شبیه سازی اثرات اپتیکی برتابع پاسخ آشکارسازسوسوزن گاما با روش مونت کارلو

آشکارسازهای سوسوزن کاربردهای وسیعی دراندازه گیری های هسته ای دارندکه موجب اهمیت یافتن برآورد دقیق تابع پاسخ آنها و مطالعه کمیت های موثر بر آن می شود. ازجمله مهمترین اثرات، عوامل اپتیکی هستندکه مطالعه آنها نیازمند دقت نظر در برقراری ارتباط مناسب میان ترابرد تابش و ترابرد نور حاصل از تابش می باشد. راه حل تحلیلی ترابرد نور و فرآیند جمع آوری نوری، تنها برای تعداد محدودی از هندسه های ساده قابل استفاده است. اگر شکل آشکارساز و نوربرها پیچیده وغیر معمول باشد، روش مونت کارلو بسیار موثرتر و گاهی اوقات تنها تکنیک محاسباتی ممکن است. شبیه سازی ترابرد نور به روش مونت کارلو رایج ترین روش شبیه سازی ترابرد ذرات و تابش ها در ماده است که امکان مطالعه اثرات پیچیده درهندسه های سه بعدی دقیق را مهیا می سازد. کد مونت کارلوی شبیه سازی ترابرد نور که در این پایان نامه مورد بحث است، کد guide7 است. در اکثر کدهای شبیه سازی ترابرد نور، گام های اساسی ترابرد نور در سوسوزن عبارتند از : (1)تعیین نقطه تولید فوتون( فوتون ها با توزیعی کاملا تصادفی و یکنواخت در حجم حساس آشکارساز تولید می-شوند). (2) جهت حرکت فوتون (همسانگرد فرض می شود). (3) تضعیف نور ( فرض می شود شدت نور در طی مسیر حرکت به صورت نمایی کاهش می یابد). (4) برخورد نور با دیواره آشکارساز(یا نوربر) (5) انعکاس از دیواره (6) اتلاف در مرزها (7) آشکارسازی: به محض ورود فوتون به تکثیر کننده فوتونی شدت فوتون رسیده ثبت می شود و ترابرد آن به پایان می رسد. در این مرحله مجددا به گام اول بر می گردیم. معمولا شبیه سازی مونت کارلوی ترابرد نور در سوسوزن ها با دو روش آنالوگ و غیر آنالوگ انجام می شود. در روش آنالوگ در نقطه ای که ذره تابیده متوقف و انرژی اش را در سوسوزن از دست می دهد، تعدادی فوتون مرئی متناسب با انرژی ذخیره شده تولید شده و سپس فوتون ها تعقیب شده و تعدادی از آنها به فوتوکاتد رسیده و کسری از آنها نهایتا به فوتوالکترون تبدیل می شوند. در روش غیر آنالوگ، در نقطه تولید، به فوتون وزن واحد نسبت می دهند که در گام های بعدی به مرور از آن کاسته می شود. درصد فوتون های رسیده به فوتوکاتد در روش آنالوگ و وزن ثبت شده در فوتوکاتد در روش غیر آنالوگ به «بهره جمع آوری نور» معروف است. اکثر کدهای ترابرد نور به روش غیر آنالوگ کار می کنند اما کد guide7 بهره جمع آوری نور را به هر دو روش تولید می کند. کد guide7 دارای مزایا و معایبی است و هدف اصلی در این پایان نامه توسعه کد ترابرد فوتون guide7 برای شبیه سازی اثرات مختلف در آشکارساز سوسوزن است. از جمله مزیت های این کد می توان به محاسبه بهره جمع آوری نور برای بازه وسیعی از هندسه های مختلف نوربر، تعیین مختصات نقاط بازتابش متوالی برای مسیر اشعه، محاسبه اطلاعاتی مانند مسافت کلی پیموده شده توسط فوتون، زمان کل تاخیری فوتون ها، تعداد بازتابش ها و غیره و همچنین چاپ این اطلاعات بصورت هیستوگرام در خروجی، اشاره کرد. این کد با وجود مزیت هایی که دارد، دارای نقایصی نیز است. از جمله نقایصی که می توان به آن اشاره کرد، عدم وجود سطوحی با خاصیت بارتابندگی پخش کننده در سیلندرهای استوانه ای و مکعب مستطیلی (که در این کد می توانند به عنوان سلول سوسوزن قرار داده شوند)، می باشد. در این پایان نامه به معرفی این کد، راه حل پیشنهادی برای رفع نقص های مذکور پرداخته شده است و نهایتاً نتایج شبیه سازی با کد اصلاح شده با نتایج کار دیگران مقایسه شده است.