近代物理复习资料.doc

近代物理复习资料.doc

《近代物理复习资料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近代物理复习资料.doc（5页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1．原子只能处在某些能量分立的稳定状态,每一状态对应一定的能量,其数值是彼此分隔的,原子在这些状态时,不发射和吸收能量.

2．射出的射线的能量=;…=;1居里=

3．射线经过闪烁晶体物质时当能量在以下时在所有相互作用方式中,最主要的有三种:

光电效应、康普顿效应、电子对效应;其中当中能射线和低Z吸收物质相互作用时以光电效应为主.

4．在微波频率测量时,旋转频率计的测微头.当频率计与被测频率谐振时,将出现吸收峰,反映在检波指示器上是一跌落点,选频放大器使用时,在被测电压接入后,需要仔细调整检波器细调旋钮,使其仪器指示最大.

5．实现核磁共振的内因是原子具有自旋角动量和磁矩.自然界大约有105种同位素的核,其自旋量子数I为整数或半整数,具有不为零的角动量和磁矩,可以观测到核磁共振信号.

6．布拉格反射实验中,选择用晶体这个天然的光栅来研究X射线的衍射,是因为晶格正好与X射线的波长同数量级.其中布拉格公式为

7．测量微波频率时,调节波长表使波长表使波长计的固有频率与被测微波频率相等时,在检波指示器上表现为一个跌落点.一般情况下,波导波长比自由空间波长要大

8．在核物理中,放射源的放射性强度单位可用居里（Ci）或贝克勒（Bq）来表示,其关系见

（2）..

9．射线是不带电的高能光子流,因此它与物质相互作用的机制与等带电粒子不同,可以发生光电效应和康普顿效应,基本上与X射线相同,但由于其能量比X射线高得多,还能产生电子对效应.

1.闪烁谱仪为什么要先调零才能关机?

答:

因为闪烁谱仪的高压电源是接在光电倍增管上的,如果未调零,开机瞬间的高压电源打在光电倍增管上会击穿,造成仪器损坏。

2.发现找不到峰值时可能是电压偏大或偏小,调节电压为何要先使扫描终止并刷新,待调好后再重新开始?

:

因为停止时扫描位置存在原来的计数点,前一次停止并没有达到稳定状态,调压后时间是接续上一次的开始,则放射时间不足,达到设定时间后,也许还没有达到稳定状态。

3.记录的实验数据中除计数外,是否还有数据可以用以计算吸收系数μ,哪个数据求得的结果最准确?

答:

计数率和净面积,而净面积求得的结果最准确,因为它和射线的强度和能量都有关系。

4.在实验中,测量Cs和Co的能谱时,时间分别设定为300s和500s,为什么测量Cs的能谱设定的时间要比Co的短,能否将各自的时间分别设为500s和300s?

答:

时间的设定是由两种元素的半衰期决定的,Cs需要300s就可以达到稳定状态,而Co则需要500s才可达到稳定状态。

当测量Cs的能谱时,若将测量时间提高到500s,是可行的,但它只需300s即可到达稳定状态,余下的200s是浪费时间,没有必要；而测量Co的能谱时,若将测量时间降至300s,是不可行的,因为Co未达到稳定状态；

5.在实验中,我们所选取的放大倍数为0.3,能否将其调至0.2或0.4,这种调整,是否会对结果产生影响?

答:

对实验结果没有影响,但是实验效果有影响。

因为在放大倍数较小,而高压的情况下,谱仪的线性是良好的,分辨率比较好利于观察。

6.实验参数设置时,谱道数为何选择512?

Co的定位在第320道,Cs的定位在第160道?

答:

因为放射源137Cs和60Co非常弱,若选用1024道或者更高的多道脉冲分析器进行分析,会使每一道的计数较低,统计误差较大。

而道数的选择是由两种放射源的能量决定的。

7.在物质吸收系数测定的实验里,由于所给材料铝、铅的厚度不同,是否需要重新调整放射源与探针的相对间距?

答:

不需要,因为本实验具有对照性,要遵循单一变量原则,若调节了探头的位置,会造成实验没有对比性,无法得出结论。

8.是否任何原子核系统均可以产生核磁共振现象?

答:

不是,实现核磁共振的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。

9.核磁共振应用于哪些方面?

答:

核磁共振被广泛应用于医学,生物学,化学,地质勘探等方面,例如:

核磁共振成像,CT等。

10.顺磁共振实验研究的物理对象是什么?

答:

研究对象是具有不成对电子的物质；电子自旋角动量在磁场下的运动现象；共振现象:

当外加磁场频率等于电子的固有频率时,振幅最大。

11.何谓弛豫效应?

为什么要研究弛豫效应?

答:

从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程。

从非平衡态逐渐恢复到平衡态的时间为弛豫时间。

在射频脉冲停止以后,核子释放所吸收的能量返回到热平衡状态,该过程称为弛豫过程,包括两种形式:

自旋-晶格弛豫和自旋-自旋弛豫.自旋-晶格弛豫和自旋-自旋弛豫过程所需时间分别用T1和T2表示。

弛豫过程的存在使粒子数分布向热平衡态恢复,即倾向于玻尔兹曼分布,使得共振吸收持续进行。

提供了观测顺磁共振现象的可能。

12.电子顺磁共振有哪些用途?

答:

ESR己成功地被应用于顺磁物质的研究,目前它在化学、物理、生物和医学等各方面都获得了极其广泛的应用。

例如发现过渡族元素的离子；研究半导体中的杂质和缺陷；离子晶体的结构；金属和半导体中电子交换的速度以及导电电子的.

13.简单描述NaI（TI）闪烁探测器的工作原理:

答1）射线进入闪烁体,与之发生相互作用,闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发;2）受激原子、分子退激时发射荧光光子;3）利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上,由于光电效应,光子在光阴极上击出光电子;4）光电子在光电倍增管中倍增,数量由一个增加到104~109个,电子流在阳极负载上产生电信号;5）此信号由电子仪器记录和分析.

14.反散射峰是如何形成的?

答:

由γ射线透过闪烁体射在光电倍增管的光阴极上发生康普顿反散射或γ射线在源及周围物质上发生康普顿反散射,而反散射光子进入闪烁体通过光电效应而被记录所致.这就构成反散射峰.

15.一个未知γ源,要确定其能量,实验应如何进行?

答:

γ射线与闪烁体发生光电效应产生的电子动能为:

Ee=Eγ-Bi其中Bi为K、L、M等壳层中电子的结合能.在γ射线能区,光电效应主要发生在K层,此时K层留下的空穴将为外层电子填补.跃迁时放出X光子,其能量为Ex,这种X光子在闪烁晶体内很容易再产生新的光电效应将能量又转移给光子,因此闪烁体得到的能量是两次光电效应产生的光电子能量和E=（Eγ-Bi）+Ex=Eγ所以由光电效应形成的脉冲幅度就直接代表了γ射线的能量.用一组已知能量的γ射线,在相同的实验条件下,分别测出它们的光电峰位,作出能量—幅度曲线,称为能量刻度曲线（或能量校正曲线）.用最小二乘法进行线性回归,线性度一般在0.99以上.对于未知能量的放射源,由谱仪测出脉冲幅度后,利用这种曲线就可以求出射线的能量.

16.若只有137Cs源,能否对闪烁探测器进行大致的能量刻度?

答:

γ谱仪的能量刻度是指确定能谱中多道分析器的道址与γ射线能量的关系,也就是利用已知能量的γ放射源测出对应能量的峰位,然后做出能量和峰位（道址）的关系曲线,一般能量刻度需要4到5个不同能量,并且所选能量应该尽量均匀地覆盖所研究的能区.

17.Na（Tl）单晶γ闪烁谱仪的能量分辨率定义是什么?

如何测量?

能量分辨率与哪些量有关?

能量分辨率的好坏有何意义?

答:

能量分辨率定义:

△E/E×100%,测量:

计脉冲个数和幅度;有关:

脉冲幅度,入射粒子能量;意义:

谱仪能量分辨率的数值越小,仪器分辨不同的能量的本领就越高.

18.为什么要测量Na（Tl）单晶γ闪烁谱仪的线性?

谱仪线性主要与哪些量有关?

线性指标有何意义?

答:

能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关系,以及线性范围的大小;线性好坏与能量范围有关也与谱仪的工作状况有关;意义:

对于未知能量的放射源,由谱仪测出脉冲幅度后利用能量刻度曲线用最小二乘法线性回归就可以求出射线的能量.

19.单晶γ闪烁谱仪的质量指标是什么?

答:

1）能量分辨率2）线性3）谱仪的稳定性.

20.什么叫γ吸收?

为什么说γ射线通过物质时无射程概念?

谈谈对γ射线与物质相互作用机制的认识.答:

窄束γ射线在穿过物质时,由于上述三种效应,其强度就会减弱,这种现象称为γ射线的吸收;γ射线穿过物质时,强度逐渐减弱,按指数规律衰减,不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层,其能量保持不变,因而没有射程概念可言;当γ光子穿过吸收物质时,通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量;γ射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用,原来能量为hu的光子就消失,或散射后能量改变、并偏离原来的入射方向;总之,一旦发生相互作用,就从原来的入射γ束中移去.γ射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移;

21.通过对几种不同物质的吸收系数的计算,谈谈在辐射的屏蔽防护方面材料的选择问题.

答:

密度越高的物质防辐射性能越好.

22.物质对γ射线的吸收系数与哪些因素有关?

答:

光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数,入射γ射线的能量Eg和吸收物质的原子序数Z而改变.

23.分析三种不同的本底扣除方法对实验结果误差的影响及原因.答:

1）全峰面积法（TPA法）:

取两边峰谷l、r,把l道至r道的所有脉冲计数相加,本底以直线扣除;这种方法的误差受本底扣除的方式及面积的影响较大;但该方法利用了峰内全部的脉冲数,受峰的漂移和分辨率变化的影响最小,同时也比较简单;2）Covell法:

该方法是在峰的前后沿上对称地选取边界道,并以直线连接峰曲线上相应于边界的两点,把此直线以下的面积作为本底扣除,此方法提高了峰面积与本底面积的比值,结果受本底不确定的影响较小.但n的选择对结果的精度有较大的影响,n选太大,失去采用道数较少的优点;若n选得太小每则有容易受峰漂和分辨率变化的影响,同时n太小则基线较高,从而降低了峰面积与本底面积的相对比值;3）Wasson法:

该法边界道的取法与Covell法一样,但本底基线选择较低,与TPA法一样.这一方法进一步提高了峰面积与本底面积的比值,本底基线的不准和计数统计误差对峰面积准确计算的影响较小;而受分辨率变化的影响与Covell法相同,没有TPA法好.

24.试写出窄束γ射线在物质中的吸收规律.答:

γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律,即其中,分别是穿过物质前、后的γ射线强度,x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm）,是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和,N是吸收物质单位体积中的原子数,μ是物质的线性吸收系数（μ=N,单位为cm）.显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小.

25.简述康普顿效应.答:

短波电磁辐射（如X射线,伽玛射线）射入物质而被散射后,除了出现与入射波同样波长的散射外,还出现波长向长波方向移动的散射现象.

15、γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定的实验中用的是窄束γ射线,试解释窄束γ射线的意思?

答:

所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束,通过吸收片后的γ光子,仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成.

26.为什么要调整加到闪烁探测器上的高压和放大数值,使测得的60Co的1.33MeV峰位道数在一个比较合理的位置?

答:

因为在高压比较大,放大倍数比较小的时候能量分辨率明显好于高放大倍数低电压的情况.

27.比较γ射线和B射线在穿过物质过程中能量损失、有无射程方面的差别?

答:

γ射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移;它不同于带电粒子穿过物质时,经过许多次小能量转移的碰撞来损失它的能量.带电粒子在物质中是逐渐损失能量,最后停止下来,有射程概念;γ射线穿过物质时,强度逐渐减弱,按指数规律衰减,不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层,其能量保持不变,因而没有射程概念可言,但可用“半吸收厚度”来表示γ射线对物质的穿透情况.

28.产生X射线的主要方法有那些?

简述标志谱产生的机理.画出X射线管结构图.答:

产生X射线的主要方法:

1.X射线管;2.同步辐射;标志谱产生的机理:

高速电子对阳极靶的非弹性碰撞,使原子内层的电子电离,原子处于激发态,它的外壳层电子及时跃迁至内层轨道填补空位,使辐射出不连续的X射线谱.

29.写出Bragg公式.答:

2dsinθ=nλ

30.射线特征谱线是怎么形成的?

答:

钼原子内主要有两对电子可在其间跃迁的能级,其能量差分别为17.4keV和19.6keV,电子从高能级跃迁到低能级时,分别发出波长为7.1110-2nm和6.3110－2nm的两种X光.这两种X光在光谱图上表现为两个尖峰（如图1中两尖峰曲线所示）,在理想情况下则为两条线,故称为“线光谱”,这种线光谱反映了该物质（钼）的特性,称为“标识X射线谱”或“X射线特征光谱”.

31.X射线的轫致辐射是怎么形成的?

答:

高速电子接近原子核时,原子核的库仑场要使它偏转并急剧减速,同时产生电磁辐射,这种辐射称为“轫致辐射”,它的能量分布是连续的,在光谱图上表现为很宽的光谱带,称为“连续谱

32.为什么低能电子轰击金属时,金属并不发出可见光?

答:

能量不足以使金属内的电子激发

33.为什么X光管的阳极要散热（通过热沉）?

答:

高速度的电子不仅会把其能量转化为X射线,还会有很大几率把其能量转化为热能.持续的轰击将导致阳极材料温度持续升高,甚至可能导致阳极材料的熔化.

34.核磁共振实验:

试用经典理论解释核磁共振的现象.答:

在磁共振实验中,静磁场使得具有角动量的原子核绕运动,其频率为（r为原子核的旋磁比）.同时,使粒子具有一个附加能量,（θ为μ与夹角）.当在垂直方向加上射频场,且即时,大量的粒子吸收或放出能量,即原子核与外磁场发生了共振.

35.微波顺磁共振的基本原理是什么?

答:

具有未成对电子的物质置于静磁场Bz中,由于电子自旋磁矩与外部磁场相互作用导致电子的基态发生塞曼能级分裂:

（为波尔磁矩,g为无量纲参数）,当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于时,满足共振条件,即,此时未成对电子由下能级跃迁至上能级.

36.本实验中为什么要加调制磁场?

答:

便于示波器显示.

37.电子顺磁共振的频率条件?

该公式中各个分量代表什么含义?

答:

E2-E1=△E=gN*μN*Bz=hv,原能级上下能级E2、E1,上下能级粒子数N,磁场为Bz,g为比例因子,v为射频

38.要发生电子顺磁共振,交变电磁场B1与磁场B0的关系怎样?

答:

相互垂直

39.信号调节中,晶体检波器上的调节螺丝和幅度调节和短路活塞的调节与示波器上看到的直流信号的关系.答:

调节检波器中的旋钮,使直流（DC）信号输出最大;调节端路活塞,再使直流（DC）信号输出最小;

40.为了观察到共振现象通常有哪几种方法?

答:

一是固定B0,连续改变射频场的频率,这种方法称为扫频方法;另一种方法,即固定射频场的频率,连续改变磁场的大小,这种方法称为扫场方法

41.观察稳态核磁共振信号时,如何区别共振信号与杂波信号?

答:

若满足共振条件,样品便吸收射频能量使振荡回路的Q值下降从而振幅减小,杂波则无此情况.

42.晶体为何能使电子发生衍射?

发生衍射应符合什么规律?

因为晶格正好与X射线的波长同数量级.只有狭缝大小与光波长通数量级或者更小.满足布拉格公式2dsinθ=nλ,n=1,2,…

43.在核磁共振实验中,为什么要把边限振荡器调至边限状态?

答:

以免核磁共振所需的射频磁场B1过强引起饱和现象.

计算题

g因子的计算:

检波时相应的频率为9312MHz,共振时的磁场强度为,求g

得:

吸收系数的计算:

电子自旋共振实验:

在电子自旋共振实验中,某一测量者在调出良好的共振信号之后,测得如下的数据:

试求出旋磁比和g因子大小.

解:

则据可得:

5