多放射源3D搜寻定位系统设计与模拟

为实现对多个放射源的搜寻定位,设计了用于确定放射源坐标的探测系统。探测系统基于方位角测量,用Na I探测器辨别γ放射源的方向。利用MCNP软件进行多放射源搜寻定位模拟实验,结果表明探测系统能够在多个放射源形成的辐射场中实现对放射源的搜寻并确定其空间坐标,且坐标偏差较小。探测系统可用于搜寻丢失的γ放射源并尽快确定其空间坐标。     

PGNAA探测器屏蔽装置的MC模拟

通过MCNP程序建立模拟模型,对PGNAA探测中子、低能γ屏蔽装置进行模拟,确定了PGNAA探测器最佳的屏蔽材料为0.3 mm的B4C。以此为依据对探测器屏蔽装置结构进行了优化设计,为实际设计提供参考。     

NaI探测器搜寻γ源定位准直器模拟设计

为尽快搜寻丢失的γ放射源,模拟设计了用NaI探测器确定γ源方位的铅准直定位装置。设计针对铅准直NaI探测器,运用MCNP软件模拟定位γ源。模拟结果表明,设计的铅准直NaI探测器能够识别γ射线的方向,且角度分辨率高,放射源模拟定位的偏差小,在多个放射源形成的辐射场中能对各个放射源进行定位。     

可控中子源中子-伽马测井仪中屏蔽结构的优化

本文设计了一种使用遗传算法调用蒙特卡罗计算软件MCNP的方案,用以优化设计中子-伽马测井仪中的屏蔽结构。以D-D聚变中子源和BGO探测器为研究对象,以最小化探测器内的辐照本底为优化目标,设计出了3种不同厚度的屏蔽结构。模拟结果表明,这些屏蔽结构具有优异的屏蔽性能,可有效地降低探测器中的辐射本底。     

Si-PIN型X射线探测器灵敏度的MC模拟

在能量色散X荧光仪设计过程中,探测器的尺寸、系统几何结构和目标元素等都涉及到探测器灵敏度的问题。论文从玻尔兹曼方程及电子输运Spencer-Lewis方程入手推导探测器灵敏度的理论计算公式,基于MCNP5模拟平台研究Si-PIN型探测器灵敏度变化规律。研究发现:Si-PIN型探测器灵敏度随探测器灵敏材料厚度的增加呈指数增长;随入射射线能量增加,其规律与探测效率曲线相同;当探测器与样品间的距离小于100 mm时,距离对探测器灵敏度的影响可以忽略。     

矿石品位仪的测量结构优化

为实现矿石品位仪的结构优化,利用蒙特卡罗（MCNP）软件,构建几何模型,模拟伽马射线在矿石品位仪系统内的输运过程。比较两种伽马放射源^60Co和^226Ra的测量效果差异,并分析了放射源与伽马探测器安装位置对测量效果的影响。结果表明,提高矿石品位仪测量效果的有效手段主要有：采用^226Ra放射源取代^60Co放射源;减小探测器与放射源距离;放射源与物料的距离调整为约30cm。     

康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建

模拟构建了双层康普顿相机,利用康普顿散射原理,获取γ光子在两层探测器发生散射前后沉积的能量和位置信息,通过一定算法进行图像重建,获得放射源位置信息。该相机具有灵敏度高、体积小、应用范围广等优点。通过蒙特卡罗方法模拟了具有双层条状结构位置灵敏探测器(散射探测器、吸收探测器)组成的康普顿相机,其两层探测器分别由Si和Ge材料构成。利用反投影图像重建算法实现了放射源图像重建,当单点源与探测器距离为40 mm时,成像的效率为0.38%,位置分辨率达到8.0 mm,角分辨率达到3°。对于不同位置和不同个数点源的情况下,检验了反投影重建算法在康普顿相机放射源空间重建中的效果。     

NaI(Tl)探测器的源几何特性对峰总比影响模拟研究

利用蒙特卡罗工具Geant4模拟了~(137)Cs和~(60)Co这两种放射源的几何形状以及探测距离这两个因素对γ射线在NaI(Tl)闪烁体探测器内能量沉积的影响。研究结果表明,当放射源的几何形状不一样时,不同的核素在峰总比达到最大时的探测距离不一样,模拟结果为放射性测量提供了参考。     

基于三角圆筒铅屏蔽NaI探测器的放射源定位研究

随着放射源和放射装置的广泛应用,放射源事故的发生概率不断增大。因此,一旦发现放射源丢失,如何尽快将其定位并安全找回尤为重要。本文设计了一种三角圆筒铅屏蔽的NaI探测器,用于放射源的定位探测。实验研究了测量时间、铅屏蔽厚度、源与探测器间距、伽马射线能量等因素对放射源定位的影响。结果表明:对于137 Cs源,在空气吸收剂量率≥0.028μGy/h处,定位平均角度偏差≤1.24°;对于60 Co源,在空气吸收剂量率0.4μGy/h处,测量的平均角度偏差为1.16°;对于距离约1.5 m的9.25×105 Bq 137 Cs源,定位偏差约为0.097m。     

全覆盖型动物PET系统探测器灵敏度的研究

为了提高动物PET系统探测器的灵敏度,增加探测器几何立体角的覆盖比例。在原有的Mi-cro PET系统环形探测器两端,对称添加两块中间有孔的平板探测器构成了紧密型动物PET系统。研究紧密型动物PET系统灵敏度的方法为:基于Gate程序建立系统模型,在点源、面源和体源三种类型的放射源条件下进行Monte Carlo模拟。模拟结果表明:物理结构上的改进有效地提高了探测器灵敏度,使符合事件数为传统的Micro PET的4.48倍;同时点源和面源的模拟结果说明,紧密型探测器结构使得整个探测区域空间均匀性变好,有利于数据采集和图像重建;而平板探测器中间的孔削弱了对探测器灵敏度的改善,尤其是对于放置在探测区域边缘的放射源。应用该全覆盖型结构有望进一步提高PET系统的探测灵敏度并有助于提高图像质量。     

核电厂生物屏蔽门优化研究

利用MCNP5程序构建了核电厂生物屏蔽门中子屏蔽装置,模拟了质量分数10%的含硼聚丙烯、铜、石墨、钨镍合金等材料对中子的慢化和屏蔽效果,得到不同材料在不同厚度下的粒子屏蔽效果。MCNP5程序结果表明：选取19 cm的三层复合屏蔽结构,第一层屏蔽材料选用10 cm厚的铜,第二层屏蔽材料选用5.5 cm厚的含硼聚丙烯,第三层屏蔽材料选用3.5 cm厚的铅。三层复合屏蔽结构对中子屏蔽率达到98.4%,对γ射线屏蔽率达到96.1%,可提供连续性生物屏蔽,保证电厂辐射防护安全。     

电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响

通过数值模拟和实验研究了电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响及铝、聚乙烯等不同材料对电子逃逸效应的补偿作用.数值模拟研究主要利用MCNP程序对γ射线在PIN探测器灵敏层中的能量沉积进行数值计算,得到探测器输出的脉冲幅度谱和灵敏度计算结果;实验研究利用60Co源发射的能量为1.17和1.33MeV的γ射线对不同补偿条件下的γ灵敏度进行标定.结果表明,电子逃逸效应对灵敏度存在显著影响,在探测器前设置铝、聚乙烯等补偿材料可对电子逃逸效应进行适当补偿.     

核辐射探测实验中核辐射场模拟与安全研究

本文在核辐射探测实验过程中,通过对核辐射探测实验室的辐射场进行模拟和研究,找到减轻核辐射对师生产生危害的办法。通过MCNP5软件进行实验室模型的建立、60Co空间模拟与理论值的对比、对屏蔽材料的类型及其组合方式进行模拟,找出适合的屏蔽材料组合,分析实验中放射源的辐射场剂量率及屏蔽效果。辐射剂量率随着远离放射源而逐渐减弱,在辐照时间相同的情况下,实验室两侧学生受到的辐射剂量是比较大的;单层屏蔽材料的模拟中,Pb的屏蔽效果远远好于SiO2;在3种屏蔽材料组合中,SiO2-Pb-Fe或SiO2-Fe-Pb多层屏蔽材料组合效果较好。在实验中,应尽量采用低能的放射源,增设和使用Pb或SiO2-Fe-Pb组合的屏蔽层,缩短受辐射照射时间,以降低对师生的核辐射照射伤害。     

利用MCNP模拟气体裂变产物混合源的γ剂量率

西安脉冲反应堆辐照铀靶后,抽取Kr、Xe裂变气体,通过活性炭吸附于气体源盒内。HPGe γ谱仪测量源盒内混合气体活度,塑料闪烁探测器测量γ剂量率。将源盒、塑料闪烁探测器的几何结构、材料作为蒙特卡罗程序（MCNP）输入信息,模拟塑料闪烁探测器对源盒中核素活度与其γ剂量率对应关系,结合HPGe γ谱仪所测活度得到剂量率模拟值,结果与实测值偏差小于6%。该工作说明在已知放射源空间结构、放射性核素种类和活度的情况下,采用MCNP模拟计算复杂气体放射源γ剂量率的方法是可行的。     

MCNP5模拟γ射线反散射谱的影响因素

为了研究γ射线反散射峰与散射体的物质成分、厚度、入射射线能量和几何布置之间的关系。本论文基于蒙特卡罗方法,运用MCNP5程序模拟放射源137Cs、60Co发出的γ射线经过不同厚度的石蜡、玻璃、Al、Fe、Cu和Pb散射后反散射谱的变化,所得结果与实验谱符合较好。结果显示:散射体厚度与原子序数同时增加且原子序数大约到26以后,反散射峰值才随原子序数增加而减小;探测器与放射源的距离为10 mm时,137Cs、60Co发出的γ射线经Fe、Cu散射后,Fe、Cu的厚度分别为1.6 cm和2.4cm时,铁的峰值高于铜;反散射峰值随源与探测器之间的距离增加而减小,与入射射线能量无关。试验结果对进一步开展反散射在工业,农业和医疗业的辐射屏蔽的研究有一定的指导作用。     

降低闪烁探测系统中子灵敏度的方法初探

针对脉冲辐射场高强度裂变中子测量的特点,设计了降低灵敏度的狭缝闪烁探测系统,初步研究了系统的2.5MeV中子灵敏度。实验结果表明：由狭缝屏蔽准直器和闪烁探测器组成的新型狭缝闪烁探测系统,可使传统的直照探测模式的下限灵敏度降低一个量级,拓宽了闪烁探测器在脉冲辐射场中子测量中的应用。     

基于多探测节点的放射源监测及定位方法研究

本工作针对区域性放射源定位和活度监测,提出了基于多探测器单元的方向信息和计数信息的放射源定位和活度计算方法。该方法使用多个由CsI(Tl)晶体阵列耦合H8500光电倍增管制成的单探测器单元,利用每个探测器单元上各晶体计数比实现放射源方向测量,利用多个探测器的方向信息和计数信息实现放射源的准确定位和活度测量。最后通过⁶⁸Ge放射源实验验证了上述定位和活度计算方法。实验结果表明,仅采用2个探测器单元的方向信息和计数信息,通过合理布局,即可实现放射源精确监测和定位,相对定位误差优于5%,相对活度误差优于5%。     

基于6Li+CdTe的新型中子探测器的优化设计研究

面对~3He气体资源严重短缺的国际形势,2018年基于~6Li+CdTe新型中子探测器方案被提了出来,其具备热中子探测效率高、γ灵敏度低及可与~3He气体中子探测器相比拟的特点,有很好的应用前景。本文分析~6Li+CdTe中子探测器的结构和工作原理,采用MCNP6软件对~6Li+CdTe中子探测器进行物理建模并且对其物理性能、结构参数、中子慢化体设计等进行模拟计算,并就该探测器在特殊核材料监测系统中的应用开展了探索研究。结果显示:CdTe吸收层的最佳厚度为10μm;当6层~6Li+CdTe的中子探测单元叠加时,~6Li转化层的最佳厚度为60μm,此时热中子探测效率超过50%;探测系统的尺寸达到4 m×32 cm时,可以满足特殊核物质监测的要求。整个模拟研究获得了探测器最佳工作参数以及辐射监测系统设计方案,对特殊核材料在线中子监测装置的实验研究具有指导意义。     

能量色散型X荧光分析仪光管、样品、探测器距离的蒙特卡罗优化

在EDXRF分析中,X射线荧光计数率与待测元素有密切关系.由理论可知,在能量色散型X荧光分析仪设计时,优化X光管、样品和探测器的相对几何位置对荧光计数率的改善有很大的帮助.在前期模拟的最佳角度基础上,采用MCNP程序,建立几何模型,模拟了X光管、样品和探测器之间不同距离时的X荧光计数率,得到了这三者之间的最佳距离.     

MC模拟碘化钠探测器能量响应及其优化设计

碘化钠探测器对不同能量的γ射线存在不同的能量响应,为了使其测量γ辐射剂量的准确度达到要求,需要对碘化钠探测器进行能响补偿。本项目利用MCNP软件,模拟尺寸为Φ30 mm×20mm的碘化钠晶体在不同铅屏蔽体模型下的能量响应;通过比较不同模型下能量响应的标准偏差,选出最佳铅屏蔽体的形状和尺寸。模拟得出铅屏蔽体的尺寸在4 mm厚度,小孔半径r为6.7 mm(暴露面积20%)时,碘化钠晶体的能量响应最好。通过实验验证,理论数据与实验数据基本一致。