电子产生切伦科夫辐射的geant4模拟

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1、电子产生切伦科夫辐射的Geant4模拟Geant4-basedSimulationofCherenkovradiationgeneratedbyelectron作者姓名：李建专业名称：粒子物理与原子核物理指导教师：赵广义副教授学位类别：理学硕士答辩日期：2015年6月2日中文摘要电子产生切伦科夫辐射的Geant4模拟切伦科夫辐射是指当入射粒子在介质中的传播速度大于光在介质中传播速度时会发出微弱可见光的现象。目前切伦科夫辐射已被广泛地应用于生物学﹑医学﹑环境科学﹑卫生学和核物理等学科的研究和应用中。

2、由于切伦科夫辐射在众多领域中的广泛应用，因此加强的切伦科夫辐射理论的研究具有十分重要的意义。由于要发生切伦科夫辐射过程要求入射粒子的能量要大于光在该介质中的传播速度，因此要求入射粒子的能量较大，而且产生的切伦科夫辐射光十分微弱，加上辐射体介质对辐射光的吸收，这些都加大了实验的成本和难度。而通过蒙特卡罗程序包Geant4的方式模拟切伦科夫辐射过程不仅可以克服这些困难，而且还可以逼真地再现带电粒子在介质中的切伦科夫辐射效应。本文利用欧洲核子中心开发的蒙塔卡罗程序包Geant4模拟了不同能量的电子在水、

3、有机玻璃和铅玻璃这三种不同介质中的产生的切伦科夫辐射现象。通过模拟分析了入射电子能量和辐射体介质与切伦科夫辐射角分布的关系以及入射电子在介质中激发的次级电子对切伦科夫辐射角分布的影响；定性的分析了入射电子能量对切伦科夫辐射光子数的关系以及切伦科夫辐射光在辐射体介质中的吸收，最后讨论了切伦科夫辐射效应的发光范围和发光时间。结论如下：（1）切伦科夫辐射角与入射电子的能量和辐射体介质的折射率有关。具体表现为在相同介质中，入射电子的能量越大，切伦科夫辐射角越大；对于相同能量的入射电子，辐射体介质的折射率越

4、大，辐射体介质的折射率越大。（2）电子在介质中激发的次级电子产生的切伦科夫辐射对入射电子产生的切伦科夫辐射角的影响不大，在分析电子产生的切伦科夫辐射时可以忽略次级电子产生的切伦科夫辐射的影响。（3）电子在介质中产生的切伦科夫辐射光大部分位于可见光范围，并且产生的辐射光十分微弱。产生的切伦科夫辐射光子数随着入射电子能量的增加而增加。当切伦科夫射光在介质中传播时会发生吸收现象。对于水、有机玻璃和铅玻璃这三种不同的介质，铅玻璃对切伦科夫辐射光的吸收最明显。（4）电子在介质中发生切伦科夫辐射效应时的发光范

5、围与辐射时间与入射电子的能量成正比。具体表现为随着入射电子能量的增加，发光范围和辐射时间会I变长。并且电子在介质中发生切伦科夫效应时的发光时间较短，一般小于1ns。关键词：Geant4模拟，切伦科夫辐射，电子，角分布IIAbstractGeant4-basedSimulationofCherenkovradiationgeneratedbyelectronTheCherenkovradiationisaphenomenonthatwhenachargedparticleismovingfaster

6、thanlightspeedinsideamedium,afaintlightwouldappear.Currently,theCherenkovradiationhasbeenwidelyusedinbiology、medicine、environmentalscience、hygieneandnuclearphysics,etal.BecauseofthewidelyuseoftheCherenkovradiationinmanyfields,theresearchofCherenkovrad

7、iationisveryimportant.IntheCherenkovradiationeffect,thechargedparticlemustbemovingfasterthanlightspeedinsideamedium.AndtheCherenkovradiationlightisveryweak.What'smore,theCherenkovradiationwouldbeabsorbedbythemedium.Theseincreasethecostanddifficultyoft

8、heexperimental.However,theCherenkovradiationprocesssimulatedbyGeant4notonlyovercomethesedifficulties,butalsorealisticallyachievetheeffectoftheCherenkovradiation.Inthispaper,theCherenkovradiationgeneratedbyelectroninwater、PMMAandleadglassissimu