輻射粒子探測器是對空間輻射環(huán)境進(jìn)行探測的工具。為了更好地評估塑料閃爍體探測器,針對輻射粒子輸運問題,采用蒙特卡羅方法對輻射粒子輸運方程進(jìn)行數(shù)值模擬求解,在Geant4軟件平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),從而實現(xiàn)了對塑料閃爍體中粒子輸運過程的模擬。該程序根據(jù)需求對探測器參數(shù)進(jìn)行定義,從而實現(xiàn)不同條件下粒子相互作用和閃爍光輸運過程的仿真研究,并能擴(kuò)展入射粒子的種類、能量等。利用開發(fā)的Pl_Sc軟件程序?qū)﹄娮雍挺萌肷渌芰祥W爍體的過程進(jìn)行模擬分析,并與前人的研究成果和理論分析進(jìn)行對比,驗證了通過此程序進(jìn)行模擬的可行性,特別是降低了對電子射程的模擬的誤差;通過對入射粒子、閃爍體尺寸等變量進(jìn)行變更,演示了此程序的易用性。對中能電子在EJ200塑料閃爍體中沉積能量的模擬研究表明,電子沉積能量分布可以較好地反映入射的單能電子能量,并符合理論預(yù)測;對能量為4 MeV的γ的能量沉積譜的仿真研究表明,在本文研究的能量范圍內(nèi)γ能量沉積譜的康普頓邊緣較明顯,多次康普頓散射和累計效應(yīng)的影響不明顯,為實際探測中通過觀測到的康普頓邊緣計算入射γ光子能量提供了技術(shù)積累。 

【文章來源】：電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗. 2020,38(05)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

Pl＿Sc程序結(jié)構(gòu)示意圖

閃爍體探測器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在本文的模擬過程中，進(jìn)行模擬運算的對象主要有閃爍體材料（含反射層）、PMT，以此為對象建立探測器的幾何模型，如圖2所示，其中閃爍體的長度為125 cm，橫截面面積為5 cm×5 cm，材料為聚甲基苯乙烯，兩頭部分為圓柱形PMT，其光陰極的有效直徑為46 mm，與閃爍體直接連接。粒子入射閃爍體，引起閃爍光的產(chǎn)生，閃爍光在閃爍體中傳輸，到達(dá)兩端的被PMT光陰極收集。在此過程中，閃爍光在閃爍體中會發(fā)生損耗，并且會在反射層界面發(fā)生反射和折射，經(jīng)反射層反射的閃爍光繼續(xù)回到閃爍體中傳輸，折射逃逸的閃爍光被外層的吸收層吸收。依次構(gòu)建實體、邏輯幾何體和物理幾何體，最后對物理幾何體的材料進(jìn)行定義。定義材料時，首先定義元素和同位素，然后定義原子、分子，最后定義具有密度、狀態(tài)等宏觀屬性的物質(zhì)材料。

電子進(jìn)入閃爍體，引起閃爍體分子、原子的激發(fā)，退激時放出光子，從而產(chǎn)生閃爍光。電子進(jìn)入閃爍體后，在碰撞、散射等過程中，部分電子會逃逸出閃爍體，能量過高電子會穿透閃爍體，導(dǎo)致能量損失，因此入射電子的能量不能夠完全沉積在閃爍體內(nèi)。分別以電子能量E1=0.5 Me V和E2=2.0 Me V為例，設(shè)定每次模擬粒子事件為10 000個，多次運算求取均值，形成沉積能量圖譜如圖3所示。圖3a中，能量完全沉積的電子比例為75.27%，經(jīng)過計算得知0.5 Me V入射的電子沉積能量平均值為0.451 Me V，能量沉積效率η=90.20%。類似地，圖3b中沉積能量達(dá)到2.0 Me V的有73.14%，平均沉積能量為1.905 Me V，能量沉積效率η=95.25%。兩次模擬結(jié)果顯示，入射電子的能量沉積效率均達(dá)到了較高水平，未能完全沉積的原因是部分次級粒子在相互作用過程中逃逸出閃爍體外。在實際探測活動中，電子脈沖波峰值與入射能量、沉積能量呈正相關(guān)。為了盡可能真實地反映入射能量的大小，要求完全沉積在閃爍體內(nèi)的電子數(shù)目占有較高的比例，可近似用平均沉積能量來衡量。在模擬實驗中，將入射能量從0.5 Me V逐步增加到20 Me V，繪制出單能入射電子平均沉積能量隨入射能量變化的曲線，同時與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）提供計算的CSDA Range（連續(xù)慢化射程：通過跟蹤并記錄電子連續(xù)減速的過程，實現(xiàn)對電子減速直至停止所經(jīng)過路徑的近似計算；CSDA Range存在誤差，總是比實際射程稍長）對比，結(jié)果如圖4所示。


本文編號：3490084