核工程與核技術畢業(yè)設計（論文）-幾種不同規(guī)格HPGe探測器探測性能MCNP模擬

畢業(yè)設計〔論文〕題目：幾種不同規(guī)格HPGe探測器探測性能MCNP模擬英文題：SeveraldifferentspecificationsHPGesimulationdetectorperformanceMCNP學生姓名：專業(yè)：核工程與核技術班級：指導教師：二零一一年六月摘要高純鍺〔HPGe〕探測器是近幾年來迅速開展的一種新型半導體探測器。這種探測器克服了Ge〔Li〕探測器存在的生產(chǎn)周期長、需在低溫下保存等缺點。它的出現(xiàn)使得復雜核素的能譜定量分析成為現(xiàn)實。大大推動了核能譜學的開展。通過保持晶體的長度改變探測器晶體半徑的大小，用光子和電子耦合輸運MCNP程序的電子脈沖計數(shù)類型的能量展寬模擬計算HPGe探測器的γ能譜。MCNP程序提供能峰高斯展寬的模擬方法也可以用于計算HPGe晶體對γ射線的探測效率等方面研究，對實驗結果的可靠性和準確性提供依據(jù)。并通過MCNP計算，能量分辨率、峰康比、峰總比，與參考文獻的實驗結果符合較好，顯示了MCNP用于模擬可行性。論文通過MCNP的模擬，比擬不同規(guī)格的HPGe探測器γ射線探測性能，比與參考文獻的實驗結果一致，說明MCNP模擬得到的數(shù)據(jù)時可靠的，而且MCNP程序完全可以代替實驗。關鍵詞：高純鍺探測器、蒙特卡羅模擬、探測性能AbstractHPGeisahighrapiddevelopmentsemiconductordetectorinlastfewyears.ItovercomestheGEdetectors(LI)detectorlongproductioncycletimeandlowtemperaturesstorage,andsoondisadvantage.Itleadscomplexquantitativeanalysisofgammaspectrumradioisotopetorealization.Immenselyhelpthedevelopmentofnuclearannihilation.MCNPprogramprovidesenergypeakbroadeningGaussiansimulationmethodwhichcanalsobeusedtocalculatetheHPGeandtostudythecrystalonefficiencyofγ-raydetectionthusprovideevidenceonthereliabilityandaccuracyoftheexperimentalresults.CalculatedbyMCNPofenergyresolution,peakhealthandthanthepeak,andingoodagreementwiththeexperimentalresultsofreferences,whichshowingthefeasibilityofMCNPtosimulationByMCNPsimulationandcomparisonoftheγ-rayfunctionsofdifferentspecificationsoftheHPGedetectordetection,thispapershowsthereliablabilityofthesimulationdata.What’smore,theMCNPprogramcanCompletelyreplacetheexperiment.Keywords：HPGedetector、MonteCarlosimulation、Detectionperformance目錄緒論 11HPGe探測器的介紹 4高純鍺探測器工作的根本原理 4高純鍺探測器的結構 41.3高純鍺探測器的性能 71.3.1能量分辨率 71.3.2探測效率 8峰康比 82蒙特卡羅方法 92.1蒙特卡羅方法簡介 92.2MCNP根底 92.3MCNP誤差的估計 102.4MCNP程序運行的結構 112.5MCNP應用 123實驗模擬 143.1建立蒙特卡羅模型 143.2輸入文件 153.3模擬不同規(guī)格的高純鍺探測器的計算 164數(shù)據(jù)分析 204.1處理數(shù)據(jù) 204.1.1能量分比率 204.1.2探測效率 214.1.3峰康比 225結論 24致謝 25參考文獻 26附錄 27緒論半導體探測器已經(jīng)歷了半個多世紀的不斷開展，探測器種類不斷豐富，性能不斷提高。它的工作原理與之前研究的氣體探測器和閃爍探測器的根本一樣，只是探測介質有所不同，半導體探測器的探測介質是半導體材料。它的主要優(yōu)點是：(1)電離輻射在半導體介質中產(chǎn)生一對電子、空穴對平均所需能量大約為在空氣中產(chǎn)生一對離子對所需能量的十分之一，即同樣能量的帶電粒子在半導體中產(chǎn)生的離子對數(shù)要比在空氣中產(chǎn)生的約多一個數(shù)量級，因而電荷數(shù)的相對漲落也要小得多，所以半導體探測器的能量分辨率很高。(2)帶電粒子在半導體中形成的電離密度要比在一個大氣壓的氣體中形成的高，大約為三個量級，所以當測量高能電子或者γ射線時半導體探測器的尺寸要比氣體探測器小得多，因而可以制成高空間分辨和快時間響應的探測器。(3)測量電離輻射的能量時，線性范圍比擬寬。高純鍺〔HPGe〕探測器是近些年來迅速開展的一種新型半導體探測器。這種探測器克服了Ge〔Li〕探測器存在的生產(chǎn)周期長、需在低溫下保存等缺點。它的出現(xiàn)使得復雜核素的能譜定量分析成為現(xiàn)實，大大推動了核能譜學的開展。目前高純鍺探測器的基體按其材料的性質，即剩余雜質是受主還是施主，可分為P型鍺和N型鍺。凈雜質濃度均可到達1010/cm3-5×1010/cm3。按晶體的幾何形狀可分為同軸型、平面型、井型等幾種。其中以同軸型應用最廣。P型和N型同軸探測器在生產(chǎn)時都將整流結做在外外表，使耗盡層向內。平面型高純鍺的靈敏區(qū)的厚度一般在5mm和。主要用于測量中、高能的帶電粒子(能量低于220Mev的粒子，低于60Mev的質子和能量低于10MeV的電子)和能量在300keV至600keV的X射線和低能γ射線。平面型HPGe深測器用于測量γ射線時，靈敏區(qū)的厚度往往就不夠了。由于鍺晶體在軸向可以作得相當長，因此，如果作成同軸型的那么靈敏體積就可以大為提高。目前商品生產(chǎn)的HPGe探測器靈敏體積大的可達400cm3，可以滿足能量低于10Mev的γ能譜測量的需要。同軸型HPGe探測器有兩種根本的幾何結構：(1)雙端同軸，見圖(a)即中心孔貫穿整個圓柱體。(2)單端同軸，見圖(b)即中心孔只占圓柱體軸長的一局部。大局部商品生產(chǎn)的HPGe探測器均為單端。因為這樣可以防止為解決前外表漏電需要作的復雜處理，此外當測量能量較低的γ射線時，如果前外表是一個薄的電接觸層就可以得到一個薄的入射窗。圖1同軸型HPGe幾何結構示意圖但這時電場不再是完全徑向的，在一些角落里電場較低，影響裁流子的收集。為克服此問題一方面使中心孔的封閉端盡量靠近前外表，另一方面盡量減小前外表的棱角，作得圓滑一些。通常同軸HPGe探測器是用P型Ge制成。又稱常規(guī)電極型同軸鍺探測器。它也可用N型Ge制成，又稱為倒置電極型同軸鍺探測器。對同軸型探測器整流接觸(或電極)(即從那里開始形成半導體結)原那么上可以在圓柱體的內外表也可以在外外表。但它們形成的電場條件卻大不相同。如果整流接觸在外外表，那么耗盡區(qū)隨著外加電壓的增加從外向內擴展，當?shù)竭_耗盡電壓時，正好擴展到內外表。如果內外表是整流接觸，那末，耗盡區(qū)隨外加偏壓的增加從里向外擴展，直至外外表。從下節(jié)的討論可知，距整流接觸越近，電場越強。所以總是選外外表為整流接觸，因為這樣會使電場較強的區(qū)域所占的體積較大，有利于載流子的收集。即對P型HPGe，外外表為n+接觸，而對N型HPGe，外外表為p+接觸。內外表為類型相反的非注入接觸.外加電壓均為反向電壓，即n+邊極性為正，p+邊極性為負。也就是對常規(guī)電極(P型)HPGe探測器外面加正電壓里面加負電壓，如圖(a)所示。對倒置電極(N型)HPGe探測器正好相反，外而加負電壓，里面加正電壓，如圖(b)所示。[1]圖2P型HPGe〔a〕和N型HPGe〔b〕加電壓的方法1HPGe探測器的介紹1.1高純鍺探測器工作的根本原理一般地說，任何一種γ輻射探測器，都是基于γ射線與探測器靈敏體積內介質的相互作用，即通過光電效應、康普頓效應和電子對效應(要求Er>1.02Mev)等三種作用機制而損失能量，這些能量被用來在鍺晶體中產(chǎn)生空穴一電子對，在外加反向偏壓所形成的電場作用下，空穴一電子對作定向運動，使得所產(chǎn)生的電荷得到收集，形成探測器輸出端的根本的電信號，以供后面的電子學線路記錄、處理與分析。高純鍺探測器可以看成一個在反向偏壓下工作的巨大晶體二級管。由單個事件所產(chǎn)生的信號脈沖與其外接電路(通常為前置放大器)的輸入端特性有關。[2]如下等效電路所示：HPGe探測器等效電路圖圖中c為探測器電容，它與電纜分布電容及前置放大器輸入端特效電容相連接。R為前放輸入阻抗，負載電阻R兩端的脈沖信號V(t)的上升前沿取決于探測器的電荷收集時間t，對同軸型高純鍺探測器。在液氮溫度下為r×108秒量級。r為晶體外徑。脈沖信號后沿取決于外電路的RC常數(shù)。一般RC遠遠大于tc。[8]1.2高純鍺探測器的結構高純鍺探測器具有能量分辨率高、線性范圍寬、探測效率高、性能穩(wěn)定、能在室溫存放等優(yōu)點。早期的鍺探測器是甩雜質濃度1018—1013cm-3的p型鍺，通過鏗離子漂移技術獲得補償高阻來實現(xiàn)的。1971年Hall和Hansen首次研制出凈雜質濃度≤1010cm-3目前高純鍺探測器所到達的指標是：對60γ,相對探測效率45％；對55Fe5.9keVX射線分辨率小于150eV,γ射線能量范圍2keV一10MeV。主要用于高分辨率的X、γ能譜儀,探測高能粒子等。探測器的幾何形狀示意圖圖1.2所示常用探測器管芯結構。高分辨率X和γ射線用的探測器，靈敏體積較小，可制成平面型。高探測效率的γ探測器要求靈敏體積盡量大，制成同軸型。高純鍺探測的有以下型號：〔1〕平面型探測器鍺片的全部面積為靈敏面積。鍺片的邊緣可不經(jīng)修整保持原始晶體外形,以便充分利用其有效體積厚度根據(jù)探測器的用途,材料的雜質濃度和器件制備工藝所能到達的水平來確定。有些探測器為提高工作電壓,改善電場分布,減少漏電流,降低噪聲,制成圖b，c所示的槽溝型或頂帽型結構。一般平面型探測器管芯的制備工藝步驟如下：〔1〕切割。垂直于晶錠軸向按所需厚度切片。〔2〕研磨。用M28，M14金剛砂先后研磨兩面,磨后充分沖洗,要求外表無道痕,邊緣無缺口,無崩裂縫?！?〕制n+接觸,在真空系統(tǒng)中進行鏗的蒸發(fā)和擴散工藝,蒸發(fā)時防止鈕擴延到晶體的邊緣,擴散溫度300℃左右,時間5—10min,慢速冷卻。擴散后薄層電阻約1—10Ω,擴散層厚度30—500μm?！?〕拋光腐蝕將銼擴散面用黑臘或抗蝕膠帶保護好，在HNO3：HF：發(fā)煙HNO3=7:2:1中腐蝕約2min，直到光亮外表?！?〕制p+接觸。在新腐蝕好的外表上有三種制作p+的方法：①硼離子注入法注入約。注入約1×1014cm-2的硼離子，束流控制在1mA／m2約100nm厚的把金屬層。③蒸金法。沉積上厚約80—100nm的金層。(6)邊緣腐蝕。先將n+和p+兩個電極保護好,隨后用HNO3:HF:發(fā)煙HNO3=7:2:1的腐蝕液中腐蝕1—2min,甲醇碎滅,氮氣吹干,制成的管芯隨即封入致冷裝置中?！?〕n、p型同軸探測器同軸高純鍺探測器一般為閉端結構,,p型探測器的外接觸是較厚的〔＞300μm〕鋰擴散n+接觸,而薄的p+接觸是在孔內,因此,p型同軸高純鍺探測器僅適用于40kwV以上的γ射線。n型同軸探測器的電極排列正好與p型的相反,μm﹚p+接觸,而孔內為厚的n+接觸,因此具有上述三個優(yōu)點。圖n型〔a〕和p型〔b〕同軸高純鍺探測器的結構〔3〕井型探測器鍺晶體體積：180cc；井直徑16mm，井深：40mm；FWHM〔1332KeV〕分辨率：2.3KeV；FWHM〔122KeV〕分辨率：1.4KeV；相對效率：35%；垂直冷指30升杜瓦；冷指延長棒、鉛塞；前放及電源電纜。圖井型實物圖1.3高純鍺探測器的性能1.3.1能量分辨率探測系統(tǒng)的能量分辨本領主要和以下因素有關：〔1〕產(chǎn)生載流子對數(shù)目和能量損失的統(tǒng)計漲落，即探側器的固有分辨率?！?〕載流子的復合和俘獲?！?〕探測器和電子學系統(tǒng)的噪聲〔4〕其他：如入射粒子的類型和能量，探測器和源的幾何排行，探測器的工作條件〔如偏壓、溫度、環(huán)境、光照等〕以及脈沖的成形參數(shù)等都與能量分辨有關。只要認真選取原材料、不斷改良器件工藝,可使總的分辨率主要取決于探測器的固有分辨率和電子學噪聲。典型鍺探測器的分辨率為：〔55Fe的X射線為156eV；〔2〕大平面鍺對122keV57Co為600eV60Co為1.8keV。60——?，F(xiàn)代由高純鍺探測器組成的γ譜儀在不同能量下的分辨本領如圖:圖同軸鍺探測器的能量分辨率隨γ射線能量的響應[18]1探測效率高純鍺探測器的探測效率與射線能量、探測器靈體積、幾何形狀和制備方法、源與探測器的距離以及探測器的裝配細節(jié)等有關。圖給出了絕對效率隨射線能量的關系曲線。鍺探測器適用于分析較低能量的光子。一般來說,體積越大,探測效率越高。但即使同樣靈敏體積的探測器,由于外徑、高度和內芯直徑的不同,探測效率也不等。因此,有必要對每個具體探測器的效率通過實驗來標定?，F(xiàn)有的高純鍺同軸探測器的相對探測效率已達45％。[19]圖圖典型高純鍺探測器的絕對效率隨γ射線能量的關系峰康比峰康比是指峰中心道最大計數(shù)與康普頓坪內平均計數(shù)之比。在分析復雜γ能譜時,要求探測器的峰康比高、譜峰對稱性好。按標準,峰康比是指對60—1.096MeV康普頓平坦均值之比。康普頓平坦均值之比擬好的鍺探測器在效率為10％時，峰康比為35—45，效率為30％時，峰康比為50—60.為提頂峰康比，除了增大探測器的靈敏體積外，還應使它具有最正確的幾何形狀，要求同軸探測器的長度大約等于其直徑。此外探測器的能量分辨率越好，峰康比越高。2蒙特卡羅方法2.1蒙特卡羅方法簡介蒙特卡羅方法(MonteCarlo方法)，又稱隨機抽樣技巧或統(tǒng)計試驗方法。自二十世紀四十年代中期到現(xiàn)在，隨著科學技術的開展與電子計算機的創(chuàng)造，蒙特卡羅方法作為一種獨立的方法被提出來，并得到了長足的開展[10]。首先在核武器的研制中首先得到了應用，并逐步延伸到其它領域。蒙特卡羅方法現(xiàn)已被廣泛應用于各個領域、成為科研工作者研究與征服自然的一把利劍。蒙特卡羅方法是以一個概率模型為根底，按照這個模型所描繪的過程，通過局部模擬試驗的結果，作為問題的近似解。對于本身就具有隨機性質的問題〔如我們關心的粒子輸運問題〕，主要是正確地描述和模擬這個概率過程[13]。在計算機上，蒙特卡羅方法解粒子輸運問題的程序，一般都可分為：源抽樣、空間輸運過程、碰撞過程、記錄過程和結果的處理和輸出等局部，還有一個MCNP計算程序流程圖。至于粒子歷史終止條件，根據(jù)問題的幾何條件、物理假定，處理方法，可歸納為以下幾種：1〕粒子從系統(tǒng)逃脫；2〕粒子經(jīng)碰撞被吸收；3〕經(jīng)俄國輪盤賭后，歷史被終止；4〕粒子能量低于給定能量〔閾能〕；5〕粒子位置越過某一界面；6〕粒子飛行時間超過給定時間；7〕粒子權重小于某個小量。2.2MCNP根底MCNP(AGeneralMonteCarloCodeforNeutronandParticleTransport)是一套在軍事、工業(yè)以及科研領域中有廣泛應用的計算機程序，它是用MonteCarlo方法處理連續(xù)能量的中子、光子-電子的聯(lián)合輸運問題。在進入MCNP之前，首先討論下面的兩個問題：〔1〕隨機數(shù)的產(chǎn)生粒子的產(chǎn)生、運動的方向、和其它粒子的碰撞以及碰撞后生的反響都是隨機的過程，MCNP是用偽隨機數(shù)的方法來模擬上述過程。所謂偽隨機數(shù)是指用數(shù)學遞推公式所產(chǎn)生的隨機數(shù)，這種方法屬于半經(jīng)驗性質，只能近似地具備隨機數(shù)的性質?！?〕粒子權重和粒子徑跡為了計算方便，MCNP為每個粒子賦一個值W〔不一定是整數(shù)〕，代表W個具有相同行為的粒子，W稱為這一粒子的權重。一個由源發(fā)出的粒子，有一個軌跡。如果它在劈裂面一分為二，那么又產(chǎn)生了一個軌跡。在一個給定的柵元(Cell)中，沿著粒子軌跡1，在l和l+dl中發(fā)生第一次碰撞的“可能性〞為：〔〕〔〕2.3MCNP誤差的估計MonteCarlo方法的結果代表被取樣的許多歷史過程奉獻的平均值，假定P(x)是選擇一個隨機步的幾率密度函數(shù)，x是這個隨機步產(chǎn)生的被估計的記錄值，其平均值記為：.近似期望值可以通過MonteCarlo方法得到：，是粒子數(shù)目，是從中第i個歷史的值。由加強大數(shù)定理：，x的方差是離散度的量度，定義為：，稱為標準方差稱為標準方差，MonteCarlo方法可以估計這個值，記為S：∽，是實際取樣值總體的估計差，x的估計值由下式給出：，此公式不受任何x和分布的限制，但是求E〔x〕、存在且有限。由于與成正比，減小一個數(shù)量級必須計算100倍原來的粒子數(shù)目。也可以固定N通過S減小而減小，即通過方差減小技巧來實現(xiàn)。標準的MCNP結果以下式來估計相對誤差：MCNP建議R＜5%的結果才是可靠的。2.4MCNP程序運行的結構在計算機上，蒙特卡羅方法解粒子輸運問題的程序，一般都可分為：源抽樣、空間輸運過程、碰撞過程、記錄過程和結果的處理和輸出等局部，一個MCNP計算程序流程圖示于圖。至于粒子歷史終止條件，根據(jù)問題的幾何條件、物理假定，處理方法，可歸納為以下幾種:1〕粒子從系統(tǒng)逃脫；2〕粒子經(jīng)碰撞被吸收；3〕經(jīng)俄國輪盤賭后，歷史被終止；4〕粒子能量低于給定能量〔閾能〕；5〕粒子位置越過某一界面；6〕粒子飛行時間超過給定時間；7〕粒子權重小于某個小量。圖2.5程序運行結構2.5MCNP應用由于MCNP的通用性、靈活性以及強大的功能，使其在世界上有廣泛的應用，僅國內的用戶就在百家之上，應用領域也從過去主要的核領域，逐漸推廣到石油，醫(yī)學在內的許多領域。從20世紀90年代開始，國外已經(jīng)有研究人員開始研究MCNP輸入文件制作的簡化和計算結果的圖形顯示。特別是隨著計算機軟硬件技術的開展，在近幾年取得了一些有價值的研究成果。所開發(fā)的MCNP可視化軟件能夠將應用場景的二維DXF格式文件和三維SAT格式的圖形文件轉換成MCNP的輸入文件。同時在場景的某些界面將MCNP的計算結果繪制成二維圖形，實現(xiàn)了計算機結果的可視化。為便于計算結果的分析、存儲和共享，有的后處理軟件能夠將MCNP計算機結果輸出到電子表格等數(shù)據(jù)庫中。近幾年，國內在MCNP前處理與后處理技術領域的研究也取得了長足的進步，主要有以下幾個方面：〔1〕在MCNP的計算效率、局限性和二維交互繪圖等方面進行了有益的探索?！?〕為了簡化MCNP輸入文件的制作、顯示MCNP的計算進程和計算的抽取與顯示，研究開發(fā)了專用的MCNP程序可視化運行平臺，并能以圖形化的方式顯示MCNP的計算機和運行時間的相關信息?！?〕為了簡化MCNP的幾何建模，提高MCNP計算機輸入文件的編寫效率，研究將有關CAD文件中的幾何模型轉化為MCNP仿真模型的算法問題，通過對目前商用圖形軟件包進行二次開發(fā)，開發(fā)出專用的MCNP輔助建模工具。另外，可視化技術已經(jīng)在自然科學領域得到廣泛的應用。目前在規(guī)那么數(shù)據(jù)場的體繪制和面繪制算法等已經(jīng)趨于成熟。國內外的一些研究機構相繼推出了一系列可視化軟件工具及專用可視化軟件。但在三維數(shù)據(jù)實時動態(tài)顯示、非規(guī)那么數(shù)據(jù)場和矢量場的可視化計算以及基于網(wǎng)絡的科學計算可視化理論等方面有待進一步的研究完善。MCNP是目前世界上比擬成熟的MC軟件包之一，在許多領域得到了廣泛。本課題便是采用MCNP4C對電離室的能量響應進行模擬，并根據(jù)模擬結果指導實際的電離室設計。隨著核科學技術的開展，以及其它相應技術如計算機可視化的開展，MCNP會越來越受到重視，其應用領域也必將在目前的根底上向其它的相關領域擴展。3實驗模擬3.1建立蒙特卡羅模型利用MCNP程序實現(xiàn)模擬標準γ射線源輻照HPGe探測器的過程如下：1、建立γ射線照射高純鍺探測器的幾何模型，對源、探頭的位置等信息進行了幾何描述。2、建立物理模型，包括填充于探頭中的各種物質的組成和密度等,γ射線源的發(fā)射位置和能量分布，模擬結果記錄的空間位置,物理內容等。3、將上述模型轉化為MCNP程序。4、試模擬粒子輸運過程，通過使用和調整減小方差的技巧，盡量使得在一定時間內，減小計算結果的統(tǒng)計誤差。5、從計算結果中提取有用的信息，即對計算結果后續(xù)處理。根據(jù)上述步驟，下面建立模擬模型。[14]下列圖是高純鍺探測器的幾何結構圖：圖HPGe探測器的結構圖根據(jù)HPGe探測器的幾何結構圖，可以建立坐標圖，如下圖。其中鍺晶體的尺寸如表所示。Z軸經(jīng)過探測器的軸心，原點在探測器最外層Al殼的中心位置，原點距離點源距離10cm，整個系統(tǒng)由一個半徑為150cm的圓球包圍，球內除了源和探測器外，其余由空氣充填，空氣密度為-3，球體外為真空。圖坐標圖輸入文件針對上圖的幾何模型用蒙特卡羅光子和電子耦合輸運程序對HPGe探測器探測效率測量實驗進行模擬計算，在計算中對光子和電子的所有次級過程都進行模擬跟蹤，采用F8電子脈沖計數(shù)卡來計算點源γ射線在HPGe晶體中的脈沖高度能譜分布。根據(jù)上一小節(jié)的高純鍺探測器的幾何結構圖和坐標圖，該實驗模擬的出MCNP輸入文件INP，詳細輸入文件見附錄。設置好程序參數(shù)，利用MCNP程序進行模擬。就會得到單位時間內〔S-1〕每個粒子的脈沖。表3.2探測器結構和尺寸探測器結構尺寸〔cm〕材料Cu的直徑CuGe死層厚度GeAl殼〔內〕厚度AlAl殼〔外〕厚度AlAl殼間厚度真空模擬不同規(guī)格的高純鍺探測器因為課題是研究不同規(guī)格的HPGe探測器，所以通過改變探測器的Ge晶體半徑和長度的大小進行MCNP模擬，所以一共模擬了三種不一樣的Ge晶體，如下表：表3.3探測器的晶體半徑、體積和長度晶體的厚度r∕cm晶體長度/cm晶體體積V/cm3經(jīng)過MCNP模擬的出來的數(shù)據(jù)，運用畫圖工具繪制出能譜圖：圖晶體半徑r=cm，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=cm，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=，長度為：的能譜圖圖晶體半徑r=，長度為：的能譜圖4數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)能量分辯率探測器測量能量為的帶電粒子，設全能峰的半寬度處得全寬度FWHM=,所以求能量分辨率的公式為:〔〕通過MCNP模擬出來的數(shù)據(jù)，運用公式進行計算，得到結果如下表：表探測器的半徑、能量分辨率晶體半徑r/cm晶體長度/cm能量分辨率根據(jù)表的數(shù)據(jù)進行繪圖，得出晶體半徑與能量分辨率的關系圖和晶體長度與能量分辨率的關系圖。圖.2晶體半徑r與能量分辨率的關系圖.2晶體長度與能量分辨率的關系探測效率通過計算的到不同晶體大小的探測效率如下表：表探測器的晶體半徑和探測效率晶體半徑r/cm晶體長度/cm探測效率0.2762根據(jù)表。圖.1晶體半徑與探測效率的圖.2晶體長度與探測效率峰康比全能峰內每到計數(shù)的最大值與康普頓坪的平均計數(shù)之比即：通過計算得到下表：表探測器的晶體半徑和峰康比晶體半徑r/cm晶體長度/cm峰康比根據(jù)表計算出來的數(shù)據(jù)進行繪圖得到晶體半徑與峰康比和晶體長度與峰康比的關系圖。圖.1晶體半徑與峰康比的關系圖.晶體長度與峰康比的關系5結論本文通過蒙特卡羅模擬不同規(guī)格的高純鍺探測器，對模擬出來的數(shù)據(jù)處理和計算，得到以下結論：1〕驗證了MCNP程序提供能峰高斯展寬的F8電子脈沖計數(shù)卡在模擬HPGe探測器的點源γ射線的能譜是完全可行的，顯示了通過能峰展寬的電子脈沖計數(shù)在能譜模擬方面有很大的優(yōu)越性。2〕通過改變探測器晶體半徑和長度的大小可以模擬出HPGe探測器的γ射線的能譜。3〕通過MCNP模擬HPGe探測器，得出的數(shù)據(jù)與實驗測量數(shù)據(jù)的比照，從而證明建立的模擬模型是合理的，MCNP模擬方法是可靠的。4〕論文通過模擬出來的數(shù)據(jù)，進行計數(shù)得到不同大小的晶體，探測器的探測性能。5〕通過計算出來的結果進行比照發(fā)現(xiàn)HPGe探測器的能量分辨率與探測器的晶體的大小存在關系,分辨性能有所下降，即數(shù)值增大，探測性能變差。6〕通過計算得出的結果進行比照，發(fā)現(xiàn)HPGe探測器的探測效率隨著探測器的晶體大改變而改變，晶體的增加探測效率也增加。7〕通過計算得出的結果進行比照，發(fā)現(xiàn)探測器的峰康比隨著晶體的增大而增大，但到一定程度后，不在改變。8〕本論文的所做的一系列工作，說明MCNP程序完全可以代替實驗，當實驗室沒有我們需要的放射源時，或者出于其它實驗條件限制或者平安性的考慮，可以用MCNP程序來模擬計算。存在的問題及進一步研究工作建議：1〕程序編寫方面遇到了很多問題，對探測器模型建立方面的能力需要加強。2〕建立模擬后，編寫程序時，對模型的描述方面的知識掌握太少。3〕在處理數(shù)據(jù)時，對Excel的運用不太熟練。致謝感謝我的指導老師吳永鵬老師在畢業(yè)論文的設計與修改正程中給予了我指導和幫助，并在論文設計中教會我電腦軟件的應用，讓我在此次作論文時受益匪淺，還要感謝我們專業(yè)的各位老師和同學提供的幫助。參考文獻[1]朱傳新，陳淵等高純鍺探測器探測效率研究[J]核電子學與探測技術,2006,26(2):191-194.[2]吳紹云等，核電子學與探測技術，4〔2〕，72〔1984〕。[3]李桃生，張立國等HPGe探測效率對照野性的依賴性[J]核電子學與探測技術,2007,27〔4〕:624-627.[4]張華麗，曲德成等應用蒙特卡羅方法確定NaI探測器的點源效率函數(shù)及其參數(shù)[J]核技術,2007,30〔3〕:231-235.[5]魏濤.HPGe探測器寬能區(qū)精密效率刻度[D].南華大學碩士學位論文，2004.[6]楊東.航空高純鍺探測器MonteCarlo刻度方法的初步研究[D].北京：中國原子能科學研究院，2005。[7]γ譜儀的開展及應用[J].中華放射醫(yī)學與防護雜志,1989，9〔4〕:285-288.[8]艾爾肯·阿不都里木新型高純鍺(HPGe)探測器的原理、使用及其維護[J]新疆大學學報1997，14〔2〕，40-43.[9]林旭升能譜探測效率影響的模擬計算[J]汕頭大學學報〔自然科學版〕1998，13〔2〕:19-23.[10]張斌全馬吉增等。蒙特卡羅方法計算用于低能光子測量的高純鍺探測器的效率[J]核電子學與探測技術2005，25〔3〕:274