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

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :فیزیک

گرایش :هسته ای

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

دانشگاه نیشابور

دانشکده علوم پایه-  گروه فیزیک

پایان نامه ی دوره کارشناسی ارشد در رشته فیزیک هسته ای

 

موضوع:

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

 

اساتید راهنما:

دکترعلیرضا وجدانی نقره ئیان

دکتر محمود سخائی

 

استاد مشاور:

دکترعطیه ابراهیمی خانکوک

اسفند 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

علی رغم بازده بالای آشکارسازهای حالت جامد برای آشکارسازی پرتوهای گاما، به دلیل قیمت ارزان و مقاومت بالای سوسوزن‏ها، در مجموعه‏های آزمایشگاهی اغلب از آشکارسازهای سوسوزن برای طیف سنجی پرتوهای گاما استفاده می‏شود، با این وجود قدرت تفکیک آشکارسازهای سوسوزن چندان زیاد نیست و در نتیجه طیف پرتوهای گاما اغلب دارای قله‏های پهنی   می‏باشد. به منظور استخراج طیف دقیق چشمه از طیف بدست آمده از آشکارساز سوسوزن استفاده از روش‏های واپیچش طیف لازم و ضروریست. در این پژوهش از روش ماتریس معکوس برای واپیچش طیف‏ بدست آمده توسط آشکارساز سوسوزن استفاده شده است. ماتریس معکوس مورد استفاده دارای ابعاد 76 76 بوده و در محدوده انرژی MeV 125_/0 تا MeV 2 با گام انرژی    MeV 025_/0 می‏باشد. واپیچش بر روی طیف انرژی بدست آمده از 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

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

فهرست جدول‏ها

جدول2-1:ویژگی های بعضی از سوسوزن های غیرآلی………………………………………..19

جدول ‏4‑1:چشمه‏های طیف‏گیری شده با آشکاساز 2 اینچی در آزمایشگاه 52

جدول ‏4‑2: کالیبراسیون چند گانه. 53

جدول ‏4‑3:  FWHM برای چشمه‏های تک انرژی.. 59

فصل اول

 مقدمه

1-1    تاریخچه آشکارسازهای سوسوزن

در یک بلور جسم جامد، برهم‏کنش میان ذره باردار حامل انرژی و الکترون‏ها باعث کنده شدن الکترون از محل خود در شبکه بلور می‏شود. الکترون جابجا شده از خود حفره‏ای باقی می‏گذارد. هنگامی که الکترونی در این حفره می‏افتد نور گسیل می‏شود. بعضی از بلورها نسبت به این نور شفاف هستند. بنابراین عبور ذره باردار حامل انرژی در بلور با سنتیلاسیون یا سوسوزنی نور گسیل شده از بلور علامت داده می‏شود. این نور در یک آشکارساز سوسوزن به یک تپ الکتریکی تبدیل می‏شود. نخستین جامدی که با استفاده از این روش به عنوان یک آشکارساز ذره به کار رفت سوسوزنی بود که رادرفورد در سال 1910 میلادی، در آزمایش‏های خود در زمینه‏ی پراکندگی ذرات آلفا مورد استفاده قرار داد. در وسیله مورد استفاده او، ذرات آلفا به یک صفحه‏ی سولفور روی برخورد کرده و تولید نور می‏کردند، و به کمک یک میکروسکوپ شمرده می‏شدند. این روش فوق العاده ناکارا، بی دقت و وقت‏گیر بود و حدود 30 سال کنار گذاشته شد و روش استفاده از شمارنده‏های گازی که در آن شمارش به طور الکترونیکی انجام می‏شد، جانشین آن گردید. عیب شمارنده‏های گازی بازده کم آنها برای بسیاری از تابش‏های مورد نظر در فیزیک هسته‏ای است. دلیل اصلی آن هم این است که برد یک فوتون گامایMeV1 در هوا حدودm100 می‏شود. در آشکارسازهای حالت جامد به دلیل چگالی‏های بیشتر نسبت به آشکارسازهای گازی، احتمال جذب در آشکارسازی با اندازه معقول افزایش می‏یابد. لذا با پیشرفت الکترونیک و دستگاه‏های تقویت نور، استفاده از سوسوزن‏های جامد رونق یافت [1]. در سال 1944 میلادی لوکان و بیکر فتومولتی‏پلایر را جانشین روش استفاده از چشم غیر مسلح نمودند و کمی بعد کالمن نفتالین را جانشین کریستال کوچک و نازک zns نمود. این دو تغییر انقلابی را در آشکارسازی با استفاده از سوسوزن‏ها، ثبت و تجزیه و تحلیل پالس‏هایی که توسط هر یک از ذرات تابش به وجود می‏آیند، امکان پذیر ساخت[2]. در سال 1948 رابرت هافستادر[1] برای اولین بار ثابت کرد کریستال یدور سدیم، که مقدار ناچیزی تالیم به عنوان ناخالصی به آن اضافه شده است، در مقایسه با مواد آلی که ابتدا مورد توجه بودند، نور بیشتری تولید می‏کند[3]. به دنبال این کشف آشکارسازهای سوسوزن در دهه 1950 ساخته شدند و مورد استفاده قرار گرفتند. از زمان کشف رابرت هافستادر تاکنون ترکیبات سوسوزنی مختلفی اعم از سوسوزن‏های آلی وغیر آلی که دارای بهره‏ نوری و زمان واپاشی سریع هستند، در آزمایشگاه‏های مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند[2]. به دلیل اهمیت کاربرد سوسوزن‏ها در صنعت و پزشکی دامنه تحقیق در زمینه کشف ترکیبات سوسوزنی جدید گسترده است. امروزه طیف سنجی پرتوهای گاما با استفاده از سوسوزن‏ها به یک علم جامع و پرکاربرد در بسیاری از حوزه‏های تکنیکی تبدیل شده است. NaI(Tl) تقریباً اولین محیط آشکارسازی جامدی بود که برای طیف سنجی پرتوهای گاما مورد استفاده قرار گرفت، و همچنان رایج‏ترین ماده سوسوزنی برای طیف سنجی پرتوهای گاماست. یدور سزیم نیز هالید قلیایی دیگری است که شهرت زیادی به عنوان یک ماده سوسوزن دارد. این ماده به صورت تجاری هم با فعال ساز سدیم و هم تالیم موجود است و ویژگی‏های سوسوزنی حاصل از این دو حالت با یکدیگر متفاوت است. مزیت CsI(Tl) نسبت به NaI(Tl) این است که  حساسیت کمتری نسبت به رطوبت داشته و سخت‏تر است،و در نتیجه توان تحمل بیشتری در برابرقرارگیری در معرض شوک‏ها و ارتعاشات شدیدتر را دارد[4]. از آنجا که آشکارسازهای سوسوزن از جمله NaI(Tl) وCsI(Tl) نسبت به آشکارسازهای حالت جامد مقاوم‏تر و ارزان‏تر بوده و برای پرتو گاما ی پر  انرژی  کارآمد هستند و همچنین می‏توان آنها را بدون خنک سازی در دمای اتاق مورد استفاده قرار داد، بنابراین می‏توانند در زمینه کاربردهای مختلف تحت شرایط آب و هوای نامطلوب استفاده شوند[5]. لذا این سوسوزن‏ها در بسیاری از کاربردهایی که قدرت تفکیک انرژی و مشخصات زمانی خوب مد نظر نیست، به وفور مورد استفاده قرار می‏گیرند[6].

تعداد صفحه : 106

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

[add_to_cart id=153740]

—-

پشتیبانی سایت :       

*         parsavahedi.t@gmail.com