基于MCC-MT代码的主动屏蔽型HPGe PGNAA谱仪实验研究与蒙特卡罗模拟优化

本研究针对低本底伽马能谱仪在瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)中的性能优化需求，采用HPGe探测器(30%效率/1.65 keV@1332 keV)与BGO晶体(25×100 mm)构建主动屏蔽系统，通过Cf-252中子源和MCC-MT代码模拟验证了CSF(4.3@Cs-137/2.4@Co-60)指标的可靠性，为同类系统设计提供了高效建模工具。

　　

在核物理与元素分析领域，瞬发伽马中子活化分析(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis, PGNAA)技术因其非破坏性检测优势，广泛应用于环境监测、工业过程控制和考古研究。然而传统PGNAA系统面临两大挑战：康普顿散射导致的能谱本底干扰，以及复杂蒙特卡罗建模工具(如GEANT4/MCNP)的高学习成本。针对这些问题，由Marina Kanapelka、Vladimir Kondratjev和Serhii Pohuliai组成的研究团队开发了基于高纯锗(HPGe)探测器的主动屏蔽谱仪，并通过新型MCC-MT代码实现了系统性能的快速优化验证，相关成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

研究团队采用三阶段技术路线：首先使用GCDX-30180型HPGe探测器(?60×54 mm，效率33%，1.65 keV@1332 keV)搭配圆柱形BGO晶体(25 mm厚×100 mm长)构建物理原型；其次利用²⁵²
Cf中子源和Ni靶进行10 MeV范围内性能标定；最后通过MCC-MT代码建立数字化双模型，模拟Cs-137、Co-60和Eu-152能谱。关键技术包括康普顿抑制因子(CSF)量化方法(P/C=峰计数/康普顿连续区平均计数)和两级建模策略(探测器表征+全系统仿真)。

在"QUANTIFYING THE LEVELS OF COMPTON SUPRESSION"部分，研究显示启用主动屏蔽后Cs-137和Co-60的CSF分别达4.3和2.4，较未屏蔽状态提升显著。"SIMULATIONS"章节证实MCC-MT模型能准确复现探测器几何特征，其图形界面使建模效率提升80%。"RESULTS AND DISCUSSION"通过图3-5对比证实，模拟与实验谱在1332 keV(⁶⁰
Co)和662 keV(¹³⁷
Cs)特征峰位置偏差<3%，CSF计算误差控制在20%以内。

该研究的突破性在于：首次验证MCC-MT代码在PGNAA系统优化中的实用性，其GUI界面将传统蒙特卡罗建模周期从数周缩短至数天。所开发的紧凑型谱仪为放射性同位素分析提供了新范式，特别适用于现场检测场景。作者在"CONCLUSION"强调，该方法可扩展至其他符合/反符合测量系统设计，为核探测设备研发提供了"数字孪生"新思路。值得注意的是，研究团队特别声明无利益冲突，所有数据均通过BSI(拉脱维亚)认证设备获取，确保结果可靠性。