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第1章 粒子简介1

1.1 构成世界的基本粒子2

1.2 粒子的分类4

1.3 粒子的寿命7

1.4 重离子10

参考文献10

习题11

第2章 粒子探测的物理基础12

2.1 带电粒子和物质的相互作用12

2.1.1 电离和激发能量损失14

2.1.2 多次散射25

2.1.3 辐射能量损失26

2.1.4 切伦科夫辐射31

2.1.5 穿越辐射33

2.1.6 电磁相互作用引起的能量损失35

2.2 光子和物质的相互作用42

2.2.1 光电效应43

2.2.2 康普顿效应44

2.2.3 对产生46

2.2.4 光子总截面48

2.2.5 电磁簇射49

2.3 强子和物质的强相互作用51

2.3.1 强相互作用简介51

2.3.2 中子与物质的相互作用54

参考文献58

习题61

第3章 粒子探测中的统计规律63

3.1 误差基本概念63

3.1.1 误差介绍63

3.1.2 有效数字66

3.1.3 粒子探测中的统计误差67

3.1.4 算术平均值和真实值68

3.2 统计分布70

3.2.1 二项式分布71

3.2.2 泊松分布71

3.2.3 高斯分布72

3.3 统计误差73

3.3.1 标准误差74

3.3.2 标准误差的物理意义76

3.3.3 计数的统计误差76

3.3.4 误差演算公式78

3.3.5 非等精度测量80

3.4 测量数据的审查81

3.5 计数时间或源强的选择83

3.6 电离过程中的统计涨落和能量分辨率84

3.6.1 能量分辨率84

3.6.2 法诺因子修正86

参考文献89

习题90

第4章 气体探测器93

4.1 气体探测器的测量原理95

4.1.1 带电粒子在气体中的能量损失和统计规律95

4.1.2 产生电子-离子对的能量97

4.1.3 电子和离子在气体中的运动100

4.1.4 电荷收集过程和工作模式107

4.2 三种基本的气体探测器108

4.2.1 电离室109

4.2.2 正比计数器116

4.2.3 G-M计数器126

4.3 气体多丝室131

4.3.1 多丝正比室131

4.3.2 多丝漂移室142

4.3.3 时间投影室152

4.4 平行板电极型气体探测器156

4.4.1 火花室和平行板室156

4.4.2 电阻板室和多气隙电阻板160

4.5 微电极型气体探测器170

4.5.1 微电极气体探测器的工作原理和特性171

4.5.2 微电极气体探测器的性能参数175

4.5.3 微电极型气体探测器的应用179

4.5.4 气体探测器的工作寿命181

参考文献182

习题185

第5章 半导体探测器188

5.1 半导体探测器的工作原理188

5.1.1 半导体的基本知识188

5.1.2 PN结193

5.1.3 半导体探测器的工作原理195

5.2 半导体探测器的种类197

5.2.1 PN结型半导体探测器197

5.2.2 锂漂移型半导体探测器199

5.2.3 高纯锗半导体探测器201

5.2.4 全耗尽型半导体探测器202

5.2.5 化合物半导体探测器203

5.2.6 特殊类型的半导体探测器206

5.3 径迹测量的半导体探测器208

5.3.1 硅微条探测器208

5.3.2 电荷耦合器件211

5.3.3 硅像素探测器212

5.3.4 硅漂移探测器213

5.4 半导体探测器的主要参数214

5.4.1 窗厚214

5.4.2 灵敏区厚度215

5.4.3 结电容216

5.4.4 正反向电流特性217

5.4.5 能量分辨率和线性218

5.4.6 位置分辨221

5.4.7 脉冲波形和上升时间221

5.4.8 辐照效应222

5.4.9 信号读出与电荷灵敏放大器222

5.5 半导体探测器的应用224

5.5.1 在高能物理中的应用224

5.5.2 在空间物理和宇宙线实验中的应用226

5.5.3 在核医学中的应用227

参考文献228

思考题229

习题230

第6章 闪烁探测器232

6.1 闪烁探测器的组成和工作原理232

6.2 闪烁体234

6.2.1 闪烁体的基本特性234

6.2.2 无机闪烁体241

6.2.3 有机闪烁体245

6.2.4 气体闪烁体249

6.3 光电倍增管250

6.3.1 基本原理和构造250

6.3.2 光电倍增管类型252

6.3.3 主要参量和特性259

6.3.4 高压供电和分压器266

6.4 光收集系统272

6.5 闪烁探测器的发展与应用274

6.5.1 在核物理中的应用274

6.5.2 在高能物理中的应用280

6.5.3 在医学中的应用286

参考文献290

思考题291

习题292

第7章 切伦科夫计数器与穿越辐射探测器294

7.1 切伦科夫计数器的组成和工作原理294

7.1.1 切伦科夫辐射294

7.1.2 切伦科夫辐射的产生295

7.1.3 切伦科夫辐射的特点296

7.1.4 切伦科夫探测器的组成300

7.2 切伦科夫计数器的类型和应用306

7.2.1 粒子鉴别器306

7.2.2 全吸收量能器318

7.2.3 环像切伦科夫计数器RICH321

7.2.4 探测全反射的切伦科夫探测器DIRC324

7.2.5 测量传播时间的切伦科夫探测器TOP326

7.3 穿越辐射探测器327

7.3.1 穿越辐射327

7.3.2 穿越辐射的特性328

7.3.3 穿越辐射探测器的最优设计332

7.4 穿越辐射探测器的应用335

7.4.1 穿越辐射探测器的组成和工作原理335

7.4.2 穿越辐射探测器的几个实例336

参考文献342

习题343

第8章 粒子探测系统344

8.1 粒子探测系统的组成和工作原理344

8.1.1 计数测量系统344

8.1.2 幅度分析系统346

8.1.3 符合测量系统347

8.2 探测器信号输出回路350

8.2.1 RC成形回路350

8.2.2 前置放大器353

8.3 计数测量354

8.3.1 探测效率354

8.3.2 坪特性358

8.3.3 计数率线性和探测器的分辨时间360

8.3.4 探测器的选择361

8.4 能量测量362

8.4.1 能量线性和刻度362

8.4.2 能量分辨率363

8.4.3 能谱370

8.4.4 探测器的选择372

8.5 高能粒子磁谱仪372

8.5.1 带电粒子在磁场中的运动373

8.5.2 高能物理实验对探测器的要求375

8.5.3 典型磁谱仪的子探测器及功能379

8.5.4 大型磁谱仪举例386

参考文献401

思考题402

习题402

附录404

1．名词索引404

2．常用物理常数410

3．辐射防护常识412

4．一些放射性核素的特性424