(سایت دانلود مقاله ) - ارشددانلود

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید

فصل اول مقدمه205168555880
مقدمهاستفاده از یدور سدیم فعال‌شده با ناخالصی تالیم از سال 1948 میلادی توسط هافشتادتر به‌عنوان ماده سوسوزن، سرمنشأ تحولات جدیدی در طیف‌سنجی گاما شد. این ماده سوسوزن به‌عنوان آشکارساز، بازده بالایی برای آشکارسازی پرتوی گاما و قدرت تفکیک انرژی مناسبی برای جداسازی مشارکت چشمه‌های گامای چند انرژی دارد.
سوسوزن NaI(Tl)، اولین ماده‌ی جامدی است که برای طیف‌سنجی فوتون‌های گاما مورداستفاده قرار گرفت. علت استفاده‌ی گسترده از این سوسوزن، خروجی نوری بسیار خوب، خطی بودن و عدد اتمی بالای عنصر ید موجود در آن است. بازده بالا، قیمت پایین و کاربری آسان، تحلیلگران را برای استفاده از آشکارسازهای سوسوزن جهت کار اسپکترومتری گاما جذب کرده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Anilkumar</Author><Year>2014</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">29</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Anilkumar, S</author><author>Narayani, K</author><author>Verma, AK</author><author>Singh, Rajvir</author><author>P--eepkumar, KS</author></authors></contributors><titles><title>Application of simulated standard spectra for the analysis of complex sample spectra from NaI (Tl) detectors</title><secondary-title>Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry</full-title></periodical><pages>1449-1454</pages><volume>302</volume><number>3</number><dates><year>2014</year></dates><isbn>0236-5731</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1].آشکارسازی پرتوی گاما، منوط به انجام برهمکنش با ماده آشکارساز و انتقال همه یا بخشی از انرژی گاما در آن است. فوتون‌های گامای اولیه، نامرئی هستند و درواقع آنچه آشکارسازی می‌شود الکترون‌های سریع خلق‌شده در برهمکنش‌ها هستند. در این پژوهش برای طیف‌سنجی گاما و بررسی اهداف از سوسوزن CsI(Tl) استفاده‌شده است.
یک آشکارساز جهت طیف‌سنجی دو وظیفه به عهده دارد:
به‌عنوان یک محیط تبدیل عمل می‌کند که در آن فوتون‌های گامای فرودی، واکنش‌هایی با ماده آشکارساز انجام دهند که منجر به تولید یک یا چند الکترون سریع شود.
الکترون‌های ثانویه تولیدشده را آشکار کند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
به دست آوردن توابع پاسخ آشکارساز در آشکارسازی تابش، برای اهداف طیف‌سنجی مفید است. توابع پاسخ آشکارساز سوسوزن CsI(Tl) هم می‌تواند به‌صورت تجربی و هم با محاسبات مونت‌کارلو به‌وسیله‌ی کدهای شبیه‌سازی مونت‌کارلو مانند ETRAN، EGS، MARTHA و MCNP به دست آید. محاسبات مونت‌کارلو دیرزمانی است که برای تولید تابع پاسخ آشکارسازهای سوسوزن استفاده می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Saito</Author><Year>1981</Year><RecNum>33</RecNum><DisplayText>[3]</DisplayText><record><rec-number>33</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">33</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Saito, Kimiaki</author><author>Moriuchi, Shigeru</author></authors></contributors><titles><title>Monte Carlo calculation of accurate response functions for a NaI (Tl) detector for gamma rays</title><secondary-title>Nuclear Instruments and Methods in Physics Research</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Instruments and Methods in Physics Research</full-title></periodical><pages>299-308</pages><volume>185</volume><number>1</number><dates><year>1981</year></dates><isbn>0167-5087</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3].
هدف بسیاری از اندازه‌گیری‌های تابش، به دست آوردن توزیع انرژی تابش فرودی است. ازاین‌رو لازم است تا پاسخ آشکارساز را برای تابش ورودی به آشکارساز بدانیم. تابع پاسخ آشکارساز فوتون‌های گاما، به برهمکنش‌های فوتون با ماده بستگی دارد. اثر فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون و تولید زوج پدیده‌هایی هستند که در طیف تابع پاسخ آشکارساز مشارکت دارند. در شکل1-1 طیف نوعی یک آشکارساز سوسوزن نمایش داده‌شده است.
قله‌ی تمام انرژی درنتیجه‌ی اثر فوتوالکتریک و جذب تمام انرژی در برهمکنش‌های چندگانه به وجود می‌آید. اگر فوتون فرودی به‌وسیله‌ی یک الکترون پراکنده شود، بخشی از انرژی‌اش را از دست می‌دهد و این رویداد در پیوستار کامپتون ثبت می‌شود. قله تکفراری و دوفراری از پدیده‌ی تولید زوج ناشی می‌شوند (تولید زوج برای انرژی‌های گامای بزرگ‌تر از MeV 022/1 رخ می‌دهد).

شکل STYLEREF 1 s ‏1 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: طیف نوعی آشکارساز سوسوزن در (الف) انرژی بالا و (ب) انرژی پایینتابع پاسخ R(E',E) عبارت است از توزیع انرژی پرتوهای گامای تک انرژی، E'، انرژی ارتفاع پالس و E، انرژی گامای فرودی است. تابع پاسخ، تابع توزیع احتمالی را نمایش می‌دهد که همیشه بزرگ‌تر یا مساوی صفر است و انتگرال آن بر روی کل بازه‌ی انرژی مساوی یک است.
5375910-2540(1-1)
(1-1)
0E'RE',EdE'=1شبیه‌سازی مونت‌کارلو وقتی می‌تواند به‌طور کامل انجام شود که همه ویژگی‌های آشکارساز را بدانیم. در این پایان‌نامه، شبیه‌سازی تابع پاسخ آشکارساز با استفاده از کد مونت‌کارلوی چندمنظوره MCNPX انجام می‌شود.
در کد MCNP برای بررسی واکنش‌ها، از کتابخانه‌های سطح مقطع مربوط به عناصر مختلف موجود در کد شبیه‌ساز استفاده می‌شود. برای فوتون‌های گاما، سطح مقطع کل برابر جمع سطح مقطع‌های فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون و تولید زوج می‌باشد.
51473105080(1-2)
(1-2)
σT=σpe+σcomp+σppσpe سطح مقطع برهمکنش فوتوالکتریک، σcomp سطح مقطع کامپتون و σpp سطح مقطع تولید زوج است. هر تاریخچه با فوتونی با انرژی فرودی آغاز می‌شود و یکی از سه برهمکنش به‌طور تصادفی از توزیع گسسته‌ی بهنجار شده‌ی سطح مقطع‌ها انتخاب می‌شود. دو عدد C1 و C2 به شکل زیر تعریف می‌شوند:
C1=σpeσT و C2=σcomp+σpeσT. برای انتخاب نوع برهمــکنش، عدد تصـادفی R بین صفر و یک تولید می‌شود. اگر R<C1 باشد، برهمکنش فوتوالکتریک انتخاب می‌شود و اگر R<C2≥C1 باشد برهمکنش پراکندگی کامپتون انتخاب می‌شود و درنهایت اگر R>C2 شود پدیده‌ی تولید زوج رخ می‌دهد.
وقتی برهمکنش فوتوالکـتریک انتخاب شود، تاریخـچه فوتون پایان می‌پذیرد و انرژی فوتوالکترون به انرژی‌های قبلی افزوده می‌شود تا نتیجه نهایی برای این تاریخچه به دست آید. اگر برهمکنش کامپتون انتخاب شود، انرژی الکترون کامپتون به دست می‌آید و انرژی متناظر با آن به انرژی‌های الکترون قبلی اضافه‌شده و برهمکنش نوعی دیگری انتخاب می‌شود و درنهایت اگر تولید زوج اتفاق بیفــتد، انرژی‌ها برای الکترون و پوزیترون‌ها به‌دست‌آمده و به انرژی‌های قبلی اضافه می‌شود و دو فوتون نابودی با انرژی MeV 511/0 جداگانه ردیابی می‌شوند تا هردوی آن‌ها با برهمکنش فوتوالکتریک خاتمه یابند.
برای همه سوسوزن‌ها، بازده سوسوزنی با میزان نور تولیدشده به ازای اتلاف انرژی، هم به نوع ذره و هم به انرژی جنبشی ذره بستگی دارد. بازده سوسوزنی الکترون‌ها در آشکارساز CsI(Tl)، تغییرات بسیار اندکی با انرژی دارد. به‌طور کلی می‌توان انرژی انباشته‌شده توسط الکترون‌های ثانویه را متناظر با نور تولیدشده در داخل آشکارساز دانست.
آشکارسازی هنوز به پایان نرسیده است. درواقع نور تولیدشده در آشکارساز باید ترابرد شود تا به PMT برسد و درنهایت با تولید سیگنال الکتریکی آشکارسازی فوتون‌های گاما به پایان برسد. ترابرد نور بخشی از مسئله آشکارسازی ذره توسط آشکارساز سوسوزن می‌باشد. نور تولیدشده ناشی از برهمکنش ذره با ماده سوسوزن، در همه راستاها گسیل می‌شود و تنها کسری از آن به PMT می‌رسد. نور جمع‌آوری‌شده، خروجی نوری می‌باشد که به سیگنال الکتریکی متناظر تبدیل خواهد شد. انتشار نور معمولاً بر اساس اصول اپتیک هندسی صورت می‌گیرد.
برای به دست آوردن تابع پاسخ آشکارسازهای CsI در ابتدا به سراغ تالی F8 رفتیم تا انرژی انباشته‌شده در بلور سوسوزن را ثبت کنیم. سپس هندسه‌ای که در آزمایشگاه داشته‌ایم را عیناً در شبیه‌سازی تکرار و پس ‌از آن خروجی MCNPX را رسم کردیم و پس از بهنجارش داده‌های شبیه‌سازی با داده‌های تجربی، طیف‌های آن‌ها را با یکدیگر مقایسه کرده‌ایم.
فصل دوم
کلیات فیزیکی آشکارسازها2023110432435
2251710222885
مقدمهدر این فصل ابتدا برهمکنش تابش یوننده با ماده و سازوکار اتلاف انرژی آن را در محیط مادی که از آن عبور می‌کند بررسی می‌کنیم. سپس به اختصار نحوه عملکرد یک آشکارساز سوسوزن را ذکر می‌کنیم.
برهمکنش تابش با مادهاهمیت بررسی سازوکار انرژی تابش در ماده از این نظر است که بدین طریق می‌توان درک بهتری از پاسخ آشکارساز به هر یک از انواع تابش پیدا کرد. ازاین‌رو تابش یوننده را به سه دسته کلی تقسیم‌بندی می‌کنند:
ذرات باردار
فوتون‌ها
نوترون‌ها
این دسته‌بندی از این نظر حائز اهمیت است که هر گروه به شیوه‌ی متفاوتی انرژی خود را در محیط از دست می‌دهند. ذرات باردار از طریق برهمکنش کولنی با الکترون‌های اتمی محیط جاذب (که ذره در آن حرکت می‌کند) انرژی از دست می‌دهند و پس از پیمودن راه معینی موسوم به برد می‌ایستند. درحالی‌که برای فوتون‌ها و نوترون‌ها نمی‌توان برد معینی تعریف کرد، چون برای اندرکنش این دو تابش با محیط، سطح مقطع تعریف می‌شود که معیاری است از احتمال برهمکنش موردنظر با ماده. لذا احتمال غیر صفری وجود دارد که یک نوترون یا گاما بدون هیچ برهمکنشی از هر ضخامت از ماده عبور کند.
برهمکنش ذرات باردارمطالعه ذرات بارداری که به‌ویژه در آشکارسازی و اندازه‌گیری تابش‌های هسته‌ای اهمیت دارند به دو گروه ذرات باردار سبک مانند الکترون و پوزیترون، و ذرات باردار سنگین مانند آلفا محدود می‌شود. به‌طورکلی ذرات باردار بر اثر عواملی نظیر برهمکنش‌های کولنی با الکترون‌ها و هسته‌ها، گسیل تابش الکترومغناطیسی، برهمکنش‌های هسته‌ای و گسیل تابش چرنکوف انرژی از دست می‌دهند که در اینجا دو مورد اول را بررسی کرده و از بقیه چشم‌پوشی می‌کنیم.
برهمکنش‌های کولنیذره باردار معینی را در نظر بگیرید که در ماده حرکت می‌کند. ابعاد اتم از مرتبه‌یm 10-10 و ابعاد هسته از مرتبه‌ی m 10-15 است. لذا حجم اتم 1015 برابر حجم هسته است. اکنون به این نتیجه مهم می‌رسیم که احتمال برخورد (تابش) با الکترون‌های اتمی بسیار محتمل‌تر از هسته است. بنابراین صرفاً برخوردهای اتمی را در نظر می‌گیریم.
ذره باردار هنگامی‌که مسیری را در ماده می‌پیماید انرژی خود را از طریق نیروی کولنی به‌صورت F=kze2r2 صرف یونش و برانگیزش الکترون‌های محیط جاذب می‌کند. که در آن Ze بار الکتریکی ذره باردار فرودی و r فاصله ذره‌ی باردار با الکترون اتمی است. یونش زمانی رخ می‌دهد که الکترون انرژی کافی برای ترک اتم را، در اثر جذب انرژی از ذره‌ی باردار فرودی و تبدیل‌شدن به یک الکترون آزاد، به دست آورده باشد. در این صورت انرژی جنبشی الکترون عبارت است از:
(KE)e= انرژی پتانسیل یونش – انرژی جذب‌شده از تابش یوننده
این الکترون می‌تواند مانند هر ذره باردار متحرک دیگری با داشتن انرژی کافی موجب یونش اتم دیگری شود. برانگیزش هنگامی رخ می‌دهد که الکترون انرژی لازم برای یونیده شدن را دریافت نمی‌کند، اما انرژی کافی برای رفتن به یک حالت خالی در تراز انرژی بالاتر در اتم خود را به دست می‌آورد. این الکترون هنوز مقید است و در یک زمان کوتاه از مرتبه‌یs 10-8تا s 10-10 به حالت انرژی پایین‌تر می‌رود که در اثر آن انرژی برانگیختگی به شکل تابش الکترومغناطیسی گسیل می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
مسئله دیگر هم جرم بودن الکترون‌های تابشی با الکترون‌های اتمی است و به این علت الکترون‌های تابشی (پرتوی β) طی برخوردهای اتمی کسر بزرگی از انرژی خود را می‌توانند در یک تک برخورد از دست بدهند به‌طوری که مسیر آن‌ها درون ماده به‌صورت زیگزاگی خواهد بود. درحالی‌که یک ذره باردار سنگین، مانند ذره α، در هر برخورد به‌طور متوسط انرژی کمتری از دست می‌دهد و با توجه به جرم چند هزار برابری آن نسبت به الکترون، مسیر آن درون ماده تقریباً یک خط راست است ( REF _Ref418415146 h شکل ‏21) ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2, 4]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Knoll</Author><Year>2010</Year><RecNum>16</RecNum><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">16</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Knoll, Glenn F</author></authors></contributors><titles><title>Radiation detection and measurement</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>0470131489</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2, 4].

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: مسیر ذره سنگین و مسیر ذرات سبک درون مادهگسیل تابش الکترومغناطیسی (تابش ترمزی)هر ذره باردار فرودی که شتابش در محیط در اثر تغییر مسیر ناشی از برهمکنش کولنی کاهش یابد، بخشی از انرژی جنبشی خود را با گسیل تابش الکترومغناطیسی از دست می‌دهد که به آن تابش ترمزی گویند. طیف گسیلی تابش ترمزی یک طیف پیوسته است که از صفر تا بیشینه‌ی انرژی جنبشی ذره را دربرمی گیرد.
ذره‌ی با بار ze و جرم M را در نظر بگیرید که درون ماده‌ای با عدد اتمی Z حرکت می‌کند. با توجه به نیروی کولنی بین ذره باردار و هسته ماده هدف F=kze2r2 و شتاب ذره باردار فرودی a=F⁄M~zZe2r2، شدت تابش گسیل شده از عبارت
4775835144145(2-1)
0(2-1)
I∝a2~zZe2M2به دست می‌آید که نشان‌دهنده‌ی این موضوع است که تابش برای ذرات باردار سبک مانند الکترون و پوزیترون در محیط با عدد اتمی بالا قابل توجه است. لذا برای الکترون و پوزیترون که با انرژی جنبشی T در ماده‌ای با عدد اتمی Z حرکت می‌کنند اتلاف انرژی ناشی از گسیل تابش ترمزی برحسب اتلاف انرژی یونشی و برانگیزشی با رابطه زیر داده می‌شود،
524256036195(2-2)
0(2-2)
(dEdx)--=ZT(MeV)750(dEdx)ion5252085957580(2-3)
0(2-3)
این رابطه کسری از اتلاف انرژی در ماده را نشان می‌دهد که به‌صورت تابش ترمزی نمایان می‌شود. کل انرژی که به‌صورت تابش ترمزی گسیل می‌شود برحسب MeV برابر است با:
T--=4×10-4ZT2برهمکنش فوتون با مادهفوتون‌ها یا به عبارتی پرتوهای ایکس و ، تابش الکترومغناطیسی هستند که گستره‌ی انرژی آن‌ها از چند keV تا چند MeV می‌باشد.تنها تفاوت بین آن‌ها از منشأ تولید این پرتوهاست، پرتو منشأ هسته‌ای و پرتو X منشأ اتمی دارد به‌طوری که از واانگیزش الکترون‌های لایه داخلی اتم‌ها پرتو X مشخصه گسیل می‌شود که طیف گسسته‌ای دارند، همچنین از شتاب دادن ذرات باردار سبک مانند الکترون، پرتوهای X ترمزی گسیل می‌شود که انرژی آن‌ها می‌تواند تا چند صد MeV نیز باشد. از سوی دیگر واپاشی یک حالت انرژی برانگیخته هسته‌ای به حالت پایه‌ی خود منجر به گسیل پرتوی گاما می‌شود که گستره‌ی انرژی آن از چند keV تا چند MeV است.
در این پایان‌نامه سه مورد از مهم‌ترین برهمکنش‌های فوتون با ماده را مورد بررسی قرار می‌دهیم که عبارت‌اند از : اثر فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون و تولید زوج که هریک به‌اختصار شرح داده می‌شود.
اثر فوتوالکتریکاثر فوتوالکتریک برهمکنشی است که در آن فوتون گامای فرودی ناپدید می‌شود. در این حالت یک فوتوالکترون از یکی از پوسته‌های الکترونی اتم جاذب با انرژی جنبشی برابر با انرژی فوتون فرودی hf منهای انرژی بستگی الکترون در پوسته‌ی الکترونی (Eb) آزاد می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Knoll</Author><Year>2010</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText>[4]</DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">16</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Knoll, Glenn F</author></authors></contributors><titles><title>Radiation detection and measurement</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>0470131489</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]. این فرآیند در REF _Ref418415247 h شکل ‏22 نشان داده‌شده است. در این فرآیند، انرژی بستگی یا به شکل پرتوهای ایکس مشخصه یا به شکل الکترون اوژه آزاد می‌شود.در اتم ید، در 88 درصد موارد پرتوی ایکس مشخصه گسیل می‌شود.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 2: اثر فوتوالکتریک ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Knoll</Author><Year>2010</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText>[4]</DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">16</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Knoll, Glenn F</author></authors></contributors><titles><title>Radiation detection and measurement</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>0470131489</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]
نتیجه جذب فوتوالکتریک، آزاد شدن یک فوتوالکترون است که بیشترین بخش از انرژی فوتون فرودی را حمل می‌کند و یک یا چند الکترون کم انرژی که متناظر با جذب انرژی بستگی فوتوالکترون هستند. در اندازه‌گیری مربوط به گامای تک انرژی، انرژی جنبشی کل الکترون همواره ثابت و برابر انرژی فوتون گامای فرودی است ( REF _Ref418415301 h شکل ‏23).

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 3: تک قله با انرژی جنبشی کل متناظر با انرژی پرتوی گامای فرودیپراکندگی کامپتونپراکندگی کامپتون برخوردی است بین یک فوتون و یک الکترون نامقید و آزاد. چون الکترون‌های لایه‌های خارجی اتم بستگی از مرتبه‌ی eV دارند و انرژی فوتون در گستره‌ی keV تا MeV است، الکترون را می‌توان تقریباً آزاد در نظر گرفت ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Knoll</Author><Year>2010</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText>[4]</DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">16</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Knoll, Glenn F</author></authors></contributors><titles><title>Radiation detection and measurement</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>0470131489</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]. در اثر این برهمکنش فوتون ناپدید نمی‌شود بلکه انرژی آن به مقدار معینی کاهش یافته و راستای حرکت آن تغییر می‌کند. رابطه‌ی بین زاویه‌ی پراکندگی پرتوی گاما و انرژی گامای پراکنده‌شده به‌صورت زیر است:
5175885-23495(2-4)
0(2-4)
E'=Eγ1+1-cosθEγ/mc2که در آن E' انرژی گامای پراکنده شده و زاویه‌ی انحراف پرتوی گاما می‌باشد. انرژی از دست رفته پرتوی گاما به الکترون داده می‌شود. اگر زاویه‌ی پراکندگی 180 درجه باشد بیشترین انرژی به الکترون کامپتون داده می‌شود. این انرژی معادل انرژی لبه کامپتون در طیف ارتفاع تپ است و با قرار دادن = در رابطه‌ی فوق به‌صورت زیر درمی‌آید
506158546990(2-5)
(2-5)
E'=Eγ1+2Eγ/mc2احتمال وقوع پراکندگی کامپتون را سطح مقطع کامپتون یا ضریب کامپتون می‌گوییم. REF _Ref411277637 h شکل ‏24 وابستگی سطح مقطع کامپتون (σ) را به عدد اتمی محیط و انرژی پرتوی گاما نشان می‌دهد.
36137851328420الف
0الف
8801101271270ب

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 4: وابستگی سطح مقطع کامپتون به (الف) عدد اتمی ماده پراکننده و (ب) انرژی فوتون فرودی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]
296608528733760019335753078480 لبه کامپتون
0 لبه کامپتون
10401302468880پیوستار کامپتون
0پیوستار کامپتون

متن کامل در سایت امید فایل 

1042035199707500طبق شکل‌های بالا احتمال پراکندگی کامپتون تابعی است از انرژی فوتون و با افزایش انرژی کاهش می‌یابد اما در گستره‌ی وسیعی مستقل از Z است. در هر انرژی گاما، توزیع انرژی الکترون یک ‌شکل کلی خواهد داشت که در زیر نشان داده‌شده است ( REF _Ref418415668 h
شکل ‏25).
شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 5: توزیع انرژی الکترون مربوط به پدیدهی کامپتون [4]تولید زوج50996851861820(2-6)
(2-6)
سومین برهمکنش مهم پرتوهای گاما تولید زوج است. براثر این برهمکنش یک فوتون نابود می‌شود و یک زوج الکترون-پوزیترون خلق می‌شود. برای خلق یک زوج الکترون-پوزیترون حداقل m0c22 انرژی لازم است، برای اینکه برهمکنش به لحاظ انرژی امکان‌پذیر باشد، حداقل انرژی پرتوی گاما باید m0c22 باشد. پایستگی انرژی ایجاب می‌کند که:
Te-+Te+=E-2m0c2=E-1.022 MeVاز این معادله پیداست که یک انرژی آستانه برای این رویداد وجود دارد که برابر است با مجموع انرژی‌های سکون الکترون و پوزیترون. هنگامی که پوزیترون خلق شده در ماده با یک الکترون نابود می‌شود حاصل آن دو پرتوی گامای MeV511/0 است.
احتمال وقوع پدیده‌ی تولید زوج را سطح مقطع تولید زوج ()می‌گویند که تابعی است از انرژی فوتون تابشی و عدد اتمی محیط جاذب. REF _Ref418415721 h شکل ‏26 وابستگی سطح مقطع تولید زوج را به Z و E نشان می‌دهد. همان‌طور که ملاحظه می‌شود تولید زوج یک انرژی آستانه دارد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
5943601157605MeV 022/1
0MeV 022/1
40519351357630الف
0الف
16421101357630ب

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 6: وابستگی سطح مقطع تولید زوج به (الف) عدد اتمی ماده پراکننده و (ب) انرژی فوتون فرودیاصول پایه در آشکارسازی تابشهنگامی که تابش یوننده از محیط آشکارساز می‌گذرد به‌موجب سازوکارهای اتلاف انرژی، موجب تغییراتی در ماده می‌شوند. این تغییرات شامل یونش و برانگیزش ماده به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم می‌باشد. سیستم یک آشکارساز متشکل از یک محیط حساس به تابش و یک الکترونیک وابسته به آن است. سیستم به نحوی طراحی می‌شود که بتواند این اثرات تابش را به‌صورت یک علامت الکتریکی، به‌عنوان پاسخی از آشکارساز دریافت کند و سپس آن را توسط الکترونیک مربوطه تحلیل و پالس نهایی را در حافظه خود ذخیره کرده و یا در صفحه نمایش ظاهر کند.
در مورد پرتوهای ایکس و گاما باید گفت که یک فوتون بسته به اینکه در برهمکنش با ماده چه اتفاقی برایش رخ دهد تمام یا بخشی از انرژی خود را می‌تواند در محیط بگذارد. در پدیده‌ی فوتوالکتریک، فوتون تمام انرژی خود را در محیط آشکارساز می‌گذارد و ناپدید می‌شود. فوتوالکترون آزاد شده غالب انرژی را حمل می‌کند که برای آشکارساز قابل بازیابی است. اما می‌دانیم برای کندن همین فوتوالکترون باید بر انرژی بستگی الکترون در اتم غلبه کرد. پس از ترک الکترون با بستگی Eb از اتم، اینک Eb انرژی برانگیختگی اتم است و چون اتم نمی‌تواند در این حالت بماند، یا پرتویی از اتم گسیل می‌شود و یا یک الکترون از لایه‌های خارجی اتم به بیرون پرتاب می‌شود که این انرژی برانگیختگی را با خود به خارج از اتم می‌برد. این الکترون‌ها را الکترون اوژه می‌گویند. در هر ماده متراکم تابش ثانویه با احتمال زیاد جذب می‌شود، این امر در مورد اغلب سوسوزن‌هایی که برای آشکارسازی گاما بکار می‌روند رخ می‌دهد.
در پدیده‌ی کامپتون، فوتون بخشی از انرژی خود را در محیط می‌گذارد که مقدار آن بستگی به زاویه‌ی پراکندگی دارد. هنگامی‌که زاویه‌ی پراکندگی پرتو 180 درجه باشد فوتون بیشترین مقدار انرژی خود را در محیط می‌گذارد که در طیف آشکارسازی گاما این نقطه لبه پیوستار کامپتون می‌باشد. در پدیده‌ی تولید زوج هم فوتون، بسته به اینکه گاماهای نابودی پوزیترون در محیط چه سرنوشتی پیدا می‌کنند، می‌تواند تمام یا بخشی از انرژی خود را در محیط آشکارساز بگذارد.
آشکارسازها برحسب خواص و ویژگی‌های محیط حساس به تابش آن‌ها، به سه دسته‌ی کلی آشکارسازهای گازی، نیمه‌رسانا و سوسوزن تقسیم می‌شوند که در ادامه به بررسی آشکارسازهای سوسوزن می‌پردازیم.
آشکارسازهای سوسوزناساس کار آشکارسازهای سوسوزن، به‌طور خلاصه، مبتنی بر جذب انرژی از تابش یوننده و گسیل نور در ناحیه‌ی مرئی می باشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]. مثلاً پرتوی گاما از طریق برهمکنش‌هایی که با ماده دارد، همان‌طور که در بخش‌های قبل گفته شد انرژی خود را در محیط سوسوزن می‌گذارد. سپس انرژی الکترون‌های تولیدی به‌سرعت صرف یونش و تحریک ماده می‌شود و در پی این تحریکات ماده‌ی سوسوزن با گسیل نور به حالت پایه‌ی خود بازمی‌گردد. درنهایت نور تولیدشده به‌وسیله‌ی یک لامپ تکثیرکننده‌ی فوتونی (PMT) به یک تپ الکتریکی تبدیل می‌شود که این علامت به‌عنوان پاسخ آشکارساز سوسوزن شناخته می‌شود. شکل 2-7 طرح‌واره آشکارساز سوسوزن و الکترونیک بکار رفته در آن را نشان می‌دهد.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 7: طرح‌واره آشکارساز سوسوزن و الکترونیک آنلامپ تکثیر کننده ی فوفونیلامپ تکثیرکننده‏ی فوتون یا لامپ نور بخشی از یک شمارنده‏ی سوسوزن است که وظیفه تقویت نور حاصل از سوسوزنی را بر عهده دارد. تکثیرکننده‏ی فوتون اصولاً یک تقویتکننده‏ی سریع است، که در زمانی در حدود s 9-10 یک تپ فرودی نور مرئی را با ضریب 106 یا بیشتر تقویت می‏کند. تکثیرکننده‏ی فوتون از یک لوله‏ی شیشه‏ای تهی از هوا، یک فوتو کاتد در ورودی، و چندین داینود در درون ساخته می‏شود ( REF _Ref418415814 h شکل ‏28). فوتون‏های تولید شده در سوسوزن، وارد لامپ شده و به صفحه‏ی فوتوکاتد برخورد می‏کنند. فوتوکاتد از ماده‏ای ساخته می‏شود که نور را دریافت کرده و الکترون گسیل می‏کند. الکترون‏های گسیلی از فوتوکاتد به یاری یک میدان الکتریکی به سوی اولین داینود که با یک ماده تکثیرکننده الکترون اندود شده است، راهنمایی می‏شوند.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 8: طرحی از لوله تکثیرکنندهی فوتونیالکترون‏های ثانویه از اولین داینود به سوی داینود دوم، وازآنجا به سومی حرکت می‏کنند این روند تا رسیدن الکترون به آخرین داینود ادامه دارد. لامپ‏های تکثیر کننده‏ی تجارتی ممکن است تا 15 داینود داشته باشند. الکترون‏های تولید شده در لامپ تکثیرکننده توسط یک میدان الکتریکی، که با اعمال یک پتانسیل مثبت بر هر داینود تامین می‏شود، از یک داینود به داینود دیگر راهنمایی می‏شوند. اختلاف پتانسیل بین دو داینود متوالی از مرتبه‏ی 80 تا 120 ولت است.
ماده‏ی فوتوکاتد که در بیشتر لامپ‏های تکثیرکننده‏ی تجاری به کار می‏رود ترکیبی از سزیم و آنتیموان (Cs - Sb) می‏باشد. ماده‏ای که برای اندودن داینودها به کار می‏رود یا (Cs - Sb)یا نقره و منیزیم (Ag- Mg) است. آهنگ گسیل الکترون‏های ثانوی داینودها نه تنها به نوع سطح بستگی دارد بلکه به ولتاژ اعمالشده هم وابسته است. یک پارامتر مهم هر لامپ تکثیرکننده، حساسیت طیفی فوتوکاتد آن است. برای رسیدن به بهترین نتیجه‏ها، طیف سوسوزن باید با حساسیت فوتوکاتد هم‏خوانی داشته باشد. ترکیب سزیم و آنتیموان درnm 440 دارای بیشترین حساسیت است که به خوبی با پاسخ طیفی بیشتر سوسوزن‏ها همساز است.
پارامتر مهم دیگر تکثیرکننده‏ی فوتون، اندازه‏ی جریان در تاریکی آن است. جریان در تاریکی بیشتر از الکترون‏هایی تشکیل می‏شود که پس از جذب انرژی گرمایی به وسیله‏ی کاتد تشکیل می‏شوند. این فرایند به گسیل گرمایونی معروف است، و یک فوتوکاتد به قطر mm 50 ممکن است درتاریکی و در دمای اتاق تا 105 الکترون در هر ثانیه آزاد کند. سرد کردن کاتد، این چشمه نوفه را بهازای هر 10 تا 15 درجه کاهش در دما، تقریباً نصف می‏کند.
یادآوری می‏شود که الکترون‏ها از یک داینود به داینود دیگر توسط یک میدان الکتریکی راهنمایی می‏شوند. اگر میدان مغناطیسی حضور داشته باشد، ممکن است الکترون‏ها را به گونه‏ای منحرف کند که همه‏ی آن‏ها به داینود دیگر برخورد نکنند، و تقویت کاهش یابد. حتی میدان مغناطیسی ضعیف زمین ممکن است گاهی موجب این اثر ناخواسته شود.
پیش تقویت کننده
منظور اصلی در ساخت پیش تقویت کننده، ایجاد یک جفت شدگی بهینه بین خروجی آشکار ساز و بقیه‏ی دستگاه شمارنده است. پیش تقویت کننده همچنین برای کمینه کردن هر چشمه‏ی نوفه که ممکن است باعث تغییر پالس شود مورد نیاز است. پالسی که از آشکار ساز خارج می‏شود خیلی ضعیف، از مرتبه میلی ولت است. پیش از اینکه این پالس بتواند ثبت شود، باید آنرا با یک ضریب هزار یا بیشتر تقویت کرد. برای این منظور، باید آنرا توسط یک کابل به قسمت بعدی، که تقویت کننده است، منتقل کرد. انتقال هر نوع پالس از طریق کابل آن را تا حدودی ضعیف می‏کند. اگر پالس در خروجی آشکار ساز ضعیف باشد، ممکن است در میان نوفه‏ی الکتریکی همراه با انتقال گم شود. برای پرهیز از این امر پیشتقویتکننده را تا جایی که ممکن است نزدیک به آشکار ساز قرار می‏دهند. به همین خاطر امروزه در بازار، آشکارسازهای سوسوزن را یا بهصورت بلورهای با اندازه دلخواه مشتری و یا به صورت یک پک کامل سوارشده بر یک تکثیرکننده‏ی فوتونی مناسب عرضه می‏کنند.
تقویتکنندهوسیله اصلی برای تقویت، تقویتکننده است. تقویت کننده، پالس را 1000 بار یا بیشتر افزایش می‏دهد. علاوه بر تقویت علامت، نقش مهم دیگر تقویت کننده‏ی واگرداندن پالس خروجی پیش تقویت کننده به شکلی است که برای اندازه‏گیری موردنظر، مناسب باشد.
تحلیلگر چندکانالهتحلیلگر چندکاناله‏ (MCA) تپ‏ها را بر اساس ارتفاع آنها ثبت و ذخیره می‏کند. هر واحد انباشت پالس، یک کانال نامیده می‏شود. ارتفاع تپ رابطه‏ی معلومی – معمولاً تناسبی- با انرژی ذره‏ای که وارد آشکارساز می‏شود دارد. هر تپ در کانال خاصی که هم‏خوان با یک انرژی معین است ذخیره می‏شود. توزیع تپ‏ها در کانال‏ها، تصویری است از توزیع انرژی ذرات. در پایان یک دوره‏ی شمارش، طیفی که ثبت شده است را می‏توان بر یک صفحه‏ی MCA ظاهر ساخت. در این صفحه محور افقی، شماره‏ی کانال‏ها، یا انرژی ذره، و محور عمودی، تعداد ذرات ثبت شده در هر کانال است.

فصل سوماصول آشکارسازهای سوسوزن و آشنایی با روش مونت‌کــارلو و کد MCNPX2194560317500
مقدمهسوسوزن‌ها موادی هستند که وقتی تابش یوننده از آن‌ها عبور می‌کند، نور تولید می‌کنند. اساس تولید نور توسط سوسوزن بر این است که یک تابش فرودی در محیط سوسوزن با برهمکنش با مولکول‌های آن موجب برانگیختگی مولکول‌ها می‌شود. این مولکول‌ها به هنگام بازگشت به حالت پایه‌ی خود با گسیل فوتون واانگیخته می‌شوند که این اساس پدیده‌ی لومینسانس است.
اولین کاربرد سوسوزن به آزمایشی برمی‌گردد که در سال 1903 میلادی توسط ویلیام کروکس انجام شد که با برخورد ذرات آلفا با یک صفحه‌ی ZnS این ذرات را توانست آشکار کند. اما مقدار نور تولیدشده در سوسوزن بسیار اندک است به‌طوری‌که آشکار کردن آن با چشم غیرمسلح ممکن نیست. بدین منظور از وسیله‌ای به نام لامپ تکثیرکننده‌ی فوتونی استفاده می‌شود که درنتیجه آن نور تولیدشده با ضریب 106 یا بیشتر تقویت شده و به یک تپ الکتریکی تبدیل می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]. کاربردهای طیف‌سنج‌های سوسوزنی شامل تصویربرداری‌های پزشکی، فیزیک هسته‌ای و ذرات، آزمون‌های غیر مخرب، فیزیک بهداشت، اکتشاف نفت و غیره می‌باشد.
لومینسانسبه‌طورکلی هرگاه یک ماده که با یک عامل خارجی تحریک‌شده است، از حالت برانگیخته به حالت پایه‌ی خود با گسیل فوتون واانگیخته شود به این پدیده لومینسانس گفته می‌شود. اگر عامل برانگیختگی فوتون باشد به این پدیده فوتولومینسانس، و اگر عامل برانگیختگی حرارت باشد ترمولومینسانس گفته می‌شود
فلوئورسانس و فسفرسانسپدیده‌ی لومینسانس بر اساس طول عمر حالات برانگیخته به دودسته فلورسانس و فسفرسانس تقسیم می‌شود. فلورسانس به گسیل سریع معروف است و زمان واپاشی آن از مرتبه‌ی s 10-9 تا s 10-5 می‌باشد. فسفرسانس به گسیل تأخیری معروف است و زمان واپاشی آن در گستره‌ی s 10-4 است.
سوسوزن‌هامواد سوسوزن ازلحاظ فیزیکی به‌صورت جامدهای بلوری، مایع و گاز وجود دارند که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. مثلاً بلورهای سوسوزن از بازده‌ی آشکارسازی بالایی برای پرتوهای گاما برخوردارند. در عوض سوسوزن‌های گازی، که مخلوطی از گازهای بی‌اثر هستند، برای آشکارسازی ذرات سنگین باردار مانند آلفا مفید هستند. سوسوزن‌های مایع برای اندازه‌گیری‌هایی که در آن‌ها به آشکارساز با حجم بالا برای افزایش بازده آشکارسازی موردنیاز است، مانند آشکارسازی پرتوهای کیهانی و اندازه‌گیری طیف انرژی نوترون‌های پرانرژی بسیار مفید هستند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
ازنظر شیمیایی سوسوزن‌ها به دودسته‌ی سوسوزن‌های آلی و غیرآلی تقسیم می‌شوند.
سوسوزن‌های غیرآلیمواد سوسوزن غیرآلی بلورهای معدنی هستند که متداول‌ترین آن‌ها NaI(Tl)، CsI(Tl)، CsI(Na)، LiI(Eu) و CaF2(Eu) هستند که هریک مقدار بسیار کمی ناخالصی به‌عنوان فعال‌ساز در ساختار خود دارند، به‌طوری‌که گسیل نور بلور ناشی از آن است.
فرآیند سوسوزنی در مواد غیرآلیحالت‌های مجاز انرژی الکترونی در بلور پهن‌شده و به‌صورت نوارهایی درمی‌آیند. در حالت پایه‌ی بلور، بالاترین نوار مجاز که توسط الکترون‌ها اشغال‌شده نوار ظرفیت نامیده می‌شود. نوار مجاز بعدی که خالی از الکترون بوده نوار رسانش است. یک الکترون با جذب انرژی کافی از تابش فرودی می‌تواند به نوار رسانش برود و در نوار ظرفیت یک حفره از خود به‌جا بگذارد. الکترون آزاد در نوار رسانش می‌تواند در شبکه‌ی بلور حرکت کند، متقابلاً حفره نیز می‌تواند حرکت کند. ممکن است انرژی داده‌شده به الکترون کافی نباشد تا آن را به نوار رسانش برساند و در عوض الکترون ازنظر الکترواستاتیکی در قید حفره در نوار ظرفیت بماند. زوج الکترون-حفره که به این صورت حاصل شوند اکسیتون نامیده می‌شود. ازنقطه‌نظر انرژی حالت‌های اکسیتونی تشکیل نوار سومی می‌دهند که بخش بالایی آن منطبق با بخش پایینی نوار رسانش هست ( REF _Ref411477162 h شکل ‏01).

شکل STYLEREF 1 s ‏0 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: نمایش ترازهای انرژی مجاز در سوسوزن غیرآلی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Leo</Author><Year>2012</Year><RecNum>45</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">45</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Leo, William R</author></authors></contributors><titles><title>Techniques for nuclear and particle physics experiments: a how-to approach</title></titles><dates><year>2012</year></dates><publisher>Springer Science &amp; Business Media</publisher><isbn>3642579205</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]
در بلورهای خالص، بازگشت به حالت پایه و گسیل فوتون یک فرآیند با بازدهی کم است. علاوه بر این، گاف انرژی بین حالت‌های مجاز ظرفیت و رسانش، و نوار اکسیتونی چنان بالاست که در صورت گسیل فوتون انرژی آن چندان زیاد است که در گستره‌ی مرئی طیف الکترومغناطیسی نمی‌باشد. ازاین‌رو برای بهبود این شرایط و نیز بالا بردن احتمال گسیل فوتون، در شبکه‌ی بلور مقدار کمی ناخالصی وارد می‌کنند که به آن فعال‌ساز می‌گویند. اثر ناخالصی ایجاد حالت انرژی پایه و برانگیخته از این اتم‌های فعال‌ساز بین نوارهای ظرفیت و رسانش بلور است. اکنون سوسوزنی مشاهده‌شده ناشی از لیانی بلور توسط اتم‌های فعال‌ساز است، و این در اثر یک برهمکنش و انتقال انرژی بین شبکه‌ی بلور و اتم فعال‌ساز رخ می‌دهد. درنتیجه‌ی فرآیند سوسوزنی به این قرار است که تابش فرودی توسط بلور جذب می‌شود و سبب برانگیختگی الکترون به نوارهای رسانش یا اکسیتونی و تشکیل زوج الکترون-حفره و یا اکسیتون می‌شود. سوسوزنی می‌تواند ناشی از جذب یک زوج الکترون-حفره و یا اکسیتون باشد که موجب برانگیختگی مراکز فعال‌ساز شده و هنگام واانگیزش به حالت پایه‌ی خود، فوتون مرئی گسیل می‌کنند.
آشکارساز CsI، به‌عنوان یک سوسوزن غیرآلییدور سزیم هالید قلیایی است که شهرت زیادی به‌عنوان یک ماده‌ی سوسوزن دارد. این ماده به‌صورت تجاری هم با فعال‌ساز سدیم و هم تالیم موجود است و ویژگی‌های سوسوزنی حاصل از این دو حالت با یکدیگر متفاوت است. ضریب جذب یدور سزیم برای پرتوهای گاما در واحد حجم، در مقایسه با یدور سدیم کمی بزرگ‌تر است. با توجه به آنکه یدور سزیم از یدور سدیم سخت‌تر است، می‌توان آن را در معرض تنش‌ها و نوسانات شدیدتری قرارداد. مفیدترین ویژگی CsI(Tl) زمان واپاشی متغیر آن برای ذرات تحریک‌کننده‌ی مختلف می‌باشد. بنابراین می‌توان از تکنیک‌های تمایز بر مبنای شکل پالس برای جدا کردن تابش‌های مختلف استفاده کرد.
پیک طیف گسیلی CsI(Tl) در طول موج بزرگ‌تری نسبت به NaI(Tl) قرار می‌گیرد و به‌خوبی با پاسخ لامپ‌های تکثیرکننده‌ی فوتونی با فوتوکاتد 11-S و یا فوتوکاتدهای دوقلیایی منطبق نمی‌شود. به همین خاطر گفته می‌شود که نور خروجی CsI(Tl) کمتر از یدور سدیم است. اما چنانچه پاسخ این سوسوزن به فوتوکاتدی اندازه‌گیری شود که حساسیت طیفی آن در ناحیه‌ی قرمز طیف باشد، بازده سوسوزنی آن از تمام سوسوزن‌های دیگر بزرگ‌تر است. بازده نوری مطلق اندازه‌گیری شده از این سوسوزن در این حالت در دمای اتاق فوتونMeV 65000 است، با بیشینه مقداری در حدود 6% بیشتر در دمای 35- سانتی‌گراد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Nagarkar</Author><Year>2008</Year><RecNum>36</RecNum><DisplayText>[6, 7]</DisplayText><record><rec-number>36</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">36</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Nagarkar, VV</author><author>Brecher, C</author><author>Ovechkina, EE</author><author>Gaysinskiy, V</author><author>Miller, SR</author><author>Thacker, S</author><author>Lempicki, A</author><author>Bartram, RH</author></authors></contributors><titles><title>Scintillation Properties of CsI: Tl Crystals Codoped With</title><secondary-title>Nuclear Science, IEEE Transactions on</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Science, IEEE Transactions on</full-title></periodical><pages>1270-1274</pages><volume>55</volume><number>3</number><dates><year>2008</year></dates><isbn>0018-9499</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Grassmann</Author><Year>1985</Year><RecNum>37</RecNum><record><rec-number>37</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">37</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Grassmann, H</author><author>Lorenz, El</author><author>Moser, H-G</author></authors></contributors><titles><title>Properties of CsI (TI)—Renaissance of an old scintillation material</title><secondary-title>Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment</full-title></periodical><pages>323-326</pages><volume>228</volume><number>2</number><dates><year>1985</year></dates><isbn>0168-9002</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6, 7].
حالت‌های لیانی در CsI(Tl) به‌صورت نمایی جمع می‌شوند. درنتیجه نور اولیه دارای زمان خیز طولانی 20 نانوثانیه است. واپاشی‌های تأخیری این حالت‌های لیانی در بین کندترین زمان‌های واپاشی مربوط به سوسوزن‌های معمول قرار می‌گیرد. سوسوزن CsI نسبت به NaI دارای چگالی (kg/m3 4.51103) و عدد اتمی بالاتری است، لذا بازده آن برای آشکارسازی گاما بالاتر است. در REF _Ref411383015 h جدول 1 مشخصات و ویژگی‌های برخی از سوسوزن‌های غیرآلی آورده شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tsoulfanidis</Author><Year>2013</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[2, 4, 8]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">34</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Tsoulfanidis, Nicholas</author><author>Landsberger, Sheldon</author></authors></contributors><titles><title>Measurement and detection of --iation</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>CRC press</publisher><isbn>1439894655</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Knoll</Author><Year>2010</Year><RecNum>16</RecNum><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">16</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Knoll, Glenn F</author></authors></contributors><titles><title>Radiation detection and measurement</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>0470131489</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Miri Hakimabad</Author><Year>2007</Year><RecNum>2</RecNum><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">2</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Miri Hakimabad, Hashem</author><author>Panjeh, Hamed</author><author>Vejdani-Noghreiyan, Alireza</author></authors></contributors><titles><title>Evaluation the nonlinear response function of a 3× 3in NaI scintillation detector for PGNAA applications</title><secondary-title>Applied --iation and isotopes</secondary-title></titles><periodical><full-title>Applied --iation and isotopes</full-title></periodical><pages>918-926</pages><volume>65</volume><number>8</number><dates><year>2007</year></dates><isbn>0969-8043</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2, 4, 8].
جدول SEQ جدول * ARABIC 1: مشخصات برخی از سوسوزن‌های غیرآلی
ماده
زمان واپاشی(sμ) بازده سوسوزنی
(نسبی%) بیشینه طول موج
گسیل(nm) چگالی
(kg/m3 103)
NaI(Tl) 23/0 100 410 67/3
CaF2(Eu) 94/0 50 435 18/3
CsI(Na) 63/0 80 420 51/4
CsI(Tl) 80/1 45 565 51/4
Bi4Ge3O12 30/0 8 480 13/7
CdWO12 90/0 20 530 90/7
6Lil(Eu) 94/0 30 470 49/3
روش مونت‌کارلو و استفاده از کد MCNPXمنشأ روش مونت‌کارلو
روش مونت‌کارلو در سال 1949 متولد شد. زمانی که مقاله‌ای به‌عنوان روش مونت‌کارلو توسط کلام و متروپولیس به چاپ رسید، ریاضی‌دانان آمریکایی جان ون نیومن و استنسیلاو اولام هم به‌عنوان پایه‌گذاران این روش شناخته می‌شوند. پایه‌ی تئوری این روش مدت‌ها قبل در مقاله نیومن-اولام به‌طور کنجکاوانه‌ای به چاپ رسیده بود. علاوه بر این قبل از سال 1949 مسائل مشخصی در آمار به‌وسیله‌ی نمونه‌برداری تصادفی که درواقع همان روش مونت‌کارلو است، حل می‌شدند.
اگرچه، به خاطر اینکه شبیه‌سازی دستی امکان‌پذیر نیست، استفاده از روش مونت‌کارلو به‌عنوان یک روش عددی جامع تنها با ظهور کامپیوتر عملی گردید. نام مونت‌کارلو برگرفته از نام شهر موناکو است که به خاطر کازینوهای فراوانش، مشهور شده است. یکی از وسایل مکانیکی برای تولید اعداد تصادفی چرخ رولت است. در دهه 1970 برگر و سلتزر شبیه‌سازی مونت‌کارلو را برای محاسبه‌ی تابع پاسخ آشکارساز NaI(Tl) استفاده کردند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Shi</Author><Year>2002</Year><RecNum>8</RecNum><DisplayText>[9]</DisplayText><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">8</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Shi, Hu-Xia</author><author>Chen, Bo-Xian</author><author>Li, Ti-Zhu</author><author>Yun, Di</author></authors></contributors><titles><title>Precise Monte Carlo simulation of gamma-ray response functions for an NaI (Tl) detector</title><secondary-title>Applied --iation and isotopes</secondary-title></titles><periodical><full-title>Applied --iation and isotopes</full-title></periodical><pages>517-524</pages><volume>57</volume><number>4</number><dates><year>2002</year></dates><isbn>0969-8043</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9].
روش مونت‌کارلو
روش مونت‌کارلو یک روش عددی برای حل مسائل ریاضی به‌وسیله‌ی نمونه‌برداری تصادفی است. این روش به‌عنوان یک تکنیک عددی جامع بعد از ورود کامپیوتر به زمینه محاسبات عددی ظهور پیدا کرد. زمینه‌های کاربردی این روش با ظهور کامپیوترهای پیشرفته و جدید، گسترش یافت.
اساس روش محاسبهبا توجه به سرشت کاتوره‌ای برهمکنش‌های هسته‌ای، شبیه‌سازی مونت‌کارلو برای محاسبات هسته‌ای، بسیار واقعی و دور از تقریب‌ها و خطاهای موجود است. در این روش تمام فرآیندها مطابق با آنچه در عالم اتفاق می‌افتد دنبال می‌شود و احتمال هر رویداد با توجه به داده‌های تجربی، در قالب سطح مقطع، تعیین می‌شود. در طیف‌های تجربی، اطلاعات دارای توزیع گاوسی شکل هستند. کدهای شبیه‌ساز، اثرات فیزیکی منجر به پهن‌شدگی گاوسی را شبیه‌سازی نمی‌کنند، اما مسیرهای ذرات را شبیه‌سازی می‌کند و برخی از جنبه‌های رفتار میانگینشان را ضبط می‌کند.
کد MCNPXاین کد، یکی از قوی‌ترین کدهای محاسباتی در انجام محاسبات هسته‌ای است و بر اساس روش مونت‌کارلو کار می‌کند. این کد در طراحی رآکتورهای هسته‌ای و بررسی ایمنی آن‌ها، حفاظ سازی، طراحی آشکارسازها، چاه پیمایی هسته‌ای، طراحی هدف در شتاب‌دهنده‌ها، پرتوپزشکی و غیره کاربردهای فراوانی دارد. این کد برای اولین بار در سال 1963 در آزمایشگاه لوس آلاموس، تحت عنوان MCS، تهیه شد و در سال 1977 برای اولین بار بانام MCNP ارائه شد و در ادامه در سال 2000 نسخه‌ی 4B آن به بازار آمد. پس‌ازآن نسخه‌های X، X2.6 و 5 ارائه گردید.
استفاده از کدبرای استفاده از این کد بایستی یک فایل ورودی شامل اطلاعات مسئله با ساختار مشخص تهیه گردد. هر فایل ورودی شامل سه بخش اصلی است که بخش اول مربوط به تعریف سلول‌ها، بخش دوم تعریف سطوح و بخش آخر داده‌های مسئله مانند چشمه، مواد، نوع خروجی و ... است.
کد MCNPX نسبت به MCNP4C پیشرفته‌تر می‌باشد و می‌تواند تعداد ذرات بیشتری که تعداد آن‌ها به 34 ذره می‌رسد را شبیه‌سازی کند. این ذرات شامل نوترون، پروتون، الکترون، 5 لپتون، 11 باریون، 11 مزون و 4 یون سبک می‌باشند. همچنین در این کد علاوه بر دستورات MCNP، دستورات جدیدی نیز قابل اجرا می‌باشند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Pellowitz</Author><Year>2007</Year><RecNum>30</RecNum><DisplayText>[10, 11]</DisplayText><record><rec-number>30</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">30</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Pellowitz, DB</author></authors></contributors><titles><title>MCNPX User’s Manual, version 2.6. 0</title><secondary-title>Los Alamos Report No. LA CP</secondary-title></titles><periodical><full-title>Los Alamos Report No. LA CP</full-title></periodical><pages>408</pages><volume>2</volume><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Hendricks</Author><Year>2005</Year><RecNum>31</RecNum><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">31</key></foreign-keys><ref-type name="Report">27</ref-type><contributors><authors><author>Hendricks, JS</author><author>McKinney, GW</author><author>Waters, LS</author></authors></contributors><titles><title>MCNPX User’s Manual, version 2.5. 0</title></titles><dates><year>2005</year></dates><publisher>LA-UR-05-2675, Los Alamos National Laboratory</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10, 11].
برای استفاده از کد MCNPX باید اطلاعات لازم و دقیق توسط یک فایل ورودی به برنامه داده شود که این امر باعث به دست آوردن جواب‌های دقیق و قابل‌اعتماد در فایل خروجی می‌گردد. بدیهی است که برای رسیدن به نتیجه‌ی مطلوب، این اطلاعات، اعم از هندسه سیستم، مواد بکار رفته و توزیع آن‌ها، چشمه و ویژگی آن، و ... باید تا آنجا که امکان دارد منطبق بر سیستم آزمایش باشد.
اطلاعات موردنظر در فایل ورودی از میان کارت‌های ورودی کد MCNPX انتخاب و در فایل ورودی گنجانده می‌شود. منظور از یک کارت، یک خط ورودی در کد است که شامل دستورالعمل‌های لازم در مورد چگونگی شبیه‌سازی هندسه مسئله و ... است.
کد MCNPX برای نوشتن فایل ورودی، دارای محیط خاصی مانند نرم‌افزار متلب و یا C نیست و این فایل به‌صورت یک فایل متنی در محیط wordpad یا notpad و ... نوشته می‌شود. در حین اجرا با دستورالعمل خاصی که به کد داده می‌شود هر نتیجه‌ی به‌دست‌آمده در فایل خروجی با عددی به‌عنوان خطای نسبی همراه است که از تقسیم مقدار تخمینی انحرافمعیار بر میانگین تخمینی به دست می‌آید. بررسی یک نتیجه‌ی خروجی خوش‌رفتار خطای نسبی با 1N متناسب است که N تعداد تاریخچه‌های بررسی‌شده است. و بررسی نتایج بدرفتار خطای نسبی با زیادشدن تعداد تاریخچه‌ها افزایش می‌یابد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Hendricks</Author><Year>2005</Year><RecNum>31</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">31</key></foreign-keys><ref-type name="Report">27</ref-type><contributors><authors><author>Hendricks, JS</author><author>McKinney, GW</author><author>Waters, LS</author></authors></contributors><titles><title>MCNPX User’s Manual, version 2.5. 0</title></titles><dates><year>2005</year></dates><publisher>LA-UR-05-2675, Los Alamos National Laboratory</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11].
در این کد، هر فایل ورودی شامل سه قسمت اصلی است که هر قسمت با یک خط خالی از قسمت قبلی و بعدی جداشده است. خط اول فایل ورودی می‌تواند خالی باشد و یا عنوان برنامه در آن نوشته شود. اولین قسمت اصلی بخشی است که شامل تعریف سلول‌های مسئله است. منظور از سلول، هر ناحیه‌ای از فضاست که توسط سطح یا سطوحی محدودشده است. مثلاَ فضای درون یک کره، یک سلول است و یا فضای داخل یک جعبه. بعد از تعریف سلول‌ها یک خط خالی درج می‌شود. دومین قسمت فایل ورودی شامل تعریف سطوحی است که در مسئله به کار گرفته‌شده است. سومین و آخرین قسمت اصلی فایل ورودی شامل داده‌های مسئله مانند چشمه، مواد، نوع خروجی و ... می‌باشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Waters</Author><Year>2002</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText>[12]</DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="aedpze906dzpsbe9txk5t92rr2zfaspwxazs">32</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Waters, Laurie S</author></authors></contributors><titles><title>MCNPX user’s manual</title><secondary-title>Los Alamos.(Accesed in Apr 15, 2012 at http://mcnpx. lanl. gov/opendocs/versions/v230/MCNPX_2. 3.0 _Manual. pdf)</secondary-title></titles><periodical><full-title>Los Alamos.(Accesed in Apr 15, 2012 at http://mcnpx. lanl. gov/opendocs/versions/v230/MCNPX_2. 3.0 _Manual. pdf)</full-title></periodical><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]. در پایان برنامه نیز یک خط خالی درج می‌شود در حالت کلی ساختار فایل ورودی کد به‌صورت زیر است:
عنوان یا خط خالی
کارت سلول
خط خالی
کارت سطوح
خط خالی
کارت دیتا
خط خالی
این کد قابلیت‌های زیادی در توصیف شکل‌های هندسی چشمه، چشمه‌های بحرانی، سطحی و قابلیت‌های گرافیکی نمایش هندسه مسئله و جواب‌ها و دسترسی آن به مجموعه‌ی وسیعی از اطلاعات کتابخانه‌ای همچنین مشخص کردن نوع خواسته‌های کاربر را دارا می‌باشد.
واحدهای فیزیکی به‌کاررفته در این کد برای کمیت‌ها به‌صورت زیر است:
طول برحسب سانتی‌متر
انرژی برحسب MeV
دما برحسب (KT) MeV
جرم برحسب گرم
چگالی اتمی برحسب اتم بر بارن سانتی‌متر (#/barn-cm)
چگالی جرمی برحسب (gr/cm3)
زمان ‌برحسب Shakes (10-8 s).
کارت سلولدر این کد، فضای شبیه‌سازی‌شده از سلول‌های مختلف تشکیل می‌شود که هر سلول توسط یک کارت سلول تعریف می‌شود. هر سلول توسط شماره‌ی سلول، شماره‌ی ماده، چگالی ماده و شماره‌ی سطوحی که ماده در آن قرار دارد توصیف می‌شود.
پس از تعریف هر سلول می‌توان درجه اهمیت سلول موردنظر را (با استفاده از کارت IMP) برای ترابرد ذرات مختلف مشخص کرد. در تمام برنامه‌های نوشته‌شده، بیرونی‌ترین لایه باید تهی در نظر گرفته شود و درجه‌ی اهمیت آن صفر در نظر گرفته شود تا ترابرد یک‌ذره به‌محض ورود به آن سلول خاتمه یابد.
فرم کلی تعریف کارت سلول به‌صورت زیر است:
J m d geometry parameters
J = شماره‌ی کارت سلول
m = شماره‌ی ماده‌ای که سلول را پر می‌کند
d = چگالی ماده‌ی درون سلول
geometry = کارت‌های مشخص‌کننده‌ی هندسه
parameters = پارامترهای مشخصه‌ی سلول
REF _Ref411408735 h شکل ‏02 کارت سلول مربوط به شبیه‌سازی یک سوسوزن یدور سزیم را نشان می‌دهد.

شکل STYLEREF 1 s ‏0 SEQ شکل * ARABIC s 1 2: کارت سلول در شبیه‌سازی
کارت سطوحهر سلول به‌وسیله‌ی سطوحی که آن را از سلول‌های دیگر مجزا می‌کند مشخص می‌شود. حداکثر تعداد سطوح در برنامه‌ی ورودی برابر 99999 عدد بوده و ساختار آن به شکل زیر است:
J n a list
j = شماره‌ی سطح
n = شماره‌ی کارت انتقال (در صورت نیاز)
a = مشخص‌کننده‌ی نوع سطح
list = پارامترهای سطح

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *