Geant4 模拟对 COSI 反冲系统的基准测试

Compton 谱仪与成像仪 (COSI) 是一项旨在进行软伽马射线全天观测的 NASA 小型探测器任务，采用氦晶体管 (GeDs)。COSI 周围配置有 BGO 陶瓷抗冲系统 (ACS)，以减少背景并辅助探测瞬态事件。准确建模 ACS 性能需要模拟其内部复杂的荧光过程，这显著增加计算成本。我们将这些效应编码为从专用 Geant4 模拟中派生的校正矩阵，其中包括光学物理过程。为此，我们使用实验室测量数据对 ACS 横向墙的能量和空间响应进行基准测试，以定义仪器参数，包括 BGO 吸收长度和电子噪声。我们展示了模拟结果在再现实验能量分辨率和 BGO 晶体沿轴向光收集均匀性方面具有良好一致性，最大误差分别为 20% 和 10%。随后，我们使用经验证的模拟开发了横向墙的校正矩阵，考虑光收集效率和基于晶体内位置的能量分辨率。最终，伽马射线量子探测效率也呈位置相关性，通过包括光学物理过程实现，其中在 SiPMs 附近提升约 8%，在相邻角落则降低约 2%。最后，我们探讨了底部 ACS 的能量阈值和分辨率，考虑其晶体较小于横向墙的影响。