人类对两个极限尺度的物质世界—“小宇宙”和“大宇宙”—不断 认识的历史是人类文明发展史的重要组成部分。 作为物质结构的“小宇宙”凯时国际游戏，两千多年前就有了古希 腊哲学家德谟克里特的朴素原子论。德谟克利特等根 据有关各种自然现象的思辩性的考虑，提出了原子论 的想法试图以之来阐明宇宙见形形的自然现象。 他们认为：宇宙间存在一种或多种微小的实体凯时国际游戏，叫做 “原子”（现在欧洲各国文字中的“原子”都来源于 希腊文“atomos”凯时国际游戏，是“不可分割”的意思），这些原 子在虚空中运动着，并可以按照各种不同的方式互相 结合或重新分散。虽然在这种意义上的原子论远远不 是人们今天所了解的严密的科学理论，但它与现代科 学的结论比较吻合。 近百年来凯时国际游戏，人类的认识逐渐达到原子、原子核、核子、 夸克这几个层次，对其观测的尺度已从10-8到10-15厘 米。作为人类周围星体世界的大宇宙凯时国际游戏，从太阳系、银 河系凯时国际游戏、直到河外系，人们观测的尺度已大到6×107光 年距离凯时国际游戏。在地球上观察到宇宙中存在高能基本粒子凯时国际游戏， 也包括能量范围极宽的电磁辐射光子凯时国际游戏，其能量由10-4 电子伏特（宇宙背景辐射）到1020 电子伏特的硬γ射 线，而可见光光子只在大约1.6-3.2电子伏特的很小的 一段范围内。宇宙本身已逐步成为研究粒子物理的实 验室。人类对无限小和无限大世界的研究也已经逐步 有机地结合起来凯时国际游戏凯时国际游戏。 掌握核与粒子物理实验的基本概念，掌握粒子与物质 相互作用的基本规律，各种粒子被探测的基本原理。 根据实验要求，会选择粒子探测器。 确定采用的探测方法和技术，设计粒子探测系统凯时国际游戏，并 1590年和1609年先后出现的显微镜和望远镜使人们得以在两个尺 度方面超出了肉眼范围凯时国际游戏凯时国际游戏， 它们正是人类首先使用的可见光探测 器，它们开始使人类对“小宇宙”和大宇宙的探索逐步走上现代 实验科学的轨道。 1895年德国物理学家伦琴在无可见光条件下发现胶片感光从而发 现X射线年法国物理学家贝克勒尔由钾铀硫酸盐使感光片 变黑的现象发现了β射线可以作为粒子探测器历史的开端凯时国际游戏。 半导体探测器——辐射在半导体中产生的载流子（电子和空穴），在反 向偏压电场下被收集，由产生的电脉冲信号来测量核辐射。常用硅、锗 做半导体材料。 高纯锗探测器有较高的能量分辨率凯时国际游戏，对γ辐射探测效率高，可在室温下保 存，应用广泛。砷化镓、碲粒子化物镉理凯时国际游戏、与核碘物化理汞实等验 材料也有应用凯时国际游戏。 气体电离探测器——通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐 射凯时国际游戏。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似凯时国际游戏， 一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压， 差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体 中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐 射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高 速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要 多得多的离子对（即气体放大作用），从而得到较高的输出脉冲。脉冲 幅度正比于入射粒子损失的能量凯时国际游戏，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖 革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程， 因此输出脉冲的幅度很高凯时国际游戏，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不 经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉 冲计数的时间较长凯时国际游戏。 多丝室和漂移室——是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨 带电粒子经过的区域凯时国际游戏。多丝室有许多平行的电极丝，处于正比计数器的 工作状态。每一根丝及其邻近空间相当于一个探测器，后面与一个记录 仪器连接凯时国际游戏凯时国际游戏。因此只有当被探测的粒子进入该丝邻近的空间，与此相关的 记录仪器才记录一次事件。为了减少电极丝的数目凯时国际游戏，可从测量离子漂移 到丝的时间来确定离子产生的部位，这就要有另一探测器给出一起始信 号并大致规定了事件发生的部位凯时国际游戏，根据这种原理制成的计数装置称为漂 移室，它具有更好的位置分辨率（达50微米），但允许的计数率不如多 丝室高。 闪烁计数器——通过带电粒子打在闪烁体上，使原子（分子）电离、激 发，在退激过程中发光，经过光电器件（如光电倍增管）将光信号变成 可测的电信号来测量核辐射凯时国际游戏。闪烁计数器分辨时间短、效率高，还可根 据电信号的大小测定粒子的能量。闪烁体可分为三大类： – 无机闪烁体凯时国际游戏，常见的有用铊(Tl)激活的碘化钠NaI(Tl)和碘化铯CsI(Tl)晶体， 它们对电子、γ辐射灵敏，发光效率高，有较好的能量分辨率，但光衰减时 间较长；锗酸铋晶体密度大，发光效率高，因而对高能电子、γ辐射探测十 分有效。其他如用银 (Ag)激活的硫化锌ZnS(Ag)主要用来探测α粒子；玻璃闪 烁体可以测量α粒子、低能X辐射，加入载体后可测量中子；氟化钡 (BaF2) 密度大凯时国际游戏，有荧光成分，既适合于能量测量，又适合于时间测量。 20世纪50年代以来，由于研究进入核子夸克层次，要求轰击粒子的能量 更高，这时期逐渐从原子核物理发展出高能物理(粒子物理)凯时国际游戏，它也包括 不用加速器的宇宙线物理。利用高能量和高粒子束流强度的加速器（或 对撞机）凯时国际游戏，高能物理实验要求快速地记录愈来愈复杂的高事例率事例凯时国际游戏。 由于径迹探测器记录事例速度慢且后处理需要大量人工，例如用云雾室 记录一次需要几分钟，而电子学探测器如有机闪烁体计数器单粒子计数 率可高达109次/秒凯时国际游戏，这样，在粒子发现史上起过重要作用的径迹探测器 就逐渐让位于电子学探测器。 振态（1968年） G.Charpak 发明多丝正比室并发展气体丝室技术 粒子探测器的统计性质和实验数据处理知识将 在粒子物理和核物理实验（2）介绍 培养掌握各种粒子探测技术的专门人才凯时国际游戏。 了解掌握粒子与物质相互作用的物理过程和基 本规律，会使用各种探测器。 掌握粒子测试系统的原理及组建。 掌握大型高能粒子探测谱仪的构成和工作原理。 会设计研发新的粒子探测器。 1911年英籍新西兰物理学家卢瑟福借助显微镜观察到单个α粒子在硫化 锌上引起发光。这正是闪烁计数器的雏形凯时国际游戏。1919年他用类似的荧光屏探 测器第一次观察到用α粒子轰击氮产生氧和质子的人工核反应，由此核 物理迅速发展起来。 核物理和宇宙线的发展反过来又带动了各种探测器的发展。本世纪二十 年代到六十年代出现了核乳胶，云雾室，火花室，流光室等径迹探测器 以及电离室，正比与盖格计数管和闪烁计数器等电子学探测器。新粒子 的发现往往借助于当时的新型探测器凯时国际游戏，例如1932年和1936年用云雾室先 后发现了正电子和μ介子，1939年用电离室发现核裂变现象，1954年用 气泡室发现Σ0超子，1961年用火花室发现μ中微子等。值得提出的是以 我国科学家为主于20世纪50年代利用气泡室发现了反Σ-超子。 60年代末至80年代初，同多路电子学配合使用的多丝正比室、漂移室凯时国际游戏、 多种电磁和强子量能器和标准快电子学插件NIM系统及CAMAC总线系 统迅速发展起来。加以电子学技术和计算机的飞速发展，数据获取和事 例重建和显示的速度大大提高，出现了各种用于固定靶和对撞机的大型 综合多粒子谱仪及非加速器宇宙线实验的大型电子学探测器阵列凯时国际游戏。许多 新粒子和新现象的发现都是利用它们得到的。例如，1974年发现的J/ψ粒 子和1976年发现的τ粒子以及1983年发现的中间玻色子W和Z0等。 切仑科夫计数器——高速带电粒子在透明介质中的运动速度超过 光在该介质中的运动速度时，则会产生切伦科夫辐射，其辐射角 与粒子速度有关，因此提供了一种测量带电粒子速度的探测器。 此类探测器常和光电倍增管配合使用；可分为阈式(只记录大于某 一速度的粒子)和微分式（只选择某一确定速度的粒子）两种。 这些年来在这一领域有多位粒子科物学理家与核获物得理了实诺验 贝尔奖，有力地说明了粒子 C.T.R.Wilson 发明云室，一种观测带电粒子径迹的方 法和技术（1927年） – 有机闪烁体凯时国际游戏凯时国际游戏，包括塑料、液体和晶体(如蒽、茋等)，前两种使用普遍。由于 它们的光衰减时间短（2～3纳秒，快塑料闪烁体可小于1纳秒）凯时国际游戏，常用在时 间测量中。它们对带电粒子的探测效率将近百分之百。 来自地球表面的各种放射性凯时国际游戏，如 40K、232Th、235U 来自宇宙（太阳、银河系）的宇宙线（凯时国际游戏凯时国际游戏、） 来自加速器和人工放射源的各种能量、不同种类的粒子和射线 ➢ 为了测量粒子和射线的基本性质，研究这些粒子之间的相互作用以及它们与 宏观物质的相互作用 粒子探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不 可缺少的工具和手段。当粒子和探测器内的物质相互 作用而产生某种信息（如电凯时国际游戏、光脉冲或材料结构的变 化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、 位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。 ✓ 计数器类：以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息凯时国际游戏。 ✓ 径迹室类：通过记录、分析辐射产生的径迹图象测量核辐射。 以核物理与粒子物理实验为背景，介绍各种探 测器的基本概念和基础知识，包括：微观粒子 与物质的相互作用和它们的探测原理凯时国际游戏。 介绍各种微观粒子探测器：气体探测器、半导 体探测器、闪烁探测器凯时国际游戏、契伦柯夫探测器、气 体多丝室、各种径迹探测器、粒子探测系统、 各种磁谱仪（高能磁谱仪和重离子磁谱仪）等 的基本结构、工作原理、主要特性、种类和应 用等。 高能物理实验研究需要粒子加速器和探测器及其它设备。加速器 将微小带电粒子加速到非常高的能量，速度接近光速，然后打到 固定的靶上或彼此对撞凯时国际游戏，以研究物质深层次的结构。探测器用来 探测碰撞产生的微小粒子，记录各种信息，如粒子径迹、衰变产 物、飞行时间、粒子动量凯时国际游戏、能量、质量等。粒子探测器的发展史 正是人类对物质世界的认识不断深化和实验同理论不断相互促进 的历史。 ➢ 为了将这些粒子与射线作为微小的探针来研究微观和亚微观结构，如：晶体 结构、物质的表面结构、分子原子及核结构等 ➢ 为了通过这些粒子或射线来研究我们达不到的各种天体，如地球的深处、太 阳的内部、月亮或银河以外凯时国际游戏、更遥远的天体 ➢ 为了使粒子和射线在工业、农业、矿山、地质、医疗凯时国际游戏、环保、航天等领域被 广泛地应用凯时国际游戏，不可替代地获得对宏观物质的形态、结构、成分的测量和研究计数器描迹仪慢波结构凯时国际游戏匹配掩膜板 |