بخشی از مقاله
چکیده:
این مقاله به بررسی تاثیر چیدمان آشکارسازهای گاما بر عملکرد سامانه بازرسی به وسیله نوترون میپردازد. همچنین
الگوریتم آشکارسازی اسکن تابش بر پایه نشان به عنوان الگوریتم آشکارسازی پیشنهاد شده و کارایی آن مورد بررسی قرار گرفته است. ضریب تشخیص برای این سامانه برابر 75 درصد و حساسیت برابر 92 درصد بدست آمد. نمودار منحنیهای مشخصه عملکرد سامانه محاسبه گردید و با استفاده از سطح زیر این منحنیهاعملکرد سامانه به میزان95/87 بدست آمد. در نهایت برای مشخص نمودن کارایی این روش نتایج حاصل با نتایج روشهای دیگر مقایسه گردید. این مقایسه نشان می دهد که نتایج حاصل از این روش کارایی خوبی در مقایسه با بسیاری از روشهای مشابه دارد.
مقدمه:
نقل و انتقال غیرمجاز مواد منفجره و مخدر به یک مسئله جدی در قرن جاری تبدیل شده است به همین دلیل در سالهای اخیر سامانه های بازرسی جهت شناسایی چنین موادی گسترش یافته است. سامانه های بازرسی مبتنی بر نوترون در بین روشهای آشکارسازی تودهای و غیرمخرب جایگاه خاصی یافته است.
بیشتر مواد منفجره در ترکیب خود دارای عناصر کربن، نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن هستند و با استفاده از محاسبه نسبت وجود این عناصر با استفاده از اندازگیری شدت گامای ناشی از فعالسازی نوترونی، میتوان به وجود مواد غیر مجاز پی برد
در این مقاله ابتدا روش اسکن تابش بر پایه نشان توضیح داده شده است. در ادامه با استفاده از کد محاسباتی MCNP-4C مکان بهینه آشکارسازها تعیین شده است. بعد از مشخص نمودن مکان بهینه آشکارسازها، با انتخاب نشانهای مناسب ذوش اسکن تابش بر پایه نشان بکار گرفته شده و کارایی سامانه محاسبه شده است.
روش اسکن تابش بر پایه نشانه: در این روش الگوهایی مواد مورد نظر در داخل کتابخانه ذخیره شده و در هنگام ارزیابی اهداف با الگوهای استخراج شده از هدف نامعین مقایسه میشود. میزان همپوشانی این الگوها را میتوان به عنوان معیاری برای اینکه هدف مورد بازرسی دارای ماده مورد نظر هست یا خیر در نظر گرفت.
در این تحقیق به دنبال راهکاری هستیم که بتوانیم اهداف دارای مواد منفجره را از اهداف دیگر جدا نماییم. با استفاده از روش اسکن تابش بر میزان انطباق الگوها معین میشوند. معیار شایستگی هنجارشده2 برای این روش به صورت زیر تعریف می-گردد:
که در آن Ri، i مین مشخصه اندازگیری شده از یک هدف ناشناخته، Sli، iمین مشخصه از الگو و N تعداد مشخصه هایی از پاسخ های جمع آوری شده از هر هدف و الگو می باشد . نیز پارامتر مقیاس می باشد که مقادیر اندازگیری شده از الگوها و اهداف را در یک مقیاس قرار میدهد. 2 واریانس، و i فاکتور وزن میباشد که برای حالت یکنواخت مساوی با i=1/N خواهد بود. معیار شایستگی و انحراف معیار آن را می توان به منظور تشخیص بین اهداف منفجره - اهدافی که دارای مواد منفجره هستند - و اهداف بیاثر - اهدافی که محتوی مواد منفجره نیستند - مورد استفاده قرار داد.
مواد و روشها:
شبیه سازی مونت کارلو:
شبیه سازیهای مونت کارلو با استفاده از کد MCNP-4C انجام شد. مشخصات منبع نوترون مانند اندازه، مکان، طیف نوترون خروجی و جهت نوترونهای خروجی در کد تعریف شد. به منظور رعایت نمودن الزامات ایمنی و همچنین هم جهت نمودن نوترونها و ممانعت از ورود مستقیم نوترون به آشکارساز باید از حفاظهای مناسب استفاده نمود. در شکل شماره 1 چشمه و حفاظهای آن آورده شده است
شکل :1 تولید کننده نوترون و حفاظ مربوط به آن. لایه خاکستری پلی اتیلن و لایه سیاه استیل میباشد
در این تحقیق کانتینرهای دریایی با اندازه واقعی مد نظر قرار گرفت. ابعاد کانتینر 2,6×6,2×2,4 متر مکعب میباشد و دیواره آن از جنس استیل با ضخامت 0/346 ساخته شده است. کانتینرها از مواد بی اثر مانند هوا، چوب، کاغذ و گوشت پر شده اند. در سامانههای بازرسی انواع آشکارسازهای گاما را میتوان به کار گرفت. مکان، اندازه، نوع و حساسیت آشکارساز میتواند در کد تعریف گردد. در این پژوهش از تالی نوع 4 استفاده شده است و آشکارساز گامای سوسوزن لانتانیوم برمید با دوپ سریم شبیه سازی گردیده است. موادی که برای شبیهسازی در کد تعریف شدند عبارتند از هوا، استیل، چوب، کاغذ ، پلیاستر، گوشت و همچنین مواد منفجره مانند RDX,TNT و نیترو گلیسیرین. چگالی هر یک از این مواد و همچنین درصد وزنی ترکیبات آن در مقالات مختلف آورده شده است .[4]
نتایج:
نتایج بهینه سازی آشکارسازها:
اولین هدف در این پژوهش تشخیص مکانی بود که در آنجا میزان نسبت سیگنال به نویز برای آشکارسازها بیشینه باشد. بدین منظور ابتدا 36 عدد آشکارساز تعریف گردید که کانتینر را احاطه کرده بودند. این تالیها بر روی 3 حلقه با شعاع 3 متر قرار داشتند 12 - عدد بر روی هر حلقه - . فاصله این تالها از هم مساوی در نظر گرفته شد. همچنین پارامتر اختلاف نسبی به منظور برآورد نسبت سیگنال به نویز به صورت نسبت اختلاف اندازه پیک در دو حالت حضور و عدم حضور ماده منفجره به اندازه پیک در حالت عدم حضور ماده منفجره تعریف گردید. این پارامتر برای تمامی تالیها محاسبه گردید. در انتها مشخص گردید که در بین 36 تالی، 4 مکان دارای بیشترین میزان اختلاف نسبی هستند. این 4 مکان در ادامه شبیهسازیها مورد استفاده قرار گرفت. در شکل شماره 2 پیکربندی سامانه شبیه سازی شده به همراه میانگین پارامتر اختلاف نسبی بر روی گاماهای نشان برای 36 تالی آورده شده است. در این شکل تالیهای انتخاب شده نیز مشخص شده اند.
شکل - : - 2 پیکربندی سامانه - چپ - و میانگین پارامتر اختلاف نسبی بر روی تمامی گاماهای مشخصه - راست -
