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核工程與核技術(shù)畢業(yè)設(shè)計-幾種不同規(guī)格hpge探測器探測性能mcnp模擬(存儲版)

2025-01-12 20:38上一頁面

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【正文】 27 附錄 該實驗的 MCNP 輸入文件 INP 是: HPGe 1 2 1 2 9 14 IMP:P=1 IMP:E=1 2 2 1 8 9 IMP:P=1 IMP:E=1 3 0 2 3 20 14 IMP:P=1 IMP:E=1 4 0 2 9 10 IMP:P=1 IMP:E=1 5 2 3 4 10 14 IMP:P=1 IMP:E=1 6 2 4 5 11 14 IMP:P=1 IMP:E=1 7 2 4 10 11 IMP:P=1 IMP:E=1 8 3 5 6 12 14 IMP:P=1 IMP:E=1 9 3 5 11 12 IMP:P=1 IMP:E=1 10 3 6 7 13 14 IMP:P=1 IMP:E=1 11 3 6 12 13 IMP:P=1 IMP:E=1 12 4 7 13 14 IMP:P=1 IMP:E=1 13 5 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 IMP:P=1 IMP:E=1 14 0 15 IMP:P=0 IMP:E=0 1 CZ 2 CZ 3 CZ 4 CZ 5 CZ 6 CZ 7 CZ 8 PZ 0 9 PZ 10 PZ 11 PZ 12 PZ 13 PZ 14 PZ 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 附錄 28 15 SO 100 MODE P E SDEF ERG= POS=0 0 10 PAR=2 M2 13027 1 M3 32074 1 M4 29064 1 M5 8016 7014 F8:P 10 11 T E0 0 1023I FT8 GEB 0 NPS 90000000 PRINT 。 [7] 吳紹云 ,張淑娟等 .HPGeγ譜儀的發(fā)展及應(yīng)用 [J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志 ,1989, 9( 4) :285288. [8] 艾爾肯 7) 通過計算得出的結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)探測器的峰康比隨著晶體的增大 而增大,但到一定程度后,不在改變。 圖 r與能量分辨率的關(guān)系 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 數(shù)據(jù)分析 21 圖 探測效率 通過計算的到不同晶體大小的探測效率如下表: 表 晶體半徑r/cm 晶體長度/cm 探測效率 根據(jù) 表 。 [14] 下圖是高純鍺探測器的幾何結(jié)構(gòu)圖: 圖 根據(jù) HPGe 探測器的幾何結(jié)構(gòu)圖,可以建立坐標(biāo)圖,如圖 所示。本課題便是采用 MCNP4C 對電離室的能量響應(yīng)進行 模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果指導(dǎo)實際的 電離室 設(shè)計 。 近幾年,國內(nèi)在 MCNP 前處理與后處理技術(shù)領(lǐng)域的研究也取得了長足的進步,主要有以下幾個方面: ( 1)在 MCNP 的計算效率、局限性和二維交互繪圖等方面進行了有益的探索。 MCNP 程序運行的結(jié)構(gòu) 在計算機上,蒙特卡羅方法解粒子輸運問題的程序,一般都可分為:源抽樣、空間輸運過程、碰撞過程、記錄過程和結(jié)果的處理和輸出等部分,一個 MCNP 計算程序流程圖示于圖 。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 蒙特卡羅方法 10 ( 2)粒子權(quán)重和粒子徑跡 為了計算方便, MCNP 為每個粒子賦一個值 W(不一定是整數(shù)),代表 W 個具有相同行為的粒子, W稱為這一粒子的權(quán)重。蒙特卡羅方法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域、成為科研工作者研究與征服自然的一把利劍。 [19] 圖 圖 典型高純鍺探測器的絕對效率隨γ射線能量的關(guān)系 峰康比 峰康比是指峰中心道最大計數(shù)與康普頓坪內(nèi)平均計數(shù)之比。 通常鍺探測器的能量分辨本領(lǐng)是對 的 60Co 而言, 70 年代初為 —,目前是 — 。 n型同軸探測器 的電極排列正好與 p型的相反 , 亦稱反電極同軸探測器。 注入約 1 1014cm2的硼離子,束流控制在 1mA/ m2以下。垂直于晶錠軸向按所需厚度切片。主要用于高分辨率的 X、γ能譜儀 , 探測高能粒子等。脈沖信號后沿取決于外電路的 RC 常數(shù)。對倒置電極 (N 型 )HPGe探測器正好相反,外而加負(fù)電壓,里面加正電壓,如圖 (b)所示。但它們形成的電場條件卻大不相同。大部分商品生產(chǎn)的 HPGe 探測器均為單端。 P 型和 N型同軸探測器在生產(chǎn)時都將整流結(jié)做在外表面,使耗盡層向內(nèi)。 (3)測量電離輻射的能量時,線性范圍比較寬。 通過 保持晶體的長度改變探測器 晶體 半徑的 大小, 用光子和電子耦合輸運 MCNP 程序的電子脈沖計數(shù)類型的能量 展寬模擬計算 HPGe 探測器的γ能譜 。大大推動了核能譜學(xué)的發(fā)展。 (2)帶電粒子在半導(dǎo)體中形成的電離密度要比在一個大氣壓的氣體中形成的高,大約為三個量級,所以當(dāng)測量高能電子或者γ射線時半導(dǎo)體探測器的尺寸要比氣體探測器小得多,因而可以制成高空間分辨和快時間響應(yīng)的探測器。其中以同軸型應(yīng)用最廣。 (2)單端同軸,見圖 (b)即中心孔只占圓柱 體軸長的一部分。對同軸型探測器整流接觸 (或電極 )(即從那里開始形成半導(dǎo)體結(jié) )原則上可以在圓柱體的內(nèi)表面也可以在外表面。也就是對常規(guī)電極 (P型 )HPGe 探測器外面加正電壓里面加負(fù)電壓,如圖 (a)所示。 r為晶體外徑。 目前高純鍺探測器所達到的指標(biāo)是:對 60Co 的γ射線的能量分辮率,相對探測效率 45%;對 55Fe X 射線分辨率小于 150eV,γ 射線能量范圍 2keV 一 10MeV。 一般平面型探測器管芯的制備工藝步驟如下:( 1)切割。在新腐蝕好的表面上有三種制作 p+的方法:①硼離子注入法注入約 。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) HPGe探測器的介紹 6 ( 2) n、 p型同軸探測器 同軸高純鍺探測器一般為閉端結(jié)構(gòu) ,p型探測器的外接觸是較厚的( > 300μ m)鋰擴散 n+接觸 ,而薄的 p+接觸是在孔內(nèi) ,因此 ,p型同軸高純鍺探測器僅適用于 40kwV以上的γ射線。 典型鍺探測器的分辨率為 : ( 1)小平面鍺對 的 55Fe的 X射線為 156eV; ( 2)大平面鍺對 122keV57Co為 600eV ( 3)同軸鍺對 的 60Co為 ?,F(xiàn)有的高純鍺同軸探測器的相對探測效率已達 45%。 首先在核武器的研制中首先得到了應(yīng)用,并逐步延伸到其它領(lǐng)域。所謂偽隨機數(shù)是指用數(shù)學(xué)遞推公式所產(chǎn)生的隨機數(shù),這種方法屬于半經(jīng)驗性質(zhì),只能近似地具備隨機數(shù)的性質(zhì)。 標(biāo)準(zhǔn)的 MCNP 結(jié)果以下式來估計相對誤差: 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 蒙特卡羅方法 11 2121122122x 111?????????????????????????????????????????????NxxxxNxSRNiiNii MCNP 建議 R< 5%的結(jié)果才是可靠的。為便于計算結(jié)果的分析、存儲和共享,有的后處理軟件能夠?qū)?MCNP 計算機結(jié)果輸出到電子表格等數(shù)據(jù)庫中。 MCNP 是目前世界上比較成熟的 MC 軟件包之一,在許多領(lǐng)域得到了廣泛。 根據(jù)上述步驟,下面建立模擬模型。 表 探測器結(jié)構(gòu)和尺寸 探測器結(jié)構(gòu) 尺寸( cm) 材料 Cu的直徑 Cu Ge死層厚度 Ge Al殼(內(nèi))厚度 Al Al殼(外)厚度 Al Al殼間厚度 真空 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 實驗?zāi)M 16 模擬不同規(guī)格的高純鍺探測器 因為課題是研究不同規(guī)格的 HPGe 探測器,所以通過改變探測器的 Ge晶體 半徑 和長度 的大小進行 MCNP 模擬,所以 一共模擬了三種 不一樣的 Ge 晶體,如下表 : 表 探測器的晶體半徑 、 體積 和長度 晶體的厚度 r∕ cm 晶體長度/cm 晶體體積V/ cm3 經(jīng)過 MCNP 模擬的出來的數(shù)據(jù),運用畫圖工具繪制出能譜圖: 圖 晶體半徑 r=,長度為: 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 實驗?zāi)M
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