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.

حفاظ های نوترونی عموماً در دو نوع پلیمری و بتونی ساخته می شوند. این حفاظ ها نسبت به حفاظ های رایج، قادر به تضعیف بیشتری از دز نوترون و گاما در ابعاد یکسان می باشند. به طور کلی هر زمان که نیاز به حفاظ گذاری صحیح تابش نوترون باشد، بهترین انتخاب استفاده از این نوع حفاظ های کامپوزیت می باشد. نانوکامپوزیت های پلیمری، ترکیباتی از پلیمرها با مقادیر 2 تا 10 درصد وزنی از ذرات نانومتری نظیر بور، کربید بور و ... هستند. تقویت کننده نانومتری به دلیل داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویت کننده های معمولی باعث بهبود خواص فیزیکی شده و مسائل مربوط به تقویت کننده های رایج نظیر افزایش وزن، نقایص سطحی و مشکلات فرآیندپذیری در آن ها کمتر دیده می شود. در کامپوزیت پلی اتیلن/کربید بور (pe/b4c) با توجه به ابعاد نانومتری ذرات تقویت کننده، می توان حفاظ ترکیبی خاصی تولید کرد که با ضخامت بسیار کمتر نسبت به حفاظ های معمولی از قدرت جذب بیشتری در برابر پرتوهای نوترون داشته باشد. دلیل این امر به سطح مقطع بالای برخورد پرتوهای رادیو اکتیو با ذرات تقویت کننده در ابعاد نانومتری بر می گردد. استفاده از فاز سخت نانو ذرات کربید بور از ویژگی های جدید این پروژه است که برای اولین بار در داخل کشور مطرح می شود. در این پژوهش ابتدا نمونه های کامپوزیت با ترکیبات 0، 1، 5/2، 5 درصد وزنی از نانو ذرات کربید بور و پلی اتیلن سنگین آماده شد. ابتدا مواد خام در دستگاه اکسترودر در دمای 160-185 و دور rpm250 ترکیب شده و سپس به شکل صفحاتی به ضخامت mm 2 به روش قالب گیری فشاری تهیه شد. در ادامه استحکام کششی ، مدول کششی برای همه نمونه ها به دست آمد. در مرحله بعد آزمون های هسته ای به منظور توانایی حفاظ های ساخته شده در تضعیف نوترون ها انجام شد. به این منظور، صفحات ساخته شده در برابر چشمه نوترونی am-be قرار داده و میزان تضعیف به دست آمد.در بخش بعد جهت بررسی ابعاد ذرات در توان تضعیف نوترون های حرارتی شبیه سازی و مطالعات تجربی انجام شد. از آن جا که نانومتری بودن ذرات کربید بور اثر قابل توجهی در میزان تضعیف نوترون های حرارتی دارد. چگونگی توزیع ذرات با ابعاد حدود 10 میکرو و نیز نانو ذرات با ابعاد 50 نانومتر در زمینه پلیمری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و نیز تصاویر eds بررسی شد.

امروزه در بسیاری از کاربردهای مهندسی به تلفیق خواص مواد نیاز است و امکان استفاده از یک نوع ماده که همهی خواص مورد نظر را برآورده سازد، وجود ندارد. معمولاً کامپوزیت ها با توجه به خواص مکانیکی بالا، سبکی، مقاومت عالی در برابر خوردگی و راحتی کار با آنها، گزینه ای مناسب که می توانند جایگزین مناسبی برای فلزات به حساب آیند، مورد استفاده قرار گیرند. استفاده در زمینه حفاظسازی چشمههای پرتوزا یکی از کاربردهای این مواد در زمینه هستهای میباشد. حفاظ سازی چشمه نوترون با توجه به قدرت چشمه و نوع کاربرد آن متفاوت می باشد. اما اصلی که در همه حال صادق است، داشتن کمترین دز در بیرون حفاظ با کمترین ابعاد می باشد. هدف از این تحقیق، ساخت یک حفاظ ترکیبی از پلی اتیلن، تنگستن و کاربید بور در جهت تضعیف پرتوها در میدان های آمیخته نوترون-گاما بوده است. برای رسیدن به این هدف حفاظ های کامپوزیتی با مقادیر متفاوت 5، 15 و 30 درصد وزنی از تنگستن به عنوان جاذب پرتو گاما و مقدار ثابت 5 درصد وزنی از بور به عنوان جاذب نوترون ساخته شد. میزان تضعیف شار نوترون چشمه ی am-be241 با استفاده از آشکارساز 3bf و میزان تضعیف شار گامای چشمه ی سزیوم µci 100 با یک آشکارساز nai ("3 ×"3 ) اندازه گیری شد. همچنین با استفاده از نرمافزار mcnp گامای عبوری از این حفاظهای کامپوزیتی شبیه سازی شد. نتایج حاصل از مطالعات تجربی و شبیه سازی نشان داد که ضریب تضعیف خطی گامایی بدست آمده برای این حفاظهای کامپوزیتی، در محدوده ی مقادیر1- 0/693cm تا 1- 0/12553cm و سطح مقطع ماکروسکوپیک نوترونی برای این حفاظهای کامپوزیتی، در محدوده ی مقادیر 1- 0/0808cm تا 1- 0/24693cm است. در ضمن تطابق خوبی بین روند نتایج تجربی و شبیه سازی به لحاظ شیب نمودار مشاهده شد.