بخشی از مقاله
مقدمه
پاسخ دزیمترهای نوترونی بطور قابل ملاحظهای در گستره وسیع انرژی تغییر مییابد. تابع پاسخ دزیمتر نوترونی به شکلی استخراج میگردد که متناسب با ضرایب تبدیل شار به دز معادل باشد. براساس ملاحظات ارائه شده در ICRP 1990 معادل دز محیطی (H*(10)) بصورت ذیل تعرف میگردد: ∗(10) = ∫ ℎ ( ) ( )
در این معادله hφ(E)، تابع تبدیل شار به دز معادل محیطی و ، شار نوترون میباشند. تابع پاسخ دزیمتر (R)
بصورت ذیل تعریف می گردد:
در این معادله dφ(E)، تابع پاسخ دزیمتر بر حسب شمارش به ازای واحد شار بوده و C فاکتور کالیبراسیون بر
حسب سیورت در هر شمارش میباشد. نسبت به عنوان پاسخ انرژی استاندارد بر حسب
شمارش در هر واحد دز معادل تعریف میگردد. اندازه گیری دزیمتر به شرطی دقیق میباشد که dφ(E)پاسخ انرژی یکنواختی نسبت به hφ(E) دارا باشد. مشکل اصلی این است که dφ(E) در کل گستره انرژی نوترون متناسب با hφ(E) نمیباشد، بنابراین پاسخ آشکارسازها زیر پاسخ واقعی یا بالای آن در ناحیه انرژی معین می افتد. از این رو دانستن طیف نوترون در اندازهگیری میتواند در سنجش دز نوترون مفید واقع گردد. در نمودار شکل .1الف، مقادیر ضرایب تبدیل شار به دز معادل محیطی عمقی یعنی H*(10) در انرژیهای مختلف نوترون
597
آمده است، مشاهده میگردد که دز نوترون شدیداً به انرژی نوترون وابسته است. لذا پاسخ شار آشکارساز متفاوت از پاسخ دز نوترون آن میباشد .[1] بر مبنای مطالعات انجام گرفته منحنی پاسخ نشان داده شده در شکل .1ب، برای کرهای به قطر 12 اینچ، رفتاری مشابه با ضرایب تبدیل شار به دز معادل محیطی (شکل .1الف) دارد .[2] به علت شباهت دو منحنی، بازدهی آشکارساز برای آندسته از نوترونهایی که اهمیت بیولوژیکی بالایی دارد، بالا است و برای نوترونهایی که بازدهی پایینی دارد دز وابستگی کمی دارد. بنابراین، شمارش کلی حاصل از آشکارساز در یک طیف چند انرژی بطور خودکار دارای فاکتورهای وزنی مناسب برای کلیه انرژیها است و سنجش معناداری از دز وابسته به کلیه انرژیهای نوترون ها ارائه خواهد داد. برای برخی دزیمترهای نوترون مانند LB 6411 ساخت شرکت Berthold بر مبنای این تحلیل، طراحی و ساخته شدهاند.[1] در این تحقیق نیز، طراحی وشبیهسازی یک دزیمیتر نوترونی با آشکارساز کروی 3He مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای بهینه برای طراحی دزیمتر نوترونی مناسب بدست آمد.
شکل .1 الف ) نمودار تغییرات ضرایب تبدیل شار به دز معادل محیطی عمقی برای نوترون در انرژی های مختلف ب) وابستگی انرژی بازدهی نسبی آشکارسازی، آشکارساز های نوترون کره بانر با قطرهای مختلف تا 12 اینچ. 2]،[1
مواد و روش
پارامترهای مختلف در طراحی دزیمتر مورد نظر، مانند ضخامت کندکننده وابعاد قسمتهای مختلف آن شبیه-سازی و مورد بررسی قرار گرفت. آشکارساز انتخاب شده برای طراحی دزیمتر نوترونی، یک آشکارساز کروی محصول شرکت LND از نوع تناسبی بوده که توسط گاز 3He با فشار 5,054 bar پر شده است و دارای قطر 5,08 cm میباشد. چگالی گاز 3He آشکارساز بر اساس قانون گاز ایدهآل محاسبه شده است. آشکارساز 3He دارای سطح مقطع بسیار بالایی برای نوترون های کند می باشد. بنابراین جهت اندازهگیری نوترونهای با انرژی بالاتر، نیاز به یک کندکنندهغالباً، پلیمری، است. در این طراحی، آشکارساز توسط یک کره از پلیاتیلن (چگالی (0,95 g/cm3) با % 0,3 کربن افزوده ) و یک لایه کادمیومی جذب کننده نوترونی احاطه شده است. لایه
598
پلیاتیلن خارجی احاطه کننده کادمیوم شامل حفرههای استوانهای شکل میباشد. حفرههای تعبیه شده در پلیاتیلن به منظور بالا بردن احتمال رسیدن نوترونهای حرارتی چشمه به محل آشکارساز است. برای بدست آوردن حالت بهینه ضخامت کند کنندهها، آهنگ اندرکنش (n,p) در شمارنده کروی 3He بر اساس ضخامتهای 2، 4، 6، 8، 10و 12 سانتیمتر پلیاتیلن خارجی (احاطه کننده کادمیوم) و ضخامتهای مختلف پلیاتیلن داخلی (احاطه کننده آشکارساز) محاسبه شده است. همچنین در شبیهسازیها، قطرهای مختلفی برای حفرههای استوانهای موجود در کندکننده پلیاتیلنی برای بدست آوردن قطر مناسب، مورد بررسی قرار گرفت.
پاسخ دز معادل محیطی و پاسخ شار دزیمتر برای نوترونهای تک انرژی حرارتی تا 20 MeV محاسبه شد. در این تحقیق تمامی محاسبات، بر اساس دادههای بدست آمده از کد ترابرد نوترون، فوتون و الکترون (MCNPX 2,6) انجام شده است .[3] تاریخچه ذرات تا جایی دنبال شدهاند که خطای عدم قطعیت محاسبات کمتر از یک درصد باشد. ثابتها و پارامترهای مختلفی برای شبیهسازی دستگاه مورد نظر بکار رفته است. برای شبیهسازی برهمکنشهای نوترون با مواد مختلف، از دادههای سطح مقطع نوترون ENDF/B-VII استفاده شده است. برای در نظر گرفتن اثر پیوندهای شیمیایی هیدروژن موجود در پلیاتیلن نیز که با نوترونهای گرمایی برهمکنش دارند، از POLY.01T مربوط به ( , ) استفاده شده است. به منظور اعمال شرایط ICRP در ایجاد میدان تابشی نوترونی منظم و گسترده، چشمه نوترونی بصورت یک صفحه دایرهای شکل با قطر معادل قطر کندکننده در نظر گرفته شده است. همچنین فاصله چشمه تا مرکز آشکارساز نیز برابر با قطر کندکننده میباشد. فرض میشود که نقطه شروع حرکت نوترونها بصورت یکنواخت روی سطح چشمه توزیع شده است و نوترونها در جهت بردار نرمال چشمه به سمت آشکارساز حرکت میکنند. برای محاسبه تعداد کل برهمکنشها که در حجم حساس رخ داده است، یک کارت تالی F4 به همراه یک کارت FM4 معرفی میشود. تالی F4 متوسط شار نوترونی بر روی حجم حساس گاز تناسبی را محاسبه میکند. بوسیله ضرب نتیجه تالی F4 در چگالی اتمی ماده و سطح مقطع میکروسکوپیک واکنش (n,p) ، تولید کل پروتون، بواسطه گیراندازی نوترون در تیوپ شمارنده، بدست میآید. و این بوسیله استفاده از یک کارت تالی FM امکان پذیر است. برای رسیدن به کمیت تابع پاسخ دز معادل محیطی بر حسب counts/nSv، نتایج نهایی حاصل از فایل ورودی counts باید بر حسب counts per source particle باشد. بدین منظور از کارت SD استفاده میشود.
