EGS程序光子输运模型研究进展

随着EGS在辐射物理和医学物理等众多方面的广泛应用,其物理内核被EGS开发小组所不断更新,光子的输运模型也越来越完善.本文综述了光子输运模型的进展,包括线性极化光子散射、康普顿散射中的电子约束等效应以及光子截面数据库的更新.     

LiCl溶液康普顿散射的影响因素研究

基于康普顿散射理论对LiCl溶液康普顿散射中的非相干散射衰减因子进行了分析,采用一定近似处理得出了符合LiCl溶液康普顿散射相对光子数与浓度关系的表达式,并进行了实验验证。然后立足于密度泛函理论,从微观角度对LiCl溶液的康普顿散射进行了深入分析,得到了LiCl溶液中Li+、Cl-的水合离子的电子结构,分析了电子数密度和电子受到的束缚对康普顿散射的影响。结果表明,除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度对康普顿散射相对光子数有影响外,电子数密度和电子受到的束缚也对康普顿散射相对光子数有影响。     

光子在组织等效介质中产生的次级电子能量分布研究

本文探讨了不同能量光子在组织等效物质中产生的次级电子在能量上的分布规律.依据理论分析和计算,明确了水作为组织等效材料的合理性,利用MC方法中粒子输运技术,对光子在介质中行为进行了真实模拟.通过大量模拟计算,得到了不同能量光子与介质中原子(H、O)相互作用的事件类型的比例分布情况以及在这些事件中产生的次级电子能量分布的真实情形.光子能量小于28keV时,光子与介质原子之间的作用以光电效应为主;能量为28～30keV的光子,光电效应与康普顿散射几率大致相等;能量大于30keV的光子,康普顿散射事件逐步占据主导地位,这种事件几率随光子能量的增加而增大.     

基于随机抽样的在线多普勒展宽研究

介绍了一种基于随机抽样的考虑靶核热运动的在线多普勒展宽方法,在每一个碰撞点精确展宽截面。该方法只读入零开式温度下的截面数据,不需要考虑模型材料中的温度分布,从而摆脱对专用截面加工程序的依赖。本文首先实现了基于随机抽样的多普勒展宽模块,在微观上对该算法进行验证,随后结合自主堆用蒙特卡罗程序(RMC),实现了RMC的在线多普勒展宽功能,在宏观上对该算法进行验证,证明该方法能处理核截面的温度效应。     

堆用蒙卡程序燃耗计算功能开发

堆用蒙卡程序(RMC)是由清华大学工程物理系REAL实验室自主开发的用于反应堆物理分析的中子输运蒙卡程序,本文主要介绍其燃耗计算功能的开发与验证。RMC的燃耗计算功能具有的特点:内部耦合ORIGEN,相比于外耦合方式,更加灵活和高效;使用基于能谱的单群截面统计方法,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率;采取预估修正和中点近似等多种燃耗步策略,减小大燃耗步长时的计算误差。通过计算压水堆栅元、沸水堆组件、快堆等一系列基准题和算例,验证了RMC燃耗计算的正确性和速度优势。     

闪光层析成像散射修正计算研究

利用闪光照相成像系统底片信息,通过直接法对客体线性吸收系数空间分布进行重建,需能精确得到底片直穿量的信息,为解决这一问题必需对散射量进行修正。本文通过解析法推导出精确计算X光正向输运过程中未经碰撞与只经1次碰撞到达探测器处计数的理论公式,同时通过蒙特卡罗计算程序MCNP分析不同照相客体次级散射效应特性,对次级散射量进行数值修正,并由此编制快速光子正向计算程序SAT。与MCNP程序统计结果进行数值校验,结果表明,SAT程序能精确计算X光穿过照相客体到达探测器处的直穿量、散射量及总照射量计数,且计算速度远快于MCNP程序,这为闪光层析成像图像重建迭代扣除散射提供了快速精确的散射修正工具。     

能量从10 keV到300 MeV的电子和光子在物质中若干物理参数计算程序

本工作提供一组计算程序,可计算电子的能量损失(碰撞损失、轫致辐射损失、阻止本领)及射程、电子轫致辐射光子能谱及轫致辐射光子数目分布、电子和光子的反应几率(电子轫致辐射几率、电子同电子碰撞几率;光子康普顿散射几率、核场中对生成几率)。物质组成可分为单一元素、化合物或混合物。能量范围从10 keV到300 MeV分为75个间隔。以数据表的形式给出上述诸量。结果满意。     

MCNP能峰展宽的NaI探测效率研究

本文利用光子和电子耦合输运MC程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算了NaI(T1)探测器的γ能谱,与实验测量的能谱符合较好.然后利用MCNP计算了NaI(T1)对不同能量γ射线的探测效率(峰总比),结果与实验值一致,验证了这种计算方法用于模拟NaI(T1)对γ能谱的探测效率是可行的.     

自主堆用蒙卡模拟程序RMC2.0开发(英文)

介绍了新开发的反应堆用蒙特卡罗模拟程序RMC2.0。RMC2.0具有使用连续能量点截面数据对材料进行描述并可以处理任意几何结构的系统的特点,同时程序中采用2种不同的输运算法对问题进行计算(ray-tracking方法和delta-tracking方法)。此外,RMC2.0中采用了一些新的算法对MC模拟进行了改善,如统一能量格架以及哈希表算法。文中利用RMC2.0程序对临界基准题以及一些典型的反应堆问题进行了计算,计算结果显示RMC2.0与MCNP5计算结果相符,并且在同样的计算精度下计算时间得到了节省。另外,基于信息传递接口(MPI),RMC2.0实现了相应的并行功能,并可实现较好的加速效果。     

碳同素异形体的康普顿轮廓研究

本文介绍了用康普顿散射方法研究碳同素异形体的电子动量密度分布。实验中得到了碳不同结构材料的康普顿轮廓,发现由于晶体结构、成键方式的不同,它们的核外电子动量有着较显著的区别,纳米材料的表面效应表现明显。     

康普顿成像系统角分辨影响因素的理论及模拟研究

为了对康普顿成像系统的结构设计提供参考,本文提出了一种理论与模拟计算相结合的对双层位置灵敏CZT晶体组成的康普顿成像系统散射角误差进行估算的方法,并利用该方法对康普顿成像系统散射角误差进行了研究。结果表明,对662 keV、1.33 MeV和2 MeV的入射光子,该成像系统的康普顿散射角误差分别为5.54°、4.82°和4.52°,散射角误差主要来自于探测系统位置分辨本领和能量分辨本领,探测材料多普勒效应引起的角误差相对较小。合理地限制康普顿散射角范围可有效改善成像系统角分辨能力,优化成像效果。     

中子核截面在线多普勒展宽方法研究

由中子截面多普勒展宽带来的反应性温度效应对反应堆中子学计算结果具有重要影响。基于自由气体模型和对靶核速度随机抽样的在线多普勒展宽方法,可使用0 K温度下的中子截面对给定温度的问题进行蒙特卡罗计算,摆脱对专用多普勒展宽程序的依赖。本文通过对在线多普勒展宽方法的程序实现,针对典型算例进行了验证和分析,证明了该方法能处理反应性温度效应,并对其适用性和未来发展前景进行了评价。     

核数据处理程序NECP-Atlas的开发与验证

本文开发了自主化的核数据处理程序NECP-Atlas,该程序将不同的核数据处理功能封装为不同的程序模块,可将评价核数据经过共振重构及线性化、多普勒展宽计算、不可分辨共振区处理、热中子散射计算、多群截面计算等过程,处理为WIMS-D/E格式多群数据库。采用WLUP（WIMSD library update project）基准题、国际临界安全基准题ICSBEP（international criticality safety benchmark evaluation project）等对NECP-Atlas加工产生的核数据进行验证,结果显示NECP-Atlas和NJOY-2016程序精度相当。     

多普勒展宽舍弃修正对氟盐冷却球床高温堆中子学的影响分析

超热区中子的弹性散射易受靶核热运动影响,传统的蒙特卡罗程序采用常数散射截面自由气体模型来描述超热区中子的散射过程。研究表明,忽略共振弹性散射效应所引入的误差随温度的升高而增加,而氟盐冷却球床高温堆工作在高温条件下,为减小共振区弹性散射计算误差,有必要在中子学计算中使用多普勒展宽舍弃修正方法以考虑其共振弹性散射效应。本文使用修改源码后的蒙特卡罗程序MCNP5对氟盐冷却球床高温堆栅元开展中子学计算,发现经多普勒展宽舍弃修正后的²³⁸U的中子俘获率增加,无限增殖因数减小123～1182 pcm,且无限增殖因数偏差随燃料球栅元填充率及温度的升高而增大。     

X-ray scattering in X-ray fluorescence spectra with X-ray monochromatic, polarised excitation - Modelling, experiment, and Monte-Carlo simulation

A systematic series of measurements has been carried out with monochromatic X-ray excitation with synchrotron radiation in order to check a physical model on X-ray scattering. The model has recently been successfully tested for the case of polychromatic, unpolarised excitation emitted by an X-ray tube. Our main purpose is the modelling of a physical background in X-ray fluorescence spectra, so that improved quantitative results can be achieved especially for strongly scattering specimens. The model includes single Rayleigh and Compton scattering in the specimen, the effect of bound electrons, the challenging Compton broadening and the polarisation degree. Representative specimens, measurement geometries and excitation energies have been selected with synchrotron monochromatic light at BAMline/BESSY II. Monte-Carlo simulations have been also carried out in order to evaluate the quality of the results achieved with the model.     

Similarity in Pressure Dependence among Separation Factors of Thermal Diffusion Column in Total-Reflux Operation

Research on laser Compton scattering gamma-ray-based nuclear transmutation has been carried out to identify a method of reducing the hazards of long-lifetime radioactivity of nuclear waste. To study the photonuclear reaction experimentally, a laser Compton scattering gamma-ray facility was built on a storage ring at NewSUBARU and ~17MeV gamma-ray photons were produced. An investigation on the reaction rate of radioactive iodine waste was carried out. Based on the characteristics of laser Compton scattering gamma rays, a cylindrical target was adopted for the irradiation experiment. The radioactivity of the irradiated target was measured and the transmutation reaction rate was deduced. Experimental results were close to simulation findings.     

X-ray scattering in X-ray fluorescence spectra with X-ray tube excitation - Modelling, experiment, and Monte-Carlo simulation

X-ray scattering may contribute significantly to the spectral background of X-ray fluorescence (XRF) spectra. Based on metrological measurements carried out with a scanning electron microscope (SEM) having attached a well characterised X-ray source (polychromatic X-ray tube) and a calibrated energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) the accuracy of a physical model for X-ray scattering is systematically evaluated for representative samples. The knowledge of the X-ray spectrometer efficiency, but also of the spectrometer response functions makes it possible to define a physical spectral background of XRF spectra. Background subtraction relying on purely mathematical procedures is state-of-the-art. The results produced by the analytical model are at least as reliable as those obtained by Monte-Carlo simulations, even without considering the very challenging contribution of multiple scattering. Special attention has been paid to Compton broadening. Relevant applications of the implementation of the analytical model presented in this paper are the prediction of the limits of detection for particular cases or the determination of the transmission of X-ray polycapillary lenses.     

Efficient modeling of Compton diode gamma radiation detectors

The CEPXS/ONELD code package proved to be significantly more efficient than electron Monte Carlo for computing spherical Compton diode response to gamma irradiation. The authors review the mechanism responsible for the production of electric currents in Compton diodes, describe the calculation method, and present results for a few representative Compton diodes. The adjoint capability of CEPXS/ONELD allows the complete energy-angle response of a Compton diode to be determined with a single transport calculation. The calculated results compare well with measurement for energies between 0.5 MeV and 4.4 MeV. Because the calculations are so fast, many potential Compton diode designs with different dimensions and materials can be modeled, and the best design chosen for production     

压水堆各向异性散射的输运修正方法研究

压水堆燃料组件中子输运计算为堆芯扩散计算提供均匀化群常数,所以如何在考虑中子各向异性散射的情况下得到堆芯扩散计算所需的少群均匀化参数是值得研究的。本文推导了中子输运修正计算方法的理论模型,介绍了Inflow输运修正计算方法的数值求解过程,在Bamboo-Lattice程序中进行了程序实现,并采用基准题算例对各种输运修正计算方法进行了对比分析。结果表明:各种输运修正计算方法中,Inflow输运修正方法在保证计算效率的前提下能得到更高的计算精度。     

在MCNP中考虑共振弹性散射的修正方法

蒙特卡罗方法采用自由气体模型来考虑中子与靶核的弹性碰撞中的热效应。传统的模型假设绝对零度下的弹性散射截面是常数,忽略了截面的共振效应所带来的影响。为在自由气体模型中考虑共振弹性散射效应,采用多普勒展宽舍弃修正方法,修正了连续能量蒙特卡罗程序MCNP的自由气体模型,并对Mosteller轻水堆多普勒基准题进行了分析。数值结果表明：对于轻水堆,在热态零功率的情况下,忽略共振弹性散射会高估燃料棒的无限介质增殖因数（k_∞）40～100 pcm,热态满功率下高估140～200 pcm;忽略共振弹性散射给燃料温度系数带来7%～15%正的偏差。同时分析了新的抽样方法对计算时间的影响,以及共振弹性散射效应对中子出射能量分布的影响。