中国科学技术精品教材：粒子探测技术

总序
前言
第1章 粒子简介
1.1 构成世界的基本粒子
1.2 粒子的分类
1.3 粒子的寿命
1.4 重离子
参考文献
习题

第2章 粒子探测的物理基础
2.1 带电粒子和物质的相互作用
2.1.1 电离和激发能量损失
2.1.2 多次散射
2.1.3 辐射能量损失
2.1.4 切伦科夫辐射
2.1.5 穿越辐射
2.1.6 电磁相互作用引起的能量损失
2.2 光子和物质的相互作用
2.2.1 光电效应
2.2.2 康普顿效应
2.2.3 对产生
2.2.4 光子总截面
2.2.5 电磁簇射
2.3 强子和物质的强相互作用
2.3.1 强相互作用简介
2.3.2 中子与物质的相互作用
参考文献
习题

第3章 粒子探测中的统计规律
3.1 误差基本概念
3.1.1 误差介绍
3.1.2 有效数字
3.1.3 粒子探测中的统计误差
3.1.4 算术平均值和真实值
3.2 统计分布
3.2.1 二项式分布
3.2.2 泊松分布
3.2.3 高斯分布
3.3 统计误差
3.3.1 标准误差
3.3.2 标准误差的物理意义
3.3.3 计数的统计误差
3.3.4 误差演算公式
3.3.5 非等精度测量
3.4 测量数据的审查
3.5 计数时间或源强的选择
3.6 电离过程中的统计涨落和能量分辨率
3.6.1 能量分辨率
3.6.2 法诺因子修正
参考文献
习题

第4章 气体探测器
4.1 气体探测器的测量原理
4.1.1 带电粒子在气体中的能量损失和统计规律
4.1.2 产生电子一离子对的能量
4.1.3 电子和离子在气体中的运动
4.1.4 电荷收集过程和工作模式
4.2 三种基本的气体探测器
4.2.1 电离室
4.2.2 正比计数器
4.2.3 G-M计数器
4.3 气体多丝室
4.3.1 多丝正比室
4.3.2 多丝漂移室
4.3.3 时间投影室
4.4 平行板电极型气体探测器
4.4.1 火花室和平行板室
4.4.2 电阻板室和多气隙电阻板
4.5 微电极型气体探测器
4.5.1 微电极气体探测器的工作原理和特性
4.5.2 微电极气体探测器的性能参数
4.5.3 微电极型气体探测器的应用
4.5.4 气体探测器的工作寿命
参考文献
习题

第5章 半导体探测器
5.1 半导体探测器的工作原理
5.1.1 半导体的基本知识
5.1.2 PN结
5.1.3 半导体探测器的工作原理
5.2 半导体探测器的种类
5.2.1 PN结型半导体探测器
5.2.2 锂漂移型半导体探测器
5.2.3 高纯锗半导体探测器
5.2.4 全耗尽型半导体探测器
5.2.5 化合物半导体探测器
5.2.6 特殊类型的半导体探测器
5.3 径迹测量的半导体探测器
5.3.1 硅微条探测器
5.3.2 电荷耦合器件
5.3.3 硅像素探测器
5.3.4 硅漂移探测器
5.4 半导体探测器的主要参数
5.4.1 窗厚
5.4.2 灵敏区厚度
5.4.3 结电容
5.4.4 正反向电流特性
5.4.5 能量分辨率和线性
5.4.6 位置分辨
5.4.7 脉冲波形和上升时间
5.4.8 辐照效应
5.4.9 信号读出与电荷灵敏放大器
5.5 半导体探测器的应用
5.5.1 在高能物理中的应用
5.5.2 在空间物理和宇宙线实验中的应用
5.5.3 在核医学中的应用
参考文献
思考题
习题

第6章 闪烁探测器
第7章 切伦科夫计数器与穿越辐射探测器
第8章 粒子探测系统
附录

插图：


第1章　粒子简介
科学家追求新发现、理解大自然的根本动力是好奇心，通过对自然的仔细思考和实验而获得进步。为了对实验进行分析，必须首先记录实验结果。最简单的装置就是人类本身的感观器官，但对于现代科学，这种“自然”的探测器要么灵敏度不够，要么适用范围不广。以人眼为例，要产生视觉影像，需要至少20个光子，而一个光电倍增管可以容易地观测单个光子；人眼观察的光谱集中在可见光区（400～800 nm），即动态范围只有两倍，而自然界的电磁波频率从市电、广播到微波、红外辐射、可见光、紫外光、x射线和y射线，足足跨越了23个量级!
由此可见，解决自然界的问题，大都需要精确的测量仪器或探测器，才能够在各种动态范围获得确实的结果。通过发展测量方法和探测器技术，人类强化和扩展了自身的感观能力。在许多情况下，需要采用新的、特定的探测器，而且通常不止一种测量。时至今日，还没有一种多功能探测器能够同时测量所需的所有参数。
为了深入研究微观领域的科学规律，人们需要“放大”器。放大的程度，或者说可观测到的微观尺度，由探测方法相应的波长决定，例如若使用可见光去探测，精度约为0.5um。当今粒子物理研究采用的“放大”器是各种加速器及其上的探测器。由于微观粒子的波长和动量成反比（德布罗意关系），因而动量越高的粒子能够探测的结构越精细。目前，人类可分辨的空间尺度可达1011 cm，比光学显微镜高了十万亿（1013）倍。而在宇观领域，为了研究宇宙的结构，需要探测、记录的能量范围从约100 ueV（宇宙微波本底辐射水平）直至1020 eV（高能宇宙射线）。