基于激光康普顿散射的电子束参数测量方法

加速器电子束参数的无损间接测量是一个难题,储存环上传统的X射线针孔成像(X-ray Pinhole Imaging)方法和直线加速器上的狭缝衍射法(Optical Diffraction Radiation,ODR)都存在不足之处。激光康普顿散射(Laser Compton Scattering,LCS)装置是利用相对论电子与低能光子相互碰撞产生高能γ束的新光源。本文提出了一种基于激光康普顿散射光源测量能谱提取电子束参数的方法,该研究旨在通过自主开发的基于Geant4的蒙特卡罗程序模拟重建出与实验测量能谱符合一致的模拟谱,从而获得电子束参数,包括水平方向束斑尺寸、电子能量和发射度。在对上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)的激光γ光束线站(Shanghai Laser Electron Gamma Source,SLEGS)上的多碰撞角度γ测量能谱做了一致性的验证,结果表明:提取的上海光源储存环电子束参数与理论值符合得较好。这证明了激光康普顿散射是一个有效的电子束参数无损间接测量方法,为后续其他电子束的提取奠定基础。

电子FLASH-RT剂量学模拟计算与实验研究

通过实验测量与数值模拟相结合的方法评估电子FLASH-RT的剂量学特性。实验中,使用EBT3胶片在固体水模中测量剂量,同时采用MCNP5程序模拟验证束流特征参数。实验平台基于9 MeV电子直线加速器构建,通过调整加速器参数,在源皮距1 m处实现了250 Gy/s的超高剂量率。实验与模拟结果在剂量分布上的最大偏差不超过5%,束流平坦度控制在3%以内。关键剂量率评估显示,加速器在最大工况下工作,可获得满足FLASH效应所需的超高剂量率。离轴剂量变化研究表明,引出窗中水层的存在改善了束流的均匀性。中心轴深度剂量分布分析表明,模拟与实验结果在水层厚度10 mm时吻合较好。二维剂量分布显示,模拟结果与EBT3胶片测量趋势一致。研究结果表明,电子FLASH-RT实验平台能够提供所需的超高剂量率,且实验与模拟结果具有较高的一致性,为FLASH-RT的进一步研究和应用提供了重要的剂量学参数和束流特征参考。

蒙特卡罗模拟分析电子束发射度对照射量空间分布影响

加速器靶前正前方1m处的照射量是衡量加速器光源辐射能力的重要物理参量。电子束轰击高原子序数靶产生的X射线空间分布具有很强的前冲性,照射量空间分布与电子束的发射度密切相关。采用高斯函数对不同电子束发射度条件下入射电子的空间分布和角度分布进行建模。应用蒙特卡罗方法对电子束打靶的轫致辐射过程进行模拟,分析电子束发射度对照射量的影响。同时还对整靶结构和叠靶结构下的轫致辐射光源照射量进行计算比较。结果表明,电子束的发散角是影响轫致辐射光源照射量的主要因素。与采用整靶结构相比,采用叠靶结构所获得的照射量空间分布基本一致,在正前方小角度范围内(0~4°)的照射量有2%~3%的降低。

影响X光源特性的参数研究

针对高能电子束撞击重金属靶产生轫致辐射光子,利用蒙特卡罗方法详细研究了电子束半径与发射度以及靶的厚度对X光源特性的影响 结果表明:电子束半径与发射度不仅是影响照射量的主要因素,也是造成照射量分布不均匀的主要原因;给定电子束,存在一个靶厚度使得靶前1m处的照射量最大 因此,在X射线成像系统的设计和模拟过程中,应综合考虑电子束半径与发射度和靶厚的影响.

中子标准测试束平台概念设计及模拟优化

为满足对中子散射谱仪关键部件的检测需求,提出一种基于反应堆中子源的中子标准测试束平台概念设计思路。该平台具有测试束流波长（0.1-0.3nm）连续可调、n/γ可同步分析、样品台可多自由度移动以及便于后续拓展集成等优点。利用蒙特卡罗程序VITESS对平台整体结构,具体包括聚焦单色器、soller准直器等展开模拟优化分析。该装置利用可拆卸的准直器1实现高通量和较高分辨两种工作模式：工作于高通量模式时,样品台处中子（波长0.1nm）束流强度最高可达6.15×10^6n/（cm2·s）,水平发散度1°;工作于较高分辨模式时,分辨率可达0.2%。

基于第三方软件建立射波刀蒙特卡罗模型的研究

目的:利用蒙特卡罗方法模拟射波刀的射线输运过程,并与实际测量结果相比较,验证所建模型的准确性。方法:应用BEAMnrc与DOSXYZnrc程序,建立射波刀物理结构模型,包括12个不同尺寸的准直器系统,通过调整电子束流的平均能量、强度分布半高宽参数,得到水模体中剂量场分布的百分深度剂量、离轴比、输出因子、射线质以及修正因子等数据,并与实际测量数据对比,从而确定所模拟模型中电子束流参数。结果:射线束流百分深度剂量数据对比中超过90%的点误差<2%;离轴比数据中超过90%的点误差<2%;射野输出因子在准直器尺寸≥20 mm时基本重合,但是在准直器尺寸≤15 mm时存在一定误差;射线质的值为0.639,与测量结果0.635相近,最终确定了电子束流平均能量为6.9 Me V,强度分布半高宽为0.4 cm。结论:所建立的蒙特卡罗模型能够准确地模拟射波刀射线输运过程,为后续研究奠定了基础。

电子束空气等离子体电子数密度分布模型研究

基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布,建立了不同工况下该等离子体的形态参数和电磁参数模型。利用该模型对有、无电子束空气等离子体时目标电磁散射的变化进行了仿真计算,获得了不同工况下遮挡等离子体后相对于遮挡前电磁散射强度平均相对衰减。将仿真结果与相应工况下的实验结果进行了比较,对比结果表明:基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布具有较高的可靠性。因此,建立的形态参数与电磁参数模型为深入研究电子束空气等离子体特性奠定了基础。

基于蒙特卡罗方法确定医用加速器最优电子线参数

通过蒙特卡罗方法模拟瓦里安IX加速器6 MV能量档、10 cm×10 cm射野下的剂量分布,研究电子线参数对剂量分布的影响,并寻找确定最优电子线参数的简化方法。结果表明:当电子线平均能量和径向强度分布分别在5.5~6.4 Me V及0.1~0.4 cm变化时,百分深度剂量没有显著变化;当径向强度分布在0~0.19 cm变化时,主剂量区内模拟与测量的离轴剂量差异很小,但在半影区,二者之间有较大差异;通过调整平均角展宽,可以使不同深度处模拟与测量的离轴剂量有更好的符合度。根据本文提出的电子线参数确定方法可以使模拟的剂量更为精确,由于百分深度剂量与离轴剂量分别对径向强度分布及平均能量不敏感,各参数可以独立地根据单一剂量分布确定。

7.5MeV电子束转轫致辐射的理论研究初探

为研究电子束转轫致辐射的特性,采用FLUKA蒙特卡罗程序,研究了7.5 Me V电子束透过Cu、Ag、W、Ta、Water靶的电子、轫致辐射光子的特性,得到了利用轫致辐射进行辐照时的最佳靶厚度,以及在最佳靶厚度情况下的透射轫致辐射的能量密度分布。同时对不同束流扫宽情况下的能量利用率进行了初步探讨。本研究对7.5 Me V电子束转轫致辐射的靶设计及其辐射加工产业具有一定的理论指导意义。

轫致辐射靶的发射率及角分布分析

计算了不同能量下,几种常用单靶(W,Cu,Ta,Au)的X射线前向发射率和角分布,从理论分析和蒙特卡罗方法模拟计算两方面分析了产生的X射线发射率及其角分布与靶参数和束流参数的关系, 并与已发表的数据及实验结果比较,结果一致,可为设计产生X射线的电子加速器及靶提供参数依据。

BEPCⅡ束流相关本底的蒙特卡罗模拟研究(Ⅱ)——束流-气体相互作用

介绍了用蒙特卡罗方法研究正常对撞模式下束流本底中的束流 -气体相互作用的原理与效果 .使用通用的模拟工具 ,研究了BEPCⅡ的束流 -气体本底对设计中的BESⅢ的影响 .结果显示 ,在储存环上设置挡板后 ,探测器的本底在允许的范围之内 .模拟结果对BEPCⅡ -BESⅢ的设计建造具有指导意义 .

12MeV强流脉冲电子束对钽靶的破坏研究

强流高能电子束由于具有很强穿透能力 ,在材料内的能量沉积具有体分布特点 ,因此其对材料的辐照破坏体现出和低能电子以及X光等不同的特点 .本文分析了金相显微镜和扫描电镜下的被 12MeV的强流电子束轰击后的 1.2mm厚度钽靶的破坏点形貌 ,其破坏断面体现为力学韧性撕裂 ,且关于靶中心基本对称 .为了解释这种现象 ,文中用蒙特卡罗的数值模拟方法给出了电子束在钽靶内的沉积能量分布 :能量沉积呈现靶中心吸能高 ,两侧低 ,且关于中心基本对称的特点 .针对破坏断面特点和靶的吸热情况 ,我们给出高能电子束对靶材破坏初步的定性解释 :认为高能电子束的强穿透能力使得靶材各部分几乎同时加热 .靶材在极短时间里吸收大量能量 ,发生剧烈膨胀 .由于能量沉积特点 ,中心部分材料膨胀最厉害 ,受到两侧边界的强烈约束 ,将产生两大小相近的热激波相对传播 .激波在两侧自由界面反射 ,产生向内传播稀疏波 .当两个稀疏波在靶中心区域相遇 ,就造成了靶对称撕裂的破坏形态 .

基于蒙特卡罗方法的XHA600D医用电子直线加速器的入射电子束参数研究

使用蒙特卡罗方法研究入射电子束参数对XHA600D医用电子直线加速器产生的剂量分布的影响,并确定优化的入射电子束参数。根据厂商提供的XHA600D加速器治疗头的几何、材料参数,使用蒙特卡罗程序EGSnrc对不同的入射电子束参数进行模拟并记录其在水模体中产生的剂量分布,将模拟结果与测量结果进行比较。模拟的入射电子束参数包括平均能量、径向强度分布、角度展宽和能量展宽;实验测量数据包括4 cm×4 cm、10 cm×10 cm、30 cm×30 cm射野条件下的百分深度剂量与离轴剂量。结果表明当入射电子束的平均能量为6 MeV、径向强度的半高宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)为0.25 cm、角度展宽为0.15°时,模拟结果和测量结果吻合非常好。这些参数可以作为建立适用于XHA600D加速器的TPS(Treatment Planning System)剂量计算模型的基础参数。

BEPCⅡ束流相关本底的蒙特卡罗模拟研究(Ⅰ)——同步辐射

正负电子对撞机中的电子束流在磁场中发生偏转时会产生同步辐射 ,BEPCⅡ中的束流在对撞区附近产生的同步辐射可能会损坏铍管或影响探测器的正常工作 .为了确定同步辐射的影响 ,使用程序SRGEN计算了同步辐射光子的能谱、分布及其在铍管上产生的功率 。