基于MCNP的高純鍺探測器探測效率的模擬(共38頁)

1、 南華大學(xué)船山學(xué)院(xuyun)畢業(yè)設(shè)計(b y sh j)(論文)題 目 基于MCNP的高純鍺探測(tnc)器探測效率的模擬 專業(yè)名稱 核工程與核技術(shù) 指導(dǎo)教師 廖伶元 指導(dǎo)教師職稱 講師 班 級 核技01班 學(xué) 號 20109530164 學(xué)生姓名 張健新 2014年 5 月 16 日 南華大學(xué)船山學(xué)院(xuyun)畢業(yè)設(shè)計(b y sh j)（論文）任務(wù)書專 業(yè)： 核工程與核技術(shù) 題 目：基于MCNP的高純鍺探測(tnc)器探測效率的模擬 起 止 時 間： 2013.12.20-2014.5.25 學(xué) 生 姓 名： 張健新 班 級： 核技01班 指 導(dǎo) 老 師： 廖伶元 系/室 主 任：

2、 王振華 2013 年 12 月 20 日論文 (設(shè)計) 內(nèi)容及要求：一、畢業(yè)設(shè)計（論文）原始依據(jù)MCNP程序能運(yùn)用蒙特卡羅方法模擬計算三維復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的中子、光子、電子或者耦合中子/光子/電子輸運(yùn)問題，我們通過MCNP對高純鍺探測器進(jìn)行建模模擬，并對所模擬的高純鍺探測器的探測效率進(jìn)行模擬計算并與實際實驗數(shù)據(jù)相比較。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容1、介紹射線及其探測方法的基本理論2、對半導(dǎo)體探測器的基本工作原理進(jìn)行介紹，重點(diǎn)介紹高純鍺探測器的工作原理3、運(yùn)用MCNP對廠家給出數(shù)據(jù)進(jìn)行對高純鍺探測器進(jìn)行建模，模擬出其探測效率，并與實驗得出探測效率相比較4、數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論；三、畢業(yè)設(shè)計（論文）

3、基本要求1、根據(jù)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計內(nèi)容，作出設(shè)計進(jìn)度安排，寫出開題報告；2、撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文），篇幅不少于1.5萬字，圖表數(shù)據(jù)完整；3、收集查找資料，參考資料不少于六本；4、按畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范要求，打印裝訂成冊兩本；四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排1、2014年1月到2014年3月 搜集，閱讀文獻(xiàn)。2、2014年4月 學(xué)習(xí)使用MCNP并進(jìn)行模擬3、2014年5月 完成論文五、主要參考文獻(xiàn)1 凌球 郭蘭英編著.核輻射探測M.北京:原子能出版社,20022 張虎,羅降,張全虎,何彬. HYPERLINK /kcms/detail/detail.aspx?filename=HDZX2008070010

4、64&dbcode=CPFD&dbname=CPFD2008&v=MTYwMjJOSXlCVVM2emQ1UG4yVXFtQkFEN3VRS3JpZlp1SnZFeW5nVTduTEpsd1JMU25SZHJHNEh0bk1xSTlGWmVzSkNC t _blank 核探測器的發(fā)展和現(xiàn)狀A(yù). 第十四屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（1）C. 2008 3 張建芳 . 高純鍺探測器探測效率的MCNP模擬A. 2009指導(dǎo)老師： 年 月 日南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題(ki t)報告設(shè)計（論文）題目 基于MCNP的高純鍺探測器探測效率的模擬設(shè)計（論文）題目來源 其它設(shè)計（論文）題目

5、類型 軟件仿真起止時間2013年12月-2014年5月設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義：MCNP程序能運(yùn)用蒙特卡羅方法模擬計算三維復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的中子、光子、電子或者耦合中子/光子/電子輸運(yùn)問題。高純鍺探測器具有能量分辨率大，探測效率高，制作周期較短等特點(diǎn)，并且克服了傳統(tǒng)半導(dǎo)體探測器必須在低溫下工作這一致命缺陷，因此高純鍺探測器具有良好的發(fā)展前景。本論文致力于通過MCNP對高純鍺探測器進(jìn)行建模模擬，并對所模擬的高純鍺探測器的探測效率進(jìn)行模擬計算并與實際實驗數(shù)據(jù)相比較，證明MCNP程序仿真能為現(xiàn)實實驗提供科學(xué)的參考，甚至在一定程度下能代替現(xiàn)實實驗，推動科學(xué)實驗的發(fā)展設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)

6、：（技術(shù)方案、路線）1、主要研究內(nèi)容：1、學(xué)習(xí)研究射線及其探測方法的基本理論2、對半導(dǎo)體探測器的基本工作原理進(jìn)行介紹，重點(diǎn)介紹高純鍺探測器的工作原理3、運(yùn)用MCNP對廠家給出數(shù)據(jù)進(jìn)行對高純鍺探測器進(jìn)行建模，模擬出其探測效率，并與實驗得出探測效率相比較4、數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論；預(yù)期目標(biāo)：12月20日-1月15日 收集相關(guān)資料，學(xué)習(xí)射線、半導(dǎo)體探測器方面相關(guān)知識2月15日-3月15日 翻閱文獻(xiàn)，對高純鍺探測器及探測效率進(jìn)行深入學(xué)習(xí)3月15日-4月15日 收集相關(guān)資料，學(xué)習(xí)并掌握使用MCNP,并對高純鍺探測器進(jìn)行MCNP模擬，得出數(shù)據(jù)4月12日-5月25日 完成報告。設(shè)計（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)

7、：1、學(xué)習(xí)高純鍺探測器的基本原理2、外國所生產(chǎn)的高純鍺探測器的尺寸數(shù)據(jù)的獲得；3、運(yùn)用MCNP對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并運(yùn)行所編寫程序，得出與相關(guān)數(shù)據(jù)四、設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：1、研究方法：通過閱讀相關(guān)文件與運(yùn)用MCNP進(jìn)行程序仿真相結(jié)合的方法，研究問題。步驟：12月20日-1月10日 收集資料，完成開題報告；3 月1日-3 月5日 完成題綱；3月6日-4月15日 參考資料，完成論文框架；4月16日-5月5日 完成論文初稿；5月6日-5月25日 完成論文定稿、裝訂。五、進(jìn)行設(shè)計（論文）所需條件：參考資料：1 凌球 郭蘭英編著.核輻射探測M.北京:原子能出版社,20022 張虎,

8、羅降,張全虎,何彬. HYPERLINK /kcms/detail/detail.aspx?filename=HDZX200807001064&dbcode=CPFD&dbname=CPFD2008&v=MTYwMjJOSXlCVVM2emQ1UG4yVXFtQkFEN3VRS3JpZlp1SnZFeW5nVTduTEpsd1JMU25SZHJHNEh0bk1xSTlGWmVzSkNC t _blank 核探測器的發(fā)展和現(xiàn)狀A(yù). 第十四屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（1）C. 20083 朱傳新,陳淵,郭海萍,牟云峰,王新華,安力. HYPERLINK /kcms/detail/de

9、tail.aspx?filename=HERE200602019&dbcode=CJFQ&dbname=cjfd2006&v=MzE3NjlEMExUZzJYMmhzeEZyQ1VSTDZmWXVackZ5N2xVTDdMTFNqWmE3RzRIdGZNclk5RWJZUitDMzg0emg0WG4= t _blank 高純鍺探測器探測效率研究J. 核電子學(xué)與探測技術(shù). 2006(02)4 張建芳 . 高純鍺探測器探測效率的MCNP模擬A. 20092、通過維普網(wǎng)、中國知網(wǎng)等文獻(xiàn)庫獲取資料。六、指導(dǎo)教師意見：簽名： 年 月 日南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ii基于MCNP的高純鍺探測(tn

10、c)器探測效率的模擬摘要(zhiyo)：本文(bnwn)從最基本的開始，先對射線及其探測方法的基本理論進(jìn)行了簡單的介紹，然后對各種探測器包括閃爍探測器、氣體探測器、半導(dǎo)體探測器的產(chǎn)生、發(fā)展過程進(jìn)行了簡單的介紹并對半導(dǎo)體探測器的基本工作原理進(jìn)行了探討。接下來對本文需要重點(diǎn)研究的高純鍺探測器進(jìn)行了原理講解和對ORTEC公司所生產(chǎn)的P型單端同軸型高純鍺探測器的結(jié)構(gòu)材料尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最后對MCNP基礎(chǔ)和其程序運(yùn)行原理進(jìn)行介紹。這些種種的理論介紹都為我們后面所進(jìn)行的模擬提供依據(jù)。接下來通過廠家給出的結(jié)構(gòu)材料尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)用MCNP對高純鍺探測器進(jìn)行模擬，并運(yùn)用源峰探測效率對我們需要研究的探測效率進(jìn)行

11、計算。通過模擬得出數(shù)據(jù)后通過對數(shù)據(jù)的分析整理，得出結(jié)論但同時也存在誤差，文章最后還對誤差進(jìn)行了分析和提出了自己的假設(shè)。關(guān)鍵詞：高純鍺探測器；探測效率； MCNP模擬The MCNP Simulation of HPGe Detector EfficiencyAbstract：In this paper, starting from the most basic, the first basic theory of gamma rays and its detection method is introduced. And then in this paper introduces the pr

12、oduction and development process of the detector and introduces the basic principle of semiconductor detector. This paper mainly introduces the basic principle of the high parity germanium detectors and sorts out the data of the ORTEC companys P-type coaxial HPGe detector. Finally, introduced the fo

13、undation of MCNP and this program principle. The introduction of these theories provide a basis for the next simulation. Then through the structure and size of materials data from the manufacturers to uses are the MCNP to simulate the HPGe detector. Then Using the source peak detection efficiency to

14、 calculate the detection efficiency what our need. We reached the conclusion through the collation of data and find the mistake. Finally, the errors are analyzed and we put forward some hypothesis.Key words：high parity germanium detectors； detection efficiency ；MCNP simulation目 錄 TOC o 1-3 h z u HYP

15、ERLINK l _Toc389655182 1 研究的背景(bijng)及其基本概述 頁 共 28 頁MCNP程序(chngx)能運(yùn)用蒙特卡羅方法(fngf)對三維復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的中子、光子(gungz)、電子或者耦合中子、電子光子等輸運(yùn)問題進(jìn)行模擬計算。高純鍺探測器具有能量分辨率大，探測效率高，制作周期較短等特點(diǎn)，并且克服了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體探測器必須在低溫下工作這一致命缺陷，使高純鍺探測器的適用范圍廣度得到了很大的提高，因此高純鍺探測器具有良好的發(fā)展前景。本論文致力于通過MCNP對高純鍺探測器進(jìn)行建模模擬，并對所模擬的高純鍺探測器的探測效率進(jìn)行模擬計算，得出其探測效率并與實際實驗數(shù)據(jù)所求的探測

16、效率相比較，得出結(jié)論。通過結(jié)論證明高純鍺的探測效率能通過MCNP進(jìn)行求解，從而進(jìn)一步證明MCNP程序仿真能為現(xiàn)實實驗提供科學(xué)的參考，甚至在一定程度下能代替現(xiàn)實實驗，推動科學(xué)實驗的發(fā)展。1 研究的背景及其基本概述1.1研究的背景與意義半導(dǎo)體探測器是上個世紀(jì)60年代發(fā)展迅速起來的一種新型的核輻射探測器，半導(dǎo)體探測器的探測介質(zhì)也就是其探測靈敏區(qū)域為半導(dǎo)體材料，盡管其采用了更加先進(jìn)的新型半導(dǎo)體探測介質(zhì)，但是半導(dǎo)體探測器的基本工作原理與閃爍探測器和氣體探測器基本相同。1時間在推移，半導(dǎo)體探測器在時間的長河中快速的研制與發(fā)展，先后研制出PN結(jié)型半導(dǎo)體探測、鋰漂移型半導(dǎo)體探測器、高純鍺探測器、化合物半導(dǎo)體探

17、測器和特殊類型半導(dǎo)體探測器等等。2基于半導(dǎo)體探測器的特殊探測介質(zhì)和其與其他探測器工作原理的不盡相同，半導(dǎo)體探測器比閃爍探測器和氣體電離探測器的能量分辨率都高得多。半導(dǎo)體探測器與閃爍探測器和氣體探測器有所不同，半導(dǎo)體探測器中的探測靈敏區(qū)為半導(dǎo)體，并且一般定義為理想的半導(dǎo)體，所謂的理想的半導(dǎo)體，就是不含其他雜質(zhì)的半導(dǎo)體，可是，根據(jù)現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)水平，得出理想的半導(dǎo)體暫時是比較困難的，因此為了提高半導(dǎo)體探測器的探測效率等技術(shù)指標(biāo)，必須對其探測介質(zhì)及其中半島體進(jìn)行晶體的進(jìn)一步提純和對雜質(zhì)進(jìn)行處理。同時，早期的半導(dǎo)體探測器還存在著工作條件苛刻、生產(chǎn)制作周期過長等不可忽略的缺陷，這些缺陷在一定程度上制約了

18、半導(dǎo)體探測器的發(fā)展，因此，我們迫切發(fā)展和研究一種新型的半導(dǎo)體材料探測器，這種探測器要保留著傳統(tǒng)探測器的能量分辨率高的優(yōu)點(diǎn)意外，還要對生產(chǎn)周期過長、需要低溫保存等缺陷進(jìn)行克服改進(jìn)。在這個背景下，通過科學(xué)的研究高純鍺（HPGe）探測器誕生了。1.2如今(rjn)的研究現(xiàn)狀半導(dǎo)體探測器中因為兩極間加有反向的偏置電壓，因而在半導(dǎo)體中產(chǎn)生了場強(qiáng)。當(dāng)帶電粒子或者其他核輻射進(jìn)入到探測介質(zhì)后，它們的能量有所虧損(ku sn)，進(jìn)而形成電子-空穴對。這些產(chǎn)生的電子空穴對在反向偏壓產(chǎn)生的電場的作用下，分別漂移向半導(dǎo)體兩端的電極，收集電極上就會感應(yīng)出電荷，經(jīng)過外電路的放大器的處理下，產(chǎn)生電壓脈沖，這就是半導(dǎo)體探測器

19、的基本工作原理。射線具有(jyu)穿透力強(qiáng)這一特性，對射線進(jìn)行探測時要求探測器有更寬大的探測靈敏區(qū)。PehI的研究證實了鋰離子的漂移，為研究制造更高的探測分辨率的Ge（Li）探測器提供了理論依據(jù)。但是，這種探測器存在著需要在液氮低溫下工作才能對射線和X射線進(jìn)行探測這一缺陷。后來HPGe探測器的誕生，因為它可以液氮低溫和室溫之間反復(fù)循環(huán)、在室溫中保存和運(yùn)輸，所以HPGe探測器取代了傳統(tǒng)的Ge（Li）探測器。同時，HPGe探測器還有工藝簡單，制造周期短，耐中子輻射損傷等這些優(yōu)點(diǎn)，因此，HPGe探測器得到了很快的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。3高純鍺探測器適用范圍廣，在高能物理、天體物理、安全檢測、核醫(yī)學(xué)、

20、工業(yè)和軍事等各個領(lǐng)域都有著廣泛的利用。過去的幾十年間，有許多國家的許多實驗室都對高純鍺探測器進(jìn)行了研究。近幾年，我國的高純鍺探測器的研究和制作工藝技術(shù)也走向成熟，慢慢趕上了世界的先進(jìn)化水平。我國在新型高純鍺探測器在粒子物理、天體物理領(lǐng)域特別是高純鍺探測器在暗物質(zhì)直接探測、雙衰變等極地本底的重要基礎(chǔ)前緣研究方面的應(yīng)用都取得了很大的成果。我國就在最近建成了世界最深的垂直巖石覆蓋的中國錦屏地下實驗室，并且在這地下實驗室進(jìn)行了一系列的相關(guān)地下實驗。近日我國自主研制的最新型高純鍺探測器譜儀在我國第十三屆核工業(yè)展覽會上成功面世。這一探測器譜儀的成功面世標(biāo)志這我國在這一方向研究領(lǐng)域的研究獲得新的突破，將改變

21、我國在高端核測量儀器的生產(chǎn)制作方面長期依賴國外公司的局面。同時，就算我們能在外國高純鍺探測器方面買來產(chǎn)品，但是外國對其生產(chǎn)技術(shù)和參數(shù)都會有所保留，因此該產(chǎn)品的研制成功，將是對我國高性能高純鍺探測器的研究發(fā)展產(chǎn)生巨大的貢獻(xiàn)。1.3.本研究工作的任務(wù)(rn wu)和目標(biāo)高純鍺探測器主要(zhyo)對射線和X射線進(jìn)行探測與測量，高純鍺探測器具有探測效率高、能量分辨率高和探測射線范圍較廣等特點(diǎn)，在各個實際領(lǐng)域中都得到較廣泛的利用。我們對一個高純鍺探測器的好與壞進(jìn)行衡量，高純鍺探測器的探測效率是一個極為重要的技術(shù)指標(biāo)。探測效率是指在一定的條件下，探測器所探測到的輻射粒子數(shù)與在這一時間段內(nèi)放射源所發(fā)射的輻

22、射粒子數(shù)之比。探測效率反映了輻射源發(fā)出的粒子被探測器探測到的幾率，關(guān)系到探測器的物理探測的結(jié)果(ji gu)的準(zhǔn)確程度，所以一個探測器的探測效率關(guān)系到一個探測器的好壞，具有很大的研究意義。通常來說，我們要對一個探測器的探測效率進(jìn)行研究，會通過現(xiàn)實實驗從而得到其全能峰效率的。但是在現(xiàn)實實驗的過程中，難免會有一些現(xiàn)場干預(yù)因素而產(chǎn)生誤差。所以在實驗中得出的數(shù)據(jù)后，我們還需要進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理和誤差排除處理理論計算，這無疑是一項非常復(fù)雜和繁瑣的工作。同時在經(jīng)過后處理的數(shù)據(jù)也難免有一些無法排除的誤差，無法精確求解。因此，我們可以通過蒙特卡羅的方法和采取一些實驗建模的方法進(jìn)行模擬計算，再與實驗得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行

23、分析和比較，同時根據(jù)科學(xué)的理論判斷運(yùn)用這個模擬方法在進(jìn)行探測器的探測效率的計算是否可行，并對存在于兩者之間的誤差進(jìn)行分析討論研究。通過這樣的計算機(jī)實驗建模的方法，能夠?qū)ΜF(xiàn)實實驗中那些不穩(wěn)定的干擾因素和不可避免的干擾因素進(jìn)行了排除，使實驗在理想的工況下進(jìn)行，從而得出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，更加具有科學(xué)性。在模擬過程中，我們還能對一些現(xiàn)場條件不允許的條件進(jìn)行模擬，對實驗的危險性進(jìn)行了規(guī)避，降低了實驗的風(fēng)險，推動了科學(xué)實驗的發(fā)展。在本項研究當(dāng)中，運(yùn)用MCNP的建模模擬，對高純鍺探測器的探測效率進(jìn)行模擬。模擬當(dāng)中，按照探測器生產(chǎn)廠家給出的探測器尺寸和材料數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)镸CNP的輸入文件并通過MCNP進(jìn)行建模，并且

24、使研究探測器探測效率時的所實驗的實驗環(huán)境和實驗條件盡可能地在MCNP中得到重現(xiàn)。在本研究中，先在現(xiàn)實實驗中用高純鍺探測器對距離探測器探測窗15cm的標(biāo)準(zhǔn)放射源進(jìn)行探測，得出其全能峰譜圖，求出峰面積，并計算出源峰的探測效率。然后，運(yùn)用MCNP進(jìn)行建模，在相同的條件下進(jìn)行模擬，同樣測出源峰探測效率，畫出能譜圖，計算源峰探測效率。最后把這兩種探測方法所得出的探測效率進(jìn)行比較分析，得出結(jié)論。2 射線(shxin)的探測原理在各種( zhn)核躍遷中，從原子核中發(fā)出的各種核輻射，包括輻射(fsh)、輻射、輻射和中子輻射等都統(tǒng)稱為核輻射。其中，輻射和X輻射都是電磁輻射，輻射是核躍遷或者粒子湮沒過程中發(fā)出的

25、電磁輻射。它們通常被稱為光子，具有明顯的粒子性。通常應(yīng)用的射線是由放射源而產(chǎn)生的，輻射大多數(shù)都是母體進(jìn)行了或者衰變后，原子核仍然處于較高的激發(fā)態(tài)，然后這些較高激發(fā)態(tài)的原子核不能長期為此高激發(fā)態(tài)而退激到較低態(tài)或者基態(tài)時發(fā)出的。X射線其根本屬性為電磁輻射，這些電磁輻射是由原子核核外電子從較高的能級躍遷到低能級是產(chǎn)生的，這些產(chǎn)生的電磁輻射就叫特征X射線。輻射和X輻射都通常被稱為光子，根據(jù)電動-量子力學(xué)知識，光子的能量為： (2-1)在使用探測器對射線和X射線進(jìn)行探測時，因為射線和X射線自身的特殊性從而射線和X射線不能跟物質(zhì)發(fā)生直接的電離和激發(fā)效應(yīng)，所以射線和X射線不能像帶電粒子那樣被直接探測到。為了

26、使射線和X射線能被探測到，我們需要使他們所發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對的產(chǎn)生而產(chǎn)生次級電子，通過這些次級電子與物質(zhì)進(jìn)行電離或激發(fā)效應(yīng)，從而使射線和X射線被探測到。42.1光電效應(yīng)(Photoelectric effect) 當(dāng)光子通過物質(zhì)時，光子跟物質(zhì)發(fā)生相互作用，光子被原子吸收后而發(fā)射出軌道電子的現(xiàn)象，就叫光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是由德國物理學(xué)家赫茲在1887年所發(fā)現(xiàn)，后來經(jīng)物理學(xué)家愛因斯坦進(jìn)行正確解釋。光電效應(yīng)的示意圖如下圖： 圖2.1 光電效應(yīng)(un din xio yng)的示意圖根據(jù)光子能量的公式，光子的能量只與光子的頻率有關(guān)，并成正比。當(dāng)物體發(fā)生光電效應(yīng)時，光子進(jìn)入到物體內(nèi)，物體的自

27、由電子吸收了一個光子的能量，如果光子的能量大于或者等于(dngy)這一物體的相關(guān)能量的閾值（稱為逸出功），則這自由電子就有了一定的能量，從而從物質(zhì)中逃脫逸出，稱為光電子。如果光電子的能量比逸出功小，自由電子無法逃逸，電子會把從光子中吸收的能量重新給會光子，電子能量回到吸收光子能量前，電子不逸出。電子會吸收光子的能量，但在吸收的過程中遵循一個非全有即全無的判據(jù)，即光子的能量全部被電子吸收用來進(jìn)行逸出，如果電子吸收的能量能克服的逸出功，則大于剩下的能量將成為光電子射出后電子的動能，所以根據(jù)能量守恒定律，得到光電子的能量為： （i=K,，L，M，） (2-2)式子(sh zi)中Bi為第i殼層的電子

28、的結(jié)合能，其數(shù)值可按以下公式進(jìn)行計算 對于K層 對于L層 (2-3) 對于M層 2.2康普頓散射（Compton scattering） 入射光子的能量hv接近或者超過mec2時，光子與軌道電子相碰，光子被電子所散射，使其的運(yùn)動方向發(fā)生改變，并且損失能量，電子獲得能量從而從原子中飛出去，這就叫康普頓散射。從原子中獲得能量而飛出去的電子風(fēng)味康普頓電子。康普頓散 射示意圖如下圖： 圖2.2 康普頓散射(snsh)示意 康普頓散射發(fā)生概率(gil)最大是在束縛力較小的外層電子，這些外層電子的結(jié)合能與光子(gungz)的能量hv相比之下遠(yuǎn)小得多，可以忽略，因此可以認(rèn)為這些電子為“自由電子”。同時，這些

29、電子外軌道上的運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于光速，因此康布頓散射可以近似看作光子與靜止的“自由電子”之間發(fā)生彈性碰撞，利用動量能量守恒定律，可以得到康普頓散射所涉及的方程： (2-4)式中為反沖電子速度，。2.3電子對效應(yīng)（Electronpaireffect） 當(dāng)入射的光子能量足夠大時（大于1.02MeV）, 光子經(jīng)過與其相互作用的物質(zhì)的原子核的附近時，在核庫倫場的作用下，與原子核發(fā)生電磁相互作用，光子消失從而產(chǎn)生一個電子和一個正電子（稱為電子對），這種過程就叫電子對效應(yīng)。根據(jù)能量守恒和動量守恒定律，光子與原子核發(fā)生電子對效應(yīng)時，因為原子核的質(zhì)量相對來說很大，所以反沖能量很小，可以忽略。因此入射光子的能量的

30、一部分轉(zhuǎn)化為電子和正電子的靜止質(zhì)量能（2 mec2=1.02MeV）外，其余就轉(zhuǎn)化為電子的動能5，即 (2-5)其中(qzhng)，電子之間的動能是任意分配的，它的動能從0到（hv-2 mec2）之間都是有可能(knng)的。3 高純鍺探測器的基本原理3.1半導(dǎo)體探測器的基本原理半導(dǎo)體探測器是上個世紀(jì)60年代發(fā)展迅速起來的一種新型的核輻射探測器，半導(dǎo)體探測器的探測介質(zhì)也就是其探測靈敏區(qū)域為半導(dǎo)體材料。一般的物質(zhì)根據(jù)導(dǎo)電性能來分，可以(ky)分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體。半導(dǎo)體的存在形式一般是以晶體形式存在的，而如今一般把晶體分為單晶體和多晶體。單晶體是指晶體中的原子都是按照一定的規(guī)律整整齊齊地緊密

31、排列起來的，而多晶體跟單晶體不一樣，多晶體是由一些小晶體沒有規(guī)律地堆放在一起形成的，半導(dǎo)體探測器中的靈敏區(qū)域所用的半導(dǎo)體一般是采用單晶體。在孤立的原子中，電子只能存在于固定的能級中，能級與能級間不能存在電子，稱為禁帶。而在單晶體中，原子與原子之間因為規(guī)律整齊地緊挨著排列，原子與原子互相之間存在電磁力的作用，所以相應(yīng)于孤立原子之間的能級就能分裂成許多十分靠近的新能級。由于晶體內(nèi)原子數(shù)目非常多，它們之間也是緊緊挨著排列著，所以這些分裂的能級也是緊緊挨著，可以看作是連續(xù)的，這些連續(xù)的能級形成一個能帶。上面所說的禁帶，就是電子不能存在的地方，而禁帶的寬窄，對物體的導(dǎo)電性有著直接的影響。由于導(dǎo)體之間不存

32、在禁帶，所以電子能自由移動，導(dǎo)電性能良好，絕緣體的禁帶最寬，導(dǎo)電性能最差。而半導(dǎo)體的禁帶相對來說比較窄，所以其導(dǎo)電性跟導(dǎo)體相比下較差，跟絕緣體相比較好。用于半導(dǎo)體探測器中的半導(dǎo)體材料的性能如下表: 材料原子序數(shù)介電常數(shù)密度(g/cm3)禁帶寬度（ev）平均電離能（ev）少數(shù)載流子壽命（us）俘獲長度（mm）遷移率電子空穴Ge3215.75.330.665（300k）0.74（77K）2.80（300K）2.96（77K）10310339001900Si1411.72.331.16(77K)1.12(300K)3.76（300K）3.62（77K）1031031350480CdTe48,521.

33、454.46611000100GaAs31,3312.55.301.454.350.1185001000HgI280,538.83.202.134.32511004 不含任何雜質(zhì)的理想的半導(dǎo)體在沒有外界的作用下，由于熱激發(fā)作用下，導(dǎo)帶中會產(chǎn)生電子而滿帶中會產(chǎn)生空穴，其中所產(chǎn)生的電子的數(shù)目嚴(yán)格等于所產(chǎn)生的空穴的數(shù)目，這樣子的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。當(dāng)半導(dǎo)體受到外界的作用時，如加熱，光照，輻射等作用下，滿帶中的電子就會獲得能量從滿帶激發(fā)穿越禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，這些電子就跟自由電子一樣，可以參與導(dǎo)電，這樣就稱為電子型導(dǎo)電。因為滿帶中的電子受到了激發(fā)進(jìn)入了導(dǎo)帶，滿帶中失去電子留下了空穴，這些空穴又很容易被相鄰

34、的電子所占據(jù)，電子的失去代表著又一個新的空穴的產(chǎn)生，這樣子的效應(yīng)一個接著一個發(fā)生在原子當(dāng)中，產(chǎn)生的空穴就好像在移動，這樣子空穴的移動也是電荷的定向移動，這就是(jish)所謂的空穴型導(dǎo)電。電子與空穴都被稱為載流子，僅僅由熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子被稱為本征載流子。因為在本證半導(dǎo)體中電子與空穴的數(shù)量不多，這導(dǎo)致了本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能較差，即使在受到一些外界作用因數(shù)下也不能算強(qiáng)，這樣子的半導(dǎo)體不能很好地適用于我們的半導(dǎo)體探測中。因此(ync)我們?yōu)榱耸拱雽?dǎo)體的導(dǎo)電性能增加，會在半導(dǎo)體當(dāng)中加入一定量的三價或者五價雜質(zhì)，從而產(chǎn)生電子型半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體）或者空穴型半導(dǎo)體（P型半導(dǎo)體）。就是因為這些少量的雜質(zhì)的

35、加入，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能得到本質(zhì)性的改變，使其導(dǎo)電性能得到大幅的增加。通常來說，P型半導(dǎo)體所加入的雜質(zhì)為五價的磷，而N型半導(dǎo)體加入的雜質(zhì)為三價的硼。半導(dǎo)體中所加入五價的磷，會為半導(dǎo)體的導(dǎo)電貢獻(xiàn)電子，這些雜質(zhì)稱之為“施主(shzh)雜質(zhì)”，而半導(dǎo)體當(dāng)中加入三價的硼，硼會接受滿帶的電子而留下空穴，這些雜質(zhì)稱之為“受主雜質(zhì)”。對于這些加入了雜質(zhì)的半導(dǎo)體，除了本征的電子-空穴對外，還有施主雜質(zhì)提供的電子和受主雜質(zhì)提供的空穴，因此，電子與空穴之間的濃度不再相等，而且相差很大。雖然這些加入的雜質(zhì)的含量不高，但是它的能隙很小，也就是說只需很小的能量就可以產(chǎn)生大量的電子和空穴，也就是說雜質(zhì)所提供的載流子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多

36、于本征載流子，所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力得到了大幅度的加強(qiáng)。有了以上的這些基礎(chǔ)知識，這就對下面的半導(dǎo)體探測器的基本工作原理的介紹，提供了很大的理論方便依據(jù)了。半導(dǎo)體探測器的工作原理類似于一般的氣體電離室探測器。但是由于半導(dǎo)體探測器的靈敏區(qū)不是氣體探測器的氣體，而是摻入了一定雜質(zhì)的半導(dǎo)體，根據(jù)半導(dǎo)體的粒子排列比氣體的粒子排列緊密得多，也就是當(dāng)輻射粒子進(jìn)入到半導(dǎo)體介質(zhì)中，遇到半導(dǎo)體粒子的幾率比在氣體中遇到氣體粒子的幾率大得多，所以與輻射粒子相互作用的幾率也大大增加。在氣體中，通過30eV的平均電離能才能產(chǎn)生一個電子-空穴對，而在半導(dǎo)體中就僅僅只需消耗3ev的能量就能產(chǎn)生一個電子-空穴對，相比之下，半導(dǎo)體

37、中產(chǎn)生一個電子空穴對所用的能量比氣體中產(chǎn)生一個電子空穴對所用的能量少了一個數(shù)量級，這也是半導(dǎo)體探測器的能量分辨率能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體探測器的其中基本原理了。同時，如果一輻射例子(l zi)的能量為E，其能量完全損失在半導(dǎo)體探測器的探測介質(zhì)內(nèi)，所產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目為： (3-1) 半導(dǎo)體探測器在工作時，還需要在探測器外加一電壓，電壓的方向使半導(dǎo)體探測器得到反向偏置，所以這電壓也叫反向偏壓。加入了反向偏壓，半導(dǎo)體當(dāng)中就存在了一定量的電場。當(dāng)沒有輻射粒子進(jìn)入探測介質(zhì)并與其作用時，由于電阻較大，漏電流很小。但是當(dāng)需被探測的輻射粒子進(jìn)入到探測器的靈敏區(qū)時，輻射粒子與探測器中的探測介質(zhì)發(fā)生相互作用，輻射粒子

38、的能量發(fā)生虧損(ku sn)，介質(zhì)內(nèi)就形成電子-空穴對，在外電場的作用下，電子和空穴分別向兩電極發(fā)生漂移運(yùn)動，從而在電極上面產(chǎn)生感應(yīng)電荷，電荷在電容C的作用下形成電壓脈沖，也就是探測器所探測到輻射粒子從而產(chǎn)生輸出信號了。這就是半導(dǎo)體探測器的基本工作原理。 當(dāng)然，半導(dǎo)體探測器的能進(jìn)行正常工作也是必須滿足一定的條件(tiojin)的，要使探測器正常工作，必須滿足一下幾個條件的：探測介質(zhì)本身必須有較高的電阻率，因為(yn wi)這樣子在沒有外界探測粒子進(jìn)入探測介質(zhì)并外加反向偏壓，在強(qiáng)電場的作用下，漏電流比較小。當(dāng)有輻射粒子進(jìn)入探測介質(zhì)中并與其發(fā)生相互作用后，產(chǎn)生的電流與漏電流相差較大，這就增大了探測

39、器的探測靈敏度探測介質(zhì)必須有足夠長的載流子漂移長度，以便載流子能成功通過靈敏區(qū)達(dá)到電極產(chǎn)生(chnshng)感應(yīng)電荷而不會在期間發(fā)生復(fù)合與俘獲。3.2高純鍺探測器的基本原理 高純鍺探測器，也稱之為HPGe探測器，它能對射線和X射線進(jìn)行探測。HPGe探測器跟一般的半導(dǎo)體探測器的工作原理基本相同，簡單來說，當(dāng)帶電粒子或者其他核輻射進(jìn)入到探測介質(zhì)后，它們的能量有所虧損，進(jìn)而形成電子-空穴對。這些產(chǎn)生的電子空穴對在反向偏壓產(chǎn)生的電場的作用下，分別漂移向半導(dǎo)體兩端的電極，產(chǎn)生感應(yīng)電荷。這些感應(yīng)電荷通過外電路的處理形成電壓脈沖，這些電壓脈沖的輸出也就是其輸出信號了6 。HPGe探測器就相當(dāng)于加了反向偏壓的

40、巨大二極管，HPGe探測器的等效電路圖如下圖： 圖3.1 HPGe探測器的等效電路圖HPGe探測(tnc)器根據(jù)探測介質(zhì)的不同可以分為P型和N型，而根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同又可以分為平面型、雙端同軸和單端同軸。平面型的高純鍺探測器一般能對中高能的帶電粒子和300600KeV的X射線和低能射線進(jìn)行探測，因為平面型探測器的靈敏(ln mn)區(qū)的厚度為1mm5mm之間，所以對射線的探測(tnc)，就不夠了。因此，經(jīng)過研究，制作成了同軸型的高純鍺探測器。同軸型的探測器的靈敏區(qū)能做到400cm3，就可以對能量低于10MeV的射線進(jìn)行探測了。又因為單向同軸型能避免前表面漏電這一復(fù)雜問題，所以一般的高純鍺探測器生

41、產(chǎn)廠家，大多都是生產(chǎn)P型單向同軸型高純鍺探測器，本文也主要對這種探測器進(jìn)行模擬和研究。下圖為P型單向同軸型探測器的幾何形狀示意圖： 圖3.2 P型單向同軸型探測器集合形狀示意圖3.3探測效率的意義一個探測器的好與不好，一般需要根據(jù)兩個重要的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，這兩個技術(shù)參數(shù)指標(biāo)分別為探測器的能量分辨率和探測器的探測效率。而探測效率，一般來說，對于不同的探測目的有不同的理解?？偟膩碚f分為兩大類：源的探測效率和本征探測效率。源的探測效率的定義為: 7 (3-2)從定義來看，源的探測效率為記錄數(shù)與發(fā)射數(shù)的比值，也就是說，探測效率受到了射線在發(fā)射源到探測面之間的路程的一些干預(yù)因數(shù)的影響，同時，也與探測器的接

42、受面大小，接收面和源點(diǎn)之間的夾角的關(guān)系的影響。通常(tngchng)我們?yōu)榱吮ＷC科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，為了更加好地對探測器的性能進(jìn)行的研究，我們需要本征探測效率。本征探測效率的定義為： (3-3)從定義看，本征探測效率跟源探測效率比，本征探測效率就不受發(fā)射(fsh)源跟探測器的幾何關(guān)系影響了，因此，也更有嚴(yán)謹(jǐn)性。同時，根據(jù)探測的記錄事件的性質(zhì)的不同進(jìn)行分類，探測效率也可以分為總效率和峰探測效率?？傂蕮Q而言之就是探測器輸出的全部脈沖，但是這常常存在著噪聲和干擾，而這些噪聲和干擾常常會給我們(w men)的實驗帶來不小的誤差，因此我們在測量射線的探測效率，我們常常只記錄全能峰對應(yīng)的計數(shù)，這樣子不但方便了

43、探測，也可以較好地去除在探測期間周圍事物所引起的噪聲的干擾。峰探測效率也可以分為源峰探測效率和本征峰探測效率，他們的定義分別為： (3-4) (3-5)我們所研究的高純鍺探測器具有良好的能量分辨率，并且射線的全能峰也非常尖銳，十分清晰，也就是說，就算當(dāng)同時有很多不同組的射線射入時，它們的全能峰也能很清晰地分辨，分成獨(dú)立的一道道，然后峰面積也比較好求，這為我們的探測器探測效率的研究計算提供了巨大的方便，因此，我們在下文的探測器探測效率研究和MCNP建模模擬時，我們所用的是源峰探測效率。4 MCNP的基礎(chǔ)(jch)4.1MCNP的基礎(chǔ)(jch)MCNP(Monte Carlo N Particle

44、 Transport Code)是由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LosAlamos National Laboratory)開發(fā)的基于蒙特卡羅方法的用于計算(j sun)三維復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的中子、光子、電子或者耦合中子/光子/電子輸運(yùn)問題的通用軟件包，也具有計算核臨界系統(tǒng)（包括次臨界和超臨界系統(tǒng)）本征值問題的能力。該軟件包通過FORTRAN語言編程實現(xiàn)。8MCNP目前可用于計算與電子、光子和電子相關(guān)的物理運(yùn)輸問題，在探測器的制作、探測器的探測效率的模擬、反應(yīng)堆的設(shè)計、核武器的研制以及醫(yī)學(xué)保健物理方面都有很廣方面的應(yīng)用。MCNP所用到的基本方法是蒙特卡羅方法，簡單來說，就是將一個事件通過蒙特卡羅

45、思想變成某個事情發(fā)生的概率，然后通過特定的實驗，求出這個事情的某一隨機(jī)事件所發(fā)生的概率，或者得到這個隨機(jī)事件的一些數(shù)學(xué)特征，然后將問題解決。蒙特卡羅解決問題時主要通過三個步驟：通過思想構(gòu)造和描述某個概率的過程，這也是將一些沒有隨機(jī)概率的問題轉(zhuǎn)變成具有隨機(jī)概率的問題從構(gòu)建出的概率模型中進(jìn)行概率分布抽樣，也就是通常所說的進(jìn)行“模擬實驗”，通過模擬實驗產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，這些隨機(jī)數(shù)也是完成我們蒙特卡羅實驗的基本工具建立各種估計量進(jìn)行模擬，也就是我們確立了模型后，也進(jìn)行了抽樣實驗，最后要確立一個隨機(jī)變量，作為問題的解?？偫▉碚f，MCNP是一種功能廣泛、連續(xù)能量、通用幾何、時間相關(guān)、耦合中子、光子、電子運(yùn)輸?shù)拿?/p>

46、特卡羅方法系統(tǒng)。4.2 MCNP的程序結(jié)構(gòu)運(yùn)行MCNP的程序結(jié)構(gòu)一般分為三大模塊，分別為輸入inp模塊，運(yùn)行模塊、還有運(yùn)行結(jié)束后的輸出模塊。運(yùn)行模塊中還包含材料說明截面庫等東西。其中，MCNP的輸入inp模塊為基礎(chǔ)模塊，也是我們需要通過MCNP的運(yùn)行來解決問題所輸入的數(shù)據(jù)，簡單來說，就是我們所建立的這個模型，通過我們對程序語言的編寫，對模型的結(jié)構(gòu)，大小，材料，所使用的放射源的種類，放射源的能量還有對計數(shù)柵源的描述和參與模擬的粒子數(shù)等方面的描述，對于輸入文件inp的編寫，可類似于我們運(yùn)用Mat lab，c+等軟件的編程一說，也就是將我們所需描述的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為軟件能夠自動識別的計算機(jī)語言。而運(yùn)行模

47、塊，就是MCNP開發(fā)人員所預(yù)先編寫好的模塊，這些模塊所包含著對我們需要解決問題的運(yùn)行過程和運(yùn)行方法，這模塊包含著我們對中子、光子、電子的計算與其運(yùn)輸方式的模擬。運(yùn)行模塊也就是MCNP的核心，是能夠進(jìn)行各種模擬的保證。輸出模塊就是輸入的inp文件通過運(yùn)行模塊后，得出的結(jié)果的輸出，也就是運(yùn)行結(jié)構(gòu)，就是輸出模塊了。總體的MCNP的程序結(jié)構(gòu)運(yùn)行圖如下圖： 圖4.1 MCNP的程序結(jié)構(gòu)運(yùn)行圖5 高純鍺探測(tnc)器的MCNP模型建立與探測效率的模擬5.1MCNP模型(mxng)的建立我們實驗(shyn)模擬是以133Ba為射線放射源，放射源與探測器入射窗面的距離為15cm，求出源峰探測效率，繪出其MC

48、NP模擬實驗曲線，通過與現(xiàn)實實驗得出的源峰探測效率曲線相比較，得出結(jié)論。9本文的MCNP模型建立是以O(shè)RTEC公司所生產(chǎn)的P型單端同軸型高純鍺探測器進(jìn)行建模，其中根據(jù)探測器的使用說明書給出的數(shù)據(jù)為，晶體的直徑為46.9mm，長度為55.6mm，冷指的長度為35mm，半徑為3.01mm。探測器的結(jié)構(gòu)尺寸材料如下表，其結(jié)構(gòu)模擬圖如下。 表5.1 高純鍺探測器結(jié)構(gòu)尺寸表探測器結(jié)構(gòu)尺寸（cm）材料晶體直徑4.69Ge晶體長度5.56Ge冷指長度3.5B冷指半徑0.301BMount Cup 底座厚度0.32AlMount Cup 壁厚1.276AlMount Cup 底座與晶體之間的空氣厚度1AirA

49、l殼厚度0.127AlAl殼與Mount Cup之間空氣厚度1.3Air 圖5.1 高純鍺探測器結(jié)構(gòu)模型圖5.2 MCNP模型(mxng)建立與計算我們(w men)基于MCNP對高純鍺探測器的探測效率進(jìn)行模擬，需根據(jù)以下的步驟進(jìn)行模擬：對需要研究的高純鍺探測器的幾何模型進(jìn)行性模擬(mn)，其尺寸，結(jié)構(gòu)，材料等方面的數(shù)據(jù)以廠家給出的相應(yīng)數(shù)據(jù)為依據(jù)對射線的放射源進(jìn)行描述，包括源的定義，能量箱的描述，粒子數(shù)的描述，源與探測器探頭的空間位置的描述，還有計數(shù)柵元的描述對以上的模型轉(zhuǎn)化為MCNP語言。我們通過對MCNP的輸入文件inp的編寫，得到的MCNP模擬高純鍺探測器和放射源的幾何機(jī)構(gòu)圖如下： 圖5

50、.2 MCNP所模擬高純鍺探測器幾何結(jié)構(gòu)圖 圖5.3 MCNP模擬(mn)高純鍺探測器Px截面圖這是其在Px方向下截面下的截面圖，圖中能清楚地看到我們通過MCNP的模擬，對探測器的外殼、Mount Cup、探測介質(zhì)、冷指和死層等都得到了不錯(bcu)的模擬，并且能夠更加直觀地現(xiàn)實出探測器的單向同軸型。同時我們在源卡計數(shù)卡中使用了比較特殊的F8脈沖能量計數(shù)卡進(jìn)行探測器探測效率的模擬的計算，這也是根據(jù)與高純鍺探測器的高分辨率、射線的全能峰的尖銳性和互相干擾性較少、探測效率的計算方便而特意選取(xunq)的，其得出的數(shù)據(jù)即為探測器對射線的全能峰的源峰探測效率。5.3輸入文件inp的編寫與分析下面所給

51、出的即為我們通過MCNP的模擬，對高純鍺探測器的探測效率的模擬的輸入文件inp：reactor description based on like but trcl card *張健新*USCC Cell Cards *1 1 -2.7 (1 -2 -19):(11 -12 -19):(-19 18 2 -11) imp:p=1 $Al外殼2 2 -0.00124 (2 -3 -18):(10 -11 -18):(-18 17 3 -10) imp:p=1 $空氣3 1 -2.7 (3 -4 -17):(9 -10 -17):(-17 16 4 -9) imp:p=1 $mount cup4

52、3 -0.53 (5 -8 -16 15):(4 -5 -16) imp:p=1 $Li死層5 5 -5.32 (5 -6 -15):(-8 6 14 -15) imp:p=1 $探測(tnc)介質(zhì)Ge6 4 -2.34 (6 -7 -14):(7 -8 13 -14) imp:p=1 $B冷指7 2 -0.00124 (4 -9 -16)#4 #5 #6 imp:p=1 $空氣(kngq)8 0 -20 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 imp:p=1 9 0 20 imp:p=0C Surface Cards *1 py 02 py 0.1273 py 1.4274 py 2.70

53、35 py 2.8236 py 4.0137 py 4.01338 py 8.3839 py 9.38310 py 9.70311 py 11.00312 py 11.1313 cy 0.314 cy 0.300315 cy 2.34716 cy 2.46517 cy 3.74118 cy 5.04119 cy 5.16820 so 100MODE PSDEF POS=0 -15 0 ERG=1.408 RAD=0 C Data Cards *C Material Data Cardsm1 13027 1m2 7014 1m3 3007 1m4 5011 1 m5 32073 1F8:P, 5

54、E8 0.001 1500i 1.5NPS 10000000我們(w men)對其進(jìn)行簡單的說明如下(rxi)：6 數(shù)據(jù)(shj)的處理與分析6.1數(shù)據(jù)(shj)的處理通過MCNP對高純鍺探測器的模擬，我們(w men)通過相關(guān)參考文獻(xiàn)的翻閱對每一次模擬的放射源所發(fā)射的射線的能量進(jìn)行調(diào)整，得出以下輸出文件。每一個輸出文件分別為每一個能量的設(shè)定所對應(yīng)的輸出文件。圖6.1 所有能量的輸出文件截圖我們選取發(fā)射源所發(fā)射射線發(fā)射能量為444kev所對應(yīng)的輸出文件444.o進(jìn)行研究。 圖6.2 輸出文件(wnjin)444.o部分截圖上圖為444.o輸出文件的一部分，里面(lmin)包含著我們進(jìn)行運(yùn)算的時

55、間、對inp輸入卡的描述、輸出結(jié)果等各個方面的詳細(xì)描述。我們對輸出文件的444kev所對應(yīng)的源峰效率這一部分進(jìn)行研究。上圖即為444kev所對應(yīng)的源峰效率，因為我們在MCNP模擬當(dāng)中的柵元計數(shù)卡選取了F8特殊計數(shù)卡，這卡能直接記錄其對應(yīng)能量的所對應(yīng)的脈沖數(shù)，對我們研究探測效率提供了巨大的方便，輸出文件的數(shù)據(jù)也更加直觀。反觀其輸出文件的源峰效率部分(b fen)，它分為三列，左邊的第一列為所對應(yīng)的能量，我們要研究的是444kev，所以我們選取的能量為4.4411E-01這一組能量，中間列為其效率，為1.39510E-03，左右邊為其誤差0.0085。同理，我對其他全能(qunnng)峰所對應(yīng)的能

56、量所對應(yīng)的探測效率進(jìn)行進(jìn)一步的整理，并根據(jù)9張建芳 . 高純鍺探測(tnc)器探測效率的MCNP模擬A. 2009這一參考文獻(xiàn)所給出的射線發(fā)射源據(jù)探測器探測窗15cm處的高純鍺探測器探測效率的實驗所得的數(shù)據(jù)與我們所進(jìn)行的MCNP模擬實驗所得到(d do)探測效率進(jìn)行比較，得出下表：9 表6.1發(fā)射源到探測器距離h=15cm的實驗探測效率與模擬探測效率對比表發(fā)射源到探測器距離h=15cm的實驗探測效率與模擬探測效率能量kev80.9121.8244.7276.4303344.3356.0實驗探測效率0.002690.002670.0020.001770.001551.58E-31.37E-3模擬

57、探測效率2.854E-033.01E-032.201E-032.0494E-031.902E-031.717E-031.6699E-03能量kev444662778.9964.11112.11408.0實驗探測效率1.40E-38.99E-48.5E-47.35E-46.5E-45.31E-4模擬探測效率1.3951E-038.19100E-048.151E-047.833E-047.018E-046.027E-04根據(jù)上表，為了更加直觀地對比兩者之間的去邊，我們將數(shù)據(jù)擬合成曲線，得出發(fā)射源發(fā)射源到探測器距離h=15cm探測效率實驗與模擬對比圖：圖6.3發(fā)射源到探測器距離h=15cm的實驗探測

58、效率與模擬探測效率對比圖我們通過發(fā)射源發(fā)射源到探測器距離h=15cm探測效率實驗與模擬對比圖的觀測與擬合，我們發(fā)現(xiàn)通過MCNP的模擬所的出的探測效率與實驗所的到的探測效率所代表的曲線基本上是重合的，也就是說，通過MCNP的模擬所得出的探測效率數(shù)據(jù)與現(xiàn)實實驗數(shù)據(jù)之間的誤差是在于基本上可以接受的范圍內(nèi)。通過MCNP對高純鍺探測器探測效率的模擬是成功的。但是，我們也不能忽視，當(dāng)射線的能量強(qiáng)度為80-244kev這個低能區(qū)間段時，誤差是比較大，最大處已經(jīng)達(dá)到8%。對于一個能量分表率高，探測效率高的高性能探測器來說，存在這8%的誤差，是不被允許的，這8%的誤差直接能影響探測器的性能評定。而當(dāng)能量進(jìn)入到5

59、001408kev相對高能區(qū)的時候，實驗與模擬效率的曲線基本上重合，它們的誤差最多也僅僅為1.3%，甚至在440kev這一能量的實驗探測效率和模擬探測效率的誤差不到0.1%。這說明MCNP模擬在高能區(qū)中，得到較好的模擬。而在240440kev的能量區(qū)間，模擬出來的曲線相對平緩，更加符合理論實際，而反觀實驗的出來的數(shù)據(jù)曲線就有所曲折起伏，在這里，我認(rèn)為這與探測實驗時的現(xiàn)場環(huán)境狀況有所關(guān)系，我們在這里就不進(jìn)一步探究了，但是針對在低能區(qū)時產(chǎn)生的8%的誤差，我們需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析。6.2數(shù)據(jù)的分析和問題(wnt)的假設(shè)通過對資料的翻閱與文獻(xiàn)的參考查找，高純鍺探測器在模擬時，低能區(qū)的探測效率出現(xiàn)較

60、大的誤差(wch)的影響因數(shù)是包含很多方面的，下面我們對其提出一一的假設(shè)與分析。本文在運(yùn)用MCNP進(jìn)行高純鍺探測器的模擬的時候，探測器的尺寸構(gòu)造是根據(jù)ORTEC公司所生產(chǎn)的P型單端同軸型高純鍺探測器給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的。其死層的厚度為0.07cm，冷指的半徑為0.301cm，長度為3.5cm。但是據(jù)我們所知每一家廠商對其生產(chǎn)的產(chǎn)品的詳細(xì)數(shù)據(jù)都會有一定(ydng)的保留，而通過資料發(fā)現(xiàn)，死層和冷指的參數(shù)對探測器的探測效率是有不可忽略的影響的，特別是低能區(qū)，所以，我懷疑探測效率的模擬在低能區(qū)出現(xiàn)誤差，與死層、冷指的技術(shù)參數(shù)有一定關(guān)系，包括死層的厚度，冷指的半徑和長度，還有死層、冷指中是否摻有別的數(shù)