蒙特卡洛虚拟探测器的研制

发布时间：2020-07-29 23:21

【摘要】：实际核脉冲信号的产生必须借助于探测器和放射源。而在实际情况中,有些探测器过于昂贵,经费很难支撑其购买。还有放射源的使用往往受到场地等的限制,而且有些实验使用的放射源对实验者的身体健康带来很大的影响。因此寻找一种产生核脉冲信号的方法和技术来替代探测器和放射源的使用是十分必要的。为了避免购买昂贵的探测器和放射源对人体的伤害,本文提出了一种可以仿真不同类型探测器和放射源的蒙特卡洛虚拟探测器,此虚拟探测器由蒙特卡洛方法模拟仿真射线与虚拟探测器作用的物理过程,产生具有物理意义的核脉冲信号的幅度信息。本文先阐述了核事件本身因其随机性而在探测上表现的统计涨落,即核脉冲信号在时间上呈泊松分布,在幅度上服从高斯分布,信号形状满足指数模型。这为虚拟探测器的研究奠定了理论实践基础。然后在阐述了本文研制的蒙特卡洛虚拟探测器由上位机系统和下位机系统2部分组成,上位机系统主要包括Qt界面、蒙特卡洛模拟及Qt界面对蒙特卡洛Geant4程序修改、调用和运行的方法,此上位机系统可以对各种探测器进行选择,并能修改相关探测器、放射源和屏蔽体的参数。能产生核数字脉冲信号并通过USB串口传递到硬件系统部分。此上位机系统可以根据用户对时间间隔不同的需求,设计了三种模式的时间间隔,即时间间隔为0、时间间隔固定,时间间隔参数用户自己设定和时间间隔服从指数分布(时间上呈泊松分布)。此外,它还提供了一些简单的常规脉冲信号产生模块,比如正余弦、方波、三角波等脉冲信号。下位机系统主要由USB串口通信电路、电源、FPGA芯片及其支撑电路和数据处理程序、DAC、低通滤波器等组成。在本文中以NaI(Tl)探测器为例来说明蒙特卡洛虚拟探测器的研制。然后在示波器上对其产生的核脉冲信号进行了幅度、形状和3种时间间隔的分析。对幅度分析结果表明蒙特卡洛虚拟探测器产生的核脉冲信号幅度跟其射线能量之间存在线性关系,从而说明蒙特卡洛模拟获取到的能谱服从什么分布,则核脉冲信号的幅度也服从这样的分布。对形状分析结果说明时间常数越小,核脉冲信号下降越快和核脉冲信号宽度越窄,且形状满足指数模型。对3种时间间隔分析说明本文设计的蒙特卡洛虚拟探测器能基本实现3种模式下核脉冲之间的时间间隔,即核脉冲信号无时间间隔、核脉冲信号之间的时间间隔固定和核脉冲信号之间的时间间隔服从指数分布。最后使用其产生的核脉冲信号对工作室研制的多道脉冲幅度分析器(MCA)进行了线性度和能谱两方面的测试,结果表明工作室研制的MCA性能良好,由此得出本文研制的蒙特卡洛虚拟探测器具有较好的线性度和能够对多道进行线性度和能谱方面的测试,此外产生的核脉冲信号幅度不但能反映全能峰部分幅度信息(高斯分布),还能反映康普顿平台和向后反散射峰等幅度信息,因此具有反映射线在实际探测器中与物质发生各种相互作用的物理意义。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL81
【图文】：

虚拟探测器,蒙特卡洛,原理框图,放射源

图 1-1 蒙特卡洛虚拟探测器原理框图容脉冲信号的产生必须借助于探测器和放射源。探测器过于昂贵，经费很难支撑其购买。还有场地等的限制，而且有些实验使用的放射源对很大的影响。因此寻找一种产生核脉冲信号的器和放射源的使用是十分必要的。为了避免购源对人体的伤害，本文提出了一种蒙特卡洛虚号，该核脉冲信号具有反映射线在实际探测器的物理意义。思路为：首先确定探测器类型，放射源类型， Q（t跨平台的 C++图形用户界面库）打开蒙特状、材料、放射源能量和其位置等设置。然后后获取到能量沉积并进行高斯展宽，然后把展

等效电路图,核探测器,等效电路图

测器系统由 4 部分组成（1）探测器（2）器（4）多道脉冲幅度分析器（MCA）。模拟探测器的输出脉冲形状，本文使用了，如图 2-3（Belli F et al.,2008；Poenaru 1989）。探测器当做电源，它的负载用集成测器和连接设备总的电阻。电容C代表着 G R, 2008；Knoll G F,1989）。化的公式对图 2-3 进行描述（Nikl M，20τiitTiRCtTieuTeCQTut = *=()*()()初始电压，即当 t=Ti时的输出电压；u(着时间t呈指数衰减；τ =RC代表着时间常知，核脉冲信号可以表示为指数信号，初始成正比，因此可以代表核脉冲信号幅度。来表示，时间常数τ 跟探测器类型和放射

串口,程序,类继承,配置图

图 3-1 串口配置图3.读或写串口。读或写串口程序如下：QByteArray buf;buf = serial->readAll();quint64 fd= serial->write(buff,600);//写串口4.关闭串口。关闭串口程序如下：serial->clear();serial->close();//关闭串口serial->deleteLater();以上模块的程序继承自 QSerialPort 串口类，而 QSerialPort 串口类继承自QIODevice 类，图 3-2 表示它们之间的关系示意图。

【参考文献】