地表附近宇宙射线中子模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文地表附近宇宙射线中子模拟研究硕士研究生：李会指导教师：宋玉收副教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：王翔副教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文地表附近宇宙射线中子模拟研究硕士研究生：李会指导教师：宋玉收副教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月7日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegree

2、ofM.EngTheSimulationofCosmicRayNeutronneartheSurfaceoftheEarthCandidate:LiHuiSupervisor:Assoc.Prof.SongYushouAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Apr.23,2018DateofOralExamination:Jun.7,2018University:HarbinEngi

3、neeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学

4、。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日地表附近宇宙射线中子模拟研究摘要来自星际的宇宙射线粒子到达地球，其

5、在地球大气中的输运受到地球大气和地球磁场的影响。不同地理位置宇宙射线粒子强度不同。地表附近宇宙射线中子强度对核材料中子多重性测量和土壤水分测量造成影响。本文采用蒙特卡罗方法模拟宇宙射线粒子在地球大气和磁场中的输运，研究宇宙射线中子注量率和能谱的分布规律。进一步研究了地表附近宇宙射线中子对土壤水分的响应。基于MAGNETOCOSMICS和PLANETOCOSMICS软件框架，加入最新的地球磁场模型、大气模型，拓展了软件的适用范围。（1）利用软件分析了宇宙射线中子注量率和能谱在地球不同地理位置和海拔上的分布差异。（2）分析中子能谱方向特性差异及土壤

6、差异对宇宙射线中子能谱的影响。土壤分别用H2O和SiO2替代时，采用PLANETOCOSMICS软件计算海拔100~1000m间隔100m时，向上、向下和4π空间中子注量率和能谱。（3）由于PLANETOCOSMICS软件限制，为进一步分析海拔100m以下土壤水分对宇宙射线中子的影响，本文利用Geant4软件建立了模型研究地表附近宇宙射线中子能谱对土壤容积含水量的响应。（4）计算了不同探测器能量响应曲线，分析了采用不同探测方案探测中子，其中子强度对土壤水分含量的响应差异。（5）分析了被探测到的宇宙射线中子迹信息，给出了中子强度对土壤水分响应的空

7、间特性。计算结果表明，在海拔100~0km范围内，中子注量率随海拔的降低先增大后减少；在海拔20km左右，宇宙射线中子注量率最大。地磁垂直截止刚度越小，中子注量率越大。运动方向向下和向上的宇宙射线中子能谱存在差异，向上的宇宙射线能谱几乎不存在级联中子峰；在海拔600m以下，土壤分别是H2O和SiO2情况下，中子注量率和能谱在10-6~10-2MeV能量段差异显著。通过分析10-8~10-4MeV中子强度与土壤水分含量的关系，计算出宇宙射线中子强度随土壤水分含量之间的响应函数。采用探测快中子方案，中子计数率对土壤水分含量的响应最灵敏且单调变化，并

8、给出了该探测方案时的响应函数。来自越靠近探测器和越浅层土壤的中子，对探测器的计数贡献越大，本文给出了响应的水平权重函数和深度权重函数。关键字：宇宙射线