بخشی از مقاله
چکیده
سوانح هستهای سبب انتشار میزان قابل ملا حظهای ایزوتوپ پرتوزا در محیط می شود. این ایزوتوپها روی سطح زمین ریزش کرده، پرتوزایی و ایجاد آلودگی می -کنند. از اینرو در اختیار داشتن داده های دزسنجی برای مدیریت و براورد تخریب در صورت بروز سانحه در نیروگاههای هستهای ضروری است. برای این منظورفانتوم تصحیح شدهی ORNL روی چشمهی حجمی، که بهصوت استوانه در نظر گرفته میشود، شبیهسازی شده و محاسبات دز مؤثر توسط کد محاسباتی MCNPانجام می شود. پس از رسم نمودار دز مؤثر و دز جذبی برحسب عمق نفوذ و مقایسه ی دز مؤثر در زمان های مختلف پس از سانحه، مشاهده می گردد که تمامایزوتوپها در بدن دز ذخیره کرده و اهمیت آن ها با توجه به انرژی گاما، درصد وزنی تولید در نیروگاه و نیمه عمر آن متفاوت است. محاسبات دز مؤثر برای پنج ایزوتوپ بسیار مهم انجام شده و تحقیقات برای دیگر ایزوتوپها در حال انجام است.
کلمات کلیدی: ایزوتوپ، دزمؤثر، عمق نفوذ، سوانح هستهای، کد MCNP کد دسته بندی مقاله: فیزیک هستهای
مقدمه
از جمله مهمترین مسائلی که امروزه جوامع بشری را تهدید می-کند سوانح هستهای و پرتوگیری افراد از ایزوتوپ های پرتوزای آزاد شده از آن میباشد. اغلب ایزوتوپهایی که از آزادسازیهایتصادفی از نیروگاه هستهای یا تست سلاح هستهای در جو آزاد میشوند، روی سطح زمین ریزش کرده، و پرتوزایی می کنند. این موادپرتوزا مشکلات اساسی را برای انسان، جانوران و حتی گیاهان به -وجود میآورند. از این رو سنجش میزان انرژی ذخیره شده از این ایزوتوپهای پرتوزا بسیار ضروری است . هدف علم دزیمتری نیزبررسی اثر پرتو بر بدن و تعیین اثرات مخرب پرتوهای موجود در طبیعت بر بدن میباشد. در اختیار داشتن دادههای دزیمتر ی در این زمینه برای براورد میزان خسارت و آسیب به افراد در صورت بروزسانحه بسیار مفدی میباشد.
کمیتهی بینالمللی یکاها و کمیت هایتابش - ICRU - و کمیته ی بینالمللی حفاظت در برابر پرتوها - ICRP - ، از سال1977 کمیتهای دزسنجی فیزیکی، عملیاتی ومحاسباتی گوناگونی را ارائه کرده اند. کمیتی که برای برا ورد دزناشی از پرتوگیری خارجی محاسبه و اندازه گیری میشود دز مؤثراست.دز مؤثر کمیتی است که برای کل بدن تعریف می شود. محاسبهی دز مؤثر از روی مقدار دز معادل بدست آمده برای هر عضو، یعنی رابطهی 1، به صورت رابطهی 2 انجام میشود:در تعریف دز معادل برای تعیین، تنها انرژی تابش فرودی در نظر گرفته میشود، که این مقدار برای پرتوهای گاما برابر یک می-دباش. کمیتدر رابطهی 2، ضریب وزنی بافت است و به این دلیل وارد شده است که حساسیت بافت های مختلف در برابر پرتو متفاوت است . مقادیر ضرایب وزنی بافت در مجله ی شمارهیICRP 103 پیشنهاد شده است.[5]
روش کار
در ارزیابی دز مؤثر دو روش متفاوت مطرح میشود: روش تحلیلی[1-3] و روش محاسباتی مونت کارلو.اولین روش محاسبه و اندازه گیری دز مؤثر براساس حل معادله یپخش بولتزمن بود . در این روش با توجه به پیچیدگی مسئله،تقریبهایی از جمله حذف فانتوم از محاسبات میدان تابش، و درنظر گرفتن چشمه به صورت نامحدود و تک انرژی استفاده می-شود.[2] به همین علت خط ای سیستماتیک در این روش بسیار زیاد است. با گذشت زمان و افزایش سرعت کامپیوترها، این روش کنار گذاشته شد و روشهای محاسباتی شکل گرفت . یکی از اینموارد، روش محاسباتی مونت کارلو است . محاسبات این تحقیق با استفاده از کد MCNP-4&، که بر اساس ترابرد ذرات به روش مونت کارلو است، انجام میشود. این روش بر مبنای شبیه سازی رفتار واقعی تک تک ذرات است و شرایط فیزیکی و هندسی مسئله به طور کامل در آن تعریف میشود.
از مسائلی که در این تحقیق باید مدنظر داشت انتخاب مناسبچشمه است. برای این منظور باید نکاتی از قبیل نوع چشمه و نیمهعمر آن را رعایت کرد. ایزوتوپهایی که درنتیجهی سوانح هستهای در محیط پراکنده می شوند پرتوهایی از نوع آلفا، بتا و گاما ساطع میکنند. با توجه به نفوذ بسیار زیاد اشعه ی گاما و اینکه بیش از 90درصد دز خارجی از تابش گاما ناشی می شود[7]، بنابراینچشمهی مورد نظر باید ساطع کنندهی گاما باشد . از طرف دیگرایزوتوپهایی که به عنوان چشمه تعریف می شوند باید نیمه عمر متوسط داشته باشند تا در محیط پراکنده شده و آلودگی ایجاد کنند. با در نظر گرفتن این نکات پنج ایزوتوپ اساسی برای محاسبه و اندازهگیری دز مؤثر انتخاب میشوند9]،.[6
این ایزوتوپها عبارتند از: کبالت60، کریپتون85، ید131، سزیم134، و سزیم .137طیف انرژی پرتوهای گامای ایزوتوپهای فوق در جدول 1 ارائهشده است.[7]ایزوتوپهایی که روی سطح زمین ریزش می کنند تنها روی سطح آلودگی ایجاد نمیکنند. تحقیقات نشان داده است که اکثر آنها پس از پراکندگی در محیط توسط لایه های بالایی خاک جذب شده وغلظت آن در خاک های مختلف متفاوت است 8]،.[9 در سانحهای که اخیرا در نیرو گاه هسته ای فوکوشیما در ژاپن رخ داده است، شرایط محیطی بهگونهای بوده است که قدرت نفوذ ایزوتوپها، به-خصوص سزیم137، به درون خاک بسیار زیاد است .
در این مقاله با در نظر گرفتن پنج عمق نفوذ 1، 2، 3، 4، و 5 سانتیمتر برآنیم تا اثر آلودگی در خاک روی دز دریافتی از سطح زمین را براورد کنیم.فوتونهایی که از چشمه خارج میشوند با احتمالی وارد خاک می-شوند، و پس از بر خورد با ذرات خاک منعکس شده، و پرتوزایی میکنند. بنابراین باید اثر زمین نیز لحاظ گردد . این اثر به انرژی پرتوهای گاما بستگی دارد و توسط سازمان انرژی اتمی ژاپنمحاسبه شده است .[4] در این تحقیق از نتایج این گروه استفادهمیشود.در انتها فانتوم تصحیح شده ی ORNL روی سطح زمین و دقیقابالای چشمه، که به صورت استوانه انتخاب شده است، قرار می - گیرد.[10]
نتایج و اندازهگیری
پس از شبیه سازی کامل سیستم توسط کد MCNP، محاسبات دز مؤثر انجام میشود. به این صورت که به ازای یک عمق مشخص،نمودار دزمؤثر برحسب شعاع چشمه را رسم نموده تا دز مؤثر در ناحیه اشباع منحنی تعیین گردد . نتیجهی محاسبات برای عمق نفوذ1 سانتیمتر در شکل 1 مشاهده میشود.دز دریافتی از ایزوتوپ ها با افزایش شعاع افزایش می یابد. اما با توجه به شکل 1 از یک شعاع مشخص تقریبا تغییری در میزان دز مؤثر ایجاد نمیشود و منحنی به اشباع میرسد. این شعاع به عنوان شعاع بهینه تعریف شده و دز در ناحیه اشباع مبین دز مؤثر است.به علت وابستگی شدید شعاع بهینه به انرژی پرتوهای گاما، اینکمیت برای هر ایزوتوپ منحصر به فرد میباشد.خروجی کد MCNP به ازای یک فوتون می باشد. برای تعیین دز مؤثر به ازای تعداد فوتون ها در واحد حجم، این کمیت در حجم چشمه ضرب می شود. اما غلظت ایزوتوپ هایی که در نیروگاه تولید میشوند یکسان نیست و برای محاسبهی دقیقتر باید دز مؤثر را با توجه به درصد وزنی که د ر نیروگاه تولید می شوند تعیین نمود. در جدول 2 نیمهعمر ایزوتوپها به همراه درصد وزنی و
