Труды КНЦ вып.5. ГЕЛИОГЕОФИЗИКА. 8/2019(10)

В детекторах подобного типа энергия и интенсивность гамма-квантов определяются с помощью вторичных заряженных частиц (электронов и позитронов), которые возникают в результате взаимодействий самих гамма- квантов с веществом. Здесь рассматриваются три процесса, в ходе которых образуются заряженные частицы: фотоэффект, эффект Комптона и образование электрон-позитронных пар. 1. Методика Для моделирования характеристик и работы сцинтилляционных детекторов использовался пакет для разработки программ GEANT4 [4]. В его основе лежит численный метод Монте-Карло, а для вычисления вероятности возникновения одного из трех каналов реакции и выбора соответствующей модели для него используется сложная нормализованная функция плотности вероятности, где в качестве 7-ых зависимостей используются сечения взаимодействия: fix') = І? = і ctifi(x)gi(x), где ai >0 - вероятность выборки нормированной функции плотности/,/^ и 0 < g,(x) < 1 - случайное число с равномерным распределением. Тогда, произведя выборку случайного целого с вероятностью, пропорциональной а, и выбрав значение хо из распределения f(x). можно рассчитать х = х0 с вероятностью gi(xo). Принятие или отклонение полученного результата происходит при помощи заданного критерия согласия. Сечение для фотоэффекта определяется по методике, подробно описанной в работах [5, 6]. Такой подход справедлив для для атомного номера элемента от 1 до 100 при энергии первичного кванта Е е [10 кэВДОО кЭв]. Сечение для процесса образования электрон-позитронной пары параметризуется схожим образом [6, 7]. Комптоновское рассеяние вычисляется при помощи стандартных методов, с учетом особенностей в угловых распределениях фотоэлектронов [8]. Следует заметить, что принципиальным отличием от классического подхода, когда рассматривается начальное и конечное состояние гамма-кванта, и на основе этого принимается решение о количестве поглощенной энергии, является максимально приближенная к реальности конфигурация модели. Это выражается в учете сцинтилляционных эффектов, указании значения световыхода, а также задания таблиц коэффициентов преломления на разделе сред для отражающих поверхностей. Таким образом, в конечном счете на выходе из рабочей области модели формируется пучок фотонов, регистрируемых соответствующим чувствительным объемом, при этом их количество прямо пропорционально количеству оставленной в кристалле энергии. При помощи вышеописанной схемы были смоделированы два сцинтилляционных детектора с высотами hi= 2 см, /22=10 см и диаметрами 0і= 6,3 см, 0 2 = 15 см. На рис. 3 представлена визуализация модели для нескольких событий, на которых также хорошо видно комптоновское рассеяние. В данном случае для удобства отображения на иллюстрации не представлены процессы сцинтилляции, которые определяются с помощью таблицы, процессы отражения на границах сред и значения светимости кристалла. 84