缪子对小尺寸中低原子序数物质三维成像技术的模拟研究

缪子成像是一种利用天然本底辐射中极具穿透力的缪子射线通过散射或透射技术对高原子序数Z或隐藏物体进行无损成像的技术。当前的研究对象是大尺寸的高Z物质,而针对小尺寸的中低Z物质的成像技术在国内鲜见报道。本文提出了一种针对小尺寸中低Z物质的三维成像技术,利用Geant4软件模拟了缪致次级粒子的产生过程,模拟结果表明次级粒子主要为电子和γ光子,通过缪致次级粒子与入射缪子符合探测技术筛选入射缪子径迹,利用有限角度成像算法对待测物体进行了三维图像重建,结果表明,该技术适合于小尺寸的中低Z物质成像,尤其对小尺寸中Z物质的重建效果明显,重建图像可区分0.8 cm的凹槽。

基于微结构气体探测器对单能和连续谱快中子的模拟解谱

本工作探索了基于Triple GEM探测器对快中子能谱的测量,利用MCNPX和Geant4软件分别模拟了两种在Triple GEM阴极耦合由多层聚乙烯组成的堆栈式中子转化质子的转化模型,研究对象包含了5种单能中子源和Am-Be连续谱中子源.模拟得到了探测系统对160条单能中子的响应函数和上述源的反冲质子谱分布,使用GRAVEL和MLEM算法对模拟得到的6种快中子源的反冲质子谱进行了解谱研究,并把解谱结果与标准输入谱进行了对比,结果显示与标准输入谱均符合较好,解谱的相对不确定度为10%—15%;并研究了气体探测器能量分辨率对解谱精度影响的关系,结果表明微结构气体探测器的能量分辨率好于30%时,快中子的解谱精度就可以满足实际应用需求.本研究在以前的实验基础上提出了一种新的转化结构,并通过模拟结果得出微结构气体探测器可以应用于快中子探测,并能够利用得到的反冲质子谱结合合适的反演算法实现入射中子源的能谱重建.本文积累的建模和解谱算法为将来微结构气体探测器组成的快中子探测系统应用于未知快中子源探测,能谱重建,实现源项识别提供了新的办法.

PoCA-DBSCAN算法μ子成像图像重建

在传统PoCA算法基础上引入了DBSCAN技术,提高了μ子成像质量.首先通过Geant4模拟研究,比较了改进算法前后对不同形状钨块的成像效果,结果表明改进后的算法比PoCA和DBSCAN两种单个算法的成像效果好,图像更清晰.其次,研究了探测器尺寸对重建图像的影响,发现重建质量与探测器的尺寸正相关;同时,研究了不同探测器位置分辨率下微结构气体探测器的成像效果,结果表明位置分辨好于200μm时,改进后的算法能够很好地重建钨块.最后,比较了附加屏蔽物对成像结果的影响程度,结果表明改进的算法能够有效降低屏蔽物的干扰,实现钨块与铁块的区分.

应用于NICA-MPD的Shashlik取样型电磁量能器性能模拟

俄罗斯重离子超导同步加速器的多功能探测器(Nuclotron-based IonColliderFacility'sMultiPurpose Detector,NICA-MPD)采用Shashlik取样型电磁量能器(ElectromagneticCalorimeter,ECAL),设计为由32个扇区组成的圆柱形桶共包含有43008个构层(tower),每个tower由220层吸收体铅片与塑料闪烁体片交替组成。本文对影响其性能的多个参数进行了模拟研究,利用GEANT4软件模拟了影响电磁量能器的能量沉积、能量泄漏、能量分辨率等多种参数。模拟结果表明:不同物质作为吸收体时,高原子序数(Z)物质有利于能量沉积,并且能量主要沉积在吸收体中,占比为65%左右;在兼顾能量分辨率与位置分辨率需求后,电磁量能器的每个tower横截面边长设置为4 cm为最优;由于单个tower中横向泄漏大于30%,是能量泄漏的主要原因,因此在实验中可考虑在侧面加涂具有反射作用的涂料层;对于3×3 tower多个组合情况,当吸收体与闪烁体总厚度为1.8 mm时,且吸收体铅为0.3mm时,能量分辨率能达到满足实验需求的5%@3 GeV;在不同入射能量下,量能器的能量沉积具有良好的线性关系,多个tower组合能提高能量分辨率与能量沉积,且能量越高时,能量分辨率越好。另外通过模拟计算表明,当辐射长度达到13X_(0)时,能量沉积达到最大值,同时得到最佳的能量分辨率,因此NICA-MPD的电磁量能器设计长度约为415 mm,等效于电子经过约12.8个辐射长度。Tower侧面增加反射层能够使移波光纤中的光子数提高10%~19%,光纤端面增加反射层能使到达探测器的光子数提高约50%,验证了增加反射层的重要性和必要性。