射线探测器的能量分辨率研究
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1、科学素养
过去,受到实验条件的限制,核物理实验教学内容主要以验证型的实验为主。随着学生实验技能的提高,高年级学生已不仅仅满足于验证型的教学实验内容,一些研究型,与将来科研紧密相关的实验更能激发他们对实验的兴趣和热情,能更好地培养他们的实验技能。因此我们把增加这方面的教学内容作为我们核物理实验教学改革的一个重要切入点。
本实验采用裸的CsI闪烁体,让学生自己采用不同的材料包装制作探头,然后采用不同的耦合剂耦合到光电倍增管上制成探测器。给学生提供电子学插件,让学生自己搭建测试电路,测试自己制作探头的能量分辨率。通过制作探测器,调试电子学电路的参数,让学生深入理解影响探测器能量分辨的各个因素。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
- 利用已有的CsI(Tl)闪烁体和光电倍增管制备闪烁体探测器。
- 搭建光电倍增管高压坪曲线的测试电路,并且测试光电倍增管的高压坪曲线,确定光电倍增管的最佳工作电压。
- 搭建CsI(Tl)闪烁体能量分辨率测试的电子学线路。
- 测试自己制作的CsI(Tl)闪烁体探测器的能量分辨率。
b)提升内容
- 对比tyvek包装纸,铝膜,teflon膜等不同包装材料下,学生制作探头的能量分辨率,给出相应的物理解释。
- 对比硅油,硅脂等不同耦合材料下,学生制作探头的能量分辨率,给出相应的物理解释。
- 对比不同的主放参数下,同一探头的能量分辨率,给出相应的物理解释。
c)进阶内容
- 利用示波器观测信号,学习如何利用示波器定性判断探测器能量分辨率的好坏。
- 对应不同形状闪烁体(如:柱状,立方体)的能量分辨率,给出相应的物理解释。
- 对比不同尺寸闪烁体的反散射峰大小,给出相应的物理解释。
d)高阶内容
对比不同类型探测器,如闪烁体,半导体以及气体探测器的能量分辨率。
3、能力培养
- 动手能力。制作探测器的能力,搭建电子学测试电路的能力。
- 对比分析能力。对比分析不同因素对能量分辨率的影响,并且归纳总结背后的物理。
- 团队合作能力。属于综合实验,一般是2-3人一组,需要同组成员协同合作才能完成实验。
4、知识点
- gamma与物质相互作用。
- 闪烁体探测器测量gamma射线的基本原理。
- 示波器的使用
- 探测器的能量分辨率定义。
- 闪烁体探测器能量分辨率的影响因素。
- 镜面反射和漫反射,全反射等光学知识。
- 光电倍增管的工作原理。
5、学科关联
光学,核电子学
6、延伸实验
闪烁体gamma谱仪。