بخشی از مقاله
چکیده
در مقالهی پیش رو، طراحی مفهومی بخش هستهای یک سامانه جستجوگر چشمهی گامازای نقطهای مفقود شده در یک محیط بسته شامل 4 آشکارساز سوسوزن NaI - Tl - یکسان ارائه میشود که علاوه بر انرژی، تشخیص چشمه و موقعیت مکانی - در دو بعد - ، قادر به تعیین اکتیویتهی چشمه بدون استفاده از دادههای منحنیهای کالیبراسیون بازدهی است. محدودهی انرژی مد نظر بین 50keV تا 3MeV است.
دقت 5درجهای در موقعیت زاویهای، خطای کمتر از3 درصد در تعیین موقعیت مکانی و همچنین خطای کمتر از 8درصد در تعیین اکتیویتهی مجهول در فواصل کمتر از 2متر از ویژگیهای این سامانه میباشد. این طرح با استفاده از کد MCNPX2.6 درحضور چشمهی 137Cs شبیهسازی شده و با توجه به بهرهگیری از شمارش زیر قلهی انرژی در تعیین موقعیت زاویهای، قابل تعمیم به چشمههای دیگر است.
مقدمه
نقطهی قوت این کار آن است که با توجه به نامعلوم بودن مکان چشمه،امکان استفاده از دادههای منحنی کالیبراسیون بازدهی به صورت مستقیم وجود ندارد لذا، بر اساس حرکت خود سامانه و بدون نیاز به دانستن مکان حضور چشمه علاوه بر انرژی و موقعیت مکانی، اطلاعات دقیق اکتیویتهی چشمهی مفقودشده نیز تعیین میشود.
مواد و روشها
واژهی چشمهی مفقودشده، در حالت کلی به یک چشمهی رادیواکتیو که در یک حجم بسیار کوچک مُهروموم شده است اطلاق میگردد که مکان آن نامعلوم است و تحت نظارت خاصی از سوی کاربر نیست. در طرحهایی که تاکنون به عنوان جستجوگر چشمه ارائه شده است، با استفاده از شمارش زیر قلهی انرژی - شمارش فوتوپیک - یا شمارش کل زیر طیف انرژی، و با توجه به شمارش نسبی هر یک از آشکارسازها نسبت به یکدیگر و یا بررسی قانون عکس مجذوری در چندین نقطه از محیط، موقعیت زاویهای و مکانی چشمهی مفقودشده تعیین میشود3 ]؛.[8 احتمال اندرکنش فوتوالکتریک - - متناسب با است که Z عدد اتمی مادهی جاذب - هدف - و E انرژی پرتوی گامای فرودی است و هرچه مادهی جاذب دارای چگالی بیشتری نیز باشد، احتمال ایجاد اندرکنش فوتوالکتریک در آن بالاتر است.
به منظور افزایش احتمال اندرکنش فوتوالکتریک، آشکارسازی باید انتخاب گردد که دارای چگالی و عدد اتمی نسبتاً بالا، در عین حال رایج باشد و نیز دسترسی به آن آسان و از نظر هزینه ارزانقیمت باشد. بدینترتیب آشکارساز سوسوزن استوانهای NaI - Tl - انتخاب شد که ضمن دارابودن ویژگیهای فوق، دارای بازدهی نوری بالا و قدرت تفکیک انرژی مناسبی نیز هست. با توجه به این که انرژی چشمههای رادیوایزوتوپی گاما بین چند ده keV تا 3MeV است، لذا طول و قطر 2 اینچ برای آشکارسازی این محدوده انرژی مناسب خواهد بود.
1: بلور سوسوزن :2 NaI - Tl - آلومینیوم 13 به ضخامت 1میلیمتر :3 سلول معادل تیوب تکثیرکنندهی نور - - PMT و دیگر ادوات الکترونیکی آن این سامانه ابتدا با گامهای 30درجهای محیط پیرامون خود را پایش میکند و در هر گام به مدت 10ثانیه، شمارشهای زیر قلهی انرژی ناشی از چشمهی مفقود شده را ثبت میکند. سپس بر اساس رفتار و پاسخ هر یک از آشکارسازها، محدودهی زاویهای قرارگیری چشمه در یک بازهی 30درجهای تعیین میگردد.
بعد از مشخص شدن موقعیت زاویهای چشمه در یک بازهی 30درجهای، سامانه میتواند با اسکنکردن این بازهی 30 درجهای با گامهای پنجدرجهای، موقعیت زاویهای چشمه را با دقت زاویهای پنج درجه تعیین کند. لذا حداکثر خطای رخداده در تعیین موقعیت زاویهای برابر با پنج درجه است که این خطا در تعیین موقعیت مکانی چشمهنیز مؤثّر خواهد بود. با مشخص شدن موقعیت زاویهای چشمه، میتوان با اندازهگیری تعداد پرتوهای ثبت شده در آشکارساز در دو نقطهی متفاوت روی خط واصل آشکارساز و چشمه، موقعیت مکانی چشمه را نیز برآورد کرد.
نتایج
نمونه ای از تابع پاسخ آشکارساز در حضور یک چشمهی 137Cs در فاصلهی 2متری از مرکز این سامانه و همسطح با محور مرکزی استوانهی آشکارساز در شکل 3 نمایش داده شده است. در جدول 1 رفتار کیفی هر یک از آشکارسازها بر حسب زاویه ارائه شده است. به عنوان مثال، در شکل 3 الف، در زوایای صفر تا 30 درجه، شمارش زیرقلهی انرژی آشکارساز اول و سوم بیشینه، آشکارساز دوم رو به افزایش و آشکارساز چهارم رو به کاهش است.
همچنین با توجه به اثر هر یک از آشکارسازها روی شمارش یکدیگر - اثر سایه - میتوان نتیجه گرفت که چشمهی مفقودشده در موقعیت زاویهای صفر تا 30 درجه قرار گرفته است. بعد از مشخص شدن موقعیت زاویهای چشمه در یک بازهی 30درجهای، سامانه می تواند با اسکن کردن این بازه 30 درجه ای با گامهای پنجدرجهای، موقعیت زاویهای چشمه را با دقت زاویهای پنج درجه مشخص تعیین کند.
