核电子学的发展简史

如题所述

发现核辐射现象
核辐射现象(天然放射性)发现于1896年。1926年,H.盖革等发明GM计数管,单次辐射通过时发出一个电脉冲,经电子管放大后,可驱动电话发出声响。声响的疏密反映辐射源的强弱,还可用示波仪进行记录,或触发闸流管而驱动机械计数器。这项发明使核物理实验得到了电子技术的支持,从而促成了30年代以来核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1930年,B.罗西用三重符合电路发现了宇宙线在东西方向上的不对称性。1932年,P.M.布莱克特等人又用此电路启动云室拍照,大大提高了云室的效率。C.D.安德森用这样的云室研究宇宙射线时发现了正电子(1932年)和μ介子(1936年),获得了1936年诺贝尔奖金物理学奖。这些成就加深了人类对原子核的认识,也使物理学家对电子学方法的优越性的认识逐步提高。30年代初,人们就致力于为核物理实验研制专用的成套电子仪器。1931年,卢瑟福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器,成为核物理实验中早期的有力工具。
原子弹爆炸
第二次世界大战开始后,核电子学围绕核武器的研究得到更大的发展,逐渐形成了一门学科。1945年,第一颗原子弹的爆炸,又向核电子学提出很多新课题,如怎样探测核爆炸的各种机制和核爆炸产生的强电磁脉冲对电子设备的影响、损坏机制以及如何将电子设备加固以抗核脉冲的冲击等。
辐射探测器发展
1949年,R.L.霍夫斯塔特发明了用碘化钠(铊)晶体制成的闪烁计数器。这是辐射探测器的一次重大发展。它推动了核γ谱学和相应的测量仪器γ谱仪的发展。γ谱仪的电子学部分,是一个对闪烁探测器输出的电脉冲进行幅度分析的仪器。
闪烁探测器发展
50年代初,由于闪烁探测器的快速时间响应,核电子学已开拓了纳秒脉冲技术,应用在放大、甄别、计数、符合、时间测量等技术上。同一时期,对核探测器的噪声问题也进行了理论分析,并开展了低噪声谱仪放大器的研究,使核能谱的测量工作在速度上和精度上大为提高。
核电子学名称诞生
50年代中、后期,高能加速器出现,物理学家开始寻找新的基本粒子。他们利用各种闪烁探测器和核电子学方法,取得了许多重要的物理学成就。1958年,第一次国际核电子学会议在贝尔格莱德召开,此后,核电子学的名称正式为国际有关学术界采用。
半导体探测器研制
进入60年代时,已研制出各种半导体探测器,特别是锗(锂)漂移半导体探测器。其γ能量的分辨能力比闪烁探测器约高两个数量级,时间分辨和本底也优于闪耀体。不足之处是它必须在77K的低温下工作,要用液氮来保持,不太方便。60年代末,已研制出能在常温下保存的高纯锗探测器。
全电子式探测器发明
到60年代中期,核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。晶体管化还促进了核电子仪器的标准化。1968年,卡尔帕克发明了多丝室探测器。当粒子通过密布在不同层上、数目众多的某些丝时,这些丝便发出电信号。如果读出丝的编号,就可以判定粒子通过的位置。1970年,他又研究出漂移室,比多丝室定位更准。这两种丝室的尺寸已可做到6×6米^2,信号丝数可达数万。因此,要求有庞大的快、准、稳的电子读出电路。这种由大型快速电子电路、计算机组成的系统只是在70年代中出现大规模集成电路、混合集成电路和发射极耦合逻辑电路等器件后才得以实现。这种全电子式探测器在高能物理实验中逐步取代了1952年发明的汽泡室。
打破停滞
1974年,丁肇中和B.里克特分别用全电子学方法发现J/Ψ粒子,间接地证实了第四种夸克(桀)的存在,打破了粒子物理界近10年的停滞状态,因而同获1976年诺贝尔奖金物理学奖。
计算机的应用
到70年代末,以微型计算机为基础的成套核电子仪器系统,如核能谱测量系统,在核科学技术各领域中得到广泛的应用,而大型的核信息获取与处理系统已成为高能物理前沿实验中的必要手段。
1983年初,欧洲核子研究中心的UA-1、UA-2实验组在SPS质子-反质子对撞机上观察到中间玻色子W+、W-和Z0的衰变现象。它们是电磁作用和弱作用力统一理论所预言的粒子。其中的两个关键是:①用电子学反馈方法实现反质子环中的随机冷却;②实验所用的探测设备重达2000吨,除磁铁重800吨外,其余皆为探测器电子学系统,其中使用了数百个微处理器。
进入80年代后,核电子学本身也伴随其他科学技术的发展而得到发展。新的探测器件和材料(如锗酸铋BGO、氟化钡BaF2)相继出现,使核电子仪器的性能指标不断刷新。
相互促进
核电子学是在不断满足迅速发展的核科学技术的需要而发展起来的,它也不断吸收其他科学技术的成就,特别是各电子学分支学科的成就。同时它也不断地向其他领域扩散自己的知识。核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的精密测量和甄别等技术,对40年代雷达和电子计算机的迅速发展提供了有用的经验。纳秒脉冲技术也是在核电子学中领先得到发展的。现代的高速模-数转换技术起源于核电子学中多道脉冲幅度分析技术。核电子学与其他学科相互渗透而出现了一些边缘学科。

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