“輻射探測器”的模擬設計

張媛媛,謝小光

(西南科技大學，四川 綿陽 621000)

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“輻射探測器”的模擬設計

張媛媛,謝小光

(西南科技大學，四川 綿陽 621000)

摘要：MCNP可以用來運輸中子，光子，電子，還可以計算臨界系統的特征值，是一個通用的MonteCarlo粒子輸運程序。MCNP的功能有很多，譬如可以用來處理材料的三維結構，計算中子的截面庫中的所有反應，可以測量處理材料的任意三維構型，柵元的邊界可以是一階和二階曲面以及四階橢圓環面。使用逐點的截面數據。對于中子，可以測量光電子吸收后的熒光發射以及軔致輻射。也可以在不考慮外部、自身的感應場的情況下對電子運用Slowingdow模型，通用源、臨界源和曲面源都可以被MCNP所使用。有豐富的方差衰減技術；方便的記數結構；廣泛的截面數據庫本次設計就針對β輻射對探測器進行選擇，對計算模型進行設計。

關鍵詞：模型;MCNP;探測器;β射線

1探測系統綜合設計

探測器選擇和運行原理，利用β射線和物質相互作用的規律，多種類型的射線β探測器被人們設計并且制造了出來。

此次實驗中選擇使用半導體探測器- P-N結型探測器。

半導體β射線探測器的基本工作原理是,電子空穴的產生是因為入射電子在半導體物質中損失能量,物質中損失的能量越多，入射電子產生電子一空穴對的產生數目也就越多.硅或鍺是一般都會選擇的電子材料.硅對電子產生的能量小于SMeV的電子在其中所產生的脈沖高度分布,一個能量的很窄的主峰和一個完全獨立于電子能量的低能尾巴組成了硅對電子的能量。而且其峰面積與總面積之比也跟電子本身的能量沒有關系。

探測器是一種新型核輻射探測器，它又半導體材料作為介質，具有很好的能量β分辨能力。隨著現實應用對半導體材料和低噪聲電子學的要求越來越高，半導體材料和底噪電子學發展越來越快P-N結型探測器、鋰漂移型探測器、高純鍺探測器、化合物半導體探測器等多種探測儀被一一創造出來。

面壘型探測器噪聲比較低，能量線性跟分辨率都比較高，而且結構簡單操作起來很方便。

面壘型探測器對光靈敏照在探測器表面上的光子可以到達靈敏體積內?？梢姽夤庾拥哪芰考s為(4～2)eV,大于硅和鍺的能隙Eg,因此可見光光子與半導體相互作用可能產生電子—空穴對,普通房間內的光線就能引起很高的噪聲。所以建議在真空密閉的環境下使用壘型探測器這樣才可以極大的降低噪聲的影響，在使用過程中不要用手觸摸它的鍍金面，因為它的窗很薄。

2利用MCNP程序實現模擬標準β射線源輻照探測器的過程如下：

2.1對源、探頭的位置等信息進行了幾何描述并且建立射線照射半導體探測器的幾何模型。

2.2建立物理模型，包括模擬結果記錄的空間位置存在于探頭中的各種物質的組成和密度等，β射線源的能量分布和發射位置和模擬結果記錄的空間位置，物理內容等。

2.3將模型轉化為MCNP程序。

2.4試模擬粒子輸運過程，通過使用和調整減小方差的技巧，盡量使得在一定時間內，減小計算結果的統計誤差。

2.5從計算結果中提取有用的信息，即對計算結果后續處理。

根據上述步驟，下面建立模擬模型。

本次探測器模擬設計所用的閃爍晶體為高7.6 cm，直徑為7.6cm的 NaI(Tl)晶體，其中 MgO反射層厚 0.05 cm，晶體外側面 Al殼厚 0.20 cm，前部 Al殼厚 0.25 cm，SiO2光學玻璃厚0.2 cm，海綿厚0.1cm。

模型的CAD繪制為了能方便的寫出能在MCNP中使用的模型，首先在CAD中做好模型圖，探頭模型的放射源面定義。

假設β放射源的位置在X軸上原點4cm的位置上，即坐標為(-4,0,0)。那么原點所在的平面可以寫為：

1px-4

其中，1代表放射源所在面的序號，定義為1號，這個序號是在取cell塊的時候

需要用到；px表示該面是垂直于X軸的面；-4則表示該面與X軸的軸距。

定義探頭分割面

由不同的分割面，將各個材料所在的間分割出來來達到材料性質的一致。

如圖所示，將探測器探頭分割成2至11號

4px3.8

5px0.2

7px4

9px0

2,3號面不同于4 5 7 9號面，它們垂直與z面

2pz0.2

3pz3.8

10 11 12 13面垂直與z面

10py2

11py-2

12py1.8

13py-1.8

8

3總結

本次設計利用MCNP對NaI(Tl)單晶閃爍探測器進行了探測器探頭核心的模擬設計，如需要，可以針對本次設計的模型安裝對應的其他器材，再在MCNP的輸入文件加上所需要的數據卡，即可利用MCNP對探測器進行模擬計算。

參考文獻：

[1]《核電子學與探測技術》, 2011, 31(11):1198-1201.

[2]MCNP 入門教程J·K·Shultis R·E·Faw 編著Icrychen (czie@163.com).

中圖分類號:P283

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)08-0034-01

作者簡介：張媛媛(1994.02-),女,漢,河南省濮陽市城關鎮杜莊,學生,本科在讀,西南科技大學,信息對抗專業。

謝小光(1994.12-),女,漢,四川省綿陽市三臺縣,學生本科在讀 西南科技大學,信息對抗專業。