1、核电子学 Nuclear Electronics,张雪梅,在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来的电子学与核科学间的一门交叉学科。核电子学形成于20世纪50年代。其内容包括：核科学、高能物理和核技术中有关核辐射和粒子探测的电子技术；核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射的加固技术；核技术应用中所需的核电子技术。核辐射现象（天然放射性）发现于1896年。1926年H.盖革等发明了能探测单次辐射的GM计数管，使核物理实验得到了电子技术的支持，从而促成了核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1931年卢瑟福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器，是核物理实验中早期的有力
2、工具。第二次世界大战开始后，围绕核武器的研制，核电子学得到更大发展，逐渐形成了一门学科。1949年，R.L.霍夫斯塔特发明了闪烁计数器，推动了核谱学和相应测量仪器谱仪的发展。50年代中、后期，高能加速器出现，物理学家开始寻找新的基本粒子。60年代中期，核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。1968年和1970年，卡尔帕克先后发明了多丝室和漂移室探射器，它们的信号丝数可达数万。因此要求有快、准、稳的电子读出电路。这种由大型快速电子电路计算机组成的系统在70年代中出现大规模集成电路等器件后才得以实现。这种全电子式探测器在高能物理实验中逐步取代了1952年发明的汽泡室。1974年，丁肇中和B.里克特分
3、别用全电子学方法发现了J粒子。1983年在欧洲核子研究中心的SPS质子-反质子对撞机上观察到中间玻色子W+、W-和Z0的衰变现象。核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电子学各分支技术成就中发展的，同时也作出了自己的贡献。如核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算机的发展提供了有益的经验。在核电子学中还首先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析技术基础上发展出高速模-数转换技术等。核电子学的研究对象包括：各种辐射探测器和与之相应的电子电路或系统。针对核信息的随机性、统计性或单次性等特点的电子学测量技术，时间间隔（微秒到皮秒）、空间分辨（毫米到微米）。配有在
4、线电子计算机的核电子系统，用于在核技术和高能物理实验中实时获取并处理巨量核信息，在实验全过程中对整个系统工作的监测和控制。核技术在工业、农业、军事、医学、生物研究等方面应用时所需的各种辐射探测技术和电子技术。例如，20世纪70年代以后，核医学诊断吸收了核电子学方法，使同位素扫描技术发展成照相机技术，又进而发展成断层照相技术。,在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来的电子学与核科学间的一门交叉学科。形成于20世纪50年代。,辐射,辐射充满着整个空间,E.g. background radiation 2006年诺贝尔物理学奖 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA,
5、电磁波（电磁辐射）,高能电磁波如：射线（X射线），属于核（电离）辐射范畴。,核（电离）辐射,电离辐射：10 eV -10 MeV主要来源于原子核或核外电子的某些过程,放射性,在人们发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的，它们会自发地蜕变，变成另一种核素，同时放出各种射线（核辐射）。这样的现象称为放射性衰变。,放射性,核素：AX,摘自杨福家原子核物理,放射性衰变的种类,中性核辐射 高能电磁辐射 (X射线, 射线)中子 (各种能量的中子)带电粒子核辐射轻的带电粒子 (电子、正电子、射线)重的带电粒子 (粒子、质子、重离子等),也称为电离辐射、射线，泛指原子或原子核的某些过程（如核衰变或核裂变等
6、）放出的粒子，或由加速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括（4He2+）、3He、p、d、t等重带电粒子，重离子和裂变碎片，e+、e-（射线）等轻带电粒子，X、射线，中子等。包括：高能电磁波：X、射线； 粒子：带电粒子、中性粒子等。,核辐射（重点）,核辐射是双刃剑，既有其危害性，更有着无可替代的优越性，为人类的当代生活带来了便利。,核技术应用,核技术应用,核成像技术离子束分析同位素示踪检测用核技术辐射工艺等,X射线行李安检系统,X射线成像技术地铁、机场等地的安全检查,医学影像学,核成像技术通过对射线的利用，探测物体的内部组成和结构，获得物体的图像，而不必破坏该物体。,大型集装箱检测系统,工
7、业在线测厚仪,检测用核技术用核物理方法测量地下的矿藏和工业规模材料的厚度、密度、重量、成分以及测量界面等等。,同位素示踪技术成为生物、化工、医学和地矿领域中必不可少的强有力的工具。,核技术应用已渗透到我们当代生活的方方面面，深化了农业的绿色革命，促进了工业的技术改造，推动了环保事业的发展，提高了人类征服疾病的能力。,核辐射探测与测量是核技术应用和开展核相关实验研究的基础,核辐射探测与测量,核辐射探测系统=核辐射探测器+核电子学仪器,核辐射探测与测量方法,核电子学,核辐射现象（天然放射性）发现于1896年。核电子学形成于20世纪50年代。,核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电子学各分支技术成
8、就中发展的，同时也作出了自己的贡献。如核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算机的发展提供了有益的经验。在核电子学中还首先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析技术基础上发展出高速模-数转换技术等。,核电子学,广义讲，泛指核科学领域的各种电子学方法：核辐射探测器电子学核物理及核技术应用等粒子电子学高能基本粒子的基础研究加速器电子学高频振荡、磁场稳定、参数控制核反应堆自动控制、电子模拟与设计同位素应用仪表核医学电子仪器计量测量仪表与安全防护电子学的辐照损伤的研究,核心：对核信号进行测量与分析的电子技术，即大量常用的对核辐射探测器的信号作放大、处理、分析和记录
9、所采用的各种电子仪器、装置以及与计算机相配合的实验测量系统。,核电子学范畴,核电子学的研究对象和内容（重点）,核辐射探测器的输出信号处理和分析核辐射探测器给出的电信号。用电子学方法对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等参量的获取、处理和分析，可以获得核辐射的能量、电荷量、时间、空间等各种性质。,核电子学与普通的电子学到底有哪些不同？,核辐射探测器,气体探测器半导体探测器闪烁探测器 等,气体探测器,平行板电离室,iD,iD,正比计数器,半导体探测器,闪烁探测器,核辐射探测器的等效电路（重点）,探测器可以看作一个电流源，以气体探测器（电离室）为例：,当RD远大于外电路电阻时：,探测器可等效为一个电流
10、源与CD并联，电流脉冲中包含的时间特性和电荷信息与探测器种类有关,核辐射探测器的输出信号,核辐射探测器的输出信号是一系列幅度大小不一、波形不尽一致、前后间隔疏密不均匀出现的时间随机分布的电流脉冲（持续时间为ns-s），在体电容上建立的电压脉冲幅度多为mV量级。电流脉冲由核辐射的性质及探测器的响应所决定，对这些脉冲进行测量，可以得到有关核辐射的信息。,能谱测量,时间测量,对后续电路（输出回路）的选择，取决于物理参数的测量,输出回路,电离辐射探测器都能产生相应的输出电流，持续时间在纳秒到微秒，在电路分析中，可把它等效为电流源；该输出电流具有一定的形状，即有一定时间特性，所以可用于时间分析；如在输出
11、电容上取积分电压信号，电压幅度正比于E，可做入射粒子能量测量。,核辐射探测器输出信号小结,更多的知识可在核辐射探测与测量方法课中学习,处理的对象是宽度从纳秒量级到微秒量级的电流脉冲信号。电流脉冲信号在时间上和幅度上是随机变化的、即非周期的和非等值的。测量的精度要求高。一般时间测量可达到100ps的量级，使得空间分辨率达到几十微米量级，幅度测量的精度能达到千分之一。,核电子学的特点,核电子学系统的组成,探测器输出脉冲幅度在mV-V之间，对于小的信号需要放大，是否选择放大器与所使用的探测器有关探测器输出脉冲波形与输出回路的时间常数有关，对于不同实验目的的实验测量系统，如能量测量、计数测量或时间测量
12、，电子学插件的选用也不同,典型的核电子学系统,探测器,核电子学系统,信号处理,数据获取和处理,高压电源,前置放大器,主放大器,计数器,核电子学系统组成框图,实验测量系统的组成,探测器,核电子学系统,实验测量系统的组成,核电子学课程安排,预备知识,信号处理,数据获取数据处理,核电子学讲义,其他参考书：核电子技术原理 王芝英 主编 原子能出版社核电子学（上、下） 王经瑾等编著 清华大学核电子学专业讲义核电子学概要 唐兆荣等编译 原子能出版社核电子学基础（上、下） 周志成编著 原子能出版社模拟电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高等教育出版社数字电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高等教育出版社,成绩,平时 40%作业20%出勤情况5%实验情况15%期末 60%不得无故缺课，违反者按学校教务处规定处理。,
