第二章 原子的能级和辐射
一、学习要点：
1.氢原子光谱：线状谱、五个线系（记住名称、顺序）、广义巴尔末公式)11(~2
2n
m R -=ν、 光谱项()2n
R n T =、并合原则：)()(~n T m T -=ν 2.玻尔氢原子理论：
(1)玻尔三条基本假设的实验基础和内容（记熟） (2)圆轨道理论（会推导）：氢原子中假设原子核静止，电子绕核作匀速率圆周运动
02
2002
02
22
0A
529,04,Z Z 4≈===e m a n a n e m r e e n πεπε;
137
1
4,Z Z 40202
≈===c e n c n e c e n πεααπευ；
()n hcT n hc R n e m E e n --
=-=∞2
2
2
2422
Z 2Z )
41(
πε，n ＝１.2.3……
(3)实验验证：
（a ）氢原子五个线系的形成)11(Z ~,)4(22
2
23
2042n
m
R c
h e m R e -
==
∞
∞νπεπ (会推导）
非量子化轨道跃迁 )(2
1
2n E E mv h -+=
∞ν （b ）夫－赫实验：装置、.结果及分析；原子的电离电势、激发电势 3.类氢离子（+
++
Li
,He ,正电子偶素.-
μ原子等）
(1) He +光谱:毕克林系的发现、波数公式、与氢原子巴耳末系的异同等 (2)理论处理（会推导）：计及原子核的运动，电子和原子核绕共同质心作匀速率圆周运动
e e
m M m M +?=
μ, 正负电荷中心之距Z
e n r n 22204μπε =. 能量2
24
22
2Z )
41(
n e E n μπε-=，里德伯常数变化M
m R R e A +
=∞
11
重氢（氘）的发现 4.椭圆轨道理论
索末菲量子化条件q q n h n pdq ,?
=为整数
a n
n b n e
m a n
e m E n p e n ???πεπε=
=
-==,Z 4,2Z )
41(
,22
202
2422
，n n n ,,3,2,1;,3,2,1 ==?
n 一定，n E 一定，长半轴一定，有n 个短半轴，有n 个椭圆轨道（状态），即n E 为n 度
简并
5空间量子化：(1)旧量子论中的三个量子数n ,m n n =ψ?,的名称、取值范围、物理量表达式、几何参量表达式
(2)空间量子化（?P 空间取向）
、电子的轨道磁矩（旧量子论）、斯特恩—盖拉赫实验 6．玻尔对应原理及玻尔理论的地位 二、基本练习（共29题）
1．楮书P76--77 (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8) 2．选择题
(1)若氢原子被激发到主量子数为n 的能级,当产生能级跃迁时可能发生的所有谱线总条数应为：
A ．n-1
B .n(n-1)/2
C .n(n+1)/2
D .n
(2)氢原子光谱赖曼系和巴耳末系的系线限波长分别为： A.R/4 和R/9 B.R 和R/4 C.4/R 和9/R D.1/R 和4/R (3)氢原子赖曼系的线系限波数为R,则氢原子的电离电势为： A ．3Rhc/4 B. Rhc C.3Rhc/4e D. Rhc/e
(4)氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：
A ．13.6V 和10.2V;
B –13.6V 和-10.2V; C.13.6V 和3.4V; D. –13.6V 和-3.4V (5)由玻尔氢原子理论得出的第一玻尔半径0a 的数值是：
A.5.2910
10
-?m B.0.529×10-10m C. 5.29×10-12m D.529×10-12m
(6)根据玻尔理论,若将氢原子激发到n=5的状态,则：
A.可能出现10条谱线，分别属四个线系
B.可能出现9条谱线，分别属3个线系
C.可能出现11条谱线，分别属5个线系
D.可能出现1条谱线，属赖曼系 (7)欲使处于激发态的氢原子发出αH 线，则至少需提供多少能量（eV ）?
A.13.6
B.12.09
C.10.2
D.3.4
(8)氢原子被激发后其电子处在第四轨道上运动,按照玻尔理论在观测时间内最多能看到几条线？
A.1
B.6
C.4
D.3
(9)氢原子光谱由莱曼、巴耳末、帕邢、布喇开系…组成.为获得红外波段原子发射光谱,则轰击基态氢原子的最小动能为:
A .0.66 eV B.12.09eV C.10.2eV D.12.57eV
(10)用能量为12.7eV 的电子去激发基态氢原子时,受激氢原子向低能级跃迁时最多可能出现几条光谱线（不考虑自旋）；
A ．3 B.10 C.1 D.4
(11)有速度为1.875m/s 106
?的自由电子被一质子俘获,放出一个光子而形成基态氢原子,
则光子的频率（Hz ）为:
A ．3.3?1015； B.2.4?1015 ； C.5.7?1015； D.2.1?1016. (12)按照玻尔理论基态氢原子中电子绕核运动的线速度约为光速的： A.1/10倍 B.1/100倍 C .1/137倍 D.1/237倍 (13)玻尔磁子
B μ为多少焦耳／特斯拉？ A ．0.92719
10
-? B.0.92721
10
-? C. 0.92723
10
-? D .0.92725
10
-?
（14）已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子的结构的“正电子素”那么该“正电子素”由第一激发态跃迁时发射光谱线的波长应为：
A ．3∞R /8 B.3∞R /4 C.8/3∞R D.4/3∞R
(15)象μ-
子（带有一个单位负电荷）通过物质时，有些在核附近的轨道上将被俘获而
形成μ
-
原子，那么μ-
原子基态轨道半径与相应的电子轨道半径之比为（μ
-
子的质量为
m=206m e ）
A.1/206
B.1/(206)2
C.206
D.2062
(16)电子偶素是由电子和正电子组成的原子，基态电离能量为： A.-3.4eV B.+3.4eV C.+6.8eV D.-6.8eV (17)根据玻尔理论可知，氦离子H e +的第一轨道半径是： A ．20a B. 40a C. 0a /2 D. 0a /4
(18)一次电离的氦离子 H e +处于第一激发态（n=2）时电子的轨道半径为： A.0.53?10-10m B.1.06?10-10m C.2.12?10-10m D.0.26?10-10m
(19)假设氦原子（Z=2）的一个电子已被电离，如果还想把另一个电子电离，若以eV 为单位至少需提供的能量为：
A ．54.4 B.-54.4 C.13.6 D.3.4 (20）在H e +离子中基态电子的结合能是：
A.27.2eV
B.54.4eV
C.19.77eV
D.24.17eV (21)夫—赫实验的结果表明：
A 电子自旋的存在；
B 原子能量量子化
C 原子具有磁性；
D 原子角动量量子化 (22）夫—赫实验使用的充气三极管是在：
A.相对阴极来说板极上加正向电压,栅极上加负电压；
B.板极相对栅极是负电压,栅极相对阴极是正电压；
C.板极相对栅极是正电压,栅极相对阴极是负电压；
D.相对阴极来说板极加负电压,栅极加正电压
(23）处于基态的氢原子被能量为12.09eV 的光子激发后,其轨道半径增为原来的 A ．4倍 B.3倍 C.9倍 D.16倍
(24）氢原子处于基态吸收1λ=1026?的光子后电子的轨道磁矩为原来的（ ）倍： A ．3； B. 2； C.不变； D.9 3．简答题
（1）19世纪末经典物理出现哪些无法解决的矛盾？（1999长春光机所）
（2）用简要的语言叙述玻尔理论，并根据你的叙述导出氢原子基态能量表达式.（1998
南开大学）
（3）写出下列物理量的符号及其推荐值（用国际单位制）：真空的光速、普朗克常数、玻尔半径、玻尔磁子、玻尔兹曼常数、万有引力恒量. （2000南开大学）
（4）解释下列概念：光谱项、定态、简并、电子的轨道磁矩、对应原理. （5）简述玻尔对原子结构的理论的贡献和玻尔理论的地位与不足. 4．计算题
(1)单色光照射使处于基态的氢原子激发,受激发的氢原子向低能级跃迁时可能发出10条谱线.问:①入射光的能量为多少？②其中波长最长的一条谱线的波长为多少？（hc=12400eV·?）
(2)已知一对正负电子绕共同质心转动会形成类似氢原子结构-正电子素.试求： ①正电子素处于基态时正负电子间的距离；
②n=5时正电子素的电离能（已知玻尔半径0a =0.529?）.
(3)不计电子自旋当电子在垂直于均匀磁场B
的平面内运动时,试用玻尔理论求电子动态轨道半径和能级（提示： B v m E e n ?-=
?μ22
1 ; n m
e 2
=
?μ n p =?） (4)氢原子巴尔末系的第一条谱线与He +离子毕克林系的第二条谱线(6→4)两者之间的波长差是多少?(R H =1.09678×10-3 ?, R He =1.09722×10-3 ?)
(5)设氢原子光谱的巴耳末系的第一条谱线αH 的波长为αλ,第二条谱线βH 的波长为βλ,试证明:帕邢系的第一条谱线的波长为β
αβαλλλλλ-=
.(2000.上海大学)
(6)一个光子电离处于基态的氢原子,被电离的自由电子又被氦原子核俘获,形成处于
2=n 能级的氦离子He +
,同时放出波长为500nm 的光子,求原入射光子的能量和自由电子的动能,并用能级图表示整个过程.(1997北京师大)
(7)在天文上可观察到氢原子高激发态之间的跃迁,如108=n 与109=n 之间,请计算此跃迁的波长和频率. (1997.中科院)
(8) He +离子毕克林系的第一条谱线的波长与氢原子的巴耳末系αH 线相近. 为使基态的He +离子激发并发出这条谱线,必须至少用多大的动能的电子去轰击它?(2001.中科院)
(9)试用光谱的精细结构常数表示处于基态的氢原子中电子的速度、轨道半径、氢原子的电离电势和里德伯常数. (1999.中科院)
(10)计算氢原子中电子从量子数为n 的状态跃迁到1-n 的状态时所发出谱线的频率. (2001.中科院固体所)
思考题： 1、均匀加宽和非均匀加宽的本质区别是什么？ 2、为什么原子（分子，离子）在能级上的有限寿命会造成谱线加宽？从量子理 论出发，阐明当下能级不是基态时，自然线宽不仅和上能级的自发辐射寿命有关，而且和下能级的自发辐射寿命有关，并给出谱线宽度与激光上、下能级寿命的关系式。 3、什么是多普勒加宽？从物理本质上阐明为什么气体工作物质的温度越高，分 子量（原子量）越小，多普勒加宽越大？ 4、三能级系统和四能级系统的本质区别是什么？为什么三能级系统比四能级系 统难实现粒子数反转分布？ 5、结合能级结构简图，推导三能级系统的小信号反转粒子数密度分布公式，并 分析影响因素。 6、什么是反转粒子数密度的饱和效应？ 7、什么是增益饱和效应？均匀加宽工作物质和非均匀加宽工作物质的增益饱和 的基本特征有何异同？ 8、在均匀加宽工作物质中，为什么入射光的频率越接近介质的中心频率增益饱 和效应越强，越远离中心频率增益饱和效应越弱？ 作业题 1、考虑某二能级工作物质，其E2能级的自发辐射寿命为τs2，无辐射跃迁寿命 。假设在t=0时刻E2上的原子数密度为n20，工作物质的体积为V，自发辐为τnr 2 射光的频率为ν，求： （1）自发辐射光功率随时间t的变化规律； （2）能级E2上的原子在其衰减过程中总共发出的自发辐射光子数； （3）自发辐射光子数与初始时刻能级E2上的粒子数之比η2（η2称为量子产额或E2能级向E1能级跃迁的荧光效率）。
2、某激光工作物质的自发辐射谱线形状呈三 角形，如图所示。光子能量h ν0=1.476eV 。高 能级自发辐射寿命τs2=5ns ，小信号中心频率增 益系数g 0(ν0)=10cm -1。求： （1）中心频率处线型函数的值。 （2）达到上述小信号中心频率增益系数所需要的小信号反转粒子数密度（假设折射率η=1）。 3、静止氖原子的3S 2-2P 4谱线中心波长为632.8nm ，设原子分别以0.1c, 0.4c 好0.8c 的速度向着观察者运动，问其表观中心波长分别为多少？ 4、He-Ne 激光器中Ne 20的632.8nm 谱线的跃迁上能级3S 2的自发辐射寿命τs2≈2?10-8s ，下能级2P 4的自发辐射寿命τs1≈2?10-8s ，放电管气压P ≈266Pa ，放电管温度T=350K ，试求 （1）均匀加宽线宽?νH ; （2）多普勒线宽?νD ; （3）分析在该激光器中，哪种加宽占优势（已知氖原子的碰撞加宽系数α=750kHz/Pa ）。 5、已知红宝石的密度为3.98g/cm 3，其中Cr 2O 3所占比例为0.05%（质量比），在波长为694.3nm 附近的峰值吸收系数为0.4cm -1。设在泵浦激励下获得小信号反转粒子数密度?n 0=5?1017cm -3。求中心波长小信号增益系数。（提示：每个Cr 2O 3分子的重量=M /N A ，M 为分子量，N A 为阿伏伽德罗常数） 6、室温下Nd:YAG 的1.06μm 跃迁的线型函数是线宽为195GHz 的洛伦兹线型函数。上能级的寿命τ2=230μs ，该跃迁的量子产额η2=0.42（量子产额为自发辐射光子总数与初始时刻上能级钕离子数之比），YAG 的折射率为η=1.82。求中心频率 辐射界面σ21。（提示：发射界面()(,)v A A g g λσνννππν==?222102121020 88）
第七章作业答案 1.设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解： 5152 5(,)!5(0;5)0.00670!5(0;5)0.03371! 5(0;5)0.08422! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为： (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2.若某时间内的真计数值是100，求得到计数为104的概率。 解： 高斯概率密度函数为： 2 22220.012102()2(100104)4(;,)100,10 104 (104;100;10)0.0145 N N P N N e N N P e e σσσ?-----======== 5.本底计数率n b =15计数/min,测量样品计数率n 0=60计数/min,试求对给定的测 量时间t b +t s 来说净计数率精确度最高时的最优比值t b /t s ;若净计数率的误差为 5％，t b 和t s 的最小值是多少？ 解： 2:2:1 s b s b t t t t ==== 若要使净计数率的误差为5％ 1122222211222222()60(6015)17.778().(6015).(5%) ()15(6015)8.889().(6015).(5%)s s s s b s s b n b s b b s b n n n n t n n n n n t n n δδ+?+?===--+?+?= ==-- 6.为了探测α粒子，有两种探测器可以选择，一种的本底为7计数/min,效率为0.02;另一种的本底为3计数/min,效率为0.016,对于低水平测量工作，应选用
“核辐射”阅读答案 阅读说明文，完成7～8题。（4分） 核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。 放射性核素是原子核不稳定的核素，由于中子与质子比例失衡，容易发生核内成分或能级的变化。当放射性核素衰变时，就会释放各种射线，如γ(伽玛)射线，β（贝达）射线等，当这些射线作用于人体生物细胞或基因，把射线能量转给被作用的组织细胞，引起组织细胞一系列生物改变，称为辐射生物效应，这种辐射生物效应程度与多种因素有关，其中最主要是辐射剂量大小。 评价辐射剂量的国际单位为Sv(Sievert,希沃特，也有翻译为西弗特)，是一种辐射吸收剂量当量的单位。一般情况是接受辐射剂量越高，产生的辐射生物效应越大。公众人体全身一年可承受的辐射剂量为1mSv，即使当短时接触核辐射的辐射量近100 mSv时，一般对人体没有什么危害，但如果辐射剂量超过100 mSv，则有可能对人体造成损害，接受辐射剂量在100到500 mSv时，人们一般也不会有异常感觉，但检测可发现血液中白细胞数会减少。当辐射剂量达1000到2000 mSv时，才导致轻微的放射疾病症状，如疲劳、呕吐、食欲减退、暂时性脱发、红细胞减少等。只有较长时间超过允许剂量的辐射损伤，才会引发造血功能障碍、内脏出血、组织坏死、感染及恶性变等，此病常见于接受过量射线的工作人员、公众及核武器爆炸的罹难者。 由于生物组织细胞对辐射损伤有一定耐受能力，即使接受辐射剂量相同，不一定都会产生辐射损伤。产生的辐射生物效应程度与吸收剂量、辐射种类、射线能量、人们暴露于核辐射的时间以及核物质的半衰期等有关，微量的放射性辐射不会危及健康。 此次日本核电站泄漏后的放射性物质，主要是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，如铯-137和碘-131同位素。在核泄漏后的核污染中，由于放射性碘-131具有挥发性，容易进入大气层空气，飘散到其他地方，污染周围。放射性碘-131主要通过吸入污染的空气、食入污染的食品和水对人造成伤害，同时也可通过皮肤吸收，以及沉积的放射性碘产生的外辐射等对人群造成伤害。由于放射性碘-131半衰期不长（只有8天左右），在空气中飘移时慢慢衰变减少，同时由于大气的稀释，飘离日本后剂量已衰减到非常小，接近天然本底辐射。其次，碘-131释放的γ射线在空气中的射程约1-2米，β射线更短，约1-10毫米，大家如果不接触污染的放射性核素，就不会对自己造成伤害。 （根据相关材料整理） 7．下列对文章内容分析正确的一项是（2分）【▲】 A．本文是一篇科技说明文，说明对象是放射性核素。 B．辐射生物效应程度取决于辐射剂量的大小。 C．作者所举“日本核电站泄漏放射性物质”的事例，告诉了我们日本核泄露对我国的影响很小。 D．“公众人体全身一年可承受的辐射剂量为1mSv”，当人体受到的辐射剂量
第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ?=?= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ?=?= 试计算239U ，236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后，放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1，C 14的573021=T 年；K 40的天然丰度为%0118.0，其半衰期a T 911026.1?=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变： Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90??→????→?--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间，其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000 cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-?U 。假定后者与其子体达平衡，试计算31000 cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得 Ra 226 的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42 MeV T =α两种α粒子组成，试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图（简图） （1）子体Rn 222核的反冲能； （2）Ra 226的衰变能； （3）激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度： Th He U 2304234+→； Rn C U 22212234+→； Po O U 21816234+→。
核数据处理理论知识 核辐射测量数据特征：随机性（被测对象测量过程）局限性混合型空间性 数据分类：测量型计数型级序型状态型名义型 精度：精密度正确度准确度 统计误差：核辐射测量中，待测物理量本身就是一个随机变量。准确值为无限次测量的平均值， 实际测量为有限次，把样本的平均值作为真平均值，因此存在误差。 变量分类：（原始组合变换）变量 误差来源：（设备方法人员环境被测对象）误差 误差分类：系统误差随机误差统计误差粗大误差 放射性测量统计误差的规律答：各次测量值围绕平均值涨落二项分布泊松分布高斯分布 精度的计算，提高测量精度的方法？答：采用灵敏度高的探测器增加放射源强度增加测量次数延长测量时间减少测量时本底计数 放射性测量中的统计误差与一般测量的误差的异同点？答：不同点：测量对象是随机的，核衰变本身具有统计性，放射性测量数据间相差可能很大。测量过程中存在各种随机因素影响。相同点：测量都存在误差。 样本的集中性统计量？答：算术平均值几何平均值中位数众数（最大频数） 样本的离散性统计量？答：极差方差变异系数或然系数算术平均误差 单变量的线性变换方法？答： 1.标准化变换 2.极差变换 3.均匀化变换 4.均方差变换 单变量的正态化变换方法？答：标准化变化角度变换平方根变换对数变换 数据网格化变换的目的？答： 1.把不规则的网点变为规则网点 2.网格加密 数据网格变换的方法？答： 1.插值法（拉格朗日插值三次样条插值距离导数法方位法） 2.曲面拟合法（趋势面拟合法趋势面和残差叠加法加权最小二乘拟合法） 边界扩充的方法有哪些？答：拉格朗日外推法余弦尖灭法偶开拓法直接扩充法补零法 核数据检验目的： 1.帮助检查测量系统的工作和测量条件是否正常和稳定，判断测量除统计误差外是否存在其它的随机误差或系统误差 2.确定测量数据之间的差异是统计涨落引起的，还是测量对象或条件确实发生了变化引起的 变量选择的数学方法：几何作图法（点聚图数轴）相关法（简单相关系数逐步回归分析秩相关 系数）秩和检验法 谱数据处理—问答题谱的两大特点？答： 1.放射性核素与辐射的能量间存在一一对应关系 2.放射性核素含量和辐射强度成正比 谱光滑的意义是什么？方法有哪些？答：意义 1.由于核衰变及测量的统计性，当计数较小时， 计数的统计涨落比较大，计数最多的一道不一定是高斯分布的期望，真正峰被湮没在统计涨落中2.为了在统计涨落的影响下，能可靠的识别峰的存在，并准确确定峰的位置和能量，从而完成定 性分析，就需要谱光滑 3.由于散射的影响，峰边界受统计涨落较大，需要谱光滑方法算术滑动平均法重心法多项式最小二乘法其他（傅里叶变换法） 寻峰的方法有哪些？答：简单比较法导数法对称零面积变换法二阶插值多项式计算峰位法 重心法拟合二次多项式计算峰位法 峰面积计算的意义和方法？答： 1）峰面积的计算是定量分析的基础。2）知道了特征峰的净峰面积，就可以计算目标元素的含量线性本底法（科沃尔沃森 Sterlinski ）峰面积法单峰曲面拟合法 谱的定性分析、定量分析的内容？答：定性：确定产生放射性的核素或元素定量：峰边界的确定峰面积计算重锋分析含量计算 核辐射测量特点：核辐射是核衰变的产物核辐射的能量具有特征性核素的含量与特征辐射的
1. 小于10-5Ω·cm ；大于1014Ω·cm ；10-2 ～109Ω·cm 。 2. 核辐射粒子射入PN 结区后，通过与半导体的相互作用，损失能量产生电子-空穴对。在 外电场作用下，电子和空穴分别向两极漂移，于是在输出回路中形成信号，当电场足够强时，电子和空穴在结区的复合和俘获可以忽略时，输出信号的幅度与带电粒子在结区消耗的能量成正比。 3. 金硅面垒α半导体探测器；Ge （Li ）探测器；Si （Li ）探测器；HPGe 探测器；HgI 2探 测器；CdTe 探测器；CdSe 探测器。 4. 扩散型；面垒型；离子注入。 5. PN 结加偏压的目的是：使得PN 结的传导电流很小，相当于PN 结二极管加上反向电压 的情况；内部工作机理是相当于加上反向偏压后P 区中空穴从结区被吸引到接触点，相同的是，N 区中的电子也向结区外移动，那么结区宽度就会变宽。 6. 电荷运动的瞬时涨落。 7. 记录到的脉冲数；入射到探测器灵敏体积内的γ光子数。 8. ε源=π4Ω·ε本征 9. 全能峰内的计数；源发射的γ光子数。 10. 前置放大器与探测器的连接方式有交流耦合和直流耦合两种；其中，交流耦合的优点是 探测器和前置放大器的直流工作点互相隔离，设计简单。缺点是由于探测器负载电阻和耦合电容的存在，增加了分布电容，使得噪声增加，能量分辨率变差。直流耦合的特点是消除了耦合电容和负载电阻对地的分布电容，有效地提高信噪比，对低能X 射线的探测尤为重要。 11. 半导体探测器受强辐射照射一段时间以后性能会逐渐变坏，这种效应称为半导体探测器 的辐射损伤效应。辐射损伤是由于入射粒子通过半导体材料撞击原子产生填隙空位对引起的，它在半导体材料中形成的施主、受主、陷阱等可以作为俘获中心，从而降低载流子的寿命，影响载流子的收集，而且使电阻率发生变化，材料性能变化会使探测器性能变坏。 12. 半导体探测器的优点是： A 电离辐射在半导体介质中产生一对电子、空穴所需能量大约比气体中产生一对电子、离子对少一个数量级，因而电荷数的相对统计涨落也就小很多，能量分辨率高； B 带电粒子在半导体中形成电离密度要比在气体中形成高大约3个数量级，因而具有高空间分辨和快时间响应的探测器。 C 测量电离辐射的能量时，线性范围宽。 半导体探测器的缺点是： A 对辐射损伤效应灵敏，受强辐照后性能变差。 B 常用的Ge 探测器，要在低温条件下工作，使用不便，限制了应用范围。
《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 2．γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百μs。 5．电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。 6．半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 7．由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强
度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图， 是一连续谱
当心生活中的核辐射 ①提起核辐射，你首先想到的是原子弹、氢弹的爆炸，或者核电站泄漏……而这些不是离我们远着吗？有什么可担心的？如果你真这样想，那就大错特错了。 ②核辐射普遍存在于日常生活中，可以说衣食住行、生老病死都在与它打交道。举个简单例子，你咳嗽了，医生会给你开一张胸部透视单，看看是支气管还是肺部发炎了——你不是就将胸膛袒露在了X射线前了吗？(A)如果是做CT检查，你“吃”进的X射线会更多。这些可都属于核辐射哦。 ③不过你会说，那是生病了啊，(B)如果身体健康总不会与核辐射“亲密接触”了吧，那也未必。如今大小城市都在大兴土木，新型楼盘不断问世，你如果买了一套新房，新房到手必先装修，而种种装修材料(如瓷砖、复合地板、大理石等)就含有程度不等的放射性物质，经过释放而漂浮于室内空气中，并随呼吸潜入肺部，播下致病的隐患。特别是通风不良时，可造成居室内放射性污染加重。 ④即使你不买房子，可总得喝水呀，而水也并非“至清”之物，照样存在着遭受核污染的风险。就说矿泉水吧，其中不少水源在流经途中就受到过天然或人为的放射性污染。 ⑤再说燃煤，常含有少量的放射性物质。研究分析表明，许多煤炭烟气中含有铀、钍、镭、钋等，可随空气及烘烤食物潜入人体。尽管含量不多，但长期集腋成裘式的积累，仍可对健康构成威胁。 ⑥至于形形色色的饰品，如夜明珠、化石、奇石、骨艺品等，自古以来就受到人们的喜爱，一些人甚至收藏成癖。可你知道吗？这些被视为宝贝的东西大多可以产生核辐射，有些产生的核辐射还很强，如用重晶石、萤石以及含磷物质等加工而成的夜明珠就是代表。另外，有关专家还检测到放射性偏高的鹅卵石。若摆放于居室内，美则美矣，却将你的健康置于险境之中了。举个例子，前不久，某市环境监测机构为一市民作室内检测，发现室内放射性超过安全标准近1倍，可墙面、地板等装饰材料的放射性并未超标。查来查去，“真凶”最终浮出水面，原来是一块作装饰用的羊头骨艺术品。房屋主人大吃一惊：想不到艺术品背后隐藏着如此险恶的祸患。究其奥妙，可能是动物吃进了某些含铀、镭的东西，致使这些放射性物质沉积于骨骼所致。 ⑦你喜欢旅游吗？特别是每年的“五一”与“十一”两个黄金周，乘飞机观赏大好河山也是人生一大快事。然而，在高空，人们接受的宇宙射线剂量也会增加。 ⑧由此可见，核辐射就在我们身边。而长期遭受辐射，会使人体产生诸多不适，严重的可造成人体器官和系统的损伤。诸如白血病、再生障碍性贫血、肿瘤、眼底病变、生殖系统疾病、早衰等就会在不知不觉中缠上你。 ⑨，只要我们采取科学的应对措施，就能将其危害削减到最低限度，而不至于影响健康。因为人体对辐射量有一个可以接受的范围，只要不超过这个范围就是安全的。 ⑩建议你从生活细处做起，堵塞核辐射的种种污染途径。例如，房屋装修追求环保；遭受放射性污染的水不要直接饮用；住房地址要远离污染严重的地方；谨慎对待收藏品；不要频繁去高原和极地旅游，尽量减少宇宙射线的辐射等等。 小题1:从哪些地方可以看出“核辐射”就在我们身边？从文章中提取三个例子。(6分) 小题2:请在画线的(A)、(B)两处任选一句，请指出句中加点词的具体含义，并说说它在表达上的好处。（4分） 小题3:请在第⑨段横线处填写一句话，使上下文衔接自然。（3分） 小题4:第⑥段中主要采用了什么说明方法？并分析其作用。(5分) 小题5:下面列举了一些生活方面的污染材料，请你结合本文最后一段内容，提出避免的
第二章 原子的能级和辐射 2.1 试计算氢原子的第一玻尔轨道上电子绕核转动的频率、线速度和加速度。 解：电子在第一玻尔轨道上即年n=1。根据量子化条件， π φ2h n mvr p == 可得：频率 21211222ma h ma nh a v πππν= == 赫兹151058.6?= 速度：61110188.2/2?===ma h a v νπ米/秒 加速度：222122/10046.9//秒米?===a v r v w 2.2 试由氢原子的里德伯常数计算基态氢原子的电离电势和第一激发电势。 解：电离能为1E E E i -=∞，把氢原子的能级公式2 /n Rhc E n -=代入，得： Rhc hc R E H i =∞-=)1 1 1(2=13.60电子伏特。 电离电势：60.13== e E V i i 伏特 第一激发能：20.1060.1343 43)2 111(2 2=?==-=Rhc hc R E H i 电子伏特 第一激发电势：20.101 1== e E V 伏特 2.3 用能量为12.5电子伏特的电子去激发基态氢原子，问受激发的氢原子向低能基跃迁时，会出现那些波长的光谱线？ 解：把氢原子有基态激发到你n=2,3,4……等能级上去所需要的能量是： )1 11(22n hcR E H -= 其中6.13=H hcR 电子伏特 2.10)21 1(6.1321=-?=E 电子伏特 1.12)31 1(6.1322=-?=E 电子伏特 8.12)4 1 1(6.1323=-?=E 电子伏特 其中21E E 和小于12.5电子伏特，3E 大于12.5电子伏特。可见，具有12.5电子伏特能量的
光与二能级原子的相互作用 二能级原子与光场的相互作用是最基本的模型，如图1为二能级原子与光场的相互作用。 图1 二能级原子与光场的相互作用 如图1所示，频率为v 的单模光场与二能级原子系统相互作用。不考虑外界因素的影响，分析光场与原子相互作用。其中，m 表示激发态，n 表示基态，原子在上下能态之间作简谐振荡，其中拉比频率为Ω，原子跃迁频率为ω，探测光的失谐量为v -=?ω，激发态到基态的自发辐射衰减率为Γ，相干衰减率为 ()2/n m γγγ+=，二能级的电偶极矩矩阵元为n r m e mn =?。 该系统的总哈密顿量由自由哈密顿0H 和光与原子相互作用的哈密顿1H 。系统的总哈密顿量为10H H H +=。 n n m m H n m ωω +=0 (3.1.2) m n e n m e H ivt ivt *12 2Ω-Ω-=- (3.1.3) 根据考虑耗散作用的密度矩阵方程：[]{}ρρρ ,2 1 ,Γ--=H i ()()∑∑Γ-Γ---=k kj kj kj ik k kj kj kj ik ij H H i ρρρρρ 21 (3.1.4) 利用可以得到：
()()mm nn ivt mn mn mn nm ivt mn ivt nn nn mn ivt nm ivt mm mm e i i e i e i e i e i ρρργωρ ρρρρ ρρρρ-Ω++=Ω-Ω+Γ=Ω-Ω+Γ-=---2 2 22 2**1 (3.1.5) 做慢变振幅近似有：ivt mn mn e -=ρρ~，mm mm ρρ~=，nn nn ρρ~= ()()mm nn mn mn nm mn nn nn mn nm mm mm i i i i i i ρρργρρρρρρρρρ~~2~~~2~2~~~2 ~2~~**1-Ω+-?=Ω-Ω+Γ=Ω-Ω+Γ-= (3.1.6) 由系统封闭条件:1~~=+nn mm ρρ 令方程左边倒数部分为零，求解可得： ( ) ( ) ()() ()()[] 2222222222 22222/2/~/2/~/2/~?+Ω+Γ?-ΓΩ=?+Ω+Γ?+Ω+Γ= ?+Ω+Γ?+Ω= γγγργγγγργγγγρi i mn nn mm (3.1.7) 由极化强度关系： [] ..~..210c c e c c e E P ivt mn nm ivt +?=+=--ρχε (3.1.8) Ω ?= ''+'= 02~ 2ερχχχmn mn N i (3.1.9) 由此得到探测光极化率的实部χ'和虚部χ''，它们分别表示色散和吸收 () ()() ()mm nn mn mm nn mn N N ρργεγ χρργεχ~~~~2202 2 2 02 -?+?= ''-? +? ?=' (3.1.10) 其中，令0~,1~==mm nn ρρ，原子数密度为N ，真空介电常数为0 ε，绘制出探
西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==
试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到
红外线辐射源如何区分 红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。俗称红外光。 以发射红外辐射为主的辐射体。严格地说，凡能发射红外辐射的物体都可称为红外辐射源。由于自然界任何高于绝对温度零度的物体都在发射红外辐射,因此,任何物体都是红外辐射源，只是辐射强度不同而已。 红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，相对应波长的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l000μm之间。 红外线辐射源可区分为四部分：
白炽发光区（Actinic range）：或称“光化反应区”，由白炽物体产生的射线，自可见光域到红外域。如灯泡（钨丝灯，TUNGSTEN FILAMENT LAMP），太阳。 热体辐射区（Hot-object range）：由非白炽物体产生的热射线，如电熨斗及其它的电热器等，平均温度约在400℃左右。 发热传导区（Calorific range）由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃，此区域又称为“非光化反应区” （Non-actinic）。 温体辐射区（Warm range）：由人体、动物或地热等所产生的热射线，平均温度约为40℃左右。 更多的光污染知识介绍，更多造成光污染的原因请大家继续关注的相关知识。
<<核辐射探测作业答案>> 第一章作业答案 α在铝中的射程 3．从重带电粒子在物质中的射程和在物质中的平均速度公式，估算4MeV 的非相对论α粒子在硅中慢化到速度等于零（假定慢化是匀速的）所需的阻止时间（4MeV α粒子在硅中的射程为17.8㎝）。 解： 依题意慢化是均减速的，有均减速运动公式： 依题已知：17.8s R cm α== 由2 212E E m v v m αααααα = ?= 可得：82.5610t s -=? 这里 27271322 71044 1.6610() 6.646510() 44 1.60101.38910() m u kg kg E MeV J v v m s ααα------==??=?==??==? 4．10MeV 的氘核与10MeV 的电子穿过铅时，它们的辐射损失率之比是多少？ 20MeV 的电子穿过铅时，辐射损失率和电离损失率之比是多少？ 解： 由22rad dE z E dx m ?? ∝ ??? 5．能量为13.7MeV 的α粒子射到铝箔上，试问铝箔的厚度多大时穿过铝箔的α粒子的能量等于7.0MeV? 解： 13.7MeV 的α粒子在铝箔中的射程1R α，7.0MeV α粒子在铝箔中的射程2R α之差即为穿过铝箔的厚度d 由 6．当电子在铝中的辐射损失是全部能量损失的1/4时，试估计电子的动能。27MeV 的电子在铝中的总能量损失率是多少？ 解： 不考虑轨道电子屏蔽时 考虑电子屏蔽时 123122326 3 4(1)1 ()[ln((83))]13718 41314 6.02310277.3107.9510[((8313)0.06] 3.03/() 3.03/0.437 6.93() 3.03 6.939.9610/e rad e ion z z NE dE r z dx MeV cm dE dx dE MeV cm dx -- --+-=+=???????????+=- ===+=≈和7.当快电子穿过厚为0.40㎝的某物质层后，其能量平均减少了25%.若已知电子的能量损失基本上是辐射损失，试求电子的辐射长度。
红外线的辐射源有哪些 红外线是不可见光，任何大于绝对零度的物体都具有发射红外线的能力，因此红外线的辐射源在我们身边是非常多的。 第一、太阳 近似于温度5600K黑体的良好辐射源。峰值波长在可见光波段，但仍是地球附近最强的红外辐射源，而且相当稳定。可以作为空间红外仪器的参考标准源。 第二、红外星与红外天体 宇宙间一些以辐射红外为主的天体。它们是一些处于引力塌缩中、尚未触发热核反应的、非常年轻的天体,但已经是红外热源,或者是一些处于濒临消亡的恒星所抛出的大块尘云。温度都很低，所辐射的红外波长约为几十微米至近百微米。这些宇宙间的红外辐射源对天体演化的研究有重要意义。
第三、能斯脱灯丝 用锆、钇和钍的氧化物烧结成的空心细棒，长约25毫米，直径约2毫米,引出电极为铂丝。常温时阻值很高，具有负电阻温度系数。使用时先加温至几百度，然后通电点亮，由电能维持其温度，由镇流器限制其加热电流。这种红外源能在空气中工作，温度达1800K。常用于红外光谱仪器。 第四、硅碳棒 碳化硅做成的圆棒，发热部分的直径约为5毫米，工作温度为1500K，用于红外光谱仪器，更常用于工业加温炉。 第五、红外灯 属于白炽灯一类,工作温度较白炽灯低,使辐射能分布更多地移
向红外。受玻璃外壳的限制，发射的红外辐射短于2.5微米。常用于医疗和工业干燥等。 第六、碳化硅板 由电热丝埋入或装入碳化硅板中构成的一种中、远红外辐射源。电热丝通电后加热碳化硅板，控制不同的平衡温度，能获得不同波长分布的红外辐射。作为红外辐射源,为了提高某一波段的红外辐射效率,可采用表面涂覆特定的红外高发射率的涂料。这些涂料由 Ni2O3、Cr2O3、CoO、Na2O、MnO2、SiC、SiO2等材料组成。用碳化硅板可砌成各种红外炉，广泛用于烘烤技术中。 第七、红外激光器 属于受激辐射，各辐射中心的发射具有相同的频率、方向和偏振状态以及严格的相位关系。红外激光器辐射强度高，单色性好，方向性强。常用的红外激光器有钕玻璃激光器、钇铝石榴石激光器、二氧化碳激光器和磅锡铅激光二极管等。
核技术 探测复习材料 一、简答题：（共 35 分） 1．带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式？（5分） 与原子核弹性碰撞；（核阻止）（1分） 与原子核的非弹性碰撞；（轫致辐射）（1分） 与核外电子弹性碰撞； （1分） 与核外电子的非弹性碰撞；（电离和激发）（1分） 正电子湮灭；（1分） 2．气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系。具体如下图所示。（5分） 填空: Ⅰ 复合区（1分）Ⅱ饱和区（电离室区）（1分）Ⅲ 正比（计数）区（1分） Ⅳ 有限正比区 （1分）Ⅴ G-M 区 （1分） 注：1）有限区的0.5分 3．通用闪烁体探头的组成部件有那些？为什么要进行避光处理？（5分） 答案要点1）闪烁体（1分）、光学收集系统（1分）（硅油和反射层）、光电倍增管（1分）、 2）光电倍增管的光阴极（1分）具有可见光光敏性（1分），保护光电倍增管。 4．PN 结型半导体探测器为什么要接电荷灵敏前置放大器？（5分） 答：由于输出电压脉冲幅度h 与结电容Cd 有关（1分），而结电容 随偏压（2分）而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使h 发生附加的涨落，不利于能谱的测量；为解决该矛盾，PN 结半导体探测器通常不用电压型或电流型前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器。电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证 C 入 >> Cd ，（2分）而 C 入是十分稳定的，从而大大减小了Cd 变化的影响。可以保证输出脉冲幅度不受偏压变化的影响。 注）1所有讲述半导体探测器原理得1分 5．衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标，这两个指标是指什么？为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好，试用公式解释？（5分） 答案要点： 第1问： 能量分辨率（1.5分）和探测效率（1.5分） 注：1）答成计数率得1分 0/1V C d
有志者事竟成2013年中考说明文阅读题精选：核辐射 阅读下面文字，完成第18～19题。(共6分) ①2011年3月11日，日本发生了里氏9.0级大地震。地震导致福岛核电站核物质泄漏，这起核泄漏事件引发了人们对核辐射的恐慌。核辐射对人类有着怎样的影响，人们又应该怎样认识它呢? ②核辐射是指放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量，也称为放射性，指的是α、β、γ、Х等放射线这一类辐射。 ③在发生核泄漏时，放射性物质可通过呼吸吸入，也可通过皮肤、伤口及消化道吸收进入人体内，引起内照射伤害;在各类辐射中，γ射线具有很强的穿透能力，会使人受到外照射伤害。人体在遭受辐射后，由于照射剂量和时间长短不同，会出现不同程度的损伤，最大的风险是增加癌症、白血病、畸变、遗传性疾病的患病率，甚至影响几代人的健康。最典型的例子是切尔诺贝利核电站的核泄漏事故①。当时，由于风向的关系，估计约有60﹪的放射性物质落在白俄罗斯的土地上，经研究发现，白俄罗斯的小孩患甲状腺癌的比例快速增加。④由此看来，核辐射对人类有着极大地的危害，然而【甲】只有过量的核辐射才会对人体造成伤害，而【乙】少量的核辐射不会危及人类的健康，合理使用还可以造福人类。 ⑤现在，核辐射技术已经得到了广泛的应用。例如，在医疗上，治疗恶性肿瘤的重要方法之一就是利用放射线进行治疗，即用射线直接照射肿瘤部位，杀死癌细胞。在生活中，许多食品利用辐射照射来进行保鲜，即通过一定剂量的辐射照射，杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫达到保鲜目的。由于辐射照射食品时，食品仅仅受到放射源发生的γ射线的照射，不直接接触放射源，所以食品不会受到污染。此外，这种技术也不会污染环境。在世界卫生组织制定的确保食品安全的重点推广计划中，辐照技术作为一项绿色加工技术已被列入其中。 ⑥人们在对核辐射有了一定的了解之后，就会科学地看待它，应用它，而不会一说到核辐射就惊恐万分，谈“核”色变。 【注】①1986年4月26日，前苏联的切尔诺贝利核电站发生爆炸，造成了核泄漏事故，波及了欧洲的大部分地区。 18.阅读第④段，说出画线的【甲】【乙】两个语句的位置不能调换的三条理由。(3分) 19.阅读下面材料，借助文章中的相关知识，分析红香蕉苹果可以长时间保鲜的原因。(5分) 【材料】 红香蕉苹果是我国苹果的主要品种之一。它很不耐贮存，采摘后在常温下很快就衰老变质。在冷库贮存，到第二年的三四月份，苹果的硬度变小，虎皮病严重，质量大为下降。而经过适量的钴-60γ射线照射后，在温度、湿度适宜的条件下贮存6个月，其硬度、主要营养成分、色、香、味及外观都不会有显着变化。 18.答案示例：【甲】【乙】两个语句不能调换位置，因为，其一，【甲】句与前面的“危害”一句直接相关;其二，【乙】句与后面的“造福”一句直接相关;其三，两句调换后语段表达的重点与原意不符。 19.答案示例：红香蕉苹果经过适量的钴-60γ射线照射可以长时间保鲜，是因为γ射线具有可以发射出能量、穿透能力强的特性，因而，一定剂量的辐射照射，可以杀死寄生在苹果表面及内部的微生物和害虫。
高级红外光电工程导论中科院上海技术物理研究所教育中心
序言 红外线是电磁波谱的一个部分，这一波段位于可见光和微波之间。早在1800年，英国天文学家赫胥尔为寻找观察太阳时保护自己眼睛的方法就发现了这一“不可见光线”。但是，红外技术取得迅速发展还是在二次大战期间和战后的几十年，推动技术发展的原因主要是由于军事上的迫切需要和航天工程的蓬勃开展。 红外系统是用于红外辐射探测的仪器。根据普朗克辐射定理，凡是绝对温度大于零度的物体都能辐射电磁能，物体的辐射强度与温度及表面的辐射能力有关，辐射的光谱分布也与物体温度密切相关。在电磁波谱中，我们把人眼可直接感知的0.4～0.75微米波段称为可见光波段，而把波长从0.75至1000微米的电磁波称为红外波段，红外波段的短波端与可见光红光相邻，长波端与微波相接。可见光辐射主要来自高温辐射源，如太阳、高温燃烧气体、灼热金属等，而任何低温、室温或加热后的物体都有红外辐射。 通常情况下，红外仪器总被认为是一种无源、被动式的探测仪器，因为它主要探测来自被测物体自身的红外辐射。例如：红外辐射计、热像仪、搜索跟踪设备等就不需要像雷达系统那样的大功率辐射源，红外仪器可对物体自身热辐射进行非接触式的检测，从中反演出物体温度或辐射功率、能量等。由于，具有全天时、隐蔽性好、不易为敌方干扰，适合军事应用。 但是，并非所有的红外仪器都是无源的。因为，除物体自身热辐射外，自然或人工辐射源与物质相互作用也能产生电磁辐射。电磁辐射与物体的相互作用可以表现为反射、吸收、透射、偏振、荧光等多种形式，利用不同作用机理，可研制出门类众多的红外仪器。如利用物体反射、吸收电磁辐射时的光谱特征，可测量分析物体的颜色、水份、和材料组分等。这一类探测仪器是需要辐射源的。 习惯上，我们都是根据仪器自身是否带辐射源来划分被动式或主动式探测仪器。仪器的命名也有所不同，如我们把被动式的辐射测量设备称之为辐射计，如红外辐射计、微波辐射计。而主动式的辐射探测设备相应地称为红外雷达、微波雷达。本课程主要介绍被动式的红外光电探测系统。 红外系统的信息流程通常包含辐射产生、传输、采集、光电转换、信号处理等环节。红外光、可见光本质上都是电磁波，波段相邻，红外仪器与可见光仪器的工作原理、信息流程几乎相同，主要元部件（如光学系统、探测器）虽有差异，但其作用机理、设计方法相似之处甚多，许多遥感仪器也经常集成了可见光通道和红外探测通道。由此，红外光电系统课程重点讲授红外技术，但许多内容对可见光系统也是适用的。