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复旦大学:《核电子学》课程PPT教学课件(Nuclear Electronics)01 课程概论(主讲:张雪梅)

• 谈“核”色变?核辐射到底是什么? • 核电子学研究的对象是什么? • 与普通电子学(模电)有何不同? • 难点:阻抗匹配
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本章要解决的问题 谈“核”色变?核辐射到底是什么? 核电子学研究的对象是什么? 与普通电子学(模电)有何不同? 难点:阻抗匹配

本章要解决的问题 • 谈“核”色变?核辐射到底是什么? • 核电子学研究的对象是什么? • 与普通电子学(模电)有何不同? • 难点:阻抗匹配

Ba百 在核辐魁探测技术和电子技术基一发展来的学与核科学闻的拉在妥学 核辐射和粒子探测的电子技术;核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射 的加固技术:核技术应用中所需的核电子技术。核辐射现象(天然放射性)发现于 1896年。1926年H盖革等发明了能探测单次辐射的GM计数管,使核物理实验得到了 电子技术的支持,从而促成了核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1931年卢 瑟福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器,是核物理实验 早期的有力工具。第二次世界大战开始后,围绕核武器的研制,核电子学得到更大 发展,逐渐形成了一门学科。1949年,R.L霍夫斯塔特发明了闪烁计数器,推动了核 谱学和相应测量仪器γ谱仪的发展。50年代中、后期,高能加速器出现,物理学家开始 寻找新的基本粒子。60年代中期,核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。1968年和 1970年,卡尔帕克先后发明了多丝室和漂移室探射器,它们的信号丝数可达数万。因 些曌埊有快凖稳的电子读媪电蹬:垶础由快速軎子电计篑榀的系统在 在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来到 的电子学与核科学间的一门交叉学科。形成于 20世纪50年代。 J以 T力」 应的电子电路或系统。②针对核信息的随机性、统计性或单次性等特点的电子学测量 技术,时间间隔(微秒到皮秒)、空间分辨(毫米到微米)。③配有在线电子计算机 的核电子系统,用于在核技术和高能物理实验中实时获取并处理巨量核信息,在实验 全过程中对整个系统工作的监测和控制。④核技术在工业、农业、军事、医学、生物 研究等方面应用时所需的各种辐射探测技术和电子技术。例如,20世纪70年代以 核医学诊断吸收了核电子学方法,使同位素扫擂技术发展成照相机技术,又进而发展 成断层照相技术

在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来的电子学与核科学间的一门交叉学 科。核电子学形成于20世纪50年代。其内容包括:核科学、高能物理和核技术中有关 核辐射和粒子探测的电子技术;核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射 的加固技术;核技术应用中所需的核电子技术。核辐射现象(天然放射性)发现于 1896年。1926年H.盖革等发明了能探测单次辐射的GM计数管,使核物理实验得到了 电子技术的支持,从而促成了核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1931年卢 瑟福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器,是核物理实验 中早期的有力工具。第二次世界大战开始后,围绕核武器的研制,核电子学得到更大 发展,逐渐形成了一门学科。1949年,R.L.霍夫斯塔特发明了闪烁计数器,推动了核γ 谱学和相应测量仪器γ谱仪的发展。50年代中、后期,高能加速器出现,物理学家开始 寻找新的基本粒子。60年代中期,核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。1968年和 1970年,卡尔帕克先后发明了多丝室和漂移室探射器,它们的信号丝数可达数万。因 此要求有快、准、稳的电子读出电路。这种由大型快速电子电路计算机组成的系统在 70年代中出现大规模集成电路等器件后才得以实现。这种全电子式探测器在高能物理 实验中逐步取代了1952年发明的汽泡室。1974年,丁肇中和B.里克特分别用全电子学 方法发现了J/Ψ粒子。1983年在欧洲核子研究中心的SPS质子-反质子对撞机上观察到 中间玻色子W+、W-和Z0的衰变现象。核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电 子学各分支技术成就中发展的,同时也作出了自己的贡献。如核电子学中对脉冲幅度 和时间间隔的精密测量和甄别技术,对40年代雷达和电子计算机的发展提供了有益的 经验。在核电子学中还首先发展了纳秒脉冲技术,并在多道脉冲幅度分析技术基础上 发展出高速模-数转换技术等。核电子学的研究对象包括:①各种辐射探测器和与之相 应的电子电路或系统。②针对核信息的随机性、统计性或单次性等特点的电子学测量 技术,时间间隔(微秒到皮秒)、空间分辨(毫米到微米)。③配有在线电子计算机 的核电子系统,用于在核技术和高能物理实验中实时获取并处理巨量核信息,在实验 全过程中对整个系统工作的监测和控制。④核技术在工业、农业、军事、医学、生物 研究等方面应用时所需的各种辐射探测技术和电子技术。例如,20世纪70年代以后, 核医学诊断吸收了核电子学方法,使同位素扫描技术发展成γ照相机技术,又进而发展 成断层照相技术。 在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来 的电子学与核科学间的一门交叉学科。形成于 20世纪50年代

辐射 辐射充满着整个空间 E.g. background radiation 2006年诺贝尔物理学奖 J C. Mather and G. f. smoot USA

辐射 • 辐射充满着整个空间 E.g. background radiation 2006年诺贝尔物理学奖 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA

电磁波(电磁辐射) THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM 以功-1011011m1071119106101011010 Size of a longer Ttis Porod Pretein er Molecule name of wave RADID WAVES PHARD X RAYS 5OFTX疯AY5 CAMMA RAYS Sources FMRadio KIOwa 上曹氢 Frequency Rate (waves per second) 10°107108102101010110121013101410151036101710181019100 Energy of ectron volts)109108107106105104103102101 103102102104105106 高能电磁波如:γ射线(X射线),属于核(电离)辐射范畴

电磁波(电磁辐射) 高能电磁波如:射线(X射线),属于核(电离)辐射范畴

核(电离)辐射 电离辐射:10eV-10Me∨ 主要来源于原子核或核外电子的某些过程 放射性 当心电离辐射

核(电离)辐射 • 电离辐射:10 eV -10 MeV • 主要来源于原子核或核外电子的某些过程 放射性

放射性 在人们发现的二千多种核素中,绝大多数都是不稳 定的,它们会自发地蜕变,变成另一种核素,同时 放出各种射线(核辐射)。这样的现象称为放射 性衰变 稳定核素:271种 100 放射性核素:2500多种 其中,天然:仅60多种 人工:绝大部分 核素:xX 摘自杨福家《原子核物理) 里111e定技东黑块),实貌已发核素(在各司线 内,.以要坪论告的核素(在付条实内

• 在人们发现的二千多种核素中,绝大多数都是不稳 定的,它们会自发地蜕变,变成另一种核素,同时 放出各种射线(核辐射)。这样的现象称为放射 性衰变。 稳定核素:271种 放射性核素: 2500多种 其中,天然:仅60多种 人工:绝大部分 放射性 核素:AX 摘自杨福家《原子核物理》

放射性衰变的种类 ·中性核辐射 高能电磁辐射(X射线,γ射线) 中子(各种能量的中子) 带电粒子核辐射 轻的带电粒子(电子、正电子、β射线) 重的带电粒子(粒子、质子、重离子等)

放射性衰变的种类 • 中性核辐射 – 高能电磁辐射 (X射线, 射线) – 中子 (各种能量的中子) • 带电粒子核辐射 – 轻的带电粒子 (电子、正电子、β射线) – 重的带电粒子 (α粒子、质子、重离子等)

核辐射(重点) 也称为电离辐射、射线,泛指原子或原子核的某些 过程(如核衰变或核裂变等)放出的粒子,或由加 速器加速的离子或核反应产生的各种粒子,包括a (4He2+)、3He、p、d、t等重带电粒子,重离子和 裂变碎片,e、e^(β射线)等轻带电粒子,Ⅹ、y 射 线,中子等。 包括:高能电磁波:X、y射线; 粒子:带电粒子、中性粒子等

• 也称为电离辐射、射线,泛指原子或原子核的某些 过程(如核衰变或核裂变等)放出的粒子,或由加 速器加速的离子或核反应产生的各种粒子,包括 (4He2+)、3He、p、d、t等重带电粒子,重离子和 裂变碎片,e + 、e -(射线)等轻带电粒子,X、射 线,中子等。 • 包括:高能电磁波:X、射线; 粒子:带电粒子、中性粒子等。 核辐射(重点)

核辐射无处不在 氧气,包活氧一220和射气 饮食 核辐射是双刃剑, 来自地面和建 宇宙射线 筑物的Y射线 既有其危害性,更 有着无可替代的优 越性,为人类的当 我们每时每刻都在遭受周围环境中放射源的 代生活带来了便利 辐射,当石材或其他材料释放出的氢气在通风不 良的环境中(例如地下室)聚集时,就会变得非常 危险。我们吃的食物中也含有动植物吸收的放射 性元素。而来自太空的宇宙射线更是无处不在,它 核工程与核技术 们又叫宇宙背景辐射

核辐射是双刃剑, 既有其危害性,更 有着无可替代的优 越性,为人类的当 代生活带来了便利。 核工程与核技术 核辐射无处不在

核电 我们面临严峻的能源危机和·核裂变和核聚变 环境危机! 过渡能源:铀钍资源——裂变能 化石能源行将用完:(2002年探 热中子堆:可用50年 明储量) 快中子堆:可用3000年 煤炭:可采218年 石油:可采48年未来能源:氘氘资源—聚变能 天然气:可采67年 可控聚变堆:可用200亿年 环境污染无法承受(全球每年CO2 排放200亿吨)! 核电是解决危机的重要出路 目前世界最先进的AP1000核电站

核电 我们面临严峻的能源危机和 环境危机! 化石能源行将用完:(2002年探 明储量) 煤炭: 可采218年 石油: 可采48年 天然气:可采67年 环境污染无法承受(全球每年CO2 排放200亿吨)! 核电是解决危机的重要出路 • 核裂变和核聚变 过渡能源:铀钍资源——裂变能 热中子堆:可用50年 快中子堆:可用3000年 未来能源:氘氚资源——聚变能 可控聚变堆:可用200亿年 目前世界最先进的AP1000核电站

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