【正文】 運(yùn)模擬中發(fā)揮了重要作用，但這些程?hào)|華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 2 序一般為通用程序，并且操作復(fù)雜不便計(jì)算和探測(cè)問題。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，這種方法作為一種獨(dú)立的方法被提出來(lái)，但與一般數(shù)值計(jì)算方法有很大區(qū)別，它是以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的一種方法。 the other is artificial γray, with the NaI detector for γray detection. Then simulation experiments by MCNP4C software. Obtained under different γray energy spectrum of γray. We obtained the relative detection efficiency by the energy spectra we can according to allpowerful within the relative peak count rate. And then e after the relative detection efficiency, according to the corresponding γray energy, fitting out graphics, and γray detection efficiency has been the relationship between energy simulation. Through the above research, this research project is basically to achieve the desired objectives and achieve good initial results, the efficiency of the scintillation detector and γenergy relationship of scientific research play a guiding role for the experiment provided some basis. Key words: Detection efficiency。 NaI 閃爍探測(cè)器由于其探測(cè)效率高、在常溫下可以使用的特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。再得出相對(duì)探測(cè)效率以后，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的γ射線能量，擬合出圖形，得到探測(cè)效率與γ射線能量關(guān)系的數(shù)值模擬。 本課題主要是應(yīng)用蒙特卡羅的方法對(duì)探測(cè)器探測(cè)效率與γ射線能量關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬，通過這個(gè)數(shù)值關(guān)系，我們可以找到最佳的γ射線能量對(duì)應(yīng)著最高的探測(cè)效率。到了 20 世紀(jì) 90 年代，蒙特卡羅模擬已經(jīng)成為核測(cè)井科研和生產(chǎn)中的重要工具。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 3 2 模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) γ射線與物質(zhì)的相互作用 光電效應(yīng) 當(dāng)γ射線與原子殼層軌道上的內(nèi)層電子碰撞時(shí)，將所有能量 hv 交給殼層的一個(gè)內(nèi)層電子，電子克服了電離能，脫離原子而運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生光電子，而γ射線被完全吸收，這種作用稱為光電效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)，簡(jiǎn)稱康普頓效應(yīng) [1,2]。稱為反沖電子或康普頓電子。 電子對(duì)的動(dòng)能為 20E 2 1. 02 ( )hv m c hv M e V? ? ? ? (23) 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 5 式中， hv －入射光仔能量； 0m －正、負(fù)電子的靜止質(zhì)量； c －光速。 閃爍體可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類，有機(jī)閃爍體又分為液體閃爍體、有機(jī)晶體和塑料閃爍體三種。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 6 閃爍探測(cè)器的原理 閃爍探測(cè)器主要由閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀器贊歌主要部分組成。 經(jīng)過 NaI(Tl)探測(cè)器和光電倍增管輸出的信號(hào)往往較弱，需要加前置放大器。 主放大器輸出的信號(hào)就可以給多道脈沖幅 度分析器（ MCA）進(jìn)行脈沖的幅度分析。 閃爍探測(cè)效率 要知道探測(cè)效率與γ射線能量之間的數(shù)值關(guān)系，我們首先要探測(cè)效率的定義和如何計(jì)算探測(cè)效率。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，這種方法作為一種獨(dú)立的方法被提出來(lái)，并首先在核武器的試驗(yàn)與研制中得到應(yīng)用。 蒙特卡羅方法應(yīng)用范圍包括：粒子輸運(yùn)問題，統(tǒng)計(jì)物理，典型數(shù)學(xué)問題，真空技術(shù)，激光技術(shù)以及醫(yī)學(xué)，生物，探礦等方面。文件采用卡片結(jié)構(gòu)，每行代表一張卡片，文件由一系列卡片組 成，對(duì)于任一特定的問題，只需用到 INP 全部輸入卡片的一小部分。 其它 選擇項(xiàng) 信息塊 空行分隔符 選擇項(xiàng) CONTINUE 寫在 18列 數(shù)據(jù)卡 ? 空行分隔符 只允許部分?jǐn)?shù)據(jù)卡。 其中行輸入格式，柵元卡、曲面卡和數(shù)據(jù)卡的書寫格式是相同的。需要整數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)必須填寫整數(shù)，其它數(shù)據(jù)可填寫為整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)以及MCNP 能讀的數(shù)據(jù) [10]。如果填寫某個(gè)柵元名字，則必須填寫全部柵元名字，且柵元的順序可以任意排列；如果沒有指定柵元名字，則按柵元卡描述的順序排列。 對(duì)應(yīng)各個(gè)曲面的幾何位置，第一列為曲面號(hào)；第二列中 PZ 表示垂直 Z 軸的平面， CZ 表示軸心在 Z 軸的圓柱；第三列表示對(duì)應(yīng)第二列方程數(shù)據(jù)項(xiàng)。 表 35 各個(gè)核素與能量 自然射線 核素 γ能量 (MeV) Pb214 Bi214 Bi214 K40 Bi214 Ti208 人工射線 Ba131 Ba131 Cs137 Co60 Co60 Na24 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 構(gòu)建模型 15 下文中我們用 137Cs 源進(jìn)行模擬示范。論文取得的主要成果有： （ 1）γ射線在 NaI（ Tl）探測(cè)器中與探測(cè)器探測(cè)效率之間的計(jì)算方法，采用了用計(jì)算全能峰內(nèi)的相對(duì)計(jì)數(shù)率來(lái)計(jì)算探測(cè)效率的思想。 同時(shí)，我特別感謝我的同學(xué)，他們?cè)? MCNP 學(xué)習(xí)應(yīng)用方面給了我很多幫助和指導(dǎo)，解決了不少問題。 （ 3）對(duì)γ射線能量和探測(cè)效率的數(shù)值關(guān)系采用了指數(shù)衰減的擬合方法，擬合效果良好。發(fā)射粒子權(quán)重為 1，發(fā)射源的粒子類型是光子，同時(shí)考慮光子作用。TlI Na: I: Tl: MgO Mg: O: SiO2 Si: O: Feamp。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 構(gòu)建模型 11 建立數(shù)學(xué)模型 點(diǎn)源模擬 本實(shí)驗(yàn)，模擬探測(cè)器使用 NaI（ Tl）多道γ能譜儀（圖 31）替代閃爍探測(cè)器。對(duì)于柵元重要性及體積等參數(shù)，輸入按行排列時(shí)其可讀性差，且在增加或刪除一些柵元時(shí)容易出錯(cuò)。如果 1～ 5 列為空，則表示它是前一張卡片的繼續(xù)卡。大部分輸入卡片按行填寫；然而，對(duì)數(shù)據(jù)卡允許按列填寫。 MCNP 輸入數(shù)據(jù)中，物理量的單位見表 31： 表 31 MCNP輸入文件中物理量的單位 長(zhǎng)度 厘米 能量 Mev 時(shí)間 108秒 溫度 Mev(Kt) 原子密度 1024個(gè)原子 /厘米 3 截面 1024厘米 2 原子量 中子質(zhì)量的 質(zhì)量密度 克 /厘米 3 阿伏伽德羅常數(shù) 1023 MCNP 程序輸入文件的基本形式，使 用這種形式建立一個(gè)蒙特卡羅計(jì)算問題，對(duì)問題的幾何結(jié)構(gòu)、材料、記數(shù)要求等等給以描述，如果需要，可以直接運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)核物理中的應(yīng)用范圍主要包括：通量及反應(yīng)率，中子探測(cè)效率，光子探測(cè)效率，光子能量沉積譜及響應(yīng)函數(shù)，氣體正比計(jì)數(shù)管反沖質(zhì)子譜，多次散射與通量衰減修正等方面 [6]。它是以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的一種方法。 在本文中，我們是用絕對(duì)全能峰效率來(lái)進(jìn)行對(duì)探測(cè)器探測(cè)效率的計(jì)算。它的核心部件就是多道脈沖幅度分析器，其基本功能就是按輸入脈沖的幅度分類計(jì)數(shù)。 探頭的信號(hào)經(jīng)前置放大器輸出， 但前置放大器輸出脈沖幅度和波形并不適合 后面的分析測(cè)量設(shè)備的要求，所以對(duì)信號(hào)還需要進(jìn)一步放大和成形，在放大和成 形的過程中必須嚴(yán)格保持探測(cè)器輸出的有用信號(hào)（如射線的能量和時(shí)間信息），可能減少它們的失真。 圖 24 閃爍γ能譜儀原理框圖 目前，閃爍晶體主要使用 NaI(Tl)晶體，它的密度大（ρ =） ,而且高原子系數(shù)的碘（ Z=53）占重要的 85%，所以對(duì)γ射線探測(cè)效率特別高，相對(duì)發(fā)光效率 大 ，它的光譜最強(qiáng)波長(zhǎng)為 415nm 左右，能與光電倍增管的光譜響應(yīng)較好的一種。有機(jī)閃爍體的γ探測(cè)器有比較高的探測(cè)效率。正電子在物理中由于電力而損失能量后，將和電子結(jié)合，通常轉(zhuǎn)化為兩個(gè)能來(lái)那個(gè)為 且方向相反的光子，這種現(xiàn)象即正電子湮沒 [1,2]。 根據(jù)能量和動(dòng)量守恒定律，可以得到沿 ? 方向散射的γ射線能量 39。在這一碰撞過程中，入射光子將一部分能量傳遞給電子。由于自由電子不能吸收γ射線而形成光電子，因此光電效應(yīng)產(chǎn)生的幾率將隨著電子結(jié)合能的增加而增 加，靠近 K層、 L層產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率最大 [1,2]。具體的用在核技術(shù)領(lǐng)域的軟件有美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室