-۱ مقدمه

آشکارسازهای سوسوزن یکی از اساسیترین ابزارها در میان آشکارسازهای تابش برای مطالعات فیزیک بهداشت، استفادههای صنعتی و اندازهگیریهای زیستمحیطی هستند. بکارگیری این سیستمها نیازمند اطلاعات مربوط به هندسه خاص چشمه-آشکارساز، الکترونیک آشکارسازی و روش خاص تجزیهوتحلیل قله است .[۱] سوسوزنهای غیرآلی در میان سوسوزنها بیشترین نور خروجی را دارند که این امر باعث قدرتتفکیک انرژی (حاصل تقسیم پهنا به میانگین انرژی) بهتر آنها میشود. این ویژگی باعث میشود که سوسوزنهای غیرآلی برای آشکارسازی پرتوهای گاما، الکترونهای پرانرژی و پوزیترونها بسیار مناسب باشند. سوسوزن غیرآلی یدورسدیم دارای سامانه طیفسنجی نسبتاً ارزانقیمت بوده و برخلاف آشکارساز نیمههادی ژرمانیوم در دمای اتاق نیز قابل استفاده است. از این آشکارساز در موارد استفاده متنوع و شرایط آبوهوایی نامطلوب (مانند مطالعات چاهپیمایی و نظایر آن) استفاده شدهاست .[۲] سامانههای آشکارسازی بر پایه این آشکارساز به علت عدد اتمی بالای ید (Z=53) و چگالی مناسب بلور (۳/۶۷gr/cm3)، ضریب جذب بالایی برای آشکارسازی پرتوهای گامای پرانرژی از خود نشان میدهند و به همین علت یک قله فوتوالکتریک کاملاً متمایز نسبت به پیوستار کامپتون دارند .[۳] این آشکارساز به عنوان آشکارساز پایه در اکثر آزمایشگاههای تابش یافت میشود در حالیکه سایر سوسوزنها برای کاربردهای خاص استفاده میشوند. برای مثال سوسوزنهای پلاستیکی به خاطر پاسخ سریع آنها در اندازهگیریهای زمانی استفاده میشوند که مورد بکارگیری آنها به عنوان حفاظهای فعال در سامانههای فرونشانی کامپتون [۴] و نیز مطالعات زمان پرواز [۵] تنها مثالهایی از این کاربردهای

۵۲۰

زمانگیری است. در این مطالعه کد فلوکا بعلت ویژگی دنبال کردن ذره به صورت رویداد به رویداد برای ترابرد پرتوهای گاما و نهایتا انباشت انرژی گاماها مورد استفاده قرار گرفته است. باید توجه داشت که خروجیهایی که بصورت میانگین انرژی برای کل ذرات گاما است به کد ترابرد ذرات و نور اجازه اتصال را نمیدهد. شبیهسازی ترابرد نور شامل همه توابع وابسته به طول موجی است که بوسیله کد PHOTRACK شناخته شدهاند میباشد .[۶]

شبیهسازی کامل پاسخ سوسوزن به تابش گاما در سه فاز مجزا دسته بندی می شود: (الف) شبیهسازی ترابرد گاما بوسیله کد FLUKA (ب) شبیهسازی ترابرد نور با استفاده از کد مستقل ترابرد نور PHOTRACK (ج) پیچش قدرتتفکیک گاوسی در طیف بدست آمده از فازهای (۱) و (۲) ناشی از الکترونیک و .PMT

-۲ شبیه سازی ترابرد نور با کد PHOTRACK

کد شبیهسازی ترابردِنورِ PHOTRACK بر اساس قوانین اپتیک هندسی و الکترومغناطیس کلاسیک کار کرده و فرآیندهای زیر را با اعمال وابستگی به طول موج (شکل(۱ شبیهسازی میکند. (۱) تولید نقاط گسیل نور کاتورهای (۲) انتخاب جهت گسیل نور (۳) اعمال تضیف نور به شکل (( (۴) I(x)=I0exp(-x/L( شبیهسازی انعکاس از دیوارههای سوسوزن یا هدایت کنندهی نور (۵) ثبت فوتونهایی که به PMT وارد میشوند .[۶]

۱٫۰
(۴)
۰٫۸ Probability/Efficiency
(3) 0.6

(۱)
(۲) ۰٫۴

۰٫۲
۰٫۰
۶۰۰ ۵۵۰ ۵۰۰ ۴۵۰ ۴۰۰ ۳۵۰

Wavelength (nm)

شکل:۱ وابستگی به طول موج پارامترهای اپتیکی (۱) منحنی احتمال گسیل (۲) NaI( Tl) انعکاس رنگ (۳) ضریب شکست ماده سوسوزن (۴) NaI( Tl) بهره کوانتومی فوتوکاتد

-۳ کد مونتکارلوی FLUKA

در این پژوهش، شبیهسازی مونتکارلوی آشکارساز و جزئیات هندسه با استفاده از کد FLUKA انجام شده است. FLUKA، یک کد مونتکارلو چندمنظوره برای شبیهسازی برهمکنشها و ترابرد حدود ۶۰ ذره متفاوت

۵۲۱

از هادرونها و یونهای سنگین گرفته تا تابشهای الکترومغناطیس با محدوده انرژی چند کیلوالکترونولت تا گیگاالکترونولت و در همه اشکال فیزیکی ماده است .[۸-۷]

در این کد کاربر باید هندسه، مواد، موقعیت و انرژی چشمه را از طریق ابزارِِی به نام کارت برای مسئله تعیین کند. در این مطالعه، از سوسوزن NaI(Tl) استوانه ای ۲″×۲″ که در معرض چشمههای گامای سزیم-۱۳۷ قرار گرفته استفاده شدهاست. سلول سوسوزن به حجمکهای مکعبی کوچک با ابعاد قابل مقایسه با مسافت آزاد میانگین تابش گامای ثانویه (۰/۱۵ cm) تقسیم شده است. انرژی ذخیره شده در هر سلول توسط کارت EVENBIN بعد از هر واقعه و برای هر تاریخچه ذره محاسبه میشود .[۹] این کارت، انرژی ذخیره شده را در حجمکهای مشخص درون سلول سوسوزن ثبت و انرژی ثبت شده در حجمکهای مختلف سلول را برای هر ذره ورودی و با ساختار رویدادبهرویداد ثبت میکند.