【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 等。 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。但是 NaI(Tl)晶體容易潮解，吸收空氣水分會(huì)變質(zhì)失效，所以一般 NaI(Tl)晶體使用時(shí)都是裝在密封的金屬盒中。 γ射線與 NaI(Tl)晶 體相互作用，會(huì)使其電離、激發(fā)而發(fā)射熒光，從閃爍體出來(lái)的光子通過(guò)光導(dǎo)射向光電倍增管的光陰極，由于光電效應(yīng)，在光陰極上打出電子。光電子經(jīng)過(guò)各級(jí)之間的電壓加速，聚焦后射向打拿極。每個(gè)光子在打拿極上擊出幾個(gè)電子，這些電子射向后續(xù)的打拿極。所以，最后射向陽(yáng)極的電子數(shù)目是很多的，陰極把這些電子收集起來(lái)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并輸出。 經(jīng)過(guò) 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。其主要作用是：①提高系統(tǒng)的信噪比；②減小信號(hào)經(jīng)電纜傳送時(shí)外界干擾的影響；③阻抗匹配，功率放大。 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(guò)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。這樣的放大和成形就由放大器來(lái)完成。 放大器輸出的信號(hào)要適應(yīng)分析測(cè)量設(shè)備的要求，必須解決兩個(gè)問(wèn)題。一個(gè)是把小信號(hào)放大到需要的幅度；另一個(gè)就是改造信號(hào)形狀，通常稱(chēng)為濾波成形。目東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 7 的是放大有用的信號(hào)，降低造成，提高信噪比，適合于后續(xù)電路的測(cè)量。在這個(gè)過(guò)程中盡可能不損失有用的信息。 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。多道譜儀是按照脈沖的幅度對(duì)輻射脈沖信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)計(jì)數(shù)，以及對(duì)后續(xù)輻射信息保存、處理以及獲取有用信息的儀器。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(lèi)計(jì)數(shù)。 多道脈沖幅度分析器的任務(wù)是將被測(cè)量的脈沖幅度范圍平均分成 2n 個(gè)幅度間隔，然后測(cè)量脈沖幅度在每一個(gè)“幅度間隔”內(nèi)的輸入脈沖個(gè)數(shù)，最后得到輸入信號(hào)的脈沖幅度分布曲線。其測(cè)量方法是用計(jì)算機(jī)技術(shù)中的 A/D 轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。它將能夠分析的脈沖幅度范圍分成多個(gè)幅度間隔，這些幅度間隔的個(gè)數(shù)就是脈沖幅度 分析器的道數(shù)；而幅度間隔的寬度就是道寬。道數(shù)越多，幅度分布分析得越精細(xì)，各個(gè)道的計(jì)數(shù)也相應(yīng)減少，則需要測(cè)量的時(shí)間也要加長(zhǎng)，當(dāng)然硬件電路也就越復(fù)雜，所以不應(yīng)盲目地追求道數(shù)。通常，要求在幅度峰的半寬度范圍內(nèi)應(yīng)有 5— 10 道，對(duì)于采用 NaI(Tl)探測(cè)器的多道能譜儀，由于它的能量分辨率比較差， 128 道至 512 道就能滿(mǎn)足測(cè)量要求 [2,3]。 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。目前，作為探測(cè)效率的定義是多樣的，例如集合效率、本征效率、峰 總 比效率、本征全能效率、絕對(duì)全能峰效率、絕對(duì)雙逃逸峰效率和絕對(duì)單逃逸峰效率等 [3]。 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。如果只測(cè)量全能峰內(nèi)的計(jì)數(shù)率，則探測(cè)裝置的噪聲和干擾輻射對(duì)計(jì)數(shù)率的影響都可減少。全能峰很容易辨認(rèn)，從測(cè)得的能譜中求得全能峰內(nèi)的凈計(jì)數(shù)率都是比較容易的。根據(jù)全能峰內(nèi)的凈計(jì)數(shù)率與全能峰探測(cè)效率，求樣品γ射線發(fā)射率的測(cè)量方法稱(chēng)為全能峰法。利用全能峰法我們就可以測(cè)出全能峰探測(cè)效率。例如，在一定條件，測(cè)量發(fā)射率為 N0的標(biāo)準(zhǔn)源，得到全能峰內(nèi)的凈計(jì)數(shù)率為 np則全能峰探測(cè)效率為 [5]： 0pp nN? ? （ 21） 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 構(gòu)建模型 8 3 構(gòu)建模型 蒙特卡羅方法及 MCNP程序簡(jiǎn)介 蒙特卡羅方法又稱(chēng)隨機(jī)抽樣技巧或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法。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。 蒙特卡羅計(jì)算方法及其應(yīng)用范圍 蒙特卡羅方法是一種計(jì)算方法，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。由于蒙特卡羅方法能夠比較逼真地描述事物的特點(diǎn)及物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，解決一些數(shù)值方法難以解決的問(wèn)題，因而該方法的應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛 [4]。 蒙特卡羅方法的基本思想，當(dāng)所求問(wèn)題的解是某個(gè)事件的概率，或者是某個(gè)隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望，或者是與概率、數(shù)學(xué)期望有關(guān)的量時(shí)，通過(guò)某種試驗(yàn)的方法，得出該事件發(fā)生的頻率，或者該隨機(jī)變量若干個(gè)具體觀察值的算術(shù)平均值，通過(guò)它得到問(wèn)題的解 [4,5]。 蒙特卡羅方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠比較逼真地描述具有隨機(jī)性質(zhì)的事物的特點(diǎn)及物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程；受幾何條件限制小；收斂速度與問(wèn)題的維數(shù)無(wú)關(guān)；具有同時(shí)計(jì)算多個(gè)方案與多個(gè)未知量的能力；誤差容易確定；程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)它的缺點(diǎn)，收斂速度慢；誤差具有概率性；在粒子輸運(yùn)問(wèn)題中，計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)大小有關(guān)。故使用蒙特卡羅方法需“揚(yáng)長(zhǎng)避短”，發(fā)揮蒙特卡羅的特長(zhǎng)，使其應(yīng)用范圍更加廣泛 [4,5,6]。 蒙特卡羅方法應(yīng)用范圍包括：粒子輸運(yùn)問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)物理，典型數(shù)學(xué)問(wèn)題，真空技術(shù)，激光技術(shù)以及醫(yī)學(xué)，生物，探礦等方面。其在粒子輸運(yùn)問(wèn)題中的應(yīng)用范圍主要包括：實(shí)驗(yàn)核物理，反應(yīng)堆物理，高能物理等方面。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]。 MCNP 程序簡(jiǎn)介 MCNP 程序全名為 Monte Carlo Neutron and Photo Transport Code。它是美國(guó)Los Alamos 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的大型多功能通用蒙特卡羅程序，可以計(jì)算中子、光東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 構(gòu)建模型 9 子和電子的聯(lián)合輸運(yùn)問(wèn)題以及臨界問(wèn)題，中子能量范圍從 1011MeV至 20MeV，光子和電子的能量范圍從 1keV至 1000MeV。程序采用獨(dú)特的曲面組合幾何結(jié)構(gòu)，使用點(diǎn)截面數(shù)據(jù)，程序通用性較強(qiáng)，與其它程序相比， MCNP 程序中的減方差技巧是比較多而全的 [4,5,6]。 MCNP 程序主要特點(diǎn)，程序中的幾何是三維任意組態(tài)；可以使用精細(xì)的點(diǎn)截面數(shù)據(jù)；該程序功能齊全；在減小方差技巧方面，內(nèi)容十分豐富；具有很強(qiáng)的通用性 [7]。 MCNP 的輸入包括幾個(gè)文件，但主要的一個(gè)是由用戶(hù)編寫(xiě)的 INP文件，該文件包括描述問(wèn)題所必須的全部輸入信息。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(wèn)題，只需用到 INP 全部輸入卡片的一小部分。例如對(duì)不同的源，只須修改源的描述卡；不同的計(jì)數(shù)類(lèi)型，有對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)描述卡 [8]。 MCNP 輸入數(shù)據(jù)中，物理量的單位見(jiàn)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(wèn)題，對(duì)問(wèn)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。該文件的格式如下： 表 32 MCNP初始運(yùn)行的輸入文件 信息塊空行分隔符 選擇項(xiàng) 標(biāo)題卡 僅一行，占用地 180列。作為輸入標(biāo)題。 柵元卡 ? 空行分隔符 定義構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)基本戒指單元以及 相應(yīng)的物理信息。 曲面卡 ? 空行分隔符 定義組成柵元的曲面信息。 數(shù)據(jù)卡 ? 空行分隔符 其它數(shù)據(jù)，包括問(wèn)題類(lèi)型、源描述、材料 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 構(gòu)建模型 10 描述、計(jì)數(shù)描述，問(wèn)題截?cái)鄺l件等。 其它 選擇項(xiàng) 信息塊 空行分隔符 選擇項(xiàng) CONTINUE 寫(xiě)在 18列 數(shù)據(jù)卡 ? 空行分隔符 只允許部分?jǐn)?shù)據(jù)卡。（ FQ,DD,NPS, CTME,IDUM,RDUM,PRDMP,LOST,DBCN, PRINT,KCODE,MPLOT,ZA,ZB和 ZC） 其它 選擇項(xiàng) 卡片填寫(xiě)格式注意問(wèn)題， INP 輸入文件的每一行（稱(chēng)之為一張卡片）都限于使用第 1～ 80 列并構(gòu)成卡片映象。大部分輸入卡片按行填寫(xiě)；然而，對(duì)數(shù)據(jù)卡允許按列填寫(xiě)。 $符號(hào)為它所在那行數(shù)據(jù)的結(jié)束符，在 $符號(hào)后面的內(nèi)容作為注釋?zhuān)蓮?$符號(hào)后面的任一列開(kāi)始。標(biāo)題卡只占一行，整行都可填入用戶(hù)需要 的信息，也可以是空行。但要注意在其它地方使用空行是作為結(jié)束符或者分隔符。輸入文件中，在標(biāo)題卡之后及最后的空行結(jié)束卡之前的任何地方都可插入注釋卡。注釋卡必須是字母“ C”寫(xiě)在 1～ 5 列中的任意位置，且至少用一個(gè)空格隔開(kāi)后面的注釋內(nèi)容 [9]。 其中行輸入格式，柵元卡、曲面卡和數(shù)據(jù)卡的書(shū)寫(xiě)格式是相同的。必須從 1～5列開(kāi)始填寫(xiě)這些卡片相應(yīng)的名字 (或編號(hào) )和粒子標(biāo)識(shí)符，后面填寫(xiě)用空格分隔的數(shù)據(jù)項(xiàng)。如果 1～ 5 列為空，則表示它是前一張卡片的繼續(xù)卡。如果在一行的末尾有一個(gè)用空格隔開(kāi)的符號(hào) “amp?！?，則