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1、,经典物理讲座 原子核物理,杨东 原子核科学与技术中心,“小男孩” ： 50千克的235U； 能量为50万亿焦耳，相当于1万5千吨TNT当量； 能量通过冲击波、热线、放射线等方式爆发出来，分别占50%、35%、15%的比例 。,Rutherford atomic model,The father of nuclear physics Ernest Rutherford （18711937）,放射化学 半衰期的概念 质子的发现与命名 粒子散射实验: 原子核式结构模型 革命性的量子假设 人工核反应,汤川秀树 （19071981）,核力定性特征： 饱和性； 多体性； 离壳能效应等。,“for his
2、 prediction of the existence of mesons on the basis of theoretical work on nuclear forces“,Breaking news: 4N forces in the upper p-shell are also important!,China-SA Joint Symposium 2011,02/09/2011,液滴模型（The liquid drop model）,物理基础：原子核内核子核子强耦合： 1.核力的饱和性 2. 原子核不可压缩性。,独立粒子近似： 1. 原子核内存在一个有心平均场; 2. 每个核子在
3、核内应当是独立的.,Maria Goeppert-Mayer (19061972),for their discoveries concerning nuclear shell structure,自旋轨道耦合：ls项,These excitations were part of a level sequence with angular momenta I = 0, 2, 4 . . . and energies proportional to I (I+1),“for the discovery of the connection between collective motion and
4、 particle motion in atomic nuclei and the development of the theory of the structure of the atomic nucleus based on this connection“,Nuclear facilities,射线与物质的相互作用,带电粒子与物质四种碰撞过程: 电离损失:带电粒子与靶原子中核外电子的非弹性碰撞。 辐射损失:带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞。 带电粒子与靶原子核的弹性碰撞。 带电粒子与核外电子弹性碰撞。,Gamma光子与物质相互作用： 光电效应、康普顿散射、正负电子对效应等。,探测器： 气
5、体探测器（GM counter） 闪烁体探测器（NaI scintillation detector） 半导体探测器（HPGe detector）,高压,多道或单道,Walther Bothe （18911957）,“for the coincidence method and his discoveries made therewith“,Lifetime analysis,DSAM: Dependence of lineshape on detector position,p-n decoupled. New state of nuclear matter.,16C State of Nu
6、clear Matter,This result split the community:,Fried Egg Believers,Scrambled Egg Believers,Cluster model,Chirality in Nature,Is Chirality in Nuclear World ?,Chirality exists commonly in nature.,Left-,Right-,Chiral Molecules,DNA,Snail Shells,Definition for Chirality,Kelvins definition for chirality: “
7、I call any geometrical figure, or group of points, chiral, and say it has chirality, if its image in a plane mirror, ideally realized, cannot be brought to coincide with itself.” Lord Kelvin in 1904, “Baltimore Lectures on Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light”,Chiral or handedness,achiral
8、,chiral symmetry broken chiral Left or Right chiral symmetry reserved achiral No Left, no Right, = P y(),Chirality in Finite Nucleus,The rotation of triaxial nuclei can present chiral geometry.,There are three perpendicular angular momenta: Collective triaxial rotor R (along i axis) Particle-like va
9、lence proton jp (along s axis) Hole-like valence neutron jn (along l axis) the total angular momentum J is aplanar.,Frauendorf, Meng, Nucl. Phys. A 617,131(1997 ), = P y(),60Co: 20 mCi=7.4108 203.71072.5106 1.6 10-19=0.2 mW Sunlight:1000 W/m2 5万Ci 60Co source,PGNAA煤质分析原理,测量原理,瞬发射线中子活化分析技术： PGNAA(Pro
10、mpt Gamma-ray NeutronActivation Analysis),采用快中子经过慢化后，有一定比例的快、热中子照射原煤，使煤炭中的各元素与中子发生热中子俘获反应（n,)及快中子非弹散射反应（n,n,）（这两种瞬发核反应都在微秒级时间内完成）, 从而放射出不同能量的特征射线。,技术原理过程图,通过检测特征射线的能量可辨别煤炭中元素的种类，,通过检测特定能量射线的数量可辨别该元素的含量。,Enrico Fermi (19011954),“for his demonstrations of the existence of new radioactive elements prod
11、uced by neutron irradiation, and for his related discovery of nuclear reactions brought about by slow neutrons“,量子力学和量子场论创立人之一 曼哈顿计划主要负责人之一 费米-狄拉克统计 弱相互作用（Beta衰变）费米理论 中子辐照核合成以及慢中子反应研究 首座链式裂变反应堆,解谱原理,快中子以及经过慢化的热中子照射到煤上，煤中的不同核素与能量不同的中子发生不同的反应，放射出不同能量的特征射线。,通过检测特征射线的能量可辨别煤炭中元素的种类，,通过检测特定能量射线的数量可辨别该元素的含
12、量。,PGNAA煤质分析原理,辐射伏特微电池,硅、锗晶体中掺杂P原子,施 主 掺 杂（掺磷）,施主杂质、施主能级,磷替代硅，其效果是形成一个正电中心P+和一个多余的价电子。这个多余的价电子就束缚在正电中心P+的周围（弱束缚）。,受主杂质 受主能级,硅、锗晶体掺杂B原子,受 主 掺 杂（掺硼）,硼原子接受一个电子后，成为带负电的硼离子，称为负电中心（B- ） 。带负电的硼离子和带正电的空穴间有静电引力作用，这个空穴受到硼离子的束缚，在硼离子附近运动。,1937:发现电子伏特效应 19511957 ：光辐电池阶段 1999至今：辐射伏特极大发展 几何设计上很难再有突破 转向材料特性的研究 未有从射
13、线和物质相互作用的角度研究的文献报道,型辐射伏特核电池能量输运研究,1、单能电子在材料表面的反散射 2、电子射程 3、不同能量电子在材料中的能量沉积 4、源的自吸收 5、射线在材料中的能量沉积,Monte Carlo method,亦称统计模拟方法、随机抽样技术,是由Metropolis在二次世界大战期间提出的：Manhattan计划，研究与原子弹有关的中子输运过程.,Enrico Fermi,John von Neumann,Stanislaw Marcin Ulam,Nicholas Metropolis,Monte Carlo模拟的步骤：,构造或描述概率过程,实现从已知概率分布抽样,建立
14、各种估计量,Monte Carlo算法的主要组成部分,概率密度函数(pdf) 必须给出描述一个物理系统的一组概率密度函数;,随机数产生器能够产生在区间0,1上均匀分布的随机数,抽样规则如何从在区间0,1上均匀分布的随机数出发,随机抽取服从给定的pdf的随机变量;,模拟结果记录记录一些感兴趣的量的模拟结果,误差估计必须确定统计误差（或方差）随模拟次数以及其它一些量的变化；,减少方差的技术利用该技术可减少模拟过程中计算的次数；,并行和矢量化可以在先进的并行计算机上运行的有效算法,MCNP Program,程序是由美国国家实验室研 制开发的，为其所投入的研究、发展、程序编写及参数制作超 过了人/年。可以计算中子、光子和电子的联合输运问题 以及临界问题，中子能量范围从10-11MeV至20MeV，光子和电子 的能量范围从1KeV至1000MeV 。程序采用独特的曲面组合几何 结构，使用点截面数据，程序通用性较强，与其它程序相比， MCNP程序中的减方差技巧是比较多而全的。,放射源的自吸收的研究,1cm1cmH的Ti3H2 (钛吸氚比理论值为2，实际一般为1.21.8之间)， 密度：3.8g/cm3,放射源的自吸收的研究,放射源设计方案,