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Sandbox Physics

IN24 · 让光多走几次球壁

积分球辐射计

一个探测器怎样比较光源总输出或样品反射率? 明亮球壁的多次漫反射把光送往各处,小探测器便能接收到来自许多方向的光。把光源或样品与已知参考比较,可以求相对结果。端口漏光和替换物自身吸光也会改变球的响应,校正时须一并计入。

追踪多次漫反射,替换已知样品或光源,再从保留的探测器计数求相对结果。

交互模型积分球辐射计

保留的替代测量

原始探测与入射监测观测
观测信号计数监测计数曝光 t/st/\mathrm{s}
参考、模型校正与导出

直接比值估计00
计数标准不确定度00
条件传输比值采样误差00
传输截断余量00

计数为模拟探测观测。传输分配与反射次数图是在推断结果下计算的光线模型预测,不是实测到达时间分布;计数不确定度省略参考与模型自身误差。

保留的测量
记录方式校准可推断

CSV 与 JSON 保留样品、参考、独立核查和共享暗计数,以及标准定义、全部端口和光源、样品、挡板配置、单位、版本与种子。传输响应单独标明,可按几何和种子复算;JSON 另含独立理想参考。

物理教程

样品也会改变整个球

背景明亮的漫反射球壁把入射光送向许多方向。反复照到球壁后,小探测器也能接收到原本射向别处的光。

为什么值得理解样品在第一次受照时吸光,返回来的光还会再被它吸收。把白色参考换成深色样品,整个球的响应也随之改变。

先抓重点

核心问题
一个探测器怎样比较光源总输出或样品反射率?
一句话直觉
把探测计数与已知参考比较,同时计入替换物怎样改变球内循环光。

核心数学模型

均匀球壁的比较极限

M=ρ1−ρ(1−f)M=\frac{\rho}{1-\rho(1-f)}

反射率记作 ρ\rho,黑色开放端口所占面积比例记作 ff。这个反射级数假设球面漫反射壁、首次在球壁反射且没有内部挡板;实际仪器另用有限表面光线传输。

扣暗并按入射监测归一化的替代测量

Cu/Cm,uCr/Cm,r=pd(ρu)pd(ρr)\frac{C_u/C_{m,u}}{C_r/C_{m,r}}=\frac{p_d(\rho_u)}{p_d(\rho_r)}

CC 表示扣暗后的计数率,下标 mm 表示入射监测。光会返回样品,探测捕获概率也就随未知样品反射率变化。几何模型给出这条非线性响应,再用已知参考反射率作比较。

常见难点

倍率大于一,没有多出能量

容易误解球壁累积受照更多,说明产生了额外光子。

正确理解同一份光可以多次到达球壁,最后只会被探测、吸收或逃逸一次;这些比例加上明确保留的截断余量,合计为一。

剖切不是多开了一个端口

容易误解前半个球没画出来,光应该从那里逃走。

正确理解剖切只用于看清装置。传输保留完整球面,只有声明的开放端口漏光。

动手实验

  1. 01

    把白色参考换下来

    改变未知反射率,在数据详情中比较校正值和直接计数比估计。

    你会看到: 样品既改变第一次反射,也改变后续循环;深色样品让球的响应降低。
  2. 02

    让光从端口逃走

    开大开放端口,再重测参考。

    你会看到: 更多光线在开口处终止,探测计数与探测到的平均反射次数下降;改变几何后,旧校准不再匹配。
  3. 03

    挡住直接照向探测器的光

    拖动挡板边缘,或选择移去挡板预设。

    你会看到: 有限大小的板挡住样品直达探测器的路径,也吸收一部分循环光。正面、背面与侧边都参与同一传输。
  4. 04

    比较光源的总输出

    选择总输出比较,改变光源通量并保存测量。

    你会看到: 光源形状、位置与角分布匹配时,探测信号比给出相对已知光源的通量。返回光也可能被光源外壳吸收。

相关实验与文章

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物理仪器怎样测量

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