Geant4在CR39叠层探测器中的应用

利用Geant4程序计算了多种不同组合CR39叠层探测器的中子能量响应函数,研究结果表明,中子能量响应函数曲线的半高宽和探测下限分别由聚乙烯的厚度和吸收片的厚度决定,峰值由聚乙烯和吸收片的厚度共同决定。利用加速器准单能氘氘中子源进行辐照实验,获得了4种不同叠层组合探测器的2.45 MeV中子探测效率,并与计算曲线进行了比较,结果吻合较好,验证了Geant4程序计算结果的可靠性。     

基于μ子动量谱的多群模型测量平板材料的厚度

在基于子多重库仑散射的断层成像技术中,天然宇宙射线中不同动量的子在同一目标对象中的散射特性存在明显的差异,这在一定程度上影响了成像分辨率。为了减少或消除这种不利影响,建立了一套基于天然宇宙射线子动量谱的多群模型,并检验其用于铅板厚度测量及平板材料识别中的性能和特征。结果表明,采用基于子动量谱的多群模型能够实现1~16 cm范围内铅板厚度的准确测量,相对误差小于5%。此外,该多群模型还可以通过计算辐射长度来识别未知平板的材料组成,尤其是对于高原子序数材料组成的平板,其辐射长度相对误差小于4%。     

激光固体靶相互作用产生正电子的模拟研究

采用Monte Carlo程序Geant4对激光固体靶相互作用正电子产生进行了研究。研究了超热电子能量分布函数对正电子产生的影响,结果表明采用不同的分布函数,最多可致正电子产额约3倍的差异,分布函数的最大截止能量在30 MeV以上时正电子产额趋于饱和。研究了正电子产生与超热电子发散角的关联,结果表明发散角模型对正电子产额影响不大,而正电子角分布对超热电子发散角较为敏感,且靶背鞘场对正电子发散角的减小贡献巨大。模拟结果显示靶厚度的增加可导致正电子发散角的增大,而当靶厚度超过2 mm时,发散角基本保持不变。此外,模拟了超热电子发散角、靶厚度及靶背鞘场对正电子电子份额比及正电子份额比角分布的影响。     

用Geant4对相对论电子的动能与动量关系测量实验的模拟与拓展

基于蒙特卡罗方法的Geant4计算机模拟软件平台,对传统的相对论实验进行模拟,实验直观而形象,数据精准可信,有助于学生加深理论知识和实验内容的理解.     

Photon attenuation coefficients of different rock samples using MCNPX,Geant4 simulation codes and experimental results: a comparison study

ABSTRACT

The photon attenuation coefficients for the rocks (Feldspathic basalt, Compact basalt, Volcanic rock, Pink granite, Sandstone and Dolerite) have been investigated using MCNPX and Geant4 codes for photon energies 122, 356, 511, 662, 1170, 1275 and 1330 keV. Comparison of the simulation and experimental results of mass attenuation coefficients is presented. The exposure buildup factors also have been calculated with the help of the G-P fitting method. The comparison showed reasonable agreement between the simulated and experimental data for all rocks. The results show that sandstone has the highest mean free path as well as exposure buildup factor which signifies that sandstone requires a larger thickness for protection from photons.     

Mass attenuation coefficients of composite materials by Geant4, XCOM and experimental data: comparative study

The main goal of this present study is focused on testing the applicability of Geant4 electromagnetic models for studying mass attenuations coefficients for different types of composite materials at 59.5, 80, 356, 661.6, 1173.2 and 1332.5 keV photon energies. The simulated results of mass attenuation coefficients were compared with the experimental and theoretical XCOM data for the same samples and a good agreement has been observed. The results indicate that this process can be followed to determine the data on the attenuation of gamma rays with the several energies in different materials. The modeling for photon interaction parameters was standard for any type of composite samples. The Geant4 code can be utilized for gamma ray attenuation coefficients for the sample at different energies, which may sometimes be impractical by experiment investigation.     

偏振X射线荧光系统测量痕量Cd元素的Geant4模拟研究

通过传统能量色散X射线荧光分析(EDXRF)对Cd元素进行痕量分析时,X光管发出的原级轫致辐射连续谱对Cd元素的分析具有严重的影响.为了减弱原级X射线对测量结果的影响,通过Geant4程序包模拟不同几何尺寸下偏振激发X射线荧光分析(P-EDXRF)中荧光靶的结构,研究其在减弱测量过程中原级X射线轫致辐射连续谱的影响.为...     

X-ray-boosted photoionization for the measurement of an intense laser pulse

Investigations show that X-ray-boosted photoionization(XBP) has the following advantages for in-situ measurements of ultrahigh laser intensity I and field envelope F(t)(time t,pulse duration τL,carrier-envelope-phase Φ):accuracy,dynamic range,and rapidness.The calculated XBP spectra resemble inversely proportional functions of the photoelectron momentum shift.The maximum momentum p and the observable value Q(defined as a double integration of a normalized photoelectron energy spectrum,PES) linearly depend on I1/2 and τL,respectively.Φ and F(t) can be determined from the PES cut-off energy and peak positions.The measurable laser intensity can be up to and over 1018 W/cm2 by using high energy X-rays and highly charged inert gases.     

离子能量分析器测量特性的仿真研究

针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要,利用仿真软件COMSOL,对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理,对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析,确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明,该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响,根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。     

CCD质子辐照损伤效应的三维蒙特卡罗模拟

针对空间质子诱发CCD性能退化问题,开展了CCD质子辐照效应的三维蒙特卡罗模拟研究。采用三维蒙特卡罗软件Geant4模拟计算了不同能量质子在Si和SiO₂中的射程及Bragg峰,分析了不同能量质子在材料中能量沉积的过程,并将模拟结果与相关数据进行对比,模拟误差在5%以内。根据质子与材料相互作用的物理过程,选取了合适的Lindhard分离函数,添加合适的物理过程,模拟计算了不同能量质子在SiO₂中的电离能量损失和Si中的非电离能量损失,并将结果与国外相关数据进行对比。根据CCD的生产工艺参数,建立了单个像元的三维模拟模型,确定了质子辐照损伤的灵敏体积,模拟计算了不同能量质子在像元灵敏体积内的电离能量沉积与非电离能量沉积,分析了CCD不同能量质子的辐照损伤差异产生的机理。结合粒子输运计算结果与CCD质子辐照实验结果,分析了质子辐照诱发CCD辐射敏感参数退化的物理机制。     

多模光纤用于激光线宽零拍测量法的原理和实验研究

从理论上对零拍测量法测量激光线宽系统的分辨率进行了计算,并在理论和实验结果中证明多模光纤也可用于光纤延时零拍系统。实验建立起了1064nm、窄线宽、单纵模激光二极管泵浦Nd∶YVO4激光器的延时零拍多模光纤线宽测量系统,并通过这一系统观测和研究了激光的功率谱分布。     

实时测量的X射线针孔相机信号强度估算

 对用X射线CCD作测量设备的在线针孔相机信号强度进行了估计。利用激光原型装置柱腔能谱曲线、PI-SX1300型号X射线CCD的量子效率曲线分别对在CCD加Be滤片和加不同材料的平面镜两种情况下的针孔相机成像获得的Ｘ射线信号在CCD上的信号强度计数进行了估算,结果表明：厚度不大于200 μm的Be滤片只能将信号强度的计数降低一个量级;3°入射的金平面镜,5°入射的镍、碳平面镜和硅平面镜虽然也可将信号强度计数降低一个量级,但这两种衰减方法得到的强度计数超过了CCD的饱和计数值。计算了不同厚度的Be滤片结合平面镜的针孔相机对信号强度计数的衰减情况,结果表明：Be的厚度在20～40 μm时,平面镜选择3°入射的金平面镜或者5°入射的镍平面镜,两者结合可以较好地衰减信号。     

液体黏度测定实验的Flash仿真

应用Flash软件设计制作了模拟医用物理实验--奥氏黏度计法测酒精的黏度,对应用仿真方法进行医用物理实验教学进行了尝试,并将仿真结果与在同等条件下进行的真实实验结果做了对比.     

L波段MILO低真空下工作特性的粒子模拟与实验研究

 通过实验和粒子模拟相结合的方法对L波段MILO在低真空度下的工作特性进行了研究。实验和模拟中都观察到了低真空情况下MILO的功率增强和频率升高，在2 Pa内，粒子模拟中没有观察到脉冲缩短现象，实验上脉宽略有下降，但是辐射微波单脉冲能量增大，MILO工作性能在低真空下有一定提高。研究发现适量等离子体填充同样可以改善MILO工作性能。     

L波段MILO低真空下工作特性的粒子模拟与实验研究

通过实验和粒子模拟相结合的方法对L波段MILO在低真空度下的工作特性进行了研究。实验和模拟中都观察到了低真空情况下MILO的功率增强和频率升高,在2 Pa内,粒子模拟中没有观察到脉冲缩短现象,实验上脉宽略有下降,但是辐射微波单脉冲能量增大,MILO工作性能在低真空下有一定提高。研究发现适量等离子体填充同样可以改善MILO工作性能。     

一种新型声学超材料平板对机械波吸收性能的模拟与实验研究

基于质量-弹簧微结构通过光学振动模式对机械波进行选择性吸收的原理, 本文设计了一个由集中质量与弹性薄膜构成的二维声学超材料等效平板结构. 利用有限元法对等效平板代表性胞元的振动特性模拟结果表明, 二维超材料平板结构表现出与质量-弹簧微结构相同的振动模式. 基于模拟结果, 制作加工了一个正方形超材料平板, 并通过Polytec扫描式激光测振仪(PSV)对其振动特性进行了试验测试, 结果表明, 本文设计制作的超材料平板可以对频率157.5 Hz的机械波进行选择吸收.     

电子束发散角的直接测量技术模拟研究

切伦科夫辐射是一种方向性极好的辐射,其辐射能量发射方向严格地与带电粒子的运动方向相关,辐射光携带了带电粒子的方向信息,利用这种特性可以进行电子束发散角及其分布的测量。在基于切伦科夫辐射原理的基础上,考虑电子与物质作用时的多重库仑散射、电离等效应,进行了电子束发散角测量的蒙特卡罗数值模拟程序的建模工作,并完成了理想电子束及具有发散角分布的电子束的测量技术模拟工作。大量模拟结果显示,这种测量方法是可行的,具有对电子束发散角分布进行直接测量的能力,并且其测量系统结构简单。     

X-ray tube spectra measurement and correction using a CdTe detector and an analytic response matrix for photon energies up to 160 keV

The aims of our work were: i) to measure selected normalized X-ray beam spectra with the commercially available cadmium telluride detector based spectrometry system; ii) to construct the approximate response matrix of the detector using a simple algebraic model approach; iii) to reconstruct the physical energy spectra from the measured instrumental spectra using the detector response matrix; iv) to compare the obtained spectra parameters with the published and reference data in order to verify the model and to optimize the measurement setup if necessary. In particular, the spectra of five “narrow-spectrum series” beams, namely N60 to N150, were measured with a spectrometry system consisting of the Amptek XR-100T X-ray semiconductor detector and the PX5 multichannel analyser. Two different measuring geometries were used. The response matrix R(E, E′) of the detector was constructed which quantifies the energy dependence of the relative detection efficiency of the detector, the probabilities of the escape effects, and the probability of the Compton effect. A single matrix operation was applied to recover the physical energy spectra from the measured instrumental ones. The parameters of the corrected spectra were compared with the published and reference data. Despite the fact that the effect of incomplete charge collection was not implemented in the detector model, a fully satisfying quantitative correspondence was observed between the measured corrected spectra and the available reference data.     

Theoretical study of structural energy, phonon spectra, and elastic constants of Rh and Ir

The transition metal pair potential (TMPP) is used to study band structure energy of Rh and Ir. Both metals are found to be most stable in fcc structure down to atomic volume 0.5V ₀. The pressure at 0.5V ₀ is found to be 5.235 Mbar and 9.216 Mbar in Rh and Ir, respectively. The TMPP is also used to study other properties of these metals like cohesive energy, phonon frequencies at observed volume. The bulk moduli and elastic constants of these metals at observed volume are calculated by including the volume contribution.     

毫米波回旋超辐射的粒子模拟与实验研究

 为开发回旋超辐射在毫米波和亚毫米波超辐射高功率微波源中的优势,采用3维PIC粒子模拟对回旋超辐射的工作特性进行了分析,并在此基础上优化设计了器件结构及工作参数范围。模拟表明,微波峰值功率与电子束脉宽在一定范围内成平方关系,符合超辐射的典型特征。初步实验在210 kV, 250 A的电子束参数下获得了6 MW的微波峰值功率输出,工作频率37.2 GHz,模式为TE01,与粒子模拟的结果基本一致。