چکیده تولید تابع پاسخ پرتوهای گاما فرودی به آشکارسازهای سوسوزن آلی با در نظر گرفتن اثر ترابرد نور در قدرت تفکیک پاسخ این نوع سوسوزن ها، هدف اصلی این کار بوده است. در این پایان نامه، شبیه سازی هندسه، چشمه، مواد، تهیه ورودی و محاسبات مربوط به انرژی ذخیره شده در حجمک های سلول آشکارساز با استفاده از کد چندمنظوره فلوکا انجام شد. سپس با توجه به برخی ناکارآمدی ها در بخش ترابرد نور، کد فلوکا شبیه سازی مونت کارلوی ترابرد نور با استفاده از کد photrack که حاصل پایان نامه آقای نیما قلعه در سال 1380 در دانشگاه فردوسی مشهد می باشد، مورد استفاده قرار گرفت. این کد فرآیندهای نوری و وابستگی به طول موج پارامترهای نوری مانند منحنی گسیل، جذب و بهره کوانتومی را شامل می شود. نتایج حاصل از کد تلفیقی فلوکا و photrack، توافق قابل قبولی با طیف تابع پاسخ تجربی به خصوص در انرژی های بالا و لپه کامپتون را نشان می دهد. پس از اطمینان از دقت تابع پاسخ شبیه سازی شده، به بررسی عوامل موثر در قدرت تفکیک آشکارساز سوسوزن آلی و بهبود قدرت تفکیک آشکارساز با استفاده از پوشش ها و ابعاد مختلف نوربر پرداخته شد. یک سری آزمایش های تجربی برای چشمه های مختلف na22 و cs137 و am241 و ابعاد مختلف نوربر و پوشش های مختلف کاغذی مشکی و رنگ انجام شد. نتایج حاصل ازآن با نتایج شبیه سازی مقایسه شدند.

در این پایان نامه، با استفاده از دو آشکارساز nai(tl) و یک چشمه نوترون am-be، یک ابزار چاه پیمایی با کارایی مناسب پیشنهاد شده است. آشکارسازهایnai(tl) را می توان در اندازه های مختلف به راحتی تهیه کرد. چشمه ی نوترون am-be نیز در و مراکز تحقیقاتی کشور مورد استفاده قرار می گیرد. در مقابل، ابزارهای چاه پیمایی مرسوم آشکارسازهای نوترون (3bf، 3he و نظایر آن) استفاده می کنند که آشکارسازهای گران و شمول تحریم های اخیر از سوی کشورهای غربی به حساب می آیند. چشمه ی نوترون d-t اینگونه ابزارهای چاه پیمایی نیز با مشکلات خاص خود همراه است. از سوی دیگر کارایی روش چاه پیمایی پیشنهادی در تعیین تخلخل سازند قابل مقایسه با روشهای موجود می باشد.

در این پایان نامه، اثر ترابرد نور بر پاسخ زمانی آشکارسازهای سوسوزن مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه-سازی ترابرد نور با نوشتن یک برنامه به زبان فرترن و با استفاده از روش مونت کارلو انجام شده است. در این شبیه سازی، با تکیه بر قواعد اپتیک هندسی و با درنظر گرفتن وابستگی به طول موج پارامترهای اپتیکی مانند منحنی گسیل، بازتابش از رنگ، ضریب شکست، ضریب تضعیف و بهره ی کوانتومی برای دو هندسه ی استوانه-ای و مکعبی انجام شده و با نتایج تجربی و شبیه سازی دیگران مقایسه شده است. پس از اطمینان از صحت عملکرد برنامه ، به بررسی مشارکت ترابرد نور در پاسخ زمانی سوسوزن پرداخته شد و تأثیر عواملی چون وابستگی به طول موج پارامترهای اپتیکی و نیز طول های مختلف نوربر استوانه ای در قدرت تفکیک زمانی سوسوزن مورد بررسی قرار گرفت و با نتایج آزمایش های جداسازی نوترون-گاما، مقایسه گردید. درنهایت، به منظور بررسی تأثیر پارامترهای اپتیکی مختلف بر رفتار زمانی سوسوزن، از روش تحلیل حساسیت استفاده شد و عوامل تأثیرگذار بر روی پاسخ زمانی بر اساس این روش مورد بررسی قرار گرفتند.

در این پژوهش، از یک سوسوزن استوانه ای با ابعاد 5 سانتی متر قطر و 6 سانتی متر طول محتوی مایع سوسوزن آلی ne213 که از دو سر به دو تکثیرکننده نوری یکسان از نوع xp2282 متصل گردیده، برای مطالعه پاسخ زمانی آشکارساز وقتی در معرض چشمه نوترون-گامای امریسیوم-بریلیوم قرار می گیرد، استفاده شده است. شبیه سازی مونت کارلوی ترابرد نور و نیز مطالعات تجربی تایید می کنند که مجموعه فوق دارای قدرت تفکیک زمانی بهتری نسبت به سوسوزن 2 اینچی متصل به یک لامپ تکثیر کننده نوری است.

یکی از روشهای تولید انرژی هسته ای، همجوشی هسته ای ایزوتوپهای هیدروژن به روش فشردگی اینرسی است. در این روش پلاسمای سوختd/t تحت تابش پالس لیزری پرقدرت متراکم و سپس شرایط اشتعال و سوختن قرص سوخت مهیا می شود. در مرحله فشردگی قرص توسط باریکه لیزر پرقدرت، در اثر برخورد باریکه لیزر با سطح قرص، محیط یونیزه شده و الکترونهای نسبیتی تولید می شوند و این الکترونهای نسبیتی در فرایند برخورد با یونهای پلاسمای d/t باعث انتقال انرژی از لیزر به یونهای پلاسمای سوخت می شوند. در جریان برخورد الکترونهای نسبیتی با یونهای محیط، احتمال تولید ذرات پایون وجود خواهد داشت. پایونهای تولیدی در برخورد با هسته های اتم هیدروژن کند شده و در نهایت منجر به تولید اتمهای پایونی خواهد شد. اتمهای پایون تولید شده در مدت زمان بسیار کوتاهی مولکولهای پایونی را بوجود خواهند آورد. در این فرایند، در اثر کاهش نیروی دافعه کولنی بین هسته های اتم توسط پایون، احتمال رخ دادن همجوشی هسته ای بین ایزوتوپهای d/t وجود خواهد داشت . حاصل چنین واکنشی، آزادسازی ? با احتمال مشخص خواهد بود. در نتیجه، ?های آزاد می توانند زنجیره واکنش را تا واپاشی و از بین رفتن آن ادامه دهند. با نوشتن معادلات دینامیکی حاکم بر چگالی ذرات چرخه و حل معادلات به کمک روش مونت کارلو و کد lsod، برای غلظت های بهینه4/0=ct و 6/0=cd پرداختیم. . محاسبات نشان می دهند که چگالی نسبی پایون پس از ورود به چرخه پس از مدت زمان حدود 40 ns به حداقل خود می رسد، یعنی پس از گذشت این زمان پایون به یون های پلاسما می چسبد و تشکیل اتم پایونی می دهد.اتم های پایونی پس از گذشت حدود 10 ns یا واپاشی می کنند و یا تشکیل مولکول پایونی می دهند. مولکول پایونی ?dt نیز پس از گذشت حدود 10 ns فرایند همجوشی انجام می دهد. همچنین آهنگ چرخه ی پایونی پس از گذشت زمانی حدود 16 ns به حداکثر مقدار خود یعنی 1- s105×88/525 می رسـد. با توجه به عمر کوتاه ذرات پایـون مشـاهده می شود تعداد چرخه ای که پایون در مدت زمان عمرش کاتالیز می کند اگر چه شرایط همجوشی را مهیا می کند ولی برای تولید انرژی لازم این تعداد چرخه کافی نمی باشد.

حفاظ های نوترونی عموماً در دو نوع پلیمری و بتونی ساخته می شوند. این حفاظ ها نسبت به حفاظ های رایج، قادر به تضعیف بیشتری از دز نوترون و گاما در ابعاد یکسان می باشند. به طور کلی هر زمان که نیاز به حفاظ گذاری صحیح تابش نوترون باشد، بهترین انتخاب استفاده از این نوع حفاظ های کامپوزیت می باشد. نانوکامپوزیت های پلیمری، ترکیباتی از پلیمرها با مقادیر 2 تا 10 درصد وزنی از ذرات نانومتری نظیر بور، کربید بور و ... هستند. تقویت کننده نانومتری به دلیل داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویت کننده های معمولی باعث بهبود خواص فیزیکی شده و مسائل مربوط به تقویت کننده های رایج نظیر افزایش وزن، نقایص سطحی و مشکلات فرآیندپذیری در آن ها کمتر دیده می شود. در کامپوزیت پلی اتیلن/کربید بور (pe/b4c) با توجه به ابعاد نانومتری ذرات تقویت کننده، می توان حفاظ ترکیبی خاصی تولید کرد که با ضخامت بسیار کمتر نسبت به حفاظ های معمولی از قدرت جذب بیشتری در برابر پرتوهای نوترون داشته باشد. دلیل این امر به سطح مقطع بالای برخورد پرتوهای رادیو اکتیو با ذرات تقویت کننده در ابعاد نانومتری بر می گردد. استفاده از فاز سخت نانو ذرات کربید بور از ویژگی های جدید این پروژه است که برای اولین بار در داخل کشور مطرح می شود. در این پژوهش ابتدا نمونه های کامپوزیت با ترکیبات 0، 1، 5/2، 5 درصد وزنی از نانو ذرات کربید بور و پلی اتیلن سنگین آماده شد. ابتدا مواد خام در دستگاه اکسترودر در دمای 160-185 و دور rpm250 ترکیب شده و سپس به شکل صفحاتی به ضخامت mm 2 به روش قالب گیری فشاری تهیه شد. در ادامه استحکام کششی ، مدول کششی برای همه نمونه ها به دست آمد. در مرحله بعد آزمون های هسته ای به منظور توانایی حفاظ های ساخته شده در تضعیف نوترون ها انجام شد. به این منظور، صفحات ساخته شده در برابر چشمه نوترونی am-be قرار داده و میزان تضعیف به دست آمد.در بخش بعد جهت بررسی ابعاد ذرات در توان تضعیف نوترون های حرارتی شبیه سازی و مطالعات تجربی انجام شد. از آن جا که نانومتری بودن ذرات کربید بور اثر قابل توجهی در میزان تضعیف نوترون های حرارتی دارد. چگونگی توزیع ذرات با ابعاد حدود 10 میکرو و نیز نانو ذرات با ابعاد 50 نانومتر در زمینه پلیمری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و نیز تصاویر eds بررسی شد.

امروزه در بسیاری از کاربردهای مهندسی به تلفیق خواص مواد نیاز است و امکان استفاده از یک نوع ماده که همهی خواص مورد نظر را برآورده سازد، وجود ندارد. معمولاً کامپوزیت ها با توجه به خواص مکانیکی بالا، سبکی، مقاومت عالی در برابر خوردگی و راحتی کار با آنها، گزینه ای مناسب که می توانند جایگزین مناسبی برای فلزات به حساب آیند، مورد استفاده قرار گیرند. استفاده در زمینه حفاظسازی چشمههای پرتوزا یکی از کاربردهای این مواد در زمینه هستهای میباشد. حفاظ سازی چشمه نوترون با توجه به قدرت چشمه و نوع کاربرد آن متفاوت می باشد. اما اصلی که در همه حال صادق است، داشتن کمترین دز در بیرون حفاظ با کمترین ابعاد می باشد. هدف از این تحقیق، ساخت یک حفاظ ترکیبی از پلی اتیلن، تنگستن و کاربید بور در جهت تضعیف پرتوها در میدان های آمیخته نوترون-گاما بوده است. برای رسیدن به این هدف حفاظ های کامپوزیتی با مقادیر متفاوت 5، 15 و 30 درصد وزنی از تنگستن به عنوان جاذب پرتو گاما و مقدار ثابت 5 درصد وزنی از بور به عنوان جاذب نوترون ساخته شد. میزان تضعیف شار نوترون چشمه ی am-be241 با استفاده از آشکارساز 3bf و میزان تضعیف شار گامای چشمه ی سزیوم µci 100 با یک آشکارساز nai ("3 ×"3 ) اندازه گیری شد. همچنین با استفاده از نرمافزار mcnp گامای عبوری از این حفاظهای کامپوزیتی شبیه سازی شد. نتایج حاصل از مطالعات تجربی و شبیه سازی نشان داد که ضریب تضعیف خطی گامایی بدست آمده برای این حفاظهای کامپوزیتی، در محدوده ی مقادیر1- 0/693cm تا 1- 0/12553cm و سطح مقطع ماکروسکوپیک نوترونی برای این حفاظهای کامپوزیتی، در محدوده ی مقادیر 1- 0/0808cm تا 1- 0/24693cm است. در ضمن تطابق خوبی بین روند نتایج تجربی و شبیه سازی به لحاظ شیب نمودار مشاهده شد.

حمام منگنز، استاندارد اصلی برای تعیین آهنگ گسیل نوترونی است که در آن تعداد نوترون¬های گسیل شده در هر ثانیه بوسیله¬ی چشمه¬های نوترونی رادیونوکلوئیدی از قبیل، am-be241 و cf252 اندازه¬گیری می¬شود. این چشمه¬ها برای کالیبره کردن ابزار حساس نوترونی از قبیل وسایل بازرسی منطقه و دُزیمترهای شخصی می¬توانند استفاده شوند. اما در این روش، تعیین آهنگ گسیل نوترونی طیف پرتوی گامای وانگیخته به آسانی نمی¬تواند پذیرفته شود، بدلیل، (1) تفکیک انرژی محدود آشکارسازهای تابش و همچنین (2) افزایش احتمال پراکندگی کامپتون برای انرژی¬های در حد mev پرتوی گاما. هدف از این پروژه، طراحی و بهبود سیستمی است که طیف گامای حاصل از mn56 را با دقت ممکن اندازه¬گیری کند. سیستم طیف¬سنج فرونشان کامپتون می¬تواند بکار گرفته شود. ویژگی اصلی این سیستم، حذف سیگنال¬هایی است که از دو آشکارساز مجزا می¬آیند و در همزمانی با هم هستند، در نتیجه، رویدادهای کامپتون در نواحی با ارتفاع پالس کمتر فرونشانی می¬شود. سیستم فرونشان کامپتون در این پروژه، متشکل از آشکارساز اصلی (سوسوزن nai(tl) با ابعاد ″2×″2)، و هشت آشکارساز فرونشان (سوسوزن پلاستیک مکعبی هر یک به ابعاد 3cm 15×12×12) می¬باشد. شبیه¬سازی¬های مونت¬کارلو با کد mcnpx (با دو روش متفاوت) و اندازه¬گیری¬های متناظر روی سیستم مذکور، برای چشمه¬ی cs137 و محلول 4mnso فعال¬شده به وسیله¬ی نوترون¬های am-be، انجام گرفته و عامل¬های فرونشان گزارش می¬شود

در این پایان¬نامه، تولید تابع¬پاسخ آشکارسازهای غیرآلی به پرتو گاما با در نظر گرفتن اثر ترابرد نور در پاسخ این نوع سوسوزن¬ها، هدف اصلی می¬باشد. شبیه¬سازی هندسه، چشمه، مواد، تهیه ورودی و محاسبات مربوط به انرژی ذخیره شده در حجمک¬های سلول آشکارساز با استفاده از کد چندمنظوره فلوکا انجام شد. سپس با توجه به ناکارآمدی¬های بخش ترابرد نور کد فلوکا، شبیه¬سازی ترابرد نور با استفاده از کد photrack انجام گرفت. مشارکت نوفه¬ی الکترونیک و حضور لامپ pmt، به¬صورت یک پهن¬شدگی اضافی، به طیف¬اولیه پیچش شده و طیف قابل مقایسه¬ای با داده¬های تجربی بدست می¬آید. نتایج حاصل از شبیه¬سازی، با نتایج تجربی این پایان¬نامه همخوانی خوبی را نشان می¬دهد

آنالیز مواد به روش فعال سازی نوترونی با استفاده از پرتو گامای آنی یا pgnaaدارای کاربردهای متنوعی در زمینه های مختلف تحقیقاتی، صنعتیو پزشکی است. در این پایان نامه به منظور مطالعه یک سیستم ساده آنالیز به روشpgnaa، از یک نمونه آب حاوی درصدهای مختلف nacl و یک چشمه نوترون am-be استفاده شده است را به عنوان نمونه انتخاب می کنیم. در این پژوهش ضمن تعیین هندسه مناسب برای مطالعه آنالیز به روشpgnaa ، از دو آشکارساز سوسوزن nai و bgo استفاده شده و طیف های حاصل از اندازه گیری و نیز نتایج بدست آمده از شبیه سازی با کد مونت کارلو mcnpx مقایسه شده اند. در مرحله دیگری از پایان نامه حاضر،طیف های حاصل از داده های تجربی و شبیه سازی را به عنوان کتابخانه های ورودی به دو برنامه مجزا که بر پایه شبکه عصبی و کمترین مربعات عمل می کنند در نظر گرفته و تحلیل کمی از عنصر موردنظر در نمونه ی مجهول ارائه می شود.

امروزه از کره های بانر برای اندازه گیری طیف انرژی نوترون های سریع، به طور گسترده در آزمایش های فیزیک نوترون استفاده می شود. از جمله این موارد می توان به آزمایش های دزیمتری استاندارد نوترون، شتاب دهنده ها (خطی، تحقیقاتی و درمانی) برای پروتون، الکترون و ذرات باردار سنگین اشاره کرد. اساساً در جاهایی که طیف سنجی نوترون با قدرت تفکیک بالا، مطرح نیست از این مجموعه آشکارساز استفاده می شود. طیف سنج بانر از کره های پلی اتیلن به عنوان ماده کندکننده و یک آشکارساز نوترون گرمایی مرکزی ساخته شده است. آشکارساز در مرکز کره ی پلی اتیلن قرار گرفته و با توجه به ضخامت کره کندکننده، نوترون سریع به اندازه کافی گرمایی شده و توسط آن، آشکارسازی می شود. سپس، با توجه به توابع پاسخ، قرائت های انجام شده و کد بازیابی، طیف انرژی نوترون موردنظر استخراج می شود. این طیف سنج بیش از 40 سال است که به دلیل پاسخ های مناسب به چشمه های نوترونی مختلف، همسانگرد بودن و نیز پهنای وسیع گستره انرژی قابل اندازه گیری، هنوز قابل استفاده و مفید می باشد. در این پایان نامه، سیستم اندازه گیری شامل یک آشکارساز سوسوزن یدورلیتیوم (lii6) است که در مرکز 7 کره پلی اتیلنی با قطرهای مختلف قرار گرفته است. ماتریس پاسخ سیستم با استفاده از کد mcnpx برای نوترون هایی با انرژی 11-10 تا 42/14 مگاالکترون ولت محاسبه و طیف انرژی نوترون های چشمه am-be بدست آمده به کمک کد بازیابی afitbunki، با نتایج کدهای بازیابی bunki و fruit و نیز طیف های استاندارد iso و iaea مقایسه شده است، که سازگاری بسیار خوبی را نشان می دادند. علاوه براین تاثیر زاویه تابش نوترون و تغییر هندسه کندکننده نیز، مورد بررسی قرار گرفتند.

در این رساله، تاریخچه کشف ، نوسانات ، چشمه نوترینو در خورشید، کاربرد علم آمار در فیزیک ذرات بنیادی و مطالب ذیربط دیگر مورد بحث قرار گرفته است .