实验原理

（1）实验原理：

本系列实验包含八个任务达标模式的实验项目：核衰变规律；γ射线的吸收；康普顿散射；辐射外照射防护设计；α射线能谱和射程测量；β射线能谱；X射线荧光分析；符合测量方法等。下面对其中核衰变规律、α能谱测量、X射线荧光分析的实验原理，做举例说明

1. 核衰变规律是最基础的衰变辐射实验。我们使用闪烁体探测器获得伽马射线产生的脉冲电信号，并通过线性放大器放大整形后，输入单道筛选出特征伽马射线的信号并利用定标器和计时器，获得该衰变在一定时间内的计数。根据这个数据验证核衰变规律符合何种概率分布形式，并定量分析和归纳结果。

2. α射线能谱和射程测量是射线与物质相互作用的经典实验。我们利用金硅面垒探测器获得α射线产生的脉冲电信号，并通过线性放大器放大整形后，1，输入多道分析器，得到其能谱，并分析能谱调节最佳实验条件。2，在最佳实验条件表，将信号输入单道，筛选出特征信号后，利用计时器和定标器，获得一定时间内，α射线穿过一定密度的介质（空气）后的计数。通过改变介质密度，得到计数的变化。然后根据空气密度和空气距离的等效衰减关系，获得特定能量α射线的射程。并根据理论公式验证实验和操作的准确性。

3. X射线荧光分析是核技术分析的经典实验。使用X射线发生器产生X射线照射样品，激发样品中原子的电子，之后退激跃迁产生样品物质的特征X射线荧光。使用半导体探测器捕获这些X射线荧光，通过放大、整形、甄别、累积，获得相应的能谱。虚拟实验室提供了6种纯的物质样品，根据已知的特征峰信息，可以对能谱进行校刻获得能量和能谱道址之间的关系。最后探测未知的A和B样品，从其复合的能谱中解析出特征峰能量，并判读组成的物质类型和含量，从而鉴别哪一个样品是真银币而另一枚为伪造。

知识点：

共 12 个

1. 核衰变的物理机制和统计规律

2. γ射线在探测器中的作用机制

3. α射线在探测器中的作用机制

4. X射线在探测器中的作用机制

5. 辐射产生脉冲电信号的电子学处理方法和数据处理方法

6. 核电子学仪器的使用方法和注意事项

7. 辐射与介质的作用机理

8. X射线发生器的工作机制和使用方法

9. 物质的X射线特征谱线的基本原理

10. 能谱数据的数学处理方法

11. 随机事件采集的实验方法

12. 古代银币的制造工艺和成分（核科技考古）

（2）核心要素仿真设计：

实验室整体层面包括：固体道具的力学属性仿真，显示动画等的仿真，与设备进行交互的模拟（VR和Web端），人体运动的仿真，实验设备的光影效果和声音的仿真，等核心要素。

单个实验层面，以上述三个实验举例，仿真主要涉及：

1. 核衰变光子产生的蒙特卡洛模拟，光子和背景信号在探测器中产生的电脉冲信号的蒙特卡洛模拟，放大器对信号的整形和放大的处理，单道对输入信号的甄别和方波输出信号的模拟，定标器对输入方波的计数过程，等。

2. α射线产生的蒙特卡洛模拟，光子信号从探测器直到后端数据产生机构的各项模拟（参考1），充气腔室和泵的开关交互与物理参数变化的仿真，α射线在不同密度空气中的能损的蒙特卡洛模拟，等。

3. X射线发射器的蒙特卡洛模拟，X射线照射样品产生X射线荧光光子的蒙特卡洛模拟，光子信号从探测器直到后端数据产生机构的各项模拟（参考1），混合元素样品产生特征谱线光子的蒙特卡洛模拟，等。