1、专业英语 核子物理学的虚拟实验记分原文选题译文质量版面质量专业英语课程实践报告（2011）原文标题： Virtual experiments in nuclear physics 原文出处： Instrumentation and MeasurementTechnology Conference - IMTC 2007Warsaw, Poland, May 1-3, 2007 译文标题： 核子物理学的虚拟实验班级：测控0801班 学号：200852030121姓名： 提交报告时间： 仪器和测量技术会议仪表2007华沙,波兰,五月一号,2007年核子物理学的虚拟实验Tlaczala Wiesla
2、w,Marcin Zaremba物理教师,华沙理工大学波兰华沙KOSZYKOWA大街75号，邮编00-662电话:+ 48-22-234-7547,传真号码:+ 48-22-628-2171,电子邮件: tlaczalaif.pw.edu.pl摘要本文描述核子物理的虚拟实验集中表现的特征与核心是伽马射线。每个实验充分规划与在真实的实验室下进行类比实验。持续的每一步也是真实可见的。实验室软件被用来进行所有的实验,所有的假设在虚拟研究中进行，没有去模拟,但大多是早在现实生活中取得的实验。描述了潜在的物理现象以及对虚拟实验的结果进行了展望。关键词：计算机建模、虚拟实验,核子物理学、虚拟仪器。I、介绍
3、核物理的许多分支在日常生活中应用，如科学、技术、药物等。人们正确的熟悉这一领域,是非常重要的。然而,核子物理实验的测量总是非常专业,装备一个核子物理学实验室其主要的费用和维修是困难的。原子核物理实验在现代社会应作为一个基本的经验的去应用。一般来说,现在有足够多的优秀典型的高校核物理实验,实验安装在这些实验室通常是可行的。图1 ，虚拟核物理实验室书的虚拟实验 CD光盘1作为工作的目的,提出了在真正的核子物理学实验中发明一样东西的中间体及其虚拟实验的等效可用。大部分的作品目前专注于模拟方法或关注远程教育，真正的实验室位于大学，在远程学习中,通过互联网创建链接。核子物理虚拟实验室(NPVL)是一种不
4、同的e实验室。它包括五个虚拟实验致力于研究核衰变的统计特征和射线吸收,伽玛射线的能量和穆斯鲍尔效应。这个实验室的验证(图1),是基于实际测量结果进行核子物理实验要早些,那时华沙理工大学当物理教师。II，虚拟仪器的虚拟核物理实验计算机控制系统对实际数据的测量,基于虚拟仪器(VI),是虚拟测试系统-虚拟仪表系统(VIS)。各式各样的计算机应用软件为工具和过程建模、仿真工具操作或执行的测量系统,可实现虚拟仪器2。提出的实验已经接近最后虚拟仪器的范畴。物理或测量模型的建立过程可以通过两种方法,一种全新的基于数学建模方法3的基础上进行测量与实际测量系统视为一个黑色的箱子, 输入输出关系只考虑采取独特的性
5、质和所谓的校准曲线表现4。本文提出的模型试验,测量先进的物理过程是基于虚拟仪器5,6。VIS光谱仪虚拟闪烁是用来进行测量在NPVL。典型的闪烁体光谱仪辐射探测器完成,高电压供电(高压),线性光谱放大器(SA),脉冲幅度分析器(SCA / ID)。作为探测器用闪烁计数器所提供的高压。提供信号放大使用撒随着时间的形状。最后,电脉冲,包含信息粒子探测,采用多渠道(MCA)或单道(SCA)分析仪等。图2所示的角度闪烁光谱仪用于真正真实尺寸及其虚拟模型用于伽玛射线能量的大小和原子核同位素识别。图2，模型(子vi)的闪烁体光谱仪:a)仪器开关之前,b)仪器切换后,参数设置和源的选择闪烁计数器。辐射探测器的
6、辐射能量转换成其他更理解的形式。例如,能源信息都包含在这高度的输出脉冲使能量敏感探测器像闪烁计数器。在计算系统,模拟信号从这个探测器由一个前置放大器的形状和放大器的组合。放大器的输出信号然后通过发送一个整体结合(ID),它提供了一个标准逻辑信号,因为每一个输入脉冲的振幅高于阈值,对计数器,每一个到达计数信号。子项目计划(子vi)开发的模拟操作可以打开闪烁计数器从菜单栏的主要程序来运行虚拟实验。脉冲高分析仪。脉冲高光谱是一种用于核物理实验的测量方法。可选择范围的信号输出水平相当于放大器的选择范围的能量。选择脉冲高度可以实现使用ID或扫描仪。一个输出逻辑ID产生脉冲仅当它的输入信号超过设定阈值水平
7、。SCA产生输出逻辑脉冲振幅峰值只有它的输入信号属于脉冲高度窗口设立两个预先设定的阈值水平-LL(低层)和UL(上层)。图3，的频谱的子vi来模拟大脑中动脉的振动用MCA是可能的输入脉冲整理收到来SA输出,根据他们的身高,保持在每一组数字高度在大脑中动脉的记忆。因为MCA频道号码对应于脉冲高度之内容,每个通道都相当于收集编号在每一个高度,可以显示为一个脉冲高光谱。图3显示该VI开发仿真光谱大脑中动脉的振动。III.虚拟核物理实验虚拟实验开发是在与他们的真实完全相似的模式下进行的。根据重要特征提出的虚拟实验,实验获得的数据几乎与实际测量的实验相同。虚拟仪器的实验中使用不仅允许用户进行测量,也在给
8、物理基础的信息上,并指导用户如何准备设备测量。它们展示了开关在电子,如何树立正确的价值观的参数和运行实验,收集和分析数据,以及如何准备最后的实验室的报告。这个信息可以从菜单栏选择为每个虚拟仪器另行规定。NPVL1提供5个物理实验(本文只给出了3个实验), 反映在基本水平,都核辐射的特点。他们就:*研究和射线吸收,*测定的能量和核素y射线识别,*统计研究核衰变的特征。A, 核衰变理论的简单介绍-伽玛射线源的通道通过对物质和统计的特征根据辐射的类型,其能量和材料的种类、反应可能发生的原子或核有几个方面。主要的交互作用的y射线(光子)事情是康普顿散射、光电效应对生产。图4，相互作用光子的情形:a)康
9、普顿散射 b)光电效应这些反应解释两个y射线的主要特点:1)伽玛射线很多时候渗透能力比带电粒子,和(2)一束伽玛射线不仅是能量在减弱,同时它经过一定的厚度,强度在衰减。图4说明了康普顿散射的运动学(图4)和光电效应(图4 b)。康普顿散射的散射光子是自由电子。问题是通常在于拜托电子的束缚。如果光子能量高与要结合的能量,后者的能量被忽略,电子可以被认为是忽略不计的。运用能量和动量守恒定律,可以得到以下的关系：光电效应是原子吸收一个光子后由从原子射出一个电子。即将离开的电子的能量是在这里W是结合能量的电子。对产生过程中所涉及的光子转型成一个电子对。为了保护势头,这只能发生在他前面,这第三个微粒子的
10、,通常是一个原子核。产生这一对,光子至少需有1.022 MeV的能量。y射线总衰减系数表示,事实上,是强度衰减的光子光束通过这些介质。y射线强度I(x)减少是在这里:Io 开始光照强度;x -吸收介质的厚度,u-光束衰减系数。 泊松分布。大量的物理问题可近似地描述的二项式分布、泊松分布和高斯分布。 数量为n的粒子,其衰退期在相对较短的时间, 表明在泊松分布均值的周围, 产生二项分布形式满足泊松分布，当衰退的概率p趋向于0,而且数量的核样品n 趋向于无穷大时，那么意味着是有限的。观察n的概率事件满足：方程(4),体现了泊松分布、是离散的, 并且用它来描述的几率会发生在n次衰变在相对较短的时间间隔
11、。一个重要的特征就是泊松分布取决于唯一参数,和方差P(n)等于均值,所以的标准偏差为。一个特征是它泊松分布的非对称的形状。在它可观察到的取较小值的情况。B . 安排实验设置和实验源的选择所有的实验设置安排需要开关在板条箱力量和高压电源供电,设定正确的高压价值,将获得设置增益放大值和所需时间,选择分析仪模式和门限,打开电脑。执行这些操作的时候,一个用户已打开另外申请(子VI)从主菜单栏VI中。图2a)是提出声明之前开关设备和仪器的参数设定,和图2 b)显示开关设备声明所有的仪器,在设定的参数时需要他们每一个的。源的选择,可以在窗户上进行更多的应用(子VI),它可以从菜单栏的主要VI中打开。C.
12、虚拟试验伽玛能源的大小这一实验指导如何记录伽玛射线光谱使用核子技术工具。从典型的y射线光谱来看。前面板的虚拟频谱分析仪(VSA)看起来，显示在图5。它是用来记录光谱、光谱分析仪校准,最后能源的大小。图5，虚拟过程测量前面板的虚拟频谱分析仪谱与记录Na22实验需要三个来源的y射线: 由Cs137, Co60和Na22来产生。试验采用标准光谱Cs 60和Cs137首先记录,然后用比较法闪烁分光计。为了了解总的吸收率,观察标准源光谱。校准曲线(图6)之间的关系,表明通道编号(幅度的电信号输出的探测器)和光子的能量。人能读校准曲线的能量当某一频道的未知核素数目是选自他们的光谱。在描述实验校准曲线的光谱
13、仪,是用来确定“未知”的能量(Na22)辐射源与界定在光谱中光谱数据库比较 (如图7)。图6校准曲线的标准光谱得到来自Cs137和Co60在虚拟测量记录,然后用于检测能量伽玛射线来自Na22校准曲线的绘制子vi光谱实验期间所得分析和光谱能量子vi，如图八。这一次的校准曲线(y = ax + b)参数用来转换记录脉冲能量谱的高光谱。能量谱子vi价值的用户可以确定未知的辐射能量来源和鉴别,在这个例子是y射线的能量1.270 MeV排出钠22、与总吸收率的可见钠光谱如图5（频率2915)。图7，光谱谱数据库 a)Cs137 b)Co60 c)Na22 d)Fe57图8，光谱数据收集后提出了从Cs13
14、7, Co60和Na22与能量谱子viVSA用于光谱的识别和能源大小是真正的闪烁体光谱仪模型建立应用输入/输出黑箱建模方法。D, 虚拟试验研究射线的吸收本实验旨在指导如何实验典型的核仪器(例如闪烁体光谱仪)的操作和帮助，也可以获得基础的核辐射知识,它与物质相互作用的方式等。其主要目的是提出的实验研究y射线吸收的物质。用户执行的测量光谱和y射线源衰减对铅的厚度,库珀和铝,用“虚拟强度分析仪(VIA)”。这样获得的数据用来检查衰减法(3)和吸收系数的计算。这是最重要的部分,通过虚拟实验集合起来。其面板如图九。前面板包含图形对象的分析仪用于模式和参数设置、测量控制和测量数据。测量参数可设定用数字控制
15、。测量开始按钮用户可以启动/停止测量。噪声的平均价值和电流计算设备都显示相应的数量指标。图9，前面板与虚拟强度分析仪衰减曲线,记录在Cs137、铝、铜和铅实验开始前应该安排数据收集的虚拟光谱仪,选择其中的两个来源, , Cs137或Co60能够被使用。通过数据采集的。在源选择、开关设定、参数设置,用户可以开始执行的虚拟实验。这个试验伽玛吸收的研究首先需要获得谱选择的来源、最优ID等级设置。频谱获得后,测量仪器杂波水平和衰减曲线记录。实验数据分析和结果验证可以使用VIA。用户可以进行实验用Cs137和Co60的源为样本来检查(3)y射线吸收法,由铅,库珀和铝。在获取、数据图表绘制到(图10)，常
16、见的曲线拟合曲线是指数型。图7显示数据,绘制了一个线性拟合曲线可以得到最好的实验数据,有效转化为对数衰减法方程形式显示如(5):目前,每一次测量吸收系数和他们的错误,然后提出了计算吸收曲线参数的指标(放在最上面的图10)。计算考虑统计特征的伽玛衰减。数据分析得到子程序,它的评价结果允许误差的存在。这个问题是在核子物理具有特别重要的意义，因影响仪器性能和影响最终结果比其他科学领域要重要些。图10，脉冲计数率N看作通过一个厚度为d的铅,库珀和铝获得Co60(1.33 MeV)图11，衰减曲线和对数形式伽玛作为能源的参数两个来源, Cs1377和Co60,是用来显示铅吸收能源 (图11)。吸收系数是
17、可以验证与应用(子vi)显示在图12。图12，应用(子vi)吸收系数确认实验结果证实伽玛吸收满足指数和对数形式,和对能量依赖的伽玛吸收系数。虚拟实验中取衰减系数为导向,库珀和铝的衰减系数同相,在参考表格的近4%6%附近。E, 为统计特性的虚拟实验核衰变研究为了解每个粒子的放射性源,作为一种巧合是否会衰变在给定的时间间隔t。任何特定的概率粒子会衰变的时间间隔t是相当短的。这个实验的目的是要说明从辐射探测器输出脉冲的数目在相同的时间间隔t内相当于泊松分布。图13，统计分布分析仪的前面板对统计分布数据采集分析仪。利用统计分布分析仪,如图13,实验确定多个脉冲计数n产生一触即发的输出的闪烁探测器选择信
18、号。在一个时刻t时统计n的数量, 确定频率h(n)在可精确n脉冲内都被数点,用直方图显示。为了表明泊松分布不对称,实验进行时计算期内平均的脉冲数足够小。数据分析与评估程序。图14策划了直方图的各种平均值。你可以看到,分布是不对称的。因此,相对应的意思,最大峰值的不均匀分布。然而,当时间t越来越大时、分布变得越来越对称和接近高斯形式。图14，直方图分布与实测和计算不同平均值 (N = 1000)图15，直方图分布与实测和计算不同的N(周期70毫秒)作为对比,评价方案的平均值和标准偏差的光强分布测量h(n)以及理论值的事件为各种各样的平均值恒N(图14),并为不同的变量值不变的前提下,N的值(图1
19、5)。利用x2检验还检查了实验分布的情形。IV.结论虚拟实验提出了允许用户进行测量，同样的方式在现实核子物理学实验室中进行。在虚拟实验中虚拟测量和收集的数据结果很接近那些得到真实的实验。虚拟仪器用于辐射强度和统计分布测量、频谱表现和数据分析是完全一样的用于核物理实验。虚拟实验可以有助于学习和测量准备和运行真正的核试验,并熟悉具体核物理实验数据分析。实验提出了可以帮助每个人,谁想要熟悉核技术得到基本知识核辐射性质,却没有可能在真实的进行核子物理实验室中进行实验。参考文献：1W.Tlaczala, Virtual nuclear physics laboratory, OWPW, Warsaw 2
20、006.2N. Balmush, R. Dumbravenau, Virtual laboratory in optics, Proc. Of m-ICTE2005 III International Conference on Multimedia and ICTs in Education,Caceres, Spain, June 7-1Oth 2005, pp. 620-624.3D.W. Heermann, Computer Simulation Methods in Theoretical Physics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 199
21、0.4L. P. Mari, Models of the Measurement Process, Handbook of Measuring System Design, edited by Peter Sydenham and Richard Thorn, (C 2005 John Wiley & Sons, Ltd, pp. 681-684.5G.W.Johnson, Graphical programming: practical applications in instrumentation and control, 2nd ed., McGraw-Hill, 1997.6 W. Tlaczala, Modeling with LabVIEWTM, Handbook of Measuring System Design, edited by Peter Sydenham and Richard Thorn, 2005 John Wiley & Sons, Ltd, pp. 685-694.
