碲锌镉探测器加权积分法测量周围剂量当量

论文摘要

周围剂量当量是辐射防护场所监测的实用量,用来评价辐射场中人体的有效剂量。一般探测仪器的探测介质跟周围剂量当量定义用的ICRU球的组织等效材料不同,能量响应不能满足测量要求。目前大多数探测器采用测量其他量,如比释动能、照射量、注量等,通过转换因子计算得到周围剂量当量。本课题采用新型CdZnTe半导体探测器通过脉冲幅度加权积分法来直接测量。用于纠正探测器能量响应的脉冲幅度加权积分法由来已久,已经在辐射监测领域有很多应用,其核心内容就是对G(E)函数的求解。计算G(E)函数的方法主要有迭代法和最小二乘法,我们选择最小二乘法的计算方法来求解G(E)函数。最小二乘法的原理就是先设定G(E)函数的基本形式,把放射源所产生的剂量值与探测器所产生的标准能谱相对应,进行最小二乘法处理,计算出G(E)函数的待定系数,最终求得G(E)函数。计算G(E)函数需要获取CdZnTe探测器对一系列单一能量γ射线的响应能谱,由于实验条件有限,所以采用模拟计算的方法得到探测器的γ能谱。调研了蒙特卡罗方法的原理,发展和现状,并且详细了解了大型蒙特卡罗通用程序MCNP,我们用MCNP来计算光子输运时在探测器中的能量沉积位置和大小,进而计算得到光子所能激发和收集到的电荷数。在此基础上,采用MATLAB软件自行编写了分析处理程序计算得到单能光子在CZT探测器中的响应能谱,其中考虑了电荷收集效率、法诺因子和电子学噪声的影响。把计算得到的G(E)函数用在实验室测量当中验证我们的方法。实验测量的能谱经过加权积分处理得到剂量值。我们再通过理论计算得到测量点的理论周围剂量当量。经过对比分析,证明我们的G(E)函数加权积分测量周围剂量当量的方法是可行的,为下一步开发现场实用的周围剂量当量监测仪打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究内容
• 1.2.1 获取探测器对单能γ射线的响应能谱
• 1.2.2 用最小二乘法计算CZT探测器的能谱-剂量转换G（E）函数
• 1.2.3 实验验证G（E）函数对实验谱的计算结果
• 1.3 目的和意义
• 第二章 研究基础
• 2.1 蒙特卡罗方法及通用蒙卡程序MCNP简介
• 2.1.1 MC方法解题的基本思想
• 2.1.2 MC方法解题的一般步骤
• 2.1.3 MC方法的误差
• 2.1.4 MC方法的特点
• 2.1.5 MCNP程序简介
• 2.2 辐射防护量简介
• 2.2.1 辐射防护量
• 2.2.2 辐射监测的实用量
• 2.3 碲锌镉探测器
• 2.3.1 半导体探测器
• 2.3.2 CdZnTe探测器的晶体性质
• 2.3.3 CdZnTe探测器工作原理
• 2.3.4 CdZnTe探测器的性能
• 2.3.5 CdZnTe探测器的应用
• 第三章 模拟计算γ射线能谱
• 3.1 CZT/500（S）型探测器
• 3.2 计算方法
• 3.2.1 模拟计算
• 3.2.2 分析计算
• 3.3 电荷收集效率
• 3.4 法诺因子和噪声
• 3.5 计算结果
• 第四章 能谱-剂量转换函数的计算
• 4.1 能谱-剂量转换函数的基本原理
• 4.2 G（E）函数的计算方法
• 4.3 G（E）函数的计算
• 第五章 实验验证
• 5.1 实验方法
• 5.2 剂量计算
• 5.2.1 放射源理论剂量计算
• 5.2.2 实验能谱计算
• 5.3 结果对比
• 5.4 角响应评价
• 第六章 结论
• 6.1 课题的价值和创新点
• 6.2 问题和努力方向
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况