毕业设计（论文）-高纯锗探测器γ探测效率的测量和蒙特卡罗方法的计算.doc

高纯锗探测器探测效率的测量和蒙特卡罗方法的计算高纯锗探测器探测效率的测量和蒙特卡罗方法的计算 著摘要：环境样品中含有 238u ，226ra，232th，40k等放射性核素。这些放射性核素在衰变时放射出不同能量的光子。用hpge探测器可以探测到环境样品中的放射性活度，这需要知道hpge探测器的探测效率。可以用实验方法直接得到探测器的探测效率，也可以用蒙特卡罗方法模拟光子被hpge晶体吸收，从而被探测器记录的物理过程，进一步得到与实验过程相符的探测效率。本论文就是分别通过实验测量和蒙特卡罗方法模拟计算高纯锗探测器的探测效率，并相互比较。关键词：能谱 探测能谱效率 蒙特卡罗方法 mcnp应用软件abstract: there are some naturally radionuclides such as 238u ，226ra，232th，40k in environmental sample. these radionuclides give off photons while decaying. the radioactive intensity in environmental sample can be detected with a hpge detector , which make it necessary to know the detection efficiency of the hpge detector. we can do experiment that photons are recorded by the hpge detector ,also we can imitate the process that photons are recorded by the hpge detector with the monte carlo method . then we can obtain a value of the detection efficiency which accord with the experimentation value.this paper is just to measure the efficiency of the hpge detector by experience and the monte carlo method. key words: gamma-ray spectrum detection efficiency mont carlo method mcnp application software一 引言 射线和x射线的能谱测量是核辐射探测的一个十分重要的方面。在核物理实验中，测定原子核激发能级，研究衰变纲图，进行核反应实验都要进行射线能谱的测量，另外放射性同位素的工业、农业、医疗和科学研究的各种应用中也经常要进行射线的各种测量。放射性环境的样品中有来自天然的放射性，也有来自人为的放射性（如核实验地区的放射性）。对各种放射性的活度进行检测对于环境保护和人类的健康有很大的意义。 在对环境的放射性进行监测中，用谱方法既能分析出放射性核素种类，又能得到比较准确的放射性活度值。在各种不同类型谱方法中，要数hpge谱方法最好。 hpge探测器主要用于测量射线的能谱，其能量分辨率很好，故可用于涉及复杂射线能谱学的研究。hpge探测器效率是指一个光子进入探测器的灵敏体积后被记录下来的几率大小。 要实现对放射性核素种类和活度的测量，就需要知道谱的探测效率。通常用已知活度的标准样品来确定谱的探测效率。射线谱仪发展至今，经历了二个主要阶段：nai(tl)闪烁体谱仪和ge半导体谱仪。nai(tl)闪烁体的发展始于上个世纪40年代末，它具有分辨时间短、探测效率高的优点。除：nai(tl)晶体之外，测量低能x射线或者高能射线还可以用cs(tl)和bgo(bi4ge3o12)闪烁体bgo是无机闪烁体，出现于1975年。最大的特点是原子序数高，密度大，因此它的探测效率比，nai(tl)要大得多。ge(li)探测器是60年代以来发展起来的一种探测器，它的优点是能量分辨铝高，线性范围宽，输出脉冲上升时间快。到了1969年，hpge探测器得到了迅速发展，它取代了ge(li)探测器，成了目前测量射线和x射线最好的探测器。但是，实验采用探测器测量样品时又存在了制取样品困难、（样品的组成、材料、体积外型对探测器的效率有影响）本底对低能阶段影响大的缺点不好克服，而采用随机抽样技术、统计实验法的统计蒙特卡罗方法则解决了这样的问题。 由于蒙特卡罗方法的特点和现代计算技术的迅速发展，蒙特卡罗方法越来越受到人们的重视，并且在很多领域得到广泛应用，特别是在反应堆理论和实验核物理中的应用更为突出。目前比较出名的计算程序是morsx 和mcnp等，mcnp（monte carlo neutton and photo transport code）是美国los alamos 实验室研制的具有当前最高水平的中子、光子输运大型通用蒙特卡罗计算程序，与其他程序相比，无论在功能方面、技巧方面、几何组合能力以及取用数据方面都较其他程序优越，使用精细的点截面数据，可以求解中子、光子、电子输运问题。mcnp在离子输运、探测器效率计算等领域得到广泛的运用。我们的工作就是用mcnp4b程序来模拟计算hpge探测器的探测效率。二 射线与物质的相互作用光子不带电，它与物质的相互作用明显与电子的不同。当射线的能量在30mev以下时，会与物质发生多种相互作用，其中最主要的是光电效应，康谱顿效应，电子对效应。因为其他的所有作用方式在这个能量范围内的吸收作用贡献小于1%，所以，射线与物质的相互作用的总截面可以写成： ph+c+p (1)其中，ph光电效应截面，c是康谱顿效应截面，p是电子对效应截面。1 光电效应 射线与靶物质原子的束缚电子作用时，光子把全部的能量转移给某个束缚电子，使之发射出去，而光子本身消失掉，这个过程就叫光电效应。在这个过程中，原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。由能量守衡定律得到 ee=h-bi (2) 其中，h为入射光子的动能，ee为光电子获得的动能，bi为原子第i层的结合能。这种效应大多发生在束缚得最紧的内层电子上。2 康谱顿效应康谱顿效应是入射光子与原子的核外电子之间发生的非弹性碰撞过程。在这个过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，光子的运动方向和能量发生变化。这种效应一般发生在束缚得最松的外层电子上。 因为在考虑高纯锗探测器时要考虑到康谱顿反冲电子对hpge晶体的干扰作用，这里详细介绍一下散射光子和反冲电子的能量与散射角之间的关系。 反冲电子 入射光子 原子电子 反冲角 散射角 散射光子 图1 康谱顿效应的意图示 如图，入射光子能量为 e= h，动量为h/c，碰撞后的散射光子能量为e= h，动量为h/c，反冲电子的动能为ee，总能量为e动量为p，它们之间满足： ee = e - m0c2 = mc2- m0c2 = m0c2 （12）1/2 m0c2 (3) p=mv= m0v （12）1/2 (4) 相对论能量和动量关系为： e=（m02c4+p2c2）1/2 (5)式中的v为反冲电子速度，m0是电子静止质量，m是电子以速度v 运动是具有的动量。 根据能量和动量守恒定律，有下列关系式： h=h+ee （6） （ h/c）= （h/c ）cos+ pcos （7） （h/c ）sin=p sin （8）由此可以得到下式： h2（1- cos）=（hh）m0c2 （9）或者 ee（1- cos）=（e - e）m0c2 （10）因此， 散射光子能量为 e = e e （11） 1 + （1cos） m0c2康普顿反冲电子的动能为： ee= h- h （12）即 ee = e2（1cos） （13）m0c2 + e（1cos） 和之间的关系是： ctg=(1+e/m0c2)tg/2 (14)3 电子对效应当光子从原子旁经过时，在原子核的强库仑力场作用下，光子转化成一个正电子和一个负电子，这个过程就叫电子对效应，产生电子对效应的条件是光子的能量要大于2m0c2.它们辐射损失能量。三 高纯锗探测器的工作原理和探测效率的测量高纯锗探测器是用高纯度的锗制成，有平面型的，也有同轴型的， 我们用的是同轴型的高纯锗探测器，主要用来测量x射线和低能的射线，即测量环境样品的能谱。hpge单晶有p型和n型两种类型，它有两种结构：n+pp+结构或者是p+nn+结构。原则上说，它就是一个特殊的二极管。众所周知，在pn结的结区内，载流子很少电阻很高，所以，当探测器两端加上反向电压后，电压几乎全部降在pn结上。随着电压的升高，结区的耗尽区不断扩展，直到全部耗尽。全耗尽饿结区形成一个足够强的电场，而仅有极弱的漏电极（一般为10-10-10-12a）。当射线入射到探测器中，射线与ge相互作用，产生的电子空穴对，在强电场的作用下，电子和空穴向探测器的两极漂移，结果被电极收集，于是在输出回路中形成脉冲信号，这个信号的幅度就正比于射线的能量。因此，通过测量脉冲信号的幅度就可以测定射线的能量。如果射线与ge发生的是光电效应或者电子对效应，那么射线的全部能量都被ge晶体吸收，但是如果发生的是康普顿效应，一部分光子或者因次极电离而产生的光电子逃逸出去而导致射线的能量损失。还有就是射线在ge晶体中损失的能量过小，实验中可能会被当作本底而消除掉。1 hpge探测器主要性能（1）能量分辨率能量分辨率是代表探测器系统分辨能量十分接近的射线的能力。一般用射线全能峰的半高度和宽度fwhm来表示。高纯锗探测器主要测量射线的能谱，只有较高的能量分辨率才能清楚的把谱线区分开来。影响能量分辨率的主要因素有：（1）射线产生的电子空穴对的张落；（2）电子空穴对的俘获；hpge的灵敏体积比较大，电荷收集不全的影响比较大，要减小俘获影响，就应该增加载流子的漂移速度。（3）探测器及电子学仪器的噪声；（4）工作温度。hpge的正常工作温度是85100k，因此一般在液氮条件下工作。（2） 峰康比与峰形状 峰康比定义的是全能峰内每道记数的最大值npm与康普顿坪的平均记数npm之比，即npm/npm。当本底较大时，在求本值时一般先扣除本底。要提高峰康比，除了增大探测器的灵敏体积外，还应该有好的几何形状。探测器的能量分辨率越好，峰康比越高。（3） 探测器的探测效率 探测器的效率 是指全能峰下面的面积所对应的记数（简称全能峰记数）与放射源发射的相应的射线数目之比。它反映了一个光子进入探测器的灵敏体积后被记录下来的几率大小。它与探测器的灵敏体积及形状、探测器对源张的立体角有关，从而与源至探测器的距离有关。要测量到全能峰的记数，必须把光子的全部能量都耗尽在探测器的灵敏体积内，可以是光电效应，也可以是多次累计效应。下面是探测器探测效率的推导。 我们是根据待测样品的放射性活度来测探测器效率的。对于待测样品的每一个核衰变产生的光子数，称为光子发射几率p（光子数/衰变数）。因为射线的穿透性很强，没有探测器能够直接测量全部的射线，让我们得到光子发射几率r，从而得到活度： a=r* 1/p 我们只能测量到一部分，即全能峰的面积s。s与r的比值叫做探测器的探测效率，以表示，有： s=*r （15）代入上式，有： a= s p * （16）但是，实验测得的s值不全是光子的全能峰面积，还受其他因素的影响，即产生的干扰信号来至其他物质的核素放射的光子，我们是以环境样品作为测量的对象，因此还受到黄土和本底的影响，所以有： s=ss +sh+sb （17） 即：、 ss= s -sh -sb （18）代入上式，有： a= ss p *（19） 探测器的效率为： = ss a * p （20） 因为p=ts* f 所以上式又可以写成： = ss a*ts* f （21） 这就是实验测量环境样品计算高纯锗探测器探测效率的计算公式，其中，是探测效率，ss是环境样品排除掉本底和黄土干扰之后的全能峰面积，ms是环境样品的质量，ts是测量时间，f是分支比，a是标准样品的放射性活度。 2 探测器探测效率的测量放射性环境的样品中有来自天然的放射性，也有来自人为的放射性，如核实验地区的放射性。因此，研究环境样品的各种放射性并对其活度进行检测对于环境保护和人类的健康有非常重大的意义。 在对环境的放射性进行监测中，用谱方法既能分析出放射性核素种类，又能得到比较准确的放射性活度值。引言中已经讨论到，在各种不同类型谱方法中，要数hpge谱方法最好。hpge探测器主要用于测量射线的能谱，其能量分辨率很好，故可用于涉及复杂射线能谱学的研究。要实现对放射性核素种类和活度的测量，就需要知道谱的探测效率。通常用已知活度的标准样品来确定谱的探测效率。探测器的探测效率是衡量探测器的性能、作用的重要的特性之一，它在核物理工作的上有非常重要的作用，也是我们这次实验和mcnp方法要计算的对象。我们的实验是用hpge探测器测量标准的环境样品，高纯锗探测器系统是由探测器、屏蔽室和待测样品三部分组成，实验所用的标准样品即土壤中的放射性核素发生衰变，放射出射线通过样品盒、吸收窗、进入探测器的探头，穿过屏蔽室，与探测器的锗晶体发生相互作用，能量被锗晶体吸收，产生光电子孔穴对，在强电场的作用下，电子和空穴向探测器的两极漂移，结果被电极收集，于是在输出回路中形成脉冲信号，这个信号的幅度就正比于射线的能量通过测量光电子而记录下光子的数目。实验选择的射线能量范围是0.040-1.460mev，实验的结果如表1： 63kev93.4kev238.6kev351.9kev583.2kev609.3 kev6616kev911.2kev1460 kev测量时 间 (s) 测量日期标 样uraby1364837449935171500095-1-2uraby2、342286145793493150004-8-03thby14216148510711500095-1-1thbz2、3401715671094150004-8-03kby42211500095-1-2csbz180516211703-11-03csbz2、3115314300004-06-03黄土htbd234185852282972201123437314775397300002-12-3htbz1261806552630592060230640148155153000012-25-2htbd332688453122969208521423814625394300003-12-03本底bd 1361661054837623121711500095-1-1bd2、31033002532259722510139161300004-8-03净面积119826813482922418230256979310138815000220128212772981514221057571336144315000320826912353095477231057569343144415000表1 实验测得的各个能量下的峰面积其中，标样里面测量的分别是没排除黄土、本底影响的238u、226ra、232th 、40k、137cs的全能峰面积，由上表可以看出，大多数不同时间测量的同种能量下的全能峰面积差别很小，但是也有很小的一部分差别稍大，这应该是探测器长时间工作造成的探测器磨损，导致了探测器性能的降低。根据公式（21） 可以计算出高纯锗探测器的探测效率，其中，ss=ss -s黄土-s本底，算出的是全能峰的净面积。为了便于和mcnp计算的结果相比较，我们下面再计算实验测得的探测器的探测效率。 四 用蒙特卡罗方法模拟计算hpge探测器的探测效率 1 用蒙特卡罗方法计算hpge探测器的探测效率的重要性 在环境样品的测量中，高纯锗谱仪全能峰效率与射线的能量、被测样品的几何形状、样品与探头之间的距离及组成样品的成分有关。虽然实验方法测量谱仪全能峰效率的精确度比较高，但是利用实验方法进行效率刻度时存在很多困难：（1）对于含有不同的基底介质、不同的核素、不同的几何形状的环境样品，需要制作基底材料、核素及几何形状相同的标准样品；（2）即使已知标准样品的几何外型、组成成分，也很难制作出与已知完全一样的标准样品。这些问题的存在给实验工作带来了很大的困难。 为此我们用蒙特卡罗方法来计算探测效率，从而解决了制作不同的标准样品这一复杂，麻烦的问题。 蒙特卡罗方法又随即取样技巧或统计取方法。半个世纪出来，由于科学技术的发展和电子计算机的出现与发展，这种方法作为一种独立方法提出来，并优先在核武器的实验与研制中得到了应用，蒙特卡罗方法是一种计算方法，但与一般数值计算方法有很大区别，它是以概率统计理论为基础的一种方法，由于蒙特卡罗能够比较逼真的描述事物的特点及物理实验过程，解决一些数值方法难以解决的问题，因而该方法的应用领域日趋广泛。蒙特卡罗方法的基本思想：当所求问题的解是某个事件的概率，或者是个随即变量的数学期望，或者是与概率，数学期望有关的量时，通过某种实验的方法，得出事件发生的频率，或者随即变量若干个具体观察值的算术平均指，通过它得到问题的解，这就是蒙特卡罗方法基本思想。当随即变量的取值仅1为或时，它的数学期望就是某个事件的概率，或者说，某种事件的概率也是随机变量（仅取自为1或零）的数学期望。因此，可以通俗地说，蒙特卡罗方法是用随机实验的方法计算的积分看作服从某种分布函数的随即变量的数学期望（）（）通过某种实验，得到个观察值，将响应的个随即变量的值（），（）（）的算术平均值，作为积分的估计值（近似值）=（/）（）为了得到具有一定精确度的近似值，所需实验的次数是很多的，通过人工方法作大量的实验相当困难，甚至是不可能的，因此，蒙特卡罗方法的基本思想虽然早已被人们提出，却很少被使用，本世纪四十年代以来，由于电子计算机的出现，使得人们可以通过电子计算机来模拟随即实验过程，把巨大数目的随即实验交由计算机完成，使得蒙特卡罗方法得以广泛地应用，在现代的科学技术中发挥有的作用。2 mcnp 的特点 本实验采用的是蒙特卡罗mcnp 4b程序来模拟计算高纯锗探测器的全能峰效率，它的主要特点如下：1) 程序中的几何是三维任意组态mcnp程序可以处理三维材料结构的问题，几何块可由一阶、二阶包括某些特殊的四阶表面所包围。它不同于一般的组合几何表示，而是一种新的表示。程序定义了三种操作：交（adn）和（or）及余（非）。每个基本几何单元可由包围的交、和及余定义。这样，一个复杂的几何体可以比较简单地表示出来，适应性更强。几何快种的结构可以由任意多种同位素组合而成。2) mcnm程序使用精细的点截面数据该程序是连续能量的蒙特卡罗程序，因而使用的核数据没有太大的近似值。可以按三种方式使用：连续能量，使用能量点线插值，一般地有几百个到几千个点；把所有截面压缩成240群。如果不需要太多能量点，可以“稀疏”，用较少能点的连续能量计算。mcnp考虑了endf/b-v库给出的所有中子反应类型。对于光子，考虑了相干散射和非相干散射，并处理了光吸收后可能有的荧光发射及电子对产生后的就地轫致辐射光子。3) 程序功能齐全mcnp是一个多功能蒙特卡罗程序，可用于计算中子，光子，中子-光子的偶合的输运问题，也可以计算临界系统（包括次临界及超越）的特征值问题，它适应于核科学和工程的各种课题，如反应堆和加速器设计中的屏蔽计算，核环境污染及辐射剂量计算，核武器试验的测试分析，检验核截面数据等。程序的输出也很齐全，包括一般输出和特殊输出，各类型通量，各类谱，积分量都可以输出，程序中还专门准备了一个子程序块，供用户修正各种记数输出，得到所希望得输出。程序功能很强，有适应性强的绘图能力，给出输入模型几何横断面及输出结果图形，还具有各种排除分析故障及自动记读磁盘、磁带能力。4) 在减小方差技巧方面，内容丰富mcnp程序包括了至八十年代初在该实验室研究的教成熟的各种技巧，如几何分裂与赌，重要抽样，能量分裂、源偏依，指数碰撞（限制碰撞）、相关抽样，点探测器的新估计方法、小区域记数的dxtran球技巧以及权重窗等。与其他程序比较，mcnp中的减小方差技巧是比较多而全的。5) 程序通用性很强mcnp的通用性很强，使用也比较容易。它为用户配制了多中标准形式的源，同时留有接口，允许用户定义自己的源。为方便用户对几何输入卡的检查，配备了几何绘图程序。mcnp的记数部分是精心设计的，除有标准类型的记录外，也为用户准备了接口，用户想要的物理量几乎都能够找得到。 用蒙特卡罗方法能得到比较准确的探测效率值，因此我们采用该方法进行计算。 3 蒙特卡罗方法的计算我们用蒙特卡罗方法来模拟计算高纯锗探测器的探测一样品放射的射线的能量，高纯锗探测器系统是由探测器、屏蔽室和待测样品三部分组成，现在对其进行几何的描述。1) 高纯锗普仪的模型描述探头部分模拟成一个 7.7cm ，高为6cm 的圆柱体，外面包一层顶部厚0.15cm、侧面厚0.3cm的铝筒，铝筒和探头之间是空腔（约厚 0.5cm ），空腔是真空。整个探头系统封装在复合屏蔽物质中，其侧面都具有相同材料和尺寸，由外向里为:15cm铁+0.4cm铝+0.5cm铜+0.1cm镉+0.6cm的有机玻璃,顶部和底部用15cm的铁作为屏蔽盖和底部。如图 2： 样品 探头 侧剖图 俯剖图 屏蔽室 俯剖图 侧剖图 图2 探测器及屏蔽室剖面图2)样品模型的描述我们要测量的环境样品为特定的土壤，封装在一个有特定几何形状的塑料圆柱型的盒子内。它的材料是聚乙烯，由碳、氢元素组成，圆柱体的直径是7.7cm，高是7.65cm，厚度是0.15cm，重量为25.8克，密度是0.806g/cm33)样品材料的组成样品以河泥为材料，质量是403克，主要成分是sio2,al2o3,fe2o3,feo, mgo, cao,na2o等，它们所占的比例如表1： 样 品材 料 sio2 al2o3fe2o3k2omgocaona2o质量百分 比63.48%13.37%8.85%2.59%5.36%5.22%1.13% 表2 环境样品的组成和各成分所占比例其计算模型如下：根据我们模拟的一样品作为发射源，它的放射性核素放出光子，光子穿过样品盒、穿过探测器探头系统的铝层，再穿过真空进入锗晶体，能量全部被锗晶体吸收。因为入射到铅室的光子量比较小，而且能量损失与康谱顿效应的散射角关系有关，当散射角很大是损失才大，这里不作考虑。模拟高纯锗探测器的探测系统剖面图如图： x 6cy 14cy 5cy 13cy 3.85 3.70 3.453.85 2.95 12cy y 6 7.35 3py 7py 8py 9py 10py 1py 2py 4py 11py -(ch2)-n hpge al 样品 真空 图 3 样品探测器系统描述（剖面图）如图所示，左边的那一部分是圆柱形的样品盒，盒高7.65cm,直径为7.7cm，盒子的厚度是0.15 cm,盒子里面装满了样品，即土壤，也是圆柱形的，高是7.35cm,半径是3.70cm.右边是探测器的探头部分，也是圆柱形的，黄色的是探测器的最外层，由铝组成，最内部的是探测器的ge晶体，铝和ge晶体之间是真空隔开。其中铝层厚度为0.15cm，真空层的厚度是0.5cm，ge晶体的高是6cm，半径是2.95cm，整个系统的半径是3.85cm。下面是mcnp程序计算探测器探测效率的一段输入卡，程序如下：1 1 -0.806 1 -2 -5 2 1 -0.806 1 -4 5 -6 3 2 -1.224 2 -3 -5 4 1 -0.806 3 -4 -5 5 3 -2.7 4 -7 -13 6 0 7 -8 -12 7 4 -5.35 8 -9 -12 8 0 9 -10 -12 9 3 -2.7 10 -11 -13 10 0 7 -10 12 -13 11 3 -2.7 4 -11 13 -14 12 0 -1：11：141 py 0 2 py 0.153 py 7.54 py 7.65 5 cy 3.706 cy 3.85 7 py 7.8 8 py 8.309 py 14.3010 py 14.811 py 14.9512 cy 2.95 13 cy 3.45 14 cy 3.85 mode p imp：p 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 m1 1001.60c 2 6000.60c 1 m2 14028 -0.2962 13027 -0.07078 20040 -0.0373 12024 -0.0323 19039 -0.02149 26056 0.06195 11023 -0.008384 8016 -0.46921m3 13027 1 m4 32000 1 sdef erg=0.5832 pos=0 3.75 0 cel=3 rad=d1 ext=d2 axs 0 1 0 si1 0 3.7 si2 3.675 f8： p 7 heating tally e8 0 0.5831 0.5832nps 200000print 下面对其进行描述。第一部分是描述系统构成的栅元卡，对应如图，整个系统由112个栅元组成，其中，栅元1、2、4构成样品盒，栅元3是盒子里面装的标准样品。栅元5、9、11 是构成探头系统的外围铝层，栅元6、10、8 是铝与ge晶体之间的真空部分。栅元7是ge晶体。第一列112的是栅元的序号，第二列对应的是相应栅元的材料号，第三列对应的是组成栅元的密度，正值表示原子密度，负值表示质量密度。再后面是相应栅元的几何描述。例如：栅元1的材料号是1，质量密度是0.806g/cm3 ,它是由面1的正方向、面2的反方向组成的圆柱体，半径为3.70cm。栅元卡描述的是模拟的探测器系统，作用是把模拟的系统告诉给mcnp程序。第二部分是几何卡，第一列是组成系统的曲面号，第二列的py表示那个曲面垂直于y轴，cy表示以y轴为轴线的柱面。几何卡是在建立的坐标下模拟探测器各个部分的面，用来描述栅元。mode是问题类型卡，p表明是研究光子输运问题。imp是栅元重要性卡，p为光子，前面的11个1表示重要性为1，第12个表示重要性为0。用它来终止粒子的历史。即当粒子轨迹进入0重要性栅元时，粒子将被杀死，对探测器的轨迹和贡献也将终止。mm是材料成分，m是对应栅元上指定的材料号。m1的材料是聚乙烯，由h、c组成。后面表示原子数之比是2：1，其分子式是(ch2)n。m2是样品材料， 后面是样品的组成部分和相应材料的质量百分比。m3是纯铝，m4是ge晶体。第四部分是通用源,erg是能量值,pos=0 3.75 0 表示样品中心位置坐标,cel=3 表示通用源是删元3,rad=d1 而si1=0 3.7 分布,这是指通用源是个圆柱体,而3.7就是该圆柱体的半径.ext=d2,而si2为3.675,这是该圆柱体半高度值,axs=0 1 0是我们要研究的方向.f8是记数卡,其表示对光子进行记数,后紧接的7是指栅元7,当光子进入栅元7即高纯锗晶体，光子就会被记录下来，e8是记数能量卡，这里是把f8的能量分成00.5831,0.58310.5832两段。nps后面的数值是指对样品进行200000次的抽样，下面是实验的结果和蒙特卡罗方法的计算结果：核素名称能量（kev）活度（bq）分支比(%)探测效率实验值（）探测效率实验值2（）探测效率实验值3（）探测效率计算值（）偏差（）6330.043.51.2491.2741.3193.291561.5693.441.4871.8141.4924.002560.03th238.69.067472.1092.1392.0732.906526.94583.230.421.0101.2421.11551.52226.24911.2250.91170.99111.0121.11512.86226ra351.928.52361.8971.9361.9372.19323.29609.3471.1451.0991.1491.47729.3940k1460142.110.670.71250.73450.73490.84611.03 表三 高纯锗探测器探测效率的实验结果和计算结果的比较其中，偏差=（计算值平均实验值）*100%计算值实验结果是根据关系式（21）计算而得到的。这里我们所用的分之比是环境放射性监测方法编写组1977 年编写的环境放射性监测方法中的，从表中我们可以看出，随着射线能量的增高，不管是计算结果还是实验结果，探测器的效率都是渐渐减小，计算的结果比实验结果要小，有个别的计算和实验值差别还比较大，而且偏差差别还比较大，偏差基本上是随着能量的增加而变小的。为了更加形象的加以比较，我们作出探测效率的计算值和实验值随着能量变化的曲线，如图： 图 4 圆柱型标准样品的效率曲线如图，曲线1、2、3是实验所得的探测效率曲线，4是mcnp计算所得的效率曲线。上述采用的分之比是1977年计算、实验所得，因为当时实验条件的限制，分之比不是很准确，因为分之比对实验结果影响很大，我们采用 goisp vers1-1 august 1989版本的分之比再次计算一下实验测得的探测器的探测效率并与计算的结果相比较，计算结果如下表： 核素名称能量（kev）活度（bq）分支比(%)探测效率实验值（）探测效率实验值2（）探测效率实验值3（）探测效率平均值（%）探测效率计算值（）偏差（）238u6330.0420.52.9292.9743.0772.9933.291531.792.1972.2302.3082.2451.7581.7841.8461.79693.42.60.62.9743.1292.9853.0294.002541.782.2882.4072.2962.3301.8591.9561.8661.894232th 238.69.06743.61.32.3432.3762.1472.2292.906523.622.2732.3052.0832.2202.2072.2392.0222.156583.230.420.71.0341.2721.1801.1621.52225.421.0101.2421.1531.1350.9891.2141.1271.110911.226.60.70.8800.9570.9770.9381.11518.120.8570.9320.9510.9130.8350.9070.9260.889226ra351.928.5235.80.51.9351.9741.9751.9612.193511.871.9081.9461.9471.9331.8821.9201.9221.908609.34