بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق سعی بر آن است که با طراحی یک سیستم مناسب، اولاً حفاظ اطراف یک چشمه نوترونی Am-Be بهینه سازی شود و ثانیاً مکان هایی برای دستیابی به طیف نوترون های حرارتی و سریع به دست آید. برای این منظور ابتدا با در نظر گرفتن مواد مختلف که به عنوان کندکننده نوترون به کار میروند، پلی اتیلن انتخاب و ضخامت این کندکننده به گونه ای بهینه گردید که ماکزیمم شار ترمال در خارج از آن به دست آمد. پس از بهینه سازی، مکان های پرتودهی با ماکزیمم شار حرارتی و سریع تعیین شدند. در کلیه قسمت های این طراحی برای شبیه سازی از کد MCNPX استفاده شده است.
واژه های کلیدی: آهنگ دز معادل، چشمه نوترون، حفاظسازی،
.1مقدمه
با کشف نوترون و شناسایی اثرات مخرب آن نه تنها بر روی موجودات زنده بلکه بر روی یک سری ابزارهای اندازه گیری دقیق، محصور کردن این چشمه ها امری ضروری به نظر می رسید. اصول اولیه حفاظسازی یک چشمه نوترون به خوبی شناخته شده است. اگر یک لایه کندکننده نوترونها را حرارتی کند، لایه نازکی از جاذب میتواند آنها را جذب نماید.
از میان چشمه های مختلف مولد نوترون، چشمه های ایزوتوپی مانند آمرسیوم-برلیوم - - 241Am -9Be بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت اصلی این چشمه ها قابل حمل بودن و قیمت پایین آنها در مقایسه با سایر چشمه ها مانند راکتورهای هسته ای است. از شار بهدست آمده از چشمه های ایزوتوپی در زمینه های مختلف از جمله فعالسازی نوترونی [1]، رادیوتراپی و رادیوگرافی [2]، استفاده میشود.
تا کنون کارهای بسیاری در زمینه طراحی حفاظ چشمه های نوترونی صورت گرفته است. در تحقیقات انجام شده توسط دیگران نوترونهای خروجی از چشمه تنها در یک گستره انرژی و برای یک مصرف خاص به کار گرفته شده اند 3]و[4 .در کار حاضر، پارامترهای حفاظ اطراف چشمه Am-Be مانند ضخامت و نوع مواد، بهینه شده اند.
هرچند به خاطر طیف وسیع نوترون های ساطع شده از این چشمه ها، حفاظسازی آنها و به دست آوردن باریکه نوترونی با انرژی خاص مشکل است، انتخاب مناسب مواد و ترتیب قرار گرفتن آنها همراه با ضخامت بهینه سازی شده، امکان دستیابی به مکان هایی با گستره انرژی معین را ساده تر خواهد ساخت. با این کار میتوان علاوه بر پرتودهی عناصر و ساخت رادیوایزوتوپ ها، در سیستم های عکسبرداری نیز استفاده کرد. با اینکه فعالیت چشمه به کارگرفته شده در این تحقیق 5ci است، اصول اولیه بیان شده به چشمه های با فعالیت بیشتر نیز قابل تعمیم است.
.2 نتایج و بحث
شبیه سازی مسئله به وسیله کد محاسباتی MCNPX انجام شده است. چشمه به عنوان یک چشمه نوترون در نظر گرفته شده و میزان دز محاسبه گشته است. برای محاسبه آهنگ دز، چشمه ابتدا به عنوان یک چشمه نوترون خالص شبیه سازی و دز نوترون و فوتون های ثانویه محاسبه گردیده اند. در مرحله بعد چشمه نوترون با یک چشمه فوتون تک انرژی 8/4MeV جایگزین شده و در گامای اولیه تخمین زده شده است.
در هر مرحله از شبیه سازی تعداد کافی ذره اجرا شده تا خطای محاسبات به زیر 1/0 برسد. همچنین گستره انرژی نوترون های حرارتی از صفر تا 5/0 eV و نوترون های سریع از 5/0 تا 100 MeVانتخاب شده است.
از بین موادی که معمولاً در کند سازی نوترون مورد استفاده قرار می گیرند، پلیمرها بسیار مناسبتر هستند. چرا که این مواد عمدتاً از هسته های سبک مانند کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. از بین پلیمرها - PEپلیاتیلن - - CH2 - برای این منظور انتخاب گشته است. علاوه بر این، دوقطعه مخروطی شکل از جنس گرافیت در بالا و پایین کندکننده قرار گرفته که میتوانند نوترون ها را به سطح جانبی استوانه بازگردانند.
پس از بهینه سازی کلیه ضخامت ها، میزان دز در خارج از حفاظ طراحی شده محاسبه گردید. از بین مواد جاذب، ترکیبات بور به خاطر فراوانی بیشتر و تولید عناصر فعال کمتر، مناسب ترند. در این کار کربید بور - - B4C برای محافظت در برابر نوترون مناسب است. پس از این کار توانایی استیل به عنوان جاذب بررسی گردید. پس از بهینه سازی ضخامت های حفاظ، طراحی سایت های پرتودهی بررسی شده است.
هر یک از این سایتها استوانه ای با شعاع2 cm اند. برای به دست آوردن ضخامت بهینه کندکننده، ابتدا با ثابت نگهداشتن ضخامت استوانه در 5/0 سانتیمتر، ضخامت بالا و پایین کندکننده تغییر داده شده و شار در سطح جانبی کندکننده محاسبه گردیده است. با توجه به نتایج شبیه سازی شار حرارتی ابتدا در سطح جانبی استوانه افزایش یافته و سپس کاهش پیدا کرده است. همانگونه که گفته شد، در بالا و پایین چشمه از گرافیت به عنوان بازتابنده استفاده شده است.
در مرحله بعد ضخامت مواد حفاظ محاسبه شده اند. برای این کار سرعت دز نوترون و مجموع گاماهای ثانویه و اولیه برای ترکیبات B4C و استیل SUS304 در فاصله یک متری از چشمه محاسبه شده است. بر اساس نتایج دز با افزایش ضخامت کاهش مییابد. برای بررسی عملکرد این دو ترکیب، آرایش های متفاوتی از آن دو در کنار هم نیز شبیه سازی شده است.
بر اساس شبیه سازی، ترکیبی بترتیب متشکل از دو سانتیمتر SUS304، پنج سانتیمتر B4C و پنج سانتیمتر SUS304 مقدار آهنگ دز کل را به حداقل میرساند. پس از محاسبه ضخامت های مناسب هر لایه، مکانهایی جهت پرتو دهی مشخص گشته اند.
