【導讀】溴化鑭晶體探測器是近年來發(fā)展起來的一種新型無機閃爍晶體。由于溴化鑭晶體具有。最初生長的LaBr3:Ce3+晶體尺寸較小,最近幾年,隨著較大尺寸晶體的成功生長,晶體。的商業(yè)化使用成為現(xiàn)實。LaBr3:Ce溴化鑭探測器是一種新型閃爍體探測器，這種新型探測。體積而有高探測效率，在能量為662keV時的能量分辨率為3%左右。

　　

【正文】 是我們實現(xiàn)蒙特卡羅模擬的基本工具。 （ 3）一般說來，構(gòu)造了概率模型并能從中 抽樣后，即能實現(xiàn)數(shù)字模擬實驗后，我們就要確定一個隨機變量，作為所要求的問題的解的某種數(shù)字量的估計量。如果這個隨機變量的數(shù)學期望正好是所求問題的解，我們稱這種估計量為無偏估計。建立各種估計量，相當于對模擬實驗的結(jié)果進行考察和登記，從中得到問題的解。 FT8卡簡稱特殊處理卡，能夠?qū)γ}沖能量分布進行高斯展寬，計算能峰半高寬 EFWHM的公式為： 2F W H ME a b E c E??? ? ? ? （ 41） 式中， ?E 為入射 γ 射線的能量 (單位為 MeV)， a 系數(shù)的單位為 MeV， b 系數(shù)的單位為 MeV1/2， c 系數(shù)沒有單位。 EFWHM取決于探測器性能，通過對實驗測到的EFWHM進行擬合，擬合需要入射能量的 γ 射線及相對應(yīng)實驗測到的半高寬，運用計算軟件求解獲得 a ， b ， c 各系數(shù)的值。配合 F8卡一起使用，按照 FTn卡的輸入格式 FT8 GEB a b c ，直接可以得到歸一化的脈沖高度計數(shù)能譜，其實際意義也等同于實際測量得到的能譜。 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 21 4 計算模型 及結(jié)果分析 在模擬計算的時候，一般要與實驗室要求相當。所以在模擬的時候，溴化鑭探測器盡量與實驗條件接近。目前，實驗室用的大都是 3inch╳ 3inch、 4inch╳4inch、 5inch╳ 5inch,這次的實驗用的是 3英寸的，晶體前部 Al殼厚 ，外側(cè)面 Al殼厚 ，鋁是用來防止β射線；模擬時在探測器四周填充一層滿散射物質(zhì)氧化 鎂粉末，使光子經(jīng)過多次反射，仍能到達光陰極上面被收集， MgO反射層厚 ；后部為厚 SiO2光學玻璃，它的作用是有效地把光傳遞給光電倍增管的光陰極。 圖 41 探測器的模型東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 22 （ 1） 實際模型的 137Cs源 662keV 模擬能譜 圖 51 入射能量為 52 入射能量為 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 23 由上圖可以看出，實 驗得到的能譜與模擬的能譜比較接近，說明，蒙特卡洛方法可以很好的模擬γ射線的能譜，盡管受到實驗條件的限制，模擬能譜的康普頓坪臺的計數(shù)是相對來說比較低的，而且沒有反散射峰和特征 X射線峰，總的來說，蒙特卡洛方法用來模擬是可行的。 （ 2）晶體的尺寸改變時對探測器的影響 圖 53 碘化鈉晶體尺寸分別為 、 、 、 、 4英寸時探測器的探測效率 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 24 圖 54 溴化鑭晶體尺寸分別為 、 、 、 、 4英寸時探測器的探測效率 由上圖可以知道， 探測器的探測效率隨 著晶體尺寸的增加而增加，但是當晶體的尺寸達到一定的程度的時候探測器的探測效率對我們來說已經(jīng)足夠。所以在實際的應(yīng)用當中，我們在制作探測器的時候要經(jīng)過多方面的考慮包括：材料的價格、 產(chǎn)品的成本以及我們使用的是否方便等等。所以在模擬當中，我們發(fā)現(xiàn)探測器在 3 英寸的時候的探測效率已經(jīng)滿足我在一般實驗中的要求。 （ 3） 碘化鈉晶體探測器與溴化鑭晶體探測器的模擬對比 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 25 55 晶體尺寸為 3inch時，兩種探測器的模擬對比 由上圖我們可以看出，在模擬相同的實驗條件之下，溴化鑭探測器所探測出的特征分的計數(shù)要比碘化鈉探測到的計數(shù)要高出一倍，從這里我們可以明顯看出，溴化鑭探測器在低能區(qū)域的能量分辨率要比碘化鈉探測器的能量分辨率要高。 （ 4）晶體尺寸的改變對峰總比的影響 表 3 中是在源距，源的能量相同的條件下，改變晶體 的尺寸 對 時峰總比的計算 表 3 晶體尺寸不同時的峰總比 晶體尺寸 (inch) NaI(Tl) LaBr3:5%(Ce) * * 1*1 * 2*2 3*3 * 4*4 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果分析 26 圖 56 晶體尺寸改變時的對比圖 從上圖我們可以看出，峰總比隨著晶體尺寸的增大而增大，并且溴化鑭晶體的峰總比總是高于碘化鈉晶體的峰總比，這說明溴化鑭晶體探測器的探測效率要比碘化鈉晶體探測器的探測效率要高。 結(jié)論 本文通過利用蒙特卡洛方法模擬計算了溴化鑭探測器與碘化鈉探測器，并在探測效率以及峰總比 上做了對比。通過實驗我們了解，在實驗條件達 不到要求的情況下，可以利用蒙特卡洛方法很好的模擬出γ射線的能譜。在模擬的能譜中 可以看到，能譜中康普頓坪臺相對比較低，而且特征 X射線峰的計數(shù)以及反散射峰幾乎沒有，這就注東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)論 27 意說明蒙特卡洛方法能在研究探測器方面為我們提供一個很好的方法。 實驗中我們還 研究了在相同能量的情況下，改變晶體的尺寸的時候峰總比的變化， 得出 ： 隨著晶體尺寸的增大，峰總比也跟 著增大。而且 還發(fā)現(xiàn)，在溴化鑭與碘化鈉探測器作比較的時候溴化鑭探測器的峰總比總是比碘化鈉探測器的峰總比大，這恰恰說明了在探測效率方面， 溴化鑭探測器優(yōu)于碘化鈉探測器。 從總體上看 ,溴化鑭探測器在 低能區(qū)有非常好的能量分辨率和探測效率，但是由于現(xiàn)在技術(shù)的不足，溴化鑭探測器還沒有廣泛的得到應(yīng)用，相信，在不久的將來，溴化鑭探測器會取代現(xiàn)有的碘化鈉探測器。 致謝 本人的畢業(yè)設(shè)計論文一直是在知道老師湯彬教授的悉心指導下進行的。湯教授治學態(tài)度嚴謹，學識淵博，為人和藹可親。并且在整個畢業(yè)設(shè)計過程中湯 教授不斷對我得到的結(jié)論進行總結(jié)，并提出新 的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計課題能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實 際上的新問題。湯教授在溴化鑭探測器方面有豐富的實東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 致謝 28 踐經(jīng)驗，對我的實驗工作給予了很多的指導和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實際相結(jié)合。另外，湯教授對待問題的嚴謹作風也給我留下了深刻的印象。在此表示深深的感謝。 此外我還要感謝許多的學長和同學在整個過程中給我的幫助和配合。特別是 王玲老師和 張碩學長，在學習軟件中他給了我很大的幫助，而且在論文完成初稿的時候幫我修改論文的格式，使得我的論文才能夠得以順利的完成。 參考文獻 [1] , ,43:506–509. [2] Van Loef EVD, et al. Scintillation properties of LaBr: Ce crystals: Fast, efficient and highenergyresolution scintillators [ J ]. Nucl Instrum Methods, 2021, A486:254. [3] 盧希庭 . 原子核物理（第二版） [M]. 北京 : 原子 能出版社 , 2021. [4] 許淑艷 .蒙特卡羅方法在實驗核物理中的應(yīng)用 [M].北京 :原子能出版社 , 1996: 119126. 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻 29 [5] GUO Chun2ying, LUO Yong2feng, LIN Yuan2gen. Monte2Carlo Calculation of the PhotofractionR (E )of NaI(Tl)Scintillation Spectrometer [ J]. Nuclear Electronics amp。 Detection Technology, 2021, 22 (5): 4532455. (郭春營 ,羅永峰 ,林源根 . NaI(Tl)閃爍譜儀峰總比的蒙特卡羅計算 [ J].核電子學與探測技術(shù) , 2021, 22 (5):4532455. ) [6] 復旦大學 .原子核物理實驗方法 [M].北京 :原子能出版社 , 1997: 1652166。 1432144. [7] 翟盛庭 .中國核動力研究設(shè)計院 .蒙特卡羅法計算 核動力工程 Y 譜儀的峰效率和峰總比 1995 [8] 蘇秀彬 ,劉義保等 . LaBr3:Ce(5%)閃爍探測器的 MC研究 [J].核電子學與探測技術(shù) ,2021,30(9):12151219. [9] 朱本仁 .蒙特卡羅方法引論 [M].山東大學出版社， 1987. [10] 王韶舜 .核與粒子物理實驗方法 [M].原子能出版社， 1989. [11] 龐巨豐 .γ能譜數(shù)據(jù)分析 [M].西安 :陜西科學技術(shù)出版社， 1990. [12] 裵鹿成，張孝澤 .蒙特卡羅方法及其在粒子輸運問題中的應(yīng)用技術(shù) [M].科學出版社， 1980. [13] ,,. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 550 (2021) 647–674. [14] ,, ,Alan Instruments and Methods in Physics Research A 574 (2021) 115–120. [15] Kernan W J. Member IEEE Trans Nucl Sci, 2021, 53(1):395–400 [16] Scintillation Products Technical Scintillators Performance Summary Revision:January,2021. 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄 30 附錄 一 源程序 1 1 4 5 7 2 2 4 5 6 7 3 3 4 5 3 6 4 3 1 4 3 5 4 5 2 3 6 5 8 (2:1:3) 7 0 8 1 PY 0 2 PY 3 CY 4 PY 5 PY 6 CY 7 cy 8 SO 100 mode p imp:p 1 1 1 1 1 1 0 SDEF par=2 ERG= pos=0 1 0 m1 m2 m3 1 m4 m5 f8:p 1 ft8 geb 0 0 e8 0 1e5 1e3 1024i nps 100000000 東華理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄 31 附錄 二 實驗數(shù)據(jù) 溴化鑭晶體（ 3 英寸）