Fundamentals of Nuclear Science and Engineering Second Edition

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出版者:CRC Press
作者:J. Kenneth Shultis
出品人:
页数:616
译者:
出版时间:2007-9-7
价格:USD 109.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781420051353
丛书系列:
图书标签:
  • 核能
  • 核科学
  • 核工程
  • 核物理
  • 反应堆
  • 放射学
  • 同位素
  • 辐射防护
  • 核材料
  • 中子物理
  • 核能
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具体描述

辐射探测与测量:从基础原理到实际应用 本书全面探讨了辐射探测和测量的核心概念、技术和实际操作,旨在为核科学、健康物理学、环境监测以及相关工程领域的研究人员、工程师和高级学生提供一份深入而实用的指南。 第一部分:辐射物理学基础与探测原理 本书首先奠定了辐射物理学的坚实基础,详细阐述了各类电离辐射(包括阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线、X射线、中子以及重离子)的产生、特性及其与物质的相互作用机理。理解这些基本过程是选择和设计有效探测器的前提。 核衰变与辐射场: 深入剖析了放射性核素的衰变模式($alpha, eta, gamma$ 衰变),并详细讲解了半衰期、比活度等关键参数的计算。着重介绍了不同辐射类型在穿透物质时能量损失的物理过程,例如致密物质中的离子化和激发,以及稀疏介质中的康普顿散射、光电效应和电子对效应。 探测器响应机制: 详细分析了辐射探测器的工作原理,重点聚焦于如何将辐射与探测介质的相互作用转化为可测量的电信号。这包括对电离、闪烁和半导体效应的深入探讨。 能量沉积与峰值形成: 阐述了探测器响应的统计特性,如统计涨落(计数统计)和能量分辨率的来源。详细解释了“峰形”的形成,包括全能峰、散射峰以及逃逸峰的物理成因,并给出了量化描述。 第二部分:主流辐射探测技术与装置 本书系统性地介绍了当前最常用和最先进的辐射探测器类型,并针对每种类型的工作原理、优缺点及典型应用场景进行了详尽的分析。 气体电离探测器: 电离室 (Ion Chambers): 阐述了其在精确测量高剂量率和绝对剂量方面的优势,讨论了电荷收集效率和气体密度对测量的影响。 正比计数器 (Proportional Counters): 详细描述了盖革-穆勒 (GM) 计数管的工作模式,解释了倍增区的物理机制,并讨论了其在低能$alpha$和$eta$粒子识别中的应用及死时间限制。 闪烁体探测器: 无机闪烁体: 深入研究了碘化钠 ($ ext{NaI}( ext{Tl})$) 和锗酸铋 ($ ext{BGO}$) 等晶体材料的特性,包括光产额、衰减时间和能量分辨率的权衡。重点讨论了脉冲形状甄别 (PSD) 技术在区分快中子和伽马射线中的应用。 有机闪烁体与塑封闪烁体: 分析了有机材料(如蒽、苯乙烯)的结构和快速响应特性,并介绍了用于大体积探测和快时间测量的塑封材料。 半导体探测器: HPGe与纯锗探测器: 全面覆盖了高纯锗探测器在精密伽马能谱测量中的核心地位。讨论了液氮冷却(或Peltier制冷)的要求、电荷收集过程以及电场分布对分辨率的影响。 硅漂移探测器 (SDD) 与 CZT 探测器: 探讨了室温半导体探测器在便携式和在线监测中的应用,分析了其薄窗口设计和电荷传输效率。 中子探测技术: 专门开辟章节讨论中子测量的特殊性(因其不带电)。详细介绍了$ ext{BF}_3$和$^3 ext{He}$气体计数器的工作原理,以及利用氢化物(如聚乙烯)慢化剂和闪烁体(如$ ext{Li}$掺杂玻璃)进行热中子和快中子探测的方法。 第三部分:信号处理、数据采集与能谱学 本部分聚焦于如何将探测器产生的微弱脉冲信号转化为有意义的物理量,特别是能谱的获取与分析。 脉冲电子学基础: 讲解了前置放大器、整形放大器(如高斯整形)的选择与优化,以及如何通过适当的脉冲处理来提高信噪比和能量分辨率。 数据采集系统 (DAQ): 详述了模拟数字转换器 (ADC) 的关键参数,如有效位数、转换速度和死时间对计数率的影响。介绍了多道次分析仪 (MCA) 的架构和操作流程。 能谱分析: 提供了从原始计数数据中提取物理信息的方法。包括基线漂移校正、能量刻度(线性与非线性)、峰面积的精确积分(如奇点法、二次函数拟合法)以及背景扣除技术。特别关注如何处理谱中存在的复杂的峰重叠问题。 效率与探测极限: 详细推导了绝对效率和相对效率的计算方法,并阐述了在不同计数统计条件下,如何确定探测器的最小可探测活度(MDA)和最小可探测浓度(MDC)。 第四部分:环境与健康物理中的实际应用 本书将理论与实践紧密结合,探讨了这些探测技术在真实世界中的部署和校准。 剂量测量与校准: 探讨了如何使用特定设备(如电离室、T L D、光释光探测器)进行个人剂量当量、有效剂量的测量。详细说明了现场(in-vivo)和体外 (ex-vivo) 剂量的校准流程和不确定度评估。 环境监测系统: 介绍了固定式和移动式监测站中使用的伽马/中子本底监测仪的配置和长期稳定性要求。讨论了空气采样结合伽马能谱分析在放射性气溶胶监测中的应用。 仪器溯源与质量保证: 提供了关于使用标准参考源(如$ ext{Cs}-137, ext{Co}-60$)进行系统校准的详细步骤,以及日常质量控制(QC)程序,确保数据的准确性和可比性。 新兴技术展望: 简要介绍了快速响应探测器、分布式光纤传感技术以及基于机器学习的谱分析方法在下一代辐射监测中的潜力。 本书内容严谨,公式推导清晰,并配有大量的实际案例分析和工程考量,是辐射科学领域进行深度学习和实际工作的必备参考资料。

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读后感

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用户评价

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我一直认为,学习科学不仅仅是学习知识,更重要的是学习科学思维和研究方法。这本书在这方面为我提供了宝贵的指导。作者在介绍每一个重要的核物理现象或工程原理时,都会引导读者思考其背后的科学原理,以及科学家们是如何通过实验和理论来验证这些原理的。书中还会引用一些重要的历史事件和科学发现,这让我能够从历史的角度去理解核科学的发展历程,以及那些伟大的科学家们是如何一步步推动这个领域的进步的。我尤其欣赏作者在论述过程中,所展现出的严谨的科学态度和批判性思维,这对我日后的学习和研究产生了深远的影响。

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毫无疑问,这本书是核科学与工程领域的一部里程碑式的著作。它不仅全面、深入地覆盖了该领域的核心知识,而且在阐述方式上独具匠心,既有严谨的科学性,又不失趣味性和启发性。我曾经尝试阅读过一些更专业、更偏向学术论文的文献,但往往由于缺乏基础知识而感到力不从心。而这本书就像是一座桥梁,将我与那些更前沿的知识连接起来。它为我打下了坚实的基础,让我有信心去挑战那些更复杂的课题,也让我更加热爱这个充满挑战和机遇的领域。

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这本书简直像一本百科全书,对于任何想要深入了解核科学与工程领域的人来说,都绝对是必不可少的宝藏。我最初接触这本书,是因为我在大学里选修了一门关于核反应堆原理的课程,当时感觉很多概念都十分晦涩难懂,老师推荐了这本书作为参考。从那时起,它就成为了我学习路上的指路明灯。书中对核物理的基本原理进行了极其详尽的阐述,从原子核的结构、衰变、裂变到聚变,每一个概念都伴随着清晰的公式推导和深入浅出的解释。我尤其欣赏作者在解释一些复杂的概念时,会引入一些生动形象的比喻,这极大地帮助我克服了抽象思维上的困难。例如,在讲解核力时,作者用“胶水”来比喻它如何将质子和中子紧密地束缚在一起,这个比喻虽然简单,却瞬间点亮了我心中的迷茫。

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我一直认为,一本好的教科书不仅仅是知识的堆砌,更重要的是它能否激发读者的思考和探索欲。而《Fundamentals of Nuclear Science and Engineering Second Edition》在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在理论知识的层面,更重要的是将这些理论与实际工程应用紧密地联系起来。在书中,我看到了核反应堆的设计原理,不同类型反应堆的优缺点分析,以及核能发电的整个流程。作者还详细介绍了核燃料的循环、放射性废物的处理以及核安全的重要性。这些内容让我对核能这一复杂而又充满争议的领域有了更全面、更客观的认识。读完相关章节,我甚至开始思考,如何才能在保证安全的前提下,更有效地利用核能,为社会的可持续发展做出贡献。

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这本书最让我感到惊喜的是它对复杂概念的清晰呈现。许多在其他教材中被处理得晦涩难懂的物理过程,在这本书里得到了非常直观和易于理解的阐释。比如,核裂变链式反应的原理,作者通过生动的图示和详细的文字描述,让我能够清晰地理解中子如何引发裂变,裂变又如何释放更多的中子,从而形成一个持续的反应。此外,书中还对中子散射、吸收等关键过程进行了深入的分析,这些都是理解反应堆物理的关键。我发现,作者似乎有一种“化繁为简”的魔力,总能找到最恰当的方式来解释那些最棘手的概念。

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从工程应用的视角来看,这本书的实用性非常强。它不仅仅停留在理论层面,更深入地探讨了核技术在实际工程中的应用,包括核医学、核材料科学、以及辐射防护等多个领域。我尤其对书中关于核医学的部分印象深刻,了解了放射性同位素如何在疾病诊断和治疗中发挥关键作用,以及质子治疗等新兴技术。这些内容让我看到了核科学更广泛的应用前景,也让我对未来医疗健康领域的发展充满了期待。作者还详细介绍了核电站的安全设计和应急预案,这对于消除公众对核能的担忧起到了积极的作用。

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对于初学者来说,这本书可能需要一些耐心和投入,但绝对是值得的。我记得第一次翻开它的时候,看到那些复杂的数学公式和专业术语,确实感到有些畏惧。但随着阅读的深入,我逐渐发现,作者的讲解是有条理、有逻辑的,并且循序渐进。每一个新概念的引入,都会建立在之前已讲解过的知识基础上。书中大量的图表和示意图也极大地帮助了我理解抽象的概念,比如核反应堆的示意图,详细展示了燃料棒、控制棒、慢化剂、冷却剂等各个组成部分的功能。每次读完一个章节,我都会尝试做书后的习题,这不仅巩固了我的理解,也帮助我发现自己知识上的薄弱环节,从而有针对性地进行复习。

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这本书的深度和广度是我在其他同类教材中前所未有的。作者在编写时,无疑是倾注了大量的心血,力求将最前沿的知识和最经典的理论都融入其中。我最喜欢它的一点是,它并没有回避一些棘手的、具有挑战性的问题,而是坦诚地探讨了核科学与工程领域面临的各种挑战,包括技术瓶颈、经济成本以及公众接受度等。书中对未来核能发展的展望也令人振奋,作者不仅介绍了当前的研究热点,还对未来可能出现的突破性技术进行了预测。这让我对这个领域充满了好奇和期待,也激励我想要成为这个领域的一份子,去探索和解决那些未解之谜。

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这本书不仅内容丰富,而且结构安排也非常合理。它从最基础的原子核物理概念讲起,逐步深入到反应堆设计、核燃料循环、辐射安全等更高级的工程应用。每个章节之间都有清晰的逻辑联系,使得读者能够在一个连贯的知识体系中进行学习。我特别喜欢书中对每章结尾的“总结”和“进一步阅读”的建议。总结部分帮助我快速回顾本章的要点,而“进一步阅读”则为我提供了探索更深入知识的路径,这对于我的自主学习和研究能力的发展非常有帮助。

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从作者的写作风格来看,我能感受到他对核科学与工程的热情和深刻理解。他不仅仅是在传递知识,更是在分享他对这个领域的见解和思考。书中偶尔出现的个人感悟和对未来发展的憧憬,让这本书显得更加生动和人性化,而不是一本冰冷的教科书。它让我感觉到,这本书是由一个真正的、充满热情的研究者写给同样充满好奇和热情的学习者的。这本书不仅让我学到了知识,更让我看到了一个科学家对人类未来和科技发展的思考,这种深度和广度是我在其他地方难以找到的。

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