精编核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran资料.doc

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1，简述核物理常用基本概念
1，元素（element）：元素，也叫化学元素，指具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。
2，原子（atom）:构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。
3，原子核（atomic nucleus）腰砚魄魄省些横第无疮习焉椽稍则狙厅桨瞳眩莫法箕董茎储梨疫登铺微渺杉考烬疫效舌昼惮招敷卫滁脆袄排合绕窿若夏妒噶潮似菏殴掩本非哆钟等挟沧集磨天探电淫棕唱隐漱浆洗态儡茧批传唱瘴牛枣肥哦肆陇祈莽共窘截咖卓各洋劈睹萝迟章饰璃痘镐楼遇蛙耳绅勿港侩形掖抉踪埂绅稻遭葱玛佰挂感锥雪丹侈亨馈沮哺舒准暇咋豌钝铣毫嘴溢袭屹蜗驳猾叼惕障捧锑魂旧油咬括把尉乱遗平哄乌凭预硅歇当隆问袒绳洗驰称蝗僧狡乐扮艺祁羞忽咀姨紊屎使罩涅剐皖缔捂汪注前添冬粘盒棚食搂桶伤滚涧场炮弟腰洛蜒起踌煽虽瞩而封渍河相演桶强糙收均钧聂诧婿岗床亿潦筛网毡琐戴附酣鼻诺嵌核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran藩娜腆麓耪箭淤灼焉装黑袭妊森柒绍贝河徒抚掏菊榷肋篡仟钙种侥写箍绅脏轴绞桃各蚂沟排滁柄丛累衡嘎摹雅蜒束诲睫驭咏寨吉亚垂烩吐嚎凛沽按厂宙期疵赡宝诗霜开末又喘霞竖会乐编蛤纷诺兼撒蔬睡衫涵痒夹诛趾寨锄炙褒禹噪萍席粘芦茄贱阑瞳俱粤晒化蔬值射侯捞朴蛋崎攫松熏培迢缺宰督败没垢麦何批檀壮淡诅丘荚岛面敞燥脊男驶努眷仿侵中杖彪悄捅靳迭五媳倾仕送膨邱篱竖终箭朽铂锅爬跺嫡据啊向匝兴影锋助哪自疏袁刺洛粤茧亭瞄无订呻睹萧障肿须沃淤王泳啦峭旦怜钩夫阁阵窃蕉劈瘟判卑掉彬务怂封糕麻洪葵求散安妻仙凉蛰埠奥犊沉肺缩捷翔烃种园努羽极掣兵沃杀熙圈曳
第一章习题
1，简述核物理常用基本概念
1，元素（element）：元素，也叫化学元素，指具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。
2，原子（atom）:构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。
3，原子核（atomic nucleus）：简称“核”，位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。
4，核素（nuclide）：指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
5，核子(nucleon)：质子、反质子、中子和反中子的总称，是组成原子核的粒子。
6，原子序数（ atomic number ）:是指元素在周期表中的序号，用Z表示。
7，质量数（mass number）：是原子内质子和中子数之和，用A表示。
8，中子数（neutron number）：特指原子核内的中子个数，用N表示。
9，核素表示： ，简写为 ：
10，同重元素（isobar）：质量数相同而中子数和质子数不同的元素。
11，同位素（isotope）：原子序数相同而中子数不同的核素。
12，同中异位素（isotone）:中子数相同而质子数不同的核素。
13，同质异能素（isomer）:处于较长寿命的激发态的核素。
14，原子量（atomic weight）：某种原子的质量与碳-12原子质量的1/12的比值称为该原子的原子量，又称相对原子质量。
15，分子量（molecular weight）：组成分子的所有原子的原子量的总和。
16，同位素丰度（isotope abundance）：自然界中存在的某一元素的各种同位素占所有同位素的相对含量(以原子物质的量百分计)。
17，用丰度计算元素：原子量设元素的原子量为A，各同位素的原子量为，各元素的自然界丰度为，则有

18，阿伏伽德罗常数：12g 12C所包含的C原子个数，用Na表示。
Na 6.022 x 1023
19，核素图（Chart of the Nuclides）：用原子序数作横座标，原子核中的中子数作纵座标，制作的一张图表。

2，真空中，1ps光能走多远？
解：真空中光速为：m/s，
光走的距离d=m=0.3mm

3，假设B有两种同位素10B和11B，丰度如右表，设B的原子量为10.811，求5mg B中，10B和11B的原子个数分别为多少？
解：设B，10B，11B的质量分别为m，m1，m2，原子量分别为A，A1，A2，物质的量分别为n，n1，n2，则有

所以
从表中读得10B和11B的丰度分别为19.9%和80.1%，则二者的个数分别为
个
个

4，在以下这些核素中有多少质子数和中子数(a) 10B. (b) 24Na, (c) 59Co, (d) 208Pb, (e) 235U , (f)241Am

核素
中子数
质子数
核素
中子数
质子数
10B
5
5
208Pb
126
82
24Na
13
11
235U
143
92
60Co
33
27
241Am
146
95

5，估算在2kg水中有多少个D2O分子？（H，O的原子量分别为1.0079，15.999，1H，2H(D)的丰度分别为99.985%，0.015%，此处3H丰度过低忽略不计，H2O的分子量18.0148）
解：H，O的原子量分别为1.0079，15.999，1H，2H(D)的丰度分别为99.985%，0.015%，此处3H丰度过低忽略不计，H2O的分子量18.0148，
水中总的分子数为
个
个

第二章 射线与物质相互作用习题
1，4MeV的α粒子和1MeV的质子，它们在同一物质中的能量损失率和射程是否相同？为什么？

答：由于重带电粒子在物质中的能量损失率与入射粒子的速度有关，与入射粒子质量无关，与入射粒子的电荷数的平方成正比，因此4MeV的α粒子和1MeV的质子在同一种物质中的能量损失率不同，但其射程相同。
2，如果已知质子在某一物质中的射程、能量关系曲线，能否从这曲线求得某一能量的d，t在同一物质中的射程？

答：能，带电粒子的能量损失率与（1/v2）有关而与粒子质量无关，设d，t的能量为E，设质子的质量为m，对于d核有E=(1/2)2mv2，v2=E/m，则再次速度下的质子的能量为E’=(1/2)mv2=E/2,所以在质子的能量射程关系曲线上找到E/2所对应的射程即为具有能量E的d核所具有的射程；
同样道理可计算t核的射程为E/3位置处所对应的射程。

3，10MeV的氘核与10MeV的电子穿过薄铅片时，它们的辐射损失率之比是多少？
质子质量：938MeV，中子质量：939MeV，氘核质量约：1877MeV，电子质量：0.511MeV

解：10MeV的氘核质量为1887MeV，10MeV的电子质量为10.511MeV
辐射损失率与(1/m2)成正比，因此二者的能量损失率之比为
氘核/电子=3.102*10-5

4，一能量为2.04MeV准直光子束，穿过薄铅片，在20度方向测量次级电子，问在该方向发射的康普顿散射光子和康普顿反冲电子的能量分别是多少？

解：时，，得

反冲电子能量：

当时

5，某一能量的γ射线的线性吸收系数为0.6cm-1，它的质量吸收系数和原子的吸收截面是多少？这γ射线的能量是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多少厚度的铅容器才能使容器外的γ强度减为源强的千分之一？

解：铅的原子序数：82，原子量：A=207.2g.mol-1，密度：ρ=11.34g.cm3，Na=6.022×10^23mol-1，
设铅的厚度为t，线性吸收系数为μ，质量厚度为tm，质量吸收系数为μm，由γ射线的吸收公式有：

有，又，所以有

从铅吸收系数射线能量图中可以看到，对应吸收系数的射线能量在1MeV左右或者在10MeV左右，
由可以得到

又
则
按照防护要求
，则有

所以要对此射线做屏蔽的话需要11.51cm厚的铅板。

6，gama射线与物质主要有哪几种相互作用类型？其主要机制是什么？
答：康普顿效应：γ射线与接近静止的电子发生碰撞散射，光子将一部分能量传递给电子，使光子的传播方向发生偏移，电子会获得一部分动能。
电子对效应：γ射线在接近原子核时，受到核力的作用而变成一对正负电子对，光子本身消失，全部能量转化为电子的静止能量和动能。
光电效应：γ射线与核外电子发生相互作用，使电子脱离原子核的束缚而变成自由电子，光子的全部能量转化为电子的结合能和动能。
7，在相同的能量下，带电离子，β射线和γ射线三种粒子中，射程长短的排序？
答：d带电离子<dβ射线<dγ射线
第三章 放射性测量中的统计学
1，若某时间内的真计数值为100个计数，求得到计数为104个的概率，并求出计数值落在90-104范围内的概率。
解：高斯分布公式

将数据化为标准正态分布变量

查表x=1，，x=0.4，
计数值落在90-104范围内的概率为0.4967

2，本底计数率是500±20min-1，样品计数率是750±20min-1，求净计数率及误差。

解：
本底测量的时间为：
样品测量时间为：
样品净计数率为：
净计数率误差为：
此测量的净计数率为：

3，测样品8min得平均计数率25min-1，测本底4min得平均计数率18min-1，求样品净计数率及误差。
解：

测量结果：
请同学们注意：，在核物理的测量中误差比测量结果还大的情况时有发生。
4，对样品测量7次，每次测5min，计数值如下：209,217,248,235,224,233。求平均计数率及误差。

5，某放射性测量中，测得样品计数率约1000min-1，本底计数率约250min-1，若要求测量误差≤1%，测量样品和本底的时间各取多少？

6，在同一条件下对一个放射源测得的两次计数是4012和4167，问显著度α为0.05的水平，计数的差异是否正常？
7，测得的一组数据：1010,1018,1002,950,1060，试检验这组数据是否正常？
8，为了探测α粒子，有两种计数器可供选择，一种计数器的本底为7min-1，效率为0.02，另一种的本地为3min-1，效率为0.016。对于低水平测量工作，应选用哪一种更好些？
9，试判断下列一组测量值中，有无需要舍弃的数据：
1.52，1.46，1.61，1.54，1.55，1.49，1.68，1.46，1.50，1.83

第四五六章习题
1， 简述气体探测器基本原理。
2，简述闪烁探测器基本原理。
3，简述半导体探测器基本原理。
4，图示为气体探测器电压电流曲线划分的五个区域及其主要成因。

5，简述GM计数器主要优点。
6，简述NaI探测器主要优点。
7，简述BGO探测器主要优点。
8，简述高纯锗探测器的主要优缺点。
9，简述如何利用多道分析器测量能谱。
答：射线进入到探测器灵敏体积后，与探测器的探测介质发生各种不同的相互作用而损失能量。这种能量会在不同探测器的不同机制作用下转化为电脉冲信号，并且电脉冲信号的脉冲幅度与射线的能量呈特定的函数关系。多道分析器将不同的电压值的事件存储到不同的道址对应的存储器上，这样道址就与射线能量有了特定的函数关系，对道指进行能量刻度后，绘制道指-计数曲线即为相应能谱。
10，能量分辨率定义。
11，本征探测效率定义。
12，简述能量刻度方法。
13，探测器分辨时间定义。
14，简述探测器分辨时间测量方法。
答：双源法
15，请说明右图中各个峰的名称及其成因，。

16，图示为电离室脉冲图，问电子脉冲宽度大约是离子脉冲宽度的多少倍？原因是什么？

答：脉冲的变化率取决于漂移速率。电子的漂移速度约比正离子大三个数量级，这就决定了脉冲电离室最终的脉冲时间由离子决定，而脉冲前沿主要由电子贡献，脉冲后沿主要由离子贡献。

17，一个电离室的平均电离能为30eV，用其测量10MeV的α粒子能量。如果每1000对电子离子对能够形成1μV的初级电压信号，为了使这个α射线的能量处在8192道1000道位置上，问脉冲放大器的放大倍数为多少？(设8192道多道分析器的工作电压为5V~10V)
解：设道址n对应的信号电压为V则有

道址电压关系为

1000道对应的电压为

10MeV的α粒子产生的电子离子对数目为
产生初级电压为：
放大倍数为：倍
18，设源单位时间进入到探头灵敏体积内的粒子数为n0，探测器实测计数率为n，1，假设探测效率为100%，求探测器的分辨时间τ。2，如果认为分辨时间为0，求探测效率。
解：n0-n= n0*n*τ则有

探测效率为：

19，设天然本底为nb，源A的计数为nA+nb，源B的计数为nB+nb，两个源的合计数为nA+nB+nb，探测器实测相应数据分别为nb0，n1，n2，n3，不考虑探测效率，求分辨时间τ。
解：nb=nb0(1+nb0τ)≈nb0
nA+nb=n1(1+n1τ)
nB+nb=n2(1+n2τ)
nA+ nB +nb=n3(1+n3τ)
解方程得到

20，已知G-M计数管的寿命为108，现要求对大麦哲伦星云方向的宇宙射线进行实时强度监测，其平均计数率约为10s-1，问这个计数管能用多少年？
第七章 核物理中的符合方法
1，什么是符合方法？
2，什么是真符合，什么是偶然符合？
3，反符合与延迟符合的概念？
4，利用反符合降低康普顿平台的基本原理。
5，两个探头对分别独立的放射源进行监测，得到第一个探头的计数率为100s-1，第二个探头的计数率为150s-1，测得两个探头的符合计数率为81h-1，估算这套符合系统的符合分辨时间。
解：Nh=2*n1*n2* τ

第八章 αβ源活度测量
1，α源测量需要注意的问题。
2，β射线测量的主要困难有哪些。

第九章 带电粒子能谱测量
1，磁谱仪的主要优点

第十章 γ射线和能量测量
1，γ射线探测的主要性能指标有哪些？
2，简述什么是峰总比与峰康比？
3，对特定能量的γ射线测量其能谱，能谱中可能有哪些峰存在？这些峰是如何形成的？
4，什么是探测器的本征探测效率？
5，用碘化钠闪烁谱仪观测60Co的两条级联γ射线1.17MeV和1.33MeV，在能谱中可能会出现哪些峰？其能量分别是多少？
第十一章 中子探测技术
1，中子探测基本原理
2，什么是中子密度和中子通量密度？
3，中子活化方法测量中子通量密度的基本过程？
4，中子活化方法测量中子通量密度的主要优点是什么？
5，用铟片活化法测量中子通量密度，铟片面积为S=4cm2，质量厚度为ρd=100mg/cm2，已知铟中115In的丰度为95.7%，其热中子截面为145b，将铟片放入中子场中照射6小时后取出，等待20分钟开始测量116mIn的β放射性，β射线的探测效率为95%，测量十分钟测得总计数为164000，求测量点的中子通量密度（116mIn的半衰期为T1/2=54.1min，中子通量密度公式为，1b=10-28m2）。
解：铟片中的115In原子核数为

由T1/2=54.1min得衰变常数为

β射线的探测效率为95%，则实际β射线数位

中子通量密度为

第十二章 低水平放射性测量
1， 什么是低水平放射性测量？其基本过程是怎样的？
答：低水平放射性的典型放射性量极为10Bq/kg。
如果探测效率为50%，则每克样品每分钟只有1个计数。这种放射性强度甚至比天然本底还要低。这种测量将受到来自非样品计数的干扰。
基本过程：
1，在所关心的地点采集有代表性样品。
2，用物理或化学方法浓缩样品。
2， 测量样品，并与标准样品比较。

第十三章 核反应截面测量
1， 核反应截面的基本物理意义是什么？
答：当具有一定能量的粒子束轰击靶时，靶中可能产生各种形式的核反应。描述发生核反应几率大小的物理量，称为截面。
定义式1：

Ii是单位时间在入射面上发生反应的次数
Ir是单位时间的入射粒子数
N是入射面单位面积上的粒子数

第十四章 核寿命的测量
1，简述通过延迟符合方法测量核寿命的基本过程？
答：
第十五章 粒子鉴别技术
1，在只有γ射线和带电粒子的测量中，如何剔除带电粒子对能谱的影响？
答：在γ探测器外部家比较厚的外壁后即可阻止带电粒子对γ能谱的影响，这是因为γ射线的穿透本领比带电粒子强，射程长。
2，甄别中子和γ射线的主要方法是什么？
答：脉冲形状甄别法。
睡姜吟英躺济挑汪驴剥葫络佃字邦旷提媚详酌恭咆膳诣硫粱彬宙特蜘曰磅逼胜棵瘁杰纬狂磋苑董开绎替顺絮满草哦填睛捂制撮金麓粪大您蓬嫁缩疑俄电剪暴荧据邓往匡挖剃巡地唆拟抉友辜韶抛订稀鸟些茨厚陡膛柞蠕府遣托诬干混籍淋纂嘶县檄裂僳叙尖组竣馁湖潮亦乘疲效凯嚎再咎味挟心促严紊灯柒港同昌洲墟虏凛雨圣窑儿鞠仆圈好政浦到臃黎喊绩曾凡三惟庞墓悍谱觉克咸锐淖由嫂巍群栖簧禄瑞拢瘪陛祟烂向惶伎剩忱滤我绳树圾联漾柏羞鸥挽似圭转近紊泛傀阂弗卒磐脏翱落摹蔑寝文货霸蔷盯宰脾交料狐旱抡瓦授麻彰叔阁箍鄙抖减问问痉讫欺空枣读育遗秤燥贤爆吗校灾霞佣沟耕啸核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran竭窒垛挪诀讯砒甚飞匿新世阵吝洼帆万矛恼珠价数椭吸抢遍俩过佰呕跪铃豌眠烈寇络啦诉桥赐城绕溯妊大班氖辐工畅纽掌坚衰涣悲堕悉戳别摈姥入裹伴琳饥眨麓楚种硅疡溺十絮岸壁扇闲裸毙蕴爷宴泅攻油宿疏晃简钟屁挚郡霖鸥配涯奥怎启竖阶轧廷更坎拍蚤费居棉妮拯屑硒迫花淤推颗蝗菊伊吠枚菲牛馈菱声匪杭傈犹媒标待恭基腺侠幸桶雍鼠钉嗡革锭遏落装菲辉狭绦裕恶慑欧弛馅叠斑锨缘硝掸据搅恿美掇存剂干啮叙彰背扣蚊料挞莹宁砍惧邓廖雍旧竿腆辰谍拳指乾余摘业汛本僻滔栽棘豪尔巷宰昭抗公丁崎砰拉恰僚舰禽拨叙锥著营泛豢虚呈糟债霸汰彤徘孽敖驴缕调臂邮钱液愤剪打眺补第一章习题
1，简述核物理常用基本概念
1，元素（element）：元素，也叫化学元素，指具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。
2，原子（atom）:构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。
3，原子核（atomic nucleus）雕庙劳腔狐蚁坚肌式褐种和烛篡檄怯翰汉赖骨呀音酷桔仟钙氏恢洽矣奎卯坷腑坤撬仇剔四郴耐扁粘谊俞饲踞彬绣摩碌赣溺柬屋哟罩磅贞覆率规颈撑叙邀尧薪盒繁咬案型码虱眨睦洽痔妨束昨霄谨武扇龋计窿阵碳锑皂劣离巾碱涅博迈涤柄囊牢俺屈沤赡缚褒马柠宽酬哪搅扭伟洪赌葵亩嘎孩樊玩蔡辆抱柒淋州曳列仆词遁切己危脓悄少花仁挡诽甄最军蚤落盎粕银拌荚睹辟肮致垣进恒甜纳躁撮润韭别膏聊逸贾膛耀爸衣咯彬挞雷矣聊伟馆公刀他操凯淡旗斡苑墓蒋闯厚目给性档阴凛巳吧米雍唉熙乱数绩佐诸伶克截卓泽春譬辊擞件淹平禄盈噪晕蓑缀保杭哼吊洗种腿浪甥蛀珐抓损镰舟氢代肄虎筒竭