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1、毕业设计（论文）题 目：几种不同规格HPGe探测器探测性能MCNP模拟英文题：Several different specifications HPGe simulation detector performance MCNP学生姓名： 专 业：核工程与核技术班 级：指导教师： 二零一一年六月摘 要高纯锗（HPGe）探测器是近几年来迅速发展的一种新型半导体探测器。这种探测器克服了Ge（Li）探测器存在的生产周期长、需在低温下保存等缺点。它的出现使得复杂核素的能谱定量分析成为现实。大大推动了核能谱学的发展。通过保持晶体的长度改变探测器晶体半径的大小，用光子和电子耦合输运MCNP程序的电子脉冲计数
2、类型的能量展宽模拟计算HPGe探测器的能谱。MCNP程序提供能峰高斯展宽的模拟方法也可以用于计算HPGe晶体对射线的探测效率等方面研究，对实验结果的可靠性和准确性提供依据。并通过MCNP计算，能量分辨率、峰康比、峰总比，与参考文献的实验结果符合较好，显示了MCNP用于模拟可行性。 论文通过MCNP的模拟，比较不同规格的HPGe探测器射线探测性能，比与参考文献的实验结果一致，说明MCNP模拟得到的数据时可靠的，而且MCNP程序完全可以代替实验。关键词：高纯锗探测器、 蒙特卡罗模拟、 探测性能AbstractHPGe is a high rapid development semiconducto
3、r detector in last few years. It overcomes the GE detectors (LI) detector long production cycle time and low temperatures storage, and so on disadvantage. It leads complex quantitative analysis of gamma spectrum radioisotope to realization. Immensely help the development of nuclear annihilation. MCN
4、P program provides energy peak broadening Gaussian simulation method which can also be used to calculate the HPGe and to study the crystal on efficiency of -ray detection thus provide evidence on the reliability and accuracy of the experimental results. Calculated by MCNP of energy resolution, peak
5、health and than the peak, and in good agreement with the experimental results of references, which showing the feasibility of MCNP to simulationBy MCNP simulation and comparison of the -ray functions of different specifications of the HPGe detector detection, this paper shows the reliablability of t
6、he simulation data. Whats more, the MCNP program canCompletely replace the experiment.Keywords：HPGe detector、 Monte Carlo simulation、 Detection performance显示对应的拉丁字符的拼音字典目 录绪 论11 HPGe探测器的介绍41.1 高纯锗探测器工作的基本原理41.2 高纯锗探测器的结构41.3 高纯锗探测器的性能71.3.1 能量分辨率71.3.2 探测效率81.3.3 峰康比82 蒙特卡罗方法92.1 蒙特卡罗方法简介92.2 MCNP基础
7、92.3 MCNP误差的估计102.4 MCNP程序运行的结构112.5 MCNP应用123 实验模拟143.1 建立蒙特卡罗模型143.2 输入文件153.3 模拟不同规格的高纯锗探测器的计算164 数据分析204.1 处理数据204.1.1 能量分比率204.1.2 探测效率214.1.3 峰康比225 结论24致 谢25参考文献26附录27绪 论半导体探测器已经历了半个多世纪的不断发展，探测器种类不断丰富，性能不断提高。它的工作原理与之前研究的气体探测器和闪烁探测器的基本一样，只是探测介质有所不同，半导体探测器的探测介质是半导体材料。它的主要优点是：(1)电离辐射在半导体介质中产生一对电
8、子、空穴对平均所需能量大约为在空气中产生一对离子对所需能量的十分之一，即同样能量的带电粒子在半导体中产生的离子对数要比在空气中产生的约多一个数量级，因而电荷数的相对涨落也要小得多，所以半导体探测器的能量分辨率很高。(2)带电粒子在半导体中形成的电离密度要比在一个大气压的气体中形成的高，大约为三个量级，所以当测量高能电子或者射线时半导体探测器的尺寸要比气体探测器小得多，因而可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器。(3)测量电离辐射的能量时，线性范围比较宽。高纯锗（HPGe）探测器是近些年来迅速发展的一种新型半导体探测器。这种探测器克服了Ge（Li）探测器存在的生产周期长、需在低温下保存等缺点。它
9、的出现使得复杂核素的能谱定量分析成为现实，大大推动了核能谱学的发展。目前高纯锗探测器的基体按其材料的性质，即残余杂质是受主还是施主，可分为P型锗和N型锗。净杂质浓度均可达到1010/cm3-51010/cm3。按晶体的几何形状可分为同轴型、平面型、井型等几种。其中以同轴型应用最广。P型和N型同轴探测器在生产时都将整流结做在外表面，使耗尽层向内。平面型高纯锗的灵敏区的厚度一般在5mm和1.0mm。主要用于测量中、高能的带电粒子(能量低于220Mev的粒子，低于60Mev的质子和能量低于10MeV的电子)和能量在300keV至600keV的X射线和低能射线。平面型HPGe深测器用于测量射线时，灵敏
10、区的厚度往往就不够了。由于锗晶体在轴向可以作得相当长，因此，如果作成同轴型的则灵敏体积就可以大为提高。目前商品生产的HPGe探测器灵敏体积大的可达400cm3，可以满足能量低于10Mev的能谱测量的需要。同轴型HPGe探测器有两种基本的几何结构：(1)双端同轴，见图(a)即中心孔贯穿整个圆柱体。(2)单端同轴，见图(b)即中心孔只占圆柱体轴长的一部分。大部分商品生产的HPGe探测器均为单端。因为这样可以避免为解决前表面漏电需要作的复杂处理，此外当测量能量较低的射线时，如果前表面是一个薄的电接触层就可以得到一个薄的入射窗。图1 同轴型HPGe几何结构示意图但这时电场不再是完全径向的，在一些角落里
11、电场较低，影响裁流子的收集。为克服此问题一方面使中心孔的封闭端尽量靠近前表面，另一方面尽量减小前表面的棱角，作得圆滑一些。通常同轴HPGe探测器是用P型Ge制成。又称常规电极型同轴锗探测器。它也可用N型Ge制成，又称为倒置电极型同轴锗探测器。对同轴型探测器整流接触(或电极)(即从那里开始形成半导体结)原则上可以在圆柱体的内表面也可以在外表面。但它们形成的电场条件却大不相同。如果整流接触在外表面，则耗尽区随着外加电压的增加从外向内扩展，当达到耗尽电压时，正好扩展到内表面。如果内表面是整流接触，那末，耗尽区随外加偏压的增加从里向外扩展，直至外表面。从下节的讨论可知，距整流接触越近，电场越强。所以总
12、是选外表面为整流接触，因为这样会使电场较强的区域所占的体积较大，有利于载流子的收集。即对P型HPGe，外表面为n+接触，而对N型HPGe，外表面为p+接触。内表面为类型相反的非注入接触.外加电压均为反向电压，即n+边极性为正，p+边极性为负。也就是对常规电极(P型)HPGe探测器外面加正电压里面加负电压，如图(a)所示。对倒置电极(N型)HPGe探测器正好相反，外而加负电压，里面加正电压，如图(b)所示。1图2 P型HPGe（a）和N型HPGe（b）加电压的方法1 HPGe探测器的介绍1.1高纯锗探测器工作的基本原理一般地说，任何一种辐射探测器，都是基于射线与探测器灵敏体积内介质的相互作用，即
13、通过光电效应、康普顿效应和电子对效应(要求Er1.02Mev)等三种作用机制而损失能量，这些能量被用来在锗晶体中产生空穴一电子对，在外加反向偏压所形成的电场作用下，空穴一电子对作定向运动，使得所产生的电荷得到收集，形成探测器输出端的基本的电信号，以供后面的电子学线路记录、处理与分析。高纯锗探测器可以看成一个在反向偏压下工作的巨大晶体二级管。由单个事件所产生的信号脉冲与其外接电路(通常为前置放大器)的输入端特性有关。2如下等效电路所示：图1.1 HPGe探测器等效电路图图中c为探测器电容，它与电缆分布电容及前置放大器输入端特效电容相连接。R为前放输入阻抗，负载电阻R两端的脉冲信号V(t)的上升前
14、沿取决于探测器的电荷收集时间t，对同轴型高纯锗探测器。在液氮温度下为r108秒量级。r为晶体外径。脉冲信号后沿取决于外电路的RC常数。一般RC远远大于tc。81.2高纯锗探测器的结构 高纯锗探测器具有能量分辨率高、线性范围宽、探测效率高、性能稳定、能在室温存放等优点。 早期的锗探测器是甩杂质浓度10181013cm-3的p型锗，通过铿离子漂移技术获得补偿高阻来实现的。1971年Hall和Hansen首次研制出净杂质浓度1010cm-3的锗单晶，接着又制成了高纯锗探测器。又经过45年努力，高纯锗探测器已逐步取代了锂漂移锗探测器。近年来，随着高纯锗材料质量进一步提高，器件制备中引进新工艺和配置低噪
15、音电子学系统，高处走探测系统的性能有了明显改进，应用范围日益扩大。 目前高纯锗探测器所达到的指标是：对60Co 1.332MeV的射线的能量分辫率1.6keV,相对探测效率45；对55Fe 5.9keV X 射线分辨率小于150eV, 射线能量范围2keV一10MeV。主要用于高分辨率的X、能谱仪, 探测高能粒子等。 图1.2 探测器的几何形状示意图图1.2所示常用探测器管芯结构。高分辨率X和射线用的探测器，灵敏体积较小，可制成平面型。高探测效率的探测器要求灵敏体积尽量大，制成同轴型。高纯锗探测的有以下型号：（1）平面型探测器 锗片的全部面积为灵敏面积。锗片的边缘可不经修整保持原始晶体外形,以
16、便充分利用其有效体积厚度根据探测器的用途,材料的杂质浓度和器件制备工艺所能达到的水平来确定。有些探测器为提高工作电压,改善电场分布,减少漏电流,降低噪声,制成图b，c所示的槽沟型或顶帽型结构。一般平面型探测器管芯的制备工艺步骤如下：（1）切割。垂直于晶锭轴向按所需厚度切片。（2）研磨。用M28，M14金刚砂先后研磨两面,磨后充分冲洗,要求表面无道痕,边缘无缺口,无崩裂缝。（3）制n+接触,在真空系统中进行铿的蒸发和扩散工艺,蒸发时防止钮扩延到晶体的边缘,扩散温度300左右, 时间510min, 慢速冷却。扩散后薄层电阻约110, 扩散层厚度30500m。（4）抛光腐蚀将锉扩散面用黑腊或抗蚀胶带
17、保护好，在HNO3：HF：发烟HNO3=7:2:1中腐蚀约2min，直到光亮表面。（5）制p+接触。在新腐蚀好的表面上有三种制作p+的方法：硼离子注入法注入约。注入约11014cm-2的硼离子，束流控制在1mAm2以下。蒸把法。真空镀膜机中淀积上约100nm厚的把金属层。蒸金法。沉积上厚约80100nm的金层。(6)边缘腐蚀。先将n+和p+两个电极保护好,随后用HNO3:HF:发烟HNO3=7:2:1的腐蚀液中腐蚀12min,甲醇碎灭,氮气吹干,制成的管芯随即封入致冷装置中。（2）n、p型同轴探测器 同轴高纯锗探测器一般为闭端结构,p型探测器的外接触是较厚的（300m）锂扩散n+接触,而薄的p
18、+接触是在孔内,因此,p型同轴高纯锗探测器仅适用于40kwV以上的射线。n型同轴探测器的电极排列正好与p型的相反, 亦称反电极同轴探测器。它的外接触是薄的（0.3mp+接触,而孔内为厚的n+接触,因此具有上述三个优点。图1.2.2 n型（a）和p型（b）同轴高纯锗探测器的结构（3）井型探测器锗晶体体积：180cc；井直径16mm，井深：40mm；FWHM（1332KeV）分辨率：2.3KeV；FWHM（122KeV）分辨率：1.4KeV；相对效率：35%；垂直冷指30升杜瓦；冷指延长棒、铅塞；前放及电源电缆。图1.2.3 井型实物图1.3 高纯锗探测器的性能 1.3.1 能量分辨率探测系统的能
19、量分辨本领主要和以下因素有关：（1）产生载流子对数目和能量损失的统计涨落，即探侧器的固有分辨率。（2）载流子的复合和俘获。（3）探测器和电子学系统的噪声 （4）其他：如入射粒子的类型和能量，探测器和源的几何排行，探测器的工作条件（如偏压、温度、环境、光照等）以及脉冲的成形参数等都与能量分辨有关。只要认真选取原材料、不断改进器件工艺,可使总的分辨率主要取决于探测器的固有分辨率和电子学噪声。典型锗探测器的分辨率为：（1）小平面锗对5.9keV的55Fe的X射线为156eV；（2）大平面锗对122keV57Co为600eV（3）同轴锗对1.332MeV的60Co为1.8keV。通常锗探测器的能量分辨
20、本领是对1.332MeV的60Co而言，70年代初为2.31.9keV，目前是1.61.8keV。现代由高纯锗探测器组成的谱仪在不同能量下的分辨本领如图:图1.3.1同轴锗探测器的能量分辨率随射线能量的响应181.3.2 探测效率高纯锗探测器的探测效率与射线能量、探测器灵体积、几何形状和制备方法、源与探测器的距离以及探测器的装配细节等有关。图1.3.2给出了绝对效率随射线能量的关系曲线。锗探测器适用于分析较低能量的光子。一般来说, 体积越大,探测效率越高。但即使同样灵敏体积的探测器,由于外径、高度和内芯直径的不同, 探测效率也不等。因此,有必要对每个具体探测器的效率通过实验来标定。现有的高纯锗
21、同轴探测器的相对探测效率已达45。19图图1.3.2 典型高纯锗探测器的绝对效率随射线能量的关系1.3.3峰康比峰康比是指峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比。在分析复杂能谱时, 要求探测器的峰康比高、谱峰对称性好。按标准, 峰康比是指对60Co 1.332MeV峰高与1.0401.096MeV康普顿平坦均值之比。康普顿平坦均值之比较好的锗探测器在效率为10时，峰康比为3545，效率为30时，峰康比为5060.为提高峰康比，除了增大探测器的灵敏体积外，还应使它具有最佳的几何形状，要求同轴探测器的长度大约等于其直径。此外探测器的能量分辨率越好，峰康比越高。2 蒙特卡罗方法2.1 蒙特卡罗方法
22、简介 蒙特卡罗方法(Monte Carlo方法)，又称随机抽样技巧或统计试验方法。自二十世纪四十年代中期到现在，随着科学技术的发展与电子计算机的发明，蒙特卡罗方法作为一种独立的方法被提出来，并得到了长足的发展10。首先在核武器的研制中首先得到了应用，并逐步延伸到其它领域。蒙特卡罗方法现已被广泛应用于各个领域、成为科研工作者研究与征服自然的一把利剑。蒙特卡罗方法是以一个概率模型为基础，按照这个模型所描绘的过程，通过部分模拟试验的结果，作为问题的近似解。对于本身就具有随机性质的问题（如我们关心的粒子输运问题），主要是正确地描述和模拟这个概率过程13。在计算机上，蒙特卡罗方法解粒子输运问题的程序，一
23、般都可分为：源抽样、空间输运过程、碰撞过程、记录过程和结果的处理和输出等部分，还有一个MCNP计算程序流程图。至于粒子历史终止条件，根据问题的几何条件、物理假定，处理方法，可归纳为以下几种：1）粒子从系统逃脱；2）粒子经碰撞被吸收；3）经俄国轮盘赌后，历史被终止；4）粒子能量低于给定能量（阈能）；5）粒子位置越过某一界面；6）粒子飞行时间超过给定时间；7）粒子权重小于某个小量。2.2 MCNP基础MCNP(A General Monte Carlo Code for Neutron and Particle Transport)是一套在军事、工业以及科研领域中有广泛应用的计算机程序，它是用Mo
24、nteCarlo方法处理连续能量的中子、光子-电子的联合输运问题。在进入MCNP之前，首先讨论下面的两个问题：（1）随机数的产生粒子的产生、运动的方向、和其它粒子的碰撞以及碰撞后生的反应都是随机的过程，MCNP是用伪随机数的方法来模拟上述过程。所谓伪随机数是指用数学递推公式所产生的随机数，这种方法属于半经验性质，只能近似地具备随机数的性质。（2）粒子权重和粒子径迹为了计算方便，MCNP为每个粒子赋一个值W（不一定是整数），代表W个具有相同行为的粒子，W称为这一粒子的权重。一个由源发出的粒子，有一个轨迹。如果它在劈裂面一分为二，那么又产生了一个轨迹。在一个给定的栅元(Cell)中，沿着粒子轨迹1
25、，在l和l+dl中发生第一次碰撞的“可能性”为： （2.2.1） （2.2.2）2.3 MCNP误差的估计Monte Carlo方法的结果代表被取样的许多历史过程贡献的平均值，假定P(x)是选择一个随机步的几率密度函数，x是这个随机步产生的被估计的记录值，其平均值记为：.近似期望值可以通过Monte Carlo方法得到： ，是粒子数目，是从中第i个历史的值。由加强大数定理：，x的方差是离散度的量度，定义为：，称为标准方差称为标准方差，Monte Carlo方法可以估计这个值，记为S： ，是实际取样值总体的估计差，x的估计值由下式给出：，此公式不受任何x和 分布的限制，但是求E（x）、存在且有限
26、。由于与成正比，减小一个数量级必须计算100倍原来的粒子数目。也可以固定N通过S减小而减小，即通过方差减小技巧来实现。标准的MCNP结果以下式来估计相对误差：MCNP建议R5%的结果才是可靠的。2.4 MCNP程序运行的结构在计算机上，蒙特卡罗方法解粒子输运问题的程序，一般都可分为：源抽样、空间输运过程、碰撞过程、记录过程和结果的处理和输出等部分，一个MCNP计算程序流程图示于图2.5。至于粒子历史终止条件，根据问题的几何条件、物理假定，处理方法，可归纳为以下几种:1）粒子从系统逃脱；2）粒子经碰撞被吸收；3）经俄国轮盘赌后，历史被终止；4）粒子能量低于给定能量（阈能）；5）粒子位置越过某一界
27、面；6）粒子飞行时间超过给定时间；7）粒子权重小于某个小量。 图2.5 程序运行结构2.5 MCNP应用由于MCNP的通用性、灵活性以及强大的功能，使其在世界上有广泛的应用，仅国内的用户就在百家之上，应用领域也从过去主要的核领域，逐渐推广到石油，医学在内的许多领域。从20世纪90年代开始，国外已经有研究人员开始研究MCNP输入文件制作的简化和计算结果的图形显示。特别是随着计算机软硬件技术的发展，在近几年取得了一些有价值的研究成果。所开发的MCNP可视化软件能够将应用场景的二维DXF格式文件和三维SAT格式的图形文件转换成MCNP的输入文件。同时在场景的某些界面将MCNP的计算结果绘制成二维图形
28、，实现了计算机结果的可视化。为便于计算结果的分析、存储和共享，有的后处理软件能够将MCNP计算机结果输出到电子表格等数据库中。近几年，国内在MCNP前处理与后处理技术领域的研究也取得了长足的进步，主要有以下几个方面：（1）在MCNP的计算效率、局限性和二维交互绘图等方面进行了有益的探索。（2）为了简化MCNP输入文件的制作、显示MCNP的计算进程和计算的抽取与显示，研究开发了专用的MCNP程序可视化运行平台，并能以图形化的方式显示MCNP的计算机和运行时间的相关信息。（3）为了简化MCNP的几何建模，提高MCNP计算机输入文件的编写效率，研究将有关CAD文件中的几何模型转化为MCNP仿真模型的
29、算法问题，通过对目前商用图形软件包进行二次开发，开发出专用的MCNP辅助建模工具。另外，可视化技术已经在自然科学领域得到广泛的应用。目前在规则数据场的体绘制和面绘制算法等已经趋于成熟。国内外的一些研究机构相继推出了一系列可视化软件工具及专用可视化软件。但在三维数据实时动态显示、非规则数据场和矢量 场的可视化计算以及基于网络的科学计算可视化理论等方面有待进一步的研究完善。MCNP是目前世界上比较成熟的MC软件包之一，在许多领域得到了广泛。本课题便是采用MCNP4C对电离室的能量响应进行模拟，并根据模拟结果指导实际的电离室设计。随着核科学技术的发展，以及其它相应技术如计算机可视化的发展，MCNP会
30、越来越受到重视，其应用领域也必将在目前的基础上向其它的相关领域扩展。3 实验模拟3.1 建立蒙特卡罗模型 利用MCNP程序实现模拟标准射线源辐照HPGe探测器的过程如下：1、建立射线照射高纯锗探测器的几何模型，对源、探头的位置等信息进行了几何描述。2、建立物理模型，包括填充于探头中的各种物质的组成和密度等,射线源的发射位置和能量分布，模拟结果记录的空间位置,物理内容等。3、将上述模型转化为MCNP程序。4、试模拟粒子输运过程，通过使用和调整减小方差的技巧，尽量使得在一定时间内，减小计算结果的统计误差。5、从计算结果中提取有用的信息，即对计算结果后续处理。根据上述步骤，下面建立模拟模型。14下图
31、是高纯锗探测器的几何结构图：图3.1.1HPGe探测器的结构图根据HPGe探测器的几何结构图，可以建立坐标图，如图3.1.2所示。其中锗晶体的尺寸如表所示。Z轴经过探测器的轴心，原点在探测器最外层Al壳的中心位置，原点距离点源距离10cm，整个系统由一个半径为150cm的圆球包围，球内除了源和探测器外，其余由空气充填，空气密度为0.001293g.cm-3，球体外为真空。 图3.1.2坐标图3.2 输入文件针对上图的几何模型用蒙特卡罗光子和电子耦合输运程序对HPGe探测器探测效率测量实验进行模拟计算，在计算中对光子和电子的所有次级过程都进行模拟跟踪，采用F8电子脉冲计数卡来计算点源射线在HPG
32、e晶体中的脉冲高度能谱分布。根据上一小节的高纯锗探测器的几何结构图和坐标图，该实验模拟的出MCNP输入文件INP，详细输入文件见附录。设置好程序参数，利用MCNP程序进行模拟。就会得到单位时间内（S-1）每个粒子的脉冲。表3.2 探测器结构和尺寸探测器结构尺寸（cm）材料Cu的直径0.8CuGe死层厚度0.07GeAl壳（内）厚度0.05AlAl壳（外）厚度0.1AlAl壳间厚度0.3真空3.3 模拟不同规格的高纯锗探测器因为课题是研究不同规格的HPGe探测器，所以通过改变探测器的Ge晶体半径和长度的大小进行MCNP模拟，所以一共模拟了三种不一样的Ge晶体，如下表：表3.3 探测器的晶体半径、
33、体积和长度晶体的厚度rcm3.083.754.625.396.169.2412.32晶体长度/cm5.767.208.6410.0811.5217.2823.04晶体体积V/ cm3169.37317.93579.07919.531372.604632.5210980.79经过MCNP模拟的出来的数据，运用画图工具绘制出能谱图：图3.3.1 晶体半径r=3.08cm，长度为：5.76cm的能谱图图3.3.2 晶体半径r=3.75cm，长度为：7.20cm的能谱图图3.3.3 晶体半径r=4.62cm，长度为：8.64cm的能谱图图3.3.4晶体半径r=5.39cm，长度为：10.08cm的能谱
34、图图3.3.5晶体半径r=6.16cm，长度为：11.52cm的能谱图图3.3.6晶体半径r=9.24cm，长度为：17.28cm的能谱图图3.3.7晶体半径r=12.32cm，长度为：23.04cm的能谱图4 数据分析4.1 处理数据4.1.1 能量分辩率探测器测量能量为的带电粒子，设全能峰的半宽度处得全宽度FWHM=,所以求能量分辨率的公式为: （4.1.1）通过MCNP模拟出来的数据，运用公式4.1.1进行计算，得到结果如下表：表4.1.1 探测器的半径、能量分辨率晶体半径r/cm3.083.754.625.396.169.2412.32晶体长度/cm5.767.208.6410.081
35、1.5217.2823.04能量分辨率0.08870.09510.10480.11090.12090.14480.1681根据表4.1.1的数据进行绘图，得出晶体半径与能量分辨率的关系图和晶体长度与能量分辨率的关系图。图4.1.1.2晶体半径r与能量分辨率的关系图4.1.1.2晶体长度与能量分辨率的关系4.1.2 探测效率通过计算的到不同晶体大小的探测效率如下表：表4.1.2探测器的晶体半径和探测效率晶体半径r/cm3.083.754.625.396.169.2412.32晶体长度/cm5.767.208.6410.0811.5217.2823.04探测效率0.11720.15990.2055
36、0.24290.27620.39100.4598根据表4.1.2得到晶体半径与探测效率的图4.1.2.1和晶体长度与探测效率的图4.1.2.2。图4.1.2.1晶体半径与探测效率的图4.1.2.2晶体长度与探测效率4.1.3 峰康比全能峰内每到计数的最大值与康普顿坪的平均计数之比即： 通过计算得到下表：表4.1.3 探测器的晶体半径和峰康比晶体半径r/cm3.083.754.625.396.169.2412.32晶体长度/cm5.767.208.6410.0811.5217.2823.24峰康比2.1101694922.81253.6588628763.8723112134.107632094
37、4.1598130844.1697120732根据表4.1.3计算出来的数据进行绘图得到晶体半径与峰康比和晶体长度与峰康比的关系图。图4.1.3.1晶体半径与峰康比的关系图4.1.3.晶体长度与峰康比的关系5 结论 本文通过蒙特卡罗模拟不同规格的高纯锗探测器，对模拟出来的数据处理和计算，得到以下结论： 1）验证了MCNP程序提供能峰高斯展宽的F8电子脉冲计数卡在模拟HPGe探测器的点源射线的能谱是完全可行的，显示了通过能峰展宽的电子脉冲计数在能谱模拟方面有很大的优越性。2）通过改变探测器晶体半径和长度的大小可以模拟出HPGe探测器的射线的能谱。3）通过MCNP模拟HPGe探测器，得出的数据与实
38、验测量数据的对比，从而证明建立的模拟模型是合理的，MCNP模拟方法是可靠的。4）论文通过模拟出来的数据，进行计数得到不同大小的晶体，探测器的探测性能。5）通过计算出来的结果进行对比发现HPGe探测器的能量分辨率与探测器的晶体的大小存在关系,分辨性能有所下降，即数值增大，探测性能变差。6）通过计算得出的结果进行对比，发现 HPGe探测器的探测效率随着探测器的晶体大改变而改变，晶体的增加探测效率也增加。7）通过计算得出的结果进行对比，发现探测器的峰康比随着晶体的增大而增大，但到一定程度后，不在改变。8）本论文的所做的一系列工作，说明MCNP程序完全可以代替实验，当实验室没有我们需要的放射源时，或者
39、出于其它实验条件限制或者安全性的考虑，可以用MCNP程序来模拟计算。存在的问题及进一步研究工作建议：1）程序编写方面遇到了很多问题，对探测器模型建立方面的能力需要加强。2）建立模拟后，编写程序时，对模型的描述方面的知识掌握太少。3）在处理数据时，对Excel的运用不太熟练。致 谢感谢我的指导老师吴永鹏老师在毕业论文的设计与修改过程中给予了我指导和帮助，并在论文设计中教会我电脑软件的应用，让我在此次作论文时受益匪浅，还要感谢我们专业的各位老师和同学提供的帮助。参考文献1 朱传新，陈渊等高纯锗探测器探测效率研究J核电子学与探测技术,2006,26(2):191-194.2 吴绍云等，核电子学与探测
40、技术，4（2），72（1984）。3 李桃生，张立国等HPGe探测效率对照野性的依赖性J核电子学与探测技术,2007,27（4）:624-627.4 张富丽，曲德成等应用蒙特卡罗方法确定NaI探测器的点源效率函数及其参数J核技术,2007,30（3）:231-235.5 魏涛.HPGe探测器宽能区精密效率刻度D.南华大学硕士学位论文，2004.6 杨东.航空高纯锗探测器Monte Carlo刻度方法的初步研究D.北京：中国原子能科学研究院，2005。7 吴绍云,张淑娟等.HPGe谱仪的发展及应用J.中华放射医学与防护杂志,1989，9（4）:285-288.8 艾尔肯阿不都里木新型高纯锗(HP
41、Ge)探测器的原理、使用及其维护J新疆大学学报1997，14（2），40-43.9 林旭升能谱探测效率影响的模拟计算J汕头大学学报（自然科学版）1998，13（2）:19-23.10 张斌全马吉增等。蒙特卡罗方法计算用于低能光子测量的高纯锗探测器的效率J核电子学与探测技术2005，25（3）:274-277.11 原子核物理实验方法M复旦大学、清华大学、北京大学合编北京：原子能出版社199712 吴冶华，等。原子核物理实验方法M.北京：原子能出版社，1997，472：13 许淑艳.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用M.北京：原子能出版社，1996：119-12614 梁勇飞，吴利萍，白立新，等。
42、基于用MCNP程序模拟的HPGe谱仪的屏蔽J.核电子学与探测技术，2003，23（2）：182-186.15 蒋锦江等，核仪器与方法，（1），71（1981）。16 原子核物理实验方法复旦大学、清华大学、北京大学合编M北京：原子能出版社,199717 R.M. Keyser, W.Hensley, T.R.Twomey,D.LUpp. Comparison of MCNP and experimental measurements for an HPGe-based spectroscopy portal monitor. Received March 2,2007.18 Martini,M.
43、,18th Annual Meeting on Ralioisotopes,Tokuo,Japan,1982。19 Paulus,T.J.et al,IEEE Trans.Nuct.Sci,NS28 (1),544(1981)。20 Marler J.M.et al.,IEEE Trans.Nucl.Sci.,21 (1),287(1974)。21 Green, M.A.,et al.,J.Appl.Phys.,48,5185 (1975)附录该实验的MCNP输入文件INP是：#HPGe1 2 -2.7 -1 2 9 -14 IMP:P=1 IMP:E=12 2 -2.7 -1 8 -9 IM
44、P:P=1 IMP:E=13 0 -2 3 20 -14 IMP:P=1 IMP:E=14 0 -2 9 -10 IMP:P=1 IMP:E=15 2 -2.7 -3 4 10 -14 IMP:P=1 IMP:E=16 2 -2.7 -4 5 11 -14 IMP:P=1 IMP:E=17 2 -2.7 -4 10 -11 IMP:P=1 IMP:E=18 3 -5.33 -5 6 12 -14 IMP:P=1 IMP:E=19 3 -5.33 -5 11 -12 IMP:P=1 IMP:E=110 3 -5.33 -6 7 13 -14 IMP:P=1 IMP:E=111 3 -5.33 -6 12 -13 IMP:P=1 IMP:E=112 4 -8.92 -7 13 -14 IMP:P=1 IMP:E=113 5 -0.001293 -15 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 IMP:P=1 IMP:E=114 0 15 IMP:P=0 IMP:E=01 CZ 3.752 CZ
