正比计数管及其屏蔽层厚度的Monte Carlo（MCNP）研究

论文摘要

目前,对暗物质的探测和对其性质的研究是当代天文学和粒子物理的重要课题之一。暗物质的间接证据证明:暗物质是一种具有万有引力但无电磁、无强作用的未知粒子,它与我们所知物质世界中的原子分子完全不同。它与普通物质的相互作用,除了万有引力之外,很可能有弱相互作用,因此通常被称为“弱作用重粒子”（Weakly Interacting Massive Particles,或WIMPs）。直接探测暗物质的最好办法是观察由WIMPs和原子核之间弱相互作用而引起的核反冲。因为我们知道暗物质的平均速度和大致质量,核反冲的动能估计在几KeV到几十个KeV之间,这样的能量是应该可以观察到的。暗物质穿过地球的过程中有很小的概率和普通物质产生碰撞,产生极其稀少、微弱的信号,因此要测量则必须具有高灵敏度的探测器以及超低的本底。也就是需要屏蔽掉大量的中子、宇宙背景射线,以及探测器材料和屏蔽材料的产生的辐射。本文的主要任务是针对穿透能力比较强的中子,用蒙特卡洛方法模拟出3He+高密度聚乙烯材料组成的中子探测器,然后模拟计算在背景辐射中中子可能的能量范围内,选择什么形状的屏蔽体以及屏蔽体的厚度才能达到最佳的探测效率。研究结果表明:用高密度聚乙烯作为慢化材料,做成圆筒形套在正比计数管上,把计数管放置在焦面上,对快慢中子都具有较理想的探测效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 中子探测技术
• 2.1 中子的特点
• 2.2 中子与物质的相互作用
• 2.3 中子的慢化与探测技术
• 2.3.1 中子的慢化
• 2.3.2 中子的探测原理和方法
• 2.4 中子探测器
• 2.4.1 中子探测器的种类
• 2.4.2 正比计数管及其工作原理
• 2.4.3 正比计数管的性能参数
• 2.4.4 正比计数管的优点
• 第三章 蒙特卡洛方法及MCNP介绍
• 3.1 蒙特卡洛方法简介
• 3.1.1 蒙特卡洛方法的基本原理及理论依据
• 3.1.2 蒙特卡洛方法解决粒子输运问题的主要步骤
• 3.1.3 蒙特卡洛方法的优点与不足
• 3.2 MCNP介绍
• 3.2.1 MCNP的特点
• 3.2.2 MCNP的发展历史
• 3.2.3 MCNP的结构和工作流程
• 3.3 MCNP处理粒子输运的有关问题
• 3.3.1 MCNP处理粒子输运问题
• 3.3.2 MCNP误差的估计
• 3.3.3 MCNP效率因素
• 3.3.4 减小方差的技巧
• 第四章 正比计数管探测效率的MCNP模拟
• 4.1 正比计数管的MCNP模拟
• 4.1.1 输入文件的结构
• 4.1.2 正比计数管的模拟
• 4.2 模拟数据结果
• 4.2.1 点源的数据与分析
• 4.2.2 面源的数据与分析
• 4.2.3 球面源的数据与分析
• 4.2.4 点源直线排列式数据与分析
• 4.2.5 点源焦面排列式数据与分析
• 4.3 模拟数据结果结论
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 附录 E
• 附录 F
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录