核辐射物理及探测学教学大纲

核辐射物理及探测学教学大纲课程名称:核辐射物理及探测学课程编号:30320174一、课程基本情况必修或选修:必选开课单位:

工程物理系开课对象:

高年级本科生及外专业考入本专业的研究生开课学期:

第六学期学时和学分:课内总学时64,周学时(课内/课外):4/6,学分:4（本项未含实验）要求先修课程:高等数学,原子物理、模电、数电教科书:《核辐射物理及探测学》(讲义)《致电离辐射探测学》(讲义)参考书:《原子核物理实验方法》复旦,清华,北大合编 《RadiationDetectionandMeasurement》(美)格伦F.诺尔著 按照讲课进程另行指定参考文献。二、教学目的和要求核辐射物理及探测学是工程物理系本科生的一门主干专业基础课。本课程要使学生对于核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法具有深入明确的了解,并具有创造性地灵活应用的能力。经过后续实验课的学习，学生在辐射探测实验技术方面将进一步获得充分的训练。核辐射物理及探测学是一门内容非常丰富与科学实验关系极其密切的课程。核辐射物理涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征，辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等，是核科学及核工程的基础。辐射探测学是近百年来核科学工作者在实践中发明、发展的探测器与探测方法的归纳和总结。通过课程学习应当培养学生掌握如何从实际出发分析问题、解决问题，以及如何综合应用基础理论和所学的各种知识的思维方法和能力，本课程中讲授的核辐射物理、辐射探测器与探测方法方面的知识，将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工作打下良好的基础。 结合课程中经常涉及到的我国核能和核技术应用事业的现状和发展，引导激发爱国主义热情,培养“自力更生、艰苦奋斗”的精神,在课程学习中可以进一步培养学生理论联系实际和勤奋、严谨的良好作风。三、讲课内容、进度、学时分配、教学方法和学习方法指导本课程是针对核工程与核技术应用等领域中涉及的辐射物理和辐射探测需要解决的问题来安排讲课内容的。本课程主要由三部分组成:(1)核辐射物理学。(第一章～第七章)这既是辐射探测的物理基础,又是其他专业课（如辐射防护）的基础。

27学时(2)辐射探测器件与装置的原理、性能和应用。(第八章～第十一章)25学时(3)探测辐射的理论和方法。(第十二章～第十三章)12学时 教学内容及各章主要内容如下:第一章

原子核的基本性质

4学时 简明、准确的阐述核的基本性质，包括核的组成及其稳定性，核的结合能，核力与核势垒等基本内容，并用相对论及量子力学的基本概念来解释这些现象。第二章

原子核的放射性

3学时涉及放射性衰变的基本规律，放射系，放射性的活度和单位及人工放射性核素的生产等基本概念和现象。对辐射的最基本的物理量有准确和清晰的了解。第三章

原子核的衰变

6学时包括a衰变、b衰变、g衰变(g跃迁)的基本过程。a衰变将讲述a衰变的条件、a衰变的机制及a衰变能等。b衰变将重点阐述中微子假说，用质能联系定律讲清各种b衰变过程。g跃迁能建立能级跃迁、内转换和同质异能的准确的概念。并用上述概念能较好地理解和应用核衰变图。组织一次讨论课，比较全面的剖析一个核素的衰变纲图。第四章

原子核反应

4学时重点放在核反应的反应能，反应道及反应截面等概念的阐述，学会应用Q方程。并简述核反应机制和核反应模型。第五章

核裂变核核聚变及核能的利用

1学时从重核的自发裂变和诱发裂变，对裂变能量及其利用有深刻的理解。对轻核的聚变及其现状有一定的了解。第六章

射线与物质相互作用

5学时阐述重带电粒子、电子、g光子以及中子与物质相互作用的过程、机制以及理论分析与计算方法。第七章

辐射测量中的统计学

4学时复习概率论基本知识、引入级联分布的概念与概率运算规则。阐明核衰变数、电离过程、倍增过程以及核事件时间间隔等的统计涨落分析。第八章

气体电离探测器

8学时讲授电离室、正比计数器及G-M计数器的工作机制、输出讯号、涨落过程分析以及主要性能与应用，本章中引入输出回路概念，并结合电离室对输出讯号理论进行系统的阐述，在以后的课程内容中还要反复说明。结合正比计数器，将首次应用级联事件概念来分析倍增过程，本章中引进“累计”与“脉冲”两种探测器工作状态的概念，以及相应的性能指标。结合探测器的应用,本章应说明a能谱仪(屏栅电离室)，低能X或g谱仪(正比计数器)以及辐射强度测量(累计电离室、4p正比计数器以及G-M计数管)的仪器等，结合正比室引入位置测量及空间分辨的概念。第九章

闪烁探测器

8学时阐述闪烁体发光机制、光电倍增管的倍增过程、闪烁探测器输出讯号以及主要性能。再次应用并加深输出讯号及统计涨落方面的理论分析，引入时间涨落的分析方法。结合单晶闪烁谱仪，讲清楚单能g射线的能量测量问题。第十章

半导体探测器

7学时讲授各种半导体探测器的工作机制，输出讯号与主要性能。结合锂漂移探测器或高纯锗探测器进一步说明g能谱测量方法，结合金硅面垒探测器,或P-N结探测器说明带电粒子能谱测量问题。介绍Si(Li)探测器在低能粒子测量方面的应用，结合阵列半导体探测器进一步说明位置测量的要求和方法。第十一章

其他类型探测器

2学时介绍切仑科夫探测器，液体探测器，热释光探测器，以及核乳胶等固体径迹探测器与云室、气泡室等粒子径迹探测器件与装置，另外，对磁谱仪及化学剂量仪也要作一介绍。本章的目的是使学生在掌握了应用最广的三大类(气体、闪烁、半导体)探测器后，能进一步开拓视野，对各种其它类型的探测器件与装置也有所了解。第十二章

核辐射测量方法

7学时针对核能和核技术应用的范畴，辐射测量方法除常规的辐射场测量、放射性样品的活度测量(包含低水平活度测量)，辐射能量测量和能谱分析,尤其是g射钱能谱分析外，结合核技术应用的发展，将对工业核仪表中的强度测量问题，辐射成像原理及方法作一分析。第十三章

中子及中子探测

5学时从中子与物质相互作用入手，讲清中子探测的基本原理和方法。重点放在常用的中子探测器，并介绍反应堆运行的功率水平的几种典型探测器。

在上述学时中安排少量课堂讨论。核辐射物理及探测学是一综合性非常强的课程，涉及的学科领域很广，包括核物理、电学、光学、气体电子学、固体物理、核电子学与概率论等。所要解决的问题又来自原子核科学和工程各个领域，因此课程内容非常丰富。仅核辐射物理学就除了包含原子核物理的基本内容外,还有辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等，但不同于核物理，我们更关心于核辐射的外部特征，对如核衰变、核反应等核过程有基本的、准确的了解，能较好地应用各种核数据和手册。以适应核能与核技术应用这一学科的基础知识的要求，并为辐射探测学准备了必须的基本知识。把这两部分内容合成一门课讲授，可达到前后呼应、学以致用的效果。辐射探测学在世界核科学工作者的实践中，发明、创造了为数庞大的辐射探测器“家族”，需要讲授的就有不下十余种。在课程学习中必须突出主要矛盾，引导学生通过综合、比较、分析与归纳来掌握各部分课程内容的内在联系，抓住主要的技术思想、处理方法等方面的规律。培养学生从实际出发，改进分析的思维方式和提高解决实际问题的能力。核辐射物理及探测学的理论基础十分广泛，在向学生讲授本课程时应尽量体现出一个比较系统完整的理论体系。这系统将包括核物理的基础知识、射线与物质相互作用、探测器工作机制、输出讯号、涨落过程分析、探测系统设计与分析以及实验误差和数据处理等方面的理论，通过课程学习也可以培养学生把基础课中学到的理论用于专业实际的能力。在期终考试前进行复习指导，在课堂教学中可展示实物样品(如各种探测器)及图片，采用多媒体结合板书的教学方式。还要指定学生阅读外语参考文献或书籍，鼓励学生与教师、学生与学生之间讨论与交流。并反复向同学阐明这样的观点,即学习专业课或专业基础课，不仅为了知识的积累，更应着眼于能力的培养和训练。善于把所学的基本知识与