یکی از مسایل اساسی در عملکرد معمولی یک راکتور هسته ای، کنترل دمای میله سوخت می باشد. در حین عملکرد راکتور، پاره های شکافت گازی نامحلول در سوخت وارد لایه گاز بین غلاف و سوخت هسته ای می شوند و در این لایه نازک، فضای پلاسمایی با گرادیان دما و فشار نسبتا زیاد را تشکیل می دهند. مقاومت گرمایی این لایه نازک در کنترل دمای میله سوخت هسته ای اهمیت بسزایی دارد. از این رو در این رساله به بررسی تابع توزیع انرژی الکترون ها و اثر آنها در انتقال حرارت در محیط پلاسمایی لایه نازک غلاف سوخت هسته ای پرداخته ایم. همچنین در مورد تاثیر برخی از پاره های شکافت مانند گازهای نجیب و گازهای فرار که وارد لایه پلاسما می شوند بر تابع توزیع انرژی الکترون ها محاسبات دقیق انجام داده ایم در این راستا، از معادله فوکر-پلانک استفاده کردیم و تابع توزیع انرژی الکترون ها را با ارائه معادله ای پیشنهادی محاسبه نمودیم. همچنین از کد مونت کارلو geant4 برای شبیه سازی فرایند شکافت در میله سوخت هسته ای استفاده نمودیم و توزیع انرژی الکترون ها را در غلاف میله سوخت بدست آوردیم. نتایج حاصل از حل عددی معادله و کد مونت کارلو geant4 توافق رضایت بخشی را نشان می دهند. نمودارهای ترسیم شده نشان میدهند که بیشتر الکترون ها در ناحیه انرژی های کلاسیکی قرار دارند و دارای توزیع ماکسولی هستند و تعداد کمی از آنها دارای انرژی های نسبیتی هستند. لازم به ذکر است که چنین پژوهشی برای اولین بار انجام گرفته است.

اندازه گیری طیف نوترون از اهمیت بسیاری برخوردار است و همچنین انجام اینکار بسیار پیچیده تر از طیف سنجی سایر تابشهای هسته ای می باشد، به همین علت تلاشهای فراوانی برای طیف سنجی نوترون انجام شده و همچنین روشهای بسیاری برای طیف سنجی انجام گرفته است . یکی از این روشها استفاده از دستگاه برشگر نوترون است ، برای طیف سنجی یک دستگاه برشگر نوترون (چاپر) برای اندازه گیری طیف نوترونهای کند خروجی طرای شده است . این دستگاه از یک استوانه آلومینیومی به شعاع 2/45 سانتیمتر و ارتفاع 7 سانتیمتر که دارای 10 شیار با ضخامت 0/7 میلیمتر است ساخته شده که در آن ورقه های کادمیوم قرار دارد. ضخامت لایه آلومینیوم نیز 0/7 میلیمتر است ، بنابراین به طور یک در میان آلومینیوم و کادمیوم قرار دارد. از کادمیوم به عنوان جاذب نوترون کند استفاده می شود. این استوانه به یک موتور با سرعت دور حداکثر 15000 دور در دقیقه جفت شده و یک سیستم الکترونیکی تعداد دور را کنترل کرده و ثبت می نماید ولی به هر حال تغییرات تعداد دور در حدود 1000 دور در دقیقه بود. با استفاده از این دستگاه و یک آشکار سازbf3 طیف خروجی باریکه نوترون کند یک چشمه am-be پنج کوری در آب به فاصله 15 سانتیمتری از جداره را اندازه گیری نمودیم. برای حذف نوترون های کند پراکنده دور آشکار ساز را با ورقه کادمیوم پوشاندیم.

در این پایان نامه روشهای مخلتف بازیابی بیناب انرژی ذره را از توزیع ارتفاع تپ اندازه گیری شده بررسی کردم. الگوریتمهای مختلف حل معادله فردهلم از نوع تبهگن بررسی شدند و الگوریتمهایی که براساس اصل کمترین مربعات و اصل بیشترین آنتروپی بنا شده اند را با جزئیات بیشتری تشریح نموده ام. اغلب الگوریتمها برای انجام عملیات بازیابی بیناب نیاز به یک طیف پیش فرض تقریبی دارند. پس از بررسی های زیاد (سمینار کارشناسی ارشد نگارنده). به این نتیجه رسیدم که بهترین طیف پیش فرض ، طیف ارتفاع تپ اندازه گیری شده می باشد. از آنجا که از بین کدهای بازیابی موجود، فقط کد hepro بر این اساس عمل می نماید لذا اقدام به مطالعه و راه اندازی این کد (برای اولین بار در ایران) نمودم. این کد شامل پنج برنامه بازیابی بیناب بطور مجزا می باشد که برنامه های gravel و mieke از آن جمله اند. دریافت شده است که برنامه های gravel(sand ii اصلاح شده) و mieke (روش مونت کارلو) بهترین نتایج بازیابی بیناب انرژی ذره را همراه با اعمال شرط فلوئنس غیرمنفی و خطای کم محاسباتی (زیر 1 درصد) ارائه می نمایند. چون کد hepro هنگامی قادر به انجام بازیابی است که ماتریس پاسخ آشکارساز بکار رفته کاملا شناخته شده باشد و برنامه ای که ماتریس پاسخ مربوطه را ایجاد کند در این کد وجود ندارد لذا پس از مطالعه ساز و کار آشکارسازهای مختلف اقدام به نوشتن برنامه ای جهت تدارک ماتریس پاسخ آشکارساز he3 نمودم. از خصوصیت مهم این برنامه این است که برای آشکارسازهای مختلف نوترون و حتی گاما قابل کاربرد است . سپس مبادرت به انجام یکسری از آزمایشات نمودم تا صحت نتایج کدهای hepro و sand ii (که برای اولین بار با کامپیوتر شخصی اجرا شد) در مقایسه با جواب های شناخته شده بررسی شوند. در این راستا ابتدا بیناب انرژی نوترون های قلب راکتور تحقیقاتی تهران را به کمک کد sand ii اندازه گرفتیم که نتایج بدست آمده با جواب های مورد انتظار تطبیق خوبی را نشان دادند. سپس به منظور کالیبراسیون سیستم اندازه گیری به کمک hepro اقدام به بیناب سنجی انرژی نوترون های چشمه استاندارد cf-252 نمودم. این کار طی دو آزمایش جدا از هم انجام شد. ابتدا بیناب انرژی چشمه لخت کالیفرنوم 252 و بعد از آن بیناب انرژی همان چشمه را وقتی که در مرکز یک کره پلی اتیلنی قرار داشت اندازه گرفتیم و بدین ترتیب یک سیستم بیناب سنجی کالیبره شده ایجاد کردم. در آخر به اندازه گیری بیناب انرژی باریکه نوترون خروجی از کانال bnct راکتور تحقیقاتی تهران پرداختم که درستی نتایج بدست آمده با جواب های محاسبه شده تطبیق خوبی دارد و علاوه بر این دقت و تفکیک انرژی آن به منظور تحقیقات بیشتر قابل توجه است .

در فصل اول این پایان نامه ابتدا کلیات مربوط به انفجارات هسته ای را بررسی کرده و اثرات مربوط به آن را شرح داده که یکی از آنها تابشهای رادیواکتیو ناشی از انفجار است. در فصل دوم با استفاده از نتایج برنامه نویسی در نرم افزار متلب و کد ‏‎mcnp-4c‎‏ دز تاخیری ناشی از یک انفجار هسته ای با یک سیستم فرضی محاسبه می شود. در فصل سوم با استفاده از محاسبات سیستمهای بحرانی در ‏‎mcnp‎‏ دز آنی و شار نوترونی ناشی از یک انفجار فرضی را به دست آورده و در فصل چهارم به کمک تلفیق نتایج کد ‏‎mcnp‎‏ و محاسبات کد ‏‎alice‎‏ و تجزیه ‏‎xrf‎‏ نمونه خاک و سنگ مناطق مسکونی تهران مواد رادیواکتیو القایی بر اثر یک انفجار هسته ای در خاک تهران را بررسی می کند. نتایج محاسبات در آخر پایان نامه آمده است.

از آنجایی که استفاده از انرژی هسته ای به جای انرژی فسیلی یک امر ضروری است و تنها راه استفاده از انرژیهای هسته ای استفاده از راکتورهای حرارتی است با توجه به این که راکتورهای حرارتی نیاز به دانش فراوان هسته ای دارند بدین منظور راکتورهای هسته ای آزمایشی ساخته شده اند که یکی از آنها در مرکز انرژی اتمی اصفهان است . در این پایان نامه به انجام محاسبات نوترونیک این راکتور پرداخته شده است. این محاسبات با کدهای ویمز و سایتیشن انجام گرفته است.

سونولومینسانس پدیده ای بسیار شگفت انگیز است که در دهه اخیر در مجامع علمی هیجان قابل ملاحظه ای ایجاد کرده است. در این پدیده یک حباب گاز درون یک مایع در گره یک موج آکوستیکی ایستا به تله می افتد. تحت تاثیر نیروی فشار آکوستیکی در شعاع آن تغییرات کاملا غیرخطی رخ می دهد که از پدیده های کمیاب است. حباب به تله افتاده با شروع فاز انبساط موج فشار متورم می شود و در فاز تراکم رمبش می کند و در این زمان یک پالس نور از خود گسیل می دارد که خصوصیات بسیار نادری دارد. در این پروژه نحوه استوار نمودن دستگاهی که به کمک آن سونولومینسانس ایجاد می شود و نتایج آزمایشگاهی در حین کار بر روی آن گزارش شده است. امواج فراصوتی توسط دو قطعه سرامیک پیزوالکتریک ایجاد می شود که در دو طرف یک بالن ‏‎100ml‎‏ کوارتز چسبانده می شوند.در فرکانس تشدید بالن که حدود 20-30 کیلوهرتز است ما یک حباب هوا را در مرکز یک بالن حاوی آب مقطر کم گاز به تله انداخته و وادار به نوردهی می کنیم.