基于微结构气体探测器对单能和连续谱快中子的模拟解谱

本工作探索了基于Triple GEM探测器对快中子能谱的测量,利用MCNPX和Geant4软件分别模拟了两种在Triple GEM阴极耦合由多层聚乙烯组成的堆栈式中子转化质子的转化模型,研究对象包含了5种单能中子源和Am-Be连续谱中子源.模拟得到了探测系统对160条单能中子的响应函数和上述源的反冲质子谱分布,使用GRAVEL和MLEM算法对模拟得到的6种快中子源的反冲质子谱进行了解谱研究,并把解谱结果与标准输入谱进行了对比,结果显示与标准输入谱均符合较好,解谱的相对不确定度为10%—15%;并研究了气体探测器能量分辨率对解谱精度影响的关系,结果表明微结构气体探测器的能量分辨率好于30%时,快中子的解谱精度就可以满足实际应用需求.本研究在以前的实验基础上提出了一种新的转化结构,并通过模拟结果得出微结构气体探测器可以应用于快中子探测,并能够利用得到的反冲质子谱结合合适的反演算法实现入射中子源的能谱重建.本文积累的建模和解谱算法为将来微结构气体探测器组成的快中子探测系统应用于未知快中子源探测,能谱重建,实现源项识别提供了新的办法.     

液体闪烁体探测器γ射线测量研究

利用几种单能γ源对BC501A型液体闪烁体探测器进行能量刻度, 以得到探测器对电子的光输出响应函数。 介绍了用蒙特卡罗模拟法确定康普顿边缘所对应的电子能量的方法, 得到的结果与用半高点确定康普顿边缘方法所得的结果做了比较。 利用德国PTB开发的PHRESP蒙特卡罗程序计算出液体闪烁体探测器对各种单能γ射线的光响应矩阵, 阐述了利用γ射线响应函数矩阵和γ射线的反冲电子谱求解待测γ能谱的原理, 对解谱的误差来源也进行了简要的分析。 The light output of the BC501A liquid scintillation detector for γ rays was calibrated by serial monoenergetic γ ray sources. The Monte Carlo simulation method to confirm Compton edge was described briefly. The result was compared with that obtained by the semi height method. The γ ray response matrix of BC501A liquid scintillation detector was calculated by the Monte Carlo code PHRESP from PTB. The method of using response function matrix and recoil electron spectrum to unfold γ ray energy spectrum was introduced and the error of unfolding spectrum was also briefly discussed.     

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     

基于Geant4的α粒子能谱模拟研究及软件设计实现

为进一步发展基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术,利用PyQt5设计一款调用蒙特卡罗模拟程序包Geant4进行α粒子能谱模拟研究的软件。一方面,建立了测量α粒子的钝化离子注入平面硅探测器（Passivated Implanted Planar Silicon）物理模型,根据实际α粒子测量条件对模拟的物理过程、模型材料及粒子源几何形状、成分等参数进行校正,结合PyQt5界面开发平台将粒子源参数、探测器参数修改等功能可视化。在多个探源距和不同真空压强条件下进行模拟实验,得到该模型的探测效率,并将获取的能量沉积成谱后,通过EMG-Landau响应函数模型展宽。另一方面,为验证该探测器模型的准确性,将模拟结果与实测结果的探测效率进行对比,实验结果表明,两者探测效率误差均在5%之内,且EMG-Landau响应函数模型展宽效果良好。本文研究结果验证了该Geant4模拟软件在α粒子能谱研究方面的可靠性,该软件可直观修改α粒子能谱测量条件,简化了模拟步骤,提高了模拟效率,为基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术提供了有力工具。     

基于Boosted-Gold算法的γ能谱反演分析

为了利用低能量分辨率探测器γ能谱分析获取未知放射性核素的特征信息,提高γ能谱中重峰及弱峰分析的准确性和有效性,本文开展了基于Boosted-Gold算法的Na I(Tl)探测器γ能谱分析研究.采用MCNPX建立Na I(Tl)探测器模拟模型,获得了维度201×200的探测器响应矩阵.基于Boosted-Gold算法开发了γ能谱反演程序.实验测量了γ源22Na,133Ba和152Eu的探测器响应能谱,并以不同γ射线能量、不同能差(?E)、不同相对强度为条件构建了3组低分辨率模拟γ能谱,结合响应矩阵及反演程序对实测γ能谱和模拟γ能谱进行反演.以IAEA数据库核素标准特征信息对反演结果进行分析.结果表明:Boosted-Gold算法对实测γ能谱特征能量反演误差最大为2.17%(¹³³Ba源0.276Me V),反演强度与标准强度最大差为0.197(¹⁵²Eu源1.408Me V).对模拟γ能谱核素特征能量均可准确分析,反演强度与标准强度差值保持在0.01以内;当增强系数p≤14时,Boosted-Gold算法有利于γ放射性核素的定量分析,对于相对强...     

蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量的展宽技术

蒙特卡罗模拟技术可以有效提高核辐射探测分析效率、降低分析成本,在促进X荧光分析技术发展过程中也发挥了重要作用。在应用蒙特卡罗模拟能量色散X荧光分析中,为使蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量谱与实验能谱之间的物理差异更小,提出了一种模拟注量展宽算法。首先依据离散统计物理理论,建立了Si-PIN半导体探测器对X射线的响应函数模型,并利用加权非线性最小二乘法拟合得到各系数,再对系数进行归一化处理,得到归一化后的响应函数R(E, E′)。然后利用R(E, E′)对模拟注量进行展宽转换,得到脉冲幅度谱(pulse height spectrum, PHS),使模拟谱更趋近于实验谱,这样就可以通过蒙特卡罗模拟得到与实测能谱一致性较高的模拟能谱。研究中最后利用建立的探测器响应函数模型对Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Sn元素K系全能峰拟合χ2_r值在1.04～1.18范围内,对铜合金样品中六种元素特征X射线模拟注量转换结果与实验值一致性较好,并实现了对多元素混合样品复杂重迭谱的有效模拟和展宽。     

C/O比能谱测井中碘化钠探测器对g射线响应函数的计算

 给出了中子g 能谱测井中NaI闪烁探测器对g 射线响应函数的计算方法,计算了3×3NAI（T1）探测晶体对能量直到25MeV的g 射线的能量沉积谱和响应函数。计算结果与实验结果符合较好。     

CdZnTe核探测器的蒙特卡罗模拟的初步研究

以CdZnTe核探测器的工作原理为依据,探测器内反应的随机性和反应产生的电子空穴对数目的统计规律为物理模型,应用Visual C + + 自行编制了蒙特卡罗模拟软件.模拟了γ射线在CdZnTe探测器中的响应能谱,并将模拟结果与实际器件的测试结果进行了比较讨论.模拟能谱与实际测得的能谱的主峰符合较好.此外,通过分析⁵⁷Co源辐照下探测效率与器件厚度的关系,可以推测探测效率达到最大时所对应CdZnTe探测器的理想厚度     

γ射线对含氢正比计数管中子能谱测量的影响

通过蒙特卡罗模拟和实验测量相结合的方法,获得从50keV~10MeV区间γ射线在直径为30mm内充1.013 25MPa氢气的球形含氢正比计数管上的能量响应,结果显示,γ射线在该计数管中的能量沉积主要集中在100keV附近及以下。Am-Be中子源和137 Cs源的实验测量结果显示,强137 Cs源的γ射线会严重影响含氢正比计数管对Am-Be中子源100keV以下能谱的测量,这表明,裂变材料介质内的强γ射线同样会影响到介质内100keV以下中子能谱的测量。根据计数管对反冲质子和电子电离信号的收集特性,采用上升时间法甄别掉本底γ射线是可行的。     

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。     

BC501A液体闪烁体对γ射线的光输出响应

研究了对BC501A液体闪烁体对γ射线的光输出响应特性。实验上利用γ放射源(60Co,137Cs)测量了不同光电倍增管高压下,尺寸为Φ5.08 cm×5.08 cm的BC501A液体闪烁体探测器的脉冲幅度谱。利用Geant4软件进行模拟,计算结果与实验数据很好地符合,得到了能量分辨函数及能量刻度曲线。利用Geant4研究了BC501A的脉冲幅度谱的康普顿边缘Ec、康普顿峰Emax及康普顿半高点E1/2与能量分辨率的关系。同时模拟结果显示,随γ射线能量(0.2～3 Me V)的增加,康普顿边缘位置Nc/Nmax从0.8至0.7线性减少。     

~3S_1态电子偶素3γ衰变的连续γ射线能谱的全谱测量

采用很轻重量的气凝硅胶样品作为电子偶素源以减小散射γ射线的干扰,把高纯锗γ射线探测器的定时分辨能力在很低能区改进到FWHM=5ns,在具有时间选择功能的高纯锗γ能谱仪上对~3S_1态电子偶素3γ衰变的连续γ能谱进行了全谱测量,所获得的谱形在实验误差内很好地与Ore-Powell理论预言一致,同时否定了他们的统计计算所给出的谱形。     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运     

双层并联碲锌镉探测器制备及性能测试

实验采用并联方法制备了叠层(双层)碲锌镉探测器,并利用241Am@59.54 keV和57Co@122 keV γ射线源测试了其γ能谱特性。相比单层探测器,对于较高能量的57Co@122 keV γ射线,叠层碲锌镉探测器表现出较高的探测效率和光峰值效率,较好地改善了康普顿连续统一体。叠层CZT探测器较之单层探测器,能谱分辨率发生轻微恶化。实验初步表明,通过并联叠加方法制备叠层碲锌镉探测器是可行的,并可推断制备更大厚度的叠层探测器将有利于中高能γ射线能谱测量。     

γ射线探测器响应函数的JMCT模拟计算

采用自主研发的JMCT软件,模拟计算了射线在NaI闪烁探测器中的响应函数。JMCT模拟计算了探测过程中所有的、完整的光子-电子耦合输运过程。其模拟计算的射线能量沉积谱、探测器响应函数,与MCNP的计算结果符合得非常好,与Berger解析法计算的结果也基本符合,表明JMCT软件可以在探测器响应函数方面得到满意的结果,JMCT将在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥越来越重要的作用。     

基于蒙特卡罗方法的NaI探测器效率刻度及其测量轫致辐射实验

为了将NaI探测器更好地应用到轫致辐射谱测量工作中,对一套NaI探测器做了研究:利用~(137)Cs,~(60)Co等同位素γ源,结合蒙特卡罗方法,得到全能峰效率的模拟值与实验测量值符合得较好;利用蒙特卡罗N粒子编码模拟NaI对不同能量光子的响应,得到了该探测器对光子的能量响应,并将获得的能量响应用于轫致辐射的解谱工作,解谱结果与原始谱符合得很好;将该探测器应用到强流电子束打靶轫致辐射测量实验中,对轫致辐射在NaI探测器中的响应做了初步测量.     

3S1态电子偶素3γ衰变的连续γ射线能谱的全谱测量

采用很轻重量的气凝硅胶样品作为电子偶素源以减小散射γ射线的干扰, 把高纯锗γ射线探测器的定时分辨能力在很低能区改进到FWHM=5ns, 在具有时间选择功能的高纯锗γ能谱仪上对³S₁态电子偶素3γ衰变的连续γ能谱进行了全谱测量, 所获得的谱形在实验误差内很好地与Ore-Powell理论预言一致, 同时否定了他们的统计计算所给出的谱形.     

强脉冲γ射线能谱测量仪研制

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪,在感应电压叠加器实验平台上,测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统,通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片,测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积,得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系,求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV,平均能量为0.68 MeV,其中能量在0.4~0.8 MeV范围内的光子数最多,占74.3%。     

一种软X射线荧光吸收谱探测器

以微通道板为光电转换元件,以光子计数法为读出方式设计制作了一种实用的荧光强度探测器,结合北京同步辐射装置4B9B光电子能谱实验站特点,在样品架加载正偏压的方法减少杂散电子对荧光探测信号的影响,有效提高了荧光探测器的信噪比.搭建的软X射线全荧光产额吸收谱探测器有独立的真空系统,可方便与实验站分析腔体对接,也可将探测器安装于其他束线,具备良好的移植性和便捷性.利用该探测设备成功获取了表面覆盖ZnS薄膜材料的SrTiO3晶体Ti L边特征吸收谱,与全电子产额模式模式吸收谱相比显示出探测设备对绝缘样品和深层次体相探测的优势.该探测器已在北京同步辐射4B9B光电子能谱实验站使用,拓展了实验站软X射线吸收谱的功能,在表面催化,电极材料,薄膜衬底的研究中,为实验用户增加了一个新的表征手段.     

叠层碲锌镉探测器制备及γ能谱特性测试

实验制备了单层和叠层(双层)碲锌镉探测器,并利用241Am@59.54 keV和57Co@122 keV γ射线源测试了其γ能谱特性。相比单层探测器,对于较高能量的57Co@122 keV γ射线,叠层碲锌镉探测器表现出较高的探测效率和光峰值效率,较好地改善了康普顿连续统一体,表现出与整块等厚度碲锌镉探测器类似的性能;但光生载流子收集效率变差,能谱峰位向低道区偏移;能量分辨率未得到改善。实验初步表明,通过叠加方法制备叠层碲锌镉探测器是可行的,并可推断制备更大厚度的叠层探测器将有利于中高能γ射线能谱测量。