مقدمه

ایده اصلی در آشکارساز های(Moxon-Rae (MR آشکارنمودن اشعه گاما با استفاده از یک آشکارسازنازک الکترونی از جنس سنتیلاتورپلاستیک است .[۱] کاربرد این آشکارسازهها در اندازه گیری سطح مقطع جذب تابش زای نوترون ( n, می باشد. اشعه گاما در بیرون سنتیلاتور در موادی با عدد اتمی پایین (موسوم به مبدل) اندرکنش ( ‘ H) انجام و تولید الکترونهای ثانویه میکند. این الکترونها سپس در آشکارساز الکترونی آشکار میشوند. هر چند راندمان آشکارسازی گاما از این طریق پایین است ولی نسبت سیگنال به زمینه و قدرت تفکیک زمانی خوبی ( ( ۲-۳ nsec بدست می آید. برای اینکه اندازه گیری سطح مقطع جذب مستقل از آبشار واپاشی گاما باشد باید راندمان آشکارسازی فوتونهای گاما با انرژی اشعه گامای فرودی به صورت خطی تغییر می کند .[۲@ این رابطه خطی برای آشکارساز پلاستیک نازک با ضخامت ۱ mm و مبدلهای گرافیتی و آلومینیومی با ضخامت ۲-۳ cm به صورت نظری محاسبه وبه صورت تجربی مشاهده شده است .[۳]

۷۰

۴ MeV

با توجه به ضخامتهای مختلف سنتیلاتورهای موجود درآزمایشگاهها ، توسعه ایده آشکارساز MR به سنتیلاتور های ضخیم تر مد نظر محققان واقع شده است. به عنوان مثال کاشوکیف [۴] با بکارگیری سنتیلاتور GaF2 به ضخامت۹ mm و مبدل ۲-mm-Bi واندازه گیری طیف اشعه گاما سطح مقطع واکنش جذب نوترونها را اندازه
گیری نموده است. نتایج کار او نشان میدهد که رابطه راندمان آشکارساز با انرژی گاما تا غیر خطی

ولی در انرژیهای بالاتر خطی می باشد.

در این تحقیق، امکان ساخت این نوع آشکارساز با سنتیلاتور پلاستک ضخیم (۸ mm) بررسی شده است. پاسخ آشکارساز به ازای ضخامت های مختلف مبدل آلومینیومی و انرژیهای مختلف گاما با استفاده از کد MCNP شبیه سازی و نتایج را با طیف های تجربی مقایسه نموده ایم.

روش کار

سیستم آشکارسازی شامل یک سوسوزن پلاستیک به ابعاد ۱۲۸ mm × ۸ mm میباشد که به منظور ثبت پرتوهای عبوری از مبدل بکار رفته است. در این کار از یک چشمه ۱۳۷Cs با اکتیویته ۶ mCi استفاده شد. پرتوهای منبع رادیواکتیو از داخل یک موازی ساز سربی به شعاع داخلی ۲٫۵ mm عبور داده شد. ابعاد بیرونی این موازی ساز سربی ۸cm×۸cm×۸cm بود. شکل (۱) چیدمان تجربی آزمایش را نشان می دهد. در مقابل آشکارساز مبدل مستطیل شکلی از جنس آلومینیم با ضخامت های مختلف قرار داده شد و در مدت زمان۱۰۰ ثانیه تعداد کل شمارش ها را به دست آوردیم. سپس با استفاده از کد MCNP4C اندرکنشهای فوتونهای گاما را با موازی ساز، مبدل وآشکارساز شبیه سازی کرده و برای مبدل آلومینیومی در ضخامت های مختلف و انرژی های متفاوت طیف انرژی فوتونها و الکترونهای ثانویه را بدست آوردیم. پس از حصول یک تطابق قابل قبول بین طیف های تجربی و شبیه سازی صحت و دقت فرایند شبیه سازی تائید می شود. در گام بعدی، اطلاعاتی مانند راندمان آشکار سازی گاما، رابطه آن با انرژی فوتونهای گاما و میزان تولید الکترونهای ثانویه در مبدل را از طریق شبیه سازی بدست آوردیم.

۷۱

شکل((۱ :نمایش چیدمان آزمایش

نتایج

برای اطمینان بیشتر از انجام صحیح محاسبات، شبیهسازی برای انرژیهای مختلف و با ضخامتهای گوناگون مبدل، برای چیدمانی که توسط مالیک و همکارانش [۳] بکارگرفته شده بود ( آشکارساز پلاستیکی با ضخامت ۱ میلیمتر و ماده مبدل آلومینیومی) تکرار شد و نتایج بدست آمده با نتایجی که آنها بطور تحلیلی محاسبه کرده بودند مقایسه گردید (شکل .(۲ این مقایسه نشان می دهد که برای انرژی ۶۶۲ keV تعداد کل شمارش ها در ضخامت ۲۳ میلیمتر بیشترین مقدار خود را دارد و در واقع این ضخامت برای مبدل آلومینیومی در انرژی فوق مقدار بهینه است و برای انرژی های بالاتر از ۴ MeV راندمان آشکارسازی فوتونهای با انرژی آنها به صورت خطی تغییر می کند. این نتایج کاملا در تطابق با نتایج مالیک میباشد و نشان دهنده انجام صحیح شبیه سازی میباشد.