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导言 1

第1章 粒子、辐射与物质的相互作用 4

1.1 带电粒子的相互作用 5

1.1.1 电离和激发导致的能量损失 6

1.1.2 沟道效应 12

1.1.3 电离产额 14

1.1.4 多次散射 17

1.1.5 轫致辐射 18

1.1.6 直接电子对产生 21

1.1.7 光核作用导致的能量损失 21

1.1.8 总能量损失 21

1.1.9 带电粒子的能量-射程关系 23

1.1.10 同步辐射损失 26

1.2 光子的相互作用 27

1.2.1 光电效应 28

1.2.2 康普顿效应 29

1.2.3 对产生 31

1.2.4 光子吸收总截面 32

1.3 强子的强相互作用 35

1.4 气体中的漂移和扩散 36

习题1 41

参考文献 42

第2章 探测器的本征性质 48

2.1 分辨率和基本统计性质 48

2.2 特征时间 52

2.3 死时间修正 53

2.4 偶然符合 54

2.5 效率 55

习题2 57

参考文献 58

第3章 辐射测量单位和辐射源 59

3.1 辐射测量单位 59

3.2 辐射源 63

习题3 66

参考文献 67

第4章 加速器 68

习题4 72

参考文献 73

第5章 用于粒子探测的主要物理现象和基本的计数器类型 74

5.1 电离计数器 74

5.1.1 无放大功能的电离计数器 74

5.1.2 正比计数器 79

5.1.3 盖革计数器 85

5.1.4 流光管 86

5.2 液体电离计数器 89

5.3 固体电离计数器 90

5.4 闪烁计数器 98

5.5 光电倍增管和光电二极管 105

5.6 切伦科夫计数器 113

5.7 穿越辐射探测器（TRD） 117

习题5 119

参考文献 120

第6章 历史上的径迹探测器 130

6.1 云室 130

6.2 气泡室 132

6.3 流光室 135

6.4 氖闪光管室 137

6.5 火花室 138

6.6 核乳胶 140

6.7 银卤化物晶体 141

6.8 X射线胶片 142

6.9 热释光探测器 143

6.10 辐射光致发光探测器 144

6.11 塑料探测器 144

习题6 145

参考文献 146

第7章 径迹探测器 151

7.1 多丝正比室 151

7.2 平面漂移室 155

7.3 圆柱形丝室 159

7.3.1 圆柱形正比室和漂移室 160

7.3.2 放射形（Jet）漂移室 164

7.3.3 时间投影室（TPC） 166

7.4 微结构气体探测器 169

7.5 半导体径迹探测器 171

7.6 闪烁光纤径迹室 174

习题7 176

参考文献 176

第8章 量能器 185

8.1 电磁量能器 185

8.1.1 电子-光子级联 185

8.1.2 均质量能器 191

8.1.3 取样量能器 195

8.2 强子量能器 199

8.3 量能器的刻度和监测 206

8.4 低温量能器 208

习题8 212

参考文献 213

第9章 粒子鉴别 219

9.1 带电粒子鉴别 220

9.1.1 飞行时间计数器 220

9.1.2 利用电离损失鉴别粒子 223

9.1.3 利用切伦科夫辐射鉴别粒子 226

9.1.4 穿越辐射探测器 230

9.2 量能器鉴别粒子 232

9.3 中子探测器 235

习题9 238

参考文献 239

第10章 中微子探测器 245

10.1 中微子源 245

10.2 中微子反应 247

10.3 中微子探测的历史 248

10.4 中微子探测器 248

习题10 258

参考文献 259

第11章 动量测量和μ子探测 262

11.1 固定靶实验磁谱仪 263

11.2 专用磁谱仪 269

习题11 273

参考文献 274

第12章 老化和辐照效应 276

12.1 气体探测器中的老化效应 276

12.2 闪烁体的耐辐照性 281

12.3 切伦科夫计数器的耐辐照性 283

12.4 硅探测器的耐辐照性 284

习题12 285

参考文献 286

第13章 通用探测器实例：Belle 289

13.1 Belle子探测器 290

13.1.1 硅顶点探测器（SVD） 291

13.1.2 中心漂移室（CDC） 292

13.1.3 气凝胶切伦科夫计数器系统（ACC） 295

13.1.4 飞行时间计数器（TOF） 296

13.1.5 电磁量能器（ECL） 299

13.1.6 KL和μ子探测系统（KLM） 303

13.2 粒子鉴别 304

13.3 数据获取电子学和触发系统 306

13.4 亮度测量和探测器性能 310

习题13 311

参考文献 312

第14章 电子学 314

14.1 引言 314

14.2 系统示例 315

14.3 探测限制 319

14.4 探测器信号的获取 320

14.4.1 信号积分 321

14.5 信号处理 324

14.6 电子学噪声 325

14.6.1 热噪声（约翰孙噪声） 326

14.6.2 散粒噪声 327

14.7 信噪比与探测器电容的关系 327

14.8 脉冲成形 328

14.9 探测器和前端放大器的噪声分析 330

14.10 时间测量 335

14.11 数字电子学 337

14.11.1 逻辑单元 337

14.11.2 传输延迟和功耗 339

14.11.3 逻辑阵列 340

14.12 模拟-数字转换 341

14.13 时间-数字转换器（TDC） 344

14.14 信号传输 345

14.15 干扰和拾取 347

14.15.1 干扰拾取机制 347

14.15.2 补救技术 349

14.16 结论 350

习题14 351

参考文献 352

第15章 数据分析 353

15.1 引言 353

15.2 探测器原始数据的重建 354

15.3 分析面临的挑战 356

15.4 分析模块 357

15.4.1 带电粒子径迹 358

15.4.2 能量重建 361

15.4.3 夸克喷注 362

15.4.4 稳定粒子鉴别 363

15.4.5 次级顶点和不稳定粒子的重建 363

15.5 分析组分 365

15.5.1 蒙特卡洛事例产生子 365

15.5.2 探测器响应的模拟 366

15.5.3 非探测器信息的分析方法 366

15.5.4 多变量分析方法 368

15.6 分析实例 371

习题15 373

参考文献 374

第16章 粒子探测器在粒子物理以外的应用 377

16.1 辐射相机 378

16.2 血管造影 381

16.3 粒子束肿瘤诊疗 385

16.4 慢质子用于表面研究 389

16.5 γ和中子反散射测量 390

16.6 摩擦学 392

16.7 放射性尘埃的同位素识别 393

16.8 探查金字塔密室 394

16.9 放射性衰变用作随机数产生子 396

16.10 ve≠发=vμ的实验证据 398

16.11 γ射线天文的探测器望远镜 401

16.12 蝇眼探测器测量广延大气簇射 403

16.13 水切伦科夫计数器寻找质子衰变 405

16.14 放射性碳测定年代 406

16.15 事故剂量学 407

习题16 408

参考文献 408

摘要 414

参考文献 415

第17章 精粹汇总 416

17.1 带电粒子和辐射与物质的相互作用 416

17.2 探测器的本征性质 418

17.3 辐射测量单位 419

17.4 加速器 419

17.5 用于粒子探测的主要物理现象和基本的计数器类型 420

17.6 历史上的径迹探测器 420

17.6.1 云室 420

17.6.2 气泡室 421

17.6.3 流光室 421

17.6.4 氖闪光管室 421

17.6.5 火花室 421

17.6.6 核乳胶 422

17.6.7 塑料探测器 422

17.7 径迹探测器 422

17.7.1 多丝正比室 422

17.7.2 平面漂移室 423

17.7.3 圆柱形丝室 423

17.7.4 微结构气体探测器 424

17.7.5 半导体径迹探测器 424

17.7.6 闪烁光纤径迹室 425

17.8 量能器 425

17.8.1 电磁量能器 425

17.8.2 强子量能器 426

17.8.3 量能器的刻度和监测 426

17.8.4 低温量能器 426

17.9 粒子鉴别 427

17.9.1 带电粒子鉴别 427

17.9.2 量能器鉴别粒子 428

17.9.3 中子探测 428

17.10 中微子探测器 429

17.11 动量测量 429

17.12 老化效应 430

17.13 通用探测器实例 430

17.14 电子学 431

17.15 数据分析 431

17.16 应用 432

第18章 习题解答 433

参考文献 464

附录1 基本物理常数表 467

附录2 物理单位的定义及转换 470

附录3 单质和复合材料的性质 472

附录4 蒙特卡洛事例产生子 474

附录5 衰变能级纲图 480

索引 487