电子产生切伦科夫辐射的Geant4模拟

发布时间：2020-06-22 05:17

【摘要】：切伦科夫辐射是指当入射粒子在介质中的传播速度大于光在介质中传播速度时会发出微弱可见光的现象。目前切伦科夫辐射已被广泛地应用于生物学医学环境科学卫生学和核物理等学科的研究和应用中。由于切伦科夫辐射在众多领域中的广泛应用，因此加强的切伦科夫辐射理论的研究具有十分重要的意义。由于要发生切伦科夫辐射过程要求入射粒子的能量要大于光在该介质中的传播速度，因此要求入射粒子的能量较大，而且产生的切伦科夫辐射光十分微弱，加上辐射体介质对辐射光的吸收，这些都加大了实验的成本和难度。而通过蒙特卡罗程序包Geant4的方式模拟切伦科夫辐射过程不仅可以克服这些困难，而且还可以逼真地再现带电粒子在介质中的切伦科夫辐射效应。本文利用欧洲核子中心开发的蒙塔卡罗程序包Geant4模拟了不同能量的电子在水、有机玻璃和铅玻璃这三种不同介质中的产生的切伦科夫辐射现象。通过模拟分析了入射电子能量和辐射体介质与切伦科夫辐射角分布的关系以及入射电子在介质中激发的次级电子对切伦科夫辐射角分布的影响；定性的分析了入射电子能量对切伦科夫辐射光子数的关系以及切伦科夫辐射光在辐射体介质中的吸收，最后讨论了切伦科夫辐射效应的发光范围和发光时间。结论如下：（1）切伦科夫辐射角与入射电子的能量和辐射体介质的折射率有关。具体表现为在相同介质中，入射电子的能量越大，切伦科夫辐射角越大；对于相同能量的入射电子，辐射体介质的折射率越大，辐射体介质的折射率越大。（2）电子在介质中激发的次级电子产生的切伦科夫辐射对入射电子产生的切伦科夫辐射角的影响不大，在分析电子产生的切伦科夫辐射时可以忽略次级电子产生的切伦科夫辐射的影响。（3）电子在介质中产生的切伦科夫辐射光大部分位于可见光范围，并且产生的辐射光十分微弱。产生的切伦科夫辐射光子数随着入射电子能量的增加而增加。当切伦科夫射光在介质中传播时会发生吸收现象。对于水、有机玻璃和铅玻璃这三种不同的介质，铅玻璃对切伦科夫辐射光的吸收最明显。（4）电子在介质中发生切伦科夫辐射效应时的发光范围与辐射时间与入射电子的能量成正比。具体表现为随着入射电子能量的增加，发光范围和辐射时间会变长。并且电子在介质中发生切伦科夫效应时的发光时间较短，一般小于1ns。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571
【图文】：

曲线,切伦科夫辐射,角分布,模拟数据

[17]利用Geant4模拟讨论了Milagro γ射线天文台中的水基切伦科夫辐射探测器对大气簇射切伦科夫辐射光的响应。其角分布如下图1.1所示：图1.1 切伦科夫辐射角分布(红色曲线代表模拟数据，黑色曲线代表实验数据)从图1.1中可以看出，利用蒙特卡罗程序包Geant4能够模拟切伦科夫辐射过程，并且模拟结果能够与实验数据很好的吻合。

光谱图,切伦科夫辐射,不同距离,光谱

等人利用Geant4模拟了切伦科夫辐射光在水中传播时的吸收光谱。模拟结果如图1.1所示：图1.2 不同距离处的切伦科夫辐射光谱此外，A. Mishev[19]等人利用CORSIKA5.62和 EGS4模拟了放射源在水中的切伦科夫效应。1.3 本文的主要工作为了研究电子在介质中产生的切伦科夫辐射光，本文运用 Geant4 模拟不同能量电子在水、有机玻璃和铅玻璃这三种不同介质中产生的切伦科夫辐射角与辐射光谱。并分析了不同入射能量的电子和辐射体介质对切伦科夫辐射角的影响；讨论了入射电子在介质中激发的次级电子产生的切伦科夫辐射对入射电子产生的切伦科夫辐射的影响；并讨论分析了切伦科夫辐射光在介质中的吸收；最后模拟了不同介质中切伦科夫辐射的发光范围和发光时间。

【参考文献】