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不同尺寸γ射线探测器响应函数及探测效率的蒙特卡罗模拟

吴祥余  
【摘要】: 在国内外都有很多研究者做过γ射线探测器探测效率的刻度,采用的方法也很多,有人用蒙特卡罗方法实现对点源探测效率的刻度,有人还用数值解析方法对点源和面源探测效率实现了刻度。虽然在这个领域已经有了很多研究成果,这些成果主要是针对探测器和源的位置相对固定进行刻度,偏重研究空间位置和角度变化对探测效率的影响,而很少针对不同尺寸、不同体积探测器的探测效率进行研究。纵观前人研究成果,蒙特卡罗方法在计算射线在探测器中响应函数和做探测效率刻度方面,为我们研究提供了极大地便利,并可以减少大量的实验工作,但是该方法的应用大多停留在使用国外的通用软件包上,而国内还没有比较成功的自主研发程序供我们方便使用,并且很少有人对探测晶体的尺寸与探测效率之间的关系进行研究。 本文来源于国家863计划资源环境技术领域重大项目“航空伽玛能谱勘查系统研发”课题(编号2006AA06A207 )和国家自然科学基金项目“核地球物理学天然伽玛场的研究”(编号40774063),出发点是探索不同尺寸和规格的探测器跟探测效率之间关系,以期能对探测器的设计工作起到一定的理论指导作用,并能切实应用到无源刻度上,有助于该技术的推广应用,为国民经济发展作贡献。主要研究内容及意义如下: 1)探讨用蒙特卡罗方法计算γ射线在NaI(Tl)晶体探测器中的能谱响应函数,并比较计算得到的响应谱线与γ谱仪实测得到谱线之间的差异,模拟分析不同尺寸探测晶体的响应函数的变化关系。 2)利用蒙特卡罗方法模拟计算γ射线在探测器中探测效率矩阵,并分析比较探测效率跟射线能量、探测器尺寸以及探测空间几何之间的关系。 3)在vc++6.0开发平台下,编写了可以模拟响应函数及计算探测效率的软件,实现可以输入不同源能量和不同体积探测器的空间几何参数,快速进行模拟计算,实现可以方便查看分析谱线和保存效率矩阵的友好界面。 4)根据得到的探测效率矩阵,研究确定针对不同尺寸晶体进行效率刻度的拟合函数及其参数,通过统计学处理软件实现探测效率曲线的快速拟合,并将结果用于研究分析。 5)对航空γ测量中所应用的大晶体探测器进行了初步研究,简单模拟了方型晶体的响应函数,并计算了不同数量方型晶体组合使用的探测效率,为以后该种探测器的使用方法起到了一定得理论指导作用。 通过对上述内容的研究,本课题基本上达到了预期研究目的,取得较好的阶段性成果,对航空γ能谱探头和地面γ能谱探头的设计工作起到一定的科学指导作用,在资源环境技术领域中核资源勘查及辐射环境监测方面具有重要的实用价值。


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