Патаракин Олег Октябревич к ф. м н. Климов Анатолий Иванович к ф. м н. Мелешко Евгений Алексеевич программа

Вид материала

Программа

Содержание Всего часов Методические основы ядерно-физического эксперимента II. Устройства для предварительной обработки сигналов детекторов излучения III. Электроника физического эксперимента Список литературы Электроника физического эксперимента

Подобный материал:

• Николай Алексеевич Лопаткин, Директор фгу нии урологии Росмедтехнологий, проф. Олег, 45.31kb.
• Тема: Чарушин Евгений Иванович друг ребят и зверят, 101.3kb.
• Уважаемые Виктор Алексеевич, Алексей Васильевич, Олег Иванович и участники совещания!, 133.16kb.
• Можеевский евгений Иванович, 11.06kb.
• Уважаемые отец Олег, Олег Александрович, Михаил Иванович, представители духовенства, 120.22kb.
• Анатолий Иванович Кижеватов и рядом с ним двое мальчишек. Втроем они вели разбор задачи, 71.63kb.
• Яковлев Василий Иванович, Яковлева Галина Халимовна, Ярковский Сергей Игоревич. Отсутствовали:, 171.14kb.
• Т н. Никулин Олег Алексеевич, Новиков Юрий Михайлович, Пивник Александр Васильевич,, 158.75kb.
• Онаградах Анатолий Алексеевич говорить не любит. Зато о батальоне рассказ, 37.34kb.
• Программа курса лекций (4 курс, 7 сем., 36 ч., экзамен) Доцент Воробьев Анатолий Иванович, 15.75kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский физико-технический институт

(государственный университет)


УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

Ю.А. Самарский

___ мая 2008 г.


ПРОГРАММА


по курсу: МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

по направлению: 511600

факультет: ФНТИ

кафедра: физики и физического материаловедения

курс: 3

семестр: 5

лекции: 34 часа

практические (семинарские) занятия: нет

лабораторные занятия: нет

самостоятельная работа: 1 час в неделю

экзамен: нет

зачет: 5 семестр

ВСЕГО ЧАСОВ: 34


Программу и задание составили:

д.ф.-м.н. Патаракин Олег Октябревич

к.ф.-м.н. Климов Анатолий Иванович

к.ф.-м.н. Мелешко Евгений Алексеевич


Программа утверждена на заседании кафедры физики и

физического материаловедения ___ мая 2008 года


Заведующий кафедрой В.Г. Вакс


МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА


I. Детекторы излучения

1. Радиоактивность и радиоактивные источники. Альфа - и бета распады, гамма излучение, нейтронные источники, ядерные диаграммы, законы радиоактивного распада, цепочки радиоактивных распадов. Биологический эффект радиации, дозиметрические единицы, эквивалентная и эффективная дозы, пределы допустимых доз.
   
2. Прохождение излучения через вещество. Основные характеристики - сечение, средний пробег и другие. Энергетические потери заряженных частиц в веществе, формула Бете-Блоха. Черенковское излучение. Энергетические потери электронов и позитронов. Синхротронное излучение. Взаимодействие фотонов с веществом (фотоэффект, Комптоновское рассеяние, образование электрон-позитронных пар).
   
3. Общие характеристики детекторов. Чувствительность, функция отклика, пространственное и временное разрешение, эффективность, мертвое время. Классификация типов детекторов.
   
4. Ионизационные детекторы. Ионизация, диффузия, дрейф. Газоразрядные счетчики. Пропорциональные и дрейфовые камеры, цилиндрические камеры, времяпроекционные камеры (TPC), жидко-ионизационные детекторы (LID).
   
5. Сцинтилляционные детекторы и ФЭУ. Органические и неорганические сцинтилляторы и их характеристики, газовые сцинтилляционные детекторы. Эффективность к различным типам радиации. ФЭУ - их параметры, время отклика, разрешение, шум и методы борьбы с шумом. Сбор света, оптоволокна. Сцинтилляционные телескопы.
   
6. Полупроводниковые детекторы. Общие свойства, кремниевой диод и принципы его работы, микростриповые детекторы, микроканальные пластины.
   
7. Трековые детекторы. Камера Вильсона, пузырьковые камеры, ядерные фотоэмульсии, искровые детекторы. Регистрация следов заряженных частиц.
   

II. Устройства для предварительной обработки сигналов детекторов излучения.

8. Методы съема сигналов с основных типов детекторов. Выделение информации об энергии, потерянной частицей в детекторе. Определение момента регистрации частицы. Выделение информации о типе заряженной частицы по форме импульса сигнала с детектора. Выделение пространственной информации в позиционно-чувствительных детекторах.
   

9. Методы аналогового преобразования амплитудной информации. Передача сигналов, усиление сигналов. Формирование сигналов. Шумы и отношение сигнал - шум. Наложение импульсов, методы уменьшения влияния наложений на разрешение спектрометра.
   

III. Электроника физического эксперимента.

10. Методы амплитудной селекции. Линейные сумматоры, интегральные и дифференциальные дискриминаторы. Линейные дискриминаторы, линейные схемы пропускания.
    

11. Методы временной селекции. Устройства временной привязки к флуктуирующим сигналам. Методы совпадений и антисовпадений. Логические устройства для физического эксперимента. Счетчики импульсов и запоминающие устройства. Регистры, делители частоты, счетчики импульсов.
    

12. Временные преобразователи. Аналоговые преобразователи интервалов. Счетно-импульсные преобразователи. Комбинированные преобразователи время-код.
    

13. Амплитудные преобразователи. АЦП на основе использования метода преобразования амплитуда-время (метод Вилкинсона). Последовательные, параллельные и параллельно-последовательные АЦП. Широкодиапазонные АЦП.
    

14. Методы получения пространственной информации в позиционно-чувствительных детекторах.
    
15. Кодирование информации в многодетекторных системах.
    
16. Методы автоматизации ядерно-физического эксперимента. Модульные программно-управляемые системы КАМАК, VME, FASTBUS.
    

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руководство к лабораторным занятиям по физике под ред. Гольдина Л.Л., М., «Наука», 1973 г.
   
2. К.Н.Мухин Экспериментальная ядерная физика; Физика атомного ядра кн.1, Москва, Энергоатомиздат 1993 г.
   
3. Г.Фрауэнфельдер, Э.Хенли Субатомная физика Москва Мир 1979
   
4. W.R.Leo Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlar 1994
   
5. А.И.Абрамов, Ю.А.Казанский, Е.С.Матусевич Основы экспериментальных методов ядерной физики, М., Атомиздат, 1977г.
   
6. Е.А.Мелешко Наносекундная электроника в экспериментальной физике, М., Энергоатомиздат, 1987 г.
   
7. В.А.Григорьев, А.А.Колюбин, В.А.Логинов Электронные методы ядерно-физического эксперимента, М., Энергоатомиздат, 1986 г.
   
8. Лабораторный практикум по экспериментальным методам ядерной физики под ред. К.Г.Финогенова, М., Энергоатомиздат, 1986 г.
   
9. Е.Ковальский Ядерная электроника, М., Атомиздат, 1972 г.
   

Дополнительная литература

1. М.Д.Шафранов «Микроструктурные газовые координатные детекторы», ЭЧАЯ 2002, т.33, в.5, с.1204
   
2. К.Н.Мухин, О.О.Патаракин «Экзотические процессы в ядерной физике», УФН, 2000, т.170, в.8, с.855
   
3. Proceedings of the 8 International Wire Chamber Conference, NIM 1998, V.419, N.2,3
   
4. А.П.Черняев «Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом», Москва, Физматлит, 2004
   
5. И.Е.Иродов «Сборник задач по атомной и ядерной физике»,Москва, Атомиздат 1971
   
6. Л.И.Пономарев «Под знаком кванта»,Москва, Физматлит, 2006
   

Задачи к курсу «Методические основы ядерно-физического эксперимента»

1. Для вычислений Вам необходимо использовать время жизни мюона. Из анализа литературы Вы нашли семь величин из различных экспериментов: (2,1980,001) мкс; (2,1970,005) мкс; (2,19480,0010) мкс; (2,2030,004) мкс; (2,1980,002) мкс; (2,2020,003) мкс; (2,19660.0020) мкс. Какое значение следует использовать?
   
2. Пионы и мюоны с одинаковым импульсом 140 МэВ/с проходят через прозрачное вещество. Найти диапазон показателя преломления этого вещества, для которого черенковское излучение будут давать только мюоны.
   
3. Чтобы объяснить ядерные силы, Юкава предположил существование частицы с отличной от нуля массой покоя - мезона. Получить соотношение между радиусом действия ядерных сил и массой мезона, воспользовавшись принципом неопределенности. Оцените массу мезона.
   

1. Пучок высокоэнергетичных антипротонов попадает в жидководородную пузырьковую камеру длиной l. Предположив, что сечение упругого рассеяния _el и полное сечение _tot не зависят от энергии, вывести выражение для P₂(l) - вероятности того, что падающий антипротон дважды испытает упругое рассеяние и выйдет из камеры.
   

4. Было найдено, что слабый радиоактивный источник дает среднюю скорость счета 1 счет/с. Какова вероятность не наблюдать ни одного отсчета за период 4 с? Один счет за 4 с?
   
5. В эксперименте по изучению космических мюонов для их детектирования используется 2-см по толщине пластиковый сцинтилляционный детектор. Какая средняя энергия выделяется в счетчике от одного мюона?
   
6. Имеется пучок протонов с энергией 600 МэВ. Вам для эксперимента необходим пучок протонов с энергией 400 МэВ. Какой толщины ослабитель из меди необходимо поставить на пути пучка и что еще понадобится для получения пучка протонов со средней энергией 400 МэВ?
   
7. Как отличить позитрон от электрона по снимку в пузырьковой камере, если Вам неизвестно направление магнитного поля?
   
8. Толстая мишень марганца бомбардируется пучком дейтронов (ток I) в течение времени t с целью производства ядер ⁵⁶Mn с периодом полураспада T_1/2. Вычислите число активных ядер в мишени к моменту окончания облучения, предполагая, что пробег дейтронов в мишени равен R, а сечение, усредненное вдоль пробега дейтронов, . Используйте следующие числовые значения: I =4,810^-6 А, T_1/2 = 2,6 ч; t = 5,2 ч; R = 110 мг/см²;  = 10^-25 см².
   

10. Пионы рождаются в ядерных звездах и регистрируются в фотоэмульсиях. Обнаружено, что с кинетической энергией меньше 5 МэВ из ядер серебра фотоэмульсии вылетают лишь отрицательные пионы. Почему не наблюдаются положительные пионы с кинетической энергией меньше 5 МэВ? (Дать качественный ответ). С E_кин>5МэВ наблюдаются оба вида пионов.


ЭЛЕКТРОНИКА ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА


1. Устройства для предварительной обработки сигналов детекторов излучения


1.1. Методы аналогового преобразования амплитудной информации.

1.1.1. Усиление сигналов.

1.1.2. Формирование сигналов.

1.1.3. Шумы и отношение сигнала к шуму.

1.1.4. Наложение импульсов, методы уменьшения влияния наложений на разрешение спектрометра.


1.2 Методы амплитудной селекции.

1.2.1. Линейные сумматоры.

1.2.2. Интегральные дискриминаторы.

1.2.3. Дифференциальные дискриминаторы

1.2. 4. Линейные дискриминаторы.

1.2. 5. Линейные схемы пропускания.


1.3. Методы временной селекции.

1.2.1. Устройства временной привязки к флуктуирующим сигналам.

1.2.2. Методы совпадений и антисовпадений.

1.2.3. Логические устройства для физических экспериментов.

1.2.4. Счетчики импульсов и запоминающие устройства.

1.2.5. Регистры, делители частоты, счетчики импульсов.

1.2.6. Запоминающие устройства.


2. Аналого - цифровые преобразователи


2.1. Временные преобразователи.

2.1.1. Аналоговые преобразователи интервалов.

2.1.2. Счетно-импульсные преобразователи.

2.1.3. Комбинированные преобразователи время - код.


2.2. Амплитудные преобразователи.

2.2.1. АЦП на основе использования метода преобразования амплитуда-время (метод Вилкинсона).

2.2.2. Последовательные АЦП.

2.2.3. Параллельные АЦП.

2.2.4. Параллельно - последовательные АЦП.

2.2.5. Широкодиапазонные АЦП.


3. Методы получения пространственной информации в ПЧ-детекторах.


4. Кодирование информации в многодетекторных системах.


5. Методы автоматизации ядерно - физического эксперимента

5.1 Модульная программно-управляемая система КАМАК.

5.2 Модульная программно-управляемая система VME.

5.3 Модульная программно-управляемая система FASTBUS.


Лабораторные работы курса


1. Электроника предварительной обработки информации (усилители, амплитудные дискриминаторы, формирователи с временной привязкой - ФСП, схемы совпадений, линии задержки, смесители - разветвители).

2. Амплитудно-цифровой преобразователь.

3. Преобразователи время - код в стандарте КАМАК.

4. Спектрометр интервалов времени наносекундного диапазона.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Е.А. Мелешко Быстродействующая импульсная электроника. М., Физматлит, 2007.

2. В.А. Григорьев, А.А. Колюбин, В.А. Логинов Электронные методы ядерно-физического эксперимента, М., Энергоатомиздат, 1988.

3. Лабораторный практикум по экспериментальным методам ядерной физики., под ред. К.Г. Финогенова. М., Энергоатомиздат, 1986.

4. К.Э. Эрглис Интерфейсы открытых систем. М., «Горячая линия – Телеком», 2000.