成都理工大学工程技术学院doc.docx

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成都理工大学工程技术学院doc

成都理工大学工程技术学院

核辐射探测实验课程教案

教师姓名所在系部能源与环境工程系授课专业核工程与核技术课程代码总学时—学分_

教材名称核辐射探测实验

课程名称

核辐射探测实验

授课专业

核丄程与核技术

年级

年

级

课程编号

课程类型

必修课

公共基础课（）;专业基础课（）;专业课

（2）

选修课

专业选修课（）；公共选修课（）

教学目标

本课程是核工程与核技术专业必修课。

其目的与任务是使本专业的学生掌握核辐射技术在实际工作中的应用的基本原理、以及核仪器工作原理、放射线与物质的相互作用原理，数据采集方法等技能，为核技术应用和核工程培养高级实用型技术人才。

授课方式

课堂讲授（）；实践课

（2）

考核方式

考试（）；考查

（2）

课程教学总学时数

本科：

62

学分数

本科：

7

学时分配

课堂讲授本科：

学时；实践课62学时

教材名称

核辐射探测实验教程

作者

曹利国

出版社及出版时间

原子能出版

社2010.7.

1.《原子核物理实验方法讲义》

作者

曹利国等

出版社及出版时间

自编，2008

授课教师

职称

单位

核技术教研室

周次

编写时间2010

早节名称

实验1散射料位测量

教学目的与要求：

（1）熟悉射线与物质作用时的散射规律；

（2）熟悉散射料位计的基本原理和测量数据特征；

（3）通过控制加水量，学习取得完整实验数据的方法；

（4）学会用Excel绘制曲线的方法；

（5）学会根据离散点求拐点的方法。

教学重点和难点：

教学重点：

散射料位计的基本原理和测量数据特征

教学难点：

根据离散点求拐点的方法

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

1.实验目的

（1）熟悉射线与物质作用时的散射规律；

（2）熟悉散射料位计的基本原理和测量数据特征；

（3）通过控制加水量，学习取得完整实验数据的方法；

（4）学会用Excel绘制曲线的方法；

（5）学会根据离散点求拐点的方法。

2.实验原理

（1）散射截面和散射射线计数率随原子序数的变化

丫射线在介质中散射的截面取决于丫射线在自由电子上的散射截面，起主导作用

的是单位体积内电子的数目。

因此，散射截面的表达式可以简化为：

PZ/Z/a

散射过程是在介质内一定的范围内进行的，散射射线在穿过介质被探测器记录之前，将被介质本身吸收（包括光电吸收‘1和散射吸收仏）,吸收系数随介质原子序数和密度的增大而增大。

即

卩严Z5E』5嗅%

（2）散射射线的计数率与散射角的关系

丫射线在电子上发生散射。

由于丫射线的能量远大于电子的动能，因此可以将这

一物理过程看做是具有一定动能和动量的丫量子在自由电子上的散射（图22.1）。

一部

分能量传递给反冲电子，而散射射线获得的能量为：

'E

Ey=

Ey

1一12（1_cost）

m°c

（4）移动放射源；重新检查、调整探测系统几何位置。

调节线性率表量程，使计数率表具有较大的偏转；读取并记录仪器计数。

（5）逐渐往量筒中加水。

开始每次加入约50ml;并读取、记录仪器读数（重复3次）。

在液面（料位）接近放射源一一探测器所在位置时，减少加水量，加密测点，每次大约

5-10ml.继续加水，同时观测数据的变化趋势，直到得到一条完整的曲线数据为止。

（6）在必要的位置补点。

注意：

不能改变探测装置几何布置！

用虹吸方法降低水面。

（7）换一个角度再重复（5）,（6）项实验工作。

（8）收好放射源；交还给教师。

将高压退回0。

经教师检查后，关闭电源。

5•实验报告

（1）用Excel绘制出各个角度下液面高度一一计数率曲线。

（2）根据离散点求曲线拐点。

拐点是等距的两点间计数增量最大的点（曲线一阶导

数最大的点）。

找出这一点，并与记录的液面位置比较和分析。

（3）解析曲线变化规律，并与你原来设想的规律比较。

记录格式

6.思考题

二、教学方法和手段、师生互动

1任务引领：

通过亲手演示和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

三、时间安排：

2学时

作业及课外训练：

实验报告以及思考题

参考资料（含参考书、文献等）:

原子核物理物理实验方法

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了散射料位工作原理，了解了核仪器的使用方法，基本达到预期效果。

周次

第2周，第2次课编写时间2009.2.23

早节名称

实验2吸收法料位测量

教学目的与要求：

（1）熟悉射线穿过物质时的衰减规律。

（2）了解料位计的基本原理和测量数据特征。

（3）通过控制加水量学习取得完整实验数据的方法。

（4）学习手工作图，手工求取曲线拐点，与实际液面位置比较。

（5）讨论产生误差的原因。

教学重点和难点：

教学重点：

料位计的基本原理和测量数据特征

教学难点：

学习手工作图，手工求取曲线拐点，与实际液面位置比较。

以及产生误差

的原因

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

实验32吸收法料位测量

1.实验目的和意义

通过实验要求学生掌握以下知识：

（1）熟悉射线穿过物质时的衰减规律。

（2）了解料位计的基本原理和测量数据特征。

（3）通过控制加水量学习取得完整实验数据的方法。

（4）学习手工作图，手工求取曲线拐点，与实际液面位置比较。

（5）讨论产生误差的原因。

2.实验原理

此实验我们选用的实验源为■■放射源，■■射线与物质相互作用，可以有许多种方式。

V

当射线的能量在30MeV以下时，在所有相互作用方式中，最主要有三种相互作用：

光

电效应、康普顿散射效应、电子对效应。

本实验选用241Am放射源，其全能峰为59.5

V

keV，检测的物料为水，那么低能射线和原子序数低的吸收物质，光电及康普顿效应占

优势。

本实验选用闪烁探测器，它具有分辨时间短、探测效率高等优点。

y

实验中，选用单能窄束射线。

穿过物质时，其吸收过程服从负指数衰减规律，即：

N=N°e皿也di）

式中：

N――表示有吸收体时的仪器的测量数据；

No――没有吸收体时的仪器测量数据；

5b――分别为容器壁的吸收系数和厚度（实际上是两个容器壁之和）；

叫，dl――分别为物料的吸收系数和厚度。

当物料的上界面在放射源与探测器确定的平面以下时，射线只被容器壁吸收。

当物料的上

界面高于放射源与探测器确定的平面时，射线将被容器壁及物料同时吸收；因而探测器记

录的脉冲数将明显下降。

其变化最快的位置与物料界面相对应。

同时，注意到放射源和探

测器都具有一定的面积。

因而计数率随物料上表面的变化是渐变曲线。

曲线的拐点将是物

料上表面经过放射源与探测器中心连线的位置。

若物料上界面固定（这也是很常见的情况），使放射源一一探测器同时移动，则计数率变化最大的位置（拐点）就是物料上界面所在位置。

3.实验仪器和设备

4.实验步骤

（1）固定放射源、探测器和量筒（物料容器）的几何位置，按照设备连接框图连接好各个插件。

经教师检查后再接通电源

（2）按推荐值调节好高压（-600V~800V）。

使仪器充分预热。

单道分析器处于积分状^态。

（3）移开放射源。

调节单道阈值，切掉仪器噪声。

（4）移开放射源。

重新检查、调整探测系统的几何位置。

调节线性率表的量程，使计数率表具有较大的偏转。

读取并记录线性表读数。

（5）逐渐往量筒中加水。

开始每次加入约50ml，并读取、记录仪器读数（重复3次取平均值）。

在液面（料位）接近放射源一一所在位置时，减少加水量，加密测点，每次加入约5-10ml。

继续加水，得到一条完整的曲线为止。

（6）手工作草图。

在必要的位置补点。

注意：

不能改变探测装置的几何布置！

（7）用虹吸方法吸干量筒中水。

重复步骤5、6.

（8）实验操作完毕，关闭电源。

整理好个人实验桌子上的设备，离开实验室。

5.实验报告

（1）手工液面高度率表格数的关系曲线图。

（2）求手工拐点。

拐点是等距离的两点技术增量最大的点（曲线一阶导数最大的点）。

找出这一点，并与记录的液面位置比较。

（3）解析曲线的变化规律。

尤其注意一些小的变化曲线。

并与你原来设想的规律比较。

（4）检查实验数据的重复性。

记录格式：

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过示范和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

三、时间安排：

2学时

作业及课外训练：

实验报告，思考题

参考资料（含参考书、文献等）:

核物理实验方法原子能出版社

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了什么是吸收法料位测量射法的区别，基本达到预期效果。

吸收法和散

周次

第周，第次课

编写时间

2010.4.12

早节名称

实验3放射性现象的统计特征

教学目的与要求：

（1）学习G—M计数器工作特性（坪曲线）的测定和工作状态的调整；

（2）掌握单道谱仪的调节和使用方法；

（3）观察放射性现象的统计特征；

（4）学习统计成果的图表表示和参数计算方法。

或高斯正态分布:

来描述。

当x很小时服从泊松分布；当x大于10时，泊松分布与高斯分布非常接近。

放射性测量仪器取得的数据，在一般情况下都比较大。

所以常利用高斯分布来描述放射性测量数据。

高斯分布也可以写作：

P（x）=he』z）2

V3I

其中P（x）表示观测值x出现的或然率;图3.1表示高斯正态分布的图像。

量的数据越分散，测量精度就越低。

h=；

h称为精确度指数”；c称为标准误差”。

b越小，曲线越窄；c越大，曲线越平坦，重复测根据高斯分布的基本理论，当或然率为峰值的一半

时分布曲线的宽度为:

FWHM=2（21n2）1/2；「一2.35二

FWHM称为半高宽度。

在半高宽度范围内，x的或然率为68.3%

（1）G—M计数器工作状态的调整

G—M计数器是气体探测器的一种。

在实验2中已经使用过。

在其阴极和阳极之间

所加高电压的高低直接决定其工作状态。

其电压特性表示如图.2所示。

在发现计数率略

有增加时（c段的后部），应立即降低高压，不必测量完整的坪曲线，避免损坏计数器，并将工作电压选在c段的前部。

计数率十

fr（t_■

Y-L-41"

*

高压

图3.2G—M计数器电压特性曲线

后再接通电源。

（2）将高压电源调节旋扭调到最低。

单道分析器处于积分状态。

（3）放好放射源（距探测器约5