正电子束流强度研究

I 正电子束流强度研究 摘要 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。 ABSTRACT ............................................................................................... 错误！未定义书签。 第1章引言 ..................................................................................................................................... 1 1.1 电子与靶样品碰撞过程中束流稳定性监测的意义及研究现状 ................................. 1 1.2 拟研究内容 ..................................................................................................................... 2 第2章正电子与物质相互作用 ..................................................................................................... 3 2.1 正电子的理论预言和发现 ............................................................................................. 3 2.2 正电子与物质的相互作用 ............................................................................................. 3 第3章湮灭光子的探测方法 ......................................................................................................... 5 3.1 光子与物质的相互作用及三种主要作用机制 ............................................................. 5 3.2 高纯锗探测器 ................................................................................................................. 6 3.2.1 高纯锗探测器的原理与结构 ................................................................................. 6 3.2.2 高纯锗探测器的主要性能 ..................................................................................... 7 第4章 PENELOPE 程序简介 ..................................................................................................... 9 4.1 Monte Carlo 方法基本概念及特点 ............................................................................... 9 4.2 Monte Carlo 方法工作过程 ........................................................................................... 9 4.3 PENELOPE 程序介绍 ................................................................................................. 10 4.3.1 程序简介 ............................................................................................................... 10 4.3.2 材料数据文件 ....................................................................................................... 11 4.3.3 主程序结构 ........................................................................................................... 11 4.3.4 复杂曲面的几何定义 ........................................................................................... 12 第5章正电子束流强度的在线监测 ........................................................................................... 14 5.1 正电子束流强度的在线监测方案 ............................................................................... 14 5.2 点源探测效率的模拟计算与分析 ............................................................................... 15 5.2.1 探测器组成及尺寸 ............................................................................................... 15 5.2.2 主程序的编写 ....................................................................................................... 15 5.2.3 输入文件的编写 ................................................................................................... 16 5.2.4 点源效率的计算结果与分析 ............................................................................... 16 5.3 湮灭光子的模拟计算 ................................................................................................... 18 II

5.3.1 主程序的编写 ....................................................................................................... 18 5.3.2 输入文件的编写 ................................................................................................... 19 5.3.3 湮灭光子产额的计算结果与分析 ....................................................................... 20 第6章结论 ................................................................................................................................... 22 参考文献 ....................................................................................................................................... 23 1 第1章引言 1.1电子与靶样品碰撞过程中束流稳定性监测的意义及研究现状 随着正电子研究成果在各个科学领域应用得到了越来越多的重视，大量围绕正电子的科学研究都在世界各地如火如荼的进行着。其中，低能正电子碰撞原子内壳层电离截面测量的这项研究在理论和实际应用方面都具有重要意义。目前由于技术方面的原因，不仅低能正电子致原子内壳层电离截面的实验数据比较缺乏，而且，值得注意的是，在正电子碰撞原子内壳层的实验过程中，束流强度一般都采用离线测量的数值。但考虑到正负电子对的湮没效应，离线测量的数值一定会与实际的束流强度有一定的误差。因此，我们提出了一种更加准确的监测方法，即低能正电子与靶样品碰撞过程中束流稳定性的在线监测方案，从而可以避免离线测量数值引起的误差，进而更好的对实验数值进行修正，提高实验数据的准确性。 为了更好的理解正电子与靶样品碰撞过程中束流稳定性的在线监测的意义，我们首先要清楚，束流稳定性的监测是为了修正束流不稳对相关科学实验（如正电子碰撞原子内壳层电离截面测量实验等）造成的误差影响。这样，掌握正电子碰撞原子内壳层电离截面测量实验的相关知识也是本次毕业设计的基础。 正电子碰撞原子内壳层电离截面所得到的数据，对于材料科学、辐射物理、等离子体物理、大气物理、天体物理等许多领域研究都有着重要的意义。如用于材料中微量元素分析的电子探针分析仪（EPMA）,分析材料中元素成分的俄歇电子谱仪（AES）,以及做薄膜分析的电子能损谱仪（EELS）等等。在这些分析中如果已知电子碰撞原子内壳层电离截面值，这样以来，借助能谱分析就可以直接获得相应的材料信息，而不必采用烦琐的相对比较法。此外，在天体物理、核聚变研究等高技术领域中也会需要正负电子碰撞原子的内壳层电离截面数据。近几年来，随着科学研究中的广泛采用了模拟计算技术，电离截面在剂量计算、辐射治疗、探测器的响应研究等领域中都是不能缺少的基本数据。 电子碰撞原子内壳层电离截面的测量始于上世纪30年代,总体看来，早期得到的原子内壳层电离截面的实验数据仍然很少，在阈能附近的数据就更加匮乏，且不同实验者最终得到的的结果差异很大，数据精度不高。因此，目前低能正负电子碰撞原子内壳层电离截面的实验测量和理论描述还有很多工作要做。近几年四川大学原子核科学技术研究所安竹研究员领衔的课题组在国家自然科学基金的资助下，尝试了采用厚靶方法开展正负电子致原子内壳层电离截面的实验研究。将他们的实验结果与理论值的比较，得出了当入射正电子能量低于20keV时，实验数据和理论值符合较好，但随着能量的增加，实验值明显低于理论计算值。他们分析认为高于20keV时出现的实验与理论值的不符合可能是由于正电子束流不稳造成。此外，对于全新的正电子截面测量实验，实验方法和实验装置都需要不断地进行改进和完善。从另一方面，电离截面的理论计算与实验值不符，从而说明我们扔需更多的实验数据的检验促其发展和完善。