طراحی حفاظ بهینه برای چشمه نوترون am-be در شناسایی مواد منفجره به روش pgnaa

تحلیل گامای آنی حاصل از فعالسازی نوترونی (pgnaa) یک روش غیر مخرب هسته ای در تشخیص عناصر موجود در مواد است. در این روش نمونه تحت تابش نوترون قرار میگیرد. نوترونها با احتمالهای مختلف جذب هسته های هدف شده و هسته مرکب را تشکیل میدهند. هسته مرکب تشکیل شده، انرژی بستگی نوترون جذب شده را به صورت یک گامای آنی آزاد میکند. انرژی این گاما از مشخصه های عنصری است که آن را آزاد کرده، بنابراین با آشکارسازی و تجزیه و تحلیل این گاما میتوان به نوع عناصر موجود در نمونه پی برد. ابزار مورد نیاز برای آنالیز نوترونی چشمه نوترون، نمونه مورد بررسی، آشکارساز و حفاظ های مناسب گاما و نوترون است. هدف در این پایان نامه طراحی حفاظ و کند کننده با جنس و ضخامت مناسب برای چشمه نوترون am-be در آشکارسازی نیتروژن موجود در مواد منفجره به روش pgnaa است. چشمه am-be دارای یک گامای با انرژیmev43/4 حاصل از واپاشی کربن برانگیخته است و میانگین انرژی نوترونهای این چشمه mev4/4 میباشد. حفاظ بهینه برای این چشمه، حفاظی است که که با کاهش اثر انباشت ناشی از گاماهای چشمه و افزایش شار نوترونهای حرارتی در نمونه، بازده pgnaa را افزایش دهد. به این منظور ابتدا با شبیه سازی استوانه های سربی با ضخامتهای مختلف در اطراف چشمه، ضخامت مناسب برای تضعیف گامای چشمه تا 90% را، 5 سانتیمتر تخمین زدیم ولی در مراحل بعدی به دلیل امکانات آزمایشگاهی استوانه مورد استفاده دارای ضخامت 5/3 سانتیمتر است که شدت گامای چشمه را 70% تضعیف میکند. مواد منفجره حاوی ترکیبات نیتروژن هستند. نیتروژن نوترونهای حرارتی را با سطح مقطع حدود 75/0 بارن جذب کرده و گامای آنی با انرژی mev 83/10 گسیل می کند. بنابراین برای افزایش شارنوترون های حرارتی در نمونه، سه کندکننده آب، پلی اتیلن و گرافیت با ضخامتهای مختلف شببیه سازی شدند و با توجه به شدت گامای mev 83/10 رسیده به آشکارساز ضخامت و هندسه بهینه برای کندکننده تعیین گردید. هندسه بهینه به شکل یک پوسته مکعب مستطیلی است که اطراف چشمه قرار می گیرد. ضخامت بهینه برای پلیاتیلن و آب 3 سانتی متر و برای گرافیت 15 سانتیمتر به دست آمد. در آخرین مرحله برای افزایش هر چه بیشتر شار نوترون های رسیده به نمونه از یک بازتاب-دهنده گرافیتی در اطراف چشمه نوترون استفاده کردیم. سپس برای بررسی صحت شبیه سازیها با توجه به امکانات آزمایشگاهی، آزمایشی طراحی شد. کندکننده قابل ساخت یک ظرف پلی اتیلنی به شکل یک پوسته مکعب مستطیل است که داخل آن آب ریخته می شود و ضخامت دیواره های پلی اتیلنی 5 میلیمتر است. با توجه به شرایط آزمایش، شبیه سازی ها دوباره انجام شدند و ضخامت بهینه آب 2سانتیمتر تعیین شد. آزمایش برای ضخامت بهینه 2 سانتیمتر آب و ضخامت 5 سانتی متر، به منظور بررسی ضخامتهای بیشتر آب طراحی و انجام شد. نتایج به دست آمده با نتایج شبیه سازیها سازگاری خوبی دارند و میتوان نتیجه گرفت سیستم طراحی شده از لحاظ حفاظ و کندکننده اطراف چشمه جهت شناسایی نیتروژن موجود در مواد، شرایط بهینه را دارد.