综合研究性实验试题:高温超导体特性测量综合实验

为了全面考察大学生的综合物理实验的水平,设计了高温超导体特性研究实验试题.实验提供了3个条带样品,要求学生根据超导体的特性,快速地找出其中的高温超导样品,并且设计实验方案,测量超导体样品的电阻随温度变化的关系曲线,确定该超导样品的临界温度.介绍了竞赛试题的实验内容并且给出解答,分析了参赛学生的实验考试结果.     

水下Co-60源切伦科夫辐射的蒙卡模拟

随着核应用领域的不断拓宽,放射源丢失事故发生的概率也随之增加。机载伽马谱仪可有效搜寻地面放射源,然而对于放射源丢失于水域的情况,由于伽马射线经由水层屏蔽后可探测性降低,故利用放射源在水中产生的切伦科夫辐射对其进行搜寻显得十分重要。采用MCNP与Geant4相结合的方法,以及在Geant4程序中采用接续计算技巧,对Co-60源在水中的切伦科夫光产生以及传输进行了计算,计算表明,切伦科夫光经水中传播后,主要波段在300~600 nm,强度呈由边缘到中心渐强的特征分布,分布范围大致与放射源在水中的深度一致,在水中传输300 m后其光通量约为100 cm^-2,可利用光谱特征和强度分布特征对其进行测量。     

填充等离子体的介质同轴波导中的切伦科夫辐射

 利用自洽线性场理论，导出了薄环形相对论电子注通过填充等离子体的介质同轴波导中的注波互作用色散方程，得到了注波互作用产生切伦科夫辐射的同步条件和波增长率。分析了填充等离子体后的波与电子注之间的能量交换及等离子体密度对色散特性、波增长率和注波能量交换的影响。分析结果表明：切伦科夫辐射是由沿介质同轴波导传播的慢波与沿薄环形相对论电子注传播的负能空间电荷波耦合所致，且其耦合强度与电子注的密度成正比；输出频率和波增长率随着填充等离子体密度的增大而提高；保持一定的输出频率，增大电子注的束流可得到高的微波输出功率。     

切伦科夫光斑室

高速带电粒子穿过透明介质时产生切伦科夫辐射．目前常用切伦科夫计数器探测速度阈以上的或一定速度范围内的粒子．我们注意到,当辐射体较薄时,带电粒子产生的切伦科夫辐射会在辐射体的底面形成局部面积和一定形状的照明区．可用位置灵敏的紫外光子探测器记录切伦科夫辐射光子．因而得到切伦科夫光斑,光斑中光子密集于粒子入射点附近．我们认为可以利用这一现象来探测高能粒子,并称之为切伦科夫光斑探测器原理,把这种探测?...     

大气切伦科夫望远镜

两台自动跟踪大气切伦科夫望远镜已经在北京天文台兴隆观测站投入运行,它们用于寻找甚高能γ射线点源和研究点源的发射特性以及探测甚高能γ射线强度的空间分布. 本文介绍望远镜的结构和牲能以及在观测条件下的测试结果.     

基于切伦科夫辐射的核素治疗剂量测量可行性分析

针对现有核素治疗中内照射剂量测量缺乏简单、高效方法的问题,基于内照射剂量与切伦科夫辐射之间的关系,提出一种基于切伦科夫辐射的核素治疗内照射剂量测量的新方法。利用蒙特卡罗计算程序Geant4,模拟放射性核素131I在水体模型和甲状腺模型中产生切伦科夫辐射与剂量沉积的分布情况,并定量分析切伦科夫光子数与剂量之间的关系。计算结果表明：在水体模的半径方向上切伦科夫光子数与剂量之间有着相同的变化趋势,且两者有着相同的二维分布规律;核素131I在介质中产生的切伦科夫光子数与剂量两者之间存在一定的线性关系,且这种线性关系与核素的分布情况无关。研究结果证实,将这种放射性核素在介质中产生的切伦科夫辐射应用于内照射剂量学具有非常大的研究潜力和价值。     

切伦科夫自由电子激光中自发辐射与受激辐射的关系

本文从单粒子理论出发,导出了切化科夫自由电子激光中自发辐射与受激辐射的关系。结果表明:在切化科夫自由电子激光中也存在着类似于wiggler自由电子激光中的Madey公式的关系。文中还利用得出的结果对倾斜角度受激切伦科夫辐射的增益进行了计算。 关键词：     

切伦科夫辐射“双成像法”测量电子束发射度

利用切伦科夫辐射,OTR或荧光靶等光学诊断方法进行发射度测量,国内外绝大部分实验是用CCD相机观测电子束打靶产生的光斑,变化四极透镜的磁场梯度,应用“三梯度法”计算出发射度.文中提出了一种新的“双成像法”测量方法,使切伦科夫辐射光通过一长焦距的消色差薄透镜,分别在焦平面和像平面获取图像.通过图像处理,前者可分析出电子束散角分布,后者可分析出电子束径向分布,从而直接得到均方根发射度.该方法对束流相空间和电荷密度分布无需假设,无需借助“三梯度法”,较其他常规测量方法具有实验装置更简便、测量精度更高和适用性更广等优点.文中给出了该测量方法对北京大学DC?SC光阴极注入器的发射度测量进行计算机模拟实验的结果和分析.     

基于空间信息改进聚类的切伦科夫荧光图像去噪算法

切伦科夫荧光成像因具有临床上广泛可用的放射性核素探针而成为近年来光学分子影像领域的研究热点,但放射性核素在衰变过程中产生的大量高能射线会造成采集到的切伦科夫荧光图像上存在大量脉冲噪声,严重影响基于切伦科夫荧光图像的定量分析和后续的三维重建等。为了尽可能降低上述噪声,提出了一种结合模糊局部信息C-均值聚类算法和整体变分模型的切伦科夫荧光图像去噪算法。数值仿真、物理仿体以及真实动物实验结果表明:与现阶段广泛使用的中值滤波算法相比,所提去噪算法能够在有效去除噪声的同时保留切伦科夫荧光光源部位的形状细节。     

空气簇射切伦科夫光观测

用快、慢光电倍增管分别构成两种探测装置,记录了广延空气簇射(EAS)切伦科夫(C)光的脉冲形状和光强.测量了海平面EAS(能量E₀>5×10¹⁴eV)C光脉冲的半高全宽(FWHM)分布和光子密度谱.两种光强探测结果的比较表明:由GDB100慢光电倍增管和峰值ADC组成的光强测量系统,对于测定EAS C光的光强是一种简单和经济的好方法.     

水基切伦科夫μ子探测器的研究

利用高速带电粒子在透明介质中产生切伦科夫辐射的特性,以蒸馏水作为辐射介质,搭建了一个小尺寸(π×22.52cm2×45 cm)的切伦科夫探测器,对能量在GeV量级的μ子进行了相应的测量,考虑其他能量损耗、光传输和收集效率、阴极量子效率后,实验结果与理论估计值有比较高的相符度,可以初步断定仪器具备探测GeV量级μ子的能力.     

利用切伦科夫辐射进行电子束发散角及分布概况的测量技术研究

针对切伦科夫辐射特点,采用厚度尽量小的石英薄片作为转换靶,并将电子束以切伦科夫辐射角入射转换靶的形式构成一种电子束发散角分布的测量布局,并基于焦平面成像原理,研制了相应的电子束发散角光学测量系统。在强流脉冲直线感应加速器上完成了装置研制和测试工作,显示了电子束发散角分布测量系统可以获得电子束一定方向上的散角分布概况,测量结果具有一定的可信度,具有装置结构简单、数据处理难度低及速度快等特点。     

七十年代初切伦科夫技术的发展

１９３４年发现切伦科夫辐射［１］以来,人们对它的性质从理论和实验上作了详尽研究［２,３］．切伦科夫探测器成为高能物理实验中鉴别粒子最常用的工具．文献［４］综述了１９７３年前这类探测器在高能物理中的应用,本文介绍这一技术在七十年代的发展概貌．切伦科夫辐射的基本关系是ｃｏｓθ（λ）＝１［βｎ（λ）］．（１）粒子运动的方向和速度β＝Ｖ／ｃ可由介质折射率ｎ（λ）和辐射角θ（λ）唯一地确定．在?...     

水下切伦科夫光光斑的蒙特卡罗模拟

分别采用分出截面法和积累因子法计算了水下放射性源透过一次屏蔽体的中子与射线的剂量场分布,并在这些分布条件下,利用Geant4软件射线在穿越二次屏蔽体后继而穿越后续水层,计算出在3 m水层中产生的切伦科夫(Cherenkov)光通量分布和光谱分布。以纯水为传播介质,在考虑Cherenkov光在不同水层中传播所造成的几何衰减和水层吸收等因素后,由计算获得了Cherenkov光光斑大小和强度分布。     

水下切伦科夫光光斑的蒙特卡罗模拟

分别采用分出截面法和积累因子法计算了水下放射性源透过一次屏蔽体的中子与射线的剂量场分布,并在这些分布条件下,利用Geant4软件射线在穿越二次屏蔽体后继而穿越后续水层,计算出在3 m水层中产生的切伦科夫(Cherenkov)光通量分布和光谱分布。以纯水为传播介质,在考虑Cherenkov光在不同水层中传播所造成的几何衰减和水层吸收等因素后,由计算获得了Cherenkov光光斑大小和强度分布。     

空气簇射切伦科夫光强横向分布测量

在北京怀柔建立了一个旨在研究广延空气簇射(EAS)切伦科夫光强横向分布及其脉冲时间结构的光学阵列,与怀柔粒子阵联合观测,测量了簇射大小在2×10⁵－10⁷粒子范围的切伦科夫光强横向分布,该分布在离轴心20—150m范围可表为指数函数形式Φ(R)～exp(－bR/10⁴).初步结果与最近的一些实验和理论大致相符.     

使用离轴光学系统的气体切伦科夫探测器

基于探测器的测量原理,并针对卡塞格林光学系统的不足,分析了一种新型气体切伦科夫探测器的光学结构。该探测器采用3片90°离轴抛物镜和1片平面反射镜组成的离轴光学系统以减少对光线的阻挡,并将探测窗口置于光学系统的出瞳以提高光收集效率。分析了光学系统的光束限制和光线追迹结果。设计了探测器的集成结构,从提高探测器效率和减少信号干扰等角度分析了探测器的关键设计和制造要求。     

PE－LiTaO_3波导中的切伦科夫培频

对用质子交换法生长的ＬｉＴａＯ３（ＰＥ－ＬｉＴａＯ３）波导特性进行了研究，并利用该种波导实现了由１．０６μｍ到０．５３μｍ的切伦科夫倍频转换（ＣＳＨＧ），转换效率为１２２％／Ｗ·ｃｍ２．倍频光束质量好，垂直波导面方向的发散角度为１．３ｍｒａｄ，平行波导面方向的发散角度为３．３ｍｒａｄ．     

切伦科夫型级联二阶非线性效应的解析优化

在考虑传输损耗的基础上，用解析的方法详细分析和优化了平板波导中切伦科夫型级联二阶非线性效应引起的基波非线性相位移动和基波功率的变化，结果表明，基波非线性相位移动和基波功率变化对波导参数和光波波长有强烈的依赖关系。另外，即使不引入周期畸反转，只要对波导厚度和入射光波波长合理选择，就可以在基波功率消耗很小的情况下得到相当大的基波非线性相位移动（＞2π）。不引入畸反转可以避免制作高质量反转结构的技术困难，对该结构在全光开关器件中的实际应用有重要的价值。