با توجه به نیاز امروز انسان به منابع نامحدود انرژی و مطرح شدن انرژی حاصل از گداخت در ارتباط با منابع موجود در طبیعت، همجوشی هسته ای بحث مورد نظر بسیاری از دانشمندان هسته ای بوده و تحقیقات در این زمینه بیشتر از 50 سال است که در کشورهای صنعتی جهان در حال پیگیری است. ماده مورد استفاده در واکنش های گداخت در حالت پلاسما است. یکی از دستگاه هایی که با کانونی کردن پلاسما در نقطه ای شرایط لازم برای انجام فرایندهای همجوشی را فراهم می کند، به نام پلاسمای کانونی معروف است. در ایران نیز مباحث مربوط به همجوشی هسته ای و پلاسمای کانونی از دهه 80 تا کنون مورد توجه دانشمندان هسته ای کشور بوده است. طیف سنج تامسون دستگاهی است که برای تحلیل یون های تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی به کار می رود. این تحلیل همه جانبه بوده و شامل نسبت بار به جرم یون ها، اندازه حرکت و انرژی آن ها می شود. با توجه به کاربرد گسترده پلاسمای کانونی در انواع تحقیقات هسته ای و تنوع نوع و انرژی یون هایی که در این دستگاه تولید می شوند، ساخت و استفاده از طیف سنج تامسون در کشور ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش که با همکاری پژوهشکده فیزیک دانشگاه مالک اشتر و دانشگاه پیام نور تهران انجام شده است، به مطالعه ساختار و کارکرد انواع مختلف این دستگاه که در نقاط مختلف جهان ساخته شده است، پرداخته ایم. سپس با توجه به نیاز و امکانات موجود و همچنین مشخصات دستگاه های پلاسمای کانونی فعال در کشور، مبادرت به طراحی طیف سنج تامسون کرده ایم. این پروژه شامل شبیه سازی دستگاه توسط برنامه simion-3d، شناسایی عوامل مهم و موثر بر کارکرد بهینه آن، بهینه سازی عوامل موثر، طراحی اجزا و سرانجام ساخت و آزمایش دستگاه است. طیف سنج تامسون پس از ساخته شدن بر روی دستگاه پلاسمای کانونی دانشگاه امیرکبیر نصب شد و با گاز کاری آرگون در فشار torr 2 و ولتاژ تخلیه kv 12 مورد آزمایش قرار گرفت. اندازه گیری ها نشان داد که در این شرایط کاری یون های آرگون با بارهای 1+، 2+، 3+ تولید شدند. امید است که با ساخت این دستگاه توانسته باشیم گامی هرچند کوچک در راستای تحقق اهداف علمی دانشمندان کشور در گسترش فناوری همجوشی هسته ای برداریم.

هدف از انجام این پژوهش دستیابی به فناوری طراحی و ساخت هدف های جامد هیدروژنی است. در راستای دستیابی به این منظور از فلزاتی که خاصیت جذب بالای هیدروژن دارند استفاده می شود. برای انتقال گرمای تولید شده در هدف ها و نیز صرفه اقتصادی، اغلب از فلزی با رسانایی حرارتی بالا و قیمت ارزان به عنوان زیرلایه استفاده می شود. نکته مهمی که پس از طراحی و ساخت این نوع هدف ها دارای اهمیت بسیاری می باشد، اندازه گیری شار نوترونی این نوع هدف ها است. در این پژوهش پس از طراحی و ساخت چند نمونه هدف، شار نوترونی آنها نیز اندازه گیری شد. بدین منظور، هدف را در یک شتابدهنده تحت بمباران با ذرات دوتریوم یا پروتون قرار داده و بر اساس واکنش های d(d,n)3he، d(d,p)t، p(d,n)x پروتون و نوترون و یا سایر ذرات دیگر تولید شد. سپس با استفاده از روش های مناسب آشکارسازی، شار نوترونی هدف ها اندازه گیری شد. با توجه به تحریم های یک دهه اخیر از سوی کشورهای دارای توانمندی هسته ای بر علیه نظام جمهوری اسلامی ایران، تهیه این وسایل از بازار خارج، ضمن خروج ارز، با مشکلات بسیار زیادی همراه است و در مواردی نیز غیرممکن است. لذا با ساخت این وسیله نه تنها صرفه جویی ارزی می شود بلکه دانش و فن آوری ما برای ساخت ابزارهای آزمایشگاهی مرجع افزایش می یابد. این پژوهش با همکاری دانشگاه صنعتی مالک اشتر، دانشگاه پیام نور مرکز تهران و سازمان انرژی اتمی ایران، بخش فیزیک نوترون با برنامه ریزی دو ساله ای طی سال های 1388 و 1389 انجام شد. مهمترین دستاوردهای حاصل از این تحقیق عبارت است از: 1- طراحی و ساخت هدف های جامد دوتریومی، جهت حصول به نوترون با انرژی بالا 2 - دستیابی به فناوری تزریق گاز هیدروژن در فلزات و اندازه گیری مقدار جذب و واجذب آن در فلزات می باشد. 3- بومی کردن فناوری ساخت هدف های دوتریومی و در صورت وجود امکانات لازم هدف های تریتیومی. 4- سنجه کردن آشکارسازهای سوسوزن مایع و سوسوزن پلاستیک. 5- سنجه کردن دزیمتر های فعال نوترونی. 6- بهبود جداسازی نوترون و گاما در اینگونه آزمایش ها 7- دستیابی به چشمه نوترون تک انرژی و سنجه شده.

در این پایان نامه، تابع پاسخ آشکارساز سوسوزن nai(tl) به پرتو گاما با استفاده از کارتptrac کد مونت کارلو mcnp و قابلیت ترابرد نور کد photrack، شبیه سازی می شود. برای این منظور، انرژی انباشته شده توسط پرتوهای گامای ورودی به آشکارساز، بوسیله ی کارت ptracمحاسبه و نور متناظر آن به عنوان ورودی به کد photrack داده شده و سپس طیف اولیه بدست می آید. مشارکت نوفه ی الکترونیک و حضور لامپpmt، به صورت یک پهن شدگی اضافی، به طیف اولیه پیچش شده و سپس طیف اولیه بدست می آید. نتایج حاصل از شبیه سازی، با نتایج تجربی این پایان نامه همخوانی خوبی را نشان می دهد.

در این پایان نامه، به بررسی روش های مختلف جداسازی نوترون-گاما پرداخته شده است. روش های گذرازصفر و اوئن که بر اساس تبعیض شکل تپ (psd) عمل جداسازی را انجام می دهند و همچنین روش زمان پرواز که مبتنی بر زمان پرواز متفاوت نوترون و گاما بین دو نقطه در آزمایشگاه می باشد مورد آزمایش قرار گرفتند. آزمایش ها توسط چشمه am-be انجام شد و آشکارساز سوسوزن مایع به دلیل شکل خوب پالس و قابلیت بالای جداسازی نوترون-گاما بهترین گزینه تشخیص داده شد. به همین دلیل در آزمایش ها از آشکارساز سوسوزن ne??? با ابعاد 2 اینچ در 2 اینچ متصل به pmt مدل xp???? از شرکت photonis استفاده شد. آزمایش گذرازصفر در انرژی های آستانه مختلف اندازه گیری شد و پارامتر کیفیت جداسازی fom، برای هر آزمایش محاسبه شد و مشاهده شد که با افزایش انرژی آستانه، کیفیت جداسازی بهبود می یابد. در روش اوئن به دلیل شکل خاص طیفی که حاصل می شود اندازه گیری fom مانند روش گذرازصفر امکان پذیر نیست، در نتیجه نسبت تعداد گاما به نوترون (ng/nn) محاسبه می شود. در روش زمان پرواز نیاز به دو آشکارساز است که یکی آشکارساز گاما و دیگری آشکارساز نوترون می باشد، در این پایان نامه از دو آشکارساز سوسوزن مایع ne??? و پلاستیک ne??? استفاده شد. از بررسی های صورت گرفته، روش گذرازصفر با استفاده از پالس آند و یونیت psd، به دلیل صرف زمان کمتر نسبت به روش زمان پرواز و تعریف پارامتر کیفیت جداسازی نسبت به روش اوئن، برای آزمایش های مربوط به تأثیر نوربر بر روی مشخصه های زمانی آشکارساز سوسوزن، مناسب تشخیص داده شد. آزمایش جداسازی نوترون-گاما به روش گذرازصفر با استفاده از سه نوربر صیقلی به طول های 3، 4، و5 سانتی متری انجام شد، نتایج حاکی از این است که با افزایش طول نوربر fom به طور خطی کاهش یافته و قدرت تفکیک زمانی سوسوزن تضعیف می شود. نتیجه ی بدست آمده مطابقت خوبی با شبیه سازی مونت کارلوی انجام شده در این خصوص دارد.

در این پایان نامه، پاسخ شمارنده تناسبی با پوشش داخلی بور (boron-lined proportional counter) به چشمه نوترون-گامای am-be با یک برنامه فرترن به روش مونت کارلو شبیه سازی شده است. برای این آشکارساز که کاربردهای ویژه ای در شمارش نوترون خصوصاً در چاه پیمایی هسته ای دارد، شاخص های مهم بهینه سازی بهره آشکارسازی، شامل ابعاد آشکارساز، هندسه تابش دهی و ضخامت لایه ی بور بررسی شده و همچنین، شبیه سازی مونت کارلو با کد mcnp?c و داده های تجربی برای چندین هندسه ی مختلف آشکارساز-کندکننده جهت مقایسه ارائه شده است. نتایج اندازه گیری ها و شبیه سازی با کد mcnp?c (تالیf?:p برای فوتون های در بازه ی انرژی 46/0 تا 52/0 مگاالکترون ولت) مربوط به شمارنده با پوشش داخلی بور که درمعرض یک چشمه am-be قرارگرفته، همخوانی خوبی را نشان می دهند.

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.

ترموآکوستیک با تبدیل انرژی گرمایی به انرژی صوتی و بالعکس، سر وکار دارد. سیستم های ترموآکوستیک، از قوانین مرتبط با ترموآکوستیک برای انتقال حرارت با استفاده از صوت، سود می برند. این وسائل شامل موارد زیر هستند: یک منبع صوتی، یک لوله موج ایستا که طولی معادل کسری از یک طول موج دارد و یک استک که گرادیان دمایی ایجاد شده در دو سر آن، عامل انتقال حرارت خواهد بود. در این تحقیق، طراحی و ساخت یک سیستم ترموآکوستیکی توان پایین به منظور کاربردهای تهویه مطبوع، در دستور کار قرار گرفته است. این تحقیق شامل دو بخش می باشد که در بخش اول به طراحی اجزاء یک سیستم ترموآکوستیک بر اساس تحلیل-های عددی، پرداخته شده است و در بخش دوم، ساخت و بررسی عملکرد دستگاه انجام شده است. بررسی های عددی نشان داد که طول و مکان استک در لوله تشدیدگر ، فرکانس کاری و توان آکوستیک ورودی، سهم عمده ای در عملکرد کلی یک سیستم ترموآکوستیک دارد. در این دستگاه هلیوم در فشار و دمای استاندارد به عنوان سیال کاری مورد استفاده قرار گرفت و منبع تولید توان آکوستیک نیز، یک بلندگوی 25وات است که در فرکانس 378 هرتز، کار می کند. بر اساس تحلیل های عددی و به منظور رسیدن به گرادیان دمایی20 کلوین، طول استک برابر با 38 میلیمتر و موقعیت مرکز آن نیز در فاصله ی 85 میلیمتری نسبت به سر بلندگو بدست آمد. نتیجه-ی آزمایش ها نشان داد که دستگاه ترموآکوستیکی ساخته شده ، گرادیان دمایی معادل 14 کلوین دارد.

چکیده ندارد.