مقدمه

در برخی از کاربردهاي صنعتی رادیوایزوتوپها، نظیر رطوبت سنجی و دانسیتو متري، چشمههاي نوترون و گاما درکنار هم ودر یک وسیله بکار گرفته میشوند.بنابراین طیف سنجی گاماوآشکارسازین وترونهاهردومیتوانند متأثرازحضورچشم هدیگرشود. نوترونها از طریق واکنش (n,n’)با مواد محیط و تولید اشعه گاما یا ایکس روي طیف اصلی آشکارساز گاما تأثیرمیگذارنداشعهو گاما نیز مسقیماً ولی با راندمان کمی توسط آشکار ساز گاماآشکار خواهد شد.رندي جونز۱و همکارانش (۲۰۱۱) آثار نوترونها را بر یک آشکارساز اشعه گاما NaIبررسی کردند. طبق نتایج آنان نوترون ها بامواد آشکارساز NaIو یا مواد مجاور برهمکنش داشته و خطوط انرژي جدیدي به طیف آزمایش اضافه میکنند. نمونههایی از این خطوط طیفی در انرژي هاي۵۷ keV و ۲۰۲ keV ناشی از پس زنی هسته I127و ۸۴۷ keV ناشی از برهمکنش نوترون با استیل به عنوان یکی از مواد حفاظ هستند .[۱]

درتحقیقاتی که در زمینه توموگرافی صنعتی با استفاده از آشکارسازNaI و فوتونهاي ۶۶۲keVصورت گرفته استچشمه گاماي(۱۳۷Cs (10 mCi و چشمه نوترون AmBe (50 mCi)بکار برده شده که به لحاظ فنی غیر قابل تفکیک بودند .[۴-۲]این تحقیق به منظور برآورد سهم اشعه گاماي ثانویه نوترونهاي سریع در طیف گاماي آشکار شده توسط سوسوزن(“NaI (3” × ۳ انجام شده است.اندرکنش نوترونهاي سریع با عناصرتشکیل دهنده آشکارساز

Randy Jones

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

نظیر سدیم، ید، آهن و سرب اطراف آن مد نظر قرارگرفته است. طیف گاماي ثبت شده توسط سوسوزن از طریق اندازهگیري و شبیه سازي مونت کارلو بوسیله کد MCNPXبدست آمده وسپس باهم مقایسه شدهاند.[۵] نتایج این تحقیق نشان میدهد که برخورد نوترونها به مواد آشکارساز و حفاظ استیل،تولیداشعه گاما با انرژيهاي ۵۸keV، ۴۴۰ keV و ۸۵۰ keV مینماید که آثار آنها باید در طیف گاماي مربوط به توموگرافی در نظر گرفته شود.همچنین با توجه به اینکه تنها منشا گاماي ۵۸keVو ۴۴۰keV به ترتیب واکنشهاي۱۲۷I(n, n’)127Iو ۲۳Na(n, n’)23Naمیباشند، مشاهده پیک گاماي۵۸keV و ۴۴۰keV نشانه واضحی بر حضور نوترونهاي سریع در محیط تلقی خواهد شد.

روش کار

در کاربرد توموگرافی صنعتی یک آشکارساز NaI (3″ × ۳″)تحت زاویه ۹۰ درجه نسبت به امتداد فوتونهاي گاما قرار میگیرد.چشمه مورد استفاده در آزمایش از دو چشمه نقطهاي، ۱۳۷Cs(10mCi)و AmBe(50mCi)،تشکیل شدهاست. این چشمهدر یک استوانه از جنس استیل با قطر ۲cm و طول ۱۰۰cmقرار دارد.چشمه ۱۳۷Csمنبع تولید گاما با انرژي ۶۶۲keV است. چشمهAmBeبا نیمه عمر ۴۳۲/۷ سال منبع تولید نوترونهاي سریع میباشد که همزمانفوتونهاي گاما با انرژي ۴/۴۳۸MeVرا نیز تولید میکند ۶]و.[۷ اندرکنش نوترونهاي سریع چشمه AmBe با مواد آشکارساز و مواد حفاظ پیرامون آن اشعه گاماي ثانویه تولید مینماید.سایراجزاي موجود در چیدمان آزمایش شاملموازي ساز(سرب)، حفاظ هاي سربی و پوشش هاي استیل حول چشمه و آشکارساز میباشد. چیدمان آزمایش بصورت شماتیک در شکل((۱ نشان داده شده است.

شکل-۱ چیدمان آزمایش توموگرافی گاما( ( S1: 137 Cs,S2:AmBe,D: NaI(Tl) 3″ × ۳″

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

براي تشخیص آثار و سهم هریک از تابشها در طیف اندازه گیري شده،اندرکنش فوتونها و نوترونها با اجزاي آشکارسازو سایر مواد، با استفاده از کدMCNPX،شبیه سازي شد. در برنامه شبیه سازي اندرکنش نوترونها با هر یک از عناصر تشکیل دهنده به صورت مجزا مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه با اطمینان بیشتري میتوان گفت که پیکهاي مشاهده شده در طیف، ناشی از کدام عنصرمیباشد.در برنامه شبیه سازي، نسبت نوترونها و فوتونهاي گاماي گسیل شدهباید در نظر گرفته شود.این نسبتها درجدول((۱ ارائه شدهاند.

جدول-۱ نسبت پرتوهاي تابشی۶]و[۷