检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：祖聪颖扬州大学

学位级别：硕士

上海光源线站工程中的激光伽马线站(SLEGS)是一条利用CO2连续激光与上海同步辐射光源储存环电子束团碰撞发生逆Compton效应产生MeV能量伽马射线的光束线站,为开展光核物理、核天体物理、极化物理等研究提供了国际上顶级的实验平台。精... 详细信息

上海光源线站工程中的激光伽马线站(SLEGS)是一条利用CO2连续激光与上海同步辐射光源储存环电子束团碰撞发生逆Compton效应产生MeV能量伽马射线的光束线站,为开展光核物理、核天体物理、极化物理等研究提供了国际上顶级的实验平台。精准高效的伽马束斑监测系统可以直观且有效地反映出γ射线空间分布情况,是SLEGS线站及其物理实验公用的支撑条件仪器装置。论文利用伽马射线荧光成像技术,成功研制了一套SLEGS线站高精度、高灵敏度逆Compton γ射线束光斑监测系统,能够有效解决逆Compton γ伽马射线源、准直器系统和实验仪器的对准问题,同时结合能谱探测器及流强探测器给出LCS γ各项参数及指标信息,实现光源性能的交叉验证。论文主要研究内容与结果如下:(1)使用蒙特卡罗工具geant4模拟计算和优化伽马射线荧光成像系统,确定了直径76 mm和厚度为5 mm的LYSO:Ce闪烁体荧光成像传感器闪烁体材料的优化方案,在此基础上确定了束斑监测系统的光学元件选型和光路具体参数。(2)利用Solid works软件优化设计了束斑监测装置的整体机械结构、封闭紧凑的荧光光路暗室及可精准调节位置的暗箱支架系统,完成了整体结构的加工及搭建,编制了束斑监测装置的控制软件和数据采集及分析处理软件。(3)使用SLEGS线站产生的逆Compton γ射线在线对所研制的束斑监测装置进行功能与技术指标测试验证,通过改变射线源能量大小,以及调节粗细准直器系统孔径,与前端的光强探测器交叉比对,系统验证了装置的功能及性能指标完全满足线站及物理实验和设计要求。

关键词：康普顿散射 LCSγ 荧光成像闪烁体探测器 geant4模拟

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基于缓发中子的铀材料质量测量模拟研究

基于缓发中子的铀材料质量测量模拟研究

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作者：赵云龙哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

核燃料后处理厂等设施场所在生产中会产生一些桶装核废物,除了核材料外,桶内通常还含有大量的铁屑、聚乙烯和纤维板等基体材料。传统的核材料质量主动中子质询技术是测量核材料被诱发裂变后发射的具有时间关联性的瞬发裂变中子,但是质... 详细信息

核燃料后处理厂等设施场所在生产中会产生一些桶装核废物,除了核材料外,桶内通常还含有大量的铁屑、聚乙烯和纤维板等基体材料。传统的核材料质量主动中子质询技术是测量核材料被诱发裂变后发射的具有时间关联性的瞬发裂变中子,但是质询源的高背景中子限制了该技术的测量精度。因此大型（208 L）废物桶质量测量装置主要基于缓发中子的时间特性进行测量。为了弥补目前国产大型废物桶测量装置在铀材料质量测量方面研究的不足,对基于缓发中子的废物桶测量方法展开了模拟研究。基于geant4对标准208 L废物桶测量装置Shuffler进行了建模和验证以及相应的缓发中子物理输运过程研究。geant4无缓发中子信息,通过编写的缓发中子模拟程序抽样产生缓发中子的方向、能量、位置、数量等信息,实现对缓发中子的模拟。中子输运过程采用的是geant4高精度中子模型。模拟验证中缓发中子数与裂变次数的比值与文献的相对偏差为3.16%,拟合缓发中子能谱得到的各组平均能量值与文献值最大偏差不超过2.2%,说明了基于geant4建立的模型和物理输运过程的正确性。利用仿真模型针对不同基体下的U3O8样品进行了缓发中子计数率与235U质量的曲线刻度研究。无基体情况下样品中的235U质量和计数率呈现线性的关系,而基体中存在的慢化材料则会导致计数率的改变。通过两根通量监测器计数的比值R作为基体材料对中子慢化和吸收特性的指标来修正基体情况下的非线性计数率曲线。针对乏燃料后处理厂的核废物,进行了0.7%,2%,3%富集度U3O8样品在不同基体下缓发中子计数率的变化模拟研究,分别得到了3个富集度下样品曲线的刻度系数。验证了富集度为3%的5个U3O8样品在不同基体下的质量重构效果,最大的测量偏差为9.91%,证明了曲线刻度的正确性。推导了净缓发中子计数下限的表达式,当本底计数率取10 s-1时,得到装置最小可检测质量为302 mg,证明其具有针对小质量铀材料测量的能力。利用模型和方法进行了不同质询源能谱、测量系统参数、核材料与基体材料特征等因素对结果的影响模拟研究。通过对比252Cf源、D-D源、D-T源、Am-Li源、Am-Be源能谱在不同基体下诱发U3O8样品缓发中子计数率的变化趋势,得到了五种质询源各自最适合的R测量范围。研究了Shuffler在3He布局、压强、半径、管心距等方面的规律,制定了相应的测量优化设计,使系统的探测效率从32.43%增加到34.53%。对于核材料的排布方式,集中布局时随着核材料质量的增加,增殖效应和自屏蔽效应都会使计数率与质量测量曲线偏离线性。针对桶内有粉末状的样品或者在去污过程中有核材料沾染的情况进行了样品弥散对缓发中子计数率影响研究,随着样品弥散范围的扩大,Shuffler测得计数率呈先增加后减小的趋势。

关键词：缓发中子铀质量测量核废物桶 geant4模拟中子质询

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基于康普顿成像系统的碳离子治疗剂量监测研究

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同位素 2022年第4期35卷 248-256,I0001页

作者：黄川文婧裴昌旭张庆华李英帼徐治国尹永智彭海波兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

为实现碳离子治疗的精准放疗,精确监测患者体内的三维剂量分布,本文设计一种双层康普顿成像系统和简单反投影算法,利用geant4仿真软件优化探测系统的结构,评估探测系统的探测效率、成像性能,分析200 MeV/μ的碳离子束轰击有机玻璃(PMMA... 详细信息

为实现碳离子治疗的精准放疗,精确监测患者体内的三维剂量分布,本文设计一种双层康普顿成像系统和简单反投影算法,利用geant4仿真软件优化探测系统的结构,评估探测系统的探测效率、成像性能,分析200 MeV/μ的碳离子束轰击有机玻璃(PMMA)靶的三维剂量分布。此外,还使用四对像素1.5 mm×1.5 mm×10.0 mm、12×12阵列型的硅酸钇镥(LYSO)晶体对直径约为3 mm的^(22)Na点源进行康普顿成像实验,并对影响三维剂量监测精度因素进行分析。结果表明,对于0.847 MeV的γ点源,重建图像在横截面上半高宽(FWHM)增加至2.38 mm、冠状面上扩展至7.02 mm。康普顿成像系统通过探测碳离子束轰击PMMA靶产生的4.439 MeV瞬发γ射线,重建的三维剂量分布与真实三维剂量分布偏差为9.3%。利用LYSO康普顿成像系统样机的^(22)Na点源成像实验,得到半高宽为4.05 mm的重建图像,验证了康普顿成像方法的实用性。

关键词：碳离子治疗 geant4模拟三维剂量监测康普顿成像

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基于geant4的联合模型神经网络法解析γ能谱

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南华大学学报（自然科学版） 2022年第4期36卷 75-81,100页

作者：朱剑文帅磊钮云龙曹大泉赵桂芝梁秀佐张译文杨维耿南华大学核科学与技术学院湖南衡阳421001 中国科学院高能物理研究所北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心北京100049 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049 浙江省生态环境厅生态环境部辐射环境监测技术中心浙江杭州310012

利用geant4模拟软件及MATLAB计算软件,开展多人工神经网络模型定量分析低计数率核素的研究,分析了包含五个不同类型网络的BP神经网络模型对国控环境监测站NaI(Tl)探测器模拟能谱的识别能力。实验结果表明:多网络模型的使用有利于提高低... 详细信息

利用geant4模拟软件及MATLAB计算软件,开展多人工神经网络模型定量分析低计数率核素的研究,分析了包含五个不同类型网络的BP神经网络模型对国控环境监测站NaI(Tl)探测器模拟能谱的识别能力。实验结果表明:多网络模型的使用有利于提高低计数核素的识别准确度,能够有效识别未知核素的存在与否。

关键词：人工神经网络伽马谱分析 geant4模拟 NaI探测器

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不同探源距下^(241)Am的α谱模拟与解析

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辐射防护 2024年第S01期44卷 24-27页

作者：潘蓝天李瑞范磊黄欣杰陈祥磊王轶刘兴宇武汉第二船舶设计研究所武汉430205

本文研究了^(241)Am的α能谱,并对其产生过程进行了分析。在此基础上,推导了探测器响应函数,并针对^(241)Am的α能谱,基于指数函数卷积高斯函数建立了探测器响应函数模型。采用加权非线性最小二乘法获取模型参数,并使用Reχ^(2)评估拟... 详细信息

本文研究了^(241)Am的α能谱,并对其产生过程进行了分析。在此基础上,推导了探测器响应函数,并针对^(241)Am的α能谱,基于指数函数卷积高斯函数建立了探测器响应函数模型。采用加权非线性最小二乘法获取模型参数,并使用Reχ^(2)评估拟合优度。利用该模型对geant4模拟得到的^(241)Am的α能谱进行重建,并研究了探测器与源之间的距离对拟合效果的影响。本文为搭建基于PIPS探测器的α谱仪和算法设计提供了理论指导。

关键词： α能谱探测器响应函数加权非线性最小二乘法 geant4模拟

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基于geant4的锥束CT成像系统的仿真研究

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电子设计工程 2022年第5期30卷 140-144页

作者：罗莹王伟东王坤郭蓉韩宇晨刘慧强新疆第二医学院新疆克拉玛依834000 中盈优创资讯科技有限公司江苏南京210000 山东理工大学山东淄博255000

提出了基于geant4的锥束CT成像系统的仿真技术,这样就能建立更真实还能够反映实际CT成像系统的仿真模型。仿真过程中不仅模拟了锥束射线的产生过程,建立了CT成像系统的几何模型,而且对投影成像过程进行了仿真研究。为了验证该仿真方法... 详细信息

提出了基于geant4的锥束CT成像系统的仿真技术,这样就能建立更真实还能够反映实际CT成像系统的仿真模型。仿真过程中不仅模拟了锥束射线的产生过程,建立了CT成像系统的几何模型,而且对投影成像过程进行了仿真研究。为了验证该仿真方法是否能够达到要求,将实际结果与仿真结果进行了详细的比较,经过多次数据对比结果表明,文中提出的CT系统仿真模型全面地考虑了CT成像过程中的所有物理过程,真实地显示了实际的CT成像,文中实验数据为CT成像系统的进一步研究提供了可靠依据。

关键词： CT成像技术仿真研究 geant4模拟几何模型

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超级陶粲装置上的超高精度飞行时间探测器研究

超级陶粲装置上的超高精度飞行时间探测器研究

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作者：李子味中国科学技术大学

学位级别：博士

超级陶粲装置(Super Tau-Charm Facility,STCF)是我国计划中的新一代高亮度正负电子对撞机,质心对撞能量为2～7GeV,峰值亮度在0.5～1×1035cm-2s-1。STCF的能区为非微扰QCD和微扰QCD过渡区,可以开展非常广泛的物理课题研究,例如量... 详细信息

超级陶粲装置(Super Tau-Charm Facility,STCF)是我国计划中的新一代高亮度正负电子对撞机,质心对撞能量为2～7GeV,峰值亮度在0.5～1×1035cm-2s-1。STCF的能区为非微扰QCD和微扰QCD过渡区,可以开展非常广泛的物理课题研究,例如量子色动力学(QCD)、强子谱、精确测量电弱相互作用、味物理以及探索标准模型之外的新物理。由于极高的亮度,STCF对于粒子鉴别有了更高的要求:π/K分辨能力在2GeV/c动量下超过4σ、效率高、响应快、抗辐照等。除此之外,有限的空间位置要求探测器结构紧凑,为了不影响外层探测器系统要求探测器使用材质物质的量低等。本文主题是设计一台位于STCF端盖位置的粒子鉴别探测器满足STCF对粒子鉴别的要求。本文调研和比较了各种常用的粒子鉴别手段,其中飞行时间探测技术有着原理简单、结构紧凑的优点,而内部全反射切伦科夫辐射(DIRC)探测技术有着覆盖动量范围广、响应快的特性,本文设计了一种新型DIRC-Like TOF探测器(DTOF)完全结合了两者的优势。DTOF由两个端盖组成,在束流对撞方向上距离顶点约140cm处对称分布,其包含4个扇区,每个扇区由一块大面积石英辐射体和54支微通道板光电倍增管(MCP-PMT)组成,极角覆盖范围为22-36度和144-158度。为了验证其性能,本文使用geant4进行了模拟,使用几何重建的方法对结果进行分析。结果显示,对于2GeV/c动量下的π/K,DTOF总系统时间分辨好于50ps,DTOF本征时间分辨好于30ps,使用飞行时间似然法进行粒子鉴别的分辨能力好于4σ,满足了 STCF提出的粒子鉴别要求。DTOF的光探测器选择了滨松公司生产的4×4阳极阵列MCP-PMT(Hama-matsu R10754),本文对其性能进行了详细的研究和测试。测试结果显示了 MCP-PMT具有定时性能好(渡越时间分散tts<40ps)、增益高(Gain>106)、暗噪声低(DarkRate<1kHz)等优点,完全适合于DTOF探测器上单光子探测和定时。另外本文研究了多阳极MCP-PMT的信号串扰问题。实验室观测到串扰分为两类,一类是管内串扰,来自于用一个管子不同像素的串扰振铃;一类是管间串扰,来自两个相邻管子。串扰振铃会导致定时不准,产生假信号,过域时间宽度(TOT)测量错误等问题。本文研究了串扰产生机制并优化,将串扰的影响降到了最低。DTOF电子学系统由前端板、数据控制板、数据集中器以及PXIe机箱组成。其中前端板对信号进行甄别放大数字化,其定时精度是影响整个DTOF探测器性能的关键因素之一。前端板的电路设计更迭过不同版本,每个版本都联合DTOF小型原型机进行了仔细的实验室测试和束流测试。经过对实验结果的分析和比较,前端板最终设计32通道的基于双阈值TOT测量电路的前端板,单通道的平均定时精度约1Ops,满足DTOF电子学要求。基于上述研究,为了验证DTOF方案的可行性,本文研制了一个三分之一扇区的原型机。原型机主要由一个大面积梯型辐射体和6支MCP-PMT构成,封装在金属暗盒内。辐射体是产自贺利氏公司的熔融石英,紫外波段透过率高、光滑度好。6支MCP-PMT均为Hamamatsu R10754,对应着96通道的电子学系统。本文搭建了一个复杂的宇宙线平台用于DTOF原型机测试,平台包括触发探测器、径迹探测器和参考时间探测器。本文完成了搭建、调试匹配、数据获取和分析重建等工作,并使用geant4对宇宙线测试进行了全模拟,对各个探测器系统的性能做了预期,分析了平台上本底的影响。模拟结果显示参考时间误差为23ps,DTOF系统时间分辨为35ps,本征时间分辨为24ps。在宇宙线平台实验测试中,宇宙线径迹重建的位置分辨可以达到200μm以下,对应角分辨好于1mrad。参考时间经过重建和修正后其定时精度达到28ps,在探测光子数等于9个时DTOF系统时间分辨为40ps,其本征时间分辨可以达到30ps以下。实验结果与模拟结果符合的很好。

关键词：超级陶粲装置粒子鉴别切伦科夫辐射类全反射切伦科夫探测飞行时间探测器微通道板光电倍增管宇宙线 geant4模拟

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液氩氙混合闪烁体性能研究

液氩氙混合闪烁体性能研究

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作者：甘游宇中国科学院大学

学位级别：博士

液氩是一种性能优异的闪烁体，具有发光性能好、本底排斥能力强、电子弥散小等一系列优异特性，可用于组建多种类型的粒子探测器，因而在粒子物理实验中应用非常广泛，特别地，可以作为靶物质用于目前较为热门的暗物质直接探测实验以及... 详细信息

液氩是一种性能优异的闪烁体，具有发光性能好、本底排斥能力强、电子弥散小等一系列优异特性，可用于组建多种类型的粒子探测器，因而在粒子物理实验中应用非常广泛，特别地，可以作为靶物质用于目前较为热门的暗物质直接探测实验以及中微子核子相干散射实验。　　液氩的不足之处在于，闪烁光为中心波长128nm的真空紫外光，一般光电器件无法直接探测，现有的国际实验中常用的方法是在探测器壁及光电器件端面镀上一层波长位移剂，例如1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯(TPB)。由于TPB的重发射光为漫散射光，这一定程度上会影响探测器的位置重建。同时TPB容易脱落，这将影响波长转移效率，进而影响探测器的能量重建。而在液氩中掺入少量的氙，可以替代TPB的波长位移作用。液氩中掺入少量的氙后，入射粒子能量沉积产生的液氩双原子激发态会将能量传递给氙原子，并最终形成氙的双原子激发态，再退激发出中心波长为175nm的紫外光，从而可以被光电器件直接探测。　　为了研究液氩掺氙闪烁体的物理机制，本人设计并搭建了十公斤级液氩掺氙模型探测器，实现了探测器稳定运行和掺氙浓度定量控制。为了验证引入氙之后可能存在的氙冻结和分布不均匀等问题，本人首先对残余气体分析仪(RGA)测量系统进行了优化与标定，随后设计了液相氩氙比例直接取样及测量的实验，测得的探测器内部液氩掺氙浓度的结果与实际气体掺入量相比误差在9％以内，这也是首次对于液相氩氙直接测量并验证氙并未冻结的结果。　　为了研究液氩氙闪烁体的发光性能及不同能量区间的能量响应，本论文在不同掺氙浓度(0-10000ppm)下用不同能量的放射源对探测器进行了刻度，其中包括高能的放射源22Na(511keV)，以及低能的241Am(59.5keV和13.9keVγ)和83Krm(41.5keV)放射源。通过对不同掺氙浓度下的放射源能谱数据的分析研究，验证了掺氙后对于511keV、59.5keV、13.9keV的探测光产额均有明显提升。相应的能量分辨率也随之提升，511keV全能峰的能量分辨率从纯氩的12％提升到了9％，并在实验上验证了液氩掺氙探测器对于低能γ(＜100keV)的光产额及能量分辨率的提升。由于光产额的提升，有助于压低探测器的阈值，提升液氩探测器的灵敏度。　　在微观物理上，通过对液氩掺氙的能量传递过程研究，理论推导了两种能量传递模型下的液氩掺氙闪烁光随时间变化的解析表达式，利用两种解析式对不同掺氙浓度下的平均波形进行了拟合，并得到了氩双原子激发态到氙原子的反应速率kAr*2→Xe～10-11cm3/s。　　最后，由于液氩掺氙后的闪烁光慢成分缩短，从1.6μs缩短至～90ns(1000ppm)，这使得液氩掺氙闪烁体可以应用于高计数设备，例如放射源检测和医学成像。为了探讨液氩氙闪烁体应用于医学正电子断层扫描成像仪(PET)的可行性，利用geant4模拟包对液氩氙中511keVγ的康普顿散射事例进行了模拟，对其能量沉积以及位置分辨进行了研究，模拟结果得到其位置重建能力可达～1cm，与商用PET的位置分辨在一个量级。

关键词：闪烁体探测器液态惰性元素液氩掺氙能量传递残余气体分析仪 PET geant4模拟

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GECAM能量响应及在轨本底模拟

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中国科学：物理学、力学、天文学 2020年第12期50卷 97-105页

作者：郭东亚彭文溪朱玥李刚廖进元熊少林乔锐李新乔安正华徐岩冰杨生张大力孙希磊中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室北京100049

GECAM卫星的主要科学目标是探测引力波伽马暴及其他高能暂现源,具有全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和宽能段覆盖等特点.本文在构建GECAM整星质量模型的基础上,通过geant4模拟得到了GECAM伽马射线探测器(GRD)的能量响应矩阵;并给出... 详细信息

GECAM卫星的主要科学目标是探测引力波伽马暴及其他高能暂现源,具有全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和宽能段覆盖等特点.本文在构建GECAM整星质量模型的基础上,通过geant4模拟得到了GECAM伽马射线探测器(GRD)的能量响应矩阵;并给出了在轨本底水平、本底能谱结构及组成成分的估计结果.模拟结果显示相比Fermi/GBM,GECAM不仅视场更大,而且在低能区具有更大的有效面积.同时根据在轨本底模拟结果可知:(1)单个GRD探头的平均在轨本底约为800 cps,其中宇宙弥散伽马射线本底占主导;(2)本底谱中存在三个特征峰,可用于在轨标定探测器的增益.

关键词：伽马暴 geant4模拟能量响应矩阵在轨本底

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康普顿相机图像重建中的快速滤波反投影算法

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计算物理 2020年第2期37卷 153-162页

作者：严小松杨建伦羊奕伟中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621999

提出一个由CZT像素探测器与NaI闪烁体阵列组成的康普顿相机,计算探测器系统的几何参数、散射体探测器的能量分辨率及多普勒展宽等因素对相机空间分辨率的影响.相机的总体角分辨率为5.1°~5.6°,主要影响因素为探测器系统的几何... 详细信息

提出一个由CZT像素探测器与NaI闪烁体阵列组成的康普顿相机,计算探测器系统的几何参数、散射体探测器的能量分辨率及多普勒展宽等因素对相机空间分辨率的影响.相机的总体角分辨率为5.1°~5.6°,主要影响因素为探测器系统的几何参数.首先用解析方法研究图像重建中的滤波反投影算法,不考虑展宽影响时点源重建图像的角分辨率可达1.7°,考虑展宽影响时角分辨率可达4.2°;然后利用geant4程序进行模拟,用实际应用方法对模拟数据进行重建,不考虑展宽影响时的角分辨率为1.7°,考虑展宽影响时角分辨率可达5.1°.采用滤波反投影算法进行图像重建时,在OpenCL框架下利用GPU实现并行加速,加速比为79倍.

关键词：康普顿相机滤波反投影算法 geant4模拟 OpenCL并行计算

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