جلة فیزیک کاربردی دانشگاه الزهرا )س( شارة 2 بهار و تابستان 1391 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX 1 جتبی ستجابالدعواتی 2 روحاهلل سالدیده آزارکی تاریخ دریافت: 0991/9/5 تاریخ تصویب :0990/2/2 چکیده جوعهای از شبیهسازیهای MCNPX انجاا شات تاا یا دساااه ا اساهداد ا کط ن PGNAA کاااه از ه اااه ناااوت ن 240 9 Am- Be کناتب اا ای سانجآ کطا ش د ا ا شاود پیک انتی دسه ا دوری اهینه شات تاا ای اه یا شاار یااای MeV( 6/00( اه شکارسازها ا ست در نهیجه خطاا کینه شود اا رس نحنا درهاهاناتی ن اا ا دهای کاه هنگ شارش نسبت اه غطظت کط یاات نهایج ن ا اه داور خطا افاشایآ دهت کاه ر ش PGNAA قاادر اسات 0 اسهادیار ی فیشی دان ا 2 کارشناس ارشت فیشی اصدها ب mmostajab@yahoo.com دان ا اصدها ب r.saldideh@yahoo.com
/ 68 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX کطا را ااا دقات اسایار زیااد در ا ت نونههای جی ش تعییا کنت زاا نسابها کا در واژه هااای کلیاادی : ر ش PGNAAب کطاا ساانج ونتکارلوب شبیهسازی MCNP ب 1. قده کط زن یک از ااهتای قتی ت یا ت یا ر شها ا ای غی فعال ک د یک اریانیش عال ایاری در ش شایتن ر دخانههای لود است اا ش ااعث ایجاد اث ا سوء از هطاه ااوی اات ش ترییا دعا ها ت کیبا اه یژ س دا زا اننت کط ف در انههای ف ینت یعن شاود ا یشا کط انتاز یی ی شود تا ه از سال اود ه اث ا سوء کط اه تاقل ا ست [1] های هود کطا زیااد از ات در ااعاث ایجااد در نهیجاه در ها طاه از ف ینات تصادیه ش قبل از ر د ش اه سیسه لولهک ر شهای زیادی ا ای سنجآ کط ش هود دارد ش از لحاظ یک ا یکا یاای ن ناش از فعالسازی نوت ن یا PGNAA 0 است از یژی توا اه دقت درعیا ال س عت ااالب نالیا اود شا لولههای شب اایات ادینا از ایاا ر شه ا اب ر ش اصال شاود اکافات های اارز ایاا ر ش عت نیااز ااه نوناهاا داری اشاار ک د در ر ش PGNAA نونه اا اسهداد از ناوت هاا اباارا ا شاود پاا از ها ش نوت توسط هسههب ایش توپ اا عتد ه ی ا ات ای اه در الات ا ان ی هاه ایجااد -04 شود هسهه ا ان ی هه در زا 01 ثانیه ی پ تو یاای ن که صه هسهه اساتب یسیل کنت در نهیجه اا شکارسازی پ توهاای یااا نا یسایل ش ا ت از نوناه تعیایا ان ژی شت شت د ا توا اه ت تیب اه نوع عنص ا د [2-4] پ غطظت 240 در ایا قاله ی سیسه PGNAA اا ه هی Am-Be ااا اساهداد از کات MCNPX در سیسه PGNAA اایت تناسب خاوا اایا پاساخ دساه ا غطظات عنصا 1 Prompt Gamma Neutron Activation Analysis
جلة فیزیک کاربردی دانشگاه الزهرا )س( / 69 هود داشهه ااشت ایا تناسب را پاراه های سیسه از قبیل پیک انتی )هنا ورد شناسای اواد هااذش پ تاو یااا(ب ه اه هاذش ناوت ض ات واد کنتکننت ب اازتاانت اننت ض ات نوناه تعیایا های نونه ورد ا رس یژی اعض نوت ن ب شکارسازها دوری اهینه شتنت تا ساسیت دسه ا نسبت اه پاراه های پیک انتی دسه ا کننت [5] ترییا کا در کطا وهاود در شب ساسیت زیااد یعنا کط در ش ای ینه شود تریی ا ایاا یعنا شکارشت توسط شکارساازها ایجااد شاود تریی زیادی در شار یاای ن نحنا شات پاا از اهیناهساازی ایاا پاراه هااب دساه ا اا ای کطا کاالیب دقت ای ه اه ش خالص اهدست ات در ایاا پا ژ اضافهشت درههانتی ا ای قادی هطف کط تا یا از هاا شبیهسازیهای الز اا اسهداد از کت MCNPX انجا ی فهه است که یک کتها ا ای ل سائل اوط اه اکنآهای )n,γ( است 2. شبیهسازی ونتکارلو ایا هتف از اهینهسازی پیک انتی دسه ا اهدست رد اهه یا دیف یاای ن است اا ای کار اایت شار نوت ارت در حل نونه ای ینه زینه یاای غی ض ری اشا کینه شود در ایا د ا سع شت تا هنتسهای انه اش شاود کاه از شاار ناوت ه اه ایآت یا اسهداد را ا د نوت که ی از دست ا د اه هیا دلیال هنتساه ااهصاور هقار داد شت است اسهوانههای ه کش در نظ ی فهه شت هنتسهی نهای دسه ا در شاکل 0 ن اا
/ 70 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX شکل 1: نای ک یل هندسه دستگاه PGNAA 240 9 در ایا د ا از ه ه Am- Be اسهداد شات 5/486 یسیل دیف نوت ا سایو دارد ایا لدا اا ا یطیاو ا خاورد کا د اا هنگ 01 2/2 6 n/s تولیت کنت 240 لداای ااا انا ژی MeV تحات اکانآ 9 Be(α,n) 12 C دیف نوت خ ه از ه ه کاه از ISO 0 اسه اج شت است در شاکل 2 ن اا داد شات اسات [6] در اینجااب ه اهای ااا فعالیت 5 mci که توسط کپسول از اسهیل ا اده شت ا نوت ب یاای 4/44MeV نیش یسیل اسهیط ب دیف فوتو تولیت کنت کنت [7] ایا یاا در داخل شکارساز انباشهه در نهیجه دیف در نا یهی ورد نظ را هل استب د ا شت Am-Be عال کنت که ایا یااا پاا از ا خاورد ااا کپساول اهعال ا خورد نوت اا کپسول نیش یاای ن ایجااد شودب ت پ های هشا ایجاد کنت کنت [8] ه اهی ا ی اا حات دیتهاا اا را جبور ساخت تا ایا یااها را کاهآ دهی ات اینکه ن ا کاهآ شاار ناوت ااشای ا ای ایاکارب اسهوانهای از س ش ول ه ه ق ار داد شات ساپا ااه ازای ضا ات ه ا ای هطف س شب یاای ه ه در )F8( اهدست ت شکارسازهای NaI)Tl( اا اساهداد از تاال ارتدااع پاالا 1 International Organization for Standardization
جلة فیزیک کاربردی دانشگاه الزهرا )س( / 71 241 9 شکل 2: بیناب استاندارد نوترون چشه Am- Be سطح قط یی انتازی نوت کنی در حل ق اریی ی نونه شار ناوت هیتر ژ دار اننت شب پط در ان ژیهای پاییا )نا یه اتیطا ارتا هاای پارافیا اهه یا واد ا ای ارت ) ااالست ازایاار را ااه اتاکب ا ساانی ارت در نهیجهب در ایا دسه ا ش د نقاآ هطاف دارد: ها کنتکننات ناوت نونه ا ای دریافت اا ای ااهدسات سانه ک د نوت ساع اواد هسهنت اسات ها ایآت یا یاای ن ب ی قتار اهیناه اا ای جا ش هاود دارد رد ایاا جاب شاعاع ا اکه ش از 01 cm تاا 55 cm در ی اا ه ا ای 5 ه ی تریی داد شت شار یاای ن کط توسط تال F8 اهدست ت در شابیهساازیهاا از شکارساازهای NaI)Tl( اا ای شکارساازی یااا اساهداد شات د جوعهی سهتای از شکارسازهای NaI)Tl( عود ا ه در نظ ی فهه شت ه جوعاه شال ساه شکارسااز اسات کاه ایاا شکارساازها ااا فاصاطهی اناتک ی فههانت ا ای هطویی ی از رسیت پ توهای یاای شا شکارسازها اا رقههای س ا کادیو پوشانت شت است ناوت اا ر ی ها قا ار هاا ااه شکارساازهاب
/ 72 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX 3. نتیجهگیری و بحث داظ از س ش هطوی ه ه ق ار داد شت تا پ توهاای یااای ه اه را ها ش ناود شت ایا پ توها را در حل نونه شکارسازها کاهآ دهت شکل 9 شت کال یااای عبوری از ض اته یا هطف س ش را ن ا دهت اهت ا شاود کاه شاار یااا ااا افشایآ داظ یاا کاهآ یاات دبق ایا شکلب داظ ااضا ات 4 cm یااای ه اه را تا 91 درصت کاهآ دهت شکل 3: درصد شدت گاای عبوری از سرب به ازای ضخاته یا ختلف حفاظ شار نوت پا از عبور از داظ س ا تریی کنت که در شکل 4 ن ا داد شات اسات دبق ایا شکل شار نوت اا افشایآ ض ات داظ س ا افاشایآ ا سطحقط X اکنآهای )n,xn( ا ای س ش دبیع توا یدت که ایا افشایآ ناش توانت 2 ت است از ا هکنآ )n,xn( در داظ س ا یااات در هات ل 0 اا توهاه ااه ساطح قطا است کاه در ه اا 9 اسهه اه ان ژی نوت ااشات [8] ایاا قیقاتب کااهآ شاار ناوت در عبور از داظ را که اه عطت اکنآهای )n,γ( در س ش ر ی ا ایت هچنیا ی اسهداد از داظ یاا ول ه ه را تقویت ا ت د ه ا ت هبا ا ک ن ا ت ا
جلة فیزیک کاربردی دانشگاه الزهرا )س( / 73 شکل 4: شار کل نوترون به ازای ضخاته یا ختلف حفاظ گاا. شار نوترون در عبور از حفاظ گاا افزایش ییابد. جدول 1: سطح قطع برهکنشه یا )n,xn( برای سرب طبیعی [8]. ان ژی نوت سطح قط )Barn( )MeV( )n, 2n( 4.35E-03 6.31 5.85E-02 7.08 2.94E-01 7.90 7.46E-01 8.90 1.74E+00 10 0.00E+00 20 )n, 3n( 2.60E-01 0.00E+00 10 20 کل جوعه ه ه س ش در در ا کهای از ش ق ار ی فت شار یاای ن کطا ااه ازای قادی هطف شعاع ظ ف اهدست ت که در شکل 5 ن ا داد شت است ااهت شود که یاای ن اهدست ت اا افشایآ شعاع ظ ف ااهتا افاشایآ ا یااات ااه ازای
/ 74 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX 21 cm شعاع شب اه ای ینه قتار خود رست اعت از کاهآ ا یااات افاشایآ شاار یاای ن اه د عطت است: افشایآ شار نوت های ارت اه عطت افشایآ کنتکننات افشایآ نونه کاهآ شار یاا نیش اه د عطت رخ ا دهات: افاشایآ خاود ه ا ا ناوت توسط ش صوصا هیتر ژ افشایآ خود ه ا پ توهای یاا شکل 5: شار گاای آ ین کلر به ازای قادیر ختلف شعاع ظرف در انهها اث غطظت کط ا هنگ شاارش یااای نا ا رسا شات شاکل 6 ترییا ا هنگ شارش یاای ن هطف غطظت کط ن ا افشایآ غطظت کط افشایآ خوا 6/00 MeV ناش دهت را ایا شارش یاای ن یاات طااق شکل 6 ض یب هبسه از اکنآ 95 96 Cl)n,γ( Cl را اه ازای قادی هنگ شاارش تق یباا ااه داور خطا خط 1/9390 اسات کاه هبساه 6/00 MeV غطظت کط ن ا دهت که از 0.2 g/l اایت زا شارش را افشایآ داد زی ا دقت کاهآ یاات ااا ا ای غطظتهای
جلة فیزیک کاربردی دانشگاه الزهرا )س( / 75 شکل 6: رابطه آهنگ شارش گاای 6/11 MeV با غلظت کلر در آب ی 4. نتیجهگیری شت دسه ا پاراه های هنتس اسهداد شت رسیتی افشایآ کاا شناسای سای PGNAA ا ای انتاز یی ی کط ش ااا اساهداد از کات MCNPX د ا ا دسه ا اهینه شتنت در حاسبا از یاای نا اا ا رس نحن درههانتی هنگ شارش نسبت اه غطظت کط 6/00 MeV ک طا اه ایاا نهیجاه هنگ شارش یاای 6/00 MeV اا افشایآ غطظت کطا در ش ااه داور خطا یاات کط را توا در نونههای جی ش اا دقت اسیار زیاد در زا نسابها اااا اسااهداد از ر ش PGNAA تعیاایا کاا لودی واد است اناا ایا پی نهاد د های وهود در شب ورد طالعه ق ار یی د ر ش PGNAA ر ش قترتنااتی در شود که اکا اسهداد از ایاا ر ش اا ای شناساای 5. نابع [1] S. K. Garg; Environmental Engineering Vol. I, Khanna Publishers, New Delhi )1986(. [2] H. J. Im and K. Song; Appl. Spectros. Rev. 44, No. 4 )2009( 317-334.
/ 76 طراحی دستگاه PGNAA برای سنجش کلر آب با استفاده از کد MCNPX [3] R. Khelifi, A. Amokrane, and P. Bode; Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res. B 262, No. 2 )2007( 329-332. [4] R. Khelifi, P. Bode, and A. Amokrane; The 3rd International Conference Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy, Kyiv, Ukraine )2010(. [5] C. Oliveira, J. Salgado, and F. Leitao; Appl. Radiat. Isot. 49, No. 8 )1998( 923-930. [6] ISO-8529-1; International Organization for Standardization, 56 CH-1211, Genève )2001(. [7] J. C. Vitorelli, A. X. Silva, V. R. Crispim, E. S. da Fonseca, and W. W. Pereira; Appl. Radiat. Isot. 62 )2005( 619-622. [8] R. Izadi Najafabadi, S. H. Miri Hakim Abad, and H. Panjeh; Asian J. Exp. Sci. 21, )2007( 249-258.