【摘要】：航空伽馬能譜測量技術(shù)是鈾礦資源勘查、輻射環(huán)境評(píng)價(jià)和核事故應(yīng)急監(jiān)測的重要手段,具有成果好、效率高、成本低等顯著優(yōu)勢(shì)。為了提高航空伽馬能譜測量技術(shù)對(duì)地探測靈敏度和測量精度,采用高能量分辨率的伽馬射線探測器是航空伽馬能譜儀的發(fā)展方向。在國內(nèi)外市場上,商品化的航空伽馬能譜儀普遍采用大體積NaI(Tl)晶體閃爍計(jì)數(shù)器,其能量分辨率為8%左右(FWHM@~(137)Cs源0.661MeV),單晶體體積為100×100×400mm~3。為了保證在有限的采樣時(shí)間內(nèi)(一般為1秒)對(duì)地測量精度,航空伽馬能譜儀的探頭一般采用4條晶體或8條晶體的組合。目前,一些新型具有較高能量分辨的伽馬射線探測器已商品化,如溴化鑭晶體的能量分辨率可達(dá)到2%左右,溴化鈰晶體的能量分辨率可達(dá)4%左右;但溴化鑭晶體的最大體積僅為φ75×75 mm~3左右,而溴化鈰晶體體積則更小,僅為φ50×50 mm~3左右。若將航空伽馬能譜儀的能量分辨率提高到4%左右,同時(shí)保證對(duì)地探測精度,則只能采用10×10陣列式新型閃爍晶體組合,增大航空伽馬能譜探頭的體積。隨著探測器陣列的規(guī)模不斷擴(kuò)大,其能譜互響應(yīng)問題變得不可忽視。一方面,互響應(yīng)問題會(huì)影響到陣列探測器對(duì)特征峰的分辨能力和增加低能本底計(jì)數(shù);另一方面,若能同時(shí)記錄陣列探測器中每一個(gè)探測器的粒子及其能量,則可利用反康增峰技術(shù)提高陣列探測器的峰康比,進(jìn)而提高特征能峰的分辨能力。因此探究伽馬光子在陣列探測器之間的能量沉積過程顯得至關(guān)重要。通過建立伽馬射線在陣列探測器中能量沉積分布模型,可以得到任意能量的伽馬射線入射陣列探測器后在相鄰探測器中的能量沉積能譜,進(jìn)而可以對(duì)探測器儀器譜進(jìn)行修正。論文研究內(nèi)容來源于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高分辨率航空伽馬能譜測量及機(jī)載成像光譜測量技術(shù)”(項(xiàng)目編號(hào):2017YFC0602105)和國家自然科學(xué)基金“高分辨航空伽馬陣列探測器群能譜響應(yīng)研究”(項(xiàng)目編號(hào):41774147)。本論文開展航空伽馬能譜陣列探測器互響應(yīng)研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本文通過理論、蒙特卡洛模擬與物理實(shí)驗(yàn)對(duì)陣列探測器互響應(yīng)進(jìn)行了研究,主要研究成果如下:(1)通過對(duì)探測器的結(jié)構(gòu)分析和基于伽馬光子與物質(zhì)的相互作用機(jī)理,分析得到了伽馬光子在陣列探測器中的輸運(yùn)過程與能量損失機(jī)理。(2)將航空伽馬測量中主要關(guān)注的幾種能量(0.661MeV、1.173MeV、1.332MeV、1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV)作為源射線的能量,通過建立的模擬模型,設(shè)置入射點(diǎn)在主探測器底面三個(gè)方向上移動(dòng),得到三個(gè)方向上主探測器全能峰計(jì)數(shù)與側(cè)探測器的全譜計(jì)數(shù)曲線,根據(jù)曲線特征得到:主探測器全能峰計(jì)數(shù)隨入射點(diǎn)離原點(diǎn)的距離呈二次函數(shù)曲線變化,側(cè)探測器全譜計(jì)數(shù)隨著入射點(diǎn)與側(cè)探測器的距離的增大而遞減,整體也呈二次函數(shù)曲線變化趨勢(shì);根據(jù)左右側(cè)探測器的模擬結(jié)果,說明左右側(cè)探測器各點(diǎn)計(jì)數(shù)就Y軸對(duì)稱;依據(jù)單能1.173MeV和1.332MeV和雙能~(60)Co模擬計(jì)數(shù)分布曲線,證明雙能入射互響應(yīng)可由單能入射結(jié)果解釋計(jì)算得到,二者的相對(duì)誤差為4%。(3)建立了物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?驗(yàn)證了陣列探測器互響應(yīng)的存在。當(dāng)窄束射線垂直入射主探測器底面時(shí),側(cè)探測器全譜上存在計(jì)數(shù),隨著入射射線能量的增加,陣列探測器的互響應(yīng)影響越嚴(yán)重。(4)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)和模擬歸一化計(jì)數(shù)變化曲線基本相同,相對(duì)誤差均在8%以內(nèi)。利用實(shí)驗(yàn)和模擬所得各點(diǎn)側(cè)探測器全譜計(jì)數(shù)與主探測器全能峰計(jì)數(shù)之比,計(jì)算得到模擬值的修正因子,修正結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的相對(duì)誤差大部分小于10%;利用修正因子模擬數(shù)據(jù),建立了經(jīng)過修正的~(137)Cs和~(60)Co源的陣列探測器晶體能量沉積分布模型和1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV的模擬陣列探測器晶體能量沉積分布模型。
【圖文】：

v 為光子頻率，kε 為電子脫應(yīng)后，K 層電子變成自由電子逃逸出原，隨后可能發(fā)生兩種退激方式：層電子向 K 層躍遷，原子回到之前的能的能量等于原子外層與 K 層的電離能之差能級(jí)之差具有特征性，所以被稱為特征 X K 層躍遷后，退激過程中所放出的能量直逃逸，逃逸出的電子被稱作“俄歇電子”。，隨著原子序數(shù)的增加，，光電效應(yīng)的截面小。

隨著原子序數(shù)的增加，光電效應(yīng)的截面小。圖 2-1 光電效應(yīng)示意圖名康普頓效應(yīng)，指的是入射光子與原子的軌傳遞給軌道電子并使其脫離原子束縛成為變方向成為散射光子的現(xiàn)象。具體如圖 2
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P631.63

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本文編號(hào)：2631558