بعد از کشف نوترون توسط چادویک در سال 1932 روش های متعددی برای اندازه گیری توزیع انرژی نوترون ها ارائه شد. یکی از این روش ها طیف سنجی توسط کره های بانر است که شامل یک حسگر نوترون حرارتی در مرکز چند کره ی پلی اتیلنی می باشد .این طیف سنج بیش از 40 سال است که به دلیل همسانگرد بودن پاسخ سیستم ناشی از تقارن کروی کند کننده ها و نیز پهنای وسیع محدوده ی انرژی قابل اندازه گیری ، هنوز قابل استفاده و مفید می باشد . به منظور استفاده کاربردی از این طیف سنج ، لازم است این سیستم توسط چشمه های نوترونی استاندارد کالیبره شود .کالیبراسیون سیستم کره های بانر در این پروژه توسط چشمه-های 241am-be و 252cfموجود در سازمان انرژی اتمی ایران به روش های مختلف انجام شده است . طیف بازیابی شده ی این چشمه ها توسط کد bunkiبدست آمده و طیف بدست آمده از بازیابی با طیف چشمه استاندارد موجود در مراجع معتبر مقایسه شده است.در نهایت فاکتور کالیبراسیون این سیستم ، به منظور استفاده از طیف سنج جهت یافتن طیف چشمه های مجهول معرفی شده است .

در این پایان¬نامه با استفاده از روش آنالیز فعال¬سازی نوترونی برای ارزیابی میزان دز دریافتی ناشی از تابش نوترون¬های سریع با استفاده از نمونه¬ی بیولوژیکی (در این¬جا از نمونه¬ی مو استفاده شده است) مورد بررسی قرار گرفته است. مبنای این روش تولید فسفر32 است که یک گسیلنده خالص بتا است و از برخورد نوترو¬ن¬های سـریع با گوگرد 32 مـوجود در مو به دست می¬آید. جنبه¬هایی از این روش که مورد بررسی قرار گرفته¬اند عبارتند از: 1- منحنی دز-پاسخ: با توجه به وابستگی میزان گوگرد 32 موجود در مو به عوامل نژادی، جنسیتی و شرایط آزمایشگاهی، تهیه منحنی دز-پاسخ برای مردم هر کشور و آزمایشگاه مرجع آن الزامی است. در این پژوهش منحنی مورد نظر برای نمونه¬ای از موی ایرانی در آزمایشگاه مرجع دزیمتری کشور تهیه گردیده است؛ 2- بررسی حساسیت روش: در مراجع موجود حساسیت این روش در حد 200 میلی¬گری برای شمارش مستقیم نمونه موهای پرتودیده عنوان شده است. در این پژوهش علاوه بر تلاش برای تعیین حساسیت روش برای نمونه موی ایرانی و شرایط آزمایشگاه مرجع، تلاش شده تا با آماده¬سازی نمونه¬ها با روش خاکسترسازی، حساسیت روش تا حد امکان بهبود داده شود؛ 3- نقشه پرتوگیری بدن: با انجام آزمایش¬ها نشان داده شده است که با اندازه¬گیری میزان پرتوزایی نمونه¬های موی گرفته شده از نقاط مختلف بدن یک فرد حادثه دیده در یک حادثه بحرانی شدن می¬توان دز دریافتی اندام¬های وی را با دقت مناسبی برآورد نمود. بدین ترتیب امکان تهیه نقشه دقیق پرتوزایی بدن فرد حادثه دیده مورد تائید قرار گرفته است. 4- تعیین جهت پرتوگیری: با آزمایش¬ها نشان داده شده است که در یک حادثه-ی بحرانی شدن، بر مبنای تفاوت پرتوزائی نمونه¬های موی دو سوی بدن می¬توان به نحوه¬ی قرار گرفتن فرد نسبت به منبع پرتوزا در هنگام حادثه پی برد.نتایج بدست آمده در ارزیابی دز افراد در حوادث بحرانی شدن که در آن¬ها برآورد دز اندام¬ها بسیار حیاتی است، از اهمیت زیادی برخوردار است.

امروزه منابع مولد نوترون به نحو چشمگیری در حال افزایش هستند و استفاده کارآمد از نوترون ها نیازمند ابزاری جهت اندازه گیری آن است لذا ضرورت توسعه آشکارساز ها و روش های طیف نگاری نوترون، مشهود است. در این تحقیق تغییراتی بر روی توابع پاسخ کـره های بونر و روش بازیابی طیف انـرژی نوترون قرار گرفت تا مناسب ترین طیف انرژی نوترون بدست آید. در ابتدا شبیه سازی آشکارساز lii(eu) و کره های کند کننده تا قطر 18 اینچ توسط کد 6.2mcnpx انجام شد. سپس توابع پاسخ آشکارساز برای کره های کند کننده از جنس پلی اتیلن (pe) و پلی اتیلن حاوی بور (2%، 5% و 10%) bpe مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم این تحقیق با هدف بهبود توابع پاسخ آشکارساز در انرژی های پایین برای نوترون ها (mev20e<)، بررسی و محاسبه توابع پاسخ آشکارساز برای ترکیب pe و مواد جاذب بور (کادمیوم، بور و گادولینیوم) به عنوان کره های کند کننده انجام شد. در بخش سوم به منظور ایجاد تابع پاسخ مناسب برای آشکار ساز فوق در انرژی های بالا (mev 20e>)، از ترکیب pe و مواد با عدد اتمی بالا (اورانیوم، تنگستن، سرب، آهن و مس) برای طراحی کره های کند کننده استفاده شد. در بخش چهارم، یک کره کند کننده با قطر 12 اینچ از جنس پلی اتیلن به همراه 24 جفت آشکارساز ترمولومینسانس (600tld- و700tld-) در هر یک از قطرهای اصلی آن، برای طیف نگاری غیر فعال نوترون توسط نرم افزار pro engineering طراحی شد و توابع پاسخ مربوط به هریک از tldها بر اساس موقعیت قرار گیری شان محاسبه گردید و در ادامه توسط ماشین های تراشکاری ساخته شد. در بخش پنجم با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی (شبکه fitting)، نرم افزار بازیابی طیف های انرژی نوترون (insu-ann) طراحی گردید. در ادامه اعتبار سنجی توابع پاسخ بدست آمده مورد بررسی قرار گرفت و ماتریس پاسخ کره های کند کننده با قطر 1 تا 18 اینچ محاسبه گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با استفاده از کره کند کننده ی 5 اینچی از جنس 2%-bpe و کره کند کننده ی 3 اینچی از جنس 10%-bpe ، می توان توابع پاسخ مناسبی در انرژی های پایین بدست آورد. همچنین می توان تـوابع پاسخ مناسبی از کـره های کند کننده (mm cd1 + inch pe2) ، (mm b5 + inch pe4) ، ( cm b1 + inch pe5) و ( cm b1 + inch pe6) برای نوترون های با انرژی پایین بدست آورد. کـره های کند کننده (inch pe3 + pb cm2 + cd mm1 + pe inch2) ، (inch pe3 + fe cm1 + cd mm1 + pe inch2) و (inch pe5.75 + pb inch0.5 + pe inch5.75) مناسب ترین توابع پاسخ را برای نوترون های با انرژی بالا بدست می آورد. سپس در بازیابی طیف انرژی نوترون ها بهترین میانگین مربعات خطای نسبی 06- e 33/4 و مقدار رگرسیون حدود 99/0 بدست آمد.

یکی از روش های اندازه گیری توزیع انرژی نوترون استفاده از سامانه کره های بانر است که در زمینه طیف نگاری و دزیمتری نوترون مورد استفاده است. این سامانه شامل یک آشکارساز نوترون حرارتی است که در مرکز چند کره پلی اتیلنی قرار می گیرد که به دلیل همسانگرد بودن پاسخ سیستم ناشی از تقارن کروی کند کننده ها و نیز پهنای وسیع محدوده ی انرژی قابل اندازه گیری ، هنوز قابل استفاده و مفید می باشد. به منظور استفاده کاربردی از این طیف سنج، لازم است این سیستم توسط چشمه های نوترونی استاندارد، کالیبره شود. هدف این پژوهش، راه اندازی و تعیین فاکتور کالیبراسیون سامانه طیف نگاری کره های بانر مجهز به آشکارساز سوسوزن لیتیوم یدید متعلق به آزمایشگاه کالیبراسیون سازمان انرژی اتمی می باشد. کالیبراسیون و اندازه گیری داده های تجربی توسط دو چشمه استاندارد am-be و cf موجود در سازمان مذکور انجام شده است. بردار پاسخ مربوط به هر آشکارساز، از طریق کد شبیه سازی mcnpx بر اساس روش مونت کارلو بدست آمده است. بازیابی طیف مربوط به این سامانه، از طریق کد spunit توسط نرم افزارهای nsduaz6lii(eu)ver. 1.0. و نرم افزار آنلاین bums package، صورت گرفته است.