Моделирование процессов взаимодействия заряженных частиц с кристаллами Lu2SiO5 и PbWO4 средствами Geant4

Актуальность
Вещество Lu2SiO5, широко применяется в ядерной медицине, в частности томографах. Но процесс использования кристалла в физики высоких энергий мало изучен.

Цель
Сопоставить экспериментальные данные полученные от детектора с кристаллами Lu2SiO5,PbWO4, CsI

Задачи
Изучить материал по данной проблеме
Используя стандартные средства пакета Geant4 описать детектор
Реализовать моделирования взаимодействия заряженных частиц с веществом
Сделать вывод о возможности использования кристалла Lu2SiO5 в экспериментах физики высоких энергий

Импульсно-ионизационная камера состоит из плоского конденсатора, который находится в газовой камере

Пропорциональный счетчик- газовый детектор ионизирующего излучения, в основе принципа работы которого лежит процесс газового усиления в цилиндрическом электрическом поле

Сцинтилляционный детектор- устройство для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц, в основе которого находится вещество способное излучать свет при поглощение заряженных частиц

происходит ионизация
вероятность образования δ- электронов
возникает тормозное излучение

ММК
Метод Монте-Карло- это численный метод решения задач
при помощи моделирования случайных величин

Генерация случайных величин
Таблица случайных величин
Датчик случайных величин
Метод псевдослучайных величин

Geant4
Geant4- пакет программ для моделирования прохождения частиц через вещество с использованием метода Монте-Карло

Физические модели
Физические модели в пакете программ
Geant4:
Электромагнитные процессы
Адронные процессы
Процессы с участием оптических фотонов
Моделирование ливней

Классы Geant4
Сеанс- время сбора данных
Событие- измеренное физическое явление при одной итерации
Трек и Шаг- описание продвижения частиц через вещество
Срабатывание- единичный контакт частицы с веществом

Заголовочные файлы
Основные файлы для моделирования:
(G4RunManager.hh )-основной файл
(G4UImanager.hh)-взаимодействие с пользователем
(ExG4DetectorConstruction.hh)-детектор
(QBBC.hh)-библиотека физ. процессов
(ExG4ActionInitilization.hh)-источники частиц

PbWO4
Плотность: 8.3г/см3
Радиационные свойства: 2*104 Гр
Самый распространенный кристалл для экспериментов в физики высоких энергий
Радиоактивен

CsI
Плотность: 4.5 г/см3
Радиационные свойства: 1*102 Гр
Обладает гигроскопичность

Lu2SiO5
Плотность: 7.4г/см3
Радиационные свойства: 11*104 Гр
Не обладает гигроскопичностью
Дорогой кристалл по отношению с другими кристаллами

Установка

Позитрон

Электрон

Протон

Заключение
Развернут комплекс Geant4, версии 10.06.p1
Проведены тестовые работы
Проведено моделирование для типичной установки со сцинтилляционным детектором, с тремя типами кристаллов, для трех элементарных частиц
По результатам моделирования вещество Lu2SiO5 можно использовать в физике высоких энергий