4-1مقدمه41
4-2اندازه گيري طيف چشمه هاي تک انرژي گاما41
4-3کاليبراسيون42
4-4طيف مشخصه45
4-5FWHM (تمام پهنا در نيم ارتفاع)47
4-6ضرايب GEB49
4-7شبيه سازي طيف ها به وسيله ي کد MCNPX52
4-7-1مقايسه ي طيف هاي شبيه سازي شده با طيف هاي تجربي52
4-8تابع پاسخ در محدوده ي فوتوپيک57
4-8-1مقايسه ي توابع پاسخ تجربي و محاسباتي57
4-9اندازه ي بلور سوسوزن60
4-9-1تأثير ابعاد سوسوزن بر تابع پاسخ60
4-9-2سهم قله ها در طيف ها63
فصل پنجم ) بحث و نتيجه گيري(64
5-1مقايسه ي طيف هاي تجربي و شبيه سازي شده در انرژي هاي پايين65
5-2مقايسه ي طيف هاي تجربي و شبيه سازي شده در انرژي هاي بالا66
5-3مقايسه ي توابع پاسخ نظري و تجربي66
5-4بررسي اثر ابعاد بلور سوسوزن بر تابع پاسخ66
5-5مقايسه ي FWHM67
5-6سهم هر قله در کل طيف (C_ph/C_T)67
منابع:69
فهرست شکل‌ها
شکل ‏1-1: طيف نوعي آشکارساز سوسوزن در (الف) انرژي بالا و (ب) انرژي پايين4
شکل ‏2-1: مسير ذره سنگين و مسير ذرات سبک درون ماده10
شکل ‏2-2: اثر فوتوالکتريک12
شکل ‏2-3: تک قله با انرژي جنبشي کل متناظر با انرژي پرتوي گاماي فرودي13
شکل ‏2-4: وابستگي سطح مقطع کامپتون به (الف) عدد اتمي ماده پراکننده و (ب) انرژي فوتون فرودي14
شکل ‏2-5: توزيع انرژي الکترون مربوط به پديد ه ي کامپتون 15
شکل ‏2-6: وابستگي سطح مقطع توليد زوج به (الف) عدد اتمي ماده پراکننده و (ب) انرژي فوتون فرودي16
شکل ‏2-7: طرح‌واره آشکارساز سوسوزن و الکترونيک آن18
شکل ‏2-8: طرحي از لوله تکثير کننده ي فوتوني19
شکل ‏3-1: نمايش ترازهاي انرژي مجاز در سوسوزن غير آلي 26
شکل ‏3-2: کارت سلول در شبيه سازي34
شکل ‏3-3: کارت سطوح در شبيه سازي يدور سزيم35
شکل ‏3-4: مثالي از تعريف چشمه در MCNP37
شکل ‏3-5: نمونه اي از فايل متني براي شبيه سازي آشکارساز39
شکل ‏4-1: خروجي MCA ( شمارش ها برحسب کانال)43
شکل ‏4-2: منحني کاليبراسيون آشکارساز 2 اينچي44
شکل ‏4-3: منحني کاليبراسيون آشکارساز 3 اينچي44
شکل ‏4-4: طيف زمينه ثبت شده بوسيله ي آشکارساز 3 اينچي46
شکل ‏4-5: طيف سديم-22 بهمراه زمينه حاصل از آشکارساز 3 اينچي46
شکل ‏4-6: طيف مشخصه ي سديم-22 حاصل از آشکارساز 3 اينچي47
شکل ‏4-7: فوتوپيک گاوسي به همراه زمينه48
شکل ‏4-8: فوتوپيک گاوسي49
شکل ‏4-9: منحني برازش FWHM براي آشکارساز 2 اينچي50
شکل ‏4-10: منحني برازش FWHM براي آشکارساز 3 اينچي50
شکل ‏4-11: طيف کبالت-60 حاصل از شبيه سازي آشکارساز CsI51
شکل ‏4-12:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 2 اينچي براي چشمه Co6053
شکل ‏4-13:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز2 اينچي براي چشمه Cs13753
شکل ‏4-14:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 2 اينچي براي چشمه Na2254
شکل ‏4-15:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 2 اينچي براي چشمه Zn6554
شکل ‏4-16:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 3 اينچي براي چشمه Co6055
شکل ‏4-17:مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 3 اينچي براي چشمه Cs13755
شکل ‏4-18: مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 3 اينچي براي چشمه Na2256
شکل ‏4-19: مقايسه طيف هاي تجربي و شبيه سازي آشکارساز 3 اينچي براي چشمه Zn6556
شکل ‏4-20: مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 511 Zn-6557
شکل ‏4-21: : مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 1115Zn-65 58
شکل ‏4-22: : مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 1173 Co-6058
شکل ‏4-23: مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 1332 Co-6059
شکل ‏4-24: مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 1275 Na-2259
شکل ‏4-25: مقايسه‏ي تابع پاسخ تجربي و محاسباتي آشکارساز2 اينچي براي انرژي keV 662 Cs-13760
شکل ‏4-26: مقايسه طيف 137-Cs ثبت شده با هر دو آشکارساز61
شکل ‏4-27: مقايسه طيف 22-Na ثبت شده با هر دو آشکارساز61
شکل ‏4-28: مقايسه طيف 65-Zn ثبت شده با هر دو آشکارساز62
شکل ‏4-29:مقايسه طيف 60-Co ثبت شده با هر دو آشکارساز62
فصل اول
مقدمه
مقدمه
استفاده از يدور سديم فعال‌شده با ناخالصي تاليم از سال 1948 ميلادي توسط هافشتادتر1 به‌عنوان ماده سوسوزن، سرمنشأ تحولات جديدي در طيف‌سنجي گاما شد. اين ماده سوسوزن به‌عنوان آشکارساز، بازده بالايي براي آشکارسازي پرتوي گاما و قدرت تفکيک انرژي مناسبي براي جداسازي مشارکت چشمه‌هاي گاماي چند انرژي دارد.
سوسوزن NaI(Tl)، اولين ماده‌ي جامدي است که براي طيف‌سنجي فوتون‌هاي گاما مورداستفاده قرار گرفت. علت استفاده‌ي گسترده از اين سوسوزن، خروجي نوري بسيار خوب، خطي بودن و عدد اتمي بالاي عنصر يد موجود در آن است. بازده بالا، قيمت پايين و کاربري آسان، تحليلگران را براي استفاده از آشکارسازهاي سوسوزن جهت کار اسپکترومتري گاما جذب کرده است [1].آشکارسازي پرتوي گاما، منوط به انجام برهمکنش با ماده آشکارساز و انتقال همه يا بخشي از انرژي گاما در آن است. فوتون‌هاي گاماي اوليه، نامرئي هستند و درواقع آنچه آشکارسازي مي‌شود الکترون‌هاي سريع خلق‌شده در برهمکنش‌ها هستند. در اين پژوهش براي طيف‌سنجي گاما و بررسي اهداف از سوسوزن CsI(Tl) استفاده‌شده است.
يک آشکارساز جهت طيف‌سنجي دو وظيفه به عهده دارد:
به‌عنوان يک محيط تبديل عمل مي‌کند که در آن فوتون‌هاي گاماي فرودي، واکنش‌هايي با ماده آشکارساز انجام دهند که منجر به توليد يک يا چند الکترون سريع شود.
الکترون‌هاي ثانويه توليدشده را آشکار کند [2].
به دست آوردن توابع پاسخ آشکارساز در آشکارسازي تابش، براي اهداف طيف‌سنجي مفيد است. توابع پاسخ آشکارساز سوسوزن CsI(Tl) هم مي‌تواند به‌صورت تجربي و هم با محاسبات مونت‌کارلو به‌وسيله‌ي کدهاي شبيه‌سازي مونت‌کارلو مانند ETRAN، EGS، MARTHA و MCNP به دست آيد. محاسبات مونت‌کارلو ديرزماني است که براي توليد تابع پاسخ آشکارسازهاي سوسوزن استفاده مي‌شود [3].
هدف بسياري از اندازه‌گيري‌هاي تابش، به دست آوردن توزيع انرژي تابش فرودي است. ازاين‌رو لازم است تا پاسخ آشکارساز را براي تابش ورودي به آشکارساز بدانيم. تابع پاسخ آشکارساز فوتون‌هاي گاما، به برهمکنش‌هاي فوتون با ماده بستگي دارد. اثر فوتوالکتريک، پراکندگي کامپتون و توليد زوج پديده‌هايي هستند که در طيف تابع پاسخ آشکارساز مشارکت دارند. در شکل1-1 طيف نوعي يک آشکارساز سوسوزن نمايش داده‌شده است.
قله‌ي تمام انرژي درنتيجه‌ي اثر فوتوالکتريک و جذب تمام انرژي در برهمکنش‌هاي چندگانه به وجود مي‌آيد. اگر فوتون فرودي به‌وسيله‌ي يک الکترون پراکنده شود، بخشي از انرژي‌اش را از دست مي‌دهد و اين رويداد در پيوستار کامپتون ثبت مي‌شود. قله تکفراري و دوفراري از پديده‌ي توليد زوج ناشي مي‌شوند (توليد زوج براي انرژي‌هاي گاماي بزرگ‌تر از MeV 022/1 رخ مي‌دهد).
شکل ‏1-1: طيف نوعي آشکارساز سوسوزن در (الف) انرژي بالا و (ب) انرژي پايين
تابع پاسخ R(E’,E) عبارت است از توزيع انرژي پرتوهاي گاماي تک انرژي، E’، انرژي ارتفاع پالس و E، انرژي گاماي فرودي است. تابع پاسخ، تابع توزيع احتمالي را نمايش مي‌دهد که هميشه بزرگ‌تر يا مساوي صفر است و انتگرال آن بر روي کل بازه‌ي انرژي مساوي يک است.
?_0^E’??R(E^’,E)dE’=1?
شبيه‌سازي مونت‌کارلو وقتي مي‌تواند به‌طور کامل انجام شود که همه ويژگي‌هاي آشکارساز را بدانيم. در اين پايان‌نامه، شبيه‌سازي تابع پاسخ آشکارساز با استفاده از کد مونت‌کارلوي چندمنظوره MCNPX انجام مي‌شود.
در کد MCNP براي بررسي واکنش‌ها، از کتابخانه‌هاي سطح مقطع مربوط به عناصر مختلف موجود در کد شبيه‌ساز استفاده مي‌شود. براي فوتون‌هاي گاما، سطح مقطع کل برابر جمع سطح مقطع‌هاي فوتوالکتريک، پراکندگي کامپتون و توليد زوج مي‌باشد.

?_T=?_pe+?_comp+?_pp
?_pe سطح مقطع برهمکنش فوتوالکتريک، ?_comp سطح مقطع کامپتون و ?_pp سطح مقطع توليد زوج است. هر تاريخچه با فوتوني با انرژي فرودي آغاز مي‌شود و يکي از سه برهمکنش به‌طور تصادفي از توزيع گسسته‌ي بهنجار شده‌ي سطح مقطع‌ها انتخاب مي‌شود. دو عدد C1 و C2 به شکل زير تعريف مي‌شوند:
C_1=?(?_pe/?_T ) و C_2=?((?_comp+?_pe)/?_T ). براي انتخاب نوع برهمــکنش، عدد تصـادفي R بين صفر و يک توليد مي‌شود. اگر R<C1 باشد، برهمکنش فوتوالکتريک انتخاب مي‌شود و اگر R<C2?C1 باشد برهمکنش پراکندگي کامپتون انتخاب مي‌شود و درنهايت اگر R>C2 شود پديده‌ي توليد زوج رخ مي‌دهد.
وقتي برهمکنش فوتوالکـتريک انتخاب شود، تاريخـچه فوتون پايان مي‌پذيرد و انرژي فوتوالکترون به انرژي‌هاي قبلي افزوده مي‌شود تا نتيجه نهايي براي اين تاريخچه به دست آيد. اگر برهمکنش کامپتون انتخاب شود، انرژي الکترون کامپتون به دست مي‌آيد و انرژي متناظر با آن به انرژي‌هاي الکترون قبلي اضافه‌شده و برهمکنش نوعي ديگري انتخاب مي‌شود و درنهايت اگر توليد زوج اتفاق بيفــتد، انرژي‌ها براي الکترون و پوزيترون‌ها به‌دست‌آمده و به انرژي‌هاي قبلي اضافه مي‌شود و دو فوتون نابودي با انرژي MeV 511/0 جداگانه رديابي مي‌شوند تا هردوي آن‌ها با برهمکنش فوتوالکتريک خاتمه يابند.
براي همه سوسوزن‌ها، بازده سوسوزني با ميزان نور توليدشده به ازاي اتلاف انرژي، هم به نوع ذره و هم به انرژي جنبشي ذره بستگي دارد. بازده سوسوزني الکترون‌ها در آشکارساز CsI(Tl)، تغييرات بسيار اندکي با انرژي دارد. به‌طور کلي مي‌توان انرژي انباشته‌شده توسط الکترون‌هاي ثانويه را متناظر با نور توليدشده در داخل آشکارساز دانست.
آشکارسازي هنوز به پايان نرسيده است. درواقع نور توليدشده در آشکارساز بايد ترابرد شود تا به 2PMT برسد و درنهايت با توليد سيگنال الکتريکي آشکارسازي فوتون‌هاي گاما به پايان برسد. ترابرد نور بخشي از مسئله آشکارسازي ذره توسط آشکارساز سوسوزن مي‌باشد. نور توليدشده ناشي از برهمکنش ذره با ماده سوسوزن، در همه راستاها گسيل مي‌شود و تنها کسري از آن به PMT مي‌رسد. نور جمع‌آوري‌شده، خروجي نوري مي‌باشد که به سيگنال الکتريکي متناظر تبديل خواهد شد. انتشار نور معمولاً بر اساس اصول اپتيک هندسي صورت مي‌گيرد.
براي به دست آوردن تابع پاسخ آشکارسازهاي CsI در ابتدا به سراغ تالي F8 رفتيم تا انرژي انباشته‌شده در بلور سوسوزن را ثبت کنيم. سپس هندسه‌اي که در آزمايشگاه داشته‌ايم را عيناً در شبيه‌سازي تکرار و پس ‌از آن خروجي MCNPX را رسم کرديم و پس از بهنجارش داده‌هاي شبيه‌سازي با داده‌هاي تجربي، طيف‌هاي آن‌ها را با يکديگر مقايسه کرده‌ايم.
فصل دوم
کليات فيزيکي آشکارسازها
مقدمه
در اين فصل ابتدا برهمکنش تابش يوننده با ماده و سازوکار اتلاف انرژي آن را در محيط مادي که از آن عبور مي‌کند بررسي مي‌کنيم. سپس به اختصار نحوه عملکرد يک آشکارساز سوسوزن را ذکر مي‌کنيم.
برهمکنش تابش با ماده
اهميت بررسي سازوکار انرژي تابش در ماده از اين نظر است که بدين طريق مي‌توان درک بهتري از پاسخ آشکارساز به هر يک از انواع تابش پيدا کرد. ازاين‌رو تابش يوننده را به سه دسته کلي تقسيم‌بندي مي‌کنند:
ذرات باردار
فوتون‌ها
نوترون‌ها
اين دسته‌بندي از اين نظر حائز اهميت است که هر گروه به شيوه‌ي متفاوتي انرژي خود را در محيط از دست مي‌دهند. ذرات باردار از طريق برهمکنش کولني با الکترون‌هاي اتمي محيط جاذب (که ذره در آن حرکت مي‌کند) انرژي از دست مي‌دهند و پس از پيمودن راه معيني موسوم به برد مي‌ايستند. درحالي‌که براي فوتون‌ها و نوترون‌ها نمي‌توان برد معيني تعريف کرد، چون براي اندرکنش اين دو تابش با محيط، سطح مقطع تعريف مي‌شود که معياري است از احتمال برهمکنش موردنظر با ماده. لذا احتمال غير صفري وجود دارد که يک نوترون يا گاما بدون هيچ برهمکنشي از هر ضخامت از ماده عبور کند.
برهمکنش ذرات باردار
مطالعه ذرات بارداري که به‌ويژه در آشکارسازي و اندازه‌گيري تابش‌هاي هسته‌اي اهميت دارند به دو گروه ذرات باردار سبک مانند الکترون و پوزيترون، و ذرات باردار سنگين مانند آلفا محدود مي‌شود. به‌طورکلي ذرات باردار بر اثر عواملي نظير برهمکنش‌هاي کولني با الکترون‌ها و هسته‌ها، گسيل تابش الکترومغناطيسي، برهمکنش‌هاي هسته‌اي و گسيل تابش چرنکوف انرژي از دست مي‌دهند که در اينجا دو مورد اول را بررسي کرده و از بقيه چشم‌پوشي مي‌کنيم.
برهمکنش‌هاي کولني
ذره باردار معيني را در نظر بگيريد که در ماده حرکت مي‌کند. ابعاد اتم از مرتبه‌يm 10-10 و ابعاد هسته از مرتبه‌ي m 10-15 است. لذا حجم اتم 1015 برابر حجم هسته است. اکنون به اين نتيجه مهم مي‌رسيم که احتمال برخورد (تابش) با الکترون‌هاي اتمي بسيار محتمل‌تر از هسته است. بنابراين صرفاً برخوردهاي اتمي را در نظر مي‌گيريم.
ذره باردار هنگامي‌که مسيري را در ماده مي‌پيمايد انرژي خود را از طريق نيروي کولني به‌صورت F=kz e^2?r^2 صرف يونش و برانگيزش الکترون‌هاي محيط جاذب مي‌کند. که در آن Ze بار الکتريکي ذره باردار فرودي و r فاصله ذره‌ي باردار با الکترون اتمي است. يونش زماني رخ مي‌دهد که الکترون انرژي کافي براي ترک اتم را، در اثر جذب انرژي از ذره‌ي باردار فرودي و تبديل‌شدن به يک الکترون آزاد، به دست آورده باشد. در اين صورت انرژي جنبشي الکترون عبارت است از:
?(KE)?_e= انرژي پتانسيل يونش – انرژي جذب‌شده از تابش يوننده
اين الکترون مي‌تواند مانند هر ذره باردار متحرک ديگري با داشتن انرژي کافي موجب يونش اتم ديگري شود. برانگيزش هنگامي رخ مي‌دهد که الکترون انرژي لازم براي يونيده شدن را دريافت نمي‌کند، اما انرژي کافي براي رفتن به يک حالت خالي در تراز انرژي بالاتر در اتم خود را به دست مي‌آورد. اين الکترون هنوز مقيد است و در يک زمان کوتاه از مرتبه‌يs 10-8تا s 10-10 به حالت انرژي پايين‌تر مي‌رود که در اثر آن انرژي برانگيختگي به شکل تابش الکترومغناطيسي گسيل مي‌شود [2].
مسئله ديگر هم جرم بودن الکترون‌هاي تابشي با الکترون‌هاي اتمي است و به اين علت الکترون‌هاي تابشي (پرتوي ?) طي برخوردهاي اتمي کسر بزرگي از انرژي خود را مي‌توانند در يک تک برخورد از دست بدهند به‌طوري که مسير آن‌ها درون ماده به‌صورت زيگزاگي خواهد بود. درحالي‌که يک ذره باردار سنگين، مانند ذره ?، در هر برخورد به‌طور متوسط انرژي کمتري از دست مي‌دهد و با توجه به جرم چند هزار برابري آن نسبت به الکترون، مسير آن درون ماده تقريباً يک خط راست است (شکل ‏2-1) [2, 4].
شکل ‏2-1: مسير ذره سنگين و مسير ذرات سبک درون ماده
گسيل تابش الکترومغناطيسي (تابش ترمزي)
هر ذره باردار فرودي که شتابش در محيط در اثر تغيير مسير ناشي از برهمکنش کولني کاهش يابد، بخشي از انرژي جنبشي خود را با گسيل تابش الکترومغناطيسي از دست مي‌دهد که به آن تابش ترمزي گويند. طيف گسيلي تابش ترمزي يک طيف پيوسته است که از صفر تا بيشينه‌ي انرژي جنبشي ذره را دربرمي گيرد.
ذره‌ي با بار ze و جرم M را در نظر بگيريد که درون ماده‌اي با عدد اتمي Z حرکت مي‌کند. با توجه به نيروي کولني بين ذره باردار و هسته ماده هدف F=kz e^2?r^2 و شتاب ذره باردار فرودي a=F?M~zZ e^2?r^2 ، شدت تابش گسيل شده از عبارت
I?a^2~((zZe^2)?M)^2
به دست مي‌آيد که نشان‌دهنده‌ي اين موضوع است که تابش براي ذرات باردار سبک مانند الکترون و پوزيترون در محيط با عدد اتمي بالا قابل توجه است. لذا براي الکترون و پوزيترون که با انرژي جنبشي T در ماده‌اي با عدد اتمي Z حرکت مي‌کنند اتلاف انرژي ناشي از گسيل تابش ترمزي برحسب اتلاف انرژي يونشي و برانگيزشي با رابطه زير داده مي‌شود،
?(dE?dx)?_rad=(ZT(MeV))/750 ?(dE?dx)?_ion
اين رابطه کسري از اتلاف انرژي در ماده را نشان مي‌دهد که به‌صورت تابش ترمزي نمايان مي‌شود. کل انرژي که به‌صورت تابش ترمزي گسيل مي‌شود برحسب MeV برابر است با:
T_rad=4×?10?^(-4) ZT^2
برهمکنش فوتون با ماده
فوتون‌ها يا به عبارتي پرتوهاي ايکس و ?، تابش الکترومغناطيسي هستند که گستره‌ي انرژي آن‌ها از چند keV تا چند MeV مي‌باشد.تنها تفاوت بين آن‌ها از منشأ توليد اين پرتوهاست، پرتو ? منشأ هسته‌اي و پرتو X منشأ اتمي دارد به‌طوري که از واانگيزش الکترون‌هاي لايه داخلي اتم‌ها پرتو X مشخصه گسيل مي‌شود که طيف گسسته‌اي دارند، همچنين از شتاب دادن ذرات باردار سبک مانند الکترون، پرتوهاي X ترمزي گسيل مي‌شود که انرژي آن‌ها مي‌تواند تا چند صد MeV نيز باشد. از سوي ديگر واپاشي يک حالت انرژي برانگيخته هسته‌اي به حالت پايه‌ي خود منجر به گسيل پرتوي گاما مي‌شود که گستره‌ي انرژي آن از چند keV تا چند MeV است.
در اين پايان‌نامه سه مورد از مهم‌ترين برهمکنش‌هاي فوتون با ماده را مورد بررسي قرار مي‌دهيم که عبارت‌اند از : اثر فوتوالکتريک، پراکندگي کامپتون و توليد زوج که هريک به‌اختصار شرح داده مي‌شود.
اثر فوتوالکتريک
اثر فوتوالکتريک برهمکنشي است که در آن فوتون گاماي فرودي ناپديد مي‌شود. در اين حالت يک فوتوالکترون از يکي از پوسته‌هاي الکتروني اتم جاذب با انرژي جنبشي برابر با انرژي فوتون فرودي hf منهاي انرژي بستگي الکترون در پوسته‌ي الکتروني (Eb) آزاد مي‌شود [4]. اين فرآيند در شکل ‏2-2 نشان داده‌شده است. در اين فرآيند، انرژي بستگي يا به شکل پرتوهاي ايکس مشخصه يا به شکل الکترون اوژه آزاد مي‌شود.در اتم يد، در 88 درصد موارد پرتوي ايکس مشخصه گسيل مي‌شود.
شکل ‏2-2: اثر فوتوالکتريک [4]
نتيجه جذب فوتوالکتريک، آزاد شدن يک فوتوالکترون است که بيشترين بخش از انرژي فوتون فرودي را حمل مي‌کند و يک يا چند الکترون کم انرژي که متناظر با جذب انرژي بستگي فوتوالکترون هستند. در اندازه‌گيري مربوط به گاماي تک انرژي، انرژي جنبشي کل الکترون همواره ثابت و برابر انرژي فوتون گاماي فرودي است (شکل ‏2-3).
شکل ‏2-3: تک قله با انرژي جنبشي کل متناظر با انرژي پرتوي گاماي فرودي
پراکندگي کامپتون
پراکندگي کامپتون برخوردي است بين يک فوتون و يک الکترون نامقيد و آزاد. چون الکترون‌هاي لايه‌هاي خارجي اتم بستگي از مرتبه‌ي eV دارند و انرژي فوتون در گستره‌ي keV تا MeV است، الکترون را مي‌توان تقريباً آزاد در نظر گرفت [4]. در اثر اين برهمکنش فوتون ناپديد نمي‌شود بلکه انرژي آن به مقدار معيني کاهش يافته و راستاي حرکت آن تغيير مي‌کند. رابطه‌ي بين زاويه‌ي پراکندگي پرتوي گاما و انرژي گاماي پراکنده‌شده به‌صورت زير است:
E_?’=E_?/(1+(1-cos?) E_?/mc^2 )
که در آن E?’ انرژي گاماي پراکنده شده و ? زاويه‌ي انحراف پرتوي گاما مي‌باشد. انرژي از دست رفته پرتوي گاما به الکترون داده مي‌شود. اگر زاويه‌ي پراکندگي 180 درجه باشد بيشترين انرژي به الکترون کامپتون داده مي‌شود. اين انرژي معادل انرژي لبه کامپتون در طيف ارتفاع تپ است و با قرار دادن ?=? در رابطه‌ي فوق به‌صورت زير درمي‌آيد
E_?’=E_?/(1+2E_?/mc^2 )
احتمال وقوع پراکندگي کامپتون را سطح مقطع کامپتون يا ضريب کامپتون مي‌گوييم. شکل ‏2-4 وابستگي سطح مقطع کامپتون (?) را به عدد اتمي محيط و انرژي پرتوي گاما نشان مي‌دهد.
شکل ‏2-4: وابستگي سطح مقطع کامپتون به (الف) عدد اتمي ماده پراکننده و (ب) انرژي فوتون فرودي [2]
طبق شکل‌هاي بالا احتمال پراکندگي کامپتون تابعي است از انرژي فوتون و با افزايش انرژي کاهش مي‌يابد اما در گستره‌ي وسيعي مستقل از Z است. در هر انرژي گاما، توزيع انرژي الکترون يک ‌شکل کلي خواهد داشت که در زير نشان داده‌شده است (
شکل ‏2-5).
شکل ‏2-5: توزيع انرژي الکترون مربوط به پديدهي کامپتون [4]توليد زوج
سومين برهمکنش مهم پرتوهاي گاما توليد زوج است. براثر اين برهمکنش يک فوتون نابود مي‌شود و يک زوج الکترون-پوزيترون خلق مي‌شود. براي خلق يک زوج الکترون-پوزيترون حداقل m0c22 انرژي لازم است، براي اينکه برهمکنش به لحاظ انرژي امکان‌پذير باشد، حداقل انرژي پرتوي گاما بايد m0c22 باشد. پايستگي انرژي ايجاب مي‌کند که:
T_(e^- )+T_(e^+ )=E_?-2m_0 c^2=E_?-1.022 MeV
از اين معادله پيداست که يک انرژي آستانه براي اين رويداد وجود دارد که برابر است با مجموع انرژي‌هاي سکون الکترون و پوزيترون. هنگامي که پوزيترون خلق شده در ماده با يک الکترون نابود مي‌شود حاصل آن دو پرتوي گاماي MeV511/0 است.
احتمال وقوع پديده‌ي توليد زوج را سطح مقطع توليد زوج (?)مي‌گويند که تابعي است از انرژي فوتون تابشي و عدد اتمي محيط جاذب. شکل ‏2-6 وابستگي سطح مقطع توليد زوج را به Z و E? نشان مي‌دهد. همان‌طور که ملاحظه مي‌شود توليد زوج يک انرژي آستانه دارد [2].
شکل ‏2-6: وابستگي سطح مقطع توليد زوج به (الف) عدد اتمي ماده پراکننده و (ب) انرژي فوتون فرودي
اصول پايه در آشکارسازي تابش
هنگامي که تابش يوننده از محيط آشکارساز مي‌گذرد به‌موجب سازوکارهاي اتلاف انرژي، موجب تغييراتي در ماده مي‌شوند. اين تغييرات شامل يونش و برانگيزش ماده به‌صورت مستقيم يا غيرمستقيم مي‌باشد. سيستم يک آشکارساز متشکل از يک محيط حساس به تابش و يک الکترونيک وابسته به آن است. سيستم به نحوي طراحي مي‌شود که بتواند اين اثرات تابش را به‌صورت يک علامت الکتريکي، به‌عنوان پاسخي از آشکارساز دريافت کند و سپس آن را توسط الکترونيک مربوطه تحليل و پالس نهايي را در حافظه خود ذخيره کرده و يا در صفحه نمايش ظاهر کند.
در مورد پرتوهاي ايکس و گاما بايد گفت که يک فوتون بسته به اينکه در برهمکنش با ماده چه اتفاقي برايش رخ دهد تمام يا بخشي از انرژي خود را مي‌تواند در محيط بگذارد. در پديده‌ي فوتوالکتريک، فوتون تمام انرژي خود را در محيط آشکارساز مي‌گذارد و ناپديد مي‌شود. فوتوالکترون آزاد شده غالب انرژي را حمل مي‌کند که براي آشکارساز قابل بازيابي است. اما مي‌دانيم براي کندن همين فوتوالکترون بايد بر انرژي بستگي الکترون در اتم غلبه کرد. پس از ترک الکترون با بستگي Eb از اتم، اينک Eb انرژي برانگيختگي اتم است و چون اتم نمي‌تواند در اين حالت بماند، يا پرتويي از اتم گسيل مي‌شود و يا يک الکترون از لايه‌هاي خارجي اتم به بيرون پرتاب مي‌شود که اين انرژي برانگيختگي را با خود به خارج از اتم مي‌برد. اين الکترون‌ها را الکترون اوژه مي‌گويند. در هر ماده متراکم تابش ثانويه با احتمال زياد جذب مي‌شود، اين امر در مورد اغلب سوسوزن‌هايي که براي آشکارسازي گاما بکار مي‌روند رخ مي‌دهد.
در پديده‌ي کامپتون، فوتون بخشي از انرژي خود را در محيط مي‌گذارد که مقدار آن بستگي به زاويه‌ي پراکندگي دارد. هنگامي‌که زاويه‌ي پراکندگي پرتو 180 درجه باشد فوتون بيشترين مقدار انرژي خود را در محيط مي‌گذارد که در طيف آشکارسازي گاما اين نقطه لبه پيوستار کامپتون مي‌باشد. در پديده‌ي توليد زوج هم فوتون، بسته به اينکه گاماهاي نابودي پوزيترون در محيط چه سرنوشتي پيدا مي‌کنند، مي‌تواند تمام يا بخشي از انرژي خود را در محيط آشکارساز بگذارد.
آشکارسازها برحسب خواص و ويژگي‌هاي محيط حساس به تابش آن‌ها، به سه دسته‌ي کلي آشکارسازهاي گازي، نيمه‌رسانا و سوسوزن تقسيم مي‌شوند که در ادامه به بررسي آشکارسازهاي سوسوزن مي‌پردازيم.
آشکارسازهاي سوسوزن
اساس کار آشکارسازهاي سوسوزن، به‌طور خلاصه، مبتني بر جذب انرژي از تابش يوننده و گسيل نور در ناحيه‌ي مرئي مي باشد[2]. مثلاً پرتوي گاما از طريق برهمکنش‌هايي که با ماده دارد، همان‌طور که در بخش‌هاي قبل گفته شد انرژي خود را در محيط سوسوزن مي‌گذارد. سپس انرژي الکترون‌هاي توليدي به‌سرعت صرف يونش و تحريک ماده مي‌شود و در پي اين تحريکات ماده‌ي سوسوزن با گسيل نور به حالت پايه‌ي خود بازمي‌گردد. درنهايت نور توليدشده به‌وسيله‌ي يک لامپ تکثيرکننده‌ي فوتوني (PMT) به يک تپ الکتريکي تبديل مي‌شود که اين علامت به‌عنوان پاسخ آشکارساز سوسوزن شناخته مي‌شود. شکل 2-7 طرح‌واره آشکارساز سوسوزن و الکترونيک بکار رفته در آن را نشان مي‌دهد.
شکل ‏2-7: طرح‌واره آشکارساز سوسوزن و الکترونيک آن
لامپ تکثير کننده ي فوفوني
لامپ تکثيرکننده‏ي فوتون يا لامپ نور بخشي از يک شمارنده‏ي سوسوزن است که وظيفه تقويت نور حاصل از سوسوزني را بر عهده دارد. تکثيرکننده‏ي فوتون اصولاً يک تقويتکننده‏ي سريع است، که در زماني در حدود s 9-10 يک تپ فرودي نور مرئي را با ضريب 106 يا بيشتر تقويت مي‏کند. تکثيرکننده‏ي فوتون از يک لوله‏ي شيشه‏اي تهي از هوا، يک فوتو کاتد در ورودي، و چندين داينود در درون ساخته مي‏شود (شکل ‏2-8). فوتون‏هاي توليد شده در سوسوزن، وارد لامپ شده و به صفحه‏ي فوتوکاتد برخورد مي‏کنند. فوتوکاتد از ماده‏اي ساخته مي‏شود که نور را دريافت کرده و الکترون گسيل مي‏کند. الکترون‏هاي گسيلي از فوتوکاتد به ياري يک ميدان الکتريکي به سوي اولين داينود که با يک ماده تکثيرکننده الکترون اندود شده است، راهنمايي مي‏شوند.
شکل ‏2-8: طرحي از لوله تکثيرکنندهي فوتوني
الکترون‏هاي ثانويه از اولين داينود به سوي داينود دوم، وازآنجا به سومي حرکت مي‏کنند اين روند تا رسيدن الکترون به آخرين داينود ادامه دارد. لامپ‏هاي تکثير کننده‏ي تجارتي ممکن است تا 15 داينود داشته باشند. الکترون‏هاي توليد شده در لامپ تکثيرکننده توسط يک ميدان الکتريکي، که با اعمال يک پتانسيل مثبت بر هر داينود تامين مي‏شود، از يک داينود به داينود ديگر راهنمايي مي‏شوند. اختلاف پتانسيل بين دو داينود متوالي از مرتبه‏ي 80 تا 120 ولت است.
ماده‏ي فوتوکاتد که در بيشتر لامپ‏هاي تکثيرکننده‏ي تجاري به کار مي‏رود ترکيبي از سزيم و آنتيموان (Cs – Sb) مي‏باشد. ماده‏اي که براي اندودن داينودها به کار مي‏رود يا (Cs – Sb)يا نقره و منيزيم (Ag- Mg) است. آهنگ گسيل الکترون‏هاي ثانوي داينودها نه تنها به نوع سطح بستگي دارد بلکه به ولتاژ اعمالشده هم وابسته است. يک پارامتر مهم هر لامپ تکثيرکننده، حساسيت طيفي فوتوکاتد آن است. براي رسيدن به بهترين نتيجه‏ها، طيف سوسوزن بايد با حساسيت فوتوکاتد هم‏خواني داشته باشد. ترکيب سزيم و آنتيموان درnm 440 داراي بيشترين حساسيت است که به خوبي با پاسخ طيفي بيشتر سوسوزن‏ها همساز است.
پارامتر مهم ديگر تکثيرکننده‏ي فوتون، اندازه‏ي جريان در تاريکي آن است. جريان در تاريکي بيشتر از الکترون‏هايي تشکيل مي‏شود که پس از جذب انرژي گرمايي به وسيله‏ي کاتد تشکيل مي‏شوند. اين فرايند به گسيل گرمايوني معروف است، و يک فوتوکاتد به قطر mm 50 ممکن است درتاريکي و در دماي اتاق تا 105 الکترون در هر ثانيه آزاد کند. سرد کردن کاتد، اين چشمه نوفه را بهازاي هر 10 تا 15 درجه کاهش در دما، تقريباً نصف مي‏کند.
يادآوري مي‏شود که الکترون‏ها از يک داينود به داينود ديگر توسط يک ميدان الکتريکي راهنمايي مي‏شوند. اگر ميدان مغناطيسي حضور داشته باشد، ممکن است الکترون‏ها را به گونه‏اي منحرف کند که همه‏ي آن‏ها به داينود ديگر برخورد نکنند، و تقويت کاهش يابد. حتي ميدان مغناطيسي ضعيف زمين ممکن است گاهي موجب اين اثر ناخواسته شود.
پيش تقويت کننده
منظور اصلي در ساخت پيش تقويت کننده، ايجاد يک جفت شدگي بهينه بين خروجي آشکار ساز و بقيه‏ي دستگاه شمارنده است. پيش تقويت کننده همچنين براي کمينه کردن هر چشمه‏ي نوفه که ممکن است باعث تغيير پالس شود مورد نياز است. پالسي که از آشکار ساز خارج مي‏شود خيلي ضعيف، از مرتبه ميلي ولت است. پيش از اينکه اين پالس بتواند ثبت شود، بايد آنرا با يک ضريب هزار يا بيشتر تقويت کرد. براي اين منظور، بايد آنرا توسط يک کابل به قسمت بعدي، که تقويت کننده است، منتقل کرد. انتقال هر نوع پالس از طريق کابل آن را تا حدودي ضعيف مي‏کند. اگر پالس در خروجي آشکار ساز ضعيف باشد، ممکن است در ميان نوفه‏ي الکتريکي همراه با انتقال گم شود. براي پرهيز از اين امر پيشتقويتکننده را تا جايي که ممکن است نزديک به آشکار ساز قرار مي‏دهند. به همين خاطر امروزه در بازار، آشکارسازهاي سوسوزن را يا بهصورت بلورهاي با اندازه دلخواه مشتري و يا به صورت يک پک کامل سوارشده بر يک تکثيرکننده‏ي فوتوني مناسب عرضه مي‏کنند.
تقويتکننده
وسيله اصلي براي تقويت، تقويتکننده است. تقويت کننده، پالس را 1000 بار يا بيشتر افزايش مي‏دهد. علاوه بر تقويت علامت، نقش مهم ديگر تقويت کننده‏ي واگرداندن پالس خروجي پيش تقويت کننده به شکلي است که براي اندازه‏گيري موردنظر، مناسب باشد.
تحليلگر چندکاناله
تحليلگر چندکاناله‏ (MCA3) تپ‏ها را بر اساس ارتفاع آنها ثبت و ذخيره مي‏کند. هر واحد انباشت پالس، يک کانال ناميده مي‏شود. ارتفاع تپ رابطه‏ي معلومي – معمولاً تناسبي- با انرژي ذره‏اي که وارد آشکارساز مي‏شود دارد. هر تپ در کانال خاصي که هم‏خوان با يک انرژي معين است ذخيره مي‏شود. توزيع تپ‏ها در کانال‏ها، تصويري است از توزيع انرژي ذرات. در پايان يک دوره‏ي شمارش، طيفي که ثبت شده است را مي‏توان بر يک صفحه‏ي MCA ظاهر ساخت. در اين صفحه محور افقي، شماره‏ي کانال‏ها، يا انرژي ذره، و محور عمودي، تعداد ذرات ثبت شده در هر کانال است.
فصل سوم
اصول آشکارسازهاي سوسوزن و آشنايي با روش مونت‌کــارلو و کد MCNPX
مقدمه
سوسوزن‌ها موادي هستند که وقتي تابش يوننده از آن‌ها عبور مي‌کند، نور توليد مي‌کنند. اساس توليد نور توسط سوسوزن بر اين است که يک تابش فرودي در محيط سوسوزن با برهمکنش با مولکول‌هاي آن موجب برانگيختگي مولکول‌ها مي‌شود. اين مولکول‌ها به هنگام بازگشت به حالت پايه‌ي خود با گسيل فوتون واانگيخته مي‌شوند که اين اساس پديده‌ي لومينسانس است.
اولين کاربرد سوسوزن به آزمايشي برمي‌گردد که در سال 1903 ميلادي توسط ويليام کروکس4 انجام شد که با برخورد ذرات آلفا با يک صفحه‌ي ZnS اين ذرات را توانست آشکار کند. اما مقدار نور توليدشده در سوسوزن بسيار اندک است به‌طوري‌که آشکار کردن آن با چشم غيرمسلح ممکن نيست. بدين منظور از وسيله‌اي به نام لامپ تکثيرکننده‌ي فوتوني استفاده مي‌شود که درنتيجه آن نور توليدشده با ضريب 106 يا بيشتر تقويت شده و به يک تپ الکتريکي تبديل مي‌شود [2]. کاربردهاي طيف‌سنج‌هاي سوسوزني شامل تصويربرداري‌هاي پزشکي، فيزيک هسته‌اي و ذرات، آزمون‌هاي غير مخرب، فيزيک بهداشت، اکتشاف نفت و غيره مي‌باشد.
لومينسانس5
به‌طورکلي هرگاه يک ماده که با يک عامل خارجي تحريک‌شده است، از حالت برانگيخته به حالت پايه‌ي خود با گسيل فوتون واانگيخته شود به اين پديده لومينسانس گفته مي‌شود. اگر عامل برانگيختگي فوتون باشد به اين پديده فوتولومينسانس، و اگر عامل برانگيختگي حرارت باشد ترمولومينسانس گفته مي‌شود
فلوئورسانس6 و فسفرسانس7
پديده‌ي لومينسانس بر اساس طول عمر حالات برانگيخته به دودسته فلورسانس و فسفرسانس تقسيم مي‌شود. فلورسانس به گسيل سريع معروف است و زمان واپاشي آن از مرتبه‌ي s 10-9 تا s 10-5 مي‌باشد. فسفرسانس به گسيل تأخيري معروف است و زمان واپاشي آن در گستره‌ي s 10-4 است.
سوسوزن‌ها
مواد سوسوزن ازلحاظ فيزيکي به‌صورت جامدهاي بلوري، مايع و گاز وجود دارند که هرکدام ويژگي‌هاي خاص خود را دارند. مثلاً بلورهاي سوسوزن از بازده‌ي آشکارسازي بالايي براي پرتوهاي گاما برخوردارند. در عوض سوسوزن‌هاي گازي، که مخلوطي از گازهاي بي‌اثر هستند، براي آشکارسازي ذرات سنگين باردار مانند آلفا مفيد هستند. سوسوزن‌هاي مايع براي اندازه‌گيري‌هايي که در آن‌ها به آشکارساز با حجم بالا براي افزايش بازده آشکارسازي موردنياز است، مانند آشکارسازي پرتوهاي کيهاني و اندازه‌گيري طيف انرژي نوترون‌هاي پرانرژي بسيار مفيد هستند [2].
ازنظر شيميايي سوسوزن‌ها به دودسته‌ي سوسوزن‌هاي آلي و غيرآلي تقسيم مي‌شوند.
سوسوزن‌هاي غيرآلي
مواد سوسوزن غيرآلي بلورهاي معدني هستند که متداول‌ترين آن‌ها NaI(Tl)، CsI(Tl)، CsI(Na)، LiI(Eu) و CaF2(Eu) هستند که هريک مقدار بسيار کمي ناخالصي به‌عنوان فعال‌ساز در ساختار خود دارند، به‌طوري‌که گسيل نور بلور ناشي از آن است.
فرآيند سوسوزني در مواد غيرآلي
حالت‌هاي مجاز انرژي الکتروني در بلور پهن‌شده و به‌صورت نوارهايي درمي‌آيند. در حالت پايه‌ي بلور، بالاترين نوار مجاز که توسط الکترون‌ها اشغال‌شده نوار ظرفيت ناميده مي‌شود. نوار مجاز بعدي که خالي از الکترون بوده نوار رسانش است. يک الکترون با جذب انرژي کافي از تابش فرودي مي‌تواند به نوار رسانش برود و در نوار ظرفيت يک حفره از خود به‌جا بگذارد. الکترون آزاد در نوار رسانش مي‌تواند در شبکه‌ي بلور حرکت کند، متقابلاً حفره نيز مي‌تواند حرکت کند. ممکن است انرژي داده‌شده به الکترون کافي نباشد تا آن را به نوار رسانش برساند و در عوض الکترون ازنظر الکترواستاتيکي در قيد حفره در نوار ظرفيت بماند. زوج الکترون-حفره که به اين صورت حاصل شوند اکسيتون8 ناميده مي‌شود. ازنقطه‌نظر انرژي حالت‌هاي اکسيتوني تشکيل نوار سومي مي‌دهند که بخش بالايي آن منطبق با بخش پاييني نوار رسانش هست (شکل ‏0-1).
شکل ‏0-1: نمايش ترازهاي انرژي مجاز در سوسوزن غيرآلي [5]
در بلورهاي خالص، بازگشت به حالت پايه و گسيل فوتون يک فرآيند با بازدهي کم است. علاوه بر اين، گاف انرژي بين حالت‌هاي مجاز ظرفيت و رسانش، و نوار اکسيتوني چنان بالاست که در صورت گسيل فوتون انرژي آن چندان زياد است که در گستره‌ي مرئي طيف الکترومغناطيسي نمي‌باشد. ازاين‌رو براي بهبود اين شرايط و نيز بالا بردن احتمال گسيل فوتون، در شبکه‌ي بلور مقدار کمي ناخالصي وارد مي‌کنند که به آن فعال‌ساز9 مي‌گويند. اثر ناخالصي ايجاد حالت انرژي پايه و برانگيخته از اين اتم‌هاي فعال‌ساز بين نوارهاي ظرفيت و رسانش بلور است. اکنون سوسوزني مشاهده‌شده ناشي از لياني بلور توسط اتم‌هاي فعال‌ساز است، و اين در اثر يک برهمکنش و انتقال انرژي بين شبکه‌ي بلور و اتم فعال‌ساز رخ مي‌دهد. درنتيجه‌ي فرآيند سوسوزني به اين قرار است که تابش فرودي توسط بلور جذب مي‌شود و سبب برانگيختگي الکترون به نوارهاي رسانش يا اکسيتوني و تشکيل زوج الکترون-حفره و يا اکسيتون مي‌شود. سوسوزني مي‌تواند ناشي از جذب يک زوج الکترون-حفره و يا اکسيتون باشد که موجب برانگيختگي مراکز فعال‌ساز شده و هنگام واانگيزش به حالت پايه‌ي خود، فوتون مرئي گسيل مي‌کنند.
آشکارساز CsI، به‌عنوان يک سوسوزن غيرآلي
يدور سزيم هاليد قليايي است که شهرت زيادي به‌عنوان يک ماده‌ي سوسوزن دارد. اين ماده به‌صورت تجاري هم با فعال‌ساز سديم و هم تاليم موجود است و ويژگي‌هاي سوسوزني حاصل از اين دو حالت با يکديگر متفاوت است. ضريب جذب يدور سزيم براي پرتوهاي گاما در واحد حجم، در مقايسه با يدور سديم کمي بزرگ‌تر است. با توجه به آنکه يدور سزيم از يدور سديم سخت‌تر است، مي‌توان آن را در معرض تنش‌ها و نوسانات شديدتري قرارداد. مفيدترين ويژگي CsI(Tl) زمان واپاشي متغير آن براي ذرات تحريک‌کننده‌ي مختلف مي‌باشد. بنابراين مي‌توان از تکنيک‌هاي تمايز بر مبناي شکل پالس براي جدا کردن تابش‌هاي مختلف استفاده کرد.
پيک طيف گسيلي CsI(Tl) در طول موج بزرگ‌تري نسبت به NaI(Tl) قرار مي‌گيرد و به‌خوبي با پاسخ لامپ‌هاي تکثيرکننده‌ي فوتوني با فوتوکاتد 11-S و يا فوتوکاتدهاي دوقليايي منطبق نمي‌شود. به همين خاطر گفته مي‌شود که نور خروجي CsI(Tl) کمتر از يدور سديم است. اما چنانچه پاسخ اين سوسوزن به فوتوکاتدي اندازه‌گيري شود که حساسيت طيفي آن در ناحيه‌ي قرمز طيف باشد، بازده سوسوزني آن از تمام سوسوزن‌هاي ديگر بزرگ‌تر است. بازده نوري مطلق اندازه‌گيري شده از اين سوسوزن در اين حالت در دماي اتاق فوتون/MeV 65000 است، با بيشينه مقداري در حدود 6% بيشتر در دماي 35- سانتي‌گراد [6, 7].

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

حالت‌هاي لياني در CsI(Tl) به‌صورت نمايي جمع مي‌شوند. درنتيجه نور اوليه داراي زمان خيز طولاني 20 نانوثانيه است. واپاشي‌هاي تأخيري اين حالت‌هاي لياني در بين کندترين زمان‌هاي واپاشي مربوط به سوسوزن‌هاي معمول قرار مي‌گيرد. سوسوزن CsI نسبت به NaI داراي چگالي (kg/m3 4.51?103) و عدد اتمي بالاتري است، لذا بازده آن براي آشکارسازي گاما بالاتر است. در جدول 1 مشخصات و ويژگي‌هاي برخي از سوسوزن‌هاي غيرآلي آورده شده است [2, 4, 8].
جدول 1: مشخصات برخي از سوسوزن‌هاي غيرآلي
ماده
زمان واپاشي(s?)بازده سوسوزني
(نسبي%)بيشينه طول موج
گسيل(nm)چگالي
(kg/m3 103)NaI(Tl)23/010041067/3CaF_2(Eu)94/05043518/3CsI(Na)63/08042051/4CsI(Tl)80/14556551/4Bi4Ge3O1230/0848013/7CdWO1290/02053090/76Lil(Eu)94/03047049/3
روش مونت‌کارلو و استفاده از کد MCNPX
منشأ روش مونت‌کارلو
روش مونت‌کارلو در سال 1949 متولد شد. زماني که مقاله‌اي به‌عنوان روش مونت‌کارلو توسط کلام10 و متروپوليس11 به چاپ رسيد، رياضي‌دانان آمريکايي جان ون نيومن12 و استنسيلاو اولام13 هم به‌عنوان پايه‌گذاران اين روش شناخته مي‌شوند. پايه‌ي تئوري اين روش مدت‌ها قبل در مقاله نيومن-اولام به‌طور کنجکاوانه‌اي به چاپ رسيده بود. علاوه بر اين قبل از سال 1949 مسائل مشخصي در آمار به‌وسيله‌ي نمونه‌برداري تصادفي که درواقع همان روش مونت‌کارلو است، حل مي‌شدند.


دیدگاهتان را بنویسید