Muon与物质相互作用机理及次级正电子分布规律研究

The Muon beam of China Spallation Neutron Source (CSNS) provides the first domestic Muon scientific research platform and plays an important role in the fields of life science, material science, energy science, and nuclear security. Researches about the interaction of Muon and its secondary particles with materials are the key to the multidisciplinary application of Muon beam. Based on the Muon physical processes through medium, this project intends to develop simulation models and experiment system to study the influence of Muon beam energy, polarizability, material density, atomic number, size, etc. on the scattering, energy deposition, implantation profile of Muon and its secondary particles using Monet Carlo simulation and positron annihilation spectroscopy technique. The results of the study could provide a guiding theoretical basis for the application of Muon beam in Muon imaging，μSR and radiation damage, etc.

中国散裂中子源Muon束流提供了国内首个Muon科学研究平台，在生命科学，材料科学，能源科学和核安全等领域有重要作用。研究Muon及其次级粒子与物质的相互作用规律研究是Muon束流多学科应用的关键。本项目以Muon穿过介质的所发生物理过程为基本原理，用Monet Carlo方法和正电子谱学技术，建立计算和实验模型研究Muon束流能量，极化率，材料密度，原子序数，尺寸等与Muon及其次粒子在材料中的散射分布，能量沉积和深度分布的关系。从而为建成后Muon源的成像技术，μSR谱学技术和辐照损伤等Muon科学相关领域的应用提供理论依据和技术支持。

缪子自发现以来，在材料、粒子物理、生物科学和空间物理等领域蕴藏着巨大应用潜力。研究Muon及其次级粒子与物质的相互作用物理机制是缪子多学科应用的重要理论基础，本项目基于Geant4蒙特卡罗方法对此开展了系统性研究。.项目实施中搭建了缪束流多学科应用理论研究平台，全面分析了多样化参数缪束在典型半导体、金属和生物组织材料中的动力学过程及能量沉积与注入深度分布规律，建立了注入深度与粒子能量、材料密度间的理论模型。针对缪束成像，研究了Muon能损对散射角影响随材料原子序数Z的变化规律，并在宽能区范围内对RMS经验公式进行了修正，即使在能损较高情况下，RMS误差值也可控制在5%内；同时设计了斜切和侧向耦合的位置灵敏探测器，可用于缪束的高精度成像场景。.项目以探测Muon产生的正电子等次级粒子为目标，搭建了基于高精度W-Cu准直器分层测量技术的正电子分布实验系统，最小测量精度可达10μm。利用该系统完成了正电子在多种不同密度、不同结构的聚苯乙烯材料中射程分布的测量，系统研究了正电子分布随材料密度结构的变化规律。项目所得研究成果可为Muon探测及次级粒子全信息成像方法的构建提供研究方法和基础数据，能够更全面、精细的反映材料的内部结构特征。