核電子學

在核輻射探測技術和電子技術基礎上發展起來的電子學與核科學間的一門交叉學科。核電子學形成於50年代。其內容包括：核科學、高能物理和核技術中有關核輻射（和粒子）探測的電子技術；核爆炸和外層空間的輻射對電子系統的效應和抗輻射的加固技術；核技術應用中所需的核電子技術。

核輻射現象（天然放射性）發現於1896年。1926年，H.蓋革等發明GM計數管，單次輻射通過時發出一個電脈衝，經電子管放大后，可驅動電話發出聲響。聲響的疏密反映輻射源的強弱，還可用示波儀進行記錄，或觸發閘流管而驅動機械計數器。這項發明使核物理實驗得到了電子技術的支持，從而促成了30年代以來核物理學和高能物理學上一系列重要的發現。1930年，B.羅西用三重符合電路發現了宇宙線在東西方向上的不對稱性。1932年，P.M.布萊克特等人又用此電路啟動雲室拍照，大大提高了雲室的效率。C.D.安德森用這樣的雲室研究宇宙射線時發現了正電子（1932年）和μ介子(1936年)，獲得了1936年諾貝爾獎金物理學獎。這些成就加深了人類對原子核的認識，也使物理學家對電子學方法的優越性的認識逐步提高。30年代初，人們就致力於為核物理實驗研製專用的成套電子儀器。1931年，盧瑟福實驗室製成包括放大器、甄別器、計數器和電源的成套電子儀器，成為核物理實驗中早期的有力工具。

第二次世界大戰開始后，核電子學圍繞核武器的研究得到更大的發展，逐漸形成了一門學科。1945年，第一顆原子彈的爆炸，又向核電子學提出很多新課題，如怎樣探測核爆炸的各種機制和核爆炸產生的強電磁脈衝對電子設備的影響、損壞機制以及如何將電子設備加固以抗核脈衝的衝擊等。

1949年，R.L.霍夫斯塔特發明了用碘化鈉（鉈）晶體製成的閃爍計數器。這是輻射探測器的一次重大發展。它推動了核γ譜學和相應的測量儀器γ譜儀的發展。γ譜儀的電子學部分，是一個對閃爍探測器輸出的電脈衝進行幅度分析的儀器。

50年代初，由於閃爍探測器的快速時間響應，核電子學已開拓了納秒脈衝技術，應用在放大、甄別、計數、符合、時間測量等技術上。同一時期，對核探測器的雜訊問題也進行了理論分析，並開展了低雜訊譜儀放大器的研究，使核能譜的測量工作在速度上和精度上大為提高。

50年代中、後期，高能加速器出現，物理學家開始尋找新的基本粒子。他們利用各種閃爍探測器和核電子學方法，取得了許多重要的物理學成就。1958年，第一次國際核電子學會議在貝爾格萊德召開，此後，核電子學的名稱正式為國際有關學術界採用。

進入60年代時，已研製出各種半導體探測器，特別是鍺（鋰）漂移半導體探測器。其γ能量的分辨能力比閃爍探測器約高兩個數量級，時間分辨和本底也優於閃耀體。不足之處是它必須在77K的低溫下工作，要用液氮來保持，不太方便。60年代末，已研製出能在常溫下保存的高純鍺探測器。

到60年代中期，核電子儀器的晶體管化幾乎已全部實現。晶體管化還促進了核電子儀器的標準化。1968年，卡爾帕克發明了多絲室探測器。當粒子通過密布在不同層上、數目眾多的某些絲時，這些絲便發出電信號。如果讀出絲的編號，就可以判定粒子通過的位置。1970年，他又研究出漂移室，比多絲室定位更准。這兩種絲室的尺寸已可做到6×6米2,信號絲數可達數萬。因此，要求有龐大的快、准、穩的電子讀出電路。這種由大型快速電子電路、計算機組成的系統只是在70年代中出現大規模集成電路、混合集成電路和發射極耦合邏輯電路等器件后才得以實現。這種全電子式探測器在高能物理實驗中逐步取代了1952年發明的汽泡室。

1974年，丁肇中和B.里克特分別用全電子學方法發現J/Ψ粒子，間接地證實了第四種夸克(桀)的存在，打破了粒子物理界近10年的停滯狀態，因而同獲1976年諾貝爾獎金物理學獎。

到70年代末，以微型計算機為基礎的成套核電子儀器系統，如核能譜測量系統，在核科學技術各領域中得到廣泛的應用，而大型的核信息獲取與處理系統已成為高能物理前沿實驗中的必要手段。

1983年初，歐洲核子研究中心的UA-1、UA-2實驗組在SPS質子－反質子對撞機上觀察到中間玻色子W+、W-和Z0的衰變現象。它們是電磁作用和弱作用力統一理論所預言的粒子。其中的兩個關鍵是：①用電子學反饋方法實現反質子環中的隨機冷卻；②實驗所用的探測設備重達2000噸，除磁鐵重800噸外，其餘皆為探測器電子學系統，其中使用了數百個微處理器。

進入80年代后，核電子學本身也伴隨其他科學技術的發展而得到發展。新的探測器件和材料(如鍺酸鉍BGO、氟化鋇BaF2)相繼出現，使核電子儀器的性能指標不斷刷新。

核電子學是在不斷滿足迅速發展的核科學技術的需要而發展起來的，它也不斷吸收其他科學技術的成就，特別是各電子學分支學科的成就。同時它也不斷地向其他領域擴散自己的知識。核電子學中對脈衝幅度和時間間隔的精密測量和甄別等技術，對40年代雷達和電子計算機的迅速發展提供了有用的經驗。納秒脈衝技術也是在核電子學中領先得到發展的。現代的高速模－數轉換技術起源於核電子學中多道脈衝幅度分析技術。核電子學與其他學科相互滲透而出現了一些邊緣學科。

核電子學的研究對象包括：

①各種輻射探測器及與之相應的電子電路或系統。

②針對核信息的隨機性、統計性或單次性等特點的各種精密的電子學測量技術；時間間隔（微秒到皮秒）、空間分辨（毫米到微米）。

③配有在線電子計算機的核電子系統，用於在核科學技術和高能物理實驗中實時獲取並處理巨量核信息，在實驗全過程中不間斷地對整個系統工作的監測和控制。

④電子原材料、電子元件、器件和電子設備或系統在核輻射、核電磁場下的輻射效應和相應的抗輻射加固技術。

⑤核技術在工業、農業、軍事、醫學、生物研究等方面應用時所需的各種輻射探測技術和電子技術。

核技術逐漸更多地從軍事轉向民用領域，因而對核電子學也提出了更廣泛而深入的要求。如在電子器件和電路的發展過程中，尤其是在半導體時代，核電子學對元件、器件和電路都有某些特殊要求，如高可靠性、高穩定性、輻射環境下的生存和應用等。這些特殊要求是許多電子系統必需考慮的，因而也促進了電子工業的發展。至於核能應用和航天電子設備的抗輻射加固，更需要抗輻射電子學作出貢獻。

核信息獲取和處理系統的實時性強、速度快和功能靈活，為其他領域提供了許多有用的經驗。例如，核電子學中的 CAMAC標準也在國防和工業上得到應用。70年代以後，核醫學診斷吸收了核電子學方法，使同位素掃描技術發展成γ照相機技術，又進而發展成斷層照相技術。