闪烁薄膜中子探测器灵敏度Monte Carlo计算

闪烁薄膜探测器的灵敏度和中子/γ分辨能力与闪烁晶体厚度密切相关,合理选择闪烁晶体厚度是探测器设计的关键。该文应用Monte Carlo方法模拟了中子和γ射线与闪烁晶体的相互作用过程,计算研究了晶体厚度对探测器灵敏度及中子/γ分辨能力的影响,给出了0.1~16.0MeV中子和γ射线照射下探测器的相对灵敏度,并结合部分能点的实验室标定数据,得到了探测器灵敏度能量响应曲线和中子/γ分辨率。理论计算的灵敏度能量响应曲线与实验标定趋势基本一致。     

中子元素分析中干扰γ射线屏蔽研究

用中子发生器做中子源进行元素分析时,在辐照所测元素的同时,中子发生器组成材料、中子防护材料及探测γ射线装置都产生相应的γ射线,这些γ射线会对实际测量元素产生干扰.通过在中子发生器和探测器之间加铅可以屏蔽来自中子发生器一侧的γ射线.实验表明:当铅层厚度为80 mm时屏蔽效果最佳;用中子进行含C,H和O等元素的分析时,加铅层提高了测量精度.     

基于D-D/D-T中子源的中子受激辐射计算机断层扫描成像的比较研究

对比研究了D-D和D-T中子源在中子受激辐射计算机断层扫描成像(NSECT)中的应用,建立了TiT/TiD靶、水体模内放置/未放置铁球4种计算模型,并利用MCNP程序分别模拟了D-D,D-T中子源产生2.5和14 MeV左右中子束在该系统中的中子输运过程,记录并获得了出射中子和特征γ射线通量分布及能谱图,该研究对中子成像方面中子源的选择及平台的搭建有指导作用.从出射中子和特征γ射线通量分布发现,激发的特征γ射线会保持与入射中子束同样的前倾方向,为了得到尽可能多的特征γ射线,确定了在D-D和D-T两种中子源成像中,实验上应该在Z=0的平面上与中子束传播方向呈43.6°–50.9°范围内布置γ射线探测器.D-D和D-T两种中子源的NSECT高能γ探测器最佳的放置位置稍有不同,但都需要保持在43.6°–50.9°的范围内.从特征γ射线能谱发现,~(56)Fe和~(16)O对应的特征峰能量与模拟数据的激发能完全吻合,证明了NSECT技术识别元素的能力,很有可能在追踪治疗过程以及研究活体(包括人体)分子过程中崭露头角.     

中子受激辐射计算机断层扫描成像系统的MCNP模拟

本文对中子受激辐射计算机断层扫描成像(NSECT)系统进行了仿真计算,包括中子源的选择、准直屏蔽系统的设计、屏蔽墙和靶体的设置以及探测器的布置.采用MCNP程序模拟了D-T中子源产生的14MeV左右中子束在NSECT系统中轰击代替人体组织的圆柱体水体模的中子输运过程,记录并获得了元素特征γ射线和出射中子的通量分布及能谱图,该研究对中子成像平台的搭建有指导作用.从特征γ射线和出射中子的通量分布及能谱可知,在Z=0的平面上与中子束传播方向呈43.6°–50.9°的方向上布置高能γ探测器更利于得到可靠的成像数据,其中48.5°方向上可得到最佳的成像数据.从特征γ射线能谱找到了~(16)O对应的特征峰,特征峰能量与靶体元素的激发能完全一致,说明NSECT具备元素识别和确定元素浓度的能力,证明了NSECT被应用到癌症的早期或超早期诊断以及检查藏匿的炸药、毒品等领域的可能性.     

宽束γ射线衰减规律的研究

本文用蒙特卡罗方法计算了宽束γ射线通过介质的衰减情况.计算结果表明,只要使用等效衰减系数,宽束γ射线与窄束γ射线一样,符合指数衰减规律.为检验这一结论,作了60KeV 宽束γ射线的吸收实验,结果与计算相符.     

高精度动态监测水灰比的核密度计的研制及其应用

研制了高精度动态监测水灰比的核密度计.棱密度计的监测原理是:高能γ射线束穿过水泥浆液时,一部分射线被浆液吸收,另一部分射线穿过浆液被探测器吸收,并转化为电信号,经放大、分析后被记录.由于浆液中水和水泥颗粒对γ射线的吸收系数不一样,所以探测器接收信号的强弱不同,在确定射源强度、射线探测器和待测浆液厚度的基础上,得出浆液密度与γ射线透射计数的自然对数lnN呈线性关系,通过现场标定可求出线性方程的斜率μ,通过数学模型可以计算出浆液密度和水灰比.研究结果表明:测量值不受浆液的流速、压力、温度、粘度、腐蚀等因素的影响;探测部分可安装在灌浆工程施工现场,在高温、潮湿、高灰尘的恶劣环境中,仪器能正常工作.     

载钆液闪探测器的稳定性测试与探测效率刻度

中国暗物质实验(China dark matter experiment,CDEX)合作组设计并研制了大体积载钆液体闪烁体快中子探测器,用于中国锦屏地下实验室(China JinPing underground laboratory,CJPL)的快中子本底测量。该探测器基于反冲质子信号与钆俘获热中子产生的γ信号之间的符合测量方法,有效地抑制环境γ本底,提高对快中子的探测灵敏度。该文对该探测器进行了稳定性测试和单能中子探测效率刻度,实验结果表明:该探测器稳定可靠,且具有良好的中子、γ信号甄别能力,以及较高的探测效率,适合对地下实验室极低通量快中子进行测量。     

Fermi γ暴在ARGO-YBJ和AS γ实验中的流强研究

分析2008—2015年Fermi卫星观测到的所有γ射线暴,并将这些Fermiγ暴的能谱延伸到ARGO-YBJ与ASγ实验的工作能区,计算其到达羊八井地面实验中的流强.结果表明:对于在羊八井视场范围内且光子能量在Ge V能区的Fermiγ暴,若不考虑河外背景光子的吸收效应,ARGO-YBJ实验运行期间内,在其灵敏度范围内的有3个;新升级的ASγ实验运行期间内,在其灵敏度范围内的有4个.最后讨论有机会被ARGO-YBJ实验探测到的3个γ暴未得到正结果的原因.此研究为羊八井地面实验与卫星γ射线暴的符合寻找提供重要信息.     

利用高山乳胶室研究高能γ射线形态学

本文介绍了甘巴拉山乳胶室近期取得的有关高能γ射线形态学方面的部分实验数据,对γ射线和强子的区分等实验方法问题作了讨论,通过与国际上几个主要高山乳胶室发表的有关实验数据进行比较,对高能γ射线的能谱,角分布和在大气中的衰减长度等进行了分析讨论。     

相对永久密封真空康普顿探测器伽马灵敏度研究

针对强流脉冲γ射线探测,研制了厚入射窗结构真空康普顿探测器,并在60Co辐照装置上,准直孔径为40 mm的条件下,对2套样品探测器灵敏度进行了测量,得到了1.25 MeV的γ射线灵敏度,实验值分别为4.65×10-22 C/MeV和4.59×10-22 C/MeV.该实验值与蒙特卡罗程序MCNP的计算值(4.70×10-22 C/MeV)相比,误差范围一致,在0.5～3.0 MeV能量区间,探测灵敏度的能量响应变化小于20%.实验证明:该探测器比薄窗结构真空康普顿探测器的灵敏度提高了60%,克服了薄窗探测器封装加工和静态真空保持的困难;保存使用期可达2年以上,达到了相对永久密封的目的,可应用于粒子注量率为1020 cm-2·s-1以上的强流脉冲γ射线测量.     

星载核乳胶中粒子径迹的研究

本文研究了核4型乳胶的灵敏度并探索潜影衰退的表观模式及其与不同显影条件的关系。观测分析国产星载乳胶中的粒子径迹并辨认若干重核径迹又讨论了一个重核碰撞事例。     

纳米银局域表面等离激元共振——环境传感、分子识别及光物质相互作用增强

基于利用磁控溅射方法制备的纳米银颗粒,研究了纳米银颗粒局域表面等离激元对介质环境的敏感程度,作为媒介提高光与物质相互作用的可能性.研究结果表明:传感灵敏度最大可达到约931 nm/RIU,石墨烯拉曼信号可提高约40倍,可见光吸收提高约10倍.该研究表明制备简单、光学响应灵敏的纳米银颗粒在传感、光电探测及分子识别等领域具有潜在的应用价值.     

中子检测爆炸物的MCNP模拟

利用中子发生器作为中子源进行了爆炸物检测方法的研究.物理模型采用点中子源,用三硝基甲苯(TNT)做模拟物,探测器为阵列式.用蒙特一卡罗方法模拟被中子辐照后N,C和O3种元素,采用透射法和反射法进行了检测.根据改变N,C和O元素产生的特征γ射线计数,确定出最佳检测方法.结果表明:在爆炸物检测中,反射法得到的γ射线计数多,反射法优于透射法;用反射法检测爆炸物时,探测器距离中子源为15 cm时,探测效果最佳.     

核技术应用现状及发展趋势

 聚焦于核技术应用领域中射线产生装置、放射性同位素技术、核探测技术,概述了电子加速器、质子/重离子加速器、中子发生器等重要射线产生装置与放射性同位素制备、放射性药物、放射源以及核探测技术等的国内外研究现状,分析了国内射线装置与放射性同位素技术的发展趋势及前景。     

290 A MeV ~(12)C诱发乳胶核反应末态粒子多重数分布

对290A Mev12C诱发乳胶核反应黒径迹粒子、灰径迹粒子、重电离粒子和簇射粒子的多重数分布、发射角分布进行研究,并与其他能区高能重离子诱发乳胶核反应的结果进行比较.实验结果表明:黒径迹粒子,灰径迹粒子及重电离粒子平均多重数和耙核大小有很强的关联,而簇射粒子平均多重数与耙核大小的关联度很小;黒径迹粒子的发射角分布基本趋于各向同性,但向前的略高于向后的,灰径迹粒子发射角分布遵循指数规律,簇射粒子发射角分布于超前方向.     

基于EGSnrcMP模拟计算高纯锗γ谱仪对环境样品的探测效率

利用蒙特卡罗方法,模拟计算了高纯锗γ谱仪对环境样品探测效率与γ射线能量、样品密度及几何高度的关系,并与文献中的实验结果进行了比较.结果表明,蒙特卡罗计算方法EGSnrc MP程序是进行高纯锗γ谱仪效率刻度的一种方便、可靠的方法.     

MCNP在惯性约束聚变核探测中的初步应用

随着惯性约束聚变的发展,对聚变产物特别是中子探测的定量分析变得非常重要。采用三维Monte Carlo输运程序MCNP(Monte Carlo N-particle),对不同铅屏蔽厚度下探测器的DT中子相对灵敏度,和中子半影成像的数值模拟进行了一定的研究。结果显示,相对灵敏度的模拟与实验结果符合得很好,而中子成像模拟能为惯性约束聚变物理实验的开展提供指导。     

γ辐射的散射研究

从γ射线在射入物质体内时发生的康普顿散射现象出发 ,在忽略三次 (及以上 )散射、光电吸收的前提下 ,从理论上讨论了二次散射对工业CT机图像质量的影响。给出了两种数学模型。研究了辐射强度的减少与吸收体厚度之间 ,以及一次射线束与二次射线束的相对强度同吸收体厚度之间的定量关系。结果显示 :该讨论适用于垂直入射的平行窄束射线情形 ;二次散射会降低整个图像或部分图像的对比度 ,并将产生“压杯”现象 ;材料对射线的吸收越强、材料越厚 ,则图像对比度的降低越明显。该讨论及结论还适用于X射线源。     

细颗粒长大特性的直接测量

为了研究燃烧源产生细颗粒在过饱和条件下的长大特性,设计了基于冷气流与热水接触形成过饱和环境的生长管来促进细颗粒的长大.利用热风保温的方式防止测量窗口水汽的凝结,从而实现了直接测量细颗粒长大后的液滴粒径分布.利用实验系统研究了热水温度、初始颗粒浓度、气体流量对细颗粒长大特性的影响.实验结果表明:热水温度的上升对细颗粒的长大影响非常明显;而细颗粒的初始浓度增加则不利于细颗粒的长大;气体流量的增大在一定范围内对细颗粒的长大影响较小,而流量大于4 L/min时,则影响较大.在最优的实验条件下,平均粒径为0.197μm的细颗粒长大为5.411μm.     

高能核乳胶碰撞中产生的单电荷粒子的多重数分布

随着粒子物理与原子核物理的发展,在高能核物理领域,人们提出了一些热力学与统计模型来描述粒子的分布特性。通过比较实验数据和理论模型,可以得到高能碰撞过程的一些重要信息。文章将研究碳(~(12) C)和硅(~(28)Si)在4.5A GeV/c动量下,在与核乳胶碰撞中,末态单电荷粒子(灰径迹粒子和簇射粒子或相对论性单电荷粒子)的分布规律。在多源热模型的基础上,应用厄兰(Erlang)分布或双组分厄兰分布,对核乳胶实验中测得的灰径迹粒子和簇射粒子的多重数分布进行了统一描述。