多成分靶优先溅射的蒙特-卡罗计算

基于两体碰撞近似,本文用蒙特-卡罗方法研究离子轰击多成分靶引起的溅射。计算了1keV,10keV的氦离子和氖离子入射引起多成分、无定型靶表面总溅射产额和部分溅射产额;溅射粒子的能谱、角分布和深度来源分布。并计算了择优溅射引起材料表面组分相对浓度的变化。结果还表明,离子轰击多成分靶时,碰撞效应足以引起优先溅射,它是造成靶表面各种成分相对浓度变化的重要因素。 关键词：     

一维随机粗糙面后向增强效应的蒙特-卡罗方法研究

根据基尔霍夫近似方法,用蒙特－卡罗方法模拟随机粗糙面,观测到了随机粗糙面的后向增强效应。分别研究了高斯粗糙面及分形粗糙面,讨论了统计特性相同的粗糙面在不同小波尺度的电磁（光）波散射特性。所得结果与实验事实相当吻合     

蒙特-卡罗法计算黑体空腔有效发射率

介绍了蒙特-卡罗法计算黑体空腔发射率的基本思想和主要算法。首先阐述了计算黑体空腔有效发射率的理论基础,然后分别从正向光线追迹和逆向光线追迹的角度对蒙特-卡罗法的具体算法予以说明,提出逆向追迹思想能方便地计算空腔的定向有效发射率,经过运算可以得到腔积分半球有效发射率和平均垂直有效发射率。最后对比了采用蒙特-卡罗法和其它方法的计算结果,分析表明：蒙特-卡罗法在计算黑体空腔有效发射率上是准确的,劣势在于计算速度慢。     

高探测效率低噪声的大面阵热中子敏感微通道板

在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素,并去除玻璃中的天然放射性同位素成份,可以实现微通道板对热中子的敏感,使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O,制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10μm孔径的微通道板,实现了对25.3meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157 Gd(n,γ)156,158 Gd反应所能引发的有效信号,说明了通过微通道板的结构优化,掺3mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上,进一步完成了106mm直径10μm孔径的掺3mol%Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.     

微通道板皮秒选通特性的数值模拟

运用“能量正比假设”对微通道板在皮秒高压脉冲下的特性进行了模拟,发现光电子的倍增次数与光子的入射时刻有关,不能被视为常数。研究了快门脉冲的幅度,宽度和反向偏压对选通特性的影响。曝光时间最终受到选通图象信噪比的限制。     

空间辐射效应的蒙特-卡罗模拟

概述了天然宇宙空间的辐射环境,简要地分析了辐射效应机制,在辐射效应的蒙特-卡罗模拟中对靶材料作了无定形假设,入射粒子在靶材料中的弹性能量损失采用经典二体散射公式,非弹性能量损失高能时采用Beth-Bloch公式,低能时采用Lindhard-Scharff公式,中能时采用插值公式,撞出晶格原子引起的次级损伤用Kinchin-Pease模型计算,最后对100KeV硼离子入射于硅材料引起的辐射效应进行了模拟计算,并给出了计算结果和分析。     

空间辐射效应的蒙特-卡罗模拟

 概述了天然宇宙空间的辐射环境,简要地分析了辐射效应机制,在辐射效应的蒙特-卡罗模拟中对靶材料作了无定形假设,入射粒子在靶材料中的弹性能量损失采用经典二体散射公式,非弹性能量损失高能时采用Beth-Bloch公式,低能时采用Lindhard-Scharff公式,中能时采用插值公式,撞出晶格原子引起的次级损伤用Kinchin-Pease模型计算,最后对100KeV硼离子入射于硅材料引起的辐射效应进行了模拟计算,并给出了计算结果和分析。     

微通道板二次电子倍增过程的三维数值模拟

在CST Particle Studio环境下建立了长径比为40的铅玻璃MCP的三维结构,将有限积分法与蒙特卡罗方法相结合,模拟了直流和高斯脉冲偏置下微通道内二次电子倍增过程,得到了通道轴向二次电子云密度的动态分布曲线。结果显示,二次电子云在通道轴向成高斯分布;在直流偏置下电子云在漂移过程中密度逐渐增大,分布逐渐变得集中,当电子云漂移至靠近输出电极位置时密度达到最大;在高斯偏置下,脉宽对电子倍增过程有决定性影响,当脉宽大于二次电子平均渡越时间时,倍增过程与直流偏置相似。     

微通道板动态特性的数值模拟

对皮秒高压脉冲驱动下微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性进行了数值模拟,在电压脉冲波形分别为高斯形、三角形和梯形时,得到了电子渡越时间与电压脉冲宽度、幅度的关系曲线。在考虑入射电子为一高斯电子脉冲的情况下,获得了增益曲线的半峰全宽和峰值随脉冲电压幅度、宽度的变化规律。分析结果表明：当微通道板两端所加电压为梯形波时,微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性较加三角波和高斯波要好。     

微通道板近紫外量子效率测量及成像研究

提出了一种通过测量微通道板输出电流及增益来计算光电流,从而测量出微通道板量子效率的方法,并用该方法测量了微通道板在近紫外(200~380nm)的量子效率.测量结果表明,微通道板的量子效率很低,并且随波长增加而快速下降,200nm波长处的量子效率为10-4数量级,320nm波长处的量子效率为10-8数量级,大于340nm波长处的量子效率极低且趋近于零.微通道板及荧光屏组成的成像器件可以对酒精灯火焰成像,但图像较稀疏,而传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的图像却较密实,这与微通道板量子效率低,Cs2Te光电阴极量子效率高的情形一致.在该成像器件的前端放置一片350nm波长的高通滤光片后,所成的酒精灯火焰图像消失.对被照射目标成像时,如果照射光源为254nm的汞灯,则可以成像;但如果照射光源为365nm汞灯,则不能成像.说明微通道板的光谱响应主要在350nm波长以下,与其量子效率的测量结果一致.最后测量得到该成像器件的分辨力为32lp/mm,与传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的分辨力相同.微通道板及荧光屏组成的成像器件由于不使用光电阴极,具有价格低、寿命长且可靠性高的优点,因此可在紫外信号较强或成像距离较短的条件下使用.     

Detection efficiency evaluation for a large area neutron sensitive microchannel plate detector

In this paper, the detection efficiency of a large area neutron sensitive microchannel plate detector has been evaluated. A ~6LiF/ZnS scintillator detector 65 mm in diameter and 0.32 mm in thickness, with product code,EJ426HD2, produced by Eljen Technology, was employed as the benchmark detector. The TOF spectra of these two detectors were simultaneously measured and the energy spectra were then deduced to calculate the detection efficiency curve of thenMCP detector. Tests show the detection efficiency@25.3 me V thermal neutrons is 34% for this ~nMCP detector.     

用时序探测事件模拟提升中子多重性计算效率

提出基于时序处理探测事件的中子多重性计数统计方法。在JMCT粒子输运数值模拟程序的基础上研发了用于统计中子多重性计数的专用数值模拟程序JMCT_NMC,实现在线的中子多重性计数模拟功能。展示了利用中子多重性计数算例检验程序,比较了JMCT_NMC与传统算法计算时间消耗的结果。时序探测事件处理方法不需大量存储粒子信息,在解决中子多重性计数模拟受内存限制问题的同时,提升了计算效率。在JMCT_NMC程序中,时序探测事件模拟手段在探测器关联事件模拟、本底分析等领域还有着更广泛的应用前景。     

High efficiency event-counting thermal neutron imaging using a Gd-doped micro-channel plate

An event-counting thermal neutron imaging detector based on 3 mol % nattGd2O3-doped micro-channel plate （MCP） has been developed and tested. A thermal neutron imaging experiment was carried out with a low flux neutron beam. Detection efficiency of 33% was achieved with only one doped MCP. The spatial resolution of 72μ m RMS is currently limited by the readout anode. A detector with larger area and improved readout method is now being developed.     

High efficiency event-counting thermal neutron imaging using a Gd-doped micro-channel plate

An event-counting thermal neutron imaging detector based on 3 mol%natGd2O3-doped micro-channel plate(MCP)has been developed and tested.A thermal neutron imaging experiment was carried out with a low flux neutron beam.Detection efficiency of 33%was achieved with only one doped MCP.The spatial resolution of 72μm RMS is currently limited by the readout anode.A detector with larger area and improved readout method is now being developed.     

Halo-based black point detection method of microchannel plate北大核心CSCD

根据微通道板黑点检测原理与黑点光晕特征设计了一种检测方法,该方法利用圆提取技术实现荧光屏图像的半径和圆心提取,通过高斯拉普拉斯算子实现目标黑点粗检测。基于黑点在不同电压下外围呈现光晕的特征,利用对比度受限的直方图均衡化并结合阈值分割的光晕检测法实现黑点光晕的提取。测试结果表明,该方法可以将荧光屏划痕、灰尘与微通道板黑点有效区分,从而实现黑点的自动提取。     

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。     

柱面微通道板的制备及其性能研究

针对未来空间天文学应用的超分辨率光谱成像仪器的需求,对低噪声柱面微通道板（MCP）的制备方法及其性能进行了研究. 提出了一种将光学抛光与热成型相结合的新的柱面MCP制备方法,利用不含放射性元素的低噪声MCP玻璃,制备出曲率半径为400mm、尺寸为30mm′46mm、长径比为80:1、通道直径12.5mm、通道间距15mm的柱面MCP,并将其与感应电荷楔条形阳极（WSA）组成光子计数探测器,对其暗计数率、分辨率进行了检测,暗计数率约为0.1counts/cm2×s.     

Improvement of neutron detection efficiency with high sensitive CR-39 track detector

Two subjects have been studied for establishing an efficient detection technique applicable to neutrons with an energy higher than 20 MeV, for which personnel dosimetry becomes more important especially in space activities and radiation protection around high-energy accelerators.

A performance of a new sensitive detector, recently developed copolymer of CR-39 and N-isopropylacrylamide, was checked in a D–T neutron field. It was confirmed experimentally that its sensitivity was several times as high as a pure CR-39 in the radiator effect and more than twice in the total efficiency. In the other experiment, CR-39 samples were exposed to 65 MeV quasi-monoenergetic neutrons, and the registration characteristics have been investigated from a fundamental point of view. The particles recorded were divided into three groups of proton relatives, -particles and heavy ions by applying the growth curve method and the multi-step etching technique. The measured fractions were in good agreement with the values calculated by SSNERS code previously developed.     

Design of the thermal neutron detection system for CJPL-Ⅱ

A low background thermal neutron flux detection system has been designed to measure the ambient thermal neutron flux of the second phase of the China Jinping Underground Laboratory(CJPL-Ⅱ),right after completion of the rock bolting work.A ~3He proportional counter tube combined with an identical ~4He proportional counter tube was employed as the thermal neutron detector,which has been optimised in energy resolution,wall effect and radioactivity of construction materials for low background performance.The readout electronics were specially designed for long-term stable operation and easy maintenance in an underground laboratory under construction.The system was installed in Lab Hall No.3 of CJPL-Ⅱ and accumulated data for about 80 days.The ambient thermal neutron flux was determined under the assumption that the neutron field is fully thermalized,uniform and isotropic at the measurement position.     

中子发生器束流传输光学系统研究及模拟计算

束流传输系统是中子发生器研制、调试和技改等工作顺利进行的重要依据。为此开展了中子发生器束流传输系统研究工作,阐述了传输系统光学特性和组成。以ns-200中子发生器为代表实例,详尽地分析了传输系统的组成和各光学透镜的特性。根据LEADS软件要求,生成该器束流传输系统数据输入卡,调用软件相应各光学元件计算模块,进行了模拟计算,给出了束流传输包络图。束流传输模拟计算结果与原设计要求基本一致。