碘化铯晶体测量高能伽马的实验和模拟研究
董赫
学位类型硕士
导师方德清
2018
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
关键词碘化铯 闪烁晶体 Geant4 光电倍增管 探测效率
摘要高能伽马射线测量是研究重离子核反应中高激发态原子核的偶极巨共振的重要实验方法,而实验中探测伽马射线的闪烁晶体探测器的能量分辨率和探测效率则是我们关注的重要参数,为了研制基于碘化铯晶体的高能伽马探测器,本文从实验和Geant4模拟两方面,相互验证、相互补充,对使用该晶体探测伽马的可行性,探测器性能改进等方面进行了探索。本文主要由五部分组成,第一部分介绍研究背景,课题的主要目的、不同晶体性能比对和最终选择碘化铯晶体的原因。第二部分则是利用标准放射源对探测器单元进行的实验测量和离线数据分析等工作,得到了探测单元对不同能量伽马的探测效率曲线。第三部分介绍我们利用Geant4这一蒙特卡洛模拟工具,对探测器测量不同能量、角分布的伽马射线这一过程进行模拟。详细阐述了Geant4中探测器建模过程、引入物理过程、模拟结果的数据处理过程和关键参数设置,最终模拟得到的低能区的探测效率结果与实验结果符合很好,并对探测单元在高能区的探测效率进行了预测。与此同时还进行了碘化铯晶体内部可见光的产生和输运过程的初步模拟研究。第四部分则是我们完成探测器单元的基本刻度和模拟后,利用Geant4对由42个探测器单元构成的探测器阵列来测量伽马射线这一过程的模拟和分析,预测了在将来的巨共振实验高能伽马测量中的探测器阵列性能。在优化探测器构型时,进行了三种构型的探测效率对比。第五部分是我们在静电加速器上进行的实验测量,利用27Al(p,γ)28Si反应产生较高能量的伽马拓展探测器能量刻度范围到8.9MeV,整个实验的空间位置、在线测量情况、数据处理过程和结果都有详细介绍。最后是对使用闪烁晶体探测器测量高能伽马这一课题的总结和展望,针对课题进行过程中未解决的困难提出一些建议。通过开展对碘化铯晶体测量高能伽马的研究,掌握了测量所需的实验和模拟方法,给出了碘化铯探测单元和阵列对高能伽马的探测效率曲线,模拟结果与实验结果符合很好。可见光模拟、阵列探测器的触发多重性、数据处理过程和伽马探测器阵列构型改进,都为利用闪烁晶体这种材料测量高能伽马提供了重要参考。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28455
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
董赫. 碘化铯晶体测量高能伽马的实验和模拟研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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