铝蜂窝结构对伽马射线的屏蔽研究.doc

PAGE PAGE III 铝蜂窝结构对伽马射线的屏蔽研究 铝蜂窝夹层结构具有质量轻，刚性结构好，结构稳定等特点，在国外，铝蜂窝结构广泛的应用于航空航天领域。而国内尚处在摸索阶段。在航天器中探测器往往需要通过统计接收到的射线粒子计数来完成探测，但是在宇宙这个复杂的环境下，宇宙射线往往会影响到探测器的计数，这会导致探测器计数无法正确反映事实，因此对于穿过铝蜂窝夹层的射线需要进行探究，以反馈其对探测器的影响程度，本文是探究航天器中铝蜂窝结构对伽玛射线的屏蔽影响 本次模拟实验是继承了邵剑雄教授对于航天器测距研究的方向，补充完善对航天器测距研究的内容。 航天器测距是在近月环境下，为了确定航天器离月球表面的距离，在航天器下面会装一个向下发射辐射的放射源，经过月球表面散射回来的射线被航天器下面的探测器接收，因为探测器的计数率与月球的高度会有一个关系曲线，人们可以通过探测器得到的计数来计算航天器与月球的高度，但那时在这里我们会忽略一个很重要的问题，就是在复杂的宇宙的环境下，宇宙射线会对探测器的计数造成干扰，这种干扰是不可避免的，但是我们可以模拟这种干扰对探测器造成的影响，来修正计数率与高度之间的关系，这样就必须仔细讨论伽马射线穿过探测器与外部宇宙环境之间的铝蜂窝夹层结构的结果，而本文所讲述的模拟伽马射线穿过航天器中铝蜂窝结构的目的就是为了探究铝蜂窝夹层结构对伽马射线的屏蔽效果，在模拟过程中，为了减小设计难度，使结果更加直观具体，我将使用单能的放射源来代替宇宙环境下的伽马射线 γ射线与物质的相互作用 2.1 γ射线与物质相互作用的一般特性 γ射线属于电磁辐射的一种，其他类型的电磁辐射辐射还包括轫致辐射、湮没辐射和特征X射线等，它们与物质相互的机制相似，只与射线的能量大小有关。所以在下面的对γ射线与物质的相互作用讨论中，对其它来源产生的电磁辐射也是适用的。 由于γ光子不带电，不能考虑使用带电粒子的阻止本领dE/dX和射程来描述光子在物质中的行为，带电粒子是通过连续碰撞来损失能量，γ光子和物质的相互作用却截然不同，结果不是完全消失就是大角度散射 γ射线与物质相互作用的方式有很多种，但总的来说γ射线最主要的相互作用方式有三种 光电效应 康普顿效应 电子对效应 其他的相互作用类型还有相干散射、光致核反应和核共振反应，这些相互作用的发生概率非常小，所以通常是可以忽略不计的。 γ射线发生上述三种效应都是有一定概率的，因此有不同的作用截面，所以就存在光电效应界面σph、康普顿散射截面σc、电子对效应截面σp 按光子能量和原子序数来表示的三种相互作用占优势的区域 2.2 光电效应 γ光子与靶物质的束缚电子发生相互作用时，光子把全部能量转移给某个束缚电子，使之脱离束缚发射出去，而光子本身消失掉，这种过程称光电效应 光电子的能量： 式中为入射光子能量，为光电子获得的动能，为原子第i层电子的结合能。 2.3 康普顿效应 康普顿效应是入射γ光子与原子的核外电子之间发生的非弹性碰撞碰撞过程，在这样的过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使之脱离原子成为反冲电子，而光子的运动方向和能量发生变化。 散射光子和反冲电子的能量与散射角的关系 散射光子能量为： 康普顿反冲电子能量： 由此可以得到散射光子与散射角之间的关系，依此函数可以得到 2.4电子对效应 当γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库伦场作用下，γ光子转化为一个正电子和一个负电子，这种过程称为电子对效应 在电子对效应中，γ光子的能量除一部分(1.02MmV)转化为正负电子对外，剩下的作为电子对的动能，所以有能量关系式： 其中和分别为正负电子的动能 电子对效应，要用狄拉克的电子理论来解释（参考文献）。实际上因为动量守恒的要求，只有能量大于1.02MeV的光子才有可能引发电子对效应。  蒙特卡洛方法 蒙特卡洛(Monte Carlo)方法（即M-C方法），也称为计算机随机模拟方法，是一种基于“随机数”的计算方法，所以又称随机抽样或统计实验方法，属于计算数学的一个分支。这一方法源于美国在第二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”。该计划的主持人之一、数学家冯·诺伊曼用驰名世界的赌城—摩纳哥的Monte Carlo来命名这种方法，自从在二战中推出以来，蒙特卡罗模拟一直用于为不同的物理和概念系统建立 \t C:\\Users\\gougou\\Desktop\\MCNP\\_blank 模型：它并不严格去求解一些物理方程，而是通过模拟单粒子在介质中的随机运动过程，然后将大量粒子的平均结果作为系统结果的近似，给出粒子系统在介质中输运的最后结果。传统的经验方法由于不能逼近真实的物理过程,很难得到满意的结果,而 M-C 方法由于能够比较真实地模拟实际物理过程,故解决问题与实际符合较好,可以