虚拟仿真核物理的建设课件

报告内容基于大数据的宇宙线物理实验基于大数据的宇宙线物理实验基于虚拟放射源的核物理实验基于虚拟放射源的核物理实验基于基于ThickGEM技术的卢瑟福散射实验技术的卢瑟福散射实验宇宙线物理实验宇宙线宇宙线源于太空中的高能粒子和大气分子中的原子核碰撞发生核反应所产生的次级粒子。这些高能粒子的主要成分是质子。这些发生在大气中的核反应所产生的第一级次级粒子主要是介子，很快衰变为子和中微子，子带电，穿透力强。由于相对论效应，平均衰变寿命只有2.2微秒的子以接近光速穿过十几公里的大气层到达海平面。除去中微子，在海平面的宇宙线粒子中95%是轻子，它们在海平面的通量大约为 0.8粒子cm2分钟。实验装置常见实验装置由两个塑料闪烁探测器和电子学读出部分组成。探测器由塑料闪烁体和光电倍增管加上其高压电源部分组成。电子学读出对探测器信号进行处理，然后输入计算机，由数据获取软件对数据进行显示、处理。子的通量及随时间的分布探测器分为上、下两个，同时使用时可以测量 子通量。时间分布：将每一段相同时间间隔内探测到的子数以条形图的形式显示通量的时间分布。子通量的各向异性上、下探测器可通过支架调整其轴线相对于铅垂线线的角度：0，15 和30，用于研究地磁场对宇宙线到达海平面方向的影响。子通量的地域分布结合GPS信号，对不同地域多台设备获取的数据基于GPS时间进行符合分析，可获取宇宙线簇射及天文事件的信息。子寿命的测量下探测器较厚，能停下约200 MeV的子。当子进入闪烁体时产生第一个信号，衰变为一个电子加上两个中微子时，电子在闪烁体内产生第二个信号，由此测量子的衰变时间。上探测器较薄，可用于估算子平均衰变寿命的测量中的本底。宇宙线实验的创新利用宇宙射线天然的粒子源，不引入新的电离辐射，避免了放射源的电离辐射和辐射安全管理成本。性能稳定、安全可靠，成本低廉，有利于各种层次的高校为学生开展从基础实验到研究型的宇宙线物理实验教学。通过GPS信号，可通过互联网共享各地的实测数据，利于开展大范围的教学和科研工作。宇宙线时空分布的网络共享广州广州哈尔滨哈尔滨数据采集存储共享体系合肥数据采集点（中国科学技术大学）上海数据采集点（复旦大学）广州采集点（中山大学）哈乐滨数据采集点（XX大学）合肥数据存储共享中心SQL server时间、空间分布数据Web共享http:/授权单位数据共享、深度挖掘基于大数据的宇宙线物理实验西部数据采集点（XX大学）Web共享：空间分布图Web共享：时间分布图（一）实时Web共享：时间分布图（二）日K线数据共享实时开放环境关联天体事件追踪可重构核物理实验系统可重构核物理实验系统可重构核物理实验系统可重构核物理实验系统基于虚拟放射源的实验教学系统传统核物理实验仪器传统核物理实验仪器传统核物理实验仪器传统核物理实验仪器17放射源放射源探测器探测器核电子学核电子学仪器仪器源:Am241源:Sr90源:Cs137半导体气体闪烁体单道,多道符合,定标TDC,高压示波器核仿真核仿真信号源信号源通用数据通用数据采集器采集器教学软件教学软件代替任意放射源 探测器代替核电子学仪器 教学辅助可重构核物理实验教学系统核仿真信号源通用数据采集器教学辅助软件教学教学软件软件核信号核信号产生产生核信号核信号采集采集大学核物理实验教学一站式解决方案大学核物理实验教学一站式解决方案大学核物理实验教学一站式解决方案大学核物理实验教学一站式解决方案18 安全，无辐射安全，无辐射 彻底解决放射源辐射安全难题多道分析仪信号源配置为Cs137与闪烁体探测器闪烁体探测器时输出的核脉冲信号核脉冲信号及其能谱能谱核信号产生核仿真信号源19光电峰背散射峰输出高仿真核脉冲信号输出高仿真核脉冲信号 脉冲幅度与时间符合真实随机分布可重构设计可重构设计 可配置为任意放射源放射源与探测器探测器组合探测器探测器 放射源放射源完美代替放射源、探测器高压电源+示波器+单道分析仪+多道分析仪+符合测量+定标器+NIM机箱种类众多种类众多种类众多种类众多 操作复杂操作复杂操作复杂操作复杂 维护困难维护困难维护困难维护困难 技术落后技术落后技术落后技术落后通用数据采集器功能齐全功能齐全功能齐全功能齐全 通用性强通用性强通用性强通用性强维护方便维护方便维护方便维护方便 技术先进技术先进技术先进技术先进核信号采集20 数字化可重构设计数字化可重构设计 体现核电子学最新技术进展与发展趋势 集成集成8种核电子学仪器功能种核电子学仪器功能 功能齐全，彻底代替繁杂的NIM机箱系统 通用化设计通用化设计 既可配合核仿真信号源使用，也可应用于常规放射源与探测器的信号采集通用数据采集器21性能指标：性能指标：性能指标：性能指标：幅度分析4096道，死时间100ns 计数测量010M 波形分析 等效于200MHz示波器实验向导实验向导仪器控制仪器控制教学管理教学管理软件系统22 避免避免放射源的使用，安全，无辐射 给予学生放射源与探测器的直观印象仿真仿真仿真仿真的的放射源放射源放射源放射源与与探探探探测测器器器器软件模型件模型 锻炼学生实验操作技能学生亲历探索过程，加深对实验现象与基本原理的认识真真真真实实的的核信号核信号核信号核信号产产生生生生、采集采集采集采集、分析分析分析分析过程程可重构设计，一机多用，维护方便蕴含了中国科学技术大学在核探测与核电子学方面多年积累的科研成果体现了核电子学技术的最新进展与发展趋势技技术先先进系统特色23教学应用 本作品已在中国科学技术大学国家级实验教学示 范中心使用四年四年四年四年，已完成教学任务3000300030003000余课时，受益学生达5000500050005000余人 本作品教学效果突出，特别强调学生对基本原理基本原理 的认识和对实验技能实验技能的掌握 放射性基本规律放射性基本规律：射线与物质的相互作用规律 核辐射的统计规律 核探测基本方法核探测基本方法：各类常用探测器的基本原理 和技术性能 核信号分析手段核信号分析手段：常用核电子学仪器的原理及 使用方法 本作品曾获得“安徽省教学成果一等奖安徽省教学成果一等奖”2015201524当前应用：当前应用：1)粒子能量损失2)射线吸收3)射线吸收4)射线能谱测量5)X射线吸收实验及X射线吸收6)半导体探测器实验7)卢瑟福散射实验8)NaI(TL)闪烁谱仪实验9)测量高速电子动量能量关系即将应用：即将应用：1)长塑料闪烁体计数器实验2)Si(Li)X射线谱仪3)Ge(Li)射线谱仪4)闪烁体荧光时间特性分析5)放射性核素半衰期测量6)电流电离室实验7)G-M计数器的性能测量8)多丝正比室实验9)漂移室实验教学应用25卢瑟福散射实验卢瑟福散射实验卢瑟福散射瑟福散射实验实验方法放弃使用一百多年前卢瑟福的硫化锌闪烁体方法。采用位置灵敏探测器：GEM,gas-electron-multiplier 西欧核子中心(CERN)90年代的发明。GEM直到现在也是粒子物理探测器研发的前沿。我们使用基于印刷电路板技术的ThickGEM和电荷收集条构成的环状探测器。270度的范围内探测散射的粒子。选用粒子物理实验中常用的延迟线读出电路。GEM,气体电荷放大西欧核子中心(CERN)90年代的发明，是点阵化的气体电荷放大设备。延迟线读出：从时间到空间每一步延迟为10纳秒。从信号到达时间便知信号位置。电荷收集条信号放大广角、高效率270度探测超薄云母片上的金箔镅241源延迟线GEM和信号收集安全第一镅241源高压电源放射源低于1微居，不在管控范围。而且放射源和高压电源都密闭在探测器中，不可及。示例：X射线特征谱测量及X射线吸收实验33谢谢！