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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141

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257

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366

参考文献67

第4章 加速器68

习题472

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5119

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6145

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7176

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8212

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9238

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10258

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11273

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12285

参考文献286

第13章 通用探测器实例：Belle289

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13311

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14351

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15373

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16408

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