THz辐射的研究和应用新进展

THz辐射的研究和应用新进展
THz辐射的研究和应用新进展

?综述?

TH z辐射的研究和应用新进展33

姚建铨,路 洋33,张百钢,王 鹏

(天津大学精仪学院激光与光电子研究所,南开大学、天津大学联合研究院,教育部光电信息技术科学重

点实验室,天津300072)

摘要:T Hz频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域,它的研究涉及物理学、光电子学

及材料科学等,它在成像、医学诊断、环境科学、信息通信及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应

用价值。当今,获得T Hz波的方法及T Hz波的探测研究是T Hz研究领域的前沿,更是重点。本文综述

了T Hz波的特点、应用领域及发展状况,阐述了T Hz波的产生方法其探测方法。

关键词:T Hz辐射;T Hz波的产生;T Hz波的探测

中图分类号:O441.4 文献标识码:A 文章编号:100520086(2005)0420503208

N e w R esearch Progress of TH z R adiation

YAO Jian2quan,L U Yang33,ZHAN G Bai2gang,WAN G Peng

(College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin University;Cooperated Institu2

te of Nankai University and Tianjin University Key Lab.of Optoelectric Information and Technology of

EMC,Tianjin300072,China;)

Abstract:THz wave that ha s not been develop ed ha s important scientific value.Its re search

relate s to many fields,such a s physics,optoelectronics,materials science,etc.Its applica2 tions have wide pro sp ects in imaging,medical diagno sis,environment science,in formation

science and ba sic physical re search.In nowadays THz generation and THz detection are

the re search frontiers.

K ey w ords:THz radiation;THz generation;THz detection

1 引 言

T Hz(1T HZ=1012Hz)频段是指频率从0.3 T Hz到10.0T Hz,也有认为是0.1T Hz到10.0 T Hz,介于毫米波与红外光之间的电磁辐射区域。在上世纪70年代,就有这方面的研究,那时被称为“亚毫米波”,范围一般指300GHz~3T Hz。T Hz频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域。多年来,对T Hz波段的特性知之甚少,主要是由于没有切实可行的T Hz波产生方法和检测手段,以致于该波段被称为电磁波谱中的T Hz空隙,可以说是电磁波谱研究的空白,也是电磁波谱中有待进行全面深入研究的最后一个频率段。本文着重对T Hz辐射的产生方法进行了综述,对其各种常用的探测手段进行了比较。特别分析和总结了差频产生T Hz波的方法,并详细介绍了T Hz辐射的特性,对其研究现状进行了分析。

2 关于TH z波独特的性质

人们之所以关注T Hz波,主要在于:

光电子?激光

第16卷第4期 2005年4月 J ournal of Optoelect ronics?L aser Vol.16No.4 Apr.2005 3收稿日期:2004206218 修订日期:2004209223

 3 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60278001;10474071);教育部南开大学、天津大学科技合作基金资助项目;激光技术国家重点实验室(华中科技大学)开放基金资助项目([2001]0104);天津市科技发展计划资助项目;教育部博士点基金资助项目;天津大学优

秀博士学位论文基金资助项目([2001]01)

 33E2m ail:lu0406@https://www.360docs.net/doc/6b1483132.html,

1)室温下(300K 左右),一般物体有热辐射,这

一辐射大约对应6T Hz 。从宇宙大爆炸中产生的宇宙背景辐射有1/2都在光谱中的T Hz 部分。 2)从GHz 到T Hz 频段,许多有机分子表现出较强的吸收和色散特性,这是由于分子旋转和震动的跃迁造成的。这种跃迁是一种特殊的标志,物质的T Hz 光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息,并使得T Hz 波有类似指纹一样唯一性的特点。T Hz 波光谱通过介电函数的实部和虚部来描述分子的转动和振动光谱(10GHz ~10T Hz )。 3)T Hz 光子有较低的能量(4meV @1T Hz ,比X 射线的光子弱107~108倍),不会在生物组织中引起光损伤及光化电离。T Hz 光子能量约为可见光的1/40。T Hz 做信息载体比用可见光和近中红外光能量效率高得多。 4)不同于传统的光学方法,仅仅测量出某一频率光的强度,T Hz 波的时域光谱技术直接测量T Hz 波的时域电场。时域数据的傅立叶变换给出了T Hz 波的大小和相位。因此,无需使用克拉莫2克罗尼格色散关系,就可以提供介电常数的实部和虚部。这使得测量与T Hz 波相互作用的介质折射率和吸收系数变得更精确。时域光谱提供了非常高的信噪比(S N R ),而且对黑体辐射(热背景)不敏感。

3 TH z 波的应用领域

近年来,T Hz 技术引起广泛关注是由于其在物

体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、卫星通信和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。3.1 TH z 波成像

利用T Hz 时域光谱技术可以直接测量T Hz 电磁脉冲所产生的瞬态电磁场,可以直接测得样品的介电常数[1]和厚度分布。例如,水印成像可以应用于钞票的鉴别;利用T Hz 波在材料中的时间延迟特性,可以对不同质地的材料进行鉴别,非常准确;应用于国家安全(情报、安检、破案),包括生物、化学和医学中的各种成像。实时两维T Hz 活体成像可应用于野外昆虫的实时观测,同时也可应用于军事中特种部队和警察的装备,在一定范围内对敌人的有生力量和犯罪分子进行准确探测。

T 射线计算机层析成像术(C T )[2],可对样品进行物理学量的数学积分探测。用菲涅尔波带片作为T 射线透镜[3],可以实现T 射线二元透镜层析成像术,对不同形状和外形的物体进行不同频率的同步成

像等。这一领域现在已经被公认最有可能首先取得重大突破,具有非常大的应用潜力[4,5]。3.2 医疗诊断 由于很多的生物大分子及DNA 分子的旋转及振动能级多处于T Hz 波段,生物体对T Hz 波具有独特的响应,所以T Hz 辐射可用于疾病诊断、生物体的探测及癌细胞的表皮成像。T Hz 系统可以分辨0.4mm 的纤维、0.25mm 的团块和0.24mm 的斑点,这在医学诊断具有很重要的应用价值。癌变组织和正常组织的T Hz 波具有不同的振幅、波形和时间延迟,可以从中得到肿瘤的大小和形状。对人体组织器官进行T Hz 成像,可做出肿瘤的早期诊断。利用对生化反应T Hz 吸收谱的研究可以得到反应中的分子运动状况信息,对于进一步研究生化反应提供了有力的手段。在突破一些技术瓶颈以后,将会产生一批用于疾病诊断的T Hz 医疗仪器。3.3 环境监测 适合于对固体、液体、气体以及火焰和流体等介质的电、声学性质的研究以及化学成份的表征。T Hz 辐射也可用于污染物检测、生物和化学物质的探测,对生物组织包括植物、动物的组织结构进行成像可获得组织新鲜程度的信息,这可应用于食品的保鲜和食品加工过程的监控、食品工业的质量控制;检测(see 2t hrough 2t he 2wall )隐藏在箱包中一般家用材料及民用设备中的特殊物质,如炸药、毒品等[6],可实现非接触、非破坏的探测。由于T Hz 电磁波的强透射能力和低辐射能量(对人体完全无害),T Hz 成像技术可以替代医疗X 射线透视仪、C T 等,用于机场安全检查和炭疽等生化武器检查等等。3.4 宽带移动通讯与星际间通讯

T Hz 电磁波是很好的宽带信息载体,T Hz 波比微波能做到的带宽和讯道数多得多,特别适合作卫星间、星地间及局域网的宽带移动通讯。T Hz 用于通信可以获得10G B/s 的无线传输速度,这比当前的超宽带技术快n ×102~1×103多倍,而且与可见光和红外线相比它同时具有极高的方向性以及较强的云雾穿透能力。这就使得T Hz 通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。虽然由于缺乏高效的T Hz 发射天线和辐射源,使其还无法在通信领域商业化,但这必将由新型的发射装置和发射源所解决。3.5 雷达与天文

T Hz 雷达分辨率高,可成为未来的高精度雷达发展方向;T Hz 是射电天文学极重要的频段,结合卫星使用可实现空间成像。在宇宙中,大量的物质在发

?

405? 光电子

?激光 

2005年 第16卷 

出T Hz电磁波,C、H2O、CO2、N2及O2等等大量的分子可以在T Hz频段进行探测。而这些物质在应用T Hz技术以前,一部分根本无法探测,而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。

另外,T Hz电磁波可与低维半导体直接耦合,因为半导体中大多数特征能量尺度在T Hz范围[7~11]。T Hz辐射在物理学、等离子熔融诊断学、电子束诊断学及T Hz波的显微成像学等研究领域有着广泛的用途和研究前景。

4 TH z波的研究现状

目前国外已有多个课题组开展了T Hz领域的科学研究工作。截止到2002年,在美国J efferson试验室实现了大功率T Hz光源。伦斯勒理工学院T Hz 研究中心[12]实现了T射线层析成像术及T射线用于生化样品的识别和成像。在美国的其他实验室也开始了非线性T Hz光谱分析学的研究,如T Hz波量子光学和量子计算等。意大利和英国实现了全固体T Hz激光器。在美国和欧洲,也已实现T Hz波的医学应用。在德国,实现了T Hz共振结构用于无标记DNA识别。日本实现了强磁场下半导体产生T Hz 射线。

美国纽约州特洛伊市的伦斯勒理工学院T Hz研究中心在美国国家自然科学基金、美国陆军研究室、空军科研所、能源部和Zomega科技股份公司的支持下,由张希成教授带领在T Hz波的研究已经取得了较广泛的研究成果和应用成果。他们研究的重点是利用超短脉冲和电光晶体产生T Hz波及自由空间T Hz波的探测,已经通过实验证实了电光晶体T Hz 系统在较大的范围内是线性的,且S N R大于105,最小的脉冲宽度为28f s。电光探测器本身的优点是:非共振频率相应,较大的探测面积,高扫描率和低探头功率。他们采用啁啾光脉冲在电光晶体中解读T Hz成像,这使得在前所未有的采样率下进行T Hz 波的测量成为可能。

DAST是一种有机非线性晶体或者说是一种有机盐(a nonlinear crystal of42dimet hylamino2N2 met hyl242stilbazolium2to sylate),有较大的非线性系数d11=290p m/V@1542nm,d=1010p m/V@1 318nm,较小的介电常数(5.2),这对于相位匹配光波和T Hz波辐射都很有益处。T.Taniuchi领导的科研小组主要采用在DAST中用差频方法产生T Hz 波,已经取得了在2~20T Hz范围内的T Hz波调谐输出[13]。据估算,他们已经获得了在4.4T Hz处1.5W的输出,在19T Hz处19W的输出。DAST多采用缓慢降温法生长法,但生长高质量和大尺寸的DAST是异常难实现的。2000年已经通过在1064 nm附近的KTP光学参量振荡器实现0.2~1.5 T Hz调谐,DAST为1mm厚;2002年获得1.5~6.5 T Hz的T Hz波调谐范围,DAST同样为1mm厚。从2003年开始,有研究小组采用slope nucleation met hod[14],此法复合了spontaneous nucleation和subsequent growt h of a single crystal两种方法。

2001年,Kawase等人组成的研究小组[15]实现了种子注入TP G,可调谐半导体激光器作为种子源, Nd:YA G激光器作为泵浦源,在非线性介质如L N、MgO:L N中实现T Hz波参量产生,并且获得了1.1~2.4T Hz的调谐输出[15]。

近年来,随着准相位匹配技术的成熟,利用周期极化晶体(PPL N)的非线性光学频率变换效应获得T Hz波输出引起了人们的广泛关注。1998年,Yu Jie.J.Ding等人[16]提出了利用参量振荡在PPL N中产生反向传播T Hz波的方案,并进行了理论分析; 2000年,Y.-S.Lee等人[17]利用宽带飞秒脉冲在PPL N中传播时与T Hz波间存在的群速度失配,产生反向传播T Hz波;2001年,C.Weiss[18]等人报道了在圆盘PPL N上实现窄带、可调谐T Hz波的实验。最近的研究热点集中在利用波长相近的泵浦光和信号光在PPL N上的差频,实现垂直于PPL N表面发射的T Hz波[19]。

在国内,利用PPL N获得T Hz波辐射源是研究的热点。由姚建铨院士带领的天津大学激光与光电子研究所[20~27],在PPL N方面已经进行了大量的研究工作,温度调谐的PPL N光学参量振荡器以及角度调谐的PPL N光学参量振荡器等取得了阶段性成果[20~27]。中国科学院上海微系统与信息技术研究所的曹俊诚等人组成的研究小组[28~32]主要研究方向包括T Hz物理、器件及其应用,低维半导体器件计算机模拟及软件设计,并行程序设计与大规模科学计算。他们从理论上深入地研究了T Hz辐射与低维半导体的相互作用规律,提出了设计低维半导体T Hz探测器的可能性。

高功率超快光电导开关作为T Hz电磁波的产生方法之一,是目前在T HZ科学与技术研究领域的前沿课题。用超短激光脉冲触发光电导开关可产生频率宽度达1012Hz的电磁辐射,也被称为T Hz射线。西安理工大学超快光电技术研究中心在做这方面的研究[33]。他们在对光电导开关机理的深入研究

?

5

5

?

第4期 姚建铨等:T Hz辐射的研究和应用新进展

的理论基础上,研制出了T Hz 光电导偶极天线,经美

国伦斯勒大学T Hz 科学与技术研究中心实验测试,取得了满意的结果。

国内有关利用非线性晶体产生T Hz 波的研究,处于刚开始发展阶段,在利用准相位匹配技术在PPL N 中产生T Hz 波的研究方面未见报道。从现在的研究水平来看,利用PPL

N 产生T Hz 波与其他利用非线性晶体的方案相比具有:1)泵浦阈值低、输出功率大;2)可以通过改变PPL N 的极化周期或晶体温度实现频率的调谐;3)光谱带宽窄等。因此,必将在产生T Hz 波的发展方向上占据重要地位。

5 TH z 的产生

T Hz 电磁波的产生是T Hz 技术的关键,大功率、高效率的T Hz 发射源是T Hz 时域光谱技术、

T Hz 诊断和成像技术以及T Hz 雷达和通信等高新技术的关键。以往常见的产生T Hz 波辐射源的方法主要有:

1)利用飞秒激光照射半导体材料表面,产生T Hz 电磁波脉冲,如图1所示。这种方法需要输入

光有较高的峰值功率,可获得宽带的T Hz 输出。其

原理是利用载流子的加速运动效应。激光脉冲辐射到半导体上,满足

h

ω≥E g (1)式中:h

ω为载流子的能量;E g 为直接带隙半导体的禁带宽度。而后可以产生瞬态光电流J (t ),其为

J (t )=n (t )e

μE b (2)那么远场T Hz 辐射场满足

E THz (t )∞

5J (t )

5t

(3)图1 飞秒激光照射半导体产生TH z 辐射

Fig.1 Femtosecond laser inject semiconductor

to generate TH z w ave

2)通过施加偏置电压,用激光脉冲激发光电导偶极天线产生T Hz 波,如图2所示。这种方法辐射

的T Hz 波的能量主要来自天线上所加的偏置电场,可以通过调节外加电场的大小来获得能量较强的T Hz 波,故只需中等光强输入就可获得很强的T Hz 输出[34]。

图2 激光脉冲激发光电导偶极天线产生TH z 辐射

Fig.2 Laser pulse excite photoconductive

dipole to genrate TH z w ave

3)利用差频过程获得T Hz 波的最大优点是没有阈值,且试验设备很容易搭建,容易实现差频转换。这对于用纳秒激光脉冲泵浦参量发生器和振荡器,以获得T Hz 电磁辐射是很重要的。我们认为,用差频过程,在纳秒激光脉冲泵浦的条件下,获得T Hz 辐射是有着广泛发展空间和应用前景的。但是DF G 的转换效率很低,其关键是要获得波长相近的泵浦光和信号光。 当今,利用非线性光学频率变换技术,获得两个波长相近的信号光是比较成熟和容易实现的方法,常用的方法有:

1)双波长输出Ti :Al 2O 3激光器。Kawase 等人[35]利用电可调Ti :Al 2O 3激光器实现其双波长输出,并用产生的这两个波长的光在DAST 中实现T Hz 波的差频产生; 2)工作在简并点附近的光学参量振荡器。T.Taniuchi 领导的科研小组[36]实现了532nm 泵浦的

KTP O PO 二类相位匹配(Φ=23.5°,θ=90°

)工作在简并点附近1.06~1.07μm 通过旋转KTP 晶体,可以实现0~10nm 的波长间距,并利用产生的可调谐的双波长在DAST 晶体中实现T Hz 波的可调谐差频产生,如图3所示

图3 用于差频产生TH z 波辐射的双波长

输出KTP 参量振荡器的实验装置

Fig.3 Experimental arrangement of DFG

using du al 2w avelength KTP 2OPO

3)利用双非线性晶体实现两信号光运转的光学

?

605? 光电子

?激光 

2005年 第16卷 

参量振荡器。同样还是T.Taniuchi 领导的科研小组实现了双波长KTP 2O PO ,在同一个腔中有2块KTP 晶体,由计算机控制,通过旋转第2块KTP 晶体的角度实现双波长输出。KTP 2O PO 的泵浦源是调Q Nd :YA G/SH G 激光器,脉冲宽度8ns ,重复频率为20Hz [13],同样利用产生的可调谐的双波长在DAST 晶体中实现T Hz 波的可调谐差频产生,如图4所示

图4 用于差频产生TH z 波辐射的双

KTP 参量振荡器的实验装置

Fig.4 Experimental setup of DFG using du al 2KTP OPO

4)利用双周期或p hased 2reversed PPL N 实现两信号光运转的光学参量振荡器。T.Taniuchi 领导的科研小组利用cascade grating 结构实现双信号光运转的光学参量振荡器,同样利用产生的可调谐的双波长在DAST 晶体中实现T Hz 波的可调谐差频产生;Kawase 等人利用p hased 2reversed PPL N 实现两信

号光运转的光学参量振荡器。差频部分采用垂直于PPL N 发射T Hz 波的结构。采用这一结构的主要原

因是,室温条件下,LiNbO 3晶体对T Hz 波的吸收非常大,对T Hz 波的输出功率和线宽都有影响,为了减小T Hz 波在晶体中传播的长度,并利用T Hz 波方向性较差的特性。此种结构的优点是可以减少PPL N 对T Hz 波的吸收。T Hz 波之所以能在垂直于泵浦光的传输方向产生,这是因为泵浦光斑被聚焦到比产生的T Hz 波长还小的数量级。在PPL N 中差频获得T Hz 波输出是有很广泛的调谐潜力,通过选择DF G 晶体和输入波长,可以获得10~20T Hz 调谐

范围[19,37]。

两个波长相近的光波在非线性晶体中差频产生T Hz 波;包括在GaAs [38],Zn Te [39]、LiNbO 3[40]、Ga P [41]、GaSe [42]、Zn GeP 2[43]和slant 2st ripe 2type PPL N [19]。这里可以通过选择不同的差频晶体和改

变输入波长,实现T Hz 波的调谐输出。由于强光子吸收,即无机非线性晶体对10T Hz 以上的T Hz 波的光子吸收很严重,采用无机非线性晶体产生10T Hz 以上的T Hz 波就很困难了,就需要采用有机非

线性晶体,如DAST 。在DAST 中,两个信号光的偏振方向平行于材料的a 轴[13,37]。10T Hz 以上的T Hz 波一般用于时域光谱学,需要昂贵的15f s 以下

的飞秒激光器。但是,我们采用DF G 的手段,在10T Hz 以上的可用纳秒激光器实现。故基于差频的可调谐T Hz 源对T Hz 成像在10T Hz 以上的高频区是很有优势的。图5为在slant 2st ripe 2type PPL N 中差频产生T Hz 波及其表面辐射的示意图。其中的极化周期满足 Λ=2

π1

(K 1-K 2)2+K 23

(4)

式中:k 1和k 2是用来差频产生T Hz 波两个波长相近

光的波矢;k 3是

T Hz 波的波矢;Λ是slant 2st ripe 2type PPL N 的极化周期。

图5 Slant 2stripe 2type PPL N 中差频产生TH z 波

Fig.5 The TH z w ave generation using DFG

in slant 2stripe 2type PPL N

4)由电子激光器和气体激光器,由Nat ure 于2002年11月14日报道[44],这是目前可以获得T Hz

最高输出功率的方法;

5)电子发射器(耿氏振荡器,布洛赫振荡器,冷等离子体)。这种方法的特点是结构紧凑,损耗低。Nat ure 于2002年5月做了有关报道[45]。 6)非线性光学效应的光整流原理实现T Hz 波

的产生[46]。脉冲宽度为Δ

τ的激光脉冲入射到电光晶体中,产生一阶非线性光学效应,激光脉冲的带宽

为Δ

ω,并满足ΔτΔω=1,且T Hz 波的电场E THz (t ,Ω)中的拍频Ω满足Ω<Δω,电场随时间的变化满足 E THz (t )∞52P (t )52t

(5)

当采用光整流实现T Hz 波输出时,T Hz 脉冲的中心频率和线宽都直接与泵浦脉冲宽度有直接关系。

?

705?第4期 姚建铨等:T Hz 辐射的研究和应用新进展

6 TH z 的探测

关于T Hz 波的探测方法的比较,如表1所示。 另外,在T Hz 的测量前向需加滤波片,材料一般

为黑聚乙烯(black polyet hylene )用以滤掉其他波长的光;在探测器前方加透镜,一般材料为白聚乙烯(white polyet hylene ),目的是为了准直T Hz 波。在测量时,由于环境中水蒸气对T Hz 有吸收,故抛物面反射镜和探测器需要置于真空环境中[13]。

表1 探测方法分类

T ab.1 The categories of TH z w ave detector

T Hz wave detectors

Character and application Bolometer [19,36]

Generally it bases on Si and Ge

and works at about 4K.It can be used to detect t he wavelengt h of T Hz and incoherent radiation but can not be used to detect t he information of coherent radia 2tion

Pyroelectric detector [13]

It can detect t he energy of t he signal more t han 1nJ and can only be used to detect incoherent radiation.Electro 2optic crystal wit h femto 2

second Large aperture Laser [47]

Broad bandwidt h Electronic detector

Low cost and compact Photoconductive dipole and ar 2ray

Low dark current ,low noise Schott ky barrier diode [15]

It can be used to detect T Hz 2wave temporal waveform

Wire 2grid polarizer

It can be used to detect T Hz 2wave polarization

7 未来展望

从1990年至今,有关T Hz 波的论文数量与日俱增。迄今,据物理学、电子技术、计算机及控制技术情报服务处统计大约有2000份关于T Hz 波的论文,对于T Hz 波的研究和应用情况可以用初露端倪来形容。随着更多相关研究组织的加入,必将快速带动T Hz 在理论和实验及应用研究方面的进展。许多大型的国际会议也都涉及有关T Hz 波的论题,如Non 2linear Optics ,CL EO (T Hz Technology Short Course )、OSA Annual Meeting (T Hz Technology Short Course )、SPIE Aero Sense (T Hz Technology Short Course )、Ult rafast Elect ronics and Optoelec 2t ronics (U EO )、T Hz Elect ronics 、IEEE/L EOS An 2nual Meeting 和International T Hz Workshop 等,可

见T Hz 波的应用和发展受到了业内人士的广泛关注。面对这人类知之甚少却又有着巨大研究应用开发潜力的新波段领域,国内外同仁们必将产生浓厚的

研究兴趣,在这电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口开发出新的科研应用成果,为人类在电磁波谱的探索研究过程中画上完美的一笔。参考文献:

[1] Ming Li ,Fortin J ,K im J Y,et al.Dielectric constant meas 2

urement of thin films using goniometric terahertz time 2do 2main spectro scopy[J ].Quantum E lectronics ,IEEE ,2001,7(4):6242629.

[2] Ferguson B ,Wang S H ,G ray D ,et al.Tray computed

tomography[J ].Optics Letters ,2002,27:131221314.[3] WANG Shao 2hong ,ZH ANG X i 2cheng.Terahertz tomograp 2

hic imaging with a fre snel lens[J ].Optics and Photonics News ,2002,13(12):59262.

[4] J I ANG Zhi 2ping ,ZH ANG X i 2cheng.Terahertz imaging via

electrooptic effect [J ].Microwave Theory and Tech 2nique s ,IEEE Transactions ,1999,47(12):264422650.[5] ZH ANG X i 2cheng.Terahertz electric field imaging[J ].The

Encyclopedia of Imaging Science &Technology ,Imaging Technology &Systems Section ,2002,2:199321404.[6] Smith P R ,Auston D H ,Nuss M C.Sub pico second photo 2

conducting dipole antennas[J ].IEEE J Quantum E lectron ,1998,24:2552260.

[7] K ohler R ,Tredicucci A ,Beltram F ,et al.Terahertz semi 2

conductorhetero structure laser [J ].Nature ,2002,417:1562159.

[8] Paiella R ,Capasso F ,G machl C ,et al.Self 2mode 2locking

of quantum cascade lasers with giant ultra 2fast optical nonlinearitie s[J ].Science ,2000,290:173921742.[9] Fujita M ,T oyoda T ,Cao J C ,et al.Induced charge 2density

o scillation under a quantizing magnetic field and intense terahertz radiation[J ].Phys Rev B ,2003,67:07510521207510525.

[10]Liu H C ,Song C Y,Wasilewski Z R ,et al.Coupled elec 2

tron 2phonon mode s in optically pumped re sonant inter 2subband lasers [J ].Phys Rev Lett ,2003,90:07740221207740224.

[11]Cao J C ,Lei XL.Multiphoton 2assisted absorption of tera 2

hertz radiation in InAs/AlSb heterojunction[J ].Phys Rev B ,2003,67:08530921208530925.[12]Ferguson B ,Wang S ,G ray D ,et al.T 2ray computed tomography[J ].Optics Letters ,2002,15:131221314.[13]

Taniuchi T ,Okada S ,Nakanishi H.Widely 2tunable THz 2wave generation in 2-20THz range from DAST crystal by nonlinear difference frequency mixing[J ].E lectroncs Letters ,2004,40(1).

[14]Tsane sada F ,Iwai T ,watanaba T ,et al.H igh 2quality

crystal growth of organic nonlinear optical crystals DAST

?

805? 光电子

?激光 

2005年 第16卷 

[J].Journal of Crystal G rowth,2002,2372239::21042

2106.

[15]K awase K,Shikata J,Minamide H,et al.Injection seeded

THz2wave parametric generator with100MHz linewidth

[A].C LEO2001[C].2101.391.

[16]Jie Y u,Ding J,K huurgin J acob B.A new scheme for effi2

cient generation of coherent and incoherent submillimeter

to THz wave s in periodically poled lithium niobate[J].

Optics Communications,1998,148:1052109.

[17]Lee Y S,Meade T,Perlin V,et al.Generation of narrow2

band terahertz radiation via optical rectification of femto2

second pulse s in periodically poled lithium niobate[J].

Appl Phys Lett,2000,76(18):250522507.

[18]Weiss C,T oro syan G,Avetisyan Y,et al.Generation of

tunable narrow2band surface2emitted terahertz radiation

in periodically poled lithium niobate[J].Optics Letters,

2001,26:5632565.

[19]Sasaki Y uzo,Y uri Avetisyan,K awase K odo,et al.Tera2

hertz2wave surface2emitted difference frequency genera2

tion in slant2stripe2type periodically poled LiNbO3crystal

[J].Appl Phys Lett,2002,81:332323325.

[20]ZH ANG Bai2gang,Y AO Jian2quan,LU Y ang,et al.Accu2

rate determining of grating period of periodically poled

crystal by using tuning characteristics of QPM2OPO[J].

Journal of Optoelectronics?La ser(光电子?激光),

2004,15(3):3372340.(in Chine se)

[21]ZH ANG Bai2gang,Y AO Jian2quan,X U De2gang,et al.

Studie s on the relation between tem prature tuning value

and grating period deviation of periodically poled crystal

for SHG[A].Photonics’Asia Sympo sium2002[C].

2002.972101.

[22]ZH ANG Bai2gang,Y AO Jian2quan,WANG Peng,et al.

Study on grating period acceptance of periodically poled

crystal for SHG[J].Journal of Optoelectronics?La ser

(光电子?激光),2002,13(4):4052408.(in Chine se) [23]Z ANG G ui2yan,Y AO Jian2quan,ZH ANG Bai2gang,et al.

Temperature tuning quasi2phase matched optical para2

metric o scillator[J].Journal of Optoelectronics?La ser

(光电子?激光),2003,14(5):4692472.(in Chine se) [24]ZH ANG Bai2gang,Y AO Jian2quan,ZH ANG Hao,et al.

Temperature tunable in frared optical parametric o scilla2

tor with periodically poled LiNbO3[J].Chin Phys Lett,

2003,20(7):107721080.

[25]Y AO Jian2quan.Development of nonlinear optical fre2

quency conversion and quasi2phase matching technology

[J].Journal of Synthetic Crystals,2002,31(3):2012

207.

[26]Y AO Jian2quan,ZH ANG Bai2gang,Z ANG G ui2yan,et al.

Experimental study on temperature tuning quasi2CW

QPM2OPO based on periodically poled LiNbO3[A].The

Chine se Optoelectronics Sympo sium[C].HK UST,H ong

K ong,2003.

[27]ZH ANG Bai2gang,Y AO Jian2quan,ZH ANG Hao,et al.An2

gle2tuned signal2re sonated optical parametric o scillator

based on periodically poled lithium niobate[J].Chine se

Optics Letters,2003,1(6):3462349.

[28]Cao J C.Balance2equation study of high feld transport in

ZnS:Comparison to full2band Monte2Carlo simulations

[J].Phys Rev B,2004,(to be published)

[29]Cao J C,Y ao W.Linear and nonlinear electron trans port

in modulation2doped AlGaN/GaN hetero structure s[J].

Jpn J Appl Phys,2004,43(1):50253.

[30]Mi X W,Cao J C,Zhang C.Optical absorption in tera2

hertz2driven quantum wells[J].J Appl Phys,2004,95

(3):119121195.

[31]Mi X W,Cao J C.Coherent intraband and interband d y2

namics in terahertz2driven GaAs quantum wells[J].Phys

Rev B,2004,(Submitted)

[32]Wu B H,Cao J C,X ia G Q.Coherent control of carrier

dynamics in the asymmetric quantum well coupled to

broadband in frared pulse s[J].Phys Rev B,2004,(to be

published)

[33]SHI Wei,X U Jing2zhou,ZH ANG X i2cheng.Terahertz gen2

eration from Si3N4covered photoconductive dipole anten2

na[J].Chin Opt Lett,2003,1(5):3082310.

[34]Mickan S,Abbott D,Munch J,et al.Analysis of system

trade2offs for terahertz imaging[J].Microelectronics

Journal,2000,31:5032514.

[35]K awase K,Mizuno M,Sohma S,et al.Difference2fre2

quency terahertz2wave generation from DAST by using

an electronically tuned T i:sapphire laser[J].Opt Lett,

1999,24(15):106521067.

[36]Taniuchi T,Shikata J,Ito H.Tunable terahertz2wave gen2

eration in DAST crystal with dual2wavelength KTP optical

parametric o scillator[J].E lectronics Letters,2000,36

(16):141421416.

[37]Hatanaka T,K awase K,Takahashi H,et al.Dual signal2

wave parametric o scillation using PPLN for generating

THz2wave s from DAST crystal[A].C LEO2000[C].

2000.141.

[38]Aggarwal R L,Lax B,Fetterman H R,et al.CW genera2

tion of tunable narrow2band far2in frared radiation[J].J

Appl Phys,1974,45(9):397223974.

[39]Y ajima T,Inoue K.Submillimeter2wave generation by

difference frequency mixing of ruby laser line s in ZnTe

[J].IEEE J Quantum E lectron,1969,5(3):1402146.

?

9

5

?

第4期 姚建铨等:T Hz辐射的研究和应用新进展

[40]

Y ang K H ,Morris J R ,Richards P L ,et al.Phase 2matched far 2in frared generation by optical mixing of dye laser beams [J ].Appl Phys Lett ,1973,23(12):6692671.

[41]Tanable T ,Suto K,Nishizawa J ,et al.Tunable terahertz

wave generation in the 327THz region from Ga P[J ].Ap 2pl Phys Lett ,2003,83(2):2372239.

[42]Shi W ,Fernelius N ,Vodopvanov K,et al.E fficient ,tuna 2

ble ,and coherent 0.18- 5.27THz source based on Ga Se crystal[J ].Opt Lett ,2002,27(16):145421456.[43]Shi W ,Ding YJ.Continuously tunable and coherent tera 2

hertz radiation by means of phase 2matched difference 2frequency generationin zinc germanium pho sphide [J ].Appl Phys Lett ,2003,83(5):8482850.

[44]Mark Sherwin.Terahertz power [J ].Nature ,2002,420

(6912):1312132.

[45]K ohler R ,Tredicacci A ,Beltram F ,et al.Terahertz semi 2

conductor 2hetero structure laser [J ].Nature ,2002,417(6885):1562159.[46]

Wu L ,ZH ANG X i 2cheng ,Auston D H.Terahertz beam generation by femto second optical pulse s in electro 2optic materials[J ].Applied Physics Letters ,1992,61(15):178421786.

[47]

ZH ANG X i 2cheng ,Auston D H.Optoelectronic measure 2ment of semiconductor surface s and interface s with fem 2to second optics[J ].J Appl Phys ,1992,71:3262338.

作者简介:

姚建铨 (1939-),男,中国科学院院士,多年从事非线性光学频率变换及全固态激光技术等方面的研究1

(上接第502页)

4 结 论

高斯光强分布对接收光强面积分的数值计算与实验测量结果的一致性,说明光纤光束可视为高斯光

束。对光纤耦合系数和近场范围内的光纤接收光强的测量数据的分析必须使用准确的计算方法,近似方法存在较大的误差。本文给出的计算接收光强的一维数值积分方法,在台式计算机上就能迅速地计算光纤的接收光强,为应用时的设计计算和测量数据的分析计算提供了一个准确方法。参考文献:

[1] Streckert J ,Brinkmeyer E.Characteristic parameters of

monomode fibers [J ].Applied Optics ,1982,21(11):191021915.

[2] G isin N ,Passy R ,Perny B.Optical fiber characterization

by simultaneous measurement of the transmitted and re 2fracted near field[J ].J of Lightwave Technology ,1993,

11(11):187521883.

[3] Faria J B.A theoretical analysis of the bifurcated fiber

bundle displacement sensor[J ].IEEE Transactions on In 2strumentation and Mea surement ,1998,47(3):7422747.[4] Anderson W T ,Philen D L.Spot size measurements for

single 2mode fibers 2a comparison of four technique s[J ].J of lightwave Technology ,1983,1(1):20226.

[5] LI U Li 2hua ,SUN Zheng 2nai ,LI U Y u 2zhi ,et al.De sign of fi 2

ber optic sensing systems for steam turbine dynamic and static clearance measurement [J ].Journal of Optoelec 2tronics ?La ser (光电子?激光),2003,14(3):2772280.(in Chine se )

[6] SUN Sheng 2he ,WANG T ing 2yun ,X U Y ing.Fiber 2Optic

Mea surement and Optical Sensor Technology [M ].Har 2bin :Harbin Institute of Technology Pre ss ,2000.(in Chi 2ne se )作者简介:

程 湘 (19552)男,硕士,讲师,从事教学和信号处理研究1

?

015? 光电子

?激光 

2005年 第16卷 

2019辐射防护基础考试题及答案

本文从网络收集而来,上传到平台为了帮到更多的人,如果您需要使用本文档,请点击下载,另外祝您生活愉快,工作顺利,万事如意! 2019辐射防护基础考试题及答案 课程名称:辐射防护基础班级:__________ 姓名:学号_____ 一、名词解释(2×5=10分) 1.半衰期:放射性母核数目衰变掉一半所需时间,或放射性活度减弱一半所需时 间。 2.同位素:具有相同质子数和不同中子数的同一类元素称为同位素。

3.松散污染:指该污染用擦拭、清洗等方法可以转移或去除的污染。 4.感生放射性:稳定的核素吸收一个中子后转变成放射性核素也就是活化产物, 活化产物衰变时产生的放射性称为感生放射性。 5.半厚度:r射线经过n个半厚度的屏蔽层后,其强度将减弱到原来强度的1/2 n。 二、填空题(1×33=33分) 1.填写下列辐射物理量对照表 辐射物理量吸收剂量剂量当量放射性活度 SI单位焦耳·千克-1(J·kg-1)焦耳·千克-1(J·kg-1)秒-1 SI单位专名戈瑞希弗贝可 定义式 D = d E /d m H=DQN A=dN/dt 2.外照射防护一般有时间防护、距离防护、屏蔽防护和 _源强防护四种方法。 3.根据国标GB8703-88《辐射防护规定》我国将核电厂厂区划分为非限制区、监督区和控制区三个区域。 4.放射性活度是指放射性物质原子在单位时间内发生的___核衰变的数目___。 5.放射性核素经过2个半衰期后,其量将减少至原来数目的____4_____分之一。 6.工作场所中的放射性物质可通过____食入_____、___吸入______和__伤口进入_______三种途径进入体内形成内照射。 7.辐射防护的目的在于防止______确定性效应_____的发生,并把__随机性____ 的发生率限制到被认为是可以接受的水平。 8.工作场所辐射监测包括____外照射____、____表面污染______、____空气污染___。 9.根据国家辐射防护标准,辐射工作人员5年累积有效剂量应不超过__100___mSv,

同步辐射技术

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 同步辐射技术 Sichuan University 1/ 63

Sichuan University第四章同步辐射技术及其在材料学中的应用2

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ Sichuan University?同步辐射光源和同步辐射装置 ?同步辐射技术及其在材料学中的应用 ?上海同步辐射中心简单介绍3 3/ 63

Sichuan University同步辐射光源和同步辐射装置4

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ Sichuan University同步辐射 ? 是一种先进和不可替代的光源 ? 是一类与中子散射互补的大科学装置 ? 是一个产生新的实验技术和方法的平台 ? 是一个不同学科互相交融的理想场所 ? 是一个凝聚和培养优秀创新人才的基地?5 5/ 63

同步辐射原理与应用简介

第十五章 同步辐射原理与应用简介§ 周映雪 张新夷 目 录 1. 前言 2.同步辐射原理 2.1 同步辐射基本原理 2.2 同步辐射装置:电子储存环 2.3 同步辐射装置:光束线、实验站 2.4 第四代同步辐射光源 2.4.1自由电子激光(FEL) 2.4.2能量回收直线加速器(ERL)同步光源 3. 同步辐射应用研究 3.1 概述 3.2 真空紫外(VUV)光谱 3.3 X射线吸收精细结构(XAFS) 3.4 在生命科学中的应用 3.5 同步辐射的工业应用 3.6 第四代同步辐射光源的应用 4.结束语 参考文献 §《发光学与发光材料》(主编:徐叙瑢、苏勉曾)中的第15章:”同步辐射原理与应用 简介”,作者:周映雪、张新夷,出版社:化学工业出版社 材料科学与工程出版中心;出版日期:2004年10月。

1. 前言 同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好、有时间结构等一系列优异特性,已成为自X光和激光诞生以来的又一种对科学技术发展和人类社会进步带来革命性影响的重要光源,它的应用可追溯到上世纪六十年代。1947年,美国通用电器公司的一个研究小组在70MeV的同步加速器上做实验时,在环形加速管的管壁,首次迎着电流方向,用一片镜子观测到在电子束轨道面上的亮点,而且发现,随加速管中电子能量的变化,该亮点的发光颜色也不同。后来知道这就是高能电子以接近光速在作弯曲轨道运动时,在电子运动轨道的切线方向产生的一种电磁辐射。图1是当时看到亮点的电子同步加速器的照片,图中的箭头指出亮点所在位置。那时,科学家还没有意识到这种同步辐射其实是一种性能无比优越的光源,高能物理学家抱怨,因为存在电磁辐射,同步加速器中电子能量的增加受到了限制。大约过了二十年的漫长时间,科学家(非高能物理学家)才真正认识到它的用处,但当时还只是少数科学家利用同步辐射光子能量在很大范围内可调,且亮度极高等特性,对固体材料的表面开展光电子能谱的研究。随着同步辐射光源和实验技术的不断发展,越来越多的科学家加入到同步辐射应用研究的行列中来,同步辐射的优异特性得到了充分的展示,尤其是在红外、真空紫外和X射线波段的性能,非其他光源可比,很多以往用普通X光、激光、红外光源等常规光源不能开展的研究工作,有了同步辐射光源后才得以实现。到上世纪九十年代,同步辐射已经在物理学、化学、生命科学、医学、药学、材料科学、信息科学和环境科学等领域,当然也包括发光学的基础和应用基础研究,得到了极为广泛的应用。目前,无论在世界各国的哪一个同步辐射装置上,对生命科学和材料科学的研究都具

同步辐射光源与技术介绍-BIG

1 同步辐射概括 同步辐射(synchrotron radiation)是速度接近光速的带电粒子在磁场中做变速运动时放出的电磁辐射,一些理论物理学家早些时候曾经预言过这种辐射的存在。这些预言,大多是针对其负面效应而作出的。以加速电子为例,建造加速器令电子在其中运行,通过磁场增加电子的速度,从而得到高能量,视为正面效应;然而在加速器中转圈运行的电子一定要放出辐射,从而丢失能量,视为负面效应。通过得失的平衡,给出了加速器提速的限制。1947年,位于美国纽约州Schenectady的通用电气公司实验室(GE lab)在调试新建成的一台70MeV电子同步加速器时首次观测到了同步辐射的存在。同步辐射是加速器物理学家发现的,但最初它并不受欢迎,因为建造加速器的目的在于使粒子得到更高的能量,而它却把粒子获得的能量以更高的速率辐射掉,它只作为一种不可避免的现实被加速器物理学家和高能物理学家接受。但同步辐射的能量高、亮度大、发射度低、脉冲时间短、能量连续可调等的相对于台式光源所不具有的部分优异特性却吸引了固体物理学家的注意,将其引用于X射线谱学研究领域。而20年后随着第一代同步辐射光源的纷纷建立,同步辐射摆脱了作为加速器负效应的形象,基本确立了同步辐射及其相关谱学技术在固体物理研究领域的学术地位,并且在最近50年的发展中将同步辐射的应用领域大大扩展,成为现代科学研究前沿的不可或缺的工具,同时也是衡量一个国家是否具有学科研究领军能力的少数几个大型科学装置之一。目前在中国现在共有4个同步辐射光源装置:1991年开始运行的北京光源(BSRF)属第一代同步辐射光源;1992年开始运行的合肥光源(NSRL)属第二代同步辐射光源;1994年建成的台湾光源(SSRC)以及2007年开始运行的上海光源(SSRF)属第三代同步辐射光源。同时预计“十三五”期间内建设在北京光源所在地的高能光子源(HEPS)将成为亮度、发射度超越世界目前同步辐射光源先进水平的第三代光源,而在上海光源所在地规划建设的X射线自由电子激光(XFEL)将拥有更高的亮度和完全的相干性成为新一代光源。本项目组的成员已于2014年和2015年分别参加了“第三届两岸同步辐射学术研讨会”和“2015年BSRF用户学术年会暨专家会”,紧跟同步辐射技术和应用的前沿,积极与相关领域的领军学者交流学科进展,听取同步辐射应用的相关建议,目前已经有了一套应用同步辐射光源进行生物冶金研究的具体方案,并积极准备申报北京光源的重点课题。 2 同步辐射谱学技术 随着同步辐射光源的快速发展,各国学者探索出了大量常规、原位、超快的紫外、深紫外、软X射线、X射线谱学和成像技术,例如X射线吸收精细结构(XAFS)、X射线吸收近边结构(XANES)、小角X射线散射(SAXS)、同步辐射X射线衍射(SR-XRD)等大量X射线谱学技术,以及纳米、微米计算机断层成像分析技术(CT)、荧光成像技术(XRF)等成像技术。同步辐射在以矿物为研究对象的科学研究领域上已经得到了广泛的应用,例如其在表面科学、生物材料、生物地球化学、地球化学、环境科学与工程、材料科学、矿物学、考古学等诸多学科领域和学科交叉领域上的应用已经得到了长足发展,各个领域发表的与矿物研究相关的高水平文章已达400篇以上。 X射线衍射(XRD)技术是应用最广泛的X射线谱学技术之一,自其于上个世纪初成功地应用于固体晶体结构解析之后,XRD就成为了固体物理材料解析最为重要的工具。在晶体中其空间点阵可以按不同的方向划分为一簇平行而等间距的平面点阵,不同簇的点阵可以用点阵面指标或晶面指标(hkl)表示。不同簇的平面点阵具有不同的面间距d hkl,可以视为具有不同密度的光栅,X射线照射到这些光栅时会发生衍射,根据光栅衍射的公式可以推导出著名的布拉格方程:2d hkl sinθ=nλ;该公式指出了X射线波长、平面点阵间距和衍射角的关系,为应用XRD进行晶体结构解析的基本依据。XRD可以分为粉末衍射和单晶衍射两种应用方式,其中粉末衍射应用较为广泛,它可以给出固体结构在多晶凝聚态结构、晶体结

辐射防护基础知识试题

科目:辐射防护基础知识 考试用时:本次考试时间为90分钟 题号 一 二 三 四 总分 得分 阅卷人 一、单项选择题(共20题,每题1分,错选不得分) 1. 以下哪个标记是为“电离辐射”或“放射性”的标识:( ) A. B. C. D. 2. 原子核半径尺度为:( ) A. 10-15 m B. 10-12 m C. 10-10 m D. 10-6 m 3. β衰变一共有多少种模式:( ) A. 一种 B. 两种 C. 三种 D. 四种 4. 在下列给出的屏蔽材料中,屏蔽γ射线宜选用以下哪种:( ) A. 聚乙烯塑料 B. 混凝土 C. 有机玻璃 D. 铝合金 5. 原子核所带电性为:( ) A. 电中性 B. 负电 C. 不带电 D. 正电 6. 以下不属于γ射线与物质作用机制的有:( ) 姓名:_ _ _______ 单位/部门:_ __________ 岗位:___ __ ___ - -- - - -- - - - -密 - - - - - - - - 封 - - -- - -- - 线 - - - - - - - - 内 - - - - - - - - 不 - - - - - - - - 得 ____ 岗位:___ __ ___ -- - 内 - -- - - -- - 不 - - - - - - - -得

A. 光电效应 B. 碰撞散射 C. 康普顿散射 D. 电子对效应 7. 放射性活度的国际单位是:( ) A. 居里 B. 毫克镭当量 C. 贝克勒尔 D. 伦琴 8. 下列数字中,有可能是组织权重因子W T 的是:( ) A. B. C. 20 D. 9. 有效剂量的单位是:( ) A. 戈瑞 B. 伦琴 C. 希伏 D. 拉德 10. 以下哪一个是放射性货包的标识:( ) 下列属于职业照射的情况是:( ) A. 客机飞行员所受的来自宇宙射线的照射 B. 乘坐头等舱的商务精英所受的来自宇宙射线的照射 C. 核电厂职员工体检时所受的照射 D. 普通公众所受的来自土壤、建筑物的放射性照射 12. GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定 姓名:_ _ _______ 单位/部门:_ _ _________ 岗位:___ __ ___ -- - - - - - -- - -密 - - - - - - - - 封- - - - - - - - 线 - - - - - - - - 内 - - - -- - - - 不- - - - - - - - 得

同步辐射应用专题考试题目

同步辐射应用专题 简答60分(任选4题) 1。组合材料学通过在一块基片上合成大量密集排列的微量材料样品阵列,并快速表征每个微量样品的特性,筛选/优化新材料。在此工作中同步辐射可以发挥很大的作用,现已发展了哪些手段,并用于哪些材料性质的表征? 2。同步辐射紫外单光子电离与传统的电子轰击电离相比有哪些优势? 3。与投射电镜相比,软x射线显微术主要有哪些优势? 4。何谓VUV光子的量子剪裁?试以Gd-Eu为例图示说明其光跃迁过程? 5。以铜粉为例,简述XAFs实验步骤和数据分析过程? 6。什么是费米面?测量费米面的意义和在? 7。激光的强度高,单色性好,为什么好多国家还要拼命建同步辐射装置?现在新建的同步辐射装置与二代光源有什么区别? 8。吸收光谱的原理是什么?同步辐射吸收光谱有哪几类?他们的特点和研究的对象,目的各是什么? 9。简述X射线显微原理和分类,同步辐射显微书和常规光源显微术的区别是什么? 10。同步辐射可研究磁性材料,简述其原理和对同步辐射光束线的要求? 填空题:20分 1。光电子能谱中E k=hv-E b-?,各项的物理意义 2。软x磁性园二色中电偶极跃迁的选择定则() 3。同步辐射X射线高分辨衍射利用了同步辐射的什么特点? 4 (Ramman 散射) 5。声子色散谱 6。计量站同步辐射的光谱覆盖范围 7。填σa(截面) 选择20分(这里只有一部分) 1。目前成熟的软x射线显微利用了x射线的什么特点?散射 2。X射线衍射动力学研究对象是?单晶 3。极紫外的光谱范围?5-100nm 4。X射线动力学是将单个电子作为整体与点磁场相互作用的结果,他能够解释反常散射。5。VUV用于绝缘体类固体发光材料研究较多,因为能及间隔大。

电离辐射安全与防护基础

电离辐射安全与防护基础 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电离辐射防护基础 一单元 线谁发现的——1895,德国伦琴 2.贝克勒尔发现了什么现像——放射性 3.哪位科学家提出了放射性术语——居里夫人 4.居里夫妇发现了哪两种放射性元素——钋,镭 5.哪位科学家分离出了纯的金属镭——居里夫人 1.什么是辐射——携带能量的波或粒子 2.什么是电离辐射——能量阈值成为自由电子 3.电离辐射有哪些:粒子,高能电磁波 4.哪些电离辐射不带电——光子Y, X射线,中子 5.电离辐射和非电离辐射的主要区别是什么——射线携带的能量和电离能力 1.原子同什么组成——原子核核外电子 2.原子核由什么组成——质子中子 3.电子、质子、中子的质量都是多少—— 1amu, 1amu, 4.原子为什么呈现电中性——核外负电子数=核内正质子数 5.原子核的质量不等于核内质子和中子的质量和,为什么——质量亏损 1.同位素指的什么质子数相同,中子数不同 各个数字和字母和含义是什么 3.什么是衰变把不稳定核素自自发地蜕变成为另外一种核素的转变过程 4.活度的单位贝克Bq 5.电离辐射的类型 a b y x射线,中子 二单元 1.目前电离辐射应用到哪些领域中医疗工业农民军事考古航天核能等 2.ICRP和IAEA分别是什么国际组织/机构简称。Icrp,国际放射防护委员会Iaea国际原子能机构 3.辐射防护早期认识阶段,辐射损伤的主要危害表现及主要产生原因是什么早期对辐射损伤主要是大剂量外照射和食入性放射元素。 X线球管制造者和应用x线的技术人员 从事放射性物质研究的科学家 铀矿工人及用含镭夜光涂料的操作女工 4.辐射防护概念和辐射防护体系是怎样一步步建立起来的 早期对辐射损伤认知不足 中期对辐射损伤限定了剂量限制 近期对辐射损伤建立了完整详细的体系 1.吸收剂量,当量剂量,有效剂量的概念。 2.辐射权重因子的作用考虑了特定类型的辐射对组织或细胞的损伤 3.组织权重因子的作用评估当不同的器官或组织在受到相同的照射时,多产生的风险应组织器官不同而不同。

辐射防护基础知识.

辐射防护 7.1 辐射量的定义、单位和标准 描述X和丫射线的辐射量分为电离辐射常用辐射量和辐射防护常用辐射量两类。前者包括照射量、比释动能、吸收剂量等。后者包括当量剂量、有效剂量等。 所谓“剂量”是指某一对象接收或“吸收”的辐射的一种度量。 7.1.1 描述电离辐射的常用辐射量和单位 1、照射量 (1)照射量的定义和单位 照射量是用来表征X射线或丫射线对空气电离本领大小的物理量。 定义:所谓照射量是指X射线或丫射线的光子在单位质量的空气中释放出来的所有电次级电子(负电子或正电子),当它们被空气完全阻止时,在空气中形成的任何一 种符号的(带正电或负电的)离子的总电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得 的商,即:P=dQ dm 式中dQ ――当光子产生的全部电子被阻止于空气中时,在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷量的绝对值。 dm ――体积球的空气质量 用图表示1立方厘米的干燥空气,其质量为0.001293克,这些次级电子是光子从0.001293克空气中打出来的,它们在0.001293克空气中的里面和外面都形成离子,所有这些离子都计算在内,而在0.001293克外产生的次级电子发射形成的离子则不计算在内。 照射量(P)的SI单位为库仑/千克,用称号CKg '表示,沿用的专用单位为伦琴,用字母R 表示。1伦的照射量相当于在标准的状况下(即0C, 1大气压)1立方厘米的干燥空气产生1静电位(或2.083 X 109对离子)的照射量叫1伦琴。 =1静电单位=3.33 X 10-10库伦 3 6 1 cm 干燥空气质量为0.001293克=1.293 X 10-千克 1 伦=3.33 10=2.58 X 10-4库伦/ 千克 1.293 10 一个正(负)离子所带的电量为4.8 X 10-10静电单位,1伦是在干燥空气中产生1静电单位的电量,所以产生的电子对数为1/4.8 X 10-10=2.083 X 109对离子。照射量只适用于 X、丫射线对空气的效应,而只适用于能量大约在几千伏到3MV之间。 (2)照射量率的定义和单位 dp 照射量率的定义是单位时间的照射量也就是dp除以dt所得的商即:P = & 照射量率(P)的SI单位为库伦/千克时,用符号CKg h 或伦/时(Rh )、伦/ 秒(RS_1)

三基三严-辐射安全与防护基础知识考试题

辐射安全与防护基础知识考试题 一、名词解释(每题2分,总共10 分)1.核素和同位素。 2.韧致辐射。 3.外照射和内照射。 4.吸收剂量: 5.平均电离能: 二、选择题(每题2分,总共20 分) 1.1896 年,法国科学家()发现天然放射现象,成为人类第一次观察到核变化的情况,通常人们把这一重大发现看成是核物理的开端。 A ?卢瑟福 B ?贝克勒尔C.汤姆逊D ?居里夫人 2.下列人体组织和器官中哪一种的辐射敏感性最低:() A ?心脏 B ?淋巴组织 C ?肌肉组织 D ?骨髓 3.下面哪种粒子的穿透力最弱() A . 丫光子 B . B粒子C. a粒子D .中子 4. 丫光子把全部能量转移给某个束缚电子,使之发射出去,而光子本身消失的过程叫做()A .电子对效应B .康普顿效应C.光电效应D .穆斯堡尔效应5.世界人口受到的人工辐射源的照射中,居于首位的是() A .大气层核实验 B .医疗照射C.地下核试验D .核能生产 6.在相同能量的下列射线中,哪种射线的穿透力最强?() A. a射线 B. B射线 C. 丫射线 D.质子7.在下述医疗照射中,每次检查的有效剂量最大的是哪种?() A . CT B.血管造影C.介入治疗D.胸部X射线透视 8.在医学上X射线可用于透射的机制是() A .穿透能力强 B .电离能力强C.射线能量大D .不同组织的吸收不同 9.辐射致癌属于那种效应:() A .急性B.遗传C.确定性D.随机性 10.剂量率与点源距离的关系:() A .正比B.反比C.平方正比D.平方反比 三、填空题(每空1分,总共20 分)

1. X 射线在医学上的用途较广,目前主要有两种诊断方式:__________ 和 ______ 。 2. _____________________________ X 射线机主要包括:和。 3. _________________________________ 天然辐射源按起因分为: _____ 、和三类。 4. _________________________________________ 人体受到的照射的辐射源有两类,即:和________________________________________________ ,其中主要的人工辐射源是: ________ ,_________ 和_______ 。 5. _______________________________ 辐射防护检测的对象是: ______________________ 和_____________________________________ 。具体检测有四个领域: ______________________ 6. 丫射线与物质发生的相互作用主要有光电效应、___________ 和_________ < 四、判断题(每题2分,总共20 分) 1. 地球上的天然辐射源都是来自宇宙射线。 () 2. 原子核的质量等于组成原子核的中子和质子质量之和。() 3. 放射性衰变符合指数衰减规律。() 4. B粒子的能谱是连续的。() 5. B衰变不仅放出B粒子,还要放出一个中微子。() 6. 大多数气体探测器都工作于有限正比区。() 7. 闪烁体都很容易潮解。() 8. 吸能核反应的发生有一定的阈能。() 9. 发生自发裂变的条件是自发裂变能Qf,s< 0。() 10. 一种粒子与某种原子核的核反应反应道只有一个。() 五、简答题(每题10 分,总共30分) 1. 什么是密封源和非密封源? 2. 在放射性同位素和射线装置应用中,必须遵循辐射防护的哪三原则? 3. 辐射防护的四个标准是什么?

同步辐射光源简介

第20卷第2期2006年3月 常熟理工学院学报 Journal of Changshu Institute of Technology Vol.20No.2 Mar.2006同步辐射光源简介 谭伟石1,蔡宏灵2,吴小山2 (1.南京理工大学理学院应用物理系,江苏南京 210094; 2.南京大学固体微结构实验室,江苏南京 210093) 摘 要:简要介绍了同步辐射概念、同步辐射光源的特点及我国同步辐射光源发展的现状。 关键词:同步辐射光源;同步辐射特点;发展现状 中图分类号:TL8O43 文献标识码:A 文章编号:1008-2794(2006)02-0097-05 著名的物理学家杨福家先生概括了人类文明史上影响人类生活的光源的进展,分为四类[1]:第一类光源是1879年美国发明家爱迪生发明的电光源。不言而喻,人类现在的生活与文明离不开电光源,它使人类战胜了黑暗。 第二类光源是1895年德国科学家伦琴发现的X射线源。“X”是“未知”的符号,但是这种神秘莫测的、肉眼看不见的X光从被发现的时候就展现了它的魅力和对人类的巨大影响。 第三类光源是20世纪60年代美国与前苏联一批科学家创造的激光光源。目前激光的应用已经进入千家万户。如我们家庭中的激光唱片,超市的收款机所用的激光扫描器等,当然也有用于激光核聚变的大功率激光设备等,对人类的生活带来了巨大变化。 第四类光源就是同步辐射光源。1947年在美国纽约州Schenectady市通用电气公司实验室的一台能量为70Me V的同步加速器上,首次观察到一种强烈的辐射,这种辐射便被称为“同步辐射”。同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射。由于同步辐射消耗了能量,妨碍了高能粒子能量的提高,所以当时一直被认为是个祸害,没有得到重视。但是,人们很快便了解到同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源,可用于其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。而现在同步辐射已经成为一个重要的科学研究平台,它的应用领域已经覆盖了物理、化学、生物、材料、医药、地质等众多领域,已经成为衡量一个国家科研水平的重要标准。 1 同步辐射特点 同步辐射的主要设备,包括储存环、光束线和实验站。储存环使高能电子在其中持续运转,是产生同步辐射的光源;光束线利用各种光学元件将同步辐射引出到实验大厅,并“裁剪”成所需的状态,如单色、聚焦,等;实验站则是各种同步辐射实验开展的场所。同步辐射光源是人类发现的第四代光源。与前三种光源相比,它具有诸多优点: 1.1 频谱分布宽广  收稿日期:2005-10-15 作者简介:谭伟石(1970—),男,湖南安化人,副教授。 DOI:10.16101/https://www.360docs.net/doc/6b1483132.html, https://www.360docs.net/doc/6b1483132.html,32-1749/z.2006.02.020

同步辐射光源及其应用_沈元华

同步辐射光源及其应用 沈元华 (复旦大学物理教学实验中心上海200433) 摘 要:介绍了同步辐射光源的产生、特点及其应用. 关键词:同步辐射;光源;加速器 Synchrotron radiation source and its applications SHEN Yuan-hua (Central Labo rato ry fo r Phy sics Educatio n,Fudan University,Shang hai,200433) Abstract:The forma tio n,characteristics and applicatio ns of synchro tro n radiatio n so urce are introduced. Key words:synchrotron radiatio n;ligh t source;accelerato r 在著名科学家谢希德、杨福家等院士的倡议下,一座投资十亿的宏伟建筑即将耸立在上海浦东高科技园区,它就是世界瞩目的第三代同步辐射光源——上海光源. 什么是同步辐射光源?它与普通光源有什么区别?它有什么重大的科学意义和应用价值?本文将做一简要介绍. 1 同步辐射光源的产生 同步辐射光源是由同步加速器的发展而产生的.著名原子物理学家尼·玻尔说过,高速粒子与物质相互作用时发生的各种效应,是获取原子结构信息最主要的来源之一.事实上,科学家们往往要用高速运动的粒子去轰击原子核,观察撞击时发生的种种变化,才能了解原子的结构和原子内部的各种秘密.各种加速器正是为获得这种高速运动的粒子而建造的.早期的加速器是直线型的,要获得的粒子速度越快,其长度也要越长.为了缩短加速器的长度,可用磁场使带电粒子发生偏转而作回旋运动,这就是回旋加速器.这种加速器利用强大的磁场,使带电粒子作回旋运动而不断加速.由于在一定的磁场作用下,粒子的回旋轨道半径随其速度的增加而增加,故磁场空间必须很大.因此,这种高能回旋加速器的磁铁是极其笨重的. 为了减轻磁铁的重力,并进一步提高粒子的速度,人们设计出采用环形电磁铁并不断改变磁场强度,使粒子的轨道半径保持恒定的加速器.这种固定轨道、用调变磁场的方法实现电场对粒子的同步加速的加速器,就称为同步加速器.带电粒子在同步加速器中按同一轨道作圆周运动,可以大大提高粒子的能量和速度.然而,当粒子的能量越来越大时,人们发现要进一步加速却越来越困难了.其根本原因之一就是带电粒子改变运动方向(转弯)时,必然伴随着电磁波的辐射,即光波的发射;粒子的能量越大,辐射就越强.虽然早在1898年理论物理学家Lienard就预言带电粒子作圆周运动时会产生辐射而发光,但是直到本世纪四十年代末,才由Pollack等人在美国通用电气公司的一台同

辐射防护基础知识

辐射防护基础知识 第一章放射源 §1-1 物质、原子和同位素 自然界中存在的各种各样的物体,大的如宇宙中的星球,小的如肌体的细胞。都是由各种不同的物质组成的。 物质又是由无数的小颗粒所组成的。这种小颗粒叫做“原子”由几个原子还可以组成较复杂的粒子叫分子。如水,就是由二个氢原子和一个氧原子化合成一个水分子。无穷多的水分子聚在一起。就是宏观的水。 原子虽然很小,它仍有着复杂的结构。原子由原子核和一定数量的电子组成。原子核在中心,带正电。电子绕着原子核在特定的轨道上运动,带负电。整个原子的正负电荷相等,是中性的。原子核内部的情况又是怎样的呢?简单地讲,原子核是由一定数量的质子和中子组成。中子数比质子数稍多一些。两者数目具有一定的比例。 一个原子所包含的质子数目与中子数目之和,称为该原子的质量数。它也就是原子核的质量数。简单归纳一下: 质子(带正电,数目与电子相等) 原子核 原子中子(不带电,数目=质量数-原子序数)电子(质量小,带负电,数目与质子相等,称为原子序 数) 原子的化学性质仅仅取决于核外电子数目,也就是仅仅取决于

它的原子序数。我们把原子序数相同的原子称作元素。 有些原子,尽管它们的原子序数相同,可是中子数目不相同,这些原子的化学性质完全相同。而原子核有着不同的特性。例如:11H、 2 1H、3 1H,它们就是元素氢的三种同位素。又如: 59CO和60CO是元素钴的两种同位素。 235U和238U是元素铀的两种同位素 自然界中已发现107种元素,而同位素有4千余种。 原子核里的中子比质子稍多,确切地说,质子数与中子数应有 一个合适的比例(如轻核约为1:1,重核约为1:15)。只有这样的原子核才是稳定的,这种同位素就叫做稳定同位素。如果质子的数目过多或过少,也即中子数目过少或过多。原子核往往是不稳定的,它能够自发地发生变化,同时放出射线和能量。这种原子核就叫做放射性原子核。它组成的原子就叫做放射性同位素,如59CO是稳定同位素,60CO是放射性同位素。 放射性同位素分为天然和人工两种。天然的就是自然界中容观存在的。如铀、钍、镭及其子体;以及钾、钙等等。人工的就是通过人为的方法制造的。如利用反应堆或加速器产生的粒子打在原子核上,发生核反应,使原子核内的质子(或中子)数目发生变化。生成放射性同位素,60CO就是把59CO放在反应堆里照射。吸收一个中子后变成的,所以60CO就是人工放射性同位素。 §1-2放射性衰变和三种射线 放射性原子核通过自发地变化,放出射线和能量,同时自己变成一个新的原子核。这个过程叫做放射性衰变。

激光与同步辐射结合技术讲解

激光与同步辐射结合技术 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验,即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源,实验要求将激光与同步辐射进行同步化。同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况,脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出:t=L/c,其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上,由于高辐射亮度要求多电子束运转 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验,即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源,实验要求将激光与同步辐射进行同步化。 同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况,脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出:t=L/c,其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上,由于高辐射亮度要求多电子束运转,这时同步辐射光脉冲周期t相应地缩短n倍(n为电子束数).目前同步辐射光源的典型脉宽是几十皮秒,多束转运脉冲周期多为几个纳秒,占空因子Δt/t约为 10-2—10-3.如果使用一个连续激光光源,一般希望同步辐射的电子存储环内注入较多的电子束运转,使同步辐射光源的重复工作频率尽可能地提高,以产生大的占空因子Δt/t和连续激光相适应.在脉冲激光的情况下,激光脉冲和同步辐射光脉冲的同步是非常关键的.对于像锁模激光器或者飞秒激光振荡器这类工作在高重复率(典型重复率是80MHz)的激光器而言,它的输出光脉冲与高重复频率的同步辐射光脉冲可能产生部分重叠,即发生偶然同步,满足某些实验要求.如果同步辐射光源与一个低重复的激光光源(如准分子激光器或Nd∶YAG激光器)相结合,则需要严格的脉冲同步化以提高实验效率.脉冲同步化的时间基准通常取自同步辐射装置中用于补充电子束能量的射频源.射频源的时间信号往往需要通过一个电子学分频器分频后作为脉冲信号输出,触发激光器振荡.这时同步辐射光脉冲重复频率与激光脉冲频率恰为整数倍,使得某些同步辐射的光脉冲完全和激光脉冲发生重叠.由于同步辐射电子束注入运转一定时间后电子束发散度的变化会带来同步辐射光脉冲结构的变化,实际在实验上还需进一步监测两个脉冲的时间、空间重叠情况.并且为了提高信噪比,测量电子学系统也往往采用时间门电子学计数技术,扣除各种背景噪音。 同步辐射与激光相结合可以应用在光电子能谱、质谱、吸收、发光光谱等谱学中.结合同步辐射和激光的双色实验具有一些其他方法不能比拟的优点.例如,两光子可以达到很宽的激光能量范围,产生与单光子过程完全不同的终态,进而大大扩展了以往的实验研究范围和补充了单一光源的单光子过程所能得到的信息.另外,由于双色实验基本上是一个两步过程,使用的光源都是脉冲的,如果同步两个光源并改变两个光脉冲的相对时间延迟,则可以进行时间分辨激发态过程的研究。

辐射防护基础

概论 1.什么是辐射? 辐射(Radiation) 是指能量以电磁波或粒子(如α粒子、β粒子等)的形式向外扩散。 2.简述辐射的特点及分类。 辐射的特点 1.具有一定的穿透力 2.视觉不能感知 3.遇到某些物质可以发出荧光 4.可使被照射物质发生电离或激发 辐射分类 1、电离辐射 能使其所通过的任何介质的原子产生电离的一类辐射,称为电离辐射。核辐射就是一种常见的电离辐射 2、非电离辐射 辐射量子能量<12eV的电磁辐射不足以引起生物体电离的,称为非电离辐射 紫外线、可见光线、红外线、热辐射和低能电磁辐射\射频及激光等 紫外线的量子能量介于非电离辐射与电离辐射之间 特点:波长较长;辐射的内在能量较低 近年来非电离辐射的安全问题受到高度重视 物理基础 1.放射性核衰变方式有哪些? α衰变 α射线特点: α粒子是高速运动的带正电的氦原子核。它的质量大、电荷多,电离本领大。 但穿透能力差,在空气中的射程只有1~2厘米,通常用一张纸就可以挡住β- 衰变 β-射线特点: β-射线是高速运动的电子流。它带负电荷,质量很小,贯穿本领比α粒子强, 而电离能力比α粒子弱。β-射线在空气中的射程因其能量不同而异,一般为 几米。通常用一定厚度的有机玻璃板、塑料板就可以较好地阻挡β-射线对人体 的照射 β+衰变 β+粒子全部动能损失后,与周围物质中的自由负电子结合,转变成两个方向相 反,而能量相等,均为0.511MeV的γ光子,称为正电子湮没辐射。 电子俘获衰变 EC Decay 核内中子数相对过少, 没有足够能量(<1.02MeV),则从核外靠近内层的(K层)的电子轨道上俘获一个电子 γ衰变 γ射线特点: 是波长很短的高能电磁波。它不带电,不具有直接电离的功能,但可以通过和物质的相互作用间接引起电离效应。γ射线具有很强的穿透能力,在空 气中的射程通常为几百米。要想有效地阻挡γ射线,一般需要采用厚的混凝土 墙或重金属(如铁、铅)板块。 2.带电粒子及γ光子如何与机体相互作用? 一、带电粒子与物质的相互作用 1.电离与激发 2.弹性散射带电粒子通过物质时,因为受到原子核库仑电场作用,而改变本身 运动方向,但是带电粒子与原子核在相互作用前后总动能保持不变

辐射防护基础知识精彩试题

科目:辐射防护基础知识 考试用时:本次考试时间为90分钟 题号 一 二 三 四 总分 得分 阅卷人 一、单项选择题(共20题,每题1分,错选不得分) 1. 以下哪个标记是为“电离辐射”或“放射性”的标识:( ) A. B. C. D. 2. 原子核半径尺度为:( ) 姓名:_________ 单位/部门:___________ 岗位:________ -----------密--------封--------线--------内--------不--------得--------答--------题-----------

A. 10-15 m B. 10-12 m C. 10-10 m D. 10-6 m 3. β衰变一共有多少种模式:( ) A. 一种 B. 两种 C. 三种 D. 四种 4. 在下列给出的屏蔽材料中,屏蔽γ射线宜选用以下哪种:( ) A. 聚乙烯塑料 B. 混凝土 C. 有机玻璃 D. 铝合金 5. 原子核所带电性为:( ) A. 电中性 B. 负电 C. 不带电 D. 正电 6. 以下不属于γ射线与物质作用机制的有:( ) A. 光电效应 B. 碰撞散射 C. 康普顿散射 D. 电子对效应 7. 放射性活度的国际单位是:( ) 单位/部门:___________ 岗位:________ 线--------内--------不--------得--------答--------题-----------

A. 居里 B. 毫克镭当量 C. 贝克勒尔 D. 伦琴 8. 下列数字中,有可能是组织权重因子W T的是:() A. 0.12 B. 1.0 C. 20 D. 0.5 9. 有效剂量的单位是:() A. 戈瑞 B. 伦琴 C. 希伏 D. 拉德 10. 以下哪一个是放射性货包的标识:() A. B. C. D.

辐射防护基础知识

辐射防护基础知识 一、原子核与原子(核)能 自然界的物质由各种各样的元素组成,比如,水由氢元素和氧元素组成,食盐由钠元素和氯元素组成。元素通常被叫做原子(严格地说,把核电荷数相同的一类原子叫做一种元素),所以,可以说,物质是由各种各样的原子组成的。 原子由原子核与电子组成。原子核位于"中心"地位,几乎集中了原子全部质量,带正电荷;电子带负电荷,围绕"核心"运动。原子的质量数取决于原子核,其电子质量数忽略不计。每种原子都有一个"原子核心"和多个电子,电子一圈一圈"守规矩"排列并且运动。不同的原子其电子数也不同,比如,炭原子6个电子,氢原子1个电子。不同原子,其原子核具有的正电荷数目就不同;原子核的正电荷数目,正是它在元素周期表中排列的序号。 原子核由质子和中子组成,"姐妹"俩统称"核子"。不过,中子不带电荷。只有质子带正电荷,与对应的电子(负电荷)形成"稳定局面"。比如,原子序号都为1的氢有3种,"正宗"的氢只有1个质子,即带1个正电荷,另两种分别叫重氢和超重氢。重氢又叫氘(音"刀"),其原子核中有1个质子,还有1个中子;超重氢又叫氚(音"川"),1个质子,2个中子。它们的质量分别是"正宗"氢的2倍和3倍。氢、氘、氚具有相同的化学性质,原子序数都是1,科学家把它们叫做"氢的3种同位素",也可以叫做3种不同的核素,分别写作11H、12D、13T 。左下角数字表示"原子序数",左上角数字表示其质量数。 原子核中的质子带有的正电荷数目,同电子(带负电荷)数目是相等的,正是它在元素周期表中排列的序号,科学家称之为"原子序数"。又比如氦原子,写作 24 He,原子序数为2,其质量数是4,显然,其原子核中有2个质子和2个中子。 质子和中子之间,中子和中子之间,质子和质子之间,总而言之,核子之间,存在着很强的吸引力--核力,或者说结合能、原子能。在一般情况下,核力使所有核子结合成一个紧密的稳定结构。要想分裂一个原子核,就必须从外部供给能量,克服这种结合能。 研究表明,质量不同的原子核,其结合能是不同的。中等质量的原子核,其结合能较大;"重量级"质量的原子核,其结合能较小。当"重量级"原子核分裂成中等质量的原子核时,要放出能量,这就叫"核裂变能"。 又知道,"轻量级"原子核的结合能也比中等级质量的原子核结合能要小,两个"轻量级"原子核聚合成一个中等级质量的原子核时,也有能量放出,这就是"核聚变能"。 它们都叫核能。核电站就是利用"核裂变能"原理进行发电。 二、放射性 1、放射性现象的发现 1896年,法国物理学家贝可勒尔在研究物质的荧光时发现,某些铀盐可以放射一种人的眼睛看不见的射线,这种射线能穿过黑纸、玻璃、金属箔使照像底片感光;而且还观测到,靠近铀盐的空气?quot;电离"了,验电器可以检验出来。 1898年,居里夫人和施密特各自观测到,钍的化合物也能放出类似的射线。居里夫人把这种"原子现象"称为放射性。不久,她又发现了放射性更强的镭。铅可以有效地阻挡射线。1899年,有科学家将镭源放入铅制造的容器中,容器开有一小孔,让镭的射线射出。然后

同步辐射技术应用及发展

同步辐射技术应用及发展 摘要:同步辐射是圆周运动和蛇行运动时高速电子发射的亮的电磁波,分别有连续和准单色的光谱。真空紫外软X射线、硬X射线和红外线波段是优秀的光,被应用在基础科学、工程学、生物学、医学和环境科学。本文叙述了同步辐射的特点、发生的方法及其应用实例,通过介绍其在生命科学、生物医学、高分子结构分析等领域的应用研究,说明同步辐射广泛的应用。 关键词:同步辐射,生命科学、生物医学、高分子结构分析 1 绪论 1947年,美国纽约州通用电气公司实验室的电子同步加速器首次在可见光范围内观察到了强烈的辐射,从此这种辐射被称为“同步辐射。同步辐射是强度高、覆盖频谱范围广、可以任意选择所需波长,而且连续可调,是继激光光源之后的又一种新型光源。同步辐射发现9年后,美国康奈尔大学用真空紫外波段同步辐射对稀有气体的吸收进行了系统研究,并取得了重要成果,从而使人们认识到同步辐射可作为真空紫外波段和X射线光源。直到1974年,美国斯坦福直线加速器中心的研究小组在SPEAR对撞机上用同步辐射开展物理、化学、生物学方面的研究,使同步辐射的应用得到了迅猛的发展。 1.1 同步辐射的发现 1947年4月16日,在美国纽约州通用电气公司的实验室中正在调试一台新设计的能量为70MeV的电子同步加速器,这台加速器与其他类型的电子加速器的一个重要不同点是它的真空室是透光的,原想这样可方便地观察到真空室里的装置(如电极位置)情况,但竟导致了一个重大发现。就在这一天的调试中一位技工偶然从反射镜中看到了在水泥防护墙内的加速器里有强烈“蓝白色的弧光”。经仔细分析,说明不是气体放电,而是加速运动的电子所产生的辐射,被称为同步辐射。试验指出,这种辐射光的颜色随电子能量的变化而变化。当电子能量降到40MeV时,光的颜色变为黄色;降到30MeV时,变为红色,且光强变弱;降到20MeV时,就看不到光了。同步辐射的发现在当时科学界引起了轰动,不少科学家着手研究这种辐射的性质。但在当时,这种辐射阻碍了加速粒子能量的进一步提高,使科学家感到头痛,直到同步辐射发现后约20年,科学家才逐步认识

相关文档
最新文档