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1、MCNP模型构建3.1MCNP简介美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的MCNP是一套模拟中子、光子和电子在介质中的输运过程的通用蒙特卡罗程序。蒙特卡罗方法就是一种随机的方法，同时赋予随机粒子以物理过程，在大量粒子数的情形下将会和实际情形在一定误差下相符4。MCNP的输入文件是由多个按照一定规则书写的单元卡组成。其中主要的是栅元卡、曲面卡、数据描述卡等。它们主要描述一个问题的发射源的状态属性、介质的状态属性以及输出数据的格式。输入的行最多有80歹IJ,上下行若要连接起来可以在第二列曲五个空白字符起始或者在行尾添加一个字符,前五列可以书写命令助记符。段落之间可以有一个或多个空格分开。若需要在书写过程中
2、添加注解可以以字符“$”或气”或起始，这些行或其后的代码都会被MCNP忽略。MCNP中默认使用的单位是长度cm、能量MeV、时间10%、温度kT、原子密度bcm,.质量密度g/cm3和反应截面b4o儿何构建是由栅元描述卡来完成的，为构建一个栅元首先需要构建一些儿何曲面。在曲面描述卡中构建的曲面都有一个数字标识，有这些数字标识代表曲面通过一定规则构成一个个栅元4o每一个曲面实质上都是一个数学曲面方程，曲面将空间分成两个部分，一个部分使方程的值大于零，而另一部分小于零。所以，在栅元描述卡当中，标识上的正负即代表一个曲面将空间所分成的两个空间的相应部分。曲面标识中的空格即代表“相交部分”。由此完成若
3、干个曲面对于一个特定栅元的定义。一个栅元作为介质有其物质属性，物质的定义III材料描述卡来指定，每一种物质也有其标识，材料的指定主要由所要指定的材料的元素及其含量来定义。在栅元描述卡中的第二列即表示所要指定的材料的标识，而第三列则是表示材料的密度一般是负号。若为真空标识部分为空密度为0。各个栅元也可以通过逻辑运算来构建新的栅元，其中”代表并，空格代表交，“记代表非。值得注意的是在所要进行模拟的空间内不可以有未被定义的区域，否则执行将会报错。源的描述卡也是其中重要部分。源的描述主要包括源的位置、类型、能量分布以及源的儿何描述。源的定义卡命令标识为“sdef”，位置标志“pos”，类型标识“par
4、”（Par的值为0、1、2分别代表中子、电子、光子），能量标识“erg。其中能量可以是一个分布也可以是单能的，若为一个分布则应该定义分布的能量和该能量出现的概率或者有内定的分布可以供选择。源的儿何描述主要是源的形状和尺寸,源的发射粒子的位置分布也有内定的分布可供选择。另外还有数据描述主要定义数据的输出格式以提取用户需要的信息。用户可以指定所需要提取的信息的数据类型如能量信息，通量信息等也可以指定在某一个栅元或某一个曲面上产生的信息。3.2模型构建本实验模拟的是标准源发射出的伽马射线在HPGe探测器中的输运过程。需要提取的信息是射线在Ge晶体中的能量沉积，从而得出能量全部损失于晶体中的粒子所占的
5、份额即为所要得到的源峰探测效率。其中高纯猪探测器的剖面图和详细尺寸见图2.3和2.4所示。为节约程序执行时间，在模型构建过程中做了一些简化：山于聚酯薄膜的密度较低且厚度为0.03mm粒子在其中的能损可忽略不lh所以在构建模型中忽略聚酯薄膜；对于内扩散中的硼所形成的死层山于厚度仅为0.3微米，所以略去这一部分。当然厂商给出的尺寸值也不一定完全精确特别是Ge晶体的锂扩散死层会随着使用的年限而慢慢增长7,有文献指出使用大约9年后死层会增加0.35mm至1.16mm,在制造探测器的儿个星期之后死层厚度会增加0.3-0.4mm,儿年之后会增加0.8mm棋至2mmllo同时有些研究人员为了准确测定探测器的
6、尺寸也做了大量工作，JonaSBOSOn等人为确定Ge晶体的尺寸以及在探测器中的准确位置使用了X射线成像技术12。在MCNP模拟过程中也需要通过调节死层厚度来得到较好的模拟结果。实验装置图如图3所示0图3.1实验装置图，图中所示的为铅室和杜瓦瓶，塑料包装的是HPGe探头。本次模型构建中同时也包括了屏蔽的铅室，HPGe模型构建如下图:图3. 4高纯错探测器详细模型结构图，其中蓝色为铅块，1为探测器中央的冷孔，2为错晶体，4为真空，6为铝垫层，8为前端铝包层,10为空气图3.4为探测器详细结构示意图，蓝色部分为铅块，淡红色部分为空气，1为探测器中央的冷孔，探测器前面有一层0.7mm的锂死层，其中的探测器外层还有0.3微米的披层和0.03mm的铝聚酯薄膜都略去不计。死层旁包有0.76mm的铝，6为3.2mm的铝基底。4和1都为真空。锂死层及铝外为4mm的真空间隙，然后8为Imm的铝层。探测器（晶体）直径为82mm，长度为55.4mm,冷孔长度及半径分别为41.4mm和&5mm。模拟时采用modePe光子电子耦合输运模式，用能量间隔卡E8将能量划分为一组连续的能量沉积箱，脉冲能量计数卡F8记录光子在探测器晶体内的脉冲幅度分布7,13,14,为减小统计误差模拟的光子数个数为27,计算时若光子逸出到铅室以外则不再对其进行计算。
