بخشی از مقاله
چکیده:
با طراحی یک باریکه نوترون حرارتی جهت استفاده در پرتونگاری نوترونی، میتوان کاربردهای راکتور MNSR اصفهان را توسعه داد. با توجه به محدودیتهای فیزیکی MNSR، دو طراحی عمودی و مایل برای همسوکننده در نظر گرفته شد. به منظور کاهش انرژی نوترونها یک ستون حرارتی از جنس آبسنگین در پشت تانک راکتور قرار داده شد. تمامی طراحیها با در نظر گرفتن حداقل تغییرات در راکتور MNSR اصفهان انجام شده است. نتایج نشان دادند که میتوان باریکه مناسب نوترون حرارتی با شار1 به دست آورد. قطر باریکه خروجی و نسبت همسوکنندگی - L/D - است.
مقدمه :
در پرتونگاری با استفاده از نوترونهای به خوبی همراستا شده، هم پراکندگی و هم جذب نوترونها میتواند در شدت باریکه نوترونی خروجی از جسم اثر بگذارد، لذا برخلاف اشعه ایکس نوترون میتواند در مواد سبک مثل هیدروژن به علت پراکندگی و در موادی مثل بور و کادمیوم به علت جذب، عکسهایی با کنتراست بالا تولید کند. اهمیت ویژه دیگر پرتونگاری نوترونی آزمایش مواد رادیواکتیو بهخصوص سوختهای هستهای میباشد. بازرسی سرامیکها و مواد کامپوزیت، پیدا کردن خوردگی آلیاژهای آلومینیوم و بازرسی از تیغههای توربین موتور هواپیما نمونههایی از کاربردهای مهم پرتونگاری نوترونی است. تشخیص انواع رادیوایزوتوپها، بررسی چگالی مواد، بررسی موتور هواپیما، بررسی مواد منفجره، بررسی لایههای چسبنده در مواد کامپوزیت و پلیمرها، بازرسیهای کنترل کیفیت، بررسی میکرو/نانوشکافها و بررسی تغییر شکل فلزات از کاربردهای دیگر پرتونگاری نوترونی میباشند. ،
نسبت شار حرارتی به دز برای تصویربرداری ایدهآل با زمان مناسب، شار حرارتی حدود 1 .s 2 n.cm 6 10 گامای بالای - 1 .mR 2 - n.cm 105، نسب شار حرارتی به شار کل - TNC - بالای 50 درصد، باریکه نوترونی
تقریبا یکنواخت - تغییرات شار کمتر از 5 درصد - با قطر بزرگتر از 20 سانتیمتر در محل تصویربرداری و زاویه واگرایی کمتر از 4 درجه - 2 < 40 - توصیه شده است. توزیع زاویهای شار نوترونی در خروجی همسوکننده به طول همسو کننده - L - و قطر دیافراگم آن - D - بستگی دارد. نسبت L/D یک پارامتر مشخصه هر همسوکننده است و هرچه این نسبت بزرگتر باشد، شدت شار خروجی کمتر ولی قدرت تفکیکپذیری بیشتر میشود. نسبت L/D 90 برای توزیع یکنواخت شار در محل نمونه توصیه شده است .
تاکنون طراحی و ساخت سیستم نوترون پرتونگاری، برای چندین راکتور تحقیقاتی با توان متوسط انجام شده است .[14-9] در جدول شماره یک مشخصات سیستمهای پرتونگاری نوترونی تعدادی از راکتورهای توان متوسط با هم مقایسه شده است. همانطوری که ملاحظه میشود شار نوترونهای حرارتی در همه راکتورهای
اشاره شده بالای1 .s 2 n.cm 6 10 است.
جدول شماره : - 1 - مقایسه سیستمهای پرتونگاری نوترونی تعدادی از راکتورهای توان متوسط
راکتورهای تحقیقاتی با توان پایین به علت ایمنی ذاتی بالا ، بهرهبرداری راحت و قیمت پایین برای پرتونگاری نوترونی و آنالیز به روش فعالسازی نوترونی مفید هستند. مشخصات سیستمهای پرتونگاری نوترونی تعدادی از راکتورهای تحقیقاتی توان پایین در جدول شماره دو با هم مقایسه شده است
جدول شماره : - 2 - مقایسه سیستمهای پرتونگاری نوترونی تعدادی از راکتورهای توان پایین
روش کار :
برای شبیهسازی 3 بعدی راکتور MNSR از کد MCNP استفاده شد. در هر شبیهسازی از 30 سیکل غیرفعال و 100 سیکل فعال استفاده شده است. در هر سیکل 1000000 ذره دنبال شده است. شبیهسازیها در دمای 15 درجهی سانتی گراد انجام شده است. برای بدست آوردن شار مطلق از ضریب تبدیل 2/53*1015 استفاده شده است. مرکز قلب بهعنوان مبدأ در نظر گرفته شد.
برای به دست آوردن یک باریکه نوترونی مناسب برای پرتونگاری نوترونی به باید یک شکلدهنده باریکه متناسب با ویژگیهای منبع تولید نوترون طراحی گردد. شکلدهنده باریکه میتواند از اجزای مختلفی مثل فیلتر نوترون و گاما، همسوکننده، پوشش دیواره و ستون حرارتی تشکیل شود که ممکن است با توجه به نوع منبع به تعدادی از آنها نیازی نباشد
منبع تولید نوترون در این پژوهش راکتور MNSR اصفهان است. راکتور MNSR اصفهان یک راکتور تحقیقاتی پیشرفته و کوچک از نوع تانک استخری با توان 30 کیلووات است که برای آموزش کارکنان، تولید برخی از رادیو ایزوتوپها و آنالیز به روش فعالسازی نوترونی ساخته شده است. سوخت این راکتور ترکیبی از آلومینیوم و اورانیوم با غنای 90/2 درصد است. در این راکتور از آب بهعنوان کندکننده و خنککننده استفاده شده است. این راکتور شامل یک بازتابنده بریلیومی جانبی باضخامت 10/2 سانتیمتر و یک بازتابنده بریلیومی تحتانی باضخامت 5/1 سانتیمتر میباشد. این راکتور دارای 343 میله سوخت است که در ده دایره هممرکز مطابق شکل 1 چیده شدهاند.
