معرفی چشمه ی نقطه ای مجازی معادل با ظرف های مارینلی برای سهولت در به دست آوردن کارآیی آشکارساز

در گام اول این پژوهش آشکارساز ژرمانیوم فوق خالص دانشگاه اصفهان را شبیه سازی کردیم و سپس به تعیین ضخامت لایه ی مرده ی بلور آشکارساز مربوط پرداختیم. ضخامت مذکور به گونه ای تعیین شد که بهترین سازگاری بین بیناب تجربی و خروجی آشکارساز شبیه سازی شده مشاهده شود [8-11، 13 و 51-56]. بعد از اطمینان از خروجی آشکارساز شبیه سازی شده، برنامه برای اجراهای متعدد آماده شد. به وسیله ی آشکارساز شبیه سازی شده، بیناب گیری برای چهار چشمه ی استاندارد مارینلی حاوی خاک هایی با چگالی های متفاوت در گستره ی 1-5/1 و تماماً مشمول چشمه های پرتوزای امرسیم-241 ( با پرتوزایی kbq02/0±75/1)، سزیم-137(kbq 06/0±03/4) و یروپیم-152( kbq02/0±81/1) انجام شد. (دانستن ترکیب عنصری چشمه های حجمی برای شبیه سازی ضروری بود، که از طریق xrf نمونه های خاک مشخص شدند). همچنین بیناب گیری برای چشمه های نقطه ای: امرسیم، سزیم و یروپیم در فواصل مختلف برای دستیابی به اهداف مورد نظر اجرا شد. علاوه بر شبیه سازی، کارهای تجربی وآزمایشگاهی مورد نیاز این پروژه با انواع چشمه های حجمی و نقطه ای در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه اصفهان انجام شد. بعد از جمع آوری اطلاعات از دو طریق تجربی و شبیه سازی، محاسبات مربوط انجام شد و نتایج حاصل، تجزیه و تحلیل شدند. نتایج حاصل از این پژوهش در فصل حاضر جمع آوری گردید. در ادامه به اختصار به موضوعات و مباحث مطرح شده در این فصل اشاره می کنیم و جزئیات مربوط به هر قسمت به طور مفصل در متن فصل بحث خواهد شد. در ابتدا اثر چگالی و نوع ترکیب شیمیایی به عنوان دو عامل شاخص در مباحث خودجذبی [57-63] بحث و بررسی شدند و همچنین میزان خطا در محاسبه ی پرتوزایی زمانی که ضریب تصحیح خودجذبی در نظر گرفته نشود ارزیابی شد. در ادامه 3 راهکار متفاوت برای حذف یا کم رنگ کردن اثرات خودجذبی در مباحث بیناب نگاری گاما مطرح شدند و از جوانب مختلف مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتند. یکی از راهکارها، ارائه ی یک رویه ی سه بعدی از بازده برحسب دو عامل انرژی و چگالی را مطرح می کند. راهکار دیگری که از بدیع ترین راهکارهای مطرح در این پژوهش است بر مبنای طرح مدلی به نام چشمه ی نقطه ای مجازی برای مقیاس بندی بازده آشکارساز مطرح می شود که با انجام محاسبات مربوط به قله های انتخابی در انرژی های متفاوت برای چشمه های حجمی و نقطه ای، چشمه های نقطه ای معادل با هر چشمه حجمی را تعیین و به کمک روابط استخراج شده از پایان نامه و مقاله ی آقای محمدعلی محمدی با استفاده از مدل آشکارساز نقطه ای مجازی، بازده آشکارساز را در انرژی های مختلف برای هر نمونه محاسبه می کند و سپس منحنی بازده برحسب انرژی برای چشمه های مارینلی مذکور تعیین می شود. راهکار سوم با داشتن یک مجموعه چشمه ی استاندارد هم هندسه با خودجذبی های متفاوت و مرجع قرار دادن یکی از آن ها عملی می شود و همچنین این راهکار به طریق mcnp نیز مورد ارزیابی قرار می گیرد و به این ترتیب محدودیت این روش (نیازمندی به یک مجموعه چشمه ی استاندارد) برطرف می گردد. خطای محاسبات پرتوزایی نمونه های محیطی مطابق روند رایج در آزمایشگاه(اکتفا کردن به یک مرجع استاندارد) به طور میانگین مقادیر 8/17%، 7/8% و 9/7% به ترتیب برای گستره انرژی های، 100 < e، 400> e > 100 و kev400< e برآورد شد. بی شک یکی از عوامل مهم و موثر در ایجاد بخش عمده ای از این خطاها مربوط به نادیده گرفتن عامل خودجذبی در روند این محاسبات می باشد. دو عامل موثر بر ضرایب تصحیح خودجذبی، چگالی و نوع ترکیبات عنصری نمونه ی تحت مطالعه هستند. مطالعات نشان دهنده ی تأثیر پررنگ تر عامل چگالی در مقایسه با عامل نوع ترکیبات بود. نادیده گرفتن عامل چگالی در مبحث تصحیحات خودجذبی، در حالتی که اختلاف چگالی نمونه ی استاندارد و مجهول 2/1 بود، در انرژی های کم 21% و در انرژی های بالا به 2/8% کاهش می یافت و برای حالتی که اختلاف چگالی نمونه ی استاندارد و مجهول 2/0 بود خطا از 1/3% در انرژی های کم به 49/1% در انرژی های بالا کاهش می یافت. این در حالی است که اختلاف چگالی نمونه ی مجهول با استاندارد برای نمونه های محیطی بین صفر تا 2 گزارش شده است [58] و نادیده گرفتن عامل نوع ترکیبات در گستره ی تغییرات z نمونه های محیطی می تواند منجر به خطای 4/47%، 06/18%، 9/6%، 04/1% و 57/0% به ترتیب در انرژی های 78/121، 70/244، 28/344، 90/778، kev 01/1408 شود. برای تصحیح خودجذبی نمونه های محیطی یک راه استفاده از یک رویه ی بازدهی وابسته به دو عامل انرژی و چگالی است که محاسبات مربوط به این روش کاهش 50 درصدی خطا را نسبت به روش معمول تجربی نشان داد. راهکار دیگر استفاده از مدل چشمه ی نقطه ای مجازی می باشد. اختلاف نسبی بازده محاسبه شده به روش فوق در مقایسه با بازدهی تجربی معادل آن در انرژی kev 78/121، به طور میانگین 8/5% و در انرژی kev 01/1408، 6/12% و روی کل گستره ی انرژی 9% محاسبه شد. با توجه به این که درصد اختلاف نسبی مشاهده شده بین بازده تجربی و محاسباتی در این روش در محدوده ی خطای مربوط به محاسبات mcnp است، موفقیت روش با محاسبات mcnp تایید شد. در نظر داریم در پژوهش های آینده روش مذکور را در کار آزمایشگاهی تکرار کنیم و با توجه به این که خطای مربوط به محاسبات mcnp از روند آن خارج می شود انتظار نتایج بهتری را داریم. در صورت تایید این روش در کار آزمایشگاهی، می توان به تعداد نمونه های مجهول تحت مطالعه منحنی بازده- انرژی استخراج کرد که طبیعتاً کاهش خطای محاسبات پرتوزایی قابل قیاس با سایر روش های تصحیح خودجذبی نمی باشد. روش دیگری که برای تصحیح خودجذبی استفاده شد به دست آوردن روابطی به منظور محاسبه ی ضریب های تصحیح خودجذبی در انرژی ها و چگالی ها و همچنین نوع ترکیبات متفاوت بود. ضریب تصحیح خودجذبی با استفاده از یک نمونه ی مرجع در کار آزمایشگاهی محاسبه شد که به طور میانگین خطای نسبی 5/3% را در محاسبات پرتوزایی نشان داد. به طور مشابه این ضرایب در کار شبیه سازی محاسبه شدند که در این حالت میانگین خطای نسبی محاسبات پرتوزایی 04/4% به دست آمد که نشان دهنده ی میزان موفقیت این روش از طریق محاسبات mcnp بود. گرچه در این روش خطا نسبت به کار تجربی مشابه، افزایش یافته است اما برای مواردی که تعداد استاندارد کافی در دسترس نباشد می توان روش فوق را به طریق شبیه سازی جایگزین کار تجربی کرد. علاوه بر این، ضرایب مذکور به روش فوق و این بار وابسته به سه عامل انرژی و چگالی و نوع ترکیبات به طریق شبیه سازی محاسبه شدند که در این حالت میانگین خطای محاسبه ی پرتوزایی 27/2% محاسبه شد. ضریب های محاسبه شده به این روش به ترتیب 1) در حالتی که از ضریب های تصحیح حاصل از شبیه سازی و برحسب سه عامل انرژی و چگالی و نوع ترکیبات استفاده شد 2) در کار تجربی و تنها برحسب عامل چگالی 3) در کار محاسباتی و تنها برحسب عامل چگالی، موفق تر عمل کردند.