بخشی از مقاله
1 مقدمه
آنالیز به روش NAA روشی کارا در آنالیز انواع نمونه بصورت کمی وکیفی میباشد. در این روش، در صورتی که فعالسازی با استفاده از نوترونهای حرارتی اتفاق بیفتد، نوترون با انرژی خیلی کم به یک هسته برخورد میکند و یک هسته مرکب برانگیخته را تشکیل میدهد ونهایتاً هستهی برانگیخته به حالت پایه آمده گاما گسیل میکند .آشکارسازی گاماهای آنی گسیل شده (PGNAA)، اطلاعات فواصل ترازهای هستهای عناصر تشکیلدهندهی نمونه مجهول را دراختیار قرار میدهد1] و .[2
در این پژوهش، مطابق هندسـه شـکل (1)، از یک چشمه نوترون Am-Be که در کف آزمایشگاه قرار گرفته برای فعالسـازی نوترونی استفاده شده است. به منظور حذف گاماهای 4/438 MeV چشمه از یک لایه سـرب به ضـخامت 2 میلیمتر اسـتفاده شـده اسـت. همچنین به منظور ممانعت از ورود نوترونهای چشمه به آشــکارســاز از دو لایهپُلیاتیلن با 5 درصــد بور و به ابعاد 50× 50×5 ســانتیمتر اســتفاده شــدهو نهایتاً در حدفاصل پلیاتیلن بوردار و آشکارساز از یک لایه سرب به ابعاد 32× 30×5 سانتیمتر قرار گرفتهاست. مطابق شـکل، آشـکارسـاز سـوسوزن BGO (با ابعاد 3 اینچ در 3 اینچ) در سمت راست و سوسوزن NaI (با ابعاد 3 اینچ در 3 اینچ) در سـمت چپ نمونه قرار دارد. فضای اطراف هر دو آشکارساز نیز به منظور حذف گاماهای زمینه با دیواره سـربی به ضـخامت 5 سـانتیمتر پوشـانده شـده است. آشکارسازها برای زمان زنده 1800ثانیه گـامـاهـای آنی نمونـه را ثبت میکنند. آزمایش برای میزان نمک از 50گرم تا 500گرم در 3/5لیتر آب، تکرار
537
میشـود و با احتسـاب نمونه آب خالص، 52 طیف ثبت میشود. طیفهای مربوط به آشکارساز BGO برای چند درصد مختلف از نمک محلول در آب در شکل (2) نشان داده شده است.
شکل :(1) هندسه مورداستفاده در آنالیز محلول NaCl در آب با استفاده از روش .PGNAA
WATER 100grNaCl 200grNaCl 300grNaCl 400grNaCl 500grNaCl
800
Cl(MeV)715.5
Cl110(MeV).6
600
Channel(chn)
C
(MeV) 3500
439.4 3000
2500
2000
1500
1000
500 400
channelperrateCunt
Water 100grNaCl 200grNaCl 300grNaCl 400grNaCl 500grNaCl
400
H(MeV)223.2 C(MeV)
95.1
200
Channel(chn)
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
channelperrateCunt
شکل :(2) مقایسهی طیف اندازهگیری شده آشکارساز BGO برای مقادیر مختلف NaCl محلول در 3/5 لیتر آب: چپ: محدوده انرژی 0MeVتا 4MeV و راست: محدوده انرژی 4 MeV تا . 8MeV
شکل (3)، طیفهای حاصل از 500 گرم نمک محلول در 3/5 لیتر آب که توسط دو آشکارساز سوسوزن BGO و NaI اندازهگیری شده با هم مقایسه شدهاند. چنانچه مشاهده میشود، نمایش قلهها و تفکیک آنها توسط سوسوزن BGO به مراتب بهتر از سوسوزن NaI انجام میشود.
در شکل (4)، سطح زیر فوتوپیک پرتوی گامای کلر در انرژیهای 6/110MeV و 5/751MeV به صورت تابعی از مقادیر مختلف NaCl محلول در آب برای دو آشکارساز BGO و NaI نمایش داده شده است. سطح زیر فوتوپیک پرتو گامای مربوط به آشکار ساز BGO مقادیر بیشتری را نشان میدهد.
دلیل مشاهده این رفتار را میتوان به بهرهی بالای آشکارسازی سوسوزن BGO نسبت به NaI مربوط دانست [3]
. به همین منظور در مطالعات آتی ارائه شده این مقاله صرفاً از سوسوزن BGO استفاده شده است.
538
20000
NaI Cl223(MeV).2 Cl(MeV)95.1
BGO
channel
Cl(MeV)110.6 Cl(MeV)715.5 C(MeV)439.4 perCount
0
800 600 400 200 0
Channel (chn)
شکل :(3) مقایسهی طیف اندازهگیریشده دو آشکارساز BGO و NaI برای نمونه حاوی 500 گرم NaCl محلول در3/5 لیتر آب.
110000
100000
90000
5.175MeV (BGO)
6.110MeV (BGO) 80000
5.175MeV (NaI)
6.110MeV (NaI) 70000
60000
50000
40000
30000
20000
500 400 300 200 100 0
NaCl (gr)
peakunderarea
شکل :(4) مقایسه سطح زیر فوتوپیک مربوط به گاماهای کلر با انرژیهای 5/715 MeV و 6/110 MeV که با استفاده از دو آشکارساز BGO و NaI اندازهگیری شده است.
.2 مطالعات شبیهسازی
چیدمان اندازهگیری شکل 1)با) استفاده از کُد مونتکارلوی MCNPX در وضعیت Mode n p شبیهسازی شده و طیف گامای آنی نمونه حاوی 500گرم نمک محلول در آب و ثبت شده در آشکارساز BGO با استفاده از تالی F8 محاسبه میشود (شکل .((5) علت اختلاف بین طیف شبیهسازی و تجربی را می توان به گامای چشمه نوترون Am-Be و نیز گاماهای زمینه و نوفه الکترونیک نسبت داد. عدم اطلاع کافی از عناصر و درصد بکاررفته در اجزاء چیدمان آزمایش (مانند سیمان کف و پلیاتیلن بکار رفته) نیز میتواند منشاء دیگری برای اختلاف باشد.
