بخشی از مقاله
خلاصه
آزمایشهاي طیفسنجی گاما براي اندازهگیري فعالیت هستههاي گامازا در نمونههاي محیطی و صنعتی انجام میشوند. با توجه به تعدد نمونهها - از لحاظ شکل هندسی، ترکیبات و غیره - ، نمونههاي استاندارد متعددي مورد نیاز است. در بیشتر مواقع تهیهي مرجع گران و بعضاً دست نیافتنی است. بنابراین، یک روش محاسباتی جایگزین براي محاسبهي بازده دستگاه طیف سنجی گاما بیشتر احساس میشود. در این مقاله، ابتدا بازده تجربی چشمههاي نقطهاي استاندارد توسط یک آشکارساز HPGe اندازهگیري شده است. سپس، بر اساس نمودار بازده تجربی یاد شده کالیبراسیون - درجه-بندي - بازده آشکارساز HPGe براي نمونههاي مختلف با استفاده از کد محاسباتی ANGLE بدست آمدهاند. نتایج حاصل از شبیهسازي با نتایج تجربی مقایسه شدهاند.
کلمات کلیدي: بازده تجربی، شبیهسازي بازده، درجهبندي، آشکارساز گاما HPGe ، نمونههاي مختلف، کد ANGLE
.1 مقدمه
یکی از کارهاي اساسی که میبایست روي یک دستگاه آشکارساز انجام پذیرد، کالیبراسیون - درجهبندي - دستگاه میباشد. در این خصوص، میبایست در ابتدا رابطهي کانال و انرژي دستگاه مشخص گردد. بدین منظور، درجهبندي انرژي به کمک یک چشمه - داراي یک خط انرژي مشخص - انجام میپذیرد. به منظور تعیین کیفی و کمی فعالیت گسیلندههاي گاما، درجهبندي آشکارساز - مشتمل بر موارد زیر - صورت میگیرد :[1]
- الف - درجهبندي انرژي - رابطهي بین کانال و انرژي -
- ب - درجهبندي عرض قله - به صورت تابعی از انرژي -
- پ - درجهبندي بازده - رابطهي بین تعداد شمارش و میزان واپاشی -
درجهبندي دستگاه HPGe مستلزم دقت بسیار بالا، مهارت و تسلط زیاد - در زمینهي کار با دستگاه - و زمانبر میباشد. درجهبندي کمیتهاي انرژي و شکل قلهمعمولاً براي یک بار انجام و براي شکلهاي هندسی مختلف نیز استفاده میشود. اما براي درجهبندي بازده ضرورت دارد شبیه هر نمونهي تحت شمارش یک چشمه استاندارد موجود باشد. علاوه بر این، براي بدست آوردن بازده قله تمام انرژي میبایست شرایط آزمایش حاکم بر نمونهي مورد مظالعه و نمونهي استاندارد یکسان باشند. به بیان دیگر، با توجه به تعدد نمونهها - از لحاظ شکل هندسی، چگالی و غیره - اندازهگیري فعالیت هستههاي گامازا نیازمند داشتن مقدار بازده آشکارساز براي نمونه خاص مشابه میباشد که در اکثر اوقات تهیه نمونه مشابه غیرممکن یا اینکه زمانبر خواهد بود.
از لحاظ اقتصادي نیز تأمین چشمه استاندارد براي هر ژئومتري مقرون به صرفه نیست و در مواردي منطقی به نظر نمیرسد. مسالهي دیگر اینکه حمل و نقل چشمهها - به ویژه چشمههاي مایع - نیازمند تأمین شرایط ویژهاي است. از لحاظ حقوقی نیز نگهداري و حسابرسی آنها داراي مساله و الزامات ویژه است. لذا باید روشی جایگزین فراهم شود تا بتوان به کمک آن با کمترین تعداد چشمه نمودار درجهبندي بازده را براي بیشترین ژئومتريها بدست آورد. در این مقاله، به منظور درجهبندي بازده یک آشکارساز HPGe ابتدا به اندازهگیري بازده تجربی چشمههاي نقطهاي استاندارد پرداخته میشود.
سپس بر اساس نمودار بازده تجربی، براي نمونههاي مختلف مقادیر بازده را با استفاده از کد محاسباتی [ 2] ANGLE بدست میآوریم. در خصوص این کد، شرکت ORTEC با توجه به مشکلات درجهبندي آشکارسازها به کارشناسان خود مأموریت داد تا نسبت به تهیهي یک نرمافزار شبیهساز اقدام نمایند. هدف این شرکتتهیه نرمافزار آنالیز دستگاه طیف سنجی یعنی [3] GAMMAVision-32 بود. کد ANGLE با توجه به اطلاعات ورودي، قادر به شبیهسازي زاویهي فضایی آشکارساز و محاسبهي بازده شمارش میباشد. نزدیک به 17 سال است که این کد در خارج از کشور و در اکثر آزمایشگاههاي طیف سنجی گاما مورد استفاده قرار میگیرد. تا کنون در کشور به طور جدي و اساسی مورد استفاده قرار نگرفته است.
.2 روش کار و محاسبات
در این کار، آشکارساز HPGe طوري درجهبندي میشود که ارتفاع پالس خروجی از تقویت کننده متناسب با انرژي مطلق پرتو گاما باشد. در واقع، میبایست رابطهاي بین کانالهاي *MCA و انرژي پرتو گاما برقرار شود. با توجه به تعداد کانالهاي و محدودهي انرژي مورد نیاز، درجهبندي صورت میگیرد. به کمک اندازهگیري طیف چشمههاي شناخته شده - چشمههاي استاندارد با انرژي مشخص - ، این نوع درجهبندي انجام میشود. انرژيهاي گاماي چشمهي استاندارد انتخاب شده میبایست همهي ناحیهي انرژي مورد نظر را پوشش دهد. براي تعیین انرژيهاي گاما در طیف، شمارش نمونهها براي یکبار طی مدت مشخص انجام میشود. آمار شمارش در اندازهگیريها نیازمند شمارش کافی براي هر قله گاما میباشد تا عدم قطعیت در اندازهگیري به کمینه مقدار قابل قبول برسد .[4]
درجهبندي شکل قله همزمان با درجهبندي انرژي انجام میگیرد و سپس رابطهي بین میزان شمارش و کانال را بدست آوریم. ابتدا به کمک روش تجربی بازده آشکارساز را براي چشمههاي نقطهاي استاندارد 60Co، 137Cs، 134Cs، 241Am و 133Ba و نمونههاي استاندارد - مارینلی و استوانهاي - در فواصل متفاوت از آشکارساز اندازهگیري میکنیم. سپس بر اساس مقادیر بازده تجربی، با استفاده از کد ANGLE بازده به ازاي هر انرژي دلخواه براي نمونههاي مختلف - داراي اشکال و ترکیبات مختلف - شبیهسازي میگردد. ظرف مارینلی مورد استفاده داراي جنس پلاستیک و حجم یک لیتر - شامل پنج چشمهي نقطهاي یادشده و آب - میباشد. ظرف استوانهاي داراي جنس پلاستیک و حجم 100 میلیلیتر است.
محتویات این ظرف، آب و چشمههاي رادیواکتیو شامل رادیونوکلوئیدهاي 60Co، 137Cs، 134Cs، 241Am و 133Baمیباشد.ترکیب رادیونوکلوئیدي همه نمونههاي استاندارد در این کار یکسان میباشند. هرکدام از چشمههاي نقطهاي به صورت جداگانه استفاده شده و داراي اکتیویتهي معینی هستند.براي آغاز کار شمارش چشمه و نمونههاي استاندارد را در فواصل مختلف صفر، 10 و 20 سانتیمتر قرار میدهیم. بهکمک نرمافزار شمارش ESBS شمارشها را طی مدت زمان 3600 ثانیه ثبت و در ادامه به کمک GAMMAVision-32 اقدام به درجهبندي انرژي مینماییم. در این مرحله شکلقله و نهایتاً بازده درجهبندي می-گردد. بخشی از نتایج حاصل از این پژوهش در بخش بعدي ارایه شدهاند.
.3 نتایج
به کمک بازده تجربی چشمههاي نقطهاي - در فواصل 10 cm از آشکارساز - ، مقادیر بازده نمونهي استاندارد مارینلی شبیهسازي و با نتایج تجربی مقایسه شدهاند - شکل . - 1 بر همین اساس، بازده نمونهي استاندارد استوانهاي شبیه سازي و مقایسهي آن با نتایج تجربی صورت پذیرفته است - شکل . - 2 در این موارد شبیهسازي، نمونههاي استاندارد - مارینلی و استوانهاي - روي آشکارساز جاسازي شدند.
