مقدمه

برای کاهش اثرات مداخله کننده های طبیعی در اندازه گیری پرتوزایی آلفا ، روش های گوناگونی پیشنهاد و اجرا شده است. روش هایی که که اخیرا در بعضی از سیستم های جدید در پیش گرفته شده است مبتنی بر افزایش قدرت تفکیک آشکارسازها ی آلفا در محیط خارج از خلا ء و در شراط نرمال در فشار یک اتمسفر است. یکی از این روش ها ، استفاده از یک موازی کننده (collimator) در مسیر رسیدن ذرات آلفا به آشکارساز سیلیکونی ) pipe detector) است. هر چند که این روش باعث کاهش راندمان آشکارسازی می شود ولی قدرت تفکیک آشکارساز افزایش قابل ملاحظه ای می یابد. بیش از ۵۰ درصد از پرتو گیری بشر بر روی زمین ناشی از فعالیت رادن طبیعی موجود در هوا و دختران بتازا و آلفا زای آن (۲۱۴po:7,7 Mev , 212po:8,9 Mev , 218po:6,0 Mev) است از طرفی انرژی ذرات آلفای گسیل شده از مهمترین ذرات آلفازای مصنوعی یعنی ۲۴۱Am ، ۲۳۹ pu ، ۲۳۳u ، به ترتیب ۵,۵ Mev ، ۵,۲ Mev و ۴,۸ Mev است. [۱ ] بنابراین پهن شدگی ناشی از عناصر آلفا زای طبیعی مانع از آشکارسازی هسته های آلفازای مصنوعی توسط آشکارساز سیلیکونی می شود. در این تحقیق سعی شده است تداخل ناشی از گستردگی طیف آلفای حاصل از عناصر آلفازای طبیعی به حداقل ممکن کاهش داده شود.

-۱ روش کار

آشکارسازی که در این تحقیق استفاده شده است، از نوع ultra CAM Ortec با مساحت موثر ۹۰۰mm2 می باشد. این نوع آشکارسازهای سیلیکونی برای شمارش و اسپکتروسکوپی ذرات آلفا روی فیلتر توسط پایش پیوسته هوا بکاربرده می شود. مطابق شکل [ ۲ ] ۱- ۱یک عدد موازی ساز از جنس آلومینیوم طراحی شده است.

۶۱

شکل ۱-۱ .شماتیک روش اندازه گیری ذرات آلفا در فشار هوای محیط ، سمت چپ بدون استفاده از کلیماتور و و سمت راست با بکارگیری آن[ ۲ ]

این کلیماتور دارای ضخامت b=5, 80 mm است. قطر حفرها (شش ضلعی) ۳,۴۳ mm و ضخامت دیوار ها از محدوده ی ۱۲۰-۱۸۰ میکرون می باشد.این جزئیات در شکل ۱-۲ نشان داده شده است.

شکل . ۱- ۲ هندسه ساده یک سلول کلیماتور

طیف سنجی آلفا با قراردادن کلیماتور در جلوی آشکارساز و بدون استفاده از آن انجام شد. ابتدا کلیماتور در مقابل آشکارساز نیمه هادی بدون فاصله قرار داده شد. پیشرفت قابل توجهی در قدرت تفکیک با وجود کلیماتور بدست آمد، اما در مورد بهره ی آشکارسازی بدلیل حذف پرتوهای پراکنده شده که به دیواره برخورد کرده کاهش می یابد. مطابق شکل ۱-۲ ذرات پراکنده ورودی با زاویه ی وکوچکتر از آن که از سطح مشخصی گسیل می شوند و در دیواره ی سلول کلیماتور جذب نشده اند، به سطح آشکارساز خواهند رسید ولی ذراتی با زاویه ی بیشتر از آن در برخورد با دیواره ی کلیماتور جذب خواهند شد. در نتیجه این دو دسته از ذرات یعنی ذراتی با زاویه ی کمتر از بتا که خارج از سطح مشخص گسیل شده اندو ذراتی با زاویه ی بزرگتر از بتا که هر دو در دیواره ی سلول جذب می شوند منجر به کاهش راندمان می شوند. برای بهبود راندمان لازم است که قطر سلول ها بزرگتر درنظر گرفته شود، تا آن دسته از ذراتی که با زاویه ی کمتر از بتا وارد می شوند و به دیواره برخورد می کنند نیز به سطح آشکارساز برسند، به این ترتیب از سهم پرتو هایی که به واسطه جذب در دیواره کلیماتور منجر به کاهش راندمان می شوند کاسته خواهد شد.

در شکل ۱-۳ تأثیر این روش در افزایش قدرت تفکیک به خوبی مشخص شده است که البته با کاهش راندمان توام است.

۶۲

شکل ۱-۴ .قله های مربوط به دختران رادن حاصل از چشمه Rn-190 شکل .۱-۳ افزایش قدرت تفکیک با استفاده از کلیماتور

در شکل ۱-۴ می توان اثر این روش در جداسازی قله های مربوط به دختران رادن حاصل از چشمه Rn-190 رابه خوبی مشاهده کرد.
همچنین در شکل ۱-۵ نیز تأثیر کلیماتور بر طیف جمع آوری شده در حین عبور هوا از فیلتر و انباشته شدن ذرات معلق بر روی آن مشاهده می شود. به خوبی دیده می شود که در شکل ۱-۴ در ناحیه ی مربوط به دختران تورون هیچ اثری از روی هم افتادگی پالسها به چشم نمیخورد، زیرا تنها از چشمه رادن استفاده شده بود . در حالیکه در شکل ۱-۵ دختران تورون موجود در هوا به خوبی تشکیل یک قله در انتهای سمت راست طیف را داده اند.

شکل ۱-۵ تاثیر آشکارساز بر طیف جمع آوری شده در حین عبور هوا از فیلتر و انباشته شدن ذرات معلق بر روی آن را نشان می دهد.

برای مقایسه کیفی اثر کلیماتور بر روی طیف جمع آوری شده از فیلتر ، دو طیف که مدت زمان هر دوی آنها ۸ است در شکل ۱-۶ آورده شده است.

شکل . ۱- ۶ مقایسه کیفی اثر کلیماتور بر روی طیف جمع آوری شده از فیلتر

-۲ نتایج و محاسبات

۶۳

علیرغم کاهش راندمان در استفاده از کلیماتور زمانی که قدرت تفکیک انرژی اهمیت داشته باشد استفاده از آن بدرستی توصیه شده است. بازده آشکارساز با استفاده از یک چشمه استاندارد (۰,۰۹µCi ) 241Am در حدود ۲۸/۸ درصد اندازه گیری شد و در صورتی که تنها ناحیه ۳MeV تا ۵/۵MeV در اندازه گیری لحاظ شود، راندمان برای آشکارساز تقریبا معادل ۲۷/۱ درصد محاسبه می شود. دراین حالت مساحت سطح زیر پیک در حدود ۲۷۰۶۰۰ شمارش در زمان ۳۰۰ ثانیه میباشد.

شکل-۲-۱ تعیین راندمان مجموعه آشکارساز برای ذرات آلفا در ناحیه ۳ تا ۵/۵ مگاالکترون ولت (سمت چپ با استفاده از کولیماتور)

در صورتی که ازکولیماتور استفاده شود مجموع سطح زیر پیک در مدت ۳۰۰ ثانیه به حدود ۱۸۵۰۰ شمارش کاهش میابد که بیانگر راندمانی در حدود ۱/۸۵ در صد میباشد.

در شکل ۲-۲ .با استفاده از نرم افزار aptec قدرت تفکیک انرژی ( FWHM) بر حسب درصد برای چشمه Am-241 در دو حالت بدون کلیماتور و با بکارگیری آن محاسبه و درج شده است. استفاده از کلیماتور قدرت تفکیک انرژی را حدود چهار برابر بهتر می کند

شکل . ۲- ۲ قدرت تفکیک انرژی برای Am241

برای کاهش تداخل ناشی از عناصر آلفازای طبیعی همانگونه که در شکل ۲ – ۲ مشاهده می شود. قدرت تفکیک انرژی برای po-214 (7,7Mev) و((po218 6 Mev به ترتیب ۲,۵۳ و۱,۷۹ درصد محاسبه شده است.این میزان قدرت تفکیک با توجه به اینکه در ناحیه ۵,۵- ۳ Mev طیف آلفا تداخل بسیار اندکی بوجود می آورد،لذا امکان آشکارسازی عناصر آلفازای طبیعی را به شدت بهبود می بخشد. [ ۳ ]