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RICH 321
7.2.4 探测全反射的切伦科夫探测器DIRC 324
7.2.5 测量传播时间的切伦科夫探测器TOP 326
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