核物理實驗中的粒子鑑別技術，測定在原子核反應和放射性核素衰變中的產物粒子種類的技術。
基本介紹
- 中文名：核物理實驗中的粒子鑑別技術
- 用途：測定在原子核反應和放射性核素衰變中的產物粒子種類
粒子種類（如正、負電子，α粒子及各種重離子等）是以它的電荷和質量標誌的。中子可以通過某些轉換過程產生帶電粒子(如反衝質子)後進行測量。用在磁場中偏轉的方法將β粒子、γ光子和α粒子分開，就是一種最簡單的粒子鑑別方法。常用的粒子鑑別方法有脈衝形狀鑑別法、射程法等。脈衝形狀鑑別法 在用某些閃爍體進行粒子測量時可用此方法。其原理是：帶電粒子在閃爍體中激發螢光，螢光的衰減時間與致激發的帶電粒子種類有關（見閃爍計數器）。例如，脫氧有機閃爍體中質子激發的螢光衰減時間比電子激發的長得多。這樣，閃爍計數器在探測質子時給出慢脈衝信號。而探測電子時卻給出快脈衝信號。利用脈衝形狀鑑別電路，可將質子事件與電子事件區別開。典型的例子是n-γ分辨技術，它常常被用來在伴有強γ輻射的條件下進行中子測量。射程法 利用粒子在媒質中射程上的差別，可以區分輕粒子與重粒子，也可區分重粒子中的輕、重離子。例如，用很薄的閃爍計數器可以阻止住質子和α粒子，但一定能量以上的β粒子卻穿透它，只在探測器中損耗很小的能量。這樣，質子和α粒子在此探測器中產生相應於其全部動能的脈衝信號，相反，相應於β粒子的脈衝卻很小。用脈衝甄別法，很容易將β脈衝剔除，而只記錄質子和α粒子的脈衝。ΔE-E望遠鏡粒子鑑別法 相同能量E的重粒子在穿過薄層媒質時的能量損失ΔE與粒子的種類有關。如粒子的質量為M，電荷數為Z，則大致上關係式ΔE·E∞MZ2成立。因此如把一個測量粒子能損的薄層穿透型探測器和一個能測量粒子剩餘動能ER的佇阻探測器組成複合探測系統（通常稱為望遠鏡），同時測出該粒子的能損和動能(E＝ΔE+ER)，按相應的MZ2值可對粒子種類進行鑑別。通常用作粒子能損探測的有全耗盡薄片半導體探測器和充氣電離室，前者主要用於輕離子和較輕的重離子。在探測較重的重離子時使用後者能得到具有均勻厚度和可調厚度（改變氣壓或氣體類型）的薄片型探測器，並有較高的能量測量精度。作為剩餘動能探測器，常用半導體探測器，有時也用充氣電離室。原則上講，不同核素的MZ2都是不同的，但是在目前可以達到的ΔE和E的測量精度範圍內，在只用ΔE-E望遠鏡的情況下，最多只能對比氧輕的元素同時進行M和Z的鑑別，對比氧重的元素只能進行Z鑑別，分辨本領Z/ΔZ可達50左右。有時為了擴大Z鑑別的動態範圍，還可在E探測器前放置幾個ΔE探測器，數據處理時進行不同的組合，在較寬的能量範圍內對大小不同的Z都可以作出較好的鑑別。飛行時間法 一個能量為E的重粒子通過一定的飛行距離所需的時間t與其質量M有關，在非相對論情況下可以得到M∞Et2。如果同時測量粒子的能量和飛行時間(見飛行時間技術)就可以判定該粒子的質量M。這是鑑別重離子質量的比較簡單和有效的方法。目前用這樣的方法可達到的分辨本領M/ΔM為70左右。飛行時間方法還可與ΔE-E望遠鏡一起組成t-ΔE-E望遠鏡。這樣，可對較重的離子同時進行M和Z的鑑別。磁場偏轉分析法 一定動量的帶電粒子在磁場中運動，發生偏轉。可以按此原理建造各種類型的磁譜儀(見重粒子磁譜儀)。如果測量粒子磁剛度的同時測量ΔE和E，或者飛行時間，也可以同時得到粒子的M和Z。這種方法分辨較好，但是設備複雜，造價也高。隨著技術的發展和各種探測器分辨性能的改進，將上述幾種方法進行更為合理的組合，粒子鑑別的分辨本領還會有進一步的提高。這將給人們以研究微觀世界的更為有效的工具。
