基于MCP的快中子像探测器模拟研究

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基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
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设计概述
以上这些类要实现其功能，都要 求提供跟踪粒子的信息和它们正 在发生的物理作用过程信息。
跟踪类就负责根据步长进行粒子 轨迹的跟踪
过程类用于实现物理相互作用模 型的启用
几何模型类用于处理粒子在不同 几何模型之间的传输。
以上提到的过程都可以被跟踪类 调用，该类为几何体积内碰撞和 数字化过程提供粒子轨迹的状态 和信息。
所有的物理过程实现的代码对用户都是开 源的，使用者能够更方便地了解、修改或增加 自己所需的物理过程。
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设计概述
对粒子输运的模拟主要包括以下几部分： ① 几何和材料模型的构造 ② 粒子与物质相互作用物理模型的构建 ③ 粒子的跟踪及管理 ④ 碰撞过程的数字化及管理 ⑤ 事件和粒子轨迹的管理 ⑥ 可视化界面 ⑦ 与用户的交互界面
Geant4模块调用及关系框图
依据粒子的轨迹来由事件类来组成一 个事件，并由运行函数来储存这些事 件，从而完成一次束流在探测器中的 传输。最后使用数据提取类来处理这 些事件的堆积。
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设计概述
Geant4体系结构 （1）Event
Event类为初级粒子的产生，定义包括了初级粒子的种类，角分布，能量分 布等初级粒子的基本属性。
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设计概述
构成要素：事件产生器、探测器模拟、数据的重建和分析等 要求：(1)各个要素之间要有良好的交互窗口；
(2)这几个基本要素要能够被其它模块调用并使用。
设计理念（1）模块化
模块化的编写方式可以让使用者能够迅速 地调用所需的元素，提高了工作的效率
（2）灵活化
选题背景
快中子照相是一种重要的无损检测手段，是利用快中子射线 穿过被检测物时强度的变化，获得物体及其缺陷的一种成像方式。
图1 快中子照相原理图
目前用于快中子照相的探测系统，空间分辨率和转换效率普 遍偏低。研制高探测效率、高空间分辨的快中子像探测器，仍然 是推进快中子照相技术发展和应用的关键技术之一。
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天体物理
Geant4简介
加速器 设计
粒子 物理
原子核物理
应用
探测器 设计
医学 物理
辐射防护
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Geant4简介
物理模型（核心）：包含了几乎所有的已知的粒子间相互作用（电磁
相互作用、弱相互作用、强子间强相互作用和光学现象）
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研究背景
微通道板（ Micro-channel Plate ）由于具有较高的增益和较好的空 间分辨被广泛的应用于X射线成像、电子成像等，但其在快中子成像领 域的应用还不太成熟。
图2 微通道板的结构示意图
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数值分析
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2019.05.16
目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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（2）几何和探测器系统
几何模块主要用于描述一个几何的结构和当初次粒子通过几何体后粒子的增 殖等。引入了逻辑体和物理体的概念。 实体：定义物体形状、大小 逻辑体：确定材料 物理体：确定位置
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设计概述
Geant4体系结构 （3）粒子的追踪
Geant4对粒子的跟踪依赖粒子的输运过程，每一个粒子在模拟要求的精度下 按照步长移动。每一个步长包含一系列反应，譬如粒子的散射，衰变，二次 粒子的产生等。
（4）物理过程
在类G4VProcess中被定义，不同的物理过程的设计在细节上是不同的。
（5）粒子和材料的定义
用于描述粒子和材料的物理特性来实现粒子与物质相互作用的模拟。粒子的 定义基于类G4ParticleDefinition
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 பைடு நூலகம்CP的模拟研究与设计
2、新型快中子MCP模拟研究 2-1：微通道板基体材料的优化选择 2-2：长径比的优化选择 2-3：不同层数微通道板转换效率的模拟计算
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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MCP的模拟研究与设计
1、铅玻璃MCP对快中子转换效率模拟研究 1） MCP模拟模型
MCP参数 长 宽 厚度 D(孔径) L(孔长) θ(倾斜角)
50mm 50mm 1mm 25μm
1mm
8°
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图3 仿真模型示意图
图4 不同层数微通道板的结构
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研究背景
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1. 中子束 2. 入射窗 3. MCP+SCR 4. 真空腔 5. 反射镜 6. CCD相机
快中子像探测探测器示意图
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研究内容
采用 模拟程序 Geant4开展MCP转换效率的 研究，通过模拟完成以下工作： 1、铅玻璃MCP对快中子转换效率模拟研究
Geant4简介
蒙卡方法：依靠重复的随机抽样以得到理想的数值结果
蒙卡方法解决问题的三个主要步骤： （1）构造或描述概率过程 （2）实现从已知概率分布抽样 （3）建立各种估计量
Geant4（for GEometry ANd Tracking）：基于蒙卡方法编写的程序
模拟粒子在物质中的输运过程的工具包，主要由粒子跟踪、几何模型、物 理模型和碰撞过程等几大模块组成。
优势：
① 该程序所能模拟的粒子涵盖了大量的长寿命粒子、材料和元素， 能量范围从250eV一直到TeV量级均可模拟。
② 材料库也涵盖了大部分已知常用材料。 ③ 完善的粒子与物质相互作用的相关物理模型模块，建有完整的反应截
面数据库模块，可以方便调用并实现最优的模拟。 ④ 开源不收取版权使用费等优点
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