Моделирование полупроводникового детектора из особо чистого германия

Abstract

Актуальность работы. Одной из важнейших современных проблем геоэкологии является разработка методов и средств контроля радиационного фона естественного и техногенного происхождения на основе высокоточных портативных полупроводниковых детекторов. Известные способы расчета таких детекторов по методу Монте-Карло широко применяются в области радиационной безопасности: радиационная защита, расчеты ядерных реакторов, экранирование и моделирование детекторов, проводятся расчеты радиационных параметров полей источников ионизирующего излучения. Программа MCNP, реализующая метод Монте-Карло, является инструментом моделирования для переноса излучения, в основном в тех случаях, когда измерения затруднены или практически не выполнимы. В данной работе программа MCNP использовалась для моделирования детектора из особо чистого германия Ge (Li) и методики по улучшению определения функции отклика для данного типа детектора. Результаты, полученные при моделировании, являются достаточно точными, имеются хорошие совпадения между модельными и экспериментальными данными. Цель работы: моделирование детектора из особо чистого германия Ge (Li) типа GC1020 для решения задач оценки эффективности регистрации излучения. Методы исследования: построение и корректировка геометрической и физической модели детектора; проведение вариантных расчетов по определению эффективности регистрации детектором моноэнергетического гамма-излучения с помощью программы MCNP5. Результаты. Моделирование детектора из особо чистого германия c помощью метода Монте-Карло важно для получения эффективности регистрации в случае образцов с нестандартной геометрией и при больших выборках, когда эффективность сложно оценить экспериментально. В работе представлены расчеты эффективности полупроводникового детектора, широко используемого в нашей лаборатории для различных образцов, которые были выполнены для геометрии с точечным источником, и затем параметры детектора были оптимизированы с 5 % погрешностью между MCNP и экспериментальной эффективностью на различных расстояниях от детектора. Оптимизированная геометрия детектора затем была подтверждена эффективным переносом в другие геометрии.

Relevance of the work. One of the major contemporary problems is the development of geo-ecology background radiation control methods and means of natural and technogenic origin on the basis of high-precision portable semiconductor detectors. The known methods for calculating such detectors by the Monte Carlo method is widely used in the field of radiation safety: radiation protection, calculations of nuclear reactors, screening and modeling of the detectors; the radiation parameters of the field of ionizing radiation sources are calculated. The MCNP program implementing the Monte Carlo method is a modeling tool for radiative transfer, mainly in those cases when the measurement are difficult or practically feasible. In the research the MCNP program was used for simulating the detector of high-purity germanium Ge (Li) and the method to improve the determination of the response function for this type of detector. The results obtained in the simulation are accurate enough, there is a good match between the model and the experimental data. The main aim of the research is to develop the computational model GC1020 type germanium detector for solving assessment detector efficiency. Research methods: construction and adjustment of the geometric and physical model of the detector; alternative calculations to determine the effectiveness of the registration detection monoenergetic gamma radiation using the MCNP5 program. Results. Modeling the high-purity germanium detector using the Monte Carlo method is important for the efficiency of registration in the case of samples with irregular geometry, and for large samples, where the effectiveness is difficult to assess experimentally. The paper introduces the calculation of the efficiency of a semiconductor detector which is widely used in our laboratory for various samples that were performed for the geometry of a point source; detector parameters were optimized with 5 % error between the MCNP and experimental performance at different distances from the detector. The optimized geometry of the detector was later confirmed by the effective transfer to other geometry.