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核物理論文范文參考 核物理畢業論文范文[精選]

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第一篇核物理論文范文參考:熱中子探測玻璃閃爍體的制備及其核物理性能研究

隨著熱中子探測在核能利用、放射性同位素產生和應用核物理研究等領域的應用日益廣泛,熱中子探測材料的研究越來越受到世界各國材料和物理學者的重視.玻璃閃爍體由于在材料組成設計、化學穩定性與抗熱沖擊性、大尺寸制備等方面具備獨特優越性,已日漸成為中子探測領域的研究熱點.

中子是中性的高能粒子,不能直接引起物質電離而被探測,因此常規的玻璃閃爍體無法達到探測中子的目的.國際上較常用的方法是采用能量轉換材料將中子的能量轉換成紫外光或可见光,而紫外光或可见光的測量有多種有效方法可供選擇.本論文目的就是研制一種具備應用價值的熱中子探測玻璃閃爍體,同時通過對該玻璃閃爍體的組成、制備、發光與核物理性能研究,明確其發光與熱中子探測機理,進一步豐富和發展閃爍玻璃發光機理及其應用技術.

本文的研究結果主要有:

1、采用鋰-6為靶核核素、Ce~(3+)為激活劑離子、Li-Al-Si作為玻璃基質研制出高性能熱中子探測玻璃閃爍體,該玻璃閃爍體衰減時間短,溫度性能好,n-γ射線甄別性能優良;同時其玻璃材料化學穩定性與抗熱沖擊性能好,并容易獲得大尺寸產品.

2、靶核核素鋰-6與激活劑離子Ce~(3+)在玻璃基質系統中均有不同程度的濃度淬滅效應,其中La~(3+)的引入對Ce~(3+)的濃度淬滅效應具有明顯的抑制作用;玻璃組份的光堿度對玻璃閃爍體的發光性能具有非常重要的影響,玻璃組份的光堿度越大,發射波長越長,Stokes位移越大;Gd~(3+)的引入由于存在Gd~(3+)→Ce~(3+)能量轉移機制,有利于提高玻璃閃爍體的發光強度,同時Gd~(3+)的引入提高了玻璃閃爍體的密度,有利于改善玻璃閃爍體的輻射硬度.

3、熔煉工藝對熱中子探測玻璃閃爍體的性能起著決定性作用.采用強還原氣氛、合適的Ce~(3+)引入方式以及配合料中強還原劑與變價離子的適當引入相結合,可有效保證玻璃熔煉過程中Ce~(3+)單一價態的穩定;選用玻璃二次熔煉工藝并采用特殊的玻璃熔煉裝置,在保證Ce~(3+)單一價態穩定的同時,可有效解決玻璃閃爍體的微氣泡、條紋和均勻性等技術難題.

4、Ce~(3+)在鋁酸鹽玻璃基質中較其它氧化物玻璃系統,特征激發峰與發射峰均發生了明顯的紅移效應,Stokes位移變大.該類玻璃閃爍體同時具有鋁酸鹽玻璃密度高,折射率大等優點,有望成為制備高性能閃爍光纖的優良玻璃基質材料.

本論文豐富和發展了中子探測玻璃閃爍體的理論和應用研究,在玻璃組成設計與制備工藝技術上有重要創新,尤其是玻璃閃爍體在強還原熔制氣氛下無氣泡、無條紋的特殊熔煉工藝技術,突破了傳統工藝條件下鉑金坩堝無法在強還原氣氛下熔煉光學玻璃的技術難題,解決了長期困擾該玻璃閃爍體無法實用化的技術瓶頸,具有很強的應用價值.利用本論文研制的鋰-6玻璃閃爍體裝配的中子劑量儀已經批量應用于核電廠、中子輻射監測站、后處理廠等場合,還有望在中子飛行試驗、中子照相、無損探傷、石油測井等領域獲得重要應用.本論文的主要研究結果獲國家建材行業科技進步二等獎.

第二篇核物理論文樣文:便攜式多參數數據獲取系統的設計

目前加速器和核物理實驗室所用的數據獲取系統大多基于CAMAC、FASTBUS、VME、PXI等結構.這些系統專為大中型核物理實驗建造,系統復雜且成本高,需專人維護運行,靈活性差.但在加速器束流診斷、小型核物理實驗以及探測器刻度測量等應用中,小型便攜式多參數數據獲取系統即可勝任.鑒于此,我們研制了一款既方便攜帶又易于擴展的小型多參數數據獲取系統.

該數據獲取系統在設計中有如下的創新:

1、使用自定義的軟總線,其傳輸速率為33MB/s,完全能滿足模塊級聯時的速度要求.

2、FPGA和ARM間通信使用SROM通信邏輯,其理論傳輸速率可以達到66.5MB/s,解決了FPGA和ARM進行數據傳輸的瓶頸.

3、系統設計成便攜設備,而且能夠完成多參數測量.

4、完全自主知識產權的軟件處理系統.

本論文主要對該系統的設計進行了詳細討論.主要敘述問題有:前端峰值保持電路的設計、自定義軟總線的設計、FPGA與ARM之間的高速通信、配套數據獲取軟件的設計等.論文對該系統的介紹可以概括如下:

第1章詳細介紹了研制該系統的背景,并對現有的主流數據獲取系統進行了總結,最后對該系統的研制過程中需要解決的主要問題進行了說明.

第2章是對該系統的硬件設計進行詳細的介紹.首先對整個系統的整體設計結構進行詳細的分析;其次敘述了在設計中為了提高FPGA與ARM之間的通信速率所采取的方法;然后對現有的峰值保持電路的問題進行了總結,并給出了改進方案;最后對軟總線的設計進行了詳細的介紹.

第3章介紹了系統中的時序邏輯設計.在該便攜式數據獲取系統的設計中,FPGA用于協調多個功能模塊工作.在其邏輯設計中涉及到多種時鐘信號的處理,這就必須要求處理好異步信號通信.該部分時序的處理對系統的穩定性很重要,如果不處理好將導致競爭冒險和亞穩態.為了解決這些問題,本章介紹了各種信號同步和時鐘統一的方法.最后對系統中時序要求最高的背板總線和FPGA與ARM間通信邏輯進行了詳細的介紹.

第4章是本系統軟件部分的介紹.在該系統的設計中,每一個硬件都包含一個嵌入式的計算機ARM,該計算機運行Linux操作系統,所以首先需要對ARM進行驅動設計和服務器程序的設計.另外,整個數據獲取系統需要后端數據獲取軟件配合才能夠完成數據的傳輸和存儲.除此以外,為了保證后期方便的對存儲的數據進行分析,也為了保證數據在傳輸過程中的穩定可靠,需要設計一個健全的幀結構和一個信息完整的存儲格式.本章主要解決上面所敘述的問題.

第5章是對數據獲取系統的后期數據進行處理.由于環境噪聲、系統誤差等原因,最終得到的數據和真實值之間有一定的區別.為了消除這些區別,也為了分析數據的方便,本章介紹了一些核數據處理的方法.

第6章是實驗驗證部分.首先在實驗室對該系統的積分非線性、分辨率參數進行了測量.然后在真實的實驗中,對能譜進行了測量并與成熟的數據獲取系統進行了對比.

第7章是對工作的總結,以及對該系統未來的展望.

第三篇核物理論文范文模板:基于在線數字濾波技術的數字化核能譜儀研究

貝克勒爾發現了放射線并提出了原子有內核的理論,盧瑟福定義了原子核,他們開創了核物理的先河.薛定諤提出了量子力學,而柯克羅夫特和沃爾頓建立了第一個加速器.這些偉大的成就和隨之而來的實驗和理論上的發現使我們能夠系統地研究核物理.我們目前的知識已經涵蓋了核物理的很多方面,如放射性、能譜、核反應、恒星的核聚變等,很多已經在現實生活中得到了應用.但是,無論是實驗物理學家還是理論物理學家,都無法提出一種統一的理論來解釋所有的物理現象.但是通過高精度的物理測量,我們可以修正和改進現存的理論.核物理研究的實驗系統建立在對各種入射粒子特征的測量上.幾十年來,粒子探測器輸出的電信號都是用模擬的方法來處理,在最后的數據獲取和存儲才用到數字化技術.

核能譜是高能物理、核物理、重離子物理等基礎研究和核技術應用所需要獲取的基本且重要的核信息之一,核能譜獲取方法的改進和新型獲取方法的研究一直是核測量領域的一個重要研究課題.

近幾年來,伴隨著高速ADC、各種數字化器件、實時操作系統和微處理器的快速發展,數字信號處理技術在核物理領域也得到了極大的發展.粒子探測器輸出的電信號被數字化后,得到相應的數據,再經過數字信號處理來取得我們所需要的信息.與標準的模擬方法相比,數字化方法能在更簡單的電子學系統中實現更復雜的電子學方法,如果成功的話能帶來一次大型物理實驗裝置的革新.同時,隨著數字信號處理技術在消費市場的廣泛推廣,很多工業企業正在積極開發數字化信息處理的各種相關產品,使得數字化系統的成本得到了大幅度降低.根據常用粒子探測器系統輸出信號的特點,一套數字化核能譜儀系統應包括波形數字化系統、數字化核信息處理和數據獲取系統.數字化核能譜儀系統的研究工作包括:對探測器系統輸出信號數字化的研究,核信號的處理原理和方法的研究,對譜儀系統硬件電路設計的研究,數字濾波算法在硬件中實現的研究.本論文在對高速數字化技術充分調研的基礎上,通過對各種數字濾波算法的研究,設計并研制一個通用的基于在線數字濾波技術的數字化核能譜儀原型系統,對各種探測器輸出的電信號進行在線處理,并在不改變硬件設計的前提下,實現數字濾波器的在線調節功能,為新一代核能譜儀提供技術準備.

高速ADC采樣是數字化核能譜儀的基礎,探測器輸出信號在經過必要的帶寬限制和增益處理后,用40M采樣率12bit位的ADC進行數字化,信號處理完全在數字域里進行.在獲取核信息的過程中,不可避免地會產生噪聲.為了提高能譜的能量分辨率,我們在對核信號仿真和頻域分析的基礎上,結合數字濾波理論,建立了高斯成形濾波和FIR低通濾波的數字信號處理算法,并用Matlab軟件進行了模擬仿真.數字信號處理的實現是本論文的核心,鑒于可編程邏輯器件(FPGA)在數字信號處理方面的諸多優點,本譜儀采用FPGA作為數字信號處理實現的平臺.本論文詳細介紹了從選擇濾波器系數到FPGA邏輯實現的整套軟件設計方法.

本論文的工作的創新點如下:

1.設計并研制了一個數字化核能譜儀原型系統,用FPGA器件實現了在線觸發、濾波、峰值提取等數字化處理過程,為全數字化譜儀的實現提供了技術支持,

2.簡化了硬件結構,減少了模擬電路的復雜性,充分利用了數字處理技術的適應性和靈活性,針對不同的探測器信號給出不同的濾波器參數設置,實現了參數的在線調節功能,增強了系統的通用性,使同一個硬件系統可以用于不同能譜的測量.

目前,本論文所設計的數字化核能譜儀系統已經經過了一系列電子學測試,測試結果表明電子學系統設計達到了模擬數據采集系統的指標,并用高純鍺探測器進行了實驗測試,與傳統的多道分析器進行了比較,在相同的測試條件下,得到了比多道分析器更高的能量分辨.

第四篇核物理論文范例:α衰變壽命系統計算及超重核電荷半徑提取

本文中,我們發展了原子核α衰變的結團模型,系統地計算了原子核a衰變壽命,尤其是重核和超重核區域;借助于成功的核衰變模型,我們從核衰變實驗數據成功提取了超重核電荷密度分布的均方根半徑以及一些特別不穩定核的電荷均方根半徑.

α衰變,結團放射性以及質子發射是不穩定原子核的幾種重要衰變模式.它們物理機制類似,屬于量子隧道效應,對它們的研究可以提供豐富的核結構信息,如殼效應,原子核的基態性質、能級,形狀共存等.特別近年來合成超重新元素和新核素是核物理領域的熱點問題之一,其中α衰變鏈的觀測是鑒別這些新元素和新核素的可靠方法.對這些衰變模式的理論研究顯得尤為重要,也有助于實驗上進行測量.原子核電荷密度分布的均方根半徑是其本身重要的整體特性之一.超重核合成中實驗事件稀少,使得超重核的電荷均方根半徑難以被常規的實驗方法所測量.為此,我們提出了獲得核半徑數據的新途徑——從核衰變實驗數據提取不穩定核素的半徑.鑒于α衰變是超重核的主要衰變模式之一,我們從α衰變實驗數據成功提取出超重核的電荷均方根半徑.這是從核衰變實驗數據得到的超重核半徑的首批結果,具有重要的物理意義.本文的主要內容如下:

第二章中,我們發展了計算α衰變壽命的結團模型,通過改進的兩勢方法系統計算a衰變寬度和壽命以及一些重核和中質量核結團放射性的半衰期.我們還進一步在模型中計入核形變效應,將計算a衰變壽命的球形結團模型和程序推廣到形變核的情況,大規模計算了重核和超重核的α衰變半衰期.對于偶偶核,奇A核和奇奇核(包括超重核),我們得到的原子核衰變壽命與已有的實驗值都很好地符合.在此模型中,α衰變母核被看作一個α結團和子核相互作用的兩體系統,它們之間的作用勢包括吸引的短程核勢和排斥的長程庫侖勢,由密度依賴的雙折疊方法加有效的核子-核子相互作用得到;核勢和庫侖勢中的核物質(電荷)密度分布形式和參數均來源于高能電子散射實驗,同時這種微觀等效核勢正確包括了核子-核子相互作用的低密度行為和核子-核子交換行為.基于兩勢方法,我們把α衰變過程處理成一個束縛態問題和一個散射態問題,準確地給出了.衰變寬度;再計入α結團預形成幾率后即可得到α衰變的半衰期.我們首先對中子數小于126的中質量球形或小形變α衰變核的壽命進行了系統的計算,所得結果和實驗值的偏差基本在兩倍以內.而后,我們著重研究了中子殼層N等于126附近的奇特α衰變(尤其是α預形成幾率的描述),理論結果和實驗數據相符合.在模型的可靠性和正確性得到檢驗的基礎上,我們將模型進一步推廣到結團放射性的研究.我們系統計算了超鉛區域(Z>,82)結團放射性的半衰期,并將理論計算的半衰期與實驗數據進行了分析和對比,發現模型對于結團放射性也具有很好的適用性.在此基礎上,我們對超錫區域(Z>,50)的結團放射性作了預言,也對超錫區域和超鉛區域衰變放出結團的不同類型作了一定的討論.我們旨在加深對α衰變以及結團放射性這些過程中物理機制的理解,而不僅僅是追求和實驗值更符合的結果.

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接下來,我們進一步把研究對象擴展到重核和超重核,該區域原子核的形變比較顯著.我們通過多極展開的方法引入核形變,并編制了形變版本的核衰變模型程序,對重核和超重核(包括偶偶核,奇A核和奇奇核)的α衰變壽命進行了系統的計算.結合國際上超重核合成的最新進展,如超重新元素117和118的合成,我們考虑超重核另一衰變模式自發裂變,研究了超重核α衰變和自發裂變之間的競爭機制,給出了超重核α衰變和自發裂變的分支比,理論計算結果和實驗數據一致.在此基礎上,我們還預言了未知超重核的主要衰變模式和衰變壽命,有助于實驗上鑒別這些未知核素.

第三章中,借助于成功的核衰變模型,我們由核衰變的實驗數據成功提取了超重核和一些特別不穩定核的電荷均方根半徑以及原子核的四級形變參數.目前人們用于研究原子核半徑的實驗方法主要有電子散射、μ原子方法、質子彈性散射和同位素移等方法.這些方法對于穩定線附近的核素十分有效,但是對于遠離穩定線的特別豐質子核和超重核,由于它們壽命很短而難以制靶,所以這些方法都難以應用于這些奇特核.為此,我們根據α衰變、結團放射性以及質子發射的實驗數據來提取原子核電荷密度分布的均方根半徑.在密度依賴的結團模型中,根據半衰期的實驗值,我們可以得到子核的電荷密度分布,進而計算出子核的電荷均方根半徑.我們計算了質子數Z等于58-96區域的偶偶核和質子數Z等于65-87區域的奇A核及奇奇核的半徑,并與實驗數據做了比較,理論結果和實驗值很好地符合.在此基礎上,我們預言了質子數Z等于102-116區域超重核的半徑.另外,我們還根據α衰變的WKB隧穿幾率公式,提出了計算核半徑的三參數公式,并成功預言了質子數Z等于102-116區域超重核的半徑.眾所周知,目前核半徑測量的常規方法無法應用于超重核.我們基于核衰變實驗數據第一次成功提取了超重核電荷半徑,具有重要理論意義.另外,我們從質子發射和結團放射性的實驗數據,借助于核衰變模型,成功提取了質子滴線附近極端豐質子核和豐中子輕核的電荷均方根半徑.此外,我們通過形變的核α衰變模型,研究了豐質子Pt和Hg同位素鏈的形狀共存現象,從a衰變實驗數據成功提取了Pt和Hg同位素中偶偶核基態和第一激發0+態的四級形變參數.

最后,我們在第四章做了一個簡單的總結及展望.

第五篇核物理論文范文格式:核物質對稱能,中子星結構與超重核性質的研究

核物質狀態方程尤其是對稱能密度依賴行為是當前核物理研究的一個熱點問題,在核物理及天體物理很多課題中扮演著重要的角色;中子星關系到當今物理學和天文學的很多分支,對于基礎理論的研究具有重要的推動作用;60年代末核理論家根據殼模型預言,在質子數Z等于114和中子數N等于184為中心形成一個壽命較長的超重核穩定島,此后超重核的研究一直是核物理中是一個非?;钴S的課題.本文對這三個方面的相關問題進行了研究.

對于超重核來說,有兩個物理量是很重要的:α衰變能和半衰期.我們對已經合成的超重核的α衰變能和半衰期進行了詳細的研究.給出了描述α衰變能的解析表達式,可以應用這些表達式準確地計算已經合成的超重核衰變能.計算結果與實驗值很好的符合在很大程度上表明了實驗測量的可靠性以及理論的預言能力.我們還提出了計算α衰變能的新途徑,給出了描述鄰近超重核α衰變能之間的關聯和預言超重核α衰變能的新公式,研究結果不僅顯示出所提出的方法能夠可靠預言超重核的α衰變能,而且在很大程度上表明了近年來超重核實驗觀測和測量結果的可靠性.具体分析表明Z等于114和N等于172不是幻數.觀測到的超重核α衰變半衰期隨中子數增加而增加,即穩定性增強,主要歸因于對稱能效應.不同于傳統的WKB位壘穿透方法,我們從另外一個角度研究了半衰期,即超重核半衰期之間的關聯性,給出了半衰期的解析公式,該公式具有較高的精度.最后,我們研究了WKB方法的適用性,發現WKB在α,質子和結團放射性中導致的偏差是次要的.

我們對飽和點附近對稱能的密度依賴行為進行了研究,與以往前人研究方法不同,我們在平均場框架(包括相對論的和非相對論的)下抽取出了一個普遍的關系式,利用這個關系式對飽和點附近密度依賴的對稱能進行限制,結合其他一些考虑得出了飽和點附近對稱能的密度依賴行為,與通過反質子原子的研究給出的結果很一致,研究發現不僅飽和點處對稱能斜率參數L與重核中子皮厚度存在線性相關性,而且曲率參數Ksym與中子皮厚度也線性相關,因此,實驗上如果準確地測量了重核中子皮厚度,就可以得到飽和點處對稱能密度依賴性準確而又詳細的信息.

本文在相對論平均場框架下研究了強磁場環境下核物質的一些性質,包括平均單核子能量,對稱能,各組分比例和極化度.結果發現強磁場會導致對稱能的提高,尤其在低密情況下;中子比質子更難極化.在廣義相對論框架下,我們對強磁場誘發的各向異性中子星結構進行了研究,建立了新的星體結構方程并進行了求解,結果發現中子星的質量以及半徑都可以被強磁場有效地減小.如果磁場比較強,中子星質量會變得對半徑不敏感而局限在一個不大的范圍內,這在很大程度上與天文觀測相符.

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