核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortra

《核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortra》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortra（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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 numb

2、er）：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

3、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 102319，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=0.3mm3，假设B有两种同位素10B和11B

4、，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10B55 208Pb1268224Na1311 235U1439260Co3327241Am146955，估算在2

5、kg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

6、成正比，因此4MeV的粒子和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

7、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*10-54，一能量为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？这射线的能量是多少？按防护要求，源放在容器中，要用多

8、少厚度的铅容器才能使容器外的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：=11.34g.cm3，Na=6.0221023mol-1，设铅的厚度为t，线性吸收系数为，质量厚度为tm，质量吸收系数为m，由射线的吸收公式有：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：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，

9、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：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：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，射线和射线三种粒子中，射程长短的排序？答：d带电离子d射线d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90-10

10、4范围内的概率为0.49672，本底计数率是50020min-1，样品计数率是75020min-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，

11、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

12、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

13、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的粒子能量。如果每1000对电子离子对能够形成1V的初级电压信号，为了

14、使这个射线的能量处在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5V10V)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。2，如果认为分辨时间为0，求探测效率。解：n0-n= n0*n*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n

15、b0，n1，n2，n3，不考虑探测效率，求分辨时间。解：nb=nb0(1+nb0)nb0nA+nb=n1(1+n1)nB+nb=n2(1+n2)nA+ nB +nb=n3(1+n3)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

16、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* 第八章 源活度测量1，源测量需要注意的问题。2，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 射线和能量测量1，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

17、？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d=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的放射性，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得衰变常数为射线的探测效率为95%，则

18、实际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：在探测器外部家比较厚的外壁后即可阻止带电粒子对能谱的影响，这是因为射线的穿透本领比带电粒子强，射程长。2，甄别中子和射线的主要方法是什么？答：脉冲形状甄别法。