高分辨micro-SPECT成像系统针孔准直器的优化设计

为了最大限度地减少γ射线在针孔准直器上的透射和散射效应,采用蒙特卡罗方法对单光子发射计算机断层(SPECT)成像系统使用的针孔准直器进行优化.模拟计算结果与实验测试得到的系统灵敏度和空间分辨率曲线相符,达到了高分辨小动物成像的要求.     

阵列背散射成像系统准直器设计参数的蒙特卡罗方法研究

康普顿散射成像技术对低原子序数的物质很灵敏,适宜对毒品、炸药等物品的检测。讨论了实现阵列康普顿背散射成像的技术途径,分析了准直器设计的重要性,并利用MCNP程序对准直器的材料和尺寸进行了蒙特卡罗模拟计算,得到了适合的准直器设计方案。     

γ射线扫描装置新型准直器设计

准直器是γ射线扫描装置的重要组成部分,为了拓宽其量程,设计了一种新型准直器。利用MC法模拟计算了填充介质分别为空气、水、混凝土时,不同能量γ射线在新型准直器调节下的探测效率。通过与传统方法的对比研究,发现新型准直器对不同能量γ射线的调节效果基本一致,解决了低能γ射线难以穿透屏蔽块造成某些低能核素的活度难以被准确测量的问题。研究结果表明,采用新型准直器可以将γ射线扫描装置的量程扩大4倍左右。     

高能γ光子成像针孔准直器的解析设计方法

在对高辐射环境进行射线源分布成像时,需要为γ相机设计专门的用于高能光子成像的针孔准直器。为了简化针孔准直器的设计过程,使用几个新的解析公式来描述准直器各参数与性能间的关系。首先,采用解析方法推导了更通用的有效孔径公式、角分辨率公式和几何相对效率公式;然后,与采用蒙特卡罗方法模拟计算得到的数值进行比较。结果表明,解析方法提供的计算结果在一定范围内准确可靠。因此,本工作使用的针孔准直器解析设计方法简单方便,物理图像清晰,具有一定的实用价值。     

蒙特卡罗方法选择 TGS 准直器的最佳形状

采用蒙特卡罗方法和技术，模拟ＴＧＳ连续扫描模式，对不同形状的准直器，计算了被测量废物桶中各个像素内的纵向效率的最大百分差，从中选取了棱形准直器和调整后的棱形准直器作为ＴＧＳ装置的扫描准直器。     

γ相机准直器的质量指标对比研究

对比研究γ相机准直器的3个主要质量指标对评价和检测准直器质量的价值。用同型号低能通用低能高分辨平行孔准直器4只,参照NEMA标准（1994）,分别测试各准直器的系统均匀性,同时测试系统空间分辨率及灵敏度,对测试结果进行比较和分析。结果表明,同型号准直器的系统空间分辨率与灵敏度两项指标基本接近,而均匀性指标存在较大差异（当部分准直器存在质量问题时）。其中系统积分和微分均匀性分别超过6％和3％的3只准直器被证实存在质量问题。说明系统均匀性定量和定性地反映准直器的性能,是反映准直器质量问题的最基本和最有效指标。     

支撑体对γ辐射物探测数据的影响

在对大质量高安全性要求的γ源进行辐射探测时,发现数据误差很大,不能用于定量分析。为此,基于探测器端面注量率参数理论探析了地面或支撑台对探测器数据影响的简化计算方法,采用蒙特卡罗方法分析了混凝土支撑体对粒子注量率的影响程度,研究了铅作为次级粒子吸收物质时,铅厚度和半径与注量率测量误差之间的关系。研究结果表明,在放射性材料辐射探测过程中,为减少混凝土支撑体对辐射探测数据的影响,应采用厚度不小于0.5 cm、半径不小于源高3倍的铅板作为次级粒子吸收体,可将探测数据最大误差由22%减少至15%左右,最小可接近10%,实验结果证实了该方法的有效性。     

脉冲中子测量中的准直器设计

为满足脉冲中子探测系统对辐射屏蔽的要求,在利用MCNP程序模拟计算准直孔分别为圆柱形直孔和锥形孔的屏蔽效果基础上,设计了圆柱形直孔+锥形孔的准直器结构,准直器采用铁35cm厚+聚乙烯20 cm厚+铅15 cm厚的组合材料。理论计算表明:该准直器用于反冲质子探测系统时,探测系统输出信号与干扰信号的比值大于10。     

可测气象参数的环境γ辐射连续监测仪

本文叙述一种可同时测量风速、风向的环境γ连续监测仪。它是在HGL-Ⅰ环境γ辐射连续监测仪的基础上,根据实际需要而研制成功的。该仪器以单片微机系统为主机,配以球形高气压电离室以及风速和风向传感器,对核设施区域外环境γ辐射和当时当地的风速、风向进行数据采集、显示、存储、处理和打印输出。本仪器还具有自动调零、停电后再来电可自动继续工作的功能。     

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。     

常用氡子体测量方法模拟比较

介绍了氡子体最小二乘拟合测量法的测量结果,并进行了分析。主要结论是:(1)氡子体最小二乘拟合测量法在不同氡子体间平衡比、不同浓度下,均与期望值偏离较小,测量结果的离散性也较低;(2)托马斯法和库斯尼兹法的PAEC测量结果离散性较低,但与期望值有一定系统偏离;(3)马尔科夫法的测量结果与氡子体间平衡比关系较大。     

中子照相多路准直器优化设计与应用

设计了一种多路准直器用于消除中子照相中的散射中子,利用MCNP5对准直器的中子吸收材料、长度进行了优化设计,利用该准直器对不同厚度的水层样品在不同样品探测器距离下进行了中子照相的MC模拟计算。计算结果表明选用25μm的Gd作为准直器的中子吸收涂层,准直器长度为1cm时可消除98%的散射中子,使用该准直器可以有效提高中子照相定量分析的精度。     

60 Co单源照射装置的蒙特卡罗方法优化设计

参考辐射是辐射剂量监测仪器校准工作必备的条件, 60 Co单源照射装置是产生参考辐射场的重要设备。本文利用蒙特卡罗方法对 60 Co单源照射装置产生的辐射场的均匀性和散射辐射进行模拟计算,完成照射装置中散射腔、准直光阑和快门体等部分的设计并利用PTW电离室对辐射场进行测量。结果表明,辐射场中散射辐射和均匀性与模拟结果符合较好,满足设计要求。     

X射线源针孔成像系统优化设计研究

为提高X射线源针孔成像系统的性能,对成像能区为10~100 keV的X射线源针孔成像系统进行了优化设计研究。综合应用了理论分析和蒙特卡罗模拟的方法,首先根据X射线波长、准直器角响应和X射线穿透效应对针孔成像的不同影响结果设计了可有效控制成像分辨率和成像面积变化的船底型准直器,随后用蒙特卡罗方法对使用该准直器的针孔成像系统进行了模拟验证。结果表明,对于100 keV以下的X射线,经船底型准直器后,成像的空间分辨率和亮斑亮度较稳定,能得到相对准确的X射线源定位、定量信息。     

BEGe探测器晶体参数的蒙特卡罗计算与实验表征技术研究

利用²⁴¹Am发射的59.54 keV平行γ射线束对宽能BEGe探测器晶体进行扫描测量,通过晶体端面垂直扫描确定晶体直径,通过晶体侧面垂直扫描确定晶体高度。利用厂家提供的参数以及扫描得到的晶体参数建立蒙特卡罗计算模型,再通过点源和体源的实验测量值对晶体前端面及侧面死层厚度进行表征调节,使其与实验值符合,从而获得最佳理论计算模型。结果表明,获得的参数正确可靠,其点源探测效率的理论计算结果与实验测量值在2%内符合。该方法极大改善了蒙特卡罗计算BEGe晶体探测效率的精度,可应用于探测器的效率刻度及环境放射性调查。     

基于双向遍历的蒙特卡罗临界计算并行方法

在基于蒙特卡罗粒子输运方法的反应堆模拟中,如裂变堆、聚变裂变混合堆等,达到可接受的统计误差需要大量的计算时间,这已成为蒙特卡罗方法的挑战问题之一,需通过并行计算技术解决。为解决现有方法中通信死锁的问题并保证负载均衡性,设计了基于双向遍历的临界计算并行算法。该方法基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC进行实现,以池式钠冷快堆BN600基准模型进行验证,并与MCNP进行对比。测试结果表明,串行和并行计算结果一致,且SuperMC并行效率高于MCNP。     

An efficient execution of Monte Carlo simulation based on delta-tracking method using GPUs

An efficient execution method for Monte Carlo simulation using graphic processing unit (GPU) is proposed. The delta-tracking method is used since the delta-tracking method can reduce conditional branches and complexity of code implementation, which degrade computational performance on GPUs. In order to improve parallel efficiency in the eigenvalue calculation, generated fission neutrons are recorded using the atomic operation which avoids the data race in GPUs. We also propose a method to efficiently tally neutron flux in a region. The present method is based on the atomic operation and use of fixed-point type number instead of common floating-point type number. The verification calculations using the C5G7 benchmark problem show effectiveness of the proposed numerical algorithms on GPUs through comparison with calculations using central processing units.     

基于切比雪夫有理逼近方法的蒙特卡罗燃耗计算研究与验证

燃耗计算在反应堆设计、分析研究中起着重要作用。相比于传统点燃耗算法,切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev rational approximation method,CRAM)具有计算速度快、精度高的优点。基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统Super MC(Super Monte Carlo Simulation Program for Nuclear and Radiation Process),采用切比雪夫有理逼近方法和桶排序能量查找方法,进行了蒙特卡罗燃耗计算的初步研究与验证。通过燃料棒燃耗例题以及IAEA-ADS(International Atomic Energy Agency-Accelerator Driven Systems)国际基准题,初步验证了该燃耗计算方法的正确性,且IAEA-ADS基准题测试表明,与统一能量网格方法相比,桶排序能量查找方法在保证了计算效率的同时减少了内存开销。     

过滤X射线参考辐射场特性的蒙特卡罗模拟研究及实验验证

为研究过滤X射线参考辐射场特性,利用蒙特卡罗方法对中国原子能科学研究院计量测试部过滤X射线参考辐射场的原级谱、均匀性及散射辐射进行了模拟,并利用PTW球形电离室进行了实验测量。结果表明,蒙特卡罗模拟结果与实验结果符合较好,验证了所建模型的正确性及蒙特卡罗方法对模拟过滤X射线参考辐射场的有效性,为后续模拟研究工作奠定了基础。