核電子學是核科學和電子學相結合的產物, 是核科學與技術類專業重要的專業基礎課之一, 它通過電子學方法獲取核信息并進行處理, 在核科學領域中具有十分重要的作用和地位。電子技術早在20世紀30年代初引入到核輻射探測中, 從而導致核探測技術的重大變革, 并逐步形成了完整的核電子學方法和技術。幾十年來, 隨著核物理和粒子物理的深入研究以及核技術應用的推廣、新的核探測方法的不斷涌現、電子學和嵌入式系統的迅猛發展, 使得現代核電子學方法和技術達到新的水平, 能夠精確高效、靈敏便捷地獲取和處理有關核輻射和粒子的各種信息。與此同時, 核電子學技術的發展又促進了核科學技術的發展, 并廣泛運用于現代核科學技術領域, 成為現代核科學技術的重要基礎和進一步發展的前提。
核電子學的任務是使學生系統掌握核電子學的基本原理和方法, 深入了解常用核電子學測量系統及有關電路的基本原理和性能, 以便合理和有效地選擇、組合和使用核電子儀器, 學會運用電子學方法對核輻射探測器信息作分析、處理, 提高實驗研究工作的能力, 為將來從事核技術研發打下堅實的基礎。
目前, 隨著核探測器、電子學、信息等技術的飛速發展及其在核技術應用中的滲透, 核電子學領域中新技術、新成果不斷涌現, 這就要求我們培養的學生能夠適應時代的發展, 成為高質量的跨世紀核技術專業人才, 因此核電子學的教學也必須與時俱進, 將核電子學發展的最新內容融入到教學實踐中去, 實現教學內容的現代化。
1 核電子學的知識體系結構
核電子學系統中, 通常先將核探測器輸出的模擬信號進行放大和處理, 然后通過模數變換將有用的模擬量轉換為數字量, 再輸入到計算機或數據獲取和處理系統中進行處理, 上述各部分構成核電子學測量系統。由于核信號的固有特點, 即持續時間短、頻率高、信號弱和隨機性, 對整個測量系統和各部件都有一系列的特殊要求, 即測量精度高, 響應時間快, 穩定性和可靠性高等, 核電子學的教學內容主要涉及上述核信號的采集與處理過程。下面簡要介紹本課程的部分主要內容。
首先闡述是核電子學的研究的內容及范疇、探測器的性能指標和輸出信號的特點、信號與噪聲分析的主要方法、核電子學中的噪聲的種類和產生的原因及定量表示方法等。然后闡述前置放大器的作用及分類、各類前放電路的原理、主要特性和應用范圍等。而濾波成形主要闡述濾波成形電路的作用、理論分析、實際的濾波成形電路及其特性、彈道虧損及堆積畸變產生的原因及對能譜測量的影響等。幅度分析則主要闡述甄別器的結構和工作原理、觸發翻轉過程及特性、單道的工作原理及電路分析等。而時間分析主要闡述時檢電路的作用及指標的意義、定時電路的原理和特點、符合電路的主要技術指標及實際電路、反符合電路的邏輯功能和實際電路分析、延遲符合和快慢符合的原理與性能等。
2 教學現狀分析
過去二十多年以來, 由于受到多方面因素的影響, 核科學與技術學科在國內的發展受到很大影響, 處于萎縮或消失狀態, 許多原有的工業基礎也逐漸消亡。但隨著近年來國民經濟的飛速發展, 核能等相關應用領域對技術和人才的大量需求, 使該學科發展倍受關注。核電子學這門課程作為該學科的一門重要的基礎課程, 同樣受到嚴重影響, 教材多年未更新, 教材內容陳舊, 理論性較強, 教學內容理論聯系實際遠遠不夠, 應用性知識較少, 不利于學生的培養。因此, 教學內容亟待更新。
3 課程內容充實
隨著探測器、微處理器、信息處理等技術的快速發展, 核電子學發展相當迅速, 其應用范圍也越來越廣, 各類核電子學設備不斷換代, 這些新知識、新設備在教材中沒有體現出來, 核電子學儀器功能越來越強, 現行教材中的的內容已經不能滿足未來核技術專業的要求, 因此在教學過程中要與時俱進, 跟蹤反映一些國內外新技術、新設備的動態, 適時穿插一些最新的研究技術與動態, 如新型探測器、嵌入式智能核電子設備設計與開發原理, 電路仿真軟件Multisim、Matlab中的Simulink工具包在核電子學電路設計中的應用等等。這些新技術的介紹將會極大激發學生的學習興趣, 也為將來的研究工作奠定堅實的基礎。
4 注重理論與實際相結合
如果在教學中僅僅講授核電子學的基本概念和基本理論是比較抽象的, 會影響學生學習的興趣, 達不到應有的教學效果。在教學中應適時穿插相關的核電子學史, 以幫助學生理解知識產生、發展的過程, 可以大大激發學生學習的興趣, 對提高學生的科學素質能起到潛移默化的作用。在核電子學的教學中, 還應適時穿插一些相關的應用和實例, 以加深同學們對基本理論和知識的理解和掌握, 提高運用知識的能力。如通過介紹核電站及反應堆用核儀器、醫用核儀器、輻射防護核儀器、資源開發類核儀器、工業用核儀器的種類及應用等來提高學生的學習興趣。
實踐活動可以加深學生對核電子學的感性認識。第一, 建立完備的核電子學本科實驗體系, 通過實驗幫助學生加深對理論知識的理解, 掌握常用核電子儀器的工作原理和使用方法、單元電路的測量方法、整機性能指標的基本測量方法、正確分析實驗結果和數據等, 為核物理的測量工作中正確選擇儀器奠定一定的基礎;第二, 建立核電子學創新實驗基地, 結合嵌入式系統進行智能化核儀器創新項目的開發, 以適應時代的需求。
5 設置問題情景, 啟發思維
設置問題情景, 就是教師在課堂講授中, 適時提出一些有一定難度的問題, 使學生不能單純利用已有的知識和習慣的方法去解決, 這樣不僅用“提問式”引起學生的注意, 使學生集中精力聽課, 而且還激發了學生思維的積極性和求知的需要, 調動了學生學習的主動性, 從而達到開發學生的智力, 培養學生的能力的目的。
比如說, 在講解前置放大器原理之前, 設置問題:探測器獲取的信息如何處理?前置放大器可以采用哪些類型?分別可以用于哪些場合?
值得注意的是, 在設計問題時要注意問題的難易程度, 問題的設置要與學生的現實生活和現有的學習能力相適應, 問題太難或過于簡單也都會使學生失去學習的興趣。因此, 在備課時就要把每個問題精心設計好。
摘要：核電子學的教學內容主要包括核探測器輸出信號的特點, 核電子學信號與噪聲分析基礎, 前置放大器, 濾波成形, 脈沖幅度分析, 時間分析等。在核電子學教學過程中, 應注意充實課程內容、引入新知識、理論聯系實際、設置問題情景、啟發思維。
關鍵詞：核電子學,創新性教學,實踐
參考文獻
[1] 王芝英.核電子學與核儀器[M].原子能出版社, 1989.
[2] 譚頂良.高等教育心理學[M].河海大學出版社, 2002.