基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟解剖
基于MCNP的HPGe探测器无源效率刻度
韩良文，高业栋，夏星汉，等.基于MCNP的HPGe探测器无源效率刻度［J］.核安全，2020，19（3）：76-80.Han Liangwen，Gao Yedong，Xia Xinghan，et al.Passive Efficiency Calibration of HPGe Detector Based on MCNP［J］.Nuclear Safety，2020，19（3）：76-80.基于MCNP的HPGe探测器无源效率刻度韩良文，高业栋，夏星汉，马小春，李冲，赵鹏（中国核动力研究设计院，成都610000）摘要：本文建立了HPGe探测器的MCNP模型，模拟了152Eu标准源主要γ射线全能峰的峰效率，与HPGe探测器的效率刻度实验进行对比分析，依次调整探测器的锗晶体半径、死层厚度和空气间隙，对HPGe探测器的模型参数进行优化。
实验结果的对比分析表明，将探测器的晶体半径减少2mm，探测器死层厚度增加0.1mm，探测器内部的空气间隙增加4mm后，模拟结果与实验结果相符，且误差不超过5%。
关键词：HPGe；MCNP；无源效率刻度中图分类号：TL81文章标志码：A文章编号：1672-5360（2020）03-0076-05高纯锗（HPGe）探测器具有较高的探测效率和能量分辨率，广泛应用于放射性核素的γ能谱测量。
为获得目标能量范围内的任意能量γ射线的峰效率，我们需采用多个不同能量的标准源对HPGe探测器进行效率刻度。
峰效率刻度既可采用单能源也可采用多能源。
单能源一次测量只能获得一个刻度值，实验室需配备较多的单能源，而多能源一次刻度可获得多个刻度值，但测量结果会被符合效应影响。
实际测量过程中，被测量对象通常是具有有限体积且不同形状的样品，如圆柱形、马克杯形等，同时样品的自吸收效应也会影响效率刻度的精度，因而在有限体积的样品测量过程中，需配备与样品材料成分和尺寸相同的标准源对探测器进行效率刻度，从而增加了样品测量的难度，使测量成本过高。
ORTEC公司GMX60型低本底HPGe伽马谱仪调试及刻度
ORTEC公司GMX60型低本底HPGe伽马谱仪调试及刻度本文主要介绍美国ORTEC公司GMX60型低本底HPGE伽马谱仪的调试和刻度。
探测器的调试确保实验仪器处于良好的工作状态，如偏压、温度等，为实验的开展提供保证。
探测器的效率刻度则是进行实际测量与定量计算的基础。
实验中使用ORTEC GMX60型高纯锗探测器测量了Co-60，Cs-137，Ba-133和Eu-152的能谱，对能谱的分析计算从而得到探测器的源峰探测效率，能量覆盖范围大约从80keV~1.2MeV。
MCNP作为无源效率刻度的一种，具有操作简便，节约成本，能量范围不受限等优点，使用MCNP模拟光子在探测器中的输运过程中由于厂商给出的探测器尺寸未能精确描述探测器的实际尺寸，模拟低能情况未能给出正确趋势，所以在模拟中修正了探测器几何参数中的Li接触死层厚度和铝包层厚度。
对探测器效率影响最大的主要是死层厚度，特别是在低能情况下。
通过模拟几个源位置的效率得到模拟的效率刻度。
另外，通过对探测器死层和冷孔半径的模拟分析得出探测器死层主要影响低能(<200keV)部分的探测效率而对较高能量的探测效率影响不大，探测器的冷孔半径在小范围内（0~1.5mm）的改变对探测效率的影响不大，并主要影响高能部分。
通过函数拟合，得出了探测效率随能量改变的函数表达式。
另外，也对GMX40型高纯锗探测器做了MCNP 效率模拟，得到了探测器的效率刻度模拟值。
关键词：HPGe探测器；效率刻度；MCNP；Li接触死层第一章引言在核物理的研究中，测量原子核的激发态、核反应研究等以及放射性分析方面都离不开对γ射线的测量[1]。
HPGe伽马谱仪以其优良的分辨性能成为伽马探测的重要手段。
使用HPGe伽马谱仪的首要工作就是对其进行能量及效率刻度以，例如需要测量某个样品中的核素成分以及它的活度，就需要用到相应能量下的效率值。
所以，对HPGe伽马谱仪进行能量及效率刻度是进行能量测量及利用谱仪进行放射性核素活度定量计算的基础。
MCNP能峰展宽的NaI探测效率研究
２０ ０ ６年毕业 于吉林 大 学粒 子物 理 与原 子 核物 理 专
业， 硕士 ， 助理研究 员
和正 电子在输运过程中又会产生光子 ， 由于所
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维普资讯
产 生 的次 级 光 子 和 电子 能 量 是各 不 相 同 的 ， 因
高斯展宽系数 ａ 一０和 ｃ 一０时 ， 一０ ０ ５ ，． ｂ ． ４２ ０ ０ ２ 或 ００ ７ ） ５８ ． ６８模拟计算源距为 ３ｍ时 ，ｉ ｈ ｃ ３ ｃ ｎ ×３ ｃ ＩＴ ） ｉ ｈＮａ（ １晶体 测能量 为 ０ ６ ２ １ １３ ｎ ． ６ 、． ７
ＭＣ ＮＰ能 峰 展 宽 的 Ｎａ 探 测 效 率 研 究 ｌ
周 银 行 马 玉 刚 ，
（． １ 中国工程物理研 究院核物理与化 学研 究所 ， 四川 绵阳 ９ ９２ ５ １— １ 信箱 ２ 吉林大学 物理学 院， ． 吉林 长 春 １０２） ３０ ３ ６ １０ ￣ ２ ９ ０
摘要： 本文利用 光子和 电子 耦合 输运 ＭＣ程 序 的 电子 脉 冲计 数类 型 的能 峰展 宽模 拟计 算 了 Ｎａ Ｉ （ １探测器 的 能谱 ， Ｔ） 与实验测量的能谱符合 较好 。然后 利用 ＭＣ ＮＰ计 算 了 Ｎ ＩＴ１对 不 同能 量 射 ａ（ ） 线的探测效率 （ 总 比）结果 与实验值一致 ， 峰 ， 验证 了这种计算方 法用 于模 拟 Ｎａ（ Ｉ对 能谱 的探测效 ＩＴ ）
率 是 可行 的 。
关键 词 ： ＩＭＣ Ｐ， Ｎａ￣ Ｎ 能峰展 宽 ； 射线 ； 探测效 率 ； 峰总 比
中图分 类号 ： ０２ ２ １ ４ ． 文 献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５—９ ４ ２ ０ ）６１ ６ －３ ２８０ ３ （０ ７ ０—０ １０
高纯锗探测器探测效率研究
高纯锗探测器探测效率研究第26卷第2期2006年3月核电子学与探测技术NuclearElectronics&DetectionTechnologyV.L26No.2March2006高纯锗探测器探测效率研究朱传新,陈渊,郭海萍,牟云峰,王新华,安力(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900)摘要:利用系列标准7射线源对高纯锗探测器的探测效率进行了各种测量,与蒙特卡罗计算程序相结合,对于高纯锗探测效率进行了分析和讨论.计算效率与测量效率在4以内吻合.在一定探测距离条件下面源与点源的探测效率在1以内吻合,而且面源的自吸收可以用平行束在材料中的自吸收来计算;当面源靠近探测器时,由于7射线的倾斜入射,这种方法就不适用了,需要用蒙特卡罗方法进行自吸收较正.关键词:高纯锗;探测效率,自吸收中圈分类号:n名12文献标识码:A文章编号:0258-0934(2006)02-0191-04高纯锗探测器主要用于测量射线和X射线,高纯锗探测器由于具有较高的能量分辨水平,高探测效率和较大的射线能量探测范围(几keV到几MeV),被广泛应用于各类物理量测量中.高纯锗探测器最关键的几个技术指标包括能量分辨率和探测效率[1],而探测效率又是直接关系到物理测量结果的准确程度,所以对探测效率的研究有重要意义.本文对影响高纯锗探测效率的一些因素进行了分析和探讨.1点源与面源探测效率的匕较在进行测量工作前,需要进行效率刻度,点射线源通常作为标准源,以对高纯锗探测器进行准确的效率刻度.而在实际测量工作中,通常使用圆形的薄样品作为射线探测的对象,因此,探测效率的准确性就需要考虑点源与面源之间的差异.对于距离高纯锗探测器表面同心轴方向1～200mm等不同位置处,射线收稿日期:2004—12—21作者简介:朱传新(1977一),男,安徽凤台人,中国工程物理研究院核物理与化学研究所硕士,粒子物理与原子核物理专业能量为185keV的点源和圆形面源(直径为24mm)的探测效率,利用蒙特卡罗程序进行了计算,结果列于表1.由表1的数据可以看出,在距离d≥10mm条件下,点源与面源的探测效率在误差1范围以内相符.在这种情况下,可以将面源视为点源,直接将点源的探测效率刻度值用于实验测量中.而当距离d≤10mm时,点源与面源的差异就比较大,尤其是贴在探测器表面时(即d==:lmm),差异达到13.因此,在处理不同探测距离条件下的探测效率时,必须考虑源形状的差别对于探测效率的影响.2源片自吸收的蒙特卡罗效率计算与公式的匕较在实验测量中,样品的厚度希望做得越薄越好,但同时射线的量会因此而大为减少,这是一个无法避免的矛盾,其做薄的目的,就是为了减少射线在样品中输运时被样品材料的吸收,即通常所说的"自吸收".对于离探测器比较远的条件下,自吸收修正因子f=[1一exp(--pC)]/~(1)式中:为光子在材料中的吸收系数,mm一;t为样品的厚度,mm.191裹l不同位置处的点源,面源的探测效率探测器在对样品7射线进行测量时,是否严格按照自吸收修正因子规律有所损失呢?对于能量为207keV,离探测器为80mm的7射线源,利用蒙特卡罗程序进行计算,并与式(1)进行了比较,结果见图1.由图1a可看出,随材料厚度的增加,自吸收影响显着增加.由图1b 可看出,对于样品厚度小于0.6mm时,二者在误差1以内相符.当在近距离d一10mm情况下,利用蒙特卡罗程序进行一定厚度样品的效率计算,结果示于图2.由图2a可以看出,两种计算方法的差别显着增加,尤其在厚度逐渐增大的情况下更为明显.根据图2b,使用式(1)进行自吸收修正是不恰当的,两种方法得到吸收修正因子的差异在厚度为200~m时就达到89,6,对于现有的技术水平,样品厚度一般达到200~m都比较困难,所以近距离条件下的实验测量,自吸收必须使用蒙特卡罗计算进行准确修正.而对于距离大于80mm情况下的自吸收,可以采用式(1)进行修正.图1距离为80ram的自吸收修正因子随厚度的变化和自吸收比值U毒《岛1图2距离为10mm的自吸收修正因子随厚度的变化和自吸收比值3蒙特卡罗效率与实验测量效率曲线的比较高纯锗探测器的探测效率从某种意义上说,在一定条件下,比如给定的探测距离,探测器几何尺寸,结构,材料确定,点源7射线的探测效率与源能量是确定的函数关系一厂(),其中为能量,Y为探测效率.简写为e(E)一,(E),其具体的函数表达式是可以使用一系列192的标准7射线点源刻度而得到.但是由于7射线源的可使用能量范围是有限的,例如对于船Ra,其了射线最大能量只能到达2MeV左右,而对于2MeV以上能量范围的效率,想要得到其准确的实验测量值就变得比较困难;另一方面由于受到实验条件的限制,有时可能没有令人满意的一系列用于刻度的标准7射线源,很多能量点无法用刻度的方法得到.这些情况下,用计算模拟的方法来得到效率就显得表285mm探测距离的效率4不同距离点源探测效率的测量和比较分析探测器效率与探测距离是紧密相关的,随着距离的增加,源对探测器所张的有效立体角变小,因而效率会显着下降,不同的实验条件下,对于探测效率的要求会有所不同,例如,在强中子场辐照的样品,其活化7射线可能只需要在50"~200mm的距离条件下进行探测,就可以获得非常好的实验结果,而对于弱中子场情况下,就要求样品在靠近探测器的地方进行测量,以得到足够的统计计数,满足实验测量的精度要求.因此,获取探测距离与效率的关系信息,对于进行实验测量是必要的.利用.Ra点7射线源对200～1200keV能量范围,不同距离条件下的效率进行了实验测量,结果示于图3.通过图3的对比可以知道,在E>200keV条件下,随着能量的增大,探测效率降低,而距离越大探测效率越小,效率随能量增加呈下降趋势.在不同距离条件下,效率随能量变化曲线的变化趋势基本相同.5高压对探测效率的影响工作电压的稳定性对探测器的效率也会带来影响,每种不同型号的高纯锗探测器都有一个最恰当的工作电压值,在这种工作电压下,探测器能够得到各种性能参数的最佳匹配和测量状态.对于两个不同高压2000,2400V条件下,探测距离为82mm的探测效率进行了测量,结果示于图4.由图4可以看出,尽管高压2004006008001000I200./l'eV图3不同距离点源探测效率有400V的变化,探测器的效率仅产生轻微的改变,对于低能部分,效率几乎不改变.这表明,高纯锗探测器在最佳电压附近有一个比较稳定的效率坪区问,一般在±500V左右,性能不会有太大的变化.102瓣餐10110.0'舡轻10】能景/kcV图4不同高压的探测效率IIl】.vI图5两种探测器的能量效率曲线6包壳材料对于探测效率的影响高纯锗探测器是由加了一定厚度包壳材料的锗晶体等系统构成的,铝材料和铍材料是常被使用的壳材料,铝材料的优点是比较结实,但存在对低能量7射线和X射线吸收能力强的缺点,而镀材料则是对低能量7射线和X射线吸收较小的材料,而且易于加工成非常薄的窗材料,其厚度可以到0.5mm,其缺点是易碎,测量时需要格外小心.这里对包壳材料:1)Al层厚为1.27mm;2)Be层厚为0.5mm,这两种高193●H～一vv.{『一喜蠢一}詈匡\一I暑,}..,i窨一纯锗探测器进行了能量效率曲线的测量,结果示于图5.由图5可以看出,铍材料情况下,探测器对于低能部分的探测效率保持非常高的水平,而AI材料则几乎将低能的7射线和x射线吸收干净了,对于高能了射线,二者基本相同.在使用中需要根据所测7射线能量范围来恰当地选择探测器.的研究,得到了点源与面源,源片自吸收,蒙特卡罗效率与实验测量效率曲线,距离因索,高压和包壳材料等多种因素对于探测效率影响的清楚认识,对于进一步开展相关的物理测量工作具有重要意义和应用价值.参考文献:7结论[]吴~治华,等,3原99子7:核472物.理实验方法[M].|匕京.原子通过对影响高纯锗探测器探测效率的因素ThedetectingefficiencyofHPGedetectorZHUChuan-xin,CHENYuan,GUOHai—ping,MOUYun-feng,ANLi,W ANGXin-hua (instituteofNuclearPhysicsandChemistry,CAEP,MianyangofSichuanProv.621900,Chin a)】sl瑚MeasurementsofHPGeefficiencyweremadebyseveralstandardgamma-raysources.Anal ysis wasmadebythewayofmeasurementandMonteCarlocalculationprogram.Theefficiencyre sultsofcal-culationagreedwiththemeasurementintheaccuracyof4.Atsufficientdistancefromthedete ctor,theefficiencyofpointsourceequaledtOplatesourcein1,andthegamma-rayself-absorptiono fplatesourcecanbecalculatedbytheparallelbeamgeometry.However,whentheplatesourcewascl osetothedetector,theexpressionfortheparallelbeamgeometrydoesnotapplybecauseoftheobliqueanglesofthegammaraysacceptedbythedetector.ThesampleabsorptioncanbecalculatedwithMonte Carlotechniques.Keywords:HPGe;detectingefficiency;self-absorption(上接第239页,Continuedfrompage239) DesignofportableinstrumentformeasuringradonZHENGYi—ring,FANGFang,ZHOURong-sheng (CollegeofAppliedNuclearTechnologyandAutomationEngineering,Ch'engduUniversit yofTechnology,ChengduofSichuanProv.610059,Sichuan) AbstractThispaperpresentsaschemeofportableinstrumentforradonmeasurement,whichi ncludesmeasuringprinciples,hardwareandsoftware.Measuringprincipleismadeclearbyanalyzin gradonade—ponentsoftheinstrum entsuchaspowersupply,semiconductordetector,micro-controllerandSOonareintroducedandtheirpr inciplesareexplained,indetailFinally,accordingtomeasuringresults,thecapabilityoftheinstrumentisa nalyzedconcretely.Keywords..instrumentforradonmeasurement;decaydaughter;semiconductordetector 194。
高纯锗探测器与其他探测器课件
医疗影像
某些探测器可用于医疗影 像设备，如CT和PET扫描 仪。
优缺点比较
优点
高纯锗探测器具有较高的探测效率和 能量分辨率，能够提供更准确的数据 。
缺点
与其他探测器相比，高纯锗探测器的 制造成本较高，且维护和操作要求也 较为严格。
04
高纯锗探测器的制造工艺
材料制备
提纯
将锗元素进行高纯度提纯，去除杂质 ，确保探测器的性能稳定。
单晶生长
通过特定技术生长高纯度锗单晶，为 制造探测器提供优质材料。
制造流程
晶片制备
将锗单晶加工成薄片， 并进行抛光、清洗等处
理。
欧姆接触制作
在锗晶片上制作欧姆接 触，确保电流有效传输
。
刻蚀与结构制备
通过刻蚀技术形成探测 器的敏感结构。
表面处理与镀膜
在探测器表面进行特殊 处理和镀膜，提高探测
器的性能。
应用领域
核科学研究
环境监测
高纯锗探测器在核科学研究领域中广泛应 用于测量放射性同位素、核反应堆监测、 核废料处理等方面。
高纯锗探测器可用于环境监测领域，测量 土壤、水体、空气中的放射性物质含量， 评估环境质量。
医学诊断
其他领域
高纯锗探测器在医学诊断领域中可用于检 测肿瘤、炎症等病变，以及测量药物代谢 过程中的放射性标记物。
高纯锗探测器与其他探测器 课件
contents
目录
• 高纯锗探测器介绍 • 其他探测器介绍 • 高纯锗探测器与其他探测器的比较 • 高纯锗探测器的制造工艺 • 高纯锗探测器的未来发展
01
高纯锗探测器介绍
定义与特性
定义
高纯锗探测器是一种基于高纯锗 材料制成的半导体探测器，用于 测量物质中的微量成分。
平板高纯锗探测器几何参数修正的解析方法
平板高纯锗探测器几何参数修正的解析方法黎先利;尹国辉;马怀成;冯天成;田言杰;成智威;孙高峰;申茂泉【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)010【摘要】本文推导了1个用于计算平板高纯锗探测器对点源发射光子的探测效率的数值积分公式，并应用此积分公式进行了高纯锗探测器的几何参数修正。
将241 Am、137 Cs点源分别置于平板探测器前端的不同距离（1～20 cm）处进行实验测量，以探测效率的实验结果为拟合真值，利用积分公式通过加权最小二乘拟合获得该探测器的几何参数。
将修正后的参数应用于MCNP模拟计算，对59.5及661.6 keV光子，在1～20 cm探测距离范围内，探测效率的模拟值与实验值之间的相对偏差＜1％。
研究表明，此解析方法实现了对探测器几何参数的快速修正，结果准确可靠。
【总页数】5页(P1883-1887)【作者】黎先利;尹国辉;马怀成;冯天成;田言杰;成智威;孙高峰;申茂泉【作者单位】西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613;西北核技术研究所,陕西西安,710613【正文语种】中文【中图分类】O571.1【相关文献】1.碘化钠探测器和高纯锗探测器γ能谱仪性能比较 [J], 方晓明;李欣年2.基于Geant4的高纯锗探测器模拟 [J], 王志朋; 冀凤贞; 邵晴晴; 朱礼成3.不确定度评价方法在高纯锗探测器参数修正中的应用 [J], 李自维;白立新;张一云4.MC模拟高纯锗探测器准直器对X射线能谱测量的影响 [J], 文玉琴;赵瑞;吴金杰;赖万昌;王二彦5.高纯锗探测器效率刻度方法对比分析 [J], 项昂之;吕汶辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于geant4的高纯锗探测器模拟
- 30 -高 新 技 术０ 引言在核辐射探测过程中，探测器的选择会对测量结果造成很大影响。
由于每个探测器在结构性能上都存在差异，探测器尺寸大小的不同及构成γ谱仪的电子线路、器件参数的不同，都会导致谱仪的探测效率、能量刻度、分辨率等不同[1]。
由于高纯锗探测器相对于其他探测器来说具有较高的探测效率、优越的能量分辨率、极低的内部放射性水平以及较宽的能量测量范围，因此，在低水平测量条件下多采用高纯锗探测器进行探测，以此来提高测量的精度。
高纯锗因为其本身结构和装置体积的限制，导致在实际测量中对环境的要求较高，且容易受到其他因素的干扰影响测量结果，因此，需要对测量条件的干扰做出预测，并尝试找出在该测量条件下高纯锗探测器的探测限。
该技术在应用过程中常常会受到装置和经费等方面的限制。
蒙特卡罗方法能够逼真的模拟γ射线在物质中的物理过程，并且条件限制较小、获取信息全面，所以在某些方面可以代替实际的测量工作。
模拟软件Geant4继承了C++源代码的开放性特点，被广泛应用于各种领域的模拟实验中，且Geant4包括各种粒子的物理过程，能够有效模拟射线与物质的相互作用过程[2]，用户可以根据实际要求选择编写程序包获取模拟数据。
该文主要是利用Geant4程序模拟γ射线在高纯锗探测器中发生的物理相互作用，探讨γ射线在高纯锗探测器中的能量沉积与探测能谱的关系。
１ 模拟方法与模型１．１ 探测器模拟中使用的探测器参考GEM—MX5970P4高纯锗探测器的尺寸和探测性能[3]，探测器摆放位置距离放射源15 cm，探测器构造如图1所示。
基于Geant4的高纯锗探测器模拟王志朋 冀凤贞 邵晴晴 朱礼成（亳州市人民医院肿瘤科放疗中心，安徽 亳州 236800）摘要：该文利用蒙特卡罗程序包Geant4构建了高纯锗探测器的实际结构，模拟了γ射线在高纯锗探测器中与材料发生的相互作用。
通过统计光子在高纯锗探测器中的能量沉积，累计得到4种能量射线的能谱，并通过拟合公式对能谱进行展宽，模拟实际能谱。
MCNP 模拟 HP -Ge 探测器效率刻度曲线
MCNP 模拟 HP -Ge 探测器效率刻度曲线
余少杰;郝锐;张静
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】利用MCNP模拟得到了某型HP-Ge探测器对一系列不同能量γ射线的响应能谱，根据响应能谱得到了相应的全能峰探测效率，在此基础上对探测器效率刻度曲线进行了模拟，可为HP-Ge探测器的设计和使用提供参考和依据。
模拟结果表明：探测器对低能γ射线（60～300 keV ）探测效率较高，随着能量的增加其效率逐渐减小；对能量在160 keV～1．8 MeV范围的γ射线，探测器效率与射线能量在双对数坐标中的关系为一条直线。
【总页数】4页(P14-16,71)
【作者】余少杰;郝锐;张静
【作者单位】中国舰船研究设计中心，武汉430064;中国舰船研究设计中心，武汉430064;中国舰船研究设计中心，武汉430064
【正文语种】中文
【中图分类】TL814
【相关文献】
1.平面型 HPGe 探测器对空气样品盒的探测效率刻度 [J], 陈永雍;陈细林;覃国秀
2.CT技术结合MC模拟探测器效率刻度曲线 [J], 陈成;吴金杰;周四春;姚馨博;王佳
3.中国先进研究堆实验室HPGe探测器r无源效率刻度方法研究 [J], 张念鹏;丁丽
4.基于虚拟点探测器模型的HPGe探测器体源效率刻度 [J], 熊文彬;仇春华;段天英;刘浩杰;潘君艳;陈海涛;刘进辉
5.基于MCNP的HPGe探测器无源效率刻度 [J], 韩良文;高业栋;夏星汉;马小春;李冲;赵鹏
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南华大学船山学院毕业设计(论文)题目基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟专业名称核工程与核技术指导教师廖伶元指导教师职称讲师班级核技01班学号20109530164学生姓名张健新2014年 5 月 16 日南华大学船山学院毕业设计（论文）任务书专业：核工程与核技术题目：基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟起止时间：2013.12.20-2014.5.25学生姓名：张健新班级：核技01班指导老师：廖伶元系/室主任：王振华2013 年 12 月 20 日论文(设计) 内容及要求：一、毕业设计（论文）原始依据MCNP程序能运用蒙特卡罗方法模拟计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题，我们通过MCNP对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算并与实际实验数据相比较。
二、毕业设计（论文）主要内容1、介绍γ射线及其探测方法的基本理论2、对半导体探测器的基本工作原理进行介绍，重点介绍高纯锗探测器的工作原理3、运用MCNP对厂家给出数据进行对高纯锗探测器进行建模，模拟出其探测效率，并与实验得出探测效率相比较4、数据分析，得出结论；三、毕业设计（论文）基本要求1、根据设计任务书设计内容，作出设计进度安排，写出开题报告；2、撰写毕业设计（论文），篇幅不少于1.5万字，图表数据完整；3、收集查找资料，参考资料不少于六本；4、按毕业设计（论文）规范要求，打印装订成册两本；四、毕业设计（论文）进度安排1、2014年1月到2014年3月搜集，阅读文献。
2、2014年4月学习使用MCNP并进行模拟3、2014年5月完成论文五、主要参考文献[1] 凌球郭兰英编著.核辐射探测[M].北京:原子能出版社,2002[2] 张虎,罗降,张全虎,何彬. 核探测器的发展和现状[A]. 第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C]. 2008[3] 张建芳 . 高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟[A]. 2009指导老师：年月日南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟设计（论文）题目来源其它设计（论文）题目类型软件仿真起止时间2013年12月-2014年5月一、设计（论文）依据及研究意义：MCNP程序能运用蒙特卡罗方法模拟计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题。
高纯锗探测器具有能量分辨率大，探测效率高，制作周期较短等特点，并且克服了传统半导体探测器必须在低温下工作这一致命缺陷，因此高纯锗探测器具有良好的发展前景。
本论文致力于通过MCNP 对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算并与实际实验数据相比较，证明MCNP程序仿真能为现实实验提供科学的参考，甚至在一定程度下能代替现实实验，推动科学实验的发展二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）1、主要研究内容：1、学习研究γ射线及其探测方法的基本理论2、对半导体探测器的基本工作原理进行介绍，重点介绍高纯锗探测器的工作原理3、运用MCNP对厂家给出数据进行对高纯锗探测器进行建模，模拟出其探测效率，并与实验得出探测效率相比较4、数据分析，得出结论；2、预期目标：12月20日-1月15日收集相关资料，学习γ射线、半导体探测器方面相关知识2月15日-3月15日翻阅文献，对高纯锗探测器及探测效率进行深入学习3月15日-4月15日收集相关资料，学习并掌握使用MCNP,并对高纯锗探测器进行MCNP模拟，得出数据4月12日-5月25日完成报告。
三、设计（论文）的研究重点及难点：重点：1、学习高纯锗探测器的基本原理2、外国所生产的高纯锗探测器的尺寸数据的获得；3、运用MCNP对所得的数据进行建模，并运行所编写程序，得出与相关数据四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：1、研究方法：通过阅读相关文件与运用MCNP进行程序仿真相结合的方法，研究问题。
2、步骤：12月20日-1月10日收集资料，完成开题报告；3 月1日-3 月5日完成题纲；3月6日-4月15日参考资料，完成论文框架；4月16日-5月5日完成论文初稿；5月6日-5月25日完成论文定稿、装订。
五、进行设计（论文）所需条件：1、参考资料：[1] 凌球郭兰英编著.核辐射探测[M].北京:原子能出版社,2002[2] 张虎,罗降,张全虎,何彬. 核探测器的发展和现状[A]. 第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C]. 2008[3] 朱传新,陈渊,郭海萍,牟云峰,王新华,安力. 高纯锗探测器探测效率研究[J]. 核电子学与探测技术. 2006(02)[4] 张建芳 . 高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟[A]. 20092、通过维普网、中国知网等文献库获取资料。
六、指导教师意见：签名：年月日基于MCNP的高纯锗探测器探测效率的模拟摘要：本文从最基本的开始，先对γ射线及其探测方法的基本理论进行了简单的介绍，然后对各种探测器包括闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器的产生、发展过程进行了简单的介绍并对半导体探测器的基本工作原理进行了探讨。
接下来对本文需要重点研究的高纯锗探测器进行了原理讲解和对ORTEC公司所生产的P型单端同轴型高纯锗探测器的结构材料尺寸数据进行整理，最后对MCNP基础和其程序运行原理进行介绍。
这些种种的理论介绍都为我们后面所进行的模拟提供依据。
接下来通过厂家给出的结构材料尺寸数据进行运用MCNP对高纯锗探测器进行模拟，并运用源峰探测效率对我们需要研究的探测效率进行计算。
通过模拟得出数据后通过对数据的分析整理，得出结论但同时也存在误差，文章最后还对误差进行了分析和提出了自己的假设。
关键词：高纯锗探测器；探测效率； MCNP模拟The MCNP Simulation of HPGe Detector EfficiencyAbstract：In this paper, starting from the most basic, the first basic theory of gamma rays and its detection method is introduced. And then in this paper introduces the production and development process of the detector and introduces the basic principle of semiconductor detector. This paper mainly introduces the basic principle of the high parity germanium detectors and sorts out the data of the ORTEC company’s P-type coaxial HPGe detector. Finally, introduced the foundation of MCNP and this program principle. The introduction of these theories provide a basis for the next simulation. Then through the structure and size of material’s data from the manufacturers to uses are the MCNP to simulate the HPGe detector. Then Using the source peak detection efficiency to calculate the detection efficiency what our need. We reached the conclusion through the collation of data and find the mistake. Finally, the errors are analyzed and we put forward some hypothesis.Key words：high parity germanium detectors；detection efficiency ；MCNP simulation目录1 研究的背景及其基本概述 (1)1.1研究的背景与意义 (1)1.2如今的研究现状 (2)1.3.本研究工作的任务和目标 (2)2 γ射线的探测原理 (4)2.1光电效应(Photoelectric effect) (4)2.2康普顿散射（Compton scattering） (5)2.3电子对效应（Electronpaireffect） (6)3 高纯锗探测器的基本原理 (7)3.1半导体探测器的基本原理 (7)3.2高纯锗探测器的基本原理 (9)3.3探测效率的意义 (10)4 MCNP的基础 (12)4.1MCNP的基础 (12)4.2 MCNP的程序结构运行 (12)5 高纯锗探测器的MCNP模型建立与探测效率的模拟 (14)5.1MCNP模型的建立 (14)5.2 MCNP模型建立与计算 (15)5.3输入文件inp的编写与分析 (16)6 数据的处理与分析 (20)6.1数据的处理 (20)6.2数据的分析和问题的假设 (23)7 结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录一 (28)MCNP程序能运用蒙特卡罗方法对三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子、电子光子等输运问题进行模拟计算。
高纯锗探测器具有能量分辨率大，探测效率高，制作周期较短等特点，并且克服了传统的半导体探测器必须在低温下工作这一致命缺陷，使高纯锗探测器的适用范围广度得到了很大的提高，因此高纯锗探测器具有良好的发展前景。
本论文致力于通过MCNP对高纯锗探测器进行建模模拟，并对所模拟的高纯锗探测器的探测效率进行模拟计算，得出其探测效率并与实际实验数据所求的探测效率相比较，得出结论。
通过结论证明高纯锗的探测效率能通过MCNP进行求解，从而进一步证明MCNP程序仿真能为现实实验提供科学的参考，甚至在一定程度下能代替现实实验，推动科学实验的发展。
1 研究的背景及其基本概述1.1研究的背景与意义半导体探测器是上个世纪60年代发展迅速起来的一种新型的核辐射探测器，半导体探测器的探测介质也就是其探测灵敏区域为半导体材料，尽管其采用了更加先进的新型半导体探测介质，但是半导体探测器的基本工作原理与闪烁探测器和气体探测器基本相同。