基礎(chǔ)十分廣泛，在向?qū)W生講授本課程時應(yīng)盡量體現(xiàn)出一個比較系統(tǒng)完整的理論體系。這系統(tǒng)將包括核物理的基礎(chǔ)知識、射線與物質(zhì)相互作用、探測器工作機制、輸出訊號、漲落過程分析、探測系統(tǒng)設(shè)計與分析以及實驗誤差和數(shù)據(jù)處理等方面的理論，通過課程學(xué)習(xí)也可以培養(yǎng)學(xué)生把基礎(chǔ)課中學(xué)到的理論用于專業(yè)實際的能力。在期終考試前進行復(fù)習(xí)指導(dǎo)，在課堂教學(xué)中可展示實物樣品(如各種探測器)及圖片，采用多媒體結(jié)合板書的教學(xué)方式。還要指定學(xué)生閱讀外語參考文獻或書籍，鼓勵學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間討論與交流。并反復(fù)向同學(xué)闡明這樣的觀點,即學(xué)習(xí)專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課，不僅為了知識的積累，更應(yīng)著眼于能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。善于把所學(xué)的基本知識與