X射线在金属表面产生Compton电流引起的电磁辐射时空分布

 研究了强X射线在金属表面产生的Compton电流时空分布,利用Compton散射公式计算了出射电子动量和微分散射截面随电子出射角的变化关系,发现在光子能量为1 MeV、入射光强为10²¹ W·m^-2的条件下,沿入射光方向形成的Compton电流密度达到10⁷ A·m^-2量级。采用1维电动力学模型计算了斜入射的X射线在金属表面产生的Compton电流密度引起的电磁脉冲,结果表明：X射线在单位长度金属辐射产生的磁场强度达到106 A·m^-1量级,脉冲宽度为ps量级;电磁脉冲沿X射线反射方向传播,具有良好的定向性。     

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.     

基于微通道板的中子探测器γ射线灵敏度

研制了一种基于微通道板的超快脉冲中子探测器,对其γ射线灵敏度进行了理论和实验研究。建立了探测器的γ射线灵敏度理论计算模型,利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量γ射线在不同厚度聚乙烯靶中产生的出射电子能谱和出射角度分布,并结合经验公式计算了单个电子在微通道板(MCP)孔道中产生的二次电子产额,最后得到了探测器的γ射线灵敏度,结果表明当聚乙烯靶厚度大于某一值时,γ射线灵敏度基本相同。利用西北核技术研究所的标准γ射线放射源对探测器的γ射线灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果一致。     

爆炸高度及威力对空间核电磁脉冲信号特性影响的数值分析

运用差分方法,理论模拟了中空及高空核爆炸时,γ射线与周围空气分子相互作用散射的康普顿电子流在地磁场作用下激励电磁脉冲这一物理过程.讨论了中、高空核爆炸时爆心上方的电磁脉冲波形.引入地固坐标与局部球坐标系的相互转换,给出不同高度以及不同当量的核爆炸向外层空间(卫星轨道方向)传播的电磁脉冲源的特征.考虑电离层的色散及衰减特性,运用傅立叶分析方法,外推出通过电离层后的色散核电磁脉冲的信号强度,考虑宇宙背景噪声等因素,可以监测到当量为千吨级以上核爆电磁脉冲.     

激光-电子康普顿散射物理特性研究

对激光-电子康普顿散射物理特性即能量特性和微分截面角分布进行了仔细的研究.计算结果显示出光子能量和微分截面角分布的简单结构.康普顿散射X射线光源具有散射光子的能量易调节、方向性好等特点.在入射电子束能量很高时,X射线近乎单向出射.光源色散度较大,但实验上可以获得色散（带宽）小的X射线.对于各种波长的激光,在很宽的电子束能量范围（1 MeV—10 GeV）内,散射X射线光子的总截面和前向发射圆锥内（半圆锥角1/γ,其中γ=E/m₀ 关键词： 康普顿散射 能量特性 微分截面 角分布     

基于同步辐射加速器的康普顿背散射γ光源性质及其应用研究

本文介绍了利用康普顿背散射(BCS)产生γ射线的原理,并以SsRF储存环电子运行参数为例,给出了利用BCS方法产生MeV量级γ射线束的计算结果,预期该光子束具有高强度、高极化度、单色性、方向性好等优点。同时对国际上已运行和拟建的高能和低能γ束线站的装置和性能作了简要介绍,并分别探讨了高能和低能准单色极化γ射线在核物理和核天体物理研究中广泛的应用前景。文中对基于正对以及离轴几何条件下,采用直线加速器加速的电子同短脉冲强激光发生Compton／Thomson散射的激光同步辐射源作了初步探讨,这一方法为我们构建超短脉冲的高亮度、准单色、可调谐的X-γ射线源开辟了一条新途径。     

基于同步辐射加速器的康普顿背散射γ光源性质及其应用研究

本文介绍了利用康普顿背散射 (BCS)产生γ射线的原理 ,并以SSRF储存环电子运行参数为例 ,给出了利用BCS方法产生MeV量级γ射线束的计算结果 ,预期该光子束具有高强度、高极化度、单色性、方向性好等优点。同时对国际上已运行和拟建的高能和低能γ束线站的装置和性能作了简要介绍 ,并分别探讨了高能和低能准单色极化γ射线在核物理和核天体物理研究中广泛的应用前景。文中对基于正对以及离轴几何条件下 ,采用直线加速器加速的电子同短脉冲强激光发生Compton/Thomson散射的激光同步辐射源作了初步探讨 ,这一方法为我们构建超短脉冲的高亮度、准单色、可调谐的X γ射线源开辟了一条新途径。     

柱二维内电磁脉冲的自洽计算方法(Ⅰ)

本文给出柱二维麦克斯韦方程组和速率方程组的差分格式。同时用质点网格(PIC方法)求解(柱二维初级电子数方程组,得到了初级电流。以它作为速率方程组源项又可得到次级电流。这两种电流的代数和是激励电磁脉冲的源。最后求得在核爆炸条件下瞬发γ光子在金属柱腔体中产生的内电磁脉冲。     

用于腔体内电磁脉冲模拟的三维并行全电磁粒子方法

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有限差分方法和Particle-in-Cell方法用来求解瞬态电磁场的产生和带电粒子运动之间的耦合关系,有效电流分配方法用来计算瞬态电磁场产生的源项。该方法基于JASMIN并行框架实现,可模拟含数亿网格和数亿粒子的三维腔体结构的内电磁脉冲响应,且具备大规模并行的优势。用这一方法来模拟圆柱腔体在X射线辐照下的腔体内电磁脉冲响应,其计算结果与文献结果吻合较好,验证了算法的有效性和正确性。     

基于同步辐射加速器的康普顿背散射γ射线源(Ⅰ)产生MeV量级γ光子的数值计算

提出在筹建的上海同步辐射装置上建造一条MeV量级γ射线束及应用站,采用μm波长的红外(或远红外)激光与储存环中3.5GeV电子束进行康普顿背散射,从而获得能区为1—25MeV的康普顿背散射γ光子束,该光子束具有高强度、高极化度(线和圆极化)、准单色、方向性好的优点,可以广泛地应用于核物理和核天体物理基础研究及相关的应用研究领域.介绍了康普顿背散射的基本原理,并结合储存环参数给出了光子束性能的数值计算结果.     

正负电子三光子湮灭中光子能谱的Monte Carlo计算

用Monte Carlo方法计算正负电子三光子湮灭的光子能谱,并与量子电动力学(QED)理论谱及实验结果进行了比较,三种结果符合甚好。     

基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程的关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(gamma-to-electron magnetic spectrometer),针对该系统中伽马-电子转换靶、电子偏转汇聚、电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库仑散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100 Gauss)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应.此外,还可模拟该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×10~(15)及1.2×10~(16)条件下,对10—20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.     

The compton current

The secondary electrons produced by penetrating X-rays and gamma rays move preferentially in the forward direction. In an insulator absorption of the photon beam is therefore accompanied by an electron current. The current can be measured by a suitable receiver that collects the electrons and absorbs the photons. In this paper an approximate expression for the Compton current is established. Results of preliminary measurements are given and found to be in satisfactory agreement with the theory.     

粗糙海面对高斯分布激光光束的反射模型推导

研究激光光束海面反射光强的方向分布特性对海上光电对抗等领域的工程实践具有重要意义.本文采用分形方法模拟粗糙海面,并在海面基准坐标系中建立起描述粗糙海面几何特征的数学方程,然后基于蒙特卡罗方法模拟高斯光束,依据几何光学原理在基准坐标系下推导了高斯光束的海面反射模型,采用该模型可以编程计算激光光束海面反射光强的方向分布.将模拟计算结果与实验结果进行了对比分析,结果表明该模型可以较好地反映激光光束海面反射光强的分布趋势,验证了模型的有效性.     

利用252 Cf快裂变室测量BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数

本文利用²⁵²Cf快裂变室和多参数数据采集系统,逐事例的同时记录了自发裂变中子和瞬发伽马的飞行时间(TOF),脉冲形状甄别(PSD)和反冲能量(RE,裂变中子是通过测量反冲质子;瞬发伽马是通过测量康普顿反冲电子)三维信息.详细介绍了通过离线数据分析完全扣除三维信息中的伽马事例贡献,以获得Φ50.8 mm×50.8 mm的BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数的方法.在不通过探测器响应函数进行数据转换的条件下,利用中子的能量直接确定了中子的有效测量阈值.得到的中子 关键词： 252Cf快裂变室')" href="#">²⁵²Cf快裂变室 BC501A液闪探测器 相对探测效率 响应函数     

The penetration, diffusion and energy deposition of high—energy photon＊

This paper presents a new theory for calculating the transport of high-energy photons and their secondary charged particles. We call this new algorithm characteristic line method, which is completely analytic. Using this new method we cannot only accurately calculate the transport behaviour of energetic photons, but also precisely describes the transport behaviour and energy deposition of secondary electrons, photoelectrons, Compton recoil electrons and positron－electron pairs. Its calculation efficiency is much higher than that of the Monte Carlo method. The theory can be directly applied to layered media situation and obtain a pencil-beam-modelled solution. Therefore, it may be applied to clinical applications for radiation therapy.     

MIRD体模肺部γ内污染探测效率分布的蒙特卡罗模拟

运用MCNP5程序,建立了基于MIRD数字体模的肺部γ内污染模型以及NaI(Tl)探测器模型,模拟计算了NaI(Tl)探测器对基于MIRD数字体模的肺部γ内污染的探测效率,获得了在多种空间位置上对沉积在肺部的9 种能量 射线的探测效率。模拟结果表明,在不同位置的探测效率并不完全符合人体肺部的解剖学结构,在右下肺位置可获得最高的探测效率,左下肺次之,左上肺最低。在探测器位置固定的情况下,探测效率随能量的增加,有先增高后降低的现象。In order to obtain detection efficiencies of nine kinds of gamma rays emitted by isotopes deposited in lungs at various measurement geometry, Monte Carlo N-Particle Transport Code 5 (MCNP5) has been employed to for calculation. The results show that the detection efficiency in different locations of lung is not completely accord with human body’s anatomy structure. The efficiency decreases gradually from lower-right lung, to lowerleft lung, and then to upper-left lung. When the location of detector is fixed, with the increase of energy, thedetection efficiency rises up firstly and then falls down.     

逆Compton散射的MonteCarlo模拟

研究模拟均匀、各向同性介质内的逆康普顿散射过程的Monte Carlo方法,分析电子速度分布乘抽样法和光子散射方向分布乘抽样法的抽样效率,完善电子速度分布的直接抽样法、光子散射能量分布的乘加抽样法.通过对这四种抽样方法抽样费用的分析和比较,得出各种方法的最适条件,该方法可以模拟更高能的辐射.     

Design and gamma sensitivity measurement of a novel dual-emitter vacuum Compton detector

A novel dual-emitter vacuum Compton detector (D-VCD) with higher gamma ray detecting efficiency is proposed. The emitters are made of Ta--Al clad metal. The gamma ray sensitivity is studied by Monte Carlo simulation using the MCNP code. A comparison between calculations and results measured by using the 1.25~MeV gamma ray of Co-60 is also performed. Experimental sensitivities for two sample D-VCDs with the same materials and structures are 1.92×10^ - 20 and 2.02×10^ - 20~C.cm²/MeV separately, which are consistent with the simulation result of 1.98×10^ - 20~C.cm²/MeV and are 4 times higher than that of VCD with a single Fe emitter. According to the simulation results, in a gamma energy range from 0.5 to 3~MeV, the maximum sensitivity variance for the D-VCD is less than 15%, and less than 5% in a range from 1 to 2~MeV in particular. The novel D-VCD is applicable to the detection of intense pulse gamma rays.