بخشی از مقاله
چکیده :
در این مقاله سعی شده است که با استفاده از تکنیک مونت کارلونحوه عملکرد آشکار ساز تخت CR-39 درفضای باز ناشی از فعالیت رادن و دختران آن بررسی شده وپارامتر های عملی آن بهینه شوند . باتصادفی فرض کردن موقعیت وزاویه ارسال ذرات آلفای رادن ودختران آن حجم فضای فعال اطراف فیلم CR-39 مشخص شده و طیف انرژی و زاویه ای ذرات آلفای فرودآمده بر صفحه فیلم بدست آمده است .
از داده های نرم افزار SRIM 2008 برای بررسی چگونگی و میزان نفوذ ذرات آلفا در فیلم CR-39 استفاده شده وفعالیت دختران رادن بصورت واقعی درنظر گرفته شده است. رابطه چگالی رد وتوزیع فضایی آلفای رادن ودختران آن نیز بدست آمده است .. اگر هدف شمارش رد ذرات آلفا در CR-39 باشد ضخامت مناسب برای لایه برداری 25μm خواهد بود . در این عمق میزان افت و خیز چگالی رد در واحد طول خیلی کم است . در محاسبه رابطه انرژی ذرات آلفا ی رادن ودختران آن با مسافت طی شده از یک روش ابتکاری استفاده شده است .
مقدمه:
آَشکار سازهای حالت جامد - SSNTDs - کاربرد زیادی در تمام شاخه های علوم وتکنولوژی دارند و بهترین گزینه برای اندازه گیری غلظت رادن درفضای باز محسوب میشوند . [1 ] مطالعه انرژی و زاویه فرود آمدن ذرات آلفای ناشی ازفعالیت رادن ودختران آن درهوا بر فیلم CR-39 و اطلاعات نفوذ آنها در فیلم CR-39 درحالت واقعی یکی از ابزارهای مهم جهت اندازه گیری غلظت رادن می باشد .
طیف ذرات آلفای رادن و دختران آن اندازگیری و شبیه سازی شده است [5] در طیف آلفای شبیه سازی شده توسط هیچ شباهتی تا انرژیهای 5Mev با طیف اندازگیری شده مشاهده نمیشود. در این مقاله سعی بر این است تا با استفاده از روش مونت کارلو این عیب برطرف شود . چگالی رد آلفا درفیلم CR-39 در عمق مناسب خورش نیز کمیت مهمی برای محاسبه غلظت رادن است .عمق مناسب خورش عمقی است که تغییرات چگالی رد در واحد طول در آن عمق افت و خیز زیادی نداشته باشد .
قبلا با استفاده از روش مونت کارلو چگونگی انجام خورش شیمیایی فیلم بر اساس معادلات سرعت خورش بررسی وشبیه سازی شده است .[7,14] همچنین بهره آشکار سازی و بهره خورش شیمیایی توسط فیلم CR 39 برای نوترونهای سریع با استفاده از سطح مقطع بر همکنش هیدروژن ,کربن و اکسیژن نیز شبیه سازی شده است [13] .هیچ گزارشی تا کنون عمق مناسب خورش را معرفی نکرده است . با مشخص بودن زمان بهینه خورش عمق مناسب خورش قابل محاسبه است . با رسم چگالی رد در ضخامت های مختلف فیلم CR 39 سعی میشود که این عمق مناسب معرفی شود.
روش محاسبه برد و انرژی ذرات آلفادر فاصله d از محل گسیل با استفاده از داده های Stopping power وبا استخراج ضرایب 16 گانه معادله fit شده بر این داده ها و معرفی کد خاص محاسباتی توسط Nikezic et al ارائه شده است[12] .در این مقاله سعی شده است تا با معرفی روشی جدید و کارامد برد و انرژی ذرات آلفادر فاصله d از محل گسیل محاسبه شود. در شبیه سازی های انجام شده از اعداد تصادفی با توزیع زاویه ای گوسی برای توصیف ذرات آلفا استفاده شده است .[6] ولی هیچ گزارشی از توزیع زاویه ای ذرات فردوی تا کنون ارائه نشده است .
در این مقاله سعی میشود تا توزیع زاویه ای ذرات فردوی شبیه سازی شود . از نرم افزار Origin pro8 جهت رسم , fit کردن و تحلیل داده ها استفاده شده است. جهت شبیه سازی رد ذرات آلفا با انرژی مختلف که از فضای اطراف فیلم CR 39 در زاویه های مختلف توسط رادن و دختران آن گسیل میشود به داده های Stopping power نیاز است که سعی شده است از نرم افزار SRIM2008 جهت استخراج این داده ها استفاده شود. این نرم افزار مناسب ترین کد درمقایسه با کدهایICRU وFLUKA و..... می باشد .[3,4] بنظر میرسد که نتایج این شبیه سازی که در قسمت های بعدی خواهد آمد اطلاعات محققین را در زمینه نحوه عملکرد فیلم CR 39 افزایش خواهد داد.
محاسبه برد و انرژی ذرات آلفا در فاصله d از محل گسیل در هوا
اگر رادن یا یکی از دختران آن که در فاصله d از فیلم CR 39 قرار دارد ذره آلفایی با انرژیE1 گسیل کند آلفای گسیل شده با انرژی E2 به فیلم برخورد خواهد کرد - در صورتیکهd≤ R که R برد ذره آلفا در محیط است - . بعد از طی مسافت d انرژی ذرات آلفا در هوا با استفاده از داده های SRIM2008وبا منطق زیر - که روشی کاربردی تر از روش تعیین ضرایب 16 گانه میباشد - [12] قابل محاسبه است .
داده های ورودی و نکات کاربردی :
دراین روش ضریب تعادلی - - equilibrium factor بین فعالیت رادن ودختران آن برای 218Po برابر 0.723 و برای214Po برابر 0.217 درنظرگرفته شده است.[2] یکی از مواد موجود درنرم افزار SRIM 2008 مشخصات فیلم CR-39 می باشد که با اطمینان میتوان از داده های آن استفاده کرد. انرژِی ذرات آلفا رادن بصورت زیر گزارش شده است : Rn - 5.49 Mev - ، 214Po - 7.69Mev - 218Po - 6.0Mev - به علت اینکه رادن یک گاز نجیب است اتمهای آن بصورت یکنواخت وهمگن در هوا درحالت متعادل توزیع می شوند.
Rn به عنوان گسیل دهنده آلفا درمحیط بصورت همگن وجود دارد درحالیکه گسیل دهنده 218Po و 214Po به تدریج روی سطوح می نشیند .درصورتیکه غلظت ثابت باشد به علت حرکت آرام دختران رادن برای نشستن روی سطوح می توان توزیع آنها را نیز درفضا یکنواخت فرض کرد . درحالت کلی درحدود 100% از 214Po و 20% از 218Po روی سطوح می نشیند. به علت کوتاه بودن طول عمرآنها درصد خیلی زیادی ازاین مولفه ها قبل از نشستن آلفا خود را گسیل خواهند کرد .
شبیه سازی مونت کارلو :
برا ی شبیه سازی اتفاقاتی که برای ذره آلفا در فضای اطراف و داخل فیلم CR-39 می افتد بصورت زیر عمل می کنیم . ابتدا یک نقطه تصادفی داخل فضای فعال ایجاد می کنیم - شکل . - - 2 - ازاین نقطه ذره آلفایی دریک جهت تصادفی که با دوزاویه تصادفی θوφ مشخص می شود گسیل می شود . شکل - : - 2هندسه تخت استفاده شده برای شبیه سازی.x1,y1,z1,θ وφ بصورت تصادفی تولید میشوند.فاصله dنیز تصادفی خواهد بود.اطراف فیلم باندازه برد ذره آلفا - - R گسترش داده شده است اگر مسیر طی شده توسط ذره آلفا کوچکتر ازبرد آنها درمحیط باشد با انرژی کمتر از انرژی اولیه وتحت زاویهθ به سطح آشکار ساز خواهد رسید .
