王晓冬
- 作品数：20 被引量：18H指数：3
- 供职机构：南华大学核科学技术学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金湖南省自然科学基金湖南省教育厅科研基金更多>>
- 相关领域：核科学技术理学天文地球自动化与计算机技术更多>>
- 应用于NICA-MPD的Shashlik取样型电磁量能器性能模拟被引量：1
- 2021年
- 俄罗斯重离子超导同步加速器的多功能探测器(Nuclotron-based IonColliderFacility'sMultiPurpose Detector,NICA-MPD)采用Shashlik取样型电磁量能器(ElectromagneticCalorimeter,ECAL),设计为由32个扇区组成的圆柱形桶共包含有43008个构层(tower),每个tower由220层吸收体铅片与塑料闪烁体片交替组成。本文对影响其性能的多个参数进行了模拟研究,利用GEANT4软件模拟了影响电磁量能器的能量沉积、能量泄漏、能量分辨率等多种参数。模拟结果表明:不同物质作为吸收体时,高原子序数(Z)物质有利于能量沉积,并且能量主要沉积在吸收体中,占比为65%左右;在兼顾能量分辨率与位置分辨率需求后,电磁量能器的每个tower横截面边长设置为4 cm为最优;由于单个tower中横向泄漏大于30%,是能量泄漏的主要原因,因此在实验中可考虑在侧面加涂具有反射作用的涂料层;对于3×3 tower多个组合情况,当吸收体与闪烁体总厚度为1.8 mm时,且吸收体铅为0.3mm时,能量分辨率能达到满足实验需求的5%@3 GeV;在不同入射能量下,量能器的能量沉积具有良好的线性关系,多个tower组合能提高能量分辨率与能量沉积,且能量越高时,能量分辨率越好。另外通过模拟计算表明,当辐射长度达到13X_(0)时,能量沉积达到最大值,同时得到最佳的能量分辨率,因此NICA-MPD的电磁量能器设计长度约为415 mm,等效于电子经过约12.8个辐射长度。Tower侧面增加反射层能够使移波光纤中的光子数提高10%~19%,光纤端面增加反射层能使到达探测器的光子数提高约50%,验证了增加反射层的重要性和必要性。
- 曾德凯彭肖宇魏鑫程凯季选韬朱坤屈国普胡创业王晓冬
- 关键词：电磁量能器能量分辨率
- 低能质子对乙炔分子电子激发效应的研究
- 2016年
- 探索低能离子特别是质子碰撞对有机分子的电子激发效应对理解低能离子对生物有机体的辐照损伤效应是非常重要的.本文采用第一性原理分子动力学方法模拟低能质子与乙炔分子之间碰撞的动力学过程,研究由于低能质子碰撞导致的乙炔分子的电子激发效应,碰撞过程中质子的能量损失以及靶分子价带上的激发电子的数目,揭示了电子激发效应是电子能量损失的主要机制,证明了关于电子阻止本领的传统线性理论模型不能很好地描述低能离子穿透分子靶时的电子能损,并且阐明了其中的原因.
- 毛飞张根发王晓冬李小华朱志超
- 关键词：分子动力学电子激发
- 质子治疗对细胞自由基产额影响的蒙特卡罗模拟计算
- 2024年
- 随着质子FLASH治疗等新兴放疗技术的发展,细胞受辐照后生物学效应的不确定性成为急需解决的难题。由于缺乏对物理-化学阶段机理的完整理解,目前的模拟工作仍然以调整化学参数使自由基产额与实验数据相匹配为主。作为一个不断发展的蒙特卡罗软件,Geant4能够在纳米尺度上模拟入射粒子在短时间内通过物理和化学相互作用引起水分子辐解的过程。基于Geant4软件构建了一个简易的细胞模型,模拟了细胞靶体内自由基产额受辐射粒子影响的情况,并对靶内自由基产额的变化趋势进行了详细计算。研究表明,随着LET的逐渐增大,自由基OH^(·)的数目占比从25%下降到10%左右。当考虑质子FLASH透射治疗时,使用25%的自由基OH^(·)数目占比作为化学损伤参数去评估细胞DNA损伤将会更为合理。同时,两种活性氧自由基O_(2)^(·)和O_(2)^(-)在超高剂量率下的产额G(t)随模拟时间的发展都出现了不同程度的升高。研究结果阐明了不同治疗深度下细胞靶体内自由基产额随时间和粒子能量的变化情况,揭示了模拟工作中质子FLASH治疗在布拉格峰区和坪区应该采用不同的化学损伤参数。
- 刘雨晨罗思远肖万成何列王晓冬
- 关键词：蒙特卡罗模拟GEANT4质子治疗自由基
- 基于^(252)Cf源的反应堆结构屏蔽材料屏蔽性能测试装置设计被引量：2
- 2015年
- 基于252Cf中子源,构建了反应堆结构屏蔽材料屏蔽性能测试装置设计模型。采用MCNP程序建立了测试模型,并逐次模拟计算屏蔽性能测试装置慢化层、中子防护层、γ光子防护层厚度。对于关键的慢化层,采用Geant4程序进一步验证MCNP程序的计算结果。通过分析模拟计算获得了最优屏蔽材料及厚度分别为:慢化层材料为石蜡,厚度为8 cm;中子防护层材料为聚乙烯,厚度为38 cm;γ防护层材料为铁,厚度为11 cm。模拟实验结果表明,所设计屏蔽性能测试装置能够满足中子慢化以及中子、光子防护的需要。
- 贺丹宋英明邹树梁徐守龙王晓冬朱志超谭桢干何志锋王新林
- 关键词：中子源MCNP
- SLEGS嬗变长寿命裂变产物^(135)Cs的模拟
- 2016年
- 结合激光康普顿散射模拟程序4D-MCLCSS和Geant4软件包,模拟基于上海激光电子γ源(SLEGS)的γ光产生及其对长寿命裂变产物^(135) Cs的光核嬗变过程,研究嬗变率随嬗变靶几何参数的依赖关系,并初步诊断基于SLEGS的光核嬗变产物分布,获得^(135) Cs嬗变靶的最佳靶厚和半径分别为55cm和0.6cm,对应的嬗变率为1.62×10~6 s^(-1)。研究结果表明,基于SLEGS的光核嬗变率较强激光驱动的轫致辐射的高1个量级,SLEGS非常适用于开展^(135) Cs等长寿命裂变产物的光核嬗变研究。
- 李卓成朱志超宋英明范功涛王晓冬王兴柳罗文
- 关键词：GEANT4
- NICA-MPD中电磁量能器模块性能的Geant4模拟研究
- 2023年
- 桶状抽样型电磁量能器(Electromagnetic Calorimeter,Ecal)是俄罗斯在建的重离子超导同步加速器(Nuclotron-based Ion Collider faсility,NICA)中多功能探测谱仪(Multi-Purpose Detector,MPD)上的一个重要探测器,主要用于探测10 MeV至几个GeV能域内电子和光子的能量、时间、位置信息。基于Geant4软件,使用单能电子研究了入射位置及闪烁体层数对探测器模块(module)能量分辨率的影响,闪烁体层数和电子能量对探测器单元(tower)时间分辨率和Ecal位置分辨率的影响。模拟结果表明:随着电子入射位置由module边缘向中心移动,闪烁体内能量沉积由718 MeV增加至758 MeV;在tower长度为415.5 mm条件下,随着闪烁体层数增加,module能量分辨率变差,tower时间分辨率变好,Ecal位置分辨率变差。在兼顾量能器的各项性能后,tower中闪烁体最佳层数为211层,Ecal能量分辨率好于4.35%,时间分辨率小于112 ps,位置分辨率好于2 mm;在相同条件下,电子能量越高电磁量能器的时间分辨率和位置分辨率越好。
- 祝锦彭肖宇罗思远肖万成何列刘雨晨罗凤姣肖敏王晓冬
- 关键词：能量分辨率时间分辨率GEANT4
- 基于缪子成像技术对浅层与深层地质结构的模拟研究
- 2024年
- 缪子透射成像技术是一种基于物体密度差的新型成像技术,利用穿透物体前后的通量变化实现目标物的远距离无损成像。矿产资源勘查与地质结构的勘探对于经济、社会和环境的可持续发展具有重要意义,缪子透射成像技术可以作为现有勘探手段的有力补充。基于Geant4软件模拟研究宇宙射线缪子在不同地质结构中的物理过程,首先研究了该技术区分两个物体时需要存在的密度差大小,其次在地面结构的模拟中构建了火山模型并对其进行宇宙射线缪子透射成像研究,最后模拟在地下600 m深处对矿洞上方未探明的不同规模矿体使用缪子探测器进行扩展勘探。研究结果表明:使用缪子透射成像技术能够区分密度差大于5%的地质结构,并反演出火山的密度分布;在地下600 m深处,当射线穿透矿体的路径不透明度与周围岩石的路径不透明度差值大于4%时,缪子透射成像技术便能够识别深层岩石中的矿体。因此,当存在合理的密度差时,将缪子透射成像技术应用于地质勘探能够实现无损勘探并获得较高的成像精度。
- 肖万成罗思远何列刘雨晨尹隆乡张海峰张海峰王晓冬
- 关键词：地质勘探
- 康普顿γ光源SLEGS对长寿命裂变产物^(126)Sn的嬗变潜力
- 2015年
- 结合激光康普顿散射模拟程序4D-MCLCSS和Geant4软件包,模拟上海激光电子γ源(SLEGS)的γ光产生及其对长寿命裂变产物126Sn的光核嬗变过程,研究嬗变率与嬗变靶几何参数的依赖关系,并初步诊断基于SLEGS的光核嬗变产物分布,获得126Sn嬗变靶的最佳靶厚和半径分别为16 cm和0.4 cm,对应的嬗变率为1.89×106/s。研究结果表明:基于SLEGS的光核嬗变率比强激光驱动的轫致辐射法要高2倍,而且升级潜力巨大。
- 谭桢干李卓成罗文王晓冬
- 关键词：GEANT4
- 基于宇宙线缪子的矿产勘探新技术
- 矿产资源是科技进步和经济建设、社会发展的基础产业。我国矿产尽管种类繁多,资源储量大,但查明程度低,地下2000米以浅探明程度不到1/3,具有巨大的找矿潜力。而仅靠传统的勘探手段很难在找矿中有所突破,有必要引进新技术、新方...
- 罗思远肖万成尹隆乡张海峰邹雨辰王晓冬
- 基于机器学习算法的四角读出型塑料闪烁体探测器缪子定位与散射成像的模拟研究被引量：1
- 2024年
- 宇宙线缪子是存在于自然界中一种穿透力极强的天然射线。目前主流的缪子探测器包括气体探测器和塑料闪烁体条探测器,虽然它们具有高精度,但成本较高且结构复杂。本研究基于四角读出的塑料闪烁体探测器,利用长短时记忆网络(LSTM)算法和密度聚类的DBSCAN算法的定位。使用Geant4仿真软件构建大面积(800 mm×800 mm)的四角读出塑料闪烁体缪子成像系统,对模拟数据实现缪子位置重建与成像结果。首先,采用LSTM算法作为探测器上的缪子定位方法,通过与实验中已获得的400 mm×400 mm探测器重建入射位置图像的结果比较以验证本研究模拟方法的可靠性,结果表明,模拟得到的位置分辨可达到厘米级。其次,利用DBSCAN算法对钨块构建的“U”“S”“C”三种形状模型的PoCA散射成像结果进行聚类优化,实现对钨块成像点与噪点的区分,使得成像结果更有区分度,为缪子探测器系统的构建提供新的思路与方向。
- 何列罗思远张海峰张海峰王晓冬
- 关键词：蒙特卡罗模拟GEANT4
