服务案例

公司与南华大学合作，开发“宇宙射线缪子散射鉴别高低Z物质”虚拟仿真实验课程。

一、项目简介

天然缪子宇宙线是由来自外太空的高能粒子如（质子或原子）与大气层摩擦碰撞后发生衰变反应而产生的，当这些高能初级粒子进入地球大气层时，初级粒子与大气中的核子发生相互作用，部分会释放生成π介子。π介子是一种短寿命粒子，其会很快进行衰减。π介子有带正电的π+、负电荷的π-，也可不带电荷，呈中性粒子。其中带有电荷的π介子会在很短时间内衰变为缪子。缪子由带电π介质衰减而来，以此也会带有一个单位的正电荷或者负电荷，缪子的静止能量约为电子的200倍左右（105.7MeV），其平均衰减时间约为 2.2us ，衰变产物为正负电子。同时，与其他带电粒子不同，穿过大气层过程中，缪子与大气层中粒子不发生强相互作用，缪子的寿命要比其他带电粒子要长。

由于缪子为带电粒子，当其穿过靶物质材料时，会与靶物质原子的原子核及核外电子发生电磁相互作用，在库伦力的作用下，缪子的运动径迹发现会发生一个小幅度的偏转，而在整个路径上缪子会与靶物质原子发生多次碰撞从而产生多次的小角度偏转，多次小角度偏转累积后，将使得缪子的出射径迹上产生一个总的角度偏移与位置偏移，而这个过程被称为缪子的多次库仑散射，多次库仑散射过程中缪子将以随机路径穿过材料，总角散射分布近似为高斯分布分布。其散射角的大小与靶物质材料的原子序数及入射缪子的能量相关。

散射密度体现了缪子在单位厚度物质中的多次库伦散射的情况。其与缪子的能量及物质材料的辐射长度相关，在缪子能量不变情况下，散射角度可近似与靶材料的原子序数Z成反比，原子序数Z越高，库伦散射后的散射角度的高斯峰的展宽越大,通过散射角的分布可以实现对高Z、与低Z物质的区分。

本实验通过三维建模和二维动画，使用多个传感器组成缪子接收装置，将看不见摸不着的缪子实体化，直观的展示了缪子在物质中散射的原理，使学生可以更好的理解和学习。

二、实验内容

1、缪子传感器组装

2、蒙特卡洛模拟

3、PoCA算法演示