۱ 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 میدهد۱] و .[۲

در این پژوهش، مطابق هندسـه شـکل (۱)، از یک چشمه نوترون Am-Be که در کف آزمایشگاه قرار گرفته برای فعالسـازی نوترونی استفاده شده است. به منظور حذف گاماهای ۴/۴۳۸ MeV چشمه از یک لایه سـرب به ضـخامت ۲ میلیمتر اسـتفاده شـده اسـت. همچنین به منظور ممانعت از ورود نوترونهای چشمه به آشــکارســاز از دو لایهپُلیاتیلن با ۵ درصــد بور و به ابعاد ۵۰× ۵۰×۵ ســانتیمتر اســتفاده شــدهو نهایتاً در حدفاصل پلیاتیلن بوردار و آشکارساز از یک لایه سرب به ابعاد ۳۲× ۳۰×۵ سانتیمتر قرار گرفتهاست. مطابق شـکل، آشـکارسـاز سـوسوزن BGO (با ابعاد ۳ اینچ در ۳ اینچ) در سمت راست و سوسوزن NaI (با ابعاد ۳ اینچ در ۳ اینچ) در سـمت چپ نمونه قرار دارد. فضای اطراف هر دو آشکارساز نیز به منظور حذف گاماهای زمینه با دیواره سـربی به ضـخامت ۵ سـانتیمتر پوشـانده شـده است. آشکارسازها برای زمان زنده ۱۸۰۰ثانیه گـامـاهـای آنی نمونـه را ثبت میکنند. آزمایش برای میزان نمک از ۵۰گرم تا ۵۰۰گرم در ۳/۵لیتر آب، تکرار

۵۳۷

میشـود و با احتسـاب نمونه آب خالص، ۵۲ طیف ثبت میشود. طیفهای مربوط به آشکارساز BGO برای چند درصد مختلف از نمک محلول در آب در شکل (۲) نشان داده شده است.

شکل :(۱) هندسه مورداستفاده در آنالیز محلول NaCl در آب با استفاده از روش .PGNAA

WATER 100grNaCl 200grNaCl 300grNaCl 400grNaCl 500grNaCl

۸۰۰

Cl(MeV)715.5
Cl110(MeV).6

۶۰۰

Channel(chn)

C
(MeV) 3500

۴۳۹٫۴ ۳۰۰۰

۲۵۰۰

۲۰۰۰

۱۵۰۰

۱۰۰۰

۵۰۰ ۴۰۰

channelperrateCunt

Water 100grNaCl 200grNaCl 300grNaCl 400grNaCl 500grNaCl

۴۰۰

H(MeV)223.2 C(MeV)
95.1

۲۰۰

Channel(chn)

۳۰۰۰۰

۲۵۰۰۰

۲۰۰۰۰

۱۵۰۰۰

۱۰۰۰۰

۵۰۰۰

۰

channelperrateCunt

شکل :(۲) مقایسهی طیف اندازهگیری شده آشکارساز BGO برای مقادیر مختلف NaCl محلول در ۳/۵ لیتر آب: چپ: محدوده انرژی ۰MeVتا ۴MeV و راست: محدوده انرژی ۴ MeV تا . ۸MeV

شکل (۳)، طیفهای حاصل از ۵۰۰ گرم نمک محلول در ۳/۵ 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 (۴)، سطح زیر فوتوپیک پرتوی گامای کلر در انرژیهای ۶/۱۱۰MeV و ۵/۷۵۱MeV 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 [۳]

. به همین منظور در مطالعات آتی ارائه شده این مقاله صرفاً از سوسوزن BGO استفاده شده است.

۵۳۸

۲۰۰۰۰
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 :(۳) مقایسهی طیف اندازهگیریشده دو آشکارساز BGO و NaI برای نمونه حاوی ۵۰۰ گرم NaCl محلول در۳/۵ لیتر آب.

۱۱۰۰۰۰
۱۰۰۰۰۰
۹۰۰۰۰
۵٫۱۷۵MeV (BGO)
6.110MeV (BGO) 80000
5.175MeV (NaI)
6.110MeV (NaI) 70000

۶۰۰۰۰
۵۰۰۰۰
۴۰۰۰۰
۳۰۰۰۰
۲۰۰۰۰
۵۰۰ ۴۰۰ ۳۰۰ ۲۰۰ ۱۰۰ ۰
NaCl (gr)

peakunderarea

شکل :(۴) مقایسه سطح زیر فوتوپیک مربوط به گاماهای کلر با انرژیهای ۵/۷۱۵ MeV و ۶/۱۱۰ MeV که با استفاده از دو آشکارساز BGO و NaI اندازهگیری شده است.

.۲ مطالعات شبیهسازی

چیدمان اندازهگیری شکل ۱)با) استفاده از کُد مونتکارلوی MCNPX در وضعیت Mode n p شبیهسازی شده و طیف گامای آنی نمونه حاوی ۵۰۰گرم نمک محلول در آب و ثبت شده در آشکارساز BGO با استفاده از تالی F8 محاسبه میشود (شکل .((۵) 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.