回复中子模拟中能量沉积的问题

鸿飞冥冥

注意这里其实有两个问题，一个是能量沉积，一个是中子模拟。

了解能量沉积需要先明白粒子探测的机理。粒子的探测基于一个基本的原理，就是粒子引起探测器灵敏区域的电离，如果电离的程度和粒子的能量有必然联系，则可以进一步测到粒子的能量，或者其它属性。但是粒子本身是不同的，因而测量的原理会有不同，探测器也千差万别。

带电粒子是最直接的被测粒子，因为他们直接产生电离，毫不拖泥带水。但是电子和质子的测量因为实际的情况而有差别，其中最重要的是重离子电离效果过于集中而导致收集效果的下降：复合影响了收集效率，因而产生了抑制因子(quench factor)。另外，重离子穿透力比较强，当探测器是气体等阻止能力不很强的情况下，有时候只能靠位置灵敏的探测器来记录粒子的路径。

X射线和gamma射线本身不带电，但它们是高能的电磁场，因而也可以直接产生电离，但是不是那么直接，作用的方式更加多变了。直接的光电吸收随着能量的升高截面下降，导致的结果是即使是单能的射线入射，得到的也是一个含有康普顿坪以及各种小散射峰组成的谱。

接下来轮到中子了，它几乎就是幽灵，造成这种情况的根本原因是它对电子没兴趣，但是大家知道，原子核和电子的覆盖面积相比类似于一个乒乓球和一间房子的比例。更糟糕的是中微子甚至于“暗物质”，对它们的测量仍然是当前研究的课题。

综合上面三种情况，对一个粒子的探测可能结合了上述一种或者多种情况，对一个粒子的记录包含其所有次级粒子引起灵敏探测器电离的情况，注意探测器只收集电子离子对（或者电子空穴对），而对里面发生的过程不感兴趣；并且，需要强调的是，geant只模拟物理反应过程，不涉及电荷收集过程（这句话请大家慢慢理解）。所以，对一个粒子的能量沉积的模拟，应该记录所有带电次级粒子的能量损失，而不记录非带电粒子，包括gamma。应该注意当同时有电子和反冲核沉积能量时，二者不能简单加和，因为探测器对二者的收集效率不一样，需要考虑抑制因子的问题。还有一个例外需要注意，就是非瞬时的放射性衰变，多长时间的衰变认为和初级粒子同时发生，取决于探测器的死时间。

关于中子模拟

中子的模拟是核物理模拟中最复杂的一个过程，中子因为截面小，可能存在的能量跨度也非常宽，从冷中子，到慢中子、中能中子、快中子以及高能中子。反应方式不同，测量方式也不同。低能中子一般用和中子反应截面比较大的物质来测量，比如BF3探测器，实际上测量的是B吸收中子后放出的特征gamma射线，因而只能计数，不能测量能谱。对于能量比较高的中子，则需要用富含H的物质来探测，比如聚乙烯；一方面是因为H核的散射截面大，令一方面是因为靶核越轻，散射时从中子获得的能量越多。

用液体闪烁体来探测中子，测得中子的能量仍然是一件很困难的事情，因为即使中子全部和H核作用，损失的能量也和碰撞时偏心的程度而不同。曾经见过一篇文章，在模拟多种中子能量和H核作用的能谱的基础上，对实测能谱做反卷积来测量中子能谱。但是仍然有很多不可控制的因素：中子可能打到其它的靶核，可能发生多次作用等等。此外，中子经过H核慢化后散射截面迅速增大，容易发生俘获而导致高能gamma射线的产生，因而模拟数据需要比较多的后处理。

如果模拟液体闪烁体对中子的探测，需要记录的是所有带电粒子的能量损失，包括电子，H核，D核，C核等。因为无论何种粒子，能量最终通过电子或者反冲核的形式沉积。其它粒子的能量损失不能计算，因为只是转移到带点粒子而已。

最后说一句题外话，常见中子能量为热中子和裂变中子，前者能量0.025eV，后者一般在1－6MeV，10M的中子比较少见。


转自www.52mc.net

鸿飞冥冥

拜读过后，使我原先对一些问题的理解产生了困惑。这里列出来，大家一起讨论一下，以澄清我的误区。
（1）、“所以，对一个粒子的能量沉积的模拟，应该记录所有带电次级粒子的能量损失，而不记录非带电粒子，包括gamma。”
困惑：由于geant4中，每步的能量沉积包括两部分，即粒子能损过程的能量损失和那些由于其能量低于cut值而不能产生的次级粒子的能量损失。所以，如果我们不记录非带电粒子的能损，势必把低于cut值而不能产生的次级粒子能量损失也去掉了
由于次级粒子的能量低于产物截断值，而不能产生次级粒子，这部分能量也是被记录到当前步的能量沉积中的，那它会对探测器的最终记录能量值有影响吗？也就是说如果不记录这部分能量，最终探测器的能量沉积值会偏低吗？
（2）、“应该注意当同时有电子和反冲核沉积能量时，二者不能简单加和，因为探测器对二者的收集效率不一样，需要考虑抑制因子的问题。”
困惑：要了解抑制因子，看哪个资料比较好？

鸿飞冥冥

关于第（1）个问题的理解：我觉得如同任何测量都有误差一样，任何模拟都是对实际情况的近似，所以cut值的设定要合适，使其对结果的影响很小，可以忽略。