آنالیز عنصری به کمک گاماهای آنی حاصل از فعالسازی نوترونی (pgnaa) کاربرد زیادی در اکتشاف و ارزیابی معادن و مخازن نفت و آب، کشف مواد منفجره در محموله ها، پزشکی، صنعت و ... دارد. بسته به نوع کاربرد، روش کار، چشمه های نوترونی و آشکارسازهای گاما متفاوت می باشد. از آنجاییکه هر عنصر طیف گامای منحصر به فردی دارد، بنابراین با استفاده از طیف گامای آن می توان پی به حضور آن در ترکیب برد. هدف اصلی این تحقیق این است که از آنجا که فلزات سنگین نظیر جیوه، کرم، آرسنیک، کادمیوم و سرب از عوامل بسیار خطرناک آلودگی محیط زیست می باشند، شناسایی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش فلورسانس اشعه ایکس برای بیش از نیم قرن متداول ترین روش آنالیز عنصری بوده است که از تکرارپذیری خوبی نیز برخوردار است. در این رابطه مطالعه و بکارگیری روشهای دیگر آنالیز فلزات سنگین و مقایسه نتایج آنها با روشهای متداول مورد توجه بوده است. در این پروژه پس از مرور روشهای مختلف آنالیز فلزات سنگین و ارزیابی مزایا و معایب آنها، دو روش هسته ای یعنی اکتیواسیون نوترونی با گامای آنی و واکنش پرتو پرانرژی پروتون مورد بررسی دقیق قرار گرفته و مدلسازی شده است. بررسی آنالیز کیفی عناصر سنگین با استفاده از طیف گامای آنی می باشد. برای آنالیز کیفی عنصری لازم است طیف گامای آنی هر عنصر بطور مجزا و در ترکیب محاسبه شود. با توجه به بررسی صورت گرفته مشخص گردید بدلیل اینکه روش آزمایشگاهی نیاز به هزینه و زمان زیادی دارد و در حال حاضر امکان تهیه طیف ها به روش آزمایشگاهی مقدور نمی باشد، به همین دلیل طیف های مورد نیاز به کمک کد mcnp4c تهیه گردید. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که می توان به کمک این روش، مقدار عناصر سنگین ترکیبات را با خطای 5-7 ppm تعیین نمود. در این تحقیق از تحقیقات آقای نقدی جهت ابعاد و ترکیبات هندسه مورد نیاز جهت انجام آنالیز به روش آزمایشگاهی با استفاده از کد mcnp4c استفاده گردیده است. در این طراحی سعی شده تا شار نوترون را در محل نمونه افزایش داده تا نرخ تولید گاماهای آنی افزایش یابد. در کنار آن حفاظ سازی مناسب جهت محافظت آشکارساز از تابش نوترون صورت پذیرفت. همچنین پارامترهای مهم در مدلسازی یعنی سطح مقطع واکنش، توزیع زاویه ای محصولات ثانویه، میزان تضعیف آنها در نمونه و در هوا، میزان دقت و حساسیت آشکارسازها در این پروژه مورد توجه دقیق قرار گرفته است.

آنالیز عنصری به کمک گاماهای آنی حاصل از فعالسازی نوترونی pgnaa کاربرد فراوانی در اکتشاف و ارزیابی معادن و مخازن نفت و گاز ، آنالیز پزشکی، آنالیز عنصری در صنایع فولادو سیمان ... دارد. بسته به نوع کاربرد، روش کار، چشمه های نوترونی و آشکارسازهای گاما متفاوت می باشد. از آنجاییکه هر عنصر طیف گامای منحصر به فردی دارد، با استفاده از طیف گامای مربوطه می توان پی به حضور آن در ترکیب برد. روش های آنالیز عناصر سبک به ویژه کربن در برآورد مقدار آن در نمونه تحت بررسی با روش های شیمیایی، xrf و یا oes به روش های پیچیده ای صورت می پذیرد که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارد. بر این اساس در این پایان نامه تلاش شده است که آنالیز عنصری انواع فولاد، بویژه تعیین مقدار کربن آنها، با روشpgnaa تعیین شود،که به شبیه سازی صورت پذیرفته به دقت ppm 8 دست یافته ایم. با بهینه سازی حفاظ ها و محل قرار گیری آشکار ساز وتعیین هندسه آزمایش، با استفاده از چشمه نوترونی mev 14، تعداد گاماهای با انرژی mev 4/4 شمارش می شود. با تغییر غلظت کربن در فولاد و شمارش تعداد گاما می توان نمودار کالیبراسیونی برای کربن بدست آورد که از روی این نمودار پی به وجود مقدار کربن موجود در نمونه برد. این نمودار تقریبا خطی است و در طراحی عملی هندسه می توان از آن استفاده کرد.ضمنا انرژی نوترونی mev 14 از واکنش d+t تولید می شود.

امروزه دستگاه های تصویربرداری و توموگرافی برای تشخیص بیماریها, کاربردهای بسیار وسیعی در امر پزشکی دارند. چه بسا که بدون استفاده از این تجهیزات تشخیص و درمان بیماریها مشکلات زیادی به همراه دارند و خطراتی را نیز برای بیماران از جهت درمان صحیح و دقیق ایجاد می نماید. دستگاه توموگرافی pet, یکی از مهمترین دستگاههای پزشکی هسته ای می باشد که پیشرفت قابل ملاحظه ای در تشخیص بیماریها ایجاد کرده است. ولی با توجه با این, یکسری خطاهایی این دستگاهها نشان می دهند که محققان و دانشمندان در پی کاهش و یا از بین بردن این خطاها تلاش فراوانی کرده اند. در این پروژه سعی شده است که همگام با این محققان پیشرفتی در داشتن تصاویری بهتر از این دستگاه صورت گیرد. همانطور که می دانیم یکی از بزرگترین خطاهای موجود در دستگاه تصویر برداری pet, اطلاعات خام دریافتی ناشی از همزمانی های پراکندگی و همزمانی های تصادفی می باشد. (در تصویربرداری سه بعدی تقریبا 70-50% و در دو بعدی تقریبا 20% اطلاعات را همزمانی های پراکندگی تشکیل می دهد, و در مورد همزمانی های تصادفی مقدار خطاها رابطه مستقیم با مقدار گاماهای دریافتی ناشی از نابودی پوزیترون دارد.) که البته به طرق مختلفی این خطاها را تا حدی کاهش می دهند. ولی کاهش این خطاها به قیمت از بین بردن یکسری اطلاعات صحیح نیز می شود. حال ما در این پروژه راه حلی را در نظر گرفته ایم که این خطاها را به شکل کامل حذف کند. راه حل پیشنهاد شده این می باشد که اگر ما بتوانیم زاویه ورودی فوتون به داخل آشکارساز را تشخیص دهیم با توجه به الگویی که در فصلهای دوم و پنجم ارائه شده است, می توانیم به این هدف برسیم. این روش علاوه بر از بین بردن خطاها, باعث افزایش رزولوشن فضایی دستگاه pet نیز می شود.

در این پایان نامه به بررسی کمی یک سیستم تصویربرداری پراش افزوده(diffraction enhanced imaging-dei) پرداخته ایم. بدین منظور مشخصات توان و شار و نحوه توزیع پرتوهای سینکروترون مورد بررسی قرار داده و سپس محاسبات پرتو خط بیم(national synchrotron light source) nsls شامل رزولوشن انرژی و شار رسیده به نمونه را انجام دادیم و در نهایت با ارائه یک مدل برای سیستم dei میزان بهبود کنتراست تصویر در این سیستم نسبت به یک سیستم رادیوگرافی با پرتوهای سینکروترون مقایسه شد. برای مقایسه دو روش کمیت بهره کنتراست را تعریف نمودیم و مقادیر آن را برای دوتصویر جذب ظاهری و پیک در روش dei محاسبه کردیم.