基于GEANT4的CsI(Tl)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟；Monte Carlo Simulation of CsI(Tl) Scintillator Detector with GEANT4 ToolKit

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟,得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(Tl)晶体测量γ射线的能谱。对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性。该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具。

医用质子和~(12)C离子束的物理性质研究

质子和重离子在现代放射治疗手段中已起着不可替代的作用,这主要取决于其独特的物理性质。利用一步过程和两步过程的物理模型解释了离子能量损失的机制,同时结合Geant4软件包模拟质子和12C在水中的运输过程,研究了离子束的物理性质,并讨论了计算的结果,说明了质子和12C在医学中应用的优缺点。

HIRFL-CSR系统中RIBLLⅡ上中子墙设计的模拟计算

HIRFL-CSR系统中RIBLLⅡ外靶实验终端上的中子探测装置是用来开展放射性束物理以及利 用放射性束开展非对称核物质性质等研究的一个重要的探测装置．介绍了在RIBLIⅡ上计划建造的中 子墙的探测原理以及基于Geant4对其所进行的蒙特卡罗模拟,给出了中子墙的设计方案、优化的设计 参数以及中子探测的性能指标．

RIBLL终端大面积中子探测器阵列研制方案的理论计算

介绍了一种用于丰中子核研究的RIBLL终端大面积中子探测器阵列的研制 .利用Geant4软件包对该探测系统的中子探测效率、时间分辨和位置分布等进行了蒙特卡罗模拟 ,同时对探测器的cross talk进行了研究 .给出了探测器的设计方案 .

HIRFL-CSRm内靶实验终端CsI(Tl)电磁量能器性能模拟

基于GEANT4模拟了HIRFL CSRm内靶实验终端的CsI(Tl)电磁量能器系统,给出了CsI电磁量能器的最佳设计参数及可能达到的性能.结果表明,设计的CsI(Tl)电磁量能器系统能够满足所研究的物理要求.

Monte Carlo studies of micromegas as a neutron detector and its track reconstruction

In this paper a two dimensional readout micromegas detector with a polyethylene foil as converter was simulated on GEANT4 toolkit and GARFIELD for fast neutron detection. A new track reconstruction method based on time coincidence technology was developed in the simulation to obtain the incident neutron position. The results showed that with this reconstruction method higher spatial resolution was achieved.

Monte Carlo simulation of the neutron detection wall at RIBLL II in HIRFL-CSR

With the construction of the new Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou (RIBLL II) which connects the CSRm and the CSRe, an experimental setup for physics research is highly required. A large area neutron detection wall is the main part of the setup. This paper introduced the detection principle of the neutron detection wall and the Monte-Carlo simulation of its design under the environment of the Geant4 toolkit. We presented the final design with the optimized parameters and the performance of the wall.

横向场气体电离室信号模拟；Signal Simulation of Transverse Field Gas Ionization Chamber

本文利用Geant4、Garfield和Magboltz程序模拟了横向场气体电离室的输出信号。通过比较模拟与实验结果,检验了模拟的可靠性。同时,通过模拟得出了不同工作气体对信号输出幅度的影响,其中,产生的信号幅度最大的气体为C4H10,这为以后改进此类电离室提供了理论依据。

PbWO_4晶体的光输出与能量分辨研究；Study on Light Output and Energy Resolution of PbWO_4 Crystal

研究了多种包装材料和包装工艺对钨酸铅(PbWO4)晶体光输出和能量分辨的影响,测量结果与基于GEANT4的模拟结果符合很好,并由此确定了晶体的最佳包装方法。

HIRFL-CSR系统中主环外靶实验装置中中子墙的设计与研制

中子墙是HIRFL-CSRm加速器系统CSRm外靶实验装置中的关键设备，采用飞行时间法探测中子物质。为满足物理目标的要求，中子墙要对中子有高的探测效率(>90% @ 1 GeV)和好的能量分辨（δE/E<5%）。基于Geant4模拟计算，中子墙被设计为由36闪烁体单元和216量能器单元构成，所有单元分14层，每层18个单元，相邻层垂直排列。闪烁体单元尺寸分为1500(长)×80(宽)×80(厚) mm3，量能器单元为1500×80×70 mm3。其中量能器单元由5层10 mm厚和4层4 mm厚的钢板及2层2 mm厚钢板(最外两层)相间组成，5层晶体耦合到一个光导。信号从单元两端由滨松公司生产的R7724光倍管读出。在探测单元的研制中，重点研究了晶体包装材料、晶体与光导以及光导与光电倍增管间的光学耦合等关键问题。利用宇宙射线对模型单元进行了测试，研制的闪烁体单元和量能器单元平均时间分辨()分别好于80ps和100ps。建立了中子墙单元模拟程序，模拟了宇宙射线粒子入射到探测器单元中光子产生、传播以及光倍管对光子的响应和信号处理的全过程，模拟结果与测试结果有较好符合。基于此，进一步模拟了单元对中子入射的响应，估算了中子墙对不同能量中子的探测效率（>90% @ 1 GeV）和能量分辨（δE/E<5%）。为提高在中子墙建造过程中对所组装的探测单元进行检验和测试的效率，建立了多单元同时测试的宇宙线测试平台。基于此平台，不仅可以测量光输出和时间分辨，还可以得到被测单元的光传输衰减长度。建立了一套光学刻度系统，用于中子墙实验运行中的刻度和工作状态监测。本论文工作确保了中子墙建成后将达到设计指标、满足实验要求，论文工作中积累的经验和获得的知识为中子墙的制造完成以及运行奠定了坚实的基础

高品质CsI晶体研制及HPLUS谱仪中电磁量能器模拟

在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中，电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于高能γ射线和电子的探测，共需要约1020根晶体单元探测器，总重量约3500～5000公斤。另外，我们还计划在CSRm的外靶实验终端建造一个可测量单个射线、所有射线的能量求和以及多重性的γ球探测器，该探测器预计使用CsI(Tl)晶体，总重量约1700公斤。鉴于近代物理所对CsI晶体的大量需求，我们启动了自行研制大尺寸CsI晶体的计划。目前，我们已经掌握了利用Bridgman晶体生长技术，生长出高品质、大尺寸CsI晶体（~100mm×350mm）的工艺。同时我们也掌握了各种不同尺寸和形状的CsI晶体加工工艺。测试结果表明，自行研制的CsI(Tl)晶体的多项指标均好于其他厂家的同类产品。本论文工作的主要内容有：（1）高品质、大尺寸CsI晶体生长工艺的摸索；（2）自制CsI晶体性能的系统测试，包括：光产额的温度效应、PD/APD读出时的能量分辨(源测试)、表面处理和光输出的关系、包装材料的选择、光输出非均匀性、辐照硬度等，以及自制CsI(Tl)晶体在重离子物理实验中的应用等；（3）基于GEANT4软件包，建立了CsI(Tl)晶体探测器的模拟程序，模拟主要集中在对影响单元探测器性能的因素进行分析，包括：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型和厚度、提前簇射、晶体光输出非均匀性等。建立了EMC探测器的模拟框架，并通过模拟初步确定了HPLUS中EMC探测单元尺寸和和探测单元数目，为EMC设计的优化以及HPLUS的整体模拟打下了重要的基础

HPLUS电磁郎能器的初步设计

在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中，电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一，其性能将直接影响CSR上强子物理实验的水平。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于探测来自于强子碰撞中的高能光子和电子。中科院近代物理研究所已经完全掌握了高品质、大尺寸(~F100mm×350mm) CsI(Tl)晶体的生长和加工工艺。测试结果表明，近代物理所自行生长的CsI(Tl)晶体的多项指标都明显优于其他厂家的同类产品。目前，使用自行生长的CsI(Tl)晶体制作的探测器在实验中已得到很好的应用，表现出优良的性能。为优化HPLUS的设计，需要进行大量的Monte Carlo模拟计算，包括物理事例产生器的建立、子探测器的设计及其响应、数据的输出等。目前基于GEANT4的HPLUS模拟软件包正在建立中。EMC是HPLUS的子探测器之一，相应的模拟模拟程序也在建立中。本论文的工作的主要内容包含两个方面： (1)自行生长的CsI(Tl)晶体性能系统测试。包括：能量分辨水平、光输出对温度的依赖关系、辐照硬度以及大尺寸晶体的光输出均匀性等。 (2)为HPLUS的EMC探测器搭建了初步的模拟框架。基于GEANT4软件包，建立了EMC的模拟程序，并对EMC prototype探测器的设计进行了初步模拟，如：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型、提前簇射等，确定了prototype探测器的尺寸和阵列数，为prototype探测器的设计提供参考依据；对CsI(Tl)晶体单元探测器的光学效应也做了相应的模拟，包括晶体的表面处理和几何形状对闪烁光收集的影响等，并在实际工作中指导了晶体的表面处理

HPLUS前角区径迹探测器的设计和模拟

在HIRFL-CSR上筹建的兰州强子谱仪（HPLUS）中，前角区径迹探测器（FTD）对于粒子鉴别以及系统的触发都是非常重要的部分之一。计划中的FTD是由五块平面型的多丝漂移室组成，主要用来测量在前角区出射的带电粒子的径迹 （和能损），实现粒子动量测量和粒子鉴别，而联合其它探测器（如TOF和TPC）则可能提高由于取样数限制的粒子鉴别。实现探测器构型的优化和对拟建装置上物理目标的可行性预研是模拟工作的重要目的。快模拟是对拟建装置进行快速优化的有效方法。在Geant4环境对拟建装置的细致模拟，是进一步优化探测器结构、充分的估计探测器整体性能的必要步骤，为将来的谱仪的制造和可能的物理实验提供可靠的参考。 本论文的主要工作包括以下两个方面。（1）在HPLUS概念设计的基础上，发展了局域化的多径迹查找和径迹重建算法，对产物在前角区分布的典型反应道pp→pp+φ(→K+K-)进行了可行性预研，得到FTD对φ的几何覆盖率为83.5%，由于漂移室空间分辨对的动量分辨的贡献为1.3%，并在考虑了本底道pp→pp+K+K-的影响下，重建了φ的不变质量谱，得到φ峰宽度和信噪比分别为1.51MeV和4.36。在考虑到前角区径迹探测器的占有空间和探测要求的情况下对HPLUS构型做出了一定的优化，为全模拟提供了一组FTD参数。（2）基于快模拟得到的参数和参考了PANDA探测器漂移室的情况下，完成了FTD的初步设计并对其中的物质分布进行了预算，通过经验公式得到FTD的空间分辨和多次散射对K+动量分辨的贡献为1.34%和0.34%。在HPLUS模拟平台上，用GDML语言完成了对前角区径迹探测器的构建

高性能小型带电粒子探测阵列的研制

随着核物理理论研究和各种先进探测设备研制工作的不断深入,世界各大实验室相继建立了各具特色的放射性束装置,放射性束物理得到了长足的发展。在放射性束引起的核反应实验上,要得到更加精确的非稳定原子核的结构信息和反应机制，需要对反应产物实现完全运动学测量,这就要求位置分辨和能量分辨更精确的探测器装置。高性能小型带电粒子探测阵列是基于△E-E粒子鉴别方法,采用位置分辨精确的双面硅微条作为△E探测器,用阻止本领大的BGO晶体阵列作为E探测器,来测量反应产物的能量分辨和角分布,从而进行带电粒子的鉴别。 Geant4是由欧洲核子中心(CERN)开发的一个大型高能物理探测器模拟程序，是采用当代先进的面向对象程序设计技术利用C++语言编写的。我们基于该模拟工具,对探测器分辨随能量的变化情况、粒子斜入射对探测器分辨的影响情况、晶体厚度变化对分辨的影响情况以及与阻止相同能量的CsI晶体分辨情况等进行了一系列的模拟对照。 本论文工作的主要内容有:首先,介绍了探测器的研制及测试过程。该探测器用一块双面硅微条作为△E探测器,用64块BGO晶体阵列作E探测器。晶体阵列采用一块64单元位置灵敏的光倍管读出信号。该探测器具有体积小，死区小,位置分辨好等优点。其次,根据探测器在实验中可能遇到的问题,我们利用Geant4系统的模拟了晶体尺寸变化对分辨的影响情况；晶体分辨随能量升高的变化情况及粒子斜入射对晶体分辨造成的影响等，从而为探测器选用合适尺寸的晶体提供了很好的参考。模拟结果显示，晶体分辨随着能量升高而变好,这为选用BGO晶体作为带电粒子探测阵列提供了很好的参考；粒子斜入射会对分辨造成一定的影响，并从三维图上显示了粒子的踪迹，这为今后实验数据处理提供了很好的参考；与CsI晶体位置分辨和能量分辨作了对照模拟，模拟结果显示，随着带电粒子能量的增加BGO分辨逐渐与CsI晶体接近，并且角分辨会比CsI晶体好，从而得出BGO晶体用来作带电粒子探测阵列的独特优势。最后，针对以后的工作方向作了简单的讨论