преза петренко

1. Моделирование взаимодействия высокоэнергетических гамма-квантов с гетерогенными структурами

Петренко В.А.
ИЯТШ гр. 0А32
прочта@tpu.ru
15.01.2026
Научный руководитель:
доцент ОЯТЦ ИЯТШ, к.ф.-м.н.
Гоголев Сергей Юрьевич

2.

Целью настоящей учебно-исследовательской работы является численное
исследование взаимодействия высокоэнергетических гамма-квантов с
гетерогенными структурами методом Монте-Карло с использованием
программы FLUKA.
Основные задачи работы:
1. Изучить теоретические основы взаимодействия электронов с веществом и
методы Монте-Карло для их моделирования;
2. Освоить базовые принципы работы с пакетом FLUKA;
3. Разработать и реализовать компьютерные модели нескольких типовых
гетерогенных мишеней;
4. Проанализировать полученные результаты
2

3. Взаимодействие гамма-квантов с веществом

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАММАКВАНТОВ С ВЕЩЕСТВОМ
1. Фотоэлектрический эффект: Преобладает при
низких энергиях (до 100 кэВ).
2. Комптон-эффект: Доминирует при средних
энергиях (100 кэВ — 5 МэВ).
3. Образование пар: Преобладает при высоких
энергиях (выше 5 МэВ).
3

4.

Метод Монте-Карло
Наиболее адекватный метод для
описания стохастических процессов
взаимодействия излучения с веществом,
особенно в сложных геометриях. Требует
значительных вычислительных ресурсов
Программа FLUKA и
графический интерфейс Flair
Универсальный код Монте-Карло,
разработанный CERN и INFN.
Моделирует транспорт частиц
в широком диапазоне энергий,
используя физически обоснованные
модели
4

5. Карточки FLUKA для анализа данных

КАРТОЧКИ FLUKA
ДЛЯ АНАЛИЗА ДАННЫХ
USRTRACK
Оценивает флюенс/плотность
потока частиц методом длины
трека. Выдает энергетический
спектр частиц в выбранной
области
USRYIELD
Измеряет выход вторичных
частиц
из мишени,
дифференцированный по двум
независимым переменным
USRBIN
Создает детальные 3D-карты распределения физических величин (энергия, флюенс, доза)
в пространстве, разбитом на сетку
5

6. Источники излучения и их классификация

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ
КЛАССИФИКАЦИЯ
1) Естественные радионуклиды
В горных породах, атмосфере (радон, торий). Создают
постоянный фон.
2) Искусственные радионуклиды
Получаются в реакторах, ускорителях. Используются в
медицине, промышленности.
3) Генераторы излучения
Рентгеновские аппараты, ускорители, ядерные
реакторы. Сложные поля излучения.
6

7. Что такое гетерогенные структуры?

ЧТО ТАКОЕ ГЕТЕРОГЕННЫЕ
СТРУКТУРЫ?
Гетерогенные структуры — это многослойные или
композиционные системы из разных материалов. Они
обеспечивают эффективное ослабление гамма-квантов
благодаря синергетическому эффекту взаимодействия.
Понимание этих процессов критически важно для
оптимизации защитных систем.
7

8. Взаимодействие гамма-квантов с гетерогенными структурами

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАММАКВАНТОВ С ГЕТЕРОГЕННЫМИ
СТРУКТУРАМИ
Моделирование взаимодействия высокоэнергетических
гамма-квантов с гетерогенными структурами — актуальная
задача радиационной физики. Это важно для радиационной
защиты, дозиметрии, детекторов излучения и исследований
материалов.
8

9. Гетерогенные структуры для защиты от гамма-квантов

ГЕТЕРОГЕННЫЕ СТРУКТУРЫ ДЛЯ
ЗАЩИТЫ ОТ ГАММА-КВАНТОВ
Для поглощения гамма-излучения ключевым фактором является высокий атомный номер Z и
массовая плотность материала.
Свинец (Pb)
Высокий Z и
плотность.
Эффективен, но
мягок и
токсичен.
Вольфрам (W)
Высокая
плотность и
прочность. Для
компактной
защиты.
Сталь (Fe)
Конструкционный
и защитный
материал,
умеренная
эффективность.
Бетон
Массовое
экранирование,
используется в
ускорительных
залах.
9

10. МИКРотрон

МИКРОТРОН
Микротрон
электронов,
—
это
тип
который
циклического
ускорителя
использует
постоянное
магнитное поле и постоянную частоту ускоряющего
высокочастотного поля для многократного ускорения
частиц
Радиус орбиты растет с каждым оборотом, а
частицы попадают в ускоряющий зазор в
нужной фазе благодаря резонансу
10

11. Заключение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• В
рамках
данной
учебно-исследовательской
работы
выполнено
моделирование взаимодействия протонного пучка с мишенями из тяжелых
металлов (Pb, W, Fe) методом Монте-Карло в программном пакете FLUKA.
Изучены теоретические основы адроно-ядерных взаимодействий, включая
механизмы множественного рассеяния, принципа Паули, ионизационных
потерь и генерации вторичных частиц (π-мезоны, нейтроны, фотоны), а
также особенности прохождения пучка через гетерогенные среды с
различными Z и плотностью.
• Освоены ключевые принципы FLUKA
11