（测试计量技术及仪器专业论文）量热法电子束吸收剂量测量方法的研究.pdf

t h er e s e a r c ho nc a l o r i m e t r yo fe l e c t r o nb e a m sa b s o r b e dd o s e m e a s u r e m e n t d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o n a t i o n a li n s t i t u t eo fm e t r o l o g y o f t h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g g o n g x i a om i n g d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a n gy a nl i n a t i o n a li n s t i t u t eo fm e t r o l o g ya tb e i ji n g m a y 1 0 9 jjjjl 洲5 肌70舢8 iil舢y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量科学研究院或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生躲嗉胙n 帆w 年矿加佣 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国计量科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国计量科学研究院可以用不 同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 研究生签名： 导师签名：； 名根冬 乙 时间：, - y o f o 年矿月矿日 时间：沙扣年哆6 月2 日 论文摘要 随着各类电子加速器在核医学、辐射生物学及核辐射技术民用产业方面的发 展，如何测定和评价电子束辐射相关的物理量特别是如何准确的测量电子束吸收 剂量就成了一项十分重要的工作。吸收剂量在辐射加工领域中直接关系到产品的 质量控制，在核医学、辐射生物学中直接关系到放疗的成败。因此有必要对电子 束吸收剂量测量方法进行规范，以提高我国电子束应用的水平。 目前已知的电子束吸收剂量测量方法有量热法、化学法和电离室法，其中量 热法是直接测量电离辐射授予被照物质能量的唯一方法。课题选择量热计作为电 子束吸收剂量测量方法的研究对象，同时用化学剂量计与量热计进行比较。其中 量热计选择了石墨量热计和聚苯乙烯量热计，化学剂量计采用重铬酸钾( 银) 化 学剂量计，并选用了程序e g s n r c 用于蒙特卡罗模拟计算。 课题使用蒙特卡罗程序e g s n r c 模拟能量为9 5 3 m e v 的电子束照射条件下， 水、石墨和聚苯乙烯中的百分深度剂量分布情况。模拟给出四个不同能量的电子 束在聚苯乙烯材料中的最大射程，并与实测外推得到的最大射程进行比较。根据 模拟的百分深度剂量分布( p d d ) ，给出石墨吸收剂量和聚苯乙烯吸收剂量转换成 水吸收剂量的转换因子。用f r i k e 剂量计在c o 辐射场中校准硫酸铈一亚铈剂量 计和重铬酸钾( 银) 剂量计，之后将重铬酸钾( 银) 剂量计在9 5 3 m e v 能量的电 子束条件下同时进行照射后分别与硫酸铈一亚铈剂量计和石墨量热计进行比较。 采用石墨量热计和聚苯乙烯量热计在动态照射条件下测量吸收剂量，转换为水吸 收剂量后再进行比较。 模拟和实验的结果表明：模拟电子束在聚苯乙烯材料中的实际射程与采用聚 苯乙烯楔子实际测量后外推得到的射程差异小于1 5 ；重铬酸钾( 银) 剂量计 的辐射化学产额在丫射线和电子束辐射场中的差异小于1 8 5 ；动态照射条件下 石墨量热计和聚苯乙烯量热计测得的电子束吸收剂量差异小于1 1 。 关键词；蒙特卡罗模拟；e g s n r c ：电子束吸收剂量：量热法；百分深度剂量分 布：重铬酸钾( 银) 化学剂量计 i v a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fv a r i o u st y p e so fe l e c t r o na c c e l e r a t o r si nt h en u c l e a rm e d i c i n e ， r a d i a t i o nb i o l o g ya n dn u c l e a rr a d i a t i o nt e c h n o l o g yo f c i v i l i a ni n d u s t r i e sa r e a s ，h o wt om e a s u r ea n d e v a l u a t et h ei m p o r t a n tp h y s i c a lq u a n t i t i e so fe l e c t r o nb e a m sr a d i a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ea c c u r a t e m e a s u r e m e n to fe l e c t r o nb e a m sa b s o r b e dd o s ei sb e c o m i n gav e r ye s s e n t i a lt a s k a b s o r b e dd o s ei s d i r e c t l yr e l a t e dt op r o d u c tq u a l i t yc o n t r o li nt h er a d i a t i o np r o c e s s i n gf i e l d ，a n ds u c c 宅s so rf a i l u r e o fr a d i o t h e r a p yi nn u c l e a rm e d i c i n e 。r a d i a t i o nb i o l o g yf i e l d s t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yt or e g u l a t e t h em e a s u r e m e n tm e t h o d so fe l e c t r o nb e a m sa b s o r b e dd o s ei no r d e rt oi m p r o v et h el e v e lo fo u r e l e c t r o nb e a m sa p p l i c a t i o n s c a l o r i m e t r y , c h e m i c a lm e t h o da n di o n i z a t i o nc h a m b e rm e t h o da r et h r e ec o m m o ne l e c t r o n b e a m sa b s o r b e dd o s em e a s u r e m e n tm e t h o d s ，i nw h i c hc a l o r i m e t r ym e t h o di st h eo n l yw a yt o m e a s u r et h ee n e r g yo fm a t e r i a lg i v e nb yi o n i z i n gr a d i a t i o nd i r e c t l y s e l e c tc a l o r i m e t e ra st h e r e s e a r c ho b j e c to fe l e c t r o nb e a m sa b s o r b e dd o s em e a s u r e m e n t , c o m p a r et h ec h e m i c a ld o s i m e t e r ( p o t a s s i u m ( s i l v e r ) d i c h r o m a t ed o s i m e t e r ) w i t hc a l o r i m e t e r ( g r a p h i t ec a l o r i m e t e ra n dp o l y s t y r e n e c a l o r i m e t e r ) ，a n du s ee o s n r cp r o g r a mf o rt h em o n t ec a r l om e t h o d u s em o n t ec a r l op r o g r a me g s n r ct os i m u l a t et h ep e r c e n t a g ed e p t hd o s ed i s t r i b u t i o no f w a t e r , g r a p h i t ea n dp o l y s t y r e n ei nt h e9 5 3 m e ve l e c t r o nb e a m si r r a d i a t i o nc o n d i t i o n s s i m u l a t i o n r e s u l ts h o w sc a l o r i m e t e ra b s o r b e r sa v e r a g ea b s o r b e dd o s er a t i oi nt h ei nt h e9 5 3 m e ve l e c t r o n b e a m si r r a d i a t i o nc o n d i t i o n s s i m u l a t ep r a c t i c a lr a n g eo fe l e c t r o nb e a m s si np o l y s t y r e n em a t e r i a l u n d e rf o u rd i f f e r e n te n e r g yc o n d i t o n s 。a n dc o m p a r ei tw i t hp r a c t i c a le x t r a p o l a t e de l e c t r o nr a n g e c o n v e r s i o nf a c t o ro fg r a p h i t ea n dp o l y s t y r e n ea b s o r b e dd o s ec h a n g e di n t ot h ew a t e ra b s o r b e d d o s ei sg i v e na c c o r d i n gt ot h es i m u l a t e dp e r c e n t a g ed e p t hd o s ed i s t r i b u t i o n ( p d d ) u s ef r i k e d o s i m e t e rt oc a l i b r a t ec e r i cs u l p h a t e - c e r o u ss u l p h a t ed o s i m e t e ra n dp o t a s s i u m ( s i l v e r ) d i c h r o m a t e d o s i m e t e ri n c or a d i a t i o nf i e l d ，a n dt h e nc o m p a r et oe e r i es u l p h a t e c e r o u ss u l p h a t ed o s i m e t e r a n dg r a p h i t ec a l o r i m e t e ri nt h e9 5 3 m e ve l e c t r o nb e a m sc o n d i t i o n m e a s u r eg r a p h i t ea n d p o l y s t y r e n ec a l o r i m e t e r s a b s o r b e dd o s eu n d e rt h ec o n v e y o ri r r a d i a t i o nc o n d i t o na n dm a k e c o m p a r i s o na f t e rc h a n g e di n t ow a t e ra b s o r b e dd o s e s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ：t h ed i f f e r e n c eo fs i m u l a t e da c t u a lr a n g ea n d p r a c t i c a le x t r a p o l a t i o nr a n g eo fe l e c t r o nb e a m si nt h ep o l y s t y r e n em a t e r i a li sl e s st h a n1 5 ：t h e r a d i a t i o nc h e m i c a ly i e l d ( g “) ) o ft h ep o t a s s i u m ( s i l v e r ) d i c h r o m a t ed o s i m e t e ru n d e rt h ee l e c t r o n b e a m sa n d7 - r a y sc o n d i t i o n sa r eo fl e s st h a n 1 8 5 d i f f e r e n c e ；g r a p h i t ea n dp o l y s t y r e n e c a l o r i m e t e r s a b s o r b e dd o s eu n d e rt h ec o n v e y o ri r r a d i a t i o nc o n d i t o nl e s st h a n1 1 d i f f e r e n c e k e y w o r d s ：m o n t ec a r l os i m u l a t i o n ；e g s n r c ；e l e c t r o nb e a m sa b s o r b e dd o s e ；c a l o r i m e t r y ； p e r c e n t a g ed e p t hd o s ed i s t r i b u t i o n ；p o t a s s i u m ( s i l v e r ) d i c h r o m a t ed o s i m e t e r v 目录 独创性声明h i 论文摘要。i v 目j 录v i 图表索引 第一章引言1 1 1 研究背景和意义l 1 1 1 医用电子加速器的应用回顾。1 1 1 2 辐射加工用电子加速器国际国内发展状况。2 1 1 2 1 国外辐射加工用电子加速器的发展状况3 1 1 2 2 国内辐射加工用电子加速器的发展状况4 1 1 3 电子柬吸收剂量测量的意义4 l 。1 3 1 电子束吸收剂量测量在放射医学中的地位和作用5 1 1 3 2 电子束吸收剂量测量在辐射加工中的地位和作用5 1 1 3 3 剂量测量的标准化6 1 2 本论文内容6 第二章电子束吸收剂量测量方法8 2 1 国外研究现状8 2 1 i 量热法8 2 1 2 电子束流密度计( 电子注量仪) 8 2 1 3 液体化学剂量计9 2 1 4 固体剂量计。9 2 2 国内现有工作基础1 0 2 3 辐射加工级电子束吸收荆量量值溯源体系1 1 第三章量热法测量电子柬吸收剂量1 2 3 1 基本原理1 2 3 2 量热计的种类1 2 3 3 电子束盒式量热计基本结构1 3 3 3 1 量热计吸收体1 3 3 3 1 1 量热计吸收体材料。1 3 3 3 1 2 量热计吸收体厚度1 4 3 3 2 温度测量系统1 5 3 3 2 1 温度传感器1 5 3 3 2 2 测温仪表1 6 v i 3 - 3 3 量热计隔热部分1 7 第四章蒙特卡罗方法1 8 4 1 蒙特卡罗方法概述1 8 4 1 i 蒙特卡罗方法的基本原理及思想1 8 4 1 2 随机数理论_ 。l8 4 1 3 蒙特卡罗方法解决粒子输运问题的主要步骤。2 0 4 1 4 蒙特卡罗方法的特点2 1 4 1 5 蒙特卡罗方法的主要应用范围2 2 4 2 蒙特卡罗方法模拟程序e g s n r c 简介2 2 4 2 1 e g s n r c 程序的主要功能和特点2 3 4 2 2 其它常用的程序2 4 4 3e g s n r c 中涉及的物理过程2 5 4 3 1 带电粒子与物质的相互作用2 5 4 3 2x 射线与物质的相互作用2 6 4 3 3 光子与电子的耦合输运2 8 第五章e g s n r c 模拟计算3 0 5 1 e g s n r c 使用和参数设置概述3 0 5 2 电子束穿过量热计吸收体材料的蒙特卡罗模拟。3 0 5 2 1 石墨、聚苯乙烯和水这三种材料的百分深度剂量分布模拟3 0 5 2 2 不同能量电子束穿过聚苯乙烯均匀介质的蒙特卡罗模拟3 l 5 3d 、l 右3 5 第六章实验研究3 6 6 1 加速器电子束辐射源及辐照条件3 6 6 1 1 电子束扫描均匀性和能量的测量3 6 6 1 1 1 电子束扫描均匀性的测量3 6 6 1 1 2 电子束能量测量。3 7 6 2 量热计3 9 6 2 1 石墨量热计参数4 0 6 2 2 聚苯乙烯量热计参数4 l 6 3 液体化学剂量计体系4 2 6 4 实验方法和结果4 4 6 4 1 化学剂量计的1 ，射线条件下的校准“ 6 4 2 电子束照射条件下的量热计与液体化学剂量计比对4 6 6 4 2 1 电子束照射条件下的化学剂量计测量结果4 7 6 4 2 2 量热计和化学剂量计测量值之间的比较4 8 6 4 3 聚苯乙烯量热计和石墨量热计的比较4 8 6 5 ，j 、结5l 第七章结论5 2 本论文专用术语( 符号、变量、所略词等) 注释表5 3 参考文献5 4 致 射5 7 附录l ：研究生学习期间发表的文章。5 8 i 图表索引 图l 电子柬吸收剂量量值溯源体系l l 图2p t bl o m e v 能量电子在水中的深度剂量分布1 5 图3 惠斯登电桥1 6 图4 温度外推示意图。1 6 图5n p l 电子柬基准石墨量热计示意图。1 7 图6 随机数均匀性校验结果图1 9 图7 利用上面的随机数抽样计算的光子指数衰减结果图。2 0 图8 光电效应示意图2 6 图9 光电效应后原子退激的两种方式2 7 图l o 康普顿效应示意图2 7 图11 电子对效应示意图2 8 图1 2 光子三种主要相互作用与吸收物质原子序数和光子能量的关系2 8 图1 3e g s 中的粒子级联流控制2 9 图1 4 使用p r e v i e w r z 的聚苯乙烯量热计视图3 l 图1 5 能量为9 5 3 m e v 的电子束在水、石墨和聚苯乙烯中的百分深度剂量分布3 l 图1 6 能量为9 2 8 m e v 的电子柬在聚苯乙烯材料中的深度分布曲线3 2 图1 7 能量为1 0 4 4 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的深度分布曲线3 2 图1 8 能量为l1 1 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的深度分布曲线3 3 图1 9 能量为1 2 3 2 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的深度分布曲线3 3 图2 0 能量为9 2 8 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的蒙卡模拟结果3 3 图2 l 能量为1 0 4 4 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的蒙卡模拟结果3 4 图2 2 能量为1 1 1 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的蒙卡模拟结果3 4 图2 3 能量为1 2 3 2 m e v 的电子束在聚苯乙烯材料中的蒙卡模拟结果3 4 图2 4 参考平面下电子柬扫描方向( 5 0 c m ) c a t 响应分布3 7 图2 5 垂直于电子束扫描横向c t a ( 半高宽l o c m ) 薄膜剂量计响应分布3 7 图2 6 叠层法测量电子束能量示意图3 8 图2 7 楔子法测量电子束能量示意图3 8 图2 8 标称值为9 5 m e v 下测得的电子柬在聚苯乙烯中的剂量百分深度分布3 9 图2 9 石墨量热计结构示意图4 0 图3 0 聚苯乙烯量热计结构示意图4 0 图3 1 实验时量热计和化学剂量计摆放位置示意图4 7 图3 2 实验时硫酸铈一亚铈剂量计和重铬酸钾( 银) 剂量计位置示意图4 7 图3 3 聚苯乙烯量热计p 2 4 9 3 辐照前后温度的变化4 9 图3 4 聚苯乙烯量热计p 2 4 9 4 辐照前后温度的变化4 9 图3 5 石墨量热计g 2 4 5 1 辐照前后温度的变化5 0 图3 6 石墨量热计g 2 4 5 2 辐照前后温度的变化5 0 表ln i s t 的几种石墨量热计吸收体厚度尺寸1 4 表2 外推射程与蒙卡模拟射程的比较3 5 表3 石墨量热计吸收剂量换算常数4 l l 表4 聚苯乙烯量热计吸收剂换算常数4 2 表5f r i c k e 基标准剂量计在y 辐射场校准点测量结果4 6 表6 硫酸铈亚铈剂量计和重铬酸钾( 银) 剂量计吸收剂量计比对4 7 表7 石墨量热计与重铬酸钾( 银) 剂量计比对4 8 表8 静态照射时同类型量热计的比较。5 0 表9 动态照射时聚苯乙烯量热计和石墨量热计的比对5 1 x 中国计量科学研究院硕士研究生论文 1 1 研究背景和意义 第一章引言 加速器最初是为原子核物理研究的需要而发展起来的。随着科学研究、工农业生产、医 药卫生、国防建设等方面对加速器需要的增长，加速器被应用到更多的领域。目前加速器的 种类已达2 0 多种，数量也日益增多，特别是某些能量较低的加速器已开始工业化生产，医 用电子行波( 驻波) 直线加速器以及专供工业辐照用的各类加速器也都获得了迅速的发展。据 统计，在能量较低的加速器中，只有很少一部分用于核科学研究，绝大部分用于工业、农业、 医学及其他行业的许多领域。 近年来，电子加速器在放射医学和辐射加工在国内外发展很快。世界范围内5 0 9 6 以上( 发 展中国家，其百分数已近9 0 ) 的癌症病人在使用电子束能量在6 m e v - - 2 5 m e v 医用加速器产 生的高能光子进行放射治疗。每年我国约有2 2 0 万新发癌症病例，这些患者的6 5 - 7 5 需 要接受放射治疗，也就是说不包括原有患者，每年新增加的需进行放射治疗的患者就超过 1 4 0 万。而治疗医用辐射剂量值的不确定度均应在预定的范围内( n 、乃( 4 - 1 0 ) n n 总 不难看出，t i 为无偏估计当然，还可以引入其它类型的估计，如最大似然估计，渐进有 偏估计等。但是，在蒙特卡罗计算中，使用最多的是无偏估计。用比较抽象的概率语言描述 蒙特卡罗方法解题的手续如下：构造一个概率空间( w 。a ，p ) ，其中。w 是一个事件集合，a 是集合w 的子集的s 体。p 是在a 上建立的某个概率测度；在这个概率空间中，选取一个随 机变量q ( w ) ，wiw ，使得这个随机变量的期望值 = e 口( 国) = p ( 妒( d ) ( 4 - 1 1 ) n 正好是所要求的解q ，然后用q ( w ) 的简单子样的算术平均值作为q 的近似值。 4 1 4 蒙特卡罗方法的特点 蒙特卡罗方法与一般计算方法有很大区别，一般计算方法对于解决多维或因素复杂的问 题非常困难，而蒙特卡罗方法对于解决这方面的问题却比较简单。其特点如下： 优点： 直接追踪粒子，物理思路清晰。易于理解。 采用随机抽样的方法。较真切的模拟粒子输运的过程，反映了统计涨落的规律 不受系统多维、多因素等复杂性的限制，是解决复杂系统粒子输运问题的好方法。 2 1 n m = 刀 中国计量科学研究院硕士- 研究生论文 具有同时计算多个方案与多个未知量的能力。 误差容易确定。 m c 程序结构清晰简单。 研究人员采用m c 方法编写程序来解决粒子输运问题，比较容易得到自己想得到的任意 中间结果，应用灵活性强。 缺点： m c 方法主要弱点是收敛速度较慢，其概率误差正比于口胃，如果单纯以增大抽样粒子 个数n 来减小误差，就要增加很大的计算量。 误差的概率性质。由于蒙特卡罗方法的误差是在一定置信水平估计的，所以它的误差具 有概率性，而不是一般意义下的误差。 在粒子输运问题中，计算结果与系统大小有关。经验表明，只有当系统的大小与粒子的 平均自由程可以相比较时( 一般在十个平均自由程左右) ，蒙特卡罗方法计算的结果较 为满意。但对大系统或小概率事件的计算问题，计算结果往往比真值偏低。 4 1 5 蒙特卡罗方法的主要应用范围 蒙特卡罗方法所特有的优点，使得它的应用范围越来越广泛。它的主要应用范围包括： 粒子输运问题、统计物理、典型数学问题、真空技术、激光技术以及医学、生物、探矿等方 面。随着科学技术的发展，其应用范围将更广泛。由于本课题所选用的量热计材料不同与 i c u r 报告中给出的相关材料( 石墨的密度为1 6 1 9 c m 3 ，聚苯乙烯的密度为1 0 5 9 c m - a ) ，所 以需要通过蒙蒙特卡罗方法给出这些材料的百分深度剂量分布等信息。 4 2 蒙特卡罗方法模拟程序e g s n r c 简介 e g s 是由美国斯坦福直线加速器d p , c , ( s l a c ) 、日本高能物理国家实验室( k e k ) 和加拿 大国家研究所c n p , c c ) 联合推出的一套模拟电子和光子在物质中输运过程的通用 m o n t ec a r l o 计算程序系统。该程序自上世纪6 0 年代开始研制至今，已经汇集了几百人年的 工作量。目前该程序的较新版本有e g s 4 、e g s n r c 、e g s4 4 、e g s5 等。该程序具有通用 性、灵活性。被广泛应用于高能、低能物理和医学物理。由于其可靠程度高，被直接用于 实验对照，同时在计算时模拟大量粒子，使其统计误差小于3 。 e g s n r c 程序系统由p e g s n r c ( p r e p r o c e s s o r f o r e g s ) 和e g s n r c 两部分组成。它可以运行 在w i n d o w s 操作系统下，而且具有友好的图形界面。该程序为公开程序，用户可在n r c c 官 方网站获得( b ! ! 乜；z 曼旦：i 芏曼：i 凸堂：凸兰：量垦z 星箜q 兰曼曼箜凸兰曼：b ! 里! ) 。 中国计量科学研究院硕士研究生论文 4 2 1e g s n r c 程序的主要功能和特点 1 ) 在任何的单质，化合物或混合物中，电子( + 或一) 或光子的辐射输运都能被模拟。数 据预处理软件包p e g s n r c 能够使用1 号元素到1 0 0 号元素的截面数据产生e g s n r c 要用到的 数据。除此之外，在一些新的功能选项里面，已经添加了其它的一些必须被读入执行的数据 文件。 2 ) 光子和带电粒子按随机步长输运而不是离散步长输运。 3 ) 荷电粒子的动能的动态量程从几十k e y 到数百g e v 。该能量上限还可以拓展，但是 其物理学的正确性还有待于检查。 4 ) 光子的动能的动态量程是1 k e y 到几百g e v 。 5 ) 下列的物理过程被e g s n r c c o d e s y s t e m 考虑： a ) 轫致辐射的生产，使用b e t h e - h e i t l e r 截面或者n i s t 截面。 b ) 正电子在飞行中和休眠中的湮灭( 湮灭量子被跟踪，直到结束) c ) 由原子核的库仑散射造成的荷电粒子的多次散射问题已经解决处理过程中使用的 多次散射理论克服了m o l i e r e 多次散射理论的缺点。它考虑了任何步长的大小，并且能够从 短步长单次散射模式平滑地过渡到准确的大步长多次散射模式。用户可选择的选项有：基于 卢瑟福散射的散射；考虑相对论和旋转影响的散射。 d ) m i l l e r ( e - e - ) 和b h a b h a ( e + e - ) 散射。使用精确规则而不是渐近规则。 e ) 在不连续的相互作用之间，应用到带电粒子轨迹的连续能量损耗。 i ) 总的被限制的带电粒子的阻止本领包括：软轫致辐射和碰撞损失项 i i ) 在一般的情况下，碰撞损失由受限制的贝蒂一布洛赫( b e t h e - b l o c h ) 阻止本领用受 密度影响的斯顿海默( s t e r n h e i m e r ) 处理决定：但是i c r u 的r e p o r t 3 7 里面推荐使用规定 的可受任意密度影响的修正数据。 g ) 电子对的产生。 h ) 康普顿散射、克来因一仁科( k l e i n - n i s h i n a ) 或者束缚康普顿( b o u n d c 伽p t o n ) 。 i ) 相干( 瑞利) 散射能由不同的选项实现。 j ) 光电效应。 k ) 空位建立后( 比如光电效应或康普顿散射事件后) ，受激原子退激产生萤光光子( k ， l 。m 壳层) 、俄歇电子、c k ( c o s t e r - k r o n i g ) 电子，而且它们都可以被追踪。 6 ) p e g s n r c 是一个单机数据预加工程序，它包含有1 2 个子程序和8 5 个函数。输出数 据能够被e g s n r c 直接使用 a ) p e g s n r c 在很多截面和分支比数据的能量间隔上，构造了分段一线性适应系统。 b ) 一般情况下，使用者只需使用p e g s n r c 获得e g s n r c 所需的媒体数据文件 c ) p e g s n r c 的控制输入使用n a m e l i s t ，该文件可用f o r t r a n 语言方便的读入( 以 m o r t r a n 3 形式) 。 d ) 除了为e g s n r c 产生数据的必需选项之外，p e g s n r c 包含了e g s n r c 使用的任意物理量 2 3 中国计量科学研究院硕士研究生论文 的绘图选项。 e ) 除了p e g s n r c 产生的材料描述数据文件，e g s n r c 在计算中还可使用其它多种输入的 数据文件。 7 ) e g s n r c 是一个由复杂的用户界面把子程序和块数据组合起来的程序包。 a ) 这就有了更大的灵活性而不必要求用户去过多的熟悉程序代码的详细信息。 b ) 连同m o r t r a n 3 语言的巨大便捷能力一起，这就减少了使用者编辑代码时产生漏洞的 可能性。 c ) e g s n r c 使用由p e g s n r c 产生并调试的物质截面和分支比率数据d ) 对于任何的给定 问题的几何结构问题由用户编写的子程序h o w f a r 描述，它能轮流调用其他附加的副程序。 e ) e g s n r c c o d es y s t e m 为那些不想自己编程序的用户提供了平面、圆柱体、圆锥体、球 体、等的辅助几何程序。 f ) 在定义宏的位置( 如，在e g s n r e m a c r o s 文件中) 提供了这些子程序的大量版本，使用 它们通常会使模拟的速度更快 g ) 输运能在磁场中发生，通过写一个特别设计的h o w f a r 子程序，或以更普通的方式( 包 括在电场中) 遥过使用m o r t r a n 3 宏摸板，它已放在子程序e l e c t r 中文件 e m f _ m a c r o s m o r t r a n 中包含了能实现它的b i e l a j e w 的宏 8 ) 用户的记录输出信息在由用户编写的子程序a u s g a b 中。 a ) 通过设定各种不同的a u s f l g 标记，用户能够设置不同状态下模拟参数以便对任何感 兴趣的参数进行记录而不需要自己去钻研程序代码 b ) 附加的子程序w a t c h 被提供是为了允许对逐个事件或逐步事件进行跟踪模拟，结果传 输到终端或者调用e g s _ w i n d o w s 子程序用3 d 图形直接显示。 9 ) e g s n r c 允许权重抽样和其他的减小方差技术( 例如，引导粒子偏置，分裂，路径长度 偏置，俄罗斯轮盘赌，等等) 。 a ) e g s n r c 引入了新的选项以便考虑二次带电粒子的高效轫致辐射分裂和俄罗斯轮盘 赌，但是只有用户“打开”该功能的情况下才可用。 b ) e g s n r c 计算粒子每一步到最近的边界的范围和距离，作为电子传输运算规则的一部 分，并且有一个选项可以对任意不能逃离当前区域的粒子有一个区域限制。 4 2 2 其它常用的程序 目前比较常用的蒙特卡罗程序还有g e a n t 4 、f 1 u k a 、m c n p 等，基本的介绍见下文； g e a n t 4 是c e r n 等单位开发的利用蒙特卡罗方法模拟粒子穿过物质的过程的软件。它采 用c + + 语言面向对象的方法进行设计与编写，具有模块化、操作性强的特点。模拟计算中包 含的物理过程有电磁作用过程、强相互作用过程、输运过程、衰变过程、光学作用过程、光 轻子一强子过程、特定体积参数化过程，主要用于高能物理实验。 中国计量科学研究院硕士研究生论文 f l u k a 是由欧洲粒子物理研究所( c e r n ) 开发的一个计算粒子输运和粒子与物质相互作 用的通用计算工具，它被广泛的应用在：质子和电子加速器的靶屏蔽设计、热量测定、活化、 放射量测定、探测器设计、加速器驱动系统、宇宙射线、中微子物理、放疗法等。 m c n p ( m o n t ec a r l on e u t r o na n dp h o t ot r a n s p o r tc o d e ) 由美国橡树林国家实验室( o a k r i d g en a t i o n a ll a b o r a t o r y ) 开发的一套模拟中子、光子和电子在物质中输运过程的通用 m c 计算程序，在它早期的版本中并不包含对电子输运过程的模拟，只模拟中子和光子，较 新的版本( 如m c n p 4 a ) 则引进了e t p - ，加入了对电子的模拟。较新的版本有m c n p 5 和m c n p x 系列，但是其版权目前只适用于美国及其同盟国。 由于g e a n t 4 主要用于高能物理实验，f l u k a 主要用于粒子通量的计算，而肼c p 存在着 版权的问题。考虑到本课题主要涉及到的电子束能量范围，选择了e g s n r c 作为本课题的蒙 特卡罗模拟计算。 4 3e g s n r c 中涉及的物理过程 粒子与物质的相互作用是e g s n r c 的物理基础，对这一问题并不需要过多了解，但e g s n r c 是真切模拟粒子在物质中的输运过程，要想建立正确的物理模型