水下切伦科夫光光斑的蒙特卡罗模拟

分别采用分出截面法和积累因子法计算了水下放射性源透过一次屏蔽体的中子与射线的剂量场分布,并在这些分布条件下,利用Geant4软件射线在穿越二次屏蔽体后继而穿越后续水层,计算出在3 m水层中产生的切伦科夫(Cherenkov)光通量分布和光谱分布。以纯水为传播介质,在考虑Cherenkov光在不同水层中传播所造成的几何衰减和水层吸收等因素后,由计算获得了Cherenkov光光斑大小和强度分布。     

水下切伦科夫光光斑的蒙特卡罗模拟

分别采用分出截面法和积累因子法计算了水下放射性源透过一次屏蔽体的中子与射线的剂量场分布,并在这些分布条件下,利用Geant4软件射线在穿越二次屏蔽体后继而穿越后续水层,计算出在3 m水层中产生的切伦科夫(Cherenkov)光通量分布和光谱分布。以纯水为传播介质,在考虑Cherenkov光在不同水层中传播所造成的几何衰减和水层吸收等因素后,由计算获得了Cherenkov光光斑大小和强度分布。     

基于切伦科夫辐射的核素治疗剂量测量可行性分析

针对现有核素治疗中内照射剂量测量缺乏简单、高效方法的问题,基于内照射剂量与切伦科夫辐射之间的关系,提出一种基于切伦科夫辐射的核素治疗内照射剂量测量的新方法。利用蒙特卡罗计算程序Geant4,模拟放射性核素131I在水体模型和甲状腺模型中产生切伦科夫辐射与剂量沉积的分布情况,并定量分析切伦科夫光子数与剂量之间的关系。计算结果表明：在水体模的半径方向上切伦科夫光子数与剂量之间有着相同的变化趋势,且两者有着相同的二维分布规律;核素131I在介质中产生的切伦科夫光子数与剂量两者之间存在一定的线性关系,且这种线性关系与核素的分布情况无关。研究结果证实,将这种放射性核素在介质中产生的切伦科夫辐射应用于内照射剂量学具有非常大的研究潜力和价值。     

填充等离子体的介质同轴波导中的切伦科夫辐射

 利用自洽线性场理论，导出了薄环形相对论电子注通过填充等离子体的介质同轴波导中的注波互作用色散方程，得到了注波互作用产生切伦科夫辐射的同步条件和波增长率。分析了填充等离子体后的波与电子注之间的能量交换及等离子体密度对色散特性、波增长率和注波能量交换的影响。分析结果表明：切伦科夫辐射是由沿介质同轴波导传播的慢波与沿薄环形相对论电子注传播的负能空间电荷波耦合所致，且其耦合强度与电子注的密度成正比；输出频率和波增长率随着填充等离子体密度的增大而提高；保持一定的输出频率，增大电子注的束流可得到高的微波输出功率。     

水基切伦科夫μ子探测器的研究

利用高速带电粒子在透明介质中产生切伦科夫辐射的特性,以蒸馏水作为辐射介质,搭建了一个小尺寸(π×22.52cm2×45 cm)的切伦科夫探测器,对能量在GeV量级的μ子进行了相应的测量,考虑其他能量损耗、光传输和收集效率、阴极量子效率后,实验结果与理论估计值有比较高的相符度,可以初步断定仪器具备探测GeV量级μ子的能力.     

利用切伦科夫辐射进行电子束发散角及分布概况的测量技术研究

针对切伦科夫辐射特点,采用厚度尽量小的石英薄片作为转换靶,并将电子束以切伦科夫辐射角入射转换靶的形式构成一种电子束发散角分布的测量布局,并基于焦平面成像原理,研制了相应的电子束发散角光学测量系统。在强流脉冲直线感应加速器上完成了装置研制和测试工作,显示了电子束发散角分布测量系统可以获得电子束一定方向上的散角分布概况,测量结果具有一定的可信度,具有装置结构简单、数据处理难度低及速度快等特点。     

切伦科夫辐射“双成像法”测量电子束发射度

利用切伦科夫辐射,OTR或荧光靶等光学诊断方法进行发射度测量,国内外绝大部分实验是用CCD相机观测电子束打靶产生的光斑,变化四极透镜的磁场梯度,应用“三梯度法”计算出发射度.文中提出了一种新的“双成像法”测量方法,使切伦科夫辐射光通过一长焦距的消色差薄透镜,分别在焦平面和像平面获取图像.通过图像处理,前者可分析出电子束散角分布,后者可分析出电子束径向分布,从而直接得到均方根发射度.该方法对束流相空间和电荷密度分布无需假设,无需借助“三梯度法”,较其他常规测量方法具有实验装置更简便、测量精度更高和适用性更广等优点.文中给出了该测量方法对北京大学DC?SC光阴极注入器的发射度测量进行计算机模拟实验的结果和分析.     

利用切伦科夫进行电子束发散角测量的模拟研究北大核心CSCD

利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法,但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽,对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型,考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下,利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理,完成了对电子束发散角测量技术的模拟,获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律,为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示,基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性,具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。     

使用离轴光学系统的气体切伦科夫探测器

基于探测器的测量原理,并针对卡塞格林光学系统的不足,分析了一种新型气体切伦科夫探测器的光学结构。该探测器采用3片90°离轴抛物镜和1片平面反射镜组成的离轴光学系统以减少对光线的阻挡,并将探测窗口置于光学系统的出瞳以提高光收集效率。分析了光学系统的光束限制和光线追迹结果。设计了探测器的集成结构,从提高探测器效率和减少信号干扰等角度分析了探测器的关键设计和制造要求。     

放射源辐射场Monte Carlo模拟计算

选取Pu-238为放射源,采用简化的级联衰变链对其进行源项分析,得到放射源各衰变子体原子数及放射性活度的变化曲线,在此基础上,采用MCNP程序,对放射源进行了精确建模,对放射源辐射场及其有效屏蔽问题进行了模拟计算,得到放射源周围中子、能谱及辐射场分布,辐射场计算值与参考实验剂量吻合较好,屏蔽体的采用可有效降低放射源的辐射剂量,其中,剂量降低为裸源的0.1%左右,中子剂量降低为裸源的13%～17%。     

放射源辐射场Monte Carlo模拟计算

选取Pu-238为放射源,采用简化的级联衰变链对其进行源项分析,得到放射源各衰变子体原子数及放射性活度的变化曲线,在此基础上,采用MCNP程序,对放射源进行了精确建模,对放射源辐射场及其有效屏蔽问题进行了模拟计算,得到放射源周围中子、能谱及辐射场分布,辐射场计算值与参考实验剂量吻合较好,屏蔽体的采用可有效降低放射源的辐射剂量,其中,剂量降低为裸源的0.1%左右,中子剂量降低为裸源的13%～17%。     

Monte Carlo simulation of exposure factor

In this paper, we simulate the exposure factor by a simple model of a free-air ionization chamber with the Monte Carlo programme Geant4. Special emphasis is placed on the discussion of the exposure factor related to parameters of the chamber model. The reason for the variation in exposure factor with incident ray energy is also analysed in terms of reaction cross section for different types of reactions. The obtained results indicate that our simulation is accurate in the calculation of the exposure factor and can serve as a reference in designing air ionization chambers.     

Monte Carlo simulation of electron beam air plasma characteristics

A high-energy electron beam generator is used to generate a plasma in atmosphere. Based on a Monte Carlo toolkit named GEANT4, a model including complete physics processes is established to simulate the passage of the electron beam in air. Based on the model, the characteristics of the electron beam air plasma are calculated. The energy distribution of beam electrons (BEs) indicates that high-energy electrons almost reside in the centre region of the beam, but low-energy electrons always live in the fringe area. The energy deposition is calculated in two cases, i.e., with and without secondary electrons (SEs). Analysis indicates that the energy deposition of SEs accounts for a large part of the total energy deposition. The results of the energy spectrum show that the electrons in the inlet layer of the low-pressure chamber (LPC) are monoenergetic, but the energy spectrum of the electrons in the outlet layer is not pure. The SEs are largely generated at the outlet of the LPC. Moreover, both the energy distribution of BEs and the magnitude of the density of SEs are closely related to the pressure of LPC. Thus, a conclusion is drawn that a low magnitude of LPC pressure is helpful for reducing the energy loss in the LPC and also useful for greatly increasing the secondary electron density in dense air.     

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。     

Influence of thyroid volume reduction on absorbed dose in 131I therapy studied by using Geant4 Monte Carlo simulation

A simulation study has been performed to quantify the effect of volume reduction on the thyroid absorbed dose per decay and to investigate the variation of energy deposition per decay due to β- and γ-activity of 131I with volume/mass of thyroid, for water, ICRP- and ICRU-soft tissue taken as thyroid material. A Monte Carlo model of the thyroid, in the Geant4 radiation transport simulation toolkit was constructed to compute the β- and γ-absorbed dose in the simulated thyroid phantom for various values of its volume. The effect of the size and shape of the thyroid on energy deposition per decay has also been studied by using spherical, ellipsoidal and cylindrical models for the thyroid and varying its volume in 1-25 cm3 range. The relative differences of Geant4 results for different models with each other and MCNP results lie well below 1.870%. The maximum relative difference among the Geant4 estimated results for water with ICRP and ICRU soft tissues is not more than 0.225%. S-values for ellipsoidal, spherical and cylindrical thyroid models were estimated and the relative difference with published results lies within 3.095%. The absorbed fraction values for beta particles show a good agreement with published values within 2.105% deviation. The Geant4 based simulation results of absorbed fractions for gammas again show a good agreement with the corresponding MCNP and EGS4 results （±6.667%） but have 29.032% higher values than that of MIRD calculated values. Consistent with previous studies, the reduction of the thyroid volume is found to have a substantial effect on the absorbed dose. Geant4 simulations confirm dose dependence on the volume/mass of thyroid in agreement with MCNP and EGS4 computed values but are substantially different from MIRD8 data. Therefore, inclusion of size/mass dependence is indicated for 131I radiotherapy of the thyroid.     

机载激光测深系统中回波信号形成过程的MONTE CARLO模拟

通过分析国内外关于机载激光测深系统中传统的MONTECARLO模拟方法所存在的缺点和弊端 ,提出一个新的研究思路 ,该方法思路简单 ,可扩展性强。通过修改几个关键参数 ,可以比较客观的得出在这种情况下的回波波形形状。通过模拟 ,认为在单次散射率ω0 大的海域 (或季节 )或一定角度入射海面的情况下 ,有例于海底信号的突出。     

外粒子源注入下气体放电过程的模拟研究

利用Geant4程序建立外源注入式、低气压气体开关物理模型,通过模拟计算电子增益与极板间电场强度、电子增益与极板间隙距离的函数关系验证了模型的正确性。计算了气体种类、气体压强对电子增益的影响,分析得到形成自持放电所需最小入射电子数,计算结果表明：在相同的气压及电场条件下,氮气的电子增益远大于氦气,这与氦气的高电离能性质相吻合; 随气压增大,电子增益呈非线性增长; 为实现自持放电,外源注入电子数面密度为1×10⁵~2×10⁵ /cm²。