پایان نامه ارشد:تعیین ماتریس پاسخ آشکارسازهای 2 اینچی و 3 اینچی CsI(Tl) و واپیچش طیف گاماهای زمینه با استفاده از آن

چشمه‏های استانداردCo 60،Na 22، Cs 137 و Zn 65 توسط آشکارسازهای سوسوزن 2 اینچی و 3 اینچی CsI(Tl) انجام شده است. نتایج حاصل از واپیچش با طیف این چشمه‏ها مطابقت خوبی دارد. در نهایت واپیچش بر روی طیف گامای زمینه بدست آمده با هر دو آشکارساز نیز انجام شده و چشمه‏های انرژی گامای موجود در طیف زمینه مشخص شده‏اند.

واژه های کلیدی: آشکاساز CsI، ماتریس پاسخ، کد MCNPX، طیف نگاری گاما، واپیچش طیف گاما.

فهرست مطالب

فصل اول :مقدمه……………..………………………….……………………….1

1-1تاریخچه آشکارسازهای سوسوزن. 2

1-2بیان مسأله. 4

1-3سازماندهی مطالب… 5

فصل دوم:اصول آشکارسازهای سوسوزن…………..……………..…….…………….7

2-1 مقدمه. 8

2-2انواع سوسوزن‏ها…………………………………………………………………………..10

2-2-1 سوسوزن‏های آلی.. 11

2-2-1-1 انواع سوسوزن‏های آلی……………………………………………………………….11

2-2-2سوسوزن‏های غیرآلی(سوسوزن‏های بلوری). 12

2-2-3ویژگی‏های مهم بعضی سوسوزن‏های غیر آلی.. 13

2-3مکانیزم فرایند سوسوزنی.. 15

2-3-1وابستگی گسیل فوتون به زمان. 19

2-4آشکارسازهای سوسوزن. 20

2-4-1لامپ تکثیرکننده‏ی فوتون. 21

2-4-1-1 تکثیر الکترون در تکثیرکننده‏ی فوتون. 24

2-4-2پیش تقویت کننده 24

2-4-3تقویت کننده 25

2-4-4 تحلیلگر چند کاناله. 26

2-5 مشکلات استفاده از آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-1 چشمه‏های زمینه در آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-2زمان مرگ شمارنده‏های سوسوزن……………………………………………………….27

2-5-3چیدمان آزمایش…. 28

واژه های کلیدی: آشکاساز CsI، ماتریس پاسخ، کد MCNPX، طیف نگاری گاما، واپیچش طیف گاما.

فهرست مطالب

فصل اول :مقدمه……………..………………………….……………………….1

1-1تاریخچه آشکارسازهای سوسوزن. 2

1-2بیان مسأله. 4

1-3سازماندهی مطالب… 5

فصل دوم:اصول آشکارسازهای سوسوزن…………..……………..…….…………….7

2-1 مقدمه. 8

2-2انواع سوسوزن‏ها…………………………………………………………………………..10

2-2-1 سوسوزن‏های آلی.. 11

2-2-1-1 انواع سوسوزن‏های آلی……………………………………………………………….11

2-2-2سوسوزن‏های غیرآلی(سوسوزن‏های بلوری). 12

2-2-3ویژگی‏های مهم بعضی سوسوزن‏های غیر آلی.. 13

2-3مکانیزم فرایند سوسوزنی.. 15

2-3-1وابستگی گسیل فوتون به زمان. 19

2-4آشکارسازهای سوسوزن. 20

2-4-1لامپ تکثیرکننده‏ی فوتون. 21

2-4-1-1 تکثیر الکترون در تکثیرکننده‏ی فوتون. 24

2-4-2پیش تقویت کننده 24

2-4-3تقویت کننده 25

2-4-4 تحلیلگر چند کاناله. 26

2-5 مشکلات استفاده از آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-1 چشمه‏های زمینه در آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-2زمان مرگ شمارنده‏های سوسوزن……………………………………………………….27

2-5-3چیدمان آزمایش…. 28

فصل سوم:طیف نگاری اشعه ی گاما………….……..……………………………..30

3-1مقدمه. 31

3-2بر هم‏کنش تابش گاما با ماده 31

3-2-1 اثر فوتو الکتریک… 32

3-2-2 پراکندگی کامپتون. 32

3-2-3 تولید زوج.. 35

3-3 طیف نگاری پرتو‏های X و گاما 37

3-3-1 رابطه‏ی بین توزیع ارتفاع تپ و طیف انرژی.. 38

3-3-2 قدرت تفکیک انرژی.. 39

3-3-3 تعیین رابطه‏ی کانال-انرژی.. 40

3- 4مدهای ذخیره‏ی انرژی درآشکارساز. 41

3-4-1 ذخیره‏ی انرژی توسط فوتون‏های با MeV 022/1 > E.. 42

3-4-2 ذخیره ی انرژی توسط فوتون‏های با انرژی بزرگ تر از MeV 022/1.. 43

3-5 تابع پاسخ و ماتریس پاسخ آشکار ساز. 47

50……………… فصل چهارم:محاسبه ی ماتریس پاسخ آشکارسازهای 2 اینچی و 3 اینچی یدور سزیم

4-1مقدمه 51

4-2اندازه‏گیری طیف چشمه‏های تک انرژی گاما 51

4-2-1تعیین رابطه‏ی بین شماره‏ی کانال-انرژی.. 52

4-2-2طیف‏های آزمایشگاهی.. 54

4-2-3محاسبه‏ی پهنا در نیم بیشینه (FWHM). 57

4-2-4محاسبه‏ی ضرایب GEB.. 59

4-3شبیه سازی با کدmcnpx. 61

4-3-1ساختار فایل ورودی.. 62

4-3-2اجرای برنامه. 63

4-3-3خروجی برنامه. 64

4-3-4مقایسه‏ی طیف‏های شبیه سازی شده با طیف‏های تجربی.. 64

4-3-4-1مقایسه‏ی طیف‏های شبیه سازی شده با طیف‏های تجربی در آشکارساز2 اینچی………….64

4-3-4-2مقایسه‏ی طیف‏های شبیه سازی شده با طیف‏های تجربی در آشکارساز 3 اینچی.. 67

4-4محاسبه‏ی تابع پاسخ آشکارساز2 اینچی یدور سزیم. 69

4-4-1محاسبه‏ی ماتریس پاسخ و ماتریس معکوس… 73

4-4-2واپیچش طیف‏های آزمایشگاهی.. 76

4-4-2-1واپیچش طیف‏های آزمایشگاهی در آشکارساز 2 اینچی یدور سزیم. 76

4-4-2-2واپیچش طیف‏های آزمایشگاهی در آشکارساز 3 اینچی یدور سزیم. 81

4-4-3واپیچش طیف زمینه. 91

4-5جمع بندی مطالب و نتیجه‏گیری.. 87

منابع وماخذ………………………………………………………………………………..89

فهرست شکل‏ها

شکل ‏2‑1: فرآیندهای اساسی در یک آشکارسازی سوسوزن. 10

شکل ‏2‑2: طیف‏های گسیلی از CsI(Na)، CsI(Tl)، NaI(Tl) وآنتراسین. 15

شکل ‏2‑3 :نوارهای مجاز و ممنوع انرژی یک بلور. 16

شکل‏2‑4: وابستگی نور خروجی NaI(Tl)، CsI(Tl) و CsI(Na) به دما . 18

شکل ‏2‑5: (الف)تپ ولتاژ از جریان نمایی به دست می‏آید.(ب) شکل تپ برای RC>>T 20

شکل ‏2‑6: سیستم آشکارساز سوسوزن و الکترونیک به کار رفته در آن. 21

شکل ‏2‑7 : نمودار طرز کار تکثیر کننده‏ی فوتونی. . 22

شکل ‏2‑8: آشکارساز 2 اینچی……………………………………………………………..28

شکل ‏2‑9: سیستم آشکارسازی استفاده شده در آزمایشگاه 29

شکل ‏3‑1: وابستگی سطح مقطع فوتوالکتریک به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده . 32

شکل ‏3‑2: اثر کامپتون. 33

شکل ‏3‑3: وابستگی سطح مقطع کامپتون به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده. 34

شکل ‏3‑4 : تولید زوج.. 36

شکل ‏3‑5: وابستگی سطح مقطع تولید زوج به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده 37

شکل ‏3‑6 اهمیت نسبی سه برهم‏کنش عمده‏ی گاما 37

شکل‏3‑7: طیف انرژی یک چشمه‏ی تک انرژی گاما 39

شکل‏3‑8 : قدرت تفکیک انرژی آشکارساز با Г بیان می‏شود. 41

شکل ‏3‑9: فرایندهایی که در آشکاسازی پرتو گاما رخ می‏دهند. 45

شکل‏3‑10: نمونه پاسخ یک آشکارساز به پرتوهای گامای تک انرژی.. 46

شکل‏3‑11: طیف ارتفاع تپ اندازه گرفته شده‏ی حاصل از طیف چشمه‏ی تک انرژی 46

شکل‏4‑1: نمودار انرژی برحسب کانال اشکار سازin 2 in 2 یدور سزیم. 54

شکل ‏4‑2: طیف ازمایشگاهی Cs137. 55

شکل‏4‑3: طیف آزمایشگاهی Co60. 55

شکل‏4‑4: طیف آزمایشگاهی Na22. 56

شکل‏4‑5: طیف آزمایشگاهی Zn65. 56

شکل ‏4‑6: طیف آزمایشگاهی زمینه. 57

شکل ‏4‑7: فوتوپیک شامل تابع گوسی و پس زمینه. 58

شکل ‏4‑8: فوتوپیک گوسی شکل. 58

شکل ‏4‑9: نمودار برازش داده‏های تجربیFWHM با رابطه (3-18) در آشکارساز 2 اینچی.. 60

شکل ‏4‑10: نمودار برازش داده‏های تجربی FWHM با رابطه (3-18) در آشکارساز 3 اینچی.. 61

شکل‏4‑11: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده CS137 و طیف تجربی.. 65

شکل‏4‑12: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شدهNa22با طیف تجربی.. 65

شکل ‏4‑13: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده Co60 با طیف تجربی……………………………..66

شکل ‏4‑14: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده Zn65با طیف تجربی.. 66

شکل ‏4‑15:مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده Co60 با طیف تجربی.. 67

شکل ‏4‑16: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی CS137 با طیف تجربی.. 67

شکل ‏4‑17: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده Na22 با طیف تجربی.. 68

شکل ‏4‑18: مقایسه‏ی طیف شبیه سازی شده Zn65 با طیف تجربی.. 68

شکل ‏4‑19: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز 2اینچی برای انرژی keV511.. 70

شکل ‏4‑20: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2 اینچی برای انرژیkeV1115.. 70

شکل ‏4‑21: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز 2اینچی برای انرژیkeV 1173.. 71

شکل ‏4‑22: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2اینچی برای انرژی keV 1275.. 71

شکل‏4‑23: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2اینچی برای انرژی keV 1332.. 72

شکل ‏4‑24: مقایسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2 اینچی برای انرژی keV 662.. 72

شکل ‏4‑25: طیف حاصل از ضرب ماتریس پاسخ در ماتریس چشمه تک انرژی سزیم. 74

شکل ‏4‑26: طیف حاصل از ضرب ماتریس پاسخ در ماتریس چشمه دو انرژی سدیم. 75

شکل ‏4‑27: واپیچش طیف حاصل از ضرب ماتریس پاسخ در ماتریس چشمه تک انرژی سزیم. 75

شکل ‏4‑28: واپیچش طیف حاصل از ضرب ماتریس پاسخ در ماتریس چشمه دوانرژی سدیم. 76

شکل ‏4‑29 الف:طیف آزمایشگاهیCs137 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 2 اینچی ب: واپیچش طیف Cs137. 77

شکل ‏4‑30 الف: طیف آزمایشگاهیCo60 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 2 اینچی ب: واپیچش طیفCo60. 78

شکل ‏4‑31 الف: طیف آزمایشگاهیNa22 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 2 اینچی ب: واپیچش طیفNa22. 79

شکل ‏4‑32 الف: طیف آزمایشگاهی Zn65با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 2 اینچی ب: واپیچش طیفZn65. 80

شکل ‏4‑33 الف: طیف آزمایشگاهیCo60 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 3 اینچی ب: واپیچش طیفCo60. 81

شکل ‏4‑34 الف:طیف آزمایشگاهیCs137 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 3 اینچی ب: واپیچش طیف Cs137. 82

شکل ‏4‑35 الف: طیف آزمایشگاهیNa22 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 3 اینچی ب: واپیچش طیفNa22. 83

شکل ‏4‑36 الف: طیف آزمایشگاهی Zn65با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 3 اینچی ب: واپیچش طیفZn65. 84

شکل ‏4‑37 الف: طیف آزمایشگاهی زمینه با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 2 اینچی ب: واپیچش طیف زمینه. 85

شکل ‏4‑38 الف: طیف آزمایشگاهی زمینه با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتریس پاسخ آشکارساز 3 اینچی ب: واپیچش طیف زمینه. 86