یکی از روش های اسپکترومتری نوترون استفاده از سیستم اسپکترومتر چند کروی bonner می باشد. اسپکترومترهای bonner sphere به طور گسترده در شیوه های حفاظت پرتو برای تعیین توزیع طیف نوترون در شتابدهنده های ذرات و چشمه های مجهول و دیگر کاربردهای هسته ای استفاده می شوند. این سیستم به دلیل سادگی، قابلیت حمل ونقل، داشتن پاسخ همسانگرد، پوشش دادن پهنه ی وسیعی از انرژی و قابلیت تفسیر و بازیابی داده ها برای اسپکترومتری نوترون بسیار مفید می باشد. این پروژه شامل طراحی و ساخت یک آشکارساز li-glass و پنج کره ی کندکننده از جنس پلی اتیلن با قطرهای 3 و 5 و 8 و10و 12 اینچ می باشد. ابتدا با شبیه سازی توسط کد mcnp4c ماتریس پاسخ سیستم به دست آمده و سپس با قرار دادن تک تک کره ها در معرض چشمه ی نوترونی 241am-be، پاسخ های هر کره ثبت شده و با مقادیر به دست آمده از شبیه سازی مقایسه شده اند. در صورتی که این سیستم با چشمه های استاندارد bare کالیبره شده و اندازه گیری های دقیقی به عمل آید، می توان طیف چشمه را با استفاده از کدهای بازیابی کامپیوتری خاص به دست آورده و با طیف اصلی چشمه مقایسه کرد.

در این پروژه تعداد میانگین شکست های تک رشته ای1 (ssb) و دو رشته ای2 (dsb) مولکول dna3 ناشی از اثرات مستقیم و غیر مستقیم الکترون های اوژه i123 و i125 الحاق شده به مولکول dna، با استفاده از کد محاسباتی 4geant (هندسه و ردیابی4) محاسبه شده است. هدف از این مطالعه ارائه ی داده ها ی جدید با به کار بردن کد محاسباتی جدید و همچنین یک روش متفاوت برای محاسبه ی شکست های غیرمستقیم است. محاسبات برای موارد مختلف ( i125 در مقابل i123، موقعیت های متفاوت قرارگیری رادیونوکلئید ها و همچنین شکست های مستقیم در برابر غیرمستقیم) انجام شده است. برای دستیابی به این هدف، دو مدل هندسی متفاوت از یک قطعه ی 41 جفت بازی از شکل فضایی5 b مولکول dna با استفاده از کد مونت کارلو 4geant شبیه سازی شده اند. موقعیت i123در باز تیمین 21 امین جفت باز است و اتم i125 نیز در سه موقعیت متفاوت قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که مدل هندسی ساده تر برای محاسبه ی شکست های مستقیم مناسب به نظر می رسد، در حالیکه محاسبات شکست های غیرمستقیم نسبت به شکل مارپیچی dna حساس تر می باشند. علاوه براین برای الکترون های اوژه ی i123 میانگین تعداد dsb ها ناشی از اثرات مستقیم تقریباً دو برابر اثرات غیرمستقیم است و برای i125 با افزایش فاصله ی ید از محور مرکزی مولکول dna، میانگین تعداد dsb ها کاهش می یابد. همچنین با مقایسه ی تعداد میانگین ssb ها و dsb ها ی ناشی از واپاشی الکترون های اوژه i123 و i125 مشخص می شود که اثربخشی i125 به ازای هر واپاشی، 5/1 برابر i123 است؛ در پایان با وجود تفاوت های میان مدل ها و کدهای به کار گرفته شده در این پروژه و سایر تحقیقات، نتایج بدست آمده در این رساله با نتایج روش های دیگر مطابقت دارند و مزیت مهم این پروژه در آن است که کسب اطلاعات از دو مدل هندسی شبیه سازی شده، از نظر محاسباتی سریع تر می باشد.

امروزه استفاده از پرتوهای گاما در زمینه های مختلف صنعت، پزشکی و کشاورزی، کاربرد گسترده ای دارد. از این میان، تابش پرتوهای نسبتاً پرانرژی گامای co60، امکان نابودی باکتری های فسادزا در مواد غذایی، سترون سازی آفات در محصولات کشاورزی و استریلیزه کردن تجهیزات پزشکی و بهداشتی را فراهم می سازد. با توجه به لزوم آگاهی از دز دقیق دریافت شده توسط محصولات، دزیمتری سیستم های پرتودهی گاما از اهمیت بالایی برخوردار است. شیوه های کنونی دزیمتری در این سیستم ها به صورت غیرفعال است و لذا زمان بر و پرهزینه می باشد. روش دزیمتری به هنگام سیستم های پرتودهی گاما، علاوه بر اندازه گیری همزمان دز در نقاط مختلف، امکان بررسی عملکرد سیستم پرتودهی، تهیه ی نقشه ی آهنگ دز و اعتبارسنجی برنامه های کامپیوتری را نیز به راحتی فراهم می سازد. در این پروژه با توجه به محدوده ی آهنگ دز سیستم های پرتودهی گامای co60، آشکارساز اتاقک یونش با هدف اندازه گیری آهنگ دز در این سیستم ها طراحی شده است. در این طراحی پارامترهای مهم و تاثیرگذار بر رفتار اتاقک، همچون هندسه و ابعاد اتاقک، گاز درون آن، ابعاد و ضخامت الکترودها و جنس عایق ها به گونه ای انتخاب شدند که عوامل کاهنده ی جریان از جمله میزان بازترکیب یونی و جریان نشتی، کمینه باشند. سپس یک نمونه اتاقک یونش ساخته شد و در سیستم پرتودهی گامای gc-220 واقع در پژوهشکده ی کاربرد پرتوهای سازمان انرژی اتمی در آهنگ های دز مختلف و در حضور سه گاز هوا، نیتروژن و آرگون مورد آزمایش قرار گرفت. اتاقک ساخته شده از رفتاری قابل پیش بینی و تکرارپذیر برخوردار است و تطابق خوبی بین نتایج محاسبات و اندازه گیری ها وجود دارد، به گونه ای که اختلاف نسبی میان نتایج برای گاز نیتروژن حدود 4% می باشد. پس از اطمینان از عملکرد مناسب اتاقک ساخته شده، اتاقک در سیستم gc-220 نسبت به دزیمتر استاندارد فریک کالیبره شد و سپس عملکرد آن در چند نقطه ی انتخابی سیستم پرتودهی صنعتی گامای ir-136 برای اندازه گیری آهنگ دز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی نشان داد که اتاقک ساخته شده برای اندازه گیری به هنگام آهنگ دز در سیستم های پرتودهی صنعتی مناسب است.

شناخت صحیح توزیع فضائی دوز در سیستم های پرتودهی گاما بدلایل فنی، حقوقی و اقتصادی از اهمیت زیادی برخوردار است . در عمل، اندازه گیری دوز معمولا دچار مشکلاتی نظیر غیرهمگونی مواد تشکیل دهنده دوزسنج با محصول مورد پرتودهی و یا در دسترس نبودن محل دوزسنجی می باشد. از طرفی در مرحله طراحی سیستم های پرتودهی باید توزیع دوز را از طریق انجام محاسبات بدست آورد و بدین منظور دسترسی به یک مجموعه برنامه های کامپیوتری جهت محاسبه توزیع دوز اجتناب ناپذیر است . در این پروژه مجموعه ای از برنامه های کامپیوتری براساس روشهای کرنل نقطه ای و مانته کارلو، بمنظور انجام محاسبات سیستم های پرتودهی با هندسه های دکارتی، استوانه ای و مرکب تدوین گردیده اند. در برنامه های تدوین شده براساس روش مانته کارلو، کد کامپیوتری egs4 در ایران برای اولین بار بکار گرفته شده است . ضمنا از روش مانته کارلو بمنظور همانندسازی ترابرد پرتوها در سیستم های پرتودهی، برای نخستین بار در دنیا استفاده شده است . کد کامپیوتری egs4همراه با یک کد کاربر بخصوص مورد استفاده قرار می گیرد. کدهای کاربری که در این پایان نامه به منظور همانندسازی ترابرد پرتوها در سیستم های پرتودهی گاما با تقارن های هندسی استوانه ای، دکارتی و مرکب تدوین گردیده اند به ترتیب عبارتند از: gcell5، dosmapm و dosmapc2. همچنین برنامهء dosmap3 براساس روش کرنل نقطه ای بمنظور محاسبهء توزیع نرخ دوز در سیستم های پرتودهی قفسه ای تدوین گردیده است . علاوه بر این برنامهء کامپیوتری cyldetm به عنوان کد کاربر به منظور همانندسازی تغییرات دوز در نزدیکی مرز ناهمگنی های موجود در سیستم های پرتودهی، تدوین گردیده است . همچنین برای محاسبهء دوز جذبی در محصولات با چگالی های متفاوت ، مجموعه ای از برنامه های کامپیوتری با عنوان prodmix تدوین شده است . نتایج بدست آمده از محاسبات با دوزسنجی تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته اند و توافق بین نتایج محاسبات و اندازه گیری رضایتبخش است . اندازه گیری های تجربی در سیستم های پرتودهی ir-136 و gc-220 موجود در مرکز تابش گامای سازمان انژری اتمی ایران انجام شده است . در اندازه گیری ها از سیستم های دوزسنجی فریک ، پرسپکس شفاف و فیلم های gaf-chromic استفاده شده است . کدهای کامپیوتری تدوین شده را می توان در طراحی، ارزشیابی عملکرد و بهینه سازی کارگردانی سیستم های پرتودهی گاما، کنترل مقطعی دوز و کامپیوتری کردن کنترل سیستم های پرتودهی مورد استفاده قرار داد.