بخشی از مقاله
چکیده:
با استفاه از کد MCNPX، برد ذره میون با انرژیهای مختلف در آشکارساز سوسوزن پلاستیک محاسبه شد. میزان انرژی برجای گذاشته میون و طیف پالس میون در ضخامتهای مختلف آشکارساز سوسوزن پلاستیک بدست آمد. بر اساس نتایج محاسبه شده، میونهای کم انرژی در هر سانتیمتر آشکارساز سوسوزن پلاستیک انرژی بیشتری از دست میدهند و میونهای پر انرژی به طور میانگین در هر سانتیمتر، 2 MeV انرژی به جای میگذارند.
مقدمه:
میونها ذرات بارداری هستند که حدود 107 برابر الکترون جرم دارند. میونها در ارتفاع حدود 15 km جو زمین در اثر اندرکنش پرتوهای کیهانی، اغلب توسط پروتونهای پر انرژی کیهانی، تولید میگردند. میونها دارای بار مثبت و منفی بوده که به طور متوسط میانگین عمر آنها 2/2 ʽs میباشد. میونها با عبور از جو به سطح زمین رسیده و طیف انرژی آنها تا چند GeV نیز میرسد
این ذرات باردار پر انرژی، علاوه بر اندرکنش با مواد مختلف در محیط آزمایشگاه، در آشکارساز نیز انرژی به جای گذاشته و سبب افزایش طیف ناخواسته زمینه خواهند شد. به دلیل پر انرژی بودن آنها، حفاظسازی بسیار پیچیده برای کاهش اثر آنها نیاز است. همچنین استفاده از مواد حفاظ سبب تولید ذرات ثانویه نظیر، الکترون، گاما، نوترون و ... میگردند که طیف زمینه را افزایش میدهند. لذا لازم است اثر این ذرات در طیف آشکارساز مورد توجه قرار گیرد. این موضوع در پژوهشهایی نظیر آشکارسازی آنتینوترینو که سطح مقطع اندرکنش بسیار پایینی دارند، دارای اهمیت بالایی میباشد. در آشکارسازی آنتی نوترینو، غالبا از آشکارسازهای سوسوزن پلاستیک و یا سوسوزن مایع به عنوان محیط آشکارسازی استفاده میشوند
همچنین در سیستمهای پایش مواد رادیواکتیو، به دلیل مقرون به صرفه بودن از آشکارسازهای سوسوزن پلاستیک بزرگ استفاده میگردد .[5 ] اندرکنش میون با سوسوزن پلاستیک - یا مایع - علاوه بر تولید ذرات ثانویه، میتواند سبب ایجاد زمینه در طیف ارتفاع پالس گردد. بنابراین لازم است سهم انرژی به جای گذاشته شده این ذره در طیف مورد توجه قرار گیرد. در این تحقیق با استفاده از کد MCNPX، انرژی به جای گذاشته شده میونهای تک انرژی و طیف انرژی میون، در آشکارساز سوسوزن پلاستیک محاسبه گردید و برد برون یابی شده [6] و انرژی به جای گذاشته شده میون در محیط این آشکارساز تعیین شد.
روش کار:
از کد شبیهسازی مونت کارلو MCNPX برای انجام محاسبات استفاده شد و اتلاف انرژی میون در عبور از آشکارسازهای پلاستیک بر اساس دو روش شبیهسازی مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله اول، یک بلوک سوسوزن پلاستیک به طول و عرض 10 cm× 10 cm متشکل از چندین لایه با ضخامت یکسان شبیهسازی شد. ضخامت هر سوسوزن مورد شبیهسازی، در جدول 1 ذکر شده است. طیف انرژی و تعداد ذرات میون که از هر لایه عبور میکند با تالی F1 محاسبه شد و میانگین انرژی هر لایه بدست آمد.
سپس اختلاف آن با میانگین انرژی لایه بعد و در نتیجه مقدار انرژی که میون در هر لایه از دست داده محاسبه شد. با استفاده از این محاسبات، ضخامت سوسوزن پلاستیک برای توقف کامل میون با انرژی مشخص به عنوان برد میون بدست آمد. در مرحله دوم، چندین بلوک سوسوزن پلاستیک با ضخامت مختلف با طول و عرض 10 cm× 10 cm شبیهسازی شد - شکل - 1 و با استفاده از تالی F8، طیف ارتفاع پالس حاصل از عبور میون از هر بلوک آشکارساز بدست آمد. نتایج محاسبات با خطای کمتر از یک درصد گزارش شده است.
شکل .1 هندسهشبیهسازی شده برای محاسبه ارتفاع پالس در ضخامتهای مختلف آشکارساز سوسوزن پلاستیک
برای بررسی تاثیر انرژی میون فرودی بر نتایج، علاوه بر آنکه طیف انرژی میون در سطح دریا [7] به عنوان چشمه تعریف شد - شکل - 2، ذره فرودی به صورت میون تک انرژی با انرژیهای مختلف انتخاب شد تا تفاوت رفتار میون بر اساس انرژی فرودی آن بررسی شود. چشمه میون به صورت موازی به سطح آشکارساز تابانده شد. برای شبیهسازی ذرات پر انرژی، کارت فیزیک ذرات نظیر میون، تغییر داده شده تا امکان ترابرد آنها میسر گردد.
