Radiation and Detectors: Introduction to the Physics of Radiation and Detection Devices

این کتاب درسی مقدمه ای بر تابش، اصول برهمکنش بین تشعشع و ماده، و بهره برداری از آن اصول در طراحی آشکارسازهای تشعشع مدرن ارائه می دهد. به هر دو تشعشع و آشکارسازها توجه یکسانی داده می شود و تأثیر متقابل آنها با پیش فرض های کمی در مورد دانش قبلی دانش آموز به دقت بیان می شود.

قسمت اول به تشعشع اختصاص دارد که به طور گسترده از نظر انرژی و نوع تفسیر می شود. با مروری بر ذرات و نیروها، بررسی گسترده منابع طبیعی و مصنوعی تابش مشترک و مقدمه ای بر شتاب دهنده های ذرات شروع می شود. توجه ویژه ای به نمونه های زندگی واقعی است که انواع تابش و انرژی آنها را در زمینه قرار می دهد. دزیمتری از یک نقطه نظر مدرن و مبتنی بر کاربر ارائه شده است و سینماتیک نسبیتی برای ارائه دانش اولیه مورد نیاز برای رسیدگی به جنبه‌های رسمی‌تر دینامیک تابش و تعامل معرفی شده است. به توضیح اصول فیزیک برهمکنش بین تابش و ماده فضای قابل توجهی داده می شود تا امکان درک عمیق تری از فناوری های مختلف بر اساس آن اصول را فراهم کند.

پس از مقدمه‌ای بر مکانیسم یونیزاسیون، آشکارسازها در قسمت دوم معرفی می‌شوند، که بر اساس اصل فیزیکی که زیربنای عملکرد آنها است، با فصل‌هایی که آشکارسازهای گازی، آشکارسازهای نیمه‌رسانا، فرآیند سوسوزن و آشکارسازهای نور را پوشش می‌دهند، گروه‌بندی می‌شوند. دو فصل پایانی پدیدارشناسی دوش‌ها و طراحی کالری‌سنج‌ها را تشریح می‌کند و پدیده‌های دیگری از جمله چرنکوف و تشعشعات انتقالی و تشخیص نوترینوها را پوشش می‌دهد. یک ضمیمه مروری مفید از آمار و توزیع‌های احتمال را به خواننده ارائه می‌دهد.

فرمالیسم ریاضی در سراسر آن به حداقل می‌رسد و مشتقات ساده برای راهنمایی استدلال و تسهیل درک آن ارائه می‌شوند. اصول کار این کتاب از نظر دامنه گسترده و سطح مقدماتی منحصر به فرد است و برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد در رشته های فیزیک و مهندسی مناسب است. خواننده آگاه خواهد شد که چگونه تشعشعات و بهره برداری از آن به طور فزاینده ای در دنیای مدرن مرتبط می شوند، با بیش از 140 شکل آزمایشی، شماتیک آشکارساز و عکس که به ارتباط مواد با زمینه تحقیقاتی گسترده تر کمک می کند.

This textbook provides an introduction to radiation, the principles of interaction between radiation and matter, and the exploitation of those principles in the design of modern radiation detectors. Both radiation and detectors are given equal attention and their interplay is carefully laid out with few assumptions made about the prior knowledge of the student.

Part I is dedicated to radiation, broadly interpreted in terms of energy and type, starting with an overview of particles and forces, an extended review of common natural and man-made sources of radiation, and an introduction to particle accelerators. Particular attention is paid to real life examples, which place the types of radiation and their energy in context. Dosimetry is presented from a modern, user-led point of view, and relativistic kinematics is introduced to give the basic knowledge needed to handle the more formal aspects of radiation dynamics and interaction. The explanation of the physics principles of interaction between radiation and matter is given significant space to allow a deeper understanding of the various technologies based on those principles.

Following an introduction to the ionisation mechanism, detectors are introduced in Part II, grouped according to the physical principle that underpins their functionality, with chapters covering gaseous detectors, semiconductor detectors, the scintillation process and light detectors. The final two chapters describe the phenomenology of showers and the design of calorimeters, and cover additional phenomena including Cherenkov and transition radiation and the detection of neutrinos. An appendix offers the reader a useful review of statistics and probability distributions.

The mathematical formalism is kept to a minimum throughout and simple derivations are presented to guide the reasoning and facilitate understanding of the working principles. The book is unique in its wide scope and introductory level, and is suitable for undergraduate and graduate students in physics and engineering. The reader will acquire an awareness of how radiation and its exploitation are becoming increasingly relevant in the modern world, with over 140 experimental figures, detector schematics and photographs helping to relate the material to a broader research context.