γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

脉冲硬X射线能注量测量系统结构设计

确定了利用全吸收法测量硬X射线能注量的技术方案,阐述了能注量测量的基本原理。结合实际测量环境,选择光电管和高密度硅酸镥闪烁体作为测量系统,分析了各个测量组件参数的影响因素。利用蒙特卡罗程序模拟了硬X射线在闪烁体中能量沉积的轴向分布,并计算了光子的透射率,据此确定了硅酸镥闪烁体的厚度为20 mm。完成了准直系统和电磁屏蔽系统的设计,增加了信噪比。     

辐射成像系统中图像转换屏与物镜耦合的分析

辐射成像系统中,射线沿闪烁体厚度方向产生的光经过镜头形成一个弥散的像。这通常是此类系统空间分辨的主要限制因素。建立了几何光学成像模型,描述了近心光路中此图像的空变特性。用点扩散函数均方根半径表征系统空间分辨性能,给出了图像点扩散函数均方根半径的表达式,其与闪烁体厚度、折射率、镜头相对孔径、成像倍率、射线入射点相对位置直接相关。将硅酸镥晶体3维发光强度分布与镜头进行耦合,分析了闪烁体发光强度分布对耦合的影响。采用点扩散函数均方根半径为最小的原则,建立了一个推导闪烁体相对于物镜放置在最佳位置的方法。     

高能伽玛相机探测量子效率的蒙特卡罗模拟

探测量子效率（DQE）可被用来精确描述图像噪声通过成像系统的传播特性。根据级联理论,简洁得出了零频噪声传播情况下成像系统的DQE 表达式。采用蒙特卡罗程序MCNP 计算了高能X射线的硬化能谱在六种常用闪烁晶体中的能量沉积分布以及高能伽玛相机的DQE,分析了闪烁晶体的材料和厚度对DQE的影响。模拟结果表明,高密度、高原子序数是影响DQE的主要因素,在同样厚度下,LuAP和LSO转换屏的探测量子效率最高。     

闪烁光纤在γ射线辐照下部分特性的蒙特卡罗模拟

 闪烁光纤在射线成像方面的应用越来越广泛。为了进一步了解闪烁光纤在射线辐照下的基本特性，基于蒙特卡罗方法，利用计算机模拟分析了γ射线在闪烁光纤中的好事例率与光纤长度及射线能量的关系，能量沉积效率与光纤长度及射线能量的关系。此项工作对于闪烁光纤阵列在射线成像，剂量场测量等方面的研究很有价值。     

4T-PPD-APS光子辐射响应特性分析

分析了含有4个晶体管的钳位光电二极管有源像素传感器(4T-PPD-APS)的结构特点以及γ射线光子在像元内的能量沉积过程。通过建立传感器像元及像素阵列仿真计算模型,并结合γ射线辐射响应实验,对有源像素传感器(APS)在不同光子能量及不同放射性水平条件下的响应特性进行了研究。研究结果表明:γ光子在光电二极管空间电荷区内沉积能量并形成扩散光电流是APS发生光子响应现象的根本原因;像素值的平均值随剂量率的增大呈先增大后趋于饱和的趋势;当典型事件区域内出现多个峰值时,像素值的统计值不能准确反映辐射场放射性水平。     

快中子照相中的点扩展函数计算

 快中子照相中，基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板，计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数，对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明，在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时，点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时，计算还表明在一定的分辨率范围内，由于荧光收集效率的限制，闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。     

厚闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响研究

利用编制的快中子照相数值模拟程序(FNRSC)模拟计算了入射中子能量为14 MeV时,厚度5—300 mm闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响,结果表明闪烁体厚度d<50mm时,次级中子对图像的影响强烈依赖于闪烁体厚度,而当d>50 mm时,次级中子对图像的影响趋于饱和.将文献中利用蒙特卡罗中子-光子输运程序(MCNP)计算的次级中子对图像影响和文中计算结果进行了对比,给出了二者存在差异的主要原因：次级中子分布对入射中子空间分布的强烈依赖性;能量沉积和荧光输出这两种计算方法对 关键词： 14 MeV中子 快中子照相 次级中子 Monte Carlo模拟     

工业CT光电二极管探测器灵敏度

在工业CT系统设计过程中,射线能量选择、探测器结构设计、射线源和探测器匹配等方面都涉及探测器灵敏度问题。研究了影响工业CT光电二极管探测器灵敏度的几个主要因素及其定量关系。首先分析了灵敏度的几个主要影响因素:能量沉积率、绝对闪烁效率、光收集效率、光电转换效率。然后采用蒙特卡罗方法仿真得到闪烁体的能量沉积率、光收集效率,计算了CsI(Tl)闪烁体的荧光转换效率及光电二极管的光电转换效率,定义了闪烁体与光电二极管的匹配度的概念。最后得出具有普遍意义的探测器灵敏度的表达式,理论计算值与实际测量结果最大相差20.4%,实验验证了该灵敏度计算方法的有效性和正确性。     

CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应的模拟研究

CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光比较重要的一个部件,在惯性约束聚变中的X光诊断等方面有着十分重要的应用。通过Geant4软件较为全面地分析了CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应,模拟了1~5keV的软X光入射不同厚度(20,30,50μm)CsI(Tl)的能量沉积谱,探究了粒子之间相互作用的物理过程,并比较了不同能量软X光在不同厚度CsI(Tl)闪烁体中的沉积效率。仿真结果表明,随着CsI(Tl)闪烁体厚度的增加,软X光在CsI(Tl)闪烁体中沉积的能量也逐渐增加,沉积效率与CsI(Tl)闪烁体厚度成正比。模拟研究为选择合适厚度的闪烁体做低能段软X光探测实验做铺垫。     

X射线偏振探测器中的极化光电过程模拟

采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2～10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程,明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高,且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时,各角度光电子计数不同程度地减少,但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外,揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大,则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低,而对于由Xe或Ar组成的工作气体,当光子能量大于某壳层电子结合能时,由于相应壳层电子开始被弹射出,探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。     

中子半影成像的闪烁体阵列空间分辨力模拟

为了比较3种闪烁体探测器的性能,利用蒙特卡罗方法计算了不同光纤直径的闪烁体阵列的空间分辨和能量沉积。模拟结果表明:相同光纤直径的普通液体闪烁体阵列空间分辨力比塑料闪烁体阵列提高了约0.1 mm,而氘代液体闪烁体阵列空间分辨力约为普通液体闪烁体阵列的1/2;富氢闪烁体的能量沉积比氘代闪烁体高;闪烁体光纤直径越小,分辨力越好;闪烁体越厚,光产额越高。     

混浊介质多光子激发显微成像的快速模型

将二维点扩散函数（PSF）和蒙特卡罗方法相结合,引入了一种研究混浊介质显微成像的快速仿真模型,将该模型用于混浊介质的多光子激发（MPE）显微成像研究,极大地提高了模拟效率,与直接蒙特卡罗方法计算结果的比较证实了该方法的正确性和有效性,此外,一个计算实例说明了混混介质的多光子激发显微成像具有比共焦荧光显微成像更优的横向分辨率。     

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%。     

数值模拟高能中子照相

 模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算，并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中，分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时，散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关，在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX:1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。     

蒙特卡罗方法计算铅玻璃探测器对高能γ射线探测效率

本文使用蒙特卡罗方法模拟了铅玻璃中发生的电磁簇射过程, 考虑了光收集效应, 给出了铅玻璃探测器对能量为8—300MeV入射γ射线的探测效率函数、能量分辨曲线及光电子数目分布(脉冲辐度谱)结果满意.     

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。     

ST401塑料闪烁体的脉冲中子相对光产额评估方法

介绍了脉冲中子在ST401塑料闪烁体上的相对光产额评估方法.采用Geant4蒙特卡罗软件模拟X射线和中子在闪烁体中的输运行为,记录产生的全部带电粒子类型和能量,由公式计算得到相对光产额.给出了不同能量的单个中子和单个X射线入射到1 mm,3 mm,5 mm,1 cm,2 cm,3 cm,5 cm厚ST401的平均相对光产额.在0.3 MeV脉冲X射线源和14 MeV脉冲中子源上开展验证实验,采用相同的图像测量系统记录相对光产额,给出了单个中子与X射线的平均相对光产额比值.模拟结果与实验结果相对误差小于10%.结果可以为宽能谱脉冲中子束图像测量系统的量程安排提供依据.     

蒙特卡罗技术在放射诊断剂量快速计算中的应用

采用蒙特卡罗（MC）技术研究放射性核素131I的放疗特性。给出了131I衰变过程的MC抽样表达式，实现了含电子和光子的混合抽样模拟。对水客体中131I衰变的MC模拟结果表明:131I能够有效地治疗甲状腺肿瘤而几乎不影响正常组织。变密度客体的MC模拟结果表明:沉积能量与面密度之间的关系与密度无关，满足卷积核自适应的要求；并且MC模拟能够提供剂量卷积核函数，为快速剂量计算提供数据。