低本底高纯锗探测器探测效率及其屏蔽系统的GEANT4模拟

论文摘要

高纯锗探测器在核物理研究和核技术应用研究中主要是用于对γ射线的能量和强度的测量。高纯锗探测器由于具有较高的能量分辨率、高探测效率和较大的射线探测范围（几KeV到几MeV），被广泛应用于各类物理量测量中。高纯锗探测器最关键的几个技术指标包括能量分辨率和探测效率，而探测效率又直接关系到物理量测量结果的准确程度，所以对探测效率的研究有重大的意义。探测器对γ射线的探测效率对不同的测量目的有不同的定义。而对于实验室现有的HPGe探测器不但探测效率高，而且能量分辨率也非常高，适用于做精密γ能谱测量。γ射线的全能峰十分尖锐，即使比较复杂的γ射线或多种核素发出的γ射线入射，大多数全能峰都能孤立地分开，全能峰容易识别，而且一个完整的谱往往占有很多道数，而且全能峰的影响因素比较少，散射及其它干扰辐射脉冲幅度较小不会影响到全能峰的计数。全能峰也容易辨别，求峰面积比较容易。本文对极低本底下的高存锗探测器及其屏蔽层厚度包括Pb砖、铁Fe、无氧铜、聚乙烯的厚度选择和探测效率模拟。在模拟高存锗探测器探测效率及其屏蔽层时，我们使用低本底的高纯锗（HPGe）探测器来测试材料中天然放射性核素γ放射性。如岩石，聚乙烯，铅，光电管等的放射性,并要求能达到μBq/kg的比活度放射性水平。采用由欧洲核子中心(CERN)主导开发并用于高能物理的蒙特卡罗数值模拟计算软件工具包Geant4，文中模拟了锗晶体的探测效率，屏蔽层不同厚度的探测效率有：包括铅厚度5cm，10cm,铁厚度为2cm，4cm，6cm，8cm，10cm,聚乙烯厚度2cm，4cm，6cm，8cm，10cm,无氧铜厚度2cm，4cm，6cm，8cm，10cm。通过模拟计算，得出了不同屏蔽层厚度对γ射线的探测效率，建立起一套极低本底的高纯锗探测器γ射线屏蔽系统，对于挑选出合适放射性水平的低本底材料，降低暗物质测量系统的本底放射性水平具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 高存锗（HPGe）探测器简单介绍
• 第二章 高纯锗探测器探测效率介绍
• 2.1 探测效率的分类
• 2.2 影响探测效率的几个因素
• 第三章 蒙特卡罗（Monte Carlo）方法简介
• 3.1 蒙特卡罗方法
• 3.2 粒子输运问题简单介绍
• 第四章 GEANT4 基础
• 4.1 Geant4 的各个功能模块和它们的功能
• 4.2 随机数的产生
• 4.3 探测器定义
• 4.4 Geant4 解决光子在介质中的输运问题
• 4.5 Geant4 程序运行结构
• 第五章 工作内容
• 5.1 探测器描述与模拟
• 5.2 结果和讨论
• 5.3 结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
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