【正文】 子點(diǎn)截面庫(kù)、熱中子點(diǎn)截面庫(kù)等，幾乎可對(duì)所有天然物質(zhì)進(jìn)行計(jì)算。 （ 3）程序提供多種記錄模擬結(jié)果方法，包括通過某一界面的粒子流量或通量、進(jìn)入某一柵元的通量、沉積能量和點(diǎn)通量?？梢阅M中子輸運(yùn)、光子輸運(yùn)和二者聯(lián)合輸運(yùn)。在輸入文件 INP 中，空間被曲面（ surface)分割成相互鄰接的區(qū)域，稱為柵元 （ cell），可以給柵元填充各種物質(zhì)。程序包中攜帶了大量的核反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)文件。 MCNP 程序的應(yīng)用范圍十分廣闊，主要包括：反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、核臨界安全、輻射屏蔽和核防護(hù)、探測(cè)器的設(shè)計(jì)與分析、核測(cè)井、個(gè)人劑量與物理保健、加速器靶的設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)物理與放射性治療、國(guó)家防御、廢物處理、射線探傷等。 1988 年發(fā)行的 3B 版程序增加了幾何重構(gòu)功能。s transport 的縮寫。MCNPX 現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上使用最為廣泛的粒子輸運(yùn)程序之一。 MCNPX 開始于 1994 年作為 MCNP4B 和 的代碼整合項(xiàng)目，并第 1 次在 1999 年對(duì)外發(fā)布，版本為 。 MCNP5： 2021 年推出，在這個(gè)版本中完成了從 FORTRAN77 到 FORTRAN90的重新組織，支持以前的 MCNP4C2/4C3 全部功能，同時(shí)在提高圖形顯示，易安裝性以及更好的在線文檔方面有較大改善。 MCNP4C： 2021 年正式推出，在前一個(gè)版本的基礎(chǔ)上增加了共振自屏、瞬發(fā) α本征值、微擾和多群伴隨中子輸運(yùn)計(jì)算等處理，采用 F90 編譯器 ，工作站版本 PVM和 SMPP 并行。 MCNP4B： 1997 年 3 月正式推出，有 PC 版本（需要 LAHEY 編譯系統(tǒng)支持），UNIX 版，采用 ENDF/BVI 截面庫(kù)和彩色圖形系統(tǒng)仍采用 PVM 并行編程。 ： 1991 年 3 月由 ORNL 的 RSIC 寫成，程序有較大改進(jìn)，增加了基于Sandia 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 ITS(Integrated Tiger Series)連續(xù)能量電子輸送包，將其編入MCNP 程序，專用于 UNIX 系統(tǒng)，從此， MCNP 程序成為中子、光子、 電子耦合輸運(yùn)程序。 MCNP3B： 1988 年寫成，具有陣列幾何處理能力 (即重復(fù)結(jié)構(gòu)描述），多群截面和計(jì)數(shù)輸出的圖形化功能，截面采用 ENDF/BIV 和 ENDL851。已知的 MCNP 程序研制版本的更新時(shí)間表如下： MCNP3： 1983 年寫成，為標(biāo)準(zhǔn)的 FORTRAN77 版本，截面采用 ENDF/BIII。 1973 年 MCN 和 MCG合并成 MCNG，為 MCNP 的雛形。 1965 年完 成的中子輸運(yùn)程序 MCN 有了很大改進(jìn)，使用了標(biāo)準(zhǔn)的截面庫(kù)，并且具有復(fù)雜幾何描述功能。從 50 年代開始， Von Neumann 領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組研究輸運(yùn)問題的蒙特卡羅處理方法，編寫出模擬中子輸運(yùn)的程序 MCS。 基于蒙特卡羅方法的 MCNP 程序 20 世紀(jì) 40 年代美國(guó) Los Alamos 實(shí)驗(yàn)室的 Fermi、 Von Neumann 和 Ulam 等人提出用蒙特卡羅方法模擬輻射輸運(yùn)的思想。因此，隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)問題的日趨復(fù)雜，蒙特卡羅方法的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。 蒙特卡羅方法有很強(qiáng)的適應(yīng)性，問題的幾何形狀的復(fù)雜性對(duì)它的影響不大。但是在蒙特卡羅計(jì)算中，使用最多的是無(wú)偏 估計(jì)。由此可見，隨機(jī)數(shù)是我們實(shí)現(xiàn)蒙特卡羅模擬的基本工具。不過，經(jīng)過多種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，它 與真正的隨機(jī)數(shù)，或隨機(jī)數(shù)序列具有相近的性質(zhì)，因此可把它作為真正的隨機(jī)數(shù)來(lái)使用。另一種方法是用數(shù)學(xué)遞推公式產(chǎn)生。產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的問題，就是從這個(gè)分布的抽樣問題。隨機(jī)數(shù)就是具有這種均勻分布的隨機(jī)變量。即要將不具有隨機(jī)性質(zhì)的問題轉(zhuǎn)化為隨機(jī)性質(zhì)的問題。它是一個(gè)以概率模型為基礎(chǔ)，按照這個(gè)模型所描繪的過程，通過模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得到問題的近似解。 蒙特卡羅方法的解題步驟 當(dāng)所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，或者是某個(gè) 隨機(jī)變量的期望值時(shí)，我們可以通過某種試驗(yàn)的方法，得到這種事件出現(xiàn)的頻率，或者這個(gè)隨機(jī)變量的平均值，并用它們作為問題的解，這就是蒙特卡羅方法的基本思想。這一入射中子的歷史過程結(jié)束了，有一個(gè)中子到達(dá)了探測(cè)器，感興趣的結(jié)果被記錄下來(lái)。散射后的中子在 2 點(diǎn)與原子核發(fā)生（ n， 2n）反應(yīng)，其中一個(gè)出射中子射向探測(cè)器，另一個(gè)中子在 3 點(diǎn)被吸收。散射中子的能量和向哪個(gè)方向飛行也是用抽取隨機(jī)數(shù)的方法從已知分 圖 2 中子與物質(zhì)相互作用過程模擬圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 蒙特卡羅方法與 MCNP 程序 8 布函數(shù)中決定的，碰撞過程中是否產(chǎn)生光子以及光子的能量、飛行 方向等參數(shù)還是要通過抽取隨機(jī)數(shù)從已知分布中決定，這里產(chǎn)生了一個(gè)光子。 7654?nnn32??1入射中子探測(cè)器真空 真空物質(zhì)n 圖 2 顯示了模擬中一個(gè)中子射入物質(zhì)后的隨機(jī)歷程。 中子和光子在物質(zhì)中輸運(yùn)的宏觀表現(xiàn)是大量粒子與原子核微觀作用的平均結(jié)果，蒙特卡羅方法通過逐一模擬和記錄單個(gè)粒子的歷程來(lái)求解輸運(yùn)問題。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法由于不能逼近真實(shí)的物理過程，很難得到滿意的結(jié)果。 蒙特卡羅方法 蒙特卡羅方法的名字來(lái)源于摩納哥的一個(gè)城市蒙特卡羅 ，該城市以賭博業(yè)聞名，而蒙特卡羅方法正是以概率為基礎(chǔ)的方法，與它對(duì)應(yīng)的是確定性算法。諾伊曼在 20 世紀(jì) 40 年代為研制核武器而首先提出，又稱隨機(jī)抽樣或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法，是以概率和統(tǒng)計(jì)理論方法為基礎(chǔ)的一種計(jì)算方法。 峰總比的定義 峰總比 R(E)是入射能量為 E的單色光子束的全能峰下的面積與整個(gè)全譜面積之比，它直接量度 NaI(T1)探測(cè)器對(duì)入射 γ 射線的探測(cè)效 率，是探側(cè)器固有的參數(shù)。 4)光電子在光電倍增管中倍增 4 9 個(gè)量級(jí)到達(dá)陽(yáng)極負(fù)載處形成本征電流，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 2)NaI(Tl)晶體通過吸收的 γ 射線能量使得晶體中的原子、分子激發(fā)和電離，退激時(shí)產(chǎn)生熒光光子 。電子儀器的組成單元?jiǎng)t根據(jù)閃爍探側(cè)器的用途而異，常用的有高 (低 )壓電源、線性放大器、單道或多道脈沖幅度分析器，有時(shí)也可包括門電路、定時(shí)電路、符合電路、定標(biāo)器、計(jì)數(shù)率儀以及其它輔助電子學(xué)單元 (例如示波器、脈沖發(fā)生器 )，還可方便而靈活搭配。 實(shí)用上常將閃爍體、光電倍增管和分壓器及射極跟隨器都安裝在一個(gè)暗盒中，統(tǒng)稱探頭。 通常閃爍體透光一面由玻璃封裝，如果它與光電倍增管窗之間存在空氣層就會(huì)使閃爍光子經(jīng)受全反射，不易到達(dá)光陰極。所以人們把這種器件稱為光電倍增管。通過高壓電源和分壓電阻，使陽(yáng)極一各個(gè)打拿極一陰極間建立從高到低的電位分布。在閃爍體周圍包以反射物質(zhì) (但有一面要透光 )，這樣能使光子集中向光電倍增管方向射出去。當(dāng)射線 (例如 γ)進(jìn)入閃爍體時(shí)，在某一地點(diǎn)產(chǎn)生次級(jí)電子，它使閃爍體分子電離和激發(fā)，退激時(shí)發(fā)出大 量光子。圖 1是閃爍探測(cè)器組成的示意圖。這些也是關(guān)系到探測(cè)器的能量相應(yīng)的方面。 γ 射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的次級(jí)粒子，如光電子、康 普頓散射電子、正負(fù)電子對(duì)、俄歇電子以及康普頓散射光子、湮滅光子和特征 Χ射線等，可以繼續(xù)在物質(zhì)中發(fā)生相互作用，直到全部能量完全耗盡為止。 ? 是吸收物質(zhì)的線吸收系數(shù)（ cm1）。對(duì)于 γ射線其吸收呈負(fù)指數(shù)規(guī)律減弱，即： de???IOI （ 11） 式中 IO是射線穿過吸收物質(zhì)前的照射量率。沒有與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子穿過吸收層，其能量保持不變。正電子在吸收體中被很快慢化后，將發(fā)生湮沒，湮沒光子在物質(zhì)中再發(fā)生相互作用。 對(duì)于一定能量的入射光子，電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生的正電子和負(fù)電子的動(dòng)能從 0 到 hv－ 2MC2 都是可能的，電子和正電子之間的能量分配是任意的。 除了在原子核庫(kù)侖場(chǎng)中發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)外，在電子的庫(kù)侖場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生正 負(fù)電子對(duì)。 根據(jù)能量守恒定律， 只有當(dāng)入射光子能量 hv＞ 時(shí)，才能發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)。入射光子的能量和動(dòng)量就由反沖電子和散射光子兩者之間進(jìn)行分配。但外層電子的結(jié)合能是較小的，一般是電子伏數(shù)量級(jí)，與入射光子的能量相比較，完全可以忽略，所以可以把外層電子看作是 “自由電子 ”。光電效應(yīng)發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上；康普頓效應(yīng)總是 發(fā)生在束縛的最松的外層電子上。 康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)不同。 康普頓效應(yīng) 康普頓效應(yīng)是入射 γ 光子與原子的核外電子之間發(fā)生的非彈性碰撞過程。因此，在發(fā)射光電子的同時(shí)，還伴隨著原子發(fā)射的特征 X 射線或俄歇電子。兩個(gè)殼層的結(jié)合能之差，就是躍遷時(shí)釋放出來(lái)的能量，這能量將以特征 X 射線形式釋放出來(lái)。這種激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，退激過程有兩種。而且，電子在原子中束縛的越緊，就越使原子核參與上述過程，產(chǎn)生光電效應(yīng)的概率就越大。它帶走一些反沖能量，但這能量十分小。光電子可以從原子的各個(gè)電子殼層中發(fā)射出來(lái)，但是自由電子 (非束縛電子 )卻不能吸收入射光子能量而成為光電子。所以，釋放出來(lái)的光電子的能量就是入射光子的能量和該束縛電子所處的電子殼層的結(jié)合能之差。光電效應(yīng)中發(fā)射出去的電子叫做光電子。還有一些其它的相互作用方式，如：相干散射、光致核反應(yīng)和核共振反應(yīng)等。 γ 射線與物質(zhì)相互作用，可以有多種方式。 光子可以通過與物質(zhì)的相互作用被間接探測(cè)到。而光子與物質(zhì)相互作用時(shí)，發(fā)生一次相互作用就導(dǎo)致?lián)p失其大部分或全部能量。 γ 光子不帶電，它不像帶電粒子那樣直接與靶物質(zhì)原子、電子發(fā)生庫(kù)倫碰撞而使之電離或激發(fā)，或者與靶原子核發(fā)生碰撞導(dǎo)致彈性碰撞能量損失或輻射損失，因而不能像帶電粒子那樣用阻止本領(lǐng) dE/dx 和射程來(lái)描述光子在物質(zhì)中的行為。電磁輻射與物質(zhì)相互作用的機(jī) 制、與這些電磁輻射的起源是無(wú)關(guān)的，只與它們的能量有關(guān)。到 40 年代中期，第一次將閃爍體配以光電倍增管，以后又發(fā)展了相應(yīng)的電子學(xué)分析記錄儀器，現(xiàn)代的閃爍探測(cè)器才獲得了廣泛的應(yīng)用 .經(jīng)過幾十年來(lái)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在，它已成為相當(dāng)完善的一種探測(cè)技術(shù)。歷史上，原子核的發(fā)現(xiàn) 也有閃爍探測(cè)器的一份貢獻(xiàn) :1911 年著名的 ?大角散射實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的建立 .當(dāng)時(shí)的 ?探測(cè)器是通過顯微鏡用肉眼直接觀察。例如，作 X 光透視時(shí)，人體器官的圖象就是透過人體組織不同強(qiáng)度的 X 射線打在熒光屏上使之發(fā)光而形成的 。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） NaI ( TI)探測(cè)器基本原理 2 1 NaI ( Tl)探測(cè)器基