基于X荧光涂层厚度测量的Geant4模拟

Geant4以其快速,方便,灵活的特点在核技术研究中得到了广泛的应用。本文通过利用Geant4,对基于X荧光涂层厚度测量方法,主要对激发源的优化设计、探测器放置的位置对探测效率的影响、涂层厚度测量的范围等问题进行了研究,得到:不同基底金属的特征X射线强度随涂层厚度变化的关系,本套实验系统中X荧光的空间几何分布和最佳的探测器放置位置,不同能量及不同入射方向的源射线对X荧光激发效率的影响。为进一步优化测量系统提供了理论依据。     

基于Geant4的射线探测仿真并行化研究

Geant4是一个用于粒子物理的大型蒙特卡罗仿真计算机模拟工具包.Geant4的并行化对于提高仿真效率具有重要意义.采用ParGeant4在Event层次上实现了射线探测器的并行化仿真,在多核处理器单机和PC集群上考察了并行化对计算效率的影响,并记录其运行时间与对应的串行算法仿真进行了比较.结果表明,采用ParGean...     

SRAM单元中子单粒子翻转效应的Geant4模拟

应用Geant4工具,构造了不同特征尺寸的SRAM单元几何模型及单粒子翻转截面计算模型,分析了敏感体积和临界电荷对低能中子单粒子翻转效应的影响趋势,计算了反应堆裂变中子谱辐射环境下,不同特征尺寸SRAM的中子单粒子翻转截面,认为小尺寸SRAM器件的低能中子单粒子翻转效应更为严重。     

使用Geant4模拟CAPture电极CdZnTe探测器对γ射线的响应

采用CAPture电极CdZnTe探测器获取X射线注量谱,为建立ISO 4037-1：1996标准以外的参考辐射和计算辐射场特殊剂量物理量的约定真值提供基础。CdZnTe探测器的主要缺点是由于空穴迁移率寿命积过小,导致电荷收集不完全,全能峰左侧出现低能尾。CAPture电极CdZnTe探测器采用扩展阴极降低阴极附近区域的电场强度,弱化空穴输运对电荷收集效率的影响,实现对低能尾的抑制。但由于探测器内的电场不再均匀,电荷收集效率无法用Hecht方程计算。本文根据Shockley-Ramo原理建立了CAPture电极CdZnTe探测器电荷收集效率计算公式,用有限元分析软件模拟了探测器内的电场分布。进而用Geant4软件开展了蒙特卡罗仿真计算,确定了载流子迁移率寿命积,并取得了与实测结果基本一致的脉冲幅度谱,为建立探测器的响应矩阵奠定了基础。     

基于Geant 4的快中子多重性基体效应模拟研究

为进一步降低快中子多重性计数中基体效应对测量结果的影响,使用Geant4仿真工具箱模拟搭建探测系统,通过多种材料的基体效应进行模拟分析,对有容器的快中子多重性测量结果进行修正,获得更加准确可靠的测量结果。实验结果表明:快中子多重性测量中,使用Geant4的模拟值与实验值能较好吻合,该模拟程序可通过修正基体效应减小计算误差。     

西门子加速器射束特点的Geant4模拟研究

利用Geant4程序包编程构建SIEMENS直线加速器机头结构,模拟产生6MV-X射线的电子打靶及后续粒子输运过程,通过与测量数据对比,在保证模型构建合理的基础上,获取常用射野平面粒子出射信息并分析所得相空间文件,得到光子和电子的平均能量、能谱分布、粒子注量分布、能量注量分布及角分布等信息。结果表明：出射光子平均能量要高于电子;光子和电子能谱呈连续分布;出射电子粒子注量与光子相差两个数量级以上;射野内光子的粒子注量和能量注量分布较均匀,电子则波动很大;射野外光子粒子注量和能量注量均迅速下降,电子的变化趋势不太明显;出射光子角分布主要集中在与中心轴成10°范围内,电子角分布范围则较大。     

屏蔽电缆X射线辐照非线性效应模拟

本文分析了X射线辐照电缆的物理过程,建立了电缆介质层辐射感应电导率(RIC)和间隙效应计算模型,采用有限元方法模拟了电缆X射线辐照非线性效应,给出了诺顿等效电流源(NCD)的非线性响应规律。模拟结果表明,仅考虑RIC效应时,随着X射线注量的增加,NCD幅度存在明显的饱和现象,波形宽度逐渐变窄;仅考虑间隙效应时,NCD幅度近似正比于间隙宽度;当同时考虑两种效应时,间隙效应将会大幅抵消RIC对NCD的影响。因此,在预估核爆环境下屏蔽电缆的X射线辐照响应时,需综合考虑RIC和间隙非线性效应的影响。     

利用Geant4模拟研究中子在半导体中引发的单粒子翻转效应

静态随机存储器在反应堆中子辐射环境中会发生单粒子翻转(Single event upset,SEU)。钨和铜等重金属作为局部互联,在半导体中已得到广泛应用,这些重金属对中子在半导体中的单粒子翻转截面会产生影响。不同条件下单粒子翻转截面与临界能量的关系可作为器件设计和使用时的参考,利用Geant4对特定中子能谱在CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)器件中的能量沉积进行模拟,给出特定能谱下翻转截面σ与临界能量Ec的关系:σ=exp[-18.7×Ec-32.3],其中能量单位为Me V,截面单位为cm2。并且模拟了1-14 Me V的单能中子在含有互联金属钨及不含钨的CMOS中的沉积能量及单粒子翻转截面,得出在1-14 Me V内单粒子翻转截面随中子能量而增大,且钨的存在会增加α粒子的产额,从而增大了1-3 Me V中子的单粒子翻转截面,而对4-14 Me V中子基本不会产生影响。     

Geant4在中子辐射效应中的应用

中子辐射效应是半导体器件在辐射环境中损伤的重要因素。本文建立了中子在半导体材料中的电离和非电离能量沉积、原子空位密度的Geant4模拟方法。电离能量沉积可用于分析电离总剂量效应,非电离能量沉积可用于分析位移损伤效应。电离kerma因子的模拟结果定量解释了中子辐照在CMOS工艺单片机中引起的电离增强效应。通过原子空位密度计算了中子引入的附加陷阱密度,分析了位移损伤对电离效应的增强作用。实验和模拟结果表明,中子的电离能量沉积加剧了CMOS工艺单片机的退化。     

Geant4模拟1.6GeV质子的输运过程

高能质子具有较强的穿透能力,可以透射物体形成图像。为了理清质子透射物体的物理过程,通过Geant4蒙特卡洛软件模拟了1.6 GeV能量的质子在材料中的输运过程。通过设置模拟程序中的物理模型,对质子与物质的四种相互作用分别进行了模拟计算。计算结果表明,个数衰减、能量损失和散射角分布都可以反映被检测物体的面密度和材料组分的信息。     

高功率离子束模拟材料的X射线热-力学效应研究

主要介绍了利用高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线对材料的热—力学效应(thermal—mechanical effects)的初步研究结果。计算了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束(质子束)和1keV黑体辐射X射线在材料中的能量沉积剖面，计算结果表明二者的能量沉积范围和剖面变化趋势基本一致。给出了利用“闪光二号”加速器高功率离子束辐照不同材料样品的初步实验结果。所辐照的样品表面镀层被剥离掉，Cu和Al样品表面有明显的熔融痕迹，样品的质量损失约几十毫克，3mm厚的石墨样品碎裂成数块，1mm厚的Al靶形变达到6mm。实测的5mm厚硬Al靶背面应力波峰值约35MPa。因而可以利用“闪光二号”加速器产生的高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线的热—力学效应。     

X射线对金硅界面剂量增强效应的模拟研究

本文以光子与物质的相互作用机制为基础,论述了剂量增强效应的基本原理。用蒙特卡罗方法研究了金和硅交界时X射线入射产生的剂量梯度分布,通过MCNP5程序建立了一个三维的金硅界面结构模型,计算了不同厚度的金在金硅界面的剂量增强因子。计算结果表明:当X射线为30–300 keV时,界面附近硅一侧存在较大的剂量增强效应。金的厚度影响界面附近的剂量增强效果,当金的厚度为0–10 m时,剂量增强因子随金的厚度增大;当金的厚度超过10 m后,剂量增强因子随金厚度的增加而减少。     

运用Geant4模拟闪烁光纤辐照效率与光纤长度及射线能量的关系

利用Geant4系统对闪烁光纤中的γ粒子进行跟踪,模拟粒子与光纤的相互作用,给出粒子径迹,并计算出在闪烁光纤中的能量沉积,从而得到能量沉积效率与光纤长度及射线能量的关系,此工作对研究闪烁光纤的性质以及利用闪烁光纤进行实时成像有着重大的意义。     

直流X射线模拟电缆X射线响应的可行性

本文对电缆X射线辐照响应的机理和模拟方法进行了研究,分析了电缆直流和脉冲X射线辐照响应的异同。建立了带状电缆X射线辐照响应一维计算模型,该模型包含电缆屏蔽层和介质层间隙、介质层瞬态辐射感应电导率等计算模型,模拟了带状电缆直流和脉冲X射线辐照电流响应。模拟结果表明,在X射线注量相同的条件下,电缆直流和方波脉冲X射线响应具有类似的波形特征及相同的间隙电压。因此,在该计算模型描述的电缆X射线辐照响应机制下,可利用直流X射线开展相应的脉冲X射线辐照响应机制模拟。     

高能X射线探测器射线串扰模拟研究

探测器的串扰噪声会对探测器的信噪比以及高能工业CT的图像质量产生很大的影响。本文利用EGSnrc程序模拟估算了CdWO4探测器模块的串扰噪声,并初步分析比较了影响探测器模块串扰噪声的各种因素。对在实际中选用和设计探测器模块有一定的指导意义,同时为利用软件修正探测器串扰噪声提供了理论计算参数。     

Geant4自动建模方法研究

Geant4是一种应用广泛的蒙特卡罗程序包,其计算模型可以用几何描述标记语言(GDML)描述,然而依赖手工建模耗时且容易出错。本文提出一种基于计算机辅助设计(CAD)的Geant4自动建模方法,该方法能够把复杂的CAD几何模型自动转换为Geant4支持的GDML格式几何模型。基于多物理耦合自动建模软件平台MCAM进行了该方法的研究,通过包括聚变反应堆模型FDS-Ⅱ在内的测试例题的测试与校验,初步验证其正确性和有效性。     

基于Geant4-DNA工具包的单能电子微剂量学模拟研究

应用Geant4－DNA工具包分析和评估了不同物理过程影响因素对低能电子在液态水中的影响,为建立放射治疗与辐射防护所关心的微剂量学基本数据库提供理论支撑。在最新版本的Geant4中,Geant4-DNA工具包中共有7个物理模型可模拟电子在液态水中的输运。根据不同模型的特点,本文选择其中5个适用的模型来模拟单能入射电子(0.1～20 keV)在液态水中的输运过程;比较各模型记录的径迹结构具体信息,包括相互作用过程总次数、电离和激发次数及相应沉积能量占比等;分析Geant4-DNA选项模型、抽样位点小球半径及相互作用过程等因素对线能均值的影响。模拟结果显示:“option0”与“option2” 之间、“option4”与“option5”之间的模拟结果基本吻合;由于各个模型相互作用截面的不同,“option2”、“option4”和“option6”的径迹信息及线能均值均存在差异;模型对线能均值的影响随着抽样位点小球半径的增大而减小。本工作通过设置不同输运控制条件较全面地比较了Geant4-DNA工具包中的不同选项模型,对用户根据需要选择合适的模型模拟单能电子有帮助和指导作用,为完善电子在液态水中的微剂量学数据库并用于评估电离辐射在微观尺度的生物学效应提供依据。     

X射线能谱过滤的MC模拟研究

能量低于300 keV且能谱简单的稳定放射性核素较少,作为替代,利用X射线机产生X射线,并经过不同厚度的材料的过滤,可以得到用于对辐射防护仪器进行校准和确定其能量响应和角响应的一系列规定辐射质的参考辐射。由于材料的质量衰减系数与X射线在物质中各种作用过程有关,并强烈的依赖于光子的能量,基于这一物理现象,可以通过X射线在物质中的衰减规律,计算产生规定辐射质的过滤材料的厚度。针对过滤材料的厚度这一问题,本文运用Geant4程序模拟了不同能量的电子打靶,统计韧致辐射的X射线,以获得计算所需X射线能谱,再由文中滤片厚度计算方法,计算产生规定辐射质过滤材料的厚度。模拟计算的结果显示,过滤后的X射线能谱能够很好的满足标准要求,从而验证了能谱过滤的理论计算的合理性。     

滤波差分法测量软X光谱

研究了一种测量激光等离子体发射软 X 光谱强度的新方法——滤波差分法。文中介绍了滤波差分法基本原理,给出了滤波差分对的理论计算结果及实验测量结果,并用此方法获得软 X 光谱的绝对强度,最后对测量光谱强度的误差进行分析和估算。滤波差分法建立在以往滤波法测量软 X 光能谱的基础上,利用软 X 光能谱仪(Dante 谱仪) 的十个探测道,采取滤波差分法构成两两配对的五个差分对。设计匹配差分对,使其上下 K 边或 L 边之外的能响互相抵消,从而使差分对切割能谱,能基本消除高能尾部对所测能区的贡献,提高能谱测试系统的单色性,提高能谱的反演精度,从而建立滤波差分法测量软 X光谱的系统。     

MCNP与Geant4模拟元素测井PGNAA准确性评价

针对MCNP5和Geant4两款MC软件在元素测井中的应用,建立造岩元素Al、Ca、Fe、H、O、K、Mg、Na、Si的单元素PGNAA模拟模型,评价了两款软件中子活化模拟准确性,结果表明MCNP5软件模拟结果同IAEA截面库的数据更为接近;通过对比MCNP5和Geant4模拟快中子激发γ能谱的差异,表明了MCNP5与Geant4在造岩元素的快中子激发γ射线模拟研究中,二者存在较大差异,为今后元素测井的研究提供参考依据。