مقدمه

تاریخچه رادیوگرافی بعنوان یک روش غیر مخرب جهت آشکارنمودن خصوصیات داخلی اجسام، به زمان کشف اشعه ایکس در سال ۱۸۹۵ بازمیگردد که یک تصویر رادیوگرافی با استفاده از یک تیوب خلأ ولتاژ بالا

و پرده فلورسانس بدست آمد .[۱] اولین رادیوگرافی نوترونی نیز در دهه ۱۹۳۰ با یک شتابدهنده کوچک انجام گرفت. اولین رادیوگرافی نوترونی با استفاده از نوترونهای حرارتی حاصل از راکتور در سال ۱۹۵۶ انجام شد ۲]و .[۳ از مزیتهای خاص رادیوگرافی نوترونی نسبت به رادیوگرافی اشعه ایکس میتوان به عبور آسان آن از جداره فلزی مواد منفجره ونمایش مواد منفجره داخل آنها، امکان نمایش مواد هیدروژنه در داخل لولههای پرچگال و همچنین توانایی رادیوگرافی از مواد رادیواکتیو نظیر میلههای سوخت راکتورها، اشاره کرد که این امر موجب گسترش کاربردهای آن در صنایع هستهای و نظامی گردید ۴]و .[۵

از الزامات تولید میلههای سوخت، هم محور بودن قرص های سوخت و کنترل کیفیت آن با تستهای مختلف

و تصویر برداری از آن است. بیمتیوبها از تجهیزات قابل دسترس در راکتور تحقیقاتی تهران برای تأمین باریکههای فوتون و نوترون هستند. با توجه به مطالب ذکر شده، رادیوگرافی نوترونی یکی از این گزینههاست که در این مقاله به آن پرداخته میشود. علاوه بر این موضوع میتوان بر اساس طراحی یک چیدمان تصویربرداری نوترونی در راکتور تهران، از آن برای کاربردهای مختلف نظیر صنایع فضایی، تولید لاستیک و پلاستیک و …

استفاده کرد ۶]و .[۷

۵۴۳

روش کار

اصول اساسی رادیوگرافی نوترون در شکل ۱ نشان داده شده است. اساس آن مشابه رادیوگرافی ایکس مبتنی بر تضعیف باریکه در عبور از نمونه است. نمونه مورد مطالعه، در مسیر باریکه موازیشدهای از نوترونها قرار میگیرد و باریکه فرودی بر اثر اندرکنشهای پراکندگی و جذب با هستههای اتمی موجود در عناصر نمونه، تضعیف شده، سپس باریکه عبوری از نمونه آشکارسازی و ثبت میشود. آشکارسازی که در پشت نمونه قرار دارد، یک تصویر دو بعدی از نمونه میدهد، لذا اطلاعات در مورد مشخصات وساختار داخلی نمونه بدون تخریب آن حاصل میشود. در نهایت هر گونه ناهمگنی موجود در ساختار داخلی و یا عیبهایی مثل خلأ، ترک و تخلخل با تغییر در شدت ثبت شده در پشت نمونه آشکار میشود .[۸]

شکل ۱ نحوه چیدمان در رادیوگرافی نوترونی [۸]

محاسبات و شبیهسازی

برای بدست آوردن تصاویر رادیوگرافی از نمونههایی که در مقابل باریکهای از ذرات (فوتون، نوترون) قرار گرفتهاند، از تالی رادیوگرافی موجود در کد MCNPX استفاده شده است. با بکارگیری تالی رادیوگرافی به روش طرح تصویر انتقالی (transmitted image projection) میتوان شبکهای را به عنوان صفحهی آشکارساز تعریف نمود که این شبکه، آرایهای از آشکارسازهای نقطهای میباشد. این شبکه همانند یک فیلم رادیوگرافی در تصویربرداری پرتوئی عمل میکند .[۹]

در این مقاله ساختار قطعهای از سوخت مجازی با غلاف آلیاژ زیرکونیوم ( Zircaloy-4) به ارتفاع ۱۵ cm و ضخامت ۰/۰۸۲۵ cm که درون آن لایه هلیم به ضخامت ۰/۰۲۲۵ cm و قرصهای سربی به شعاع ۰/۵۷۵ cm و ارتفاع ۱/۵ cm شبیهسازی (شکل (۲ و در مقابل نوترونهای حرارتی (۰/۰۲۵۳ eV) قرار داده شده است. لازم به ذکر است که این باریکه نوترون حرارتی در امتداد هر یک از بیمتیوبهای راکتور تحقیقاتی تهران با حذف سایر پرتوهای مزاحم و طراحی ادوات مربوط قابل انجام خواهد بود که در ادامه توسعه این کار به آن پرداخته میشود. برای مقایسه و ارزیابی میزان کارآمد بودن این روش، تصویربرداری با لامپ اشعه ایکس با انرژی بیشینه ۲۲۰ keV نیز انجام شده است.

۵۴۴

شکل ۲ نمایی از میله سوخت مجازی (شکل سمت راست) و برش عرضی از میله سوخت مجازی (شکل سمت چپ)

نتایج

برای این کار، طیف انرژی دستگاه اشعه ایکس نوع CERAM-35 با انرژی بیشینه ۲۲۰ keV شبیه سازی شده است و میله سوخت مجازی در فاصله ۱۰۰ cm از چشمه مربعی ۲/۵×۲/۵ mm2 اشعه ایکس (زاویه واگرایی باریکه ۴۰ درجه) برای رادیوگرافی ایکس قرار داده شد و به کمک تالی رادیوگرافی، توزیع شار اشعه ایکس روی شبکهای با آرایه ۲۰۰×۲۰۰ (واقع در پشت میله سوخت مجازی) حاصل شد(شکل .(۳ لازم به ذکر است که محاسبات به ازای یک ذره چشمه انجام شده است.