بخشی از مقاله
روش کار
دو تکنیک عبوري و پراکندگی در روش هستهاي، جهت اندازهگیري چگالی سیال وجود دارد. در روش عبوري، چشمه در یک طرف ماده مورد بررسی و آشکارساز در طرف دیگر قرار دارد. بدیهی است که پرتو گاما در اثر عبور از سیال و دیواره لوله محتوي آن، تضعیف میشود، لذا با توجه به معادله:
ln(I0/I)=µmρx I=I0e-µx (١)
که :I شدت فوتونهاي بدون برخورد، :I0 شدت فوتونهاي اولیه، :µ ضریب تضعیف خطی، :µm ضریب تضعیف جرمی، :ρ چگالی، :x طول مسیر باریکه در جذبکننده میباشد µm .[6] با توجه به نوع ماده و میزان انرژي پرتو گاما تعیین میشود. که پیدا کردن و محاسبه µm براي چشمههاي تک انرژي آسان است و جدولبندي مخصوص خود را دارند. ولی محاسبه µm براي چشمههاي گاماي با دو انرژي به بالا کار مشکلی است و استفاده روش میانگینگیري با خطاي نسبتاً زیادي همراه است.مثلاً براي آب با چگالی ρH2O=1 g/cm3 که در برابر پرتوهاي تکانرژي گاما 5MeV)ر(E=1 قرار دارد، مقدار µm محاسبه شده با استفاده از روش MCNP4C برابر 0574cm2/gرµm=0 میباشد و مقدار µm حاصل از جدول ضرایب تضعیف جرمی براي آب در همین انرژي 0575 cm2/gرµm=0 میباشد، که ملاحظه میشود تکنیک MCNP4C از دقت بسیار خوبی برخوردار است. لذا براي محاسبه مقدار µm براي آب در مقابل پرتوهاي گاما با بیش از یک انرژي (مانند چشمه 22Na که داراي دو پرتو با انرژيهاي(%94ر511MeV (99ر0 و 274MeV (170%)ر1 میباشد) با استفاده از همین روش MCNP4C، 105 cm2/gرµm=0 بدست میآید، ولی با استفاده از روش میانگینگیري، 8MeVرE =0 (انرژي میانگین) محاسبه میشود که با توجه به جدول ضرایب تضعیف جرمی در این انرژي 0856 cm2/gرµm=0 میباشد. در نتیجه براي محاسبه µm مربوط به چشمه 22Na را باید از تکنیکی با کمک محاسبات مونتکارلو بدست آورد. در این مقاله براي تعیین رفتار دو روش عبوري و پراکندگی در تضعیف فوتونها برحسب تغییر چگالی، توسط کد MCNP شبیه سازي شدند. براي شبیهسازي یک لوله PVC با ضخامت دیواره 3mm و قطر 16cm محتوي دو نوع محلول جداگانه NaCl.H2O و ρNH4Cl=1.53g/cm3) NH4Cl.H2O و (ρNaCl=2.16g/cm3 در نظر گرفته-شد، و ارتفاع پالس آشکارساز قرار گرفته در هفت موقعیت متفاوت (در شکل-(1، تعیین گردید.
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_
شکل-1 یک طرح شماتیک از شبیهسازي اولیه براي موقعیت بهینه آشکارساز.
این در حالی است که در اطراف چشمه گاما جهت جلوگیري از پراکندگی، حفاظ سربی به ضخامت 5cm تعبیه شد. هدف از این محاسبات یافتن سامانهاي بهینه براي هریک از پیکربنديهاي ماده- چشمه، براي داشتن بهترین قدرت تفکیک در تعیین چگالی میباشد.
نتایج
میزان شمارش آشکارساز در هریک از موقعیتهاي شکل 1 براي شش چگالی متفاوت محاسبه گردید. سپس شیب نمودار شمارش بر حسب چگالی، که میتواند معیاري مناسب براي قدرت تفکیک تعیین چگالی باشد، از برازش منحنی بدست آمد. در جدولهاي 1 و 2 بترتیب نتیجه محاسبات مربوط به چشمههاي 22Na و 137Cs براي چگالیهاي مختلف محلولهاي NH4Cl.H2O و NaCl.H2O آورده شده است. همانطور که ملاحظه میشود بیشترین مقدار شیب و کاهش شمارش نسبت به افزایش چگالی براي پرتوهاي گاماي چشمههاي 22Na و 137Cs براي هر دو محلول، در موقعیت شماره 4 آشکارساز میباشد.
جدول-1 شیب نمودارهاي مربوط به نسبت شمارش بر حسب چگالی براي NH4Cl.H2O و NaCl.H2O در حضور چشمه .22Na
شیب نمودار مکان شمارش در پایین شمارش در نوع ماده
آشکارساز ترین چگالی بالاترین چگالی
172-ر5-10×2 1 320ر3-10×1 325ر3-10×1 NaCl.H2O
680-ر5-10×5 2 356ر4-10×6 428ر4-10×6 NaCl.H2O
105-ر5-10×5 3 312ر4-10×3 419ر4-10×3 NaCl.H2O
160-ر3-10×3 4 803ر3-10×6 249ر3-10×7 NaCl.H2O
790-ر3-10×2 5 546ر3-10×5 917ر3-10×5 NaCl.H2O
620-ر3-10×2 6 222ر3-10×3 622ر3-10×3 NaCl.H2O
392-ر4-10×9 7 199ر3-10×1 330ر3-10×1 NaCl.H2O
014-ر4-10×5 1 318ر3-10×1 341ر3-10×1 NH4Cl.H2O
687-ر4-10×3 2 366ر4-10×6 510ر4-10×6 NH4Cl.H2O
256-ر4-10×2 3 314ر4-10×3 379ر4-10×3 NH4Cl.H2O
940-ر3-10×3 4 146ر3-10×7 310ر3-10×7 NH4Cl.H2O
510-ر3-10×3 5 841ر3-10×5 004ر3-10×6 NH4Cl.H2O
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
570-ر3-10×2 6 538ر3-10×3 634ر3-10×3 NH4Cl.H2O
447-ر4-10×9 7 349ر3-10×1 384ر3-10×1 NH4Cl.H2O
جدول-2 شیب نمودارهاي مربوط به نسبت شمارش بر حسب چگالیبراي NH4Cl.H2O و NaCl.H2O در حضور چشمه . 137Cs
شیب نمودار مکان شمارش در پایین شمارش در نوع ماده
آشکار ترین چگالی بالاترین چگالی
ساز
215-ر4-10×1 1 590ر4-10×7 678ر4-10×7 NaCl.H2O
183-ر4-10×1 2 450ر4-10×3 672ر4-10×3 NaCl.H2O
535-ر6-10×9 3 644ر4-10×1 640ر4-10×1 NaCl.H2O
690-ر3-10×3 4 592ر3-10×6 111ر3-10×7 NaCl.H2O
840-ر3-10×2 5 382ر3-10×5 771ر3-10×5 NaCl.H2O
120-ر3-10×2 6 058ر3-10×3 363ر3-10×3 NaCl.H2O
981-ر4-10×9 7 094ر3-10×1 234ر3-10×1 NaCl.H2O
235-ر4-10×7 1 499ر4-10×7 840ر4-10×7 NH4Cl.H2O
044-ر4-10×2 2 652ر4-10×3 723ر4-10×3 NH4Cl.H2O
437-ر5-10×3 3 631ر4-10×1 655ر4-10×1 NH4Cl.H2O
990-ر3-10×3 4 974ر3-10×6 145ر3-10×7 NH4Cl.H2O
860-ر3-10×3 5 679ر3-10×5 854ر3-10×5 NH4Cl.H2O
640-ر3-10×3 6 306ر3-10×3 477ر3-10×3 NH4Cl.H2O
340-ر3-10×2 7 214ر3-10×1 306ر3-10×1 NH4Cl.H2O
بعنوان نمونه در شکل-2 نمودارهاي شمارش مربوط به پرتو گاماي چشمه 137Cs برحسب چگالیهاي مختلف محلول NH4Cl.H2O به ترتیب براي فوتونهاي عبوري ثبت شده در آشکارساز در موقعیت شماره 4 و فوتونهاي پسپراکنده ثبت شده در آشکارساز در موقعیت شماره 1، نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود نسبت-
هاي شمارش تقریباً به طور خطی با چگالی سیال تغییر میکنند، لذا نتایج با یک تابع خطی برازش داده شد.
21st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا" د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
شکل-2 شمارش پرتو گاما بر حسب چگالی براي فوتونهاي عبوري ثبت شده در آشکارساز در موقعیتهاي 1 و .4
همچنین طیف ارتفاع پالس ثبتشده در آشکارساز واقـع در موقعیـتهـاي 1 و 4 بـراي محلـول NH4Cl.H2O در معرض پرتوهاي گاماي چشمه 137Cs در شکل-3 نشان داده شده است.
شکل 3- طیف مربوط به پرتوهاي گاماي چشمه 137Cs ثبتشده در آشکارسازهاي موقعیتهاي 1 و 4 براي محلول NH4Cl.H2O و همچنین طیف پرتوهاي مستقیم بدون حضور ماده.
بعلاوه جهت برآورد تغییر طیف در اثر عوامل گوناگون، طیف ارتفاع پالس مربوط به محلول NaCl.H2O در معرض دو چشمه 137Cs و 22Na براي چهار وضعیت مختلف: (1) حضور چشمه و آشکارساز، (2) چشمه، حفاظ سربی و آشکارساز، (3) چشمه، ماده و آشکارساز، (4) چشمه، حفاظ سربی، ماده و آشکارساز، در شکل 4 رسم شده است.
