متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :فيزيک

گرایش :هسته ای

عنوان : تعيين ماتريس پاسخ آشکارسازهای 2 اينچی و 3 اينچی CsI(Tl) و واپيچش طيف گاماهای زمينه با بهره گرفتن از آن

دانشگاه نیشابور

دانشکده علوم پايه-  گروه فيزيک

پايان نامه ی دوره کارشناسی ارشد در رشته فيزيک هسته ای

 

موضوع:

تعيين ماتريس پاسخ آشکارسازهای 2 اينچی و 3 اينچی CsI(Tl) و واپيچش طيف گاماهای زمينه با بهره گرفتن از آن

 

اساتيد راهنما:

دکترعليرضا وجدانی نقره ئيان

دکتر محمود سخائی

 

استاد مشاور:

دکترعطيه ابراهيمی خانکوک

اسفند 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده

علی رغم بازده بالای آشکارسازهای حالت جامد برای آشکارسازی پرتوهای گاما، به دليل قيمت ارزان و مقاومت بالای سوسوزن‏ها، در مجموعه‏های آزمايشگاهی اغلب از آشکارسازهای سوسوزن برای طيف سنجی پرتوهای گاما استفاده مي‏شود، با اين وجود قدرت تفکيک آشکارسازهای سوسوزن چندان زياد نيست و در نتيجه طيف پرتوهای گاما اغلب دارای قله‏های پهنی   می‏باشد. به منظور استخراج طيف دقيق چشمه از طيف بدست آمده از آشکارساز سوسوزن استفاده از روش‏های واپيچش طيف لازم و ضروريست. در اين پژوهش از روش ماتريس معکوس برای واپيچش طيف‏ بدست آمده توسط آشکارساز سوسوزن استفاده شده است. ماتريس معکوس مورد استفاده دارای ابعاد 76 76 بوده و در محدوده انرژی MeV 125/0 تا MeV 2 با گام انرژی    MeV 025/0 می‏باشد. واپيچش بر روی طيف انرژی بدست آمده از چشمه‏های استانداردCo 60،Na  22، Cs 137 و Zn 65 توسط آشکارسازهای سوسوزن 2 اينچی و 3 اينچی CsI(Tl) انجام شده است. نتايج حاصل از واپيچش با طيف اين چشمه‏ها مطابقت خوبی دارد. در نهايت واپيچش بر روی طيف گامای زمينه بدست آمده با هر دو آشکارساز نيز انجام شده و چشمه‏های انرژی گامای موجود در طيف زمينه مشخص شده‏اند.

واژه های کليدی: آشکاساز CsI، ماتريس پاسخ، کد MCNPX، طيف نگاری گاما، واپيچش طيف گاما.

فهرست مطالب

فصل اول :مقدمه……………..………………………….……………………….1

1-1تاريخچه آشکارسازهای سوسوزن. 2

1-2بيان مسأله. 4

1-3سازماندهی مطالب… 5

فصل دوم:اصول آشکارسازهای سوسوزن…………..……………..…….…………….7

2-1 مقدمه. 8

2-2انواع سوسوزن‏ها…………………………………………………………………………..10

2-2-1 سوسوزن‏های آلی.. 11

2-2-1-1 انواع سوسوزن‏های آلی……………………………………………………………….11

2-2-2سوسوزن‏های غيرآلی(سوسوزن‏های بلوری). 12

2-2-3ويژگي‏های مهم بعضی سوسوزن‏های غير آلی.. 13

2-3مکانيزم فرايند سوسوزنی.. 15

2-3-1وابستگي گسيل فوتون به زمان. 19

2-4آشکارسازهای سوسوزن. 20

2-4-1لامپ تکثيرکننده‏ي فوتون. 21

2-4-1-1 تکثير الکترون در تکثيرکننده‏ی فوتون. 24

2-4-2پيش تقويت کننده 24

2-4-3تقويت کننده 25

2-4-4 تحليلگر چند کاناله. 26

2-5 مشکلات استفاده از آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-1 چشمه‏های زمينه در آشکارسازهای سوسوزن. 26

2-5-2زمان مرگ شمارنده‏های سوسوزن……………………………………………………….27

2-5-3چيدمان آزمايش…. 28

فصل سوم:طيف نگاری اشعه ی گاما………….……..……………………………..30

3-1مقدمه. 31

3-2بر هم‏کنش تابش گاما با ماده 31

3-2-1 اثر فوتو الکتريک… 32

3-2-2 پراکندگی کامپتون. 32

3-2-3 توليد زوج.. 35

3-3 طيف نگاری پرتو‏های X و گاما 37

3-3-1 ارتباط‏ی بين توزيع ارتفاع تپ و طيف انرژی.. 38

3-3-2 قدرت تفکيک انرژی.. 39

3-3-3 تعيين ارتباط‏ی کانال-انرژی.. 40

3- 4مدهای ذخيره‏ی انرژی درآشکارساز. 41

3-4-1 ذخيره‏ی انرژی توسط فوتون‏های با MeV 022/1 > E.. 42

3-4-2 ذخيره ی انرژی توسط فوتون‏های با انرژی بزرگ تر از  MeV 022/1.. 43

3-5 تابع پاسخ و ماتريس پاسخ آشکار ساز. 47

50……………… فصل چهارم:محاسبه ی ماتريس پاسخ آشکارسازهای 2 اينچی و 3 اينچی يدور سزيم

4-1مقدمه 51

4-2اندازه‏گيری طيف چشمه‏های تک انرژی گاما 51

4-2-1تعيين ارتباط‏ی بين شماره‏ی کانال-انرژی.. 52

4-2-2طيف‏های آزمايشگاهی.. 54

4-2-3محاسبه‏ی  پهنا در نيم بيشينه (FWHM). 57

4-2-4محاسبه‏ی ضرايب GEB.. 59

4-3شبيه سازی با کدmcnpx. 61

4-3-1ساختار فايل ورودی.. 62

4-3-2اجرای برنامه. 63

4-3-3خروجی برنامه. 64

4-3-4مقايسه‏ی طيف‏های شبيه سازی شده با طيف‏های تجربی.. 64

4-3-4-1مقايسه‏ی طيف‏های شبيه سازی شده با طيف‏های تجربی در آشکارساز2 اينچی………….64

4-3-4-2مقايسه‏ی طيف‏های شبيه سازی شده با طيف‏های تجربی در آشکارساز 3 اينچی.. 67

4-4محاسبه‏ی تابع پاسخ آشکارساز2 اينچی يدور سزيم. 69

4-4-1محاسبه‏ی ماتريس پاسخ و ماتريس معکوس… 73

4-4-2واپيچش طيف‏های آزمايشگاهی.. 76

4-4-2-1واپيچش طيف‏های آزمايشگاهی در آشکارساز 2 اينچی يدور سزيم. 76

4-4-2-2واپيچش طيف‏های آزمايشگاهی در آشکارساز 3 اينچی يدور سزيم. 81

4-4-3واپيچش طيف زمينه. 91

4-5جمع بندی مطالب و نتيجه‏گيری.. 87

        منابع وماخذ………………………………………………………………………………..89

فهرست شکل‏ها

شکل ‏2‑1: فرآيندهای اساسی در يک آشکارسازی سوسوزن. 10

شکل ‏2‑2: طيف‏های گسيلی از CsI(Na)، CsI(Tl)، NaI(Tl) وآنتراسين. 15

شکل ‏2‑3 :نوارهای مجاز و ممنوع انرژی يک بلور. 16

شکل‏2‑4: وابستگی نور خروجی NaI(Tl)، CsI(Tl) و CsI(Na) به دما . 18

شکل ‏2‑5: (الف)تپ ولتاژ از جريان نمايی به دست می‏آيد.(ب) شکل تپ برای RC>>T 20

شکل ‏2‑6: سيستم آشکارساز سوسوزن و الکترونيک به کار رفته در آن. 21

شکل ‏2‑7 : نمودار طرز کار تکثير کننده‏ي فوتونی. . 22

شکل ‏2‑8: آشکارساز 2 اينچی……………………………………………………………..28

شکل ‏2‑9: سيستم آشکارسازی استفاده شده در آزمايشگاه 29

شکل ‏3‑1: وابستگی سطح مقطع فوتوالکتريک به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده . 32

شکل ‏3‑2: اثر کامپتون. 33

شکل ‏3‑3: وابستگی سطح مقطع کامپتون به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده. 34

شکل ‏3‑4 : توليد زوج.. 36

شکل ‏3‑5: وابستگی سطح مقطع توليد زوج به (الف) انرژی فوتون و (ب) عدد اتمی ماده 37

شکل ‏3‑6 اهميت نسبی سه برهم‏کنش عمده‏ی گاما 37

شکل‏3‑7:  طيف انرژی يک چشمه‏ی تک انرژی گاما 39

شکل‏3‑8 : قدرت تفکيک انرژی آشکارساز با Г  بيان می‏شود. 41

شکل ‏3‑9: فرايندهايی که در آشکاسازی پرتو گاما رخ می‏دهند. 45

شکل‏3‑10: نمونه پاسخ يک آشکارساز به پرتوهای گامای تک انرژی.. 46

شکل‏3‑11: طيف ارتفاع تپ اندازه گرفته شده‏ی حاصل از طيف چشمه‏ی تک انرژی 46

شکل‏4‑1: نمودار انرژی برحسب کانال اشکار سازin 2  in 2 يدور سزيم. 54

شکل ‏4‑2: طيف ازمايشگاهی Cs137. 55

شکل‏4‑3: طيف آزمايشگاهی Co60. 55

شکل‏4‑4: طيف آزمايشگاهی Na22. 56

شکل‏4‑5: طيف آزمايشگاهی Zn65. 56

شکل ‏4‑6:  طيف آزمايشگاهی زمينه. 57

شکل ‏4‑7: فوتوپيک شامل تابع گوسی و پس زمينه. 58

شکل ‏4‑8: فوتوپيک گوسی شکل. 58

شکل ‏4‑9: نمودار برازش داده‏های تجربیFWHM  با ارتباط (3-18) در آشکارساز 2 اينچی.. 60

شکل ‏4‑10: نمودار برازش داده‏های تجربی FWHM  با ارتباط (3-18) در آشکارساز 3 اينچی.. 61

شکل‏4‑11: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده  CS137 و طيف تجربی.. 65

شکل‏4‑12: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شدهNa22با طيف تجربی.. 65

شکل ‏4‑13: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده Co60 با طيف تجربی……………………………..66

شکل ‏4‑14:  مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده Zn65با طيف تجربی.. 66

شکل ‏4‑15:مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده Co60 با طيف تجربی.. 67

شکل ‏4‑16: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی CS137 با طيف تجربی.. 67

شکل ‏4‑17: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده Na22 با طيف تجربی.. 68

شکل ‏4‑18: مقايسه‏ی طيف شبيه سازی شده Zn65 با طيف تجربی.. 68

شکل ‏4‑19: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز 2اينچی برای انرژی keV511.. 70

شکل ‏4‑20: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2 اينچی برای انرژیkeV1115.. 70

شکل ‏4‑21: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز 2اينچی برای انرژیkeV 1173.. 71

شکل ‏4‑22: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2اينچی برای انرژی  keV 1275.. 71

شکل‏4‑23: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2اينچی برای انرژی keV 1332.. 72

شکل ‏4‑24: مقايسه‏ی تابع پاسخ تجربی و محاسباتی آشکارساز2 اينچی برای انرژی keV 662.. 72

شکل ‏4‑25: طيف حاصل از ضرب ماتريس پاسخ در ماتريس چشمه تک انرژی سزيم. 74

شکل ‏4‑26: طيف حاصل از ضرب ماتريس پاسخ در ماتريس چشمه دو انرژی سديم. 75

شکل ‏4‑27: واپيچش طيف حاصل از ضرب ماتريس پاسخ در ماتريس چشمه تک انرژی سزيم. 75

شکل ‏4‑28: واپيچش طيف حاصل از ضرب ماتريس پاسخ در ماتريس چشمه دوانرژی سديم. 76

شکل ‏4‑29 الف:طيف آزمايشگاهیCs137 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 2 اينچی ب:  واپيچش طيف Cs137. 77

شکل ‏4‑30 الف: طيف آزمايشگاهیCo60 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 2 اينچی ب:  واپيچش طيفCo60. 78

شکل ‏4‑31 الف: طيف آزمايشگاهیNa22 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 2 اينچی  ب:  واپيچش طيفNa22. 79

شکل ‏4‑32 الف: طيف آزمايشگاهی Zn65با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 2 اينچی ب:  واپيچش طيفZn65. 80

شکل ‏4‑33 الف: طيف آزمايشگاهیCo60 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 3 اينچی  ب:  واپيچش طيفCo60. 81

شکل ‏4‑34 الف:طيف آزمايشگاهیCs137 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 3 اينچی ب:  واپيچش طيف Cs137. 82

شکل ‏4‑35  الف: طيف آزمايشگاهیNa22 با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 3 اينچی  ب:  واپيچش طيفNa22. 83

شکل ‏4‑36 الف: طيف آزمايشگاهی Zn65با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 3 اينچی ب:  واپيچش طيفZn65. 84

شکل ‏4‑37 الف: طيف آزمايشگاهی زمينه با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 2 اينچی ب:  واپيچش طيف زمينه. 85

شکل ‏4‑38   الف: طيف آزمايشگاهی زمينه با انتخاب انرژی‏های موجود در ماتريس پاسخ آشکارساز 3 اينچی ب:  واپيچش طيف زمينه. 86

فهرست جدول‏ها

جدول2-1:ويژگی های بعضی از سوسوزن های غيرآلی………………………………………..19

جدول ‏4‑1:چشمه‏های طيف‏گيری شده با آشکاساز 2 اينچی در آزمايشگاه 52

جدول ‏4‑2: کاليبراسيون چند گانه. 53

جدول ‏4‑3:  FWHM برای چشمه‏های تک انرژی.. 59

فصل اول

 مقدمه

1-1    تاريخچه آشکارسازهای سوسوزن

در يک بلور جسم جامد، برهم‏کنش ميان ذره باردار حامل انرژی و الکترون‏ها باعث کنده شدن الکترون از محل خود در شبکه بلور می‏شود. الکترون جابجا شده از خود حفره‏ای باقی می‏گذارد. هنگامی که الکترونی در اين حفره می‏افتد نور گسيل می‏شود. بعضی از بلورها نسبت به اين نور شفاف هستند. بنابراين عبور ذره باردار حامل انرژی در بلور با سنتيلاسيون يا سوسوزنی نور گسيل شده از بلور علامت داده می‏شود. اين نور در يک آشکارساز سوسوزن به يک تپ الکتريکی تبديل می‏شود. نخستين جامدی که با بهره گرفتن از اين روش به عنوان يک آشکارساز ذره به کار رفت سوسوزنی بود که رادرفورد در سال 1910 ميلادی، در آزمايش‏های خود در زمينه‏ی پراکندگی ذرات آلفا مورد استفاده قرار داد. در وسيله مورد استفاده او، ذرات آلفا به يک صفحه‏ی سولفور روی برخورد کرده و توليد نور می‏کردند، و به کمک يک ميکروسکوپ شمرده می‏شدند. اين روش فوق العاده ناکارا، بی دقت و وقت‏گير بود و حدود 30 سال کنار گذاشته شد و روش استفاده از شمارنده‏های گازی که در آن شمارش به طور الکترونيکی انجام می‏شد، جانشين آن گرديد. عيب شمارنده‏های گازی بازده کم آنها برای بسياری از تابش‏های مورد نظر در فيزيک هسته‏ای است. دليل اصلی آن هم اين است که برد يک فوتون گامایMeV1 در هوا حدودm100 می‏شود. در آشکارسازهای حالت جامد به دليل چگالی‏های بيشتر نسبت به آشکارسازهای گازی، احتمال جذب در آشکارسازی با اندازه معقول افزايش می‏يابد. لذا با پيشرفت الکترونيک و دستگاه‏های تقويت نور، استفاده از سوسوزن‏های جامد رونق يافت [1]. در سال 1944 ميلادی لوکان و بيکر فتومولتی‏پلاير را جانشين روش استفاده از چشم غير مسلح نمودند و کمی بعد کالمن نفتالين را جانشين کريستال کوچک و نازک zns نمود. اين دو تغيير انقلابی را در آشکارسازی با بهره گرفتن از سوسوزن‏ها، ثبت و تجزيه و تحليل پالس‏هايي که توسط هر يک از ذرات تابش به وجود مي‏آيند، امکان پذير ساخت[2]. در سال 1948 رابرت هافستادر[1] برای اولين بار ثابت کرد کريستال يدور سديم، که مقدار ناچيزی تاليم به عنوان ناخالصی به آن اضافه شده است، در مقايسه با مواد آلی که ابتدا مورد توجه بودند، نور بيشتری توليد می‏کند[3]. به دنبال اين کشف آشکارسازهای سوسوزن در دهه 1950 ساخته شدند و مورد استفاده قرار گرفتند. از زمان کشف رابرت هافستادر تاکنون ترکيبات سوسوزنی مختلفی اعم از سوسوزن‏های آلی وغير آلی که دارای بهره‏ نوری و زمان واپاشی سريع هستند، در آزمايشگاه‏های مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند[2]. به دليل اهميت کاربرد سوسوزن‏ها در صنعت و پزشکی دامنه تحقيق در زمينه کشف ترکيبات سوسوزنی جديد گسترده است. امروزه طيف سنجی پرتوهای گاما با بهره گرفتن از سوسوزن‏ها به يک علم جامع و پرکاربرد در بسياری از حوزه‏های تکنيکی تبديل شده است. NaI(Tl) تقريباً اولين محيط آشکارسازی جامدی بود که برای طيف سنجی پرتوهای گاما مورد استفاده قرار گرفت، و همچنان رايج‏ترين ماده سوسوزنی برای طيف سنجی پرتوهای گاماست. يدور سزيم نيز هاليد قليايی ديگری است که شهرت زيادی به عنوان يک ماده سوسوزن دارد. اين ماده به صورت تجاری هم با فعال ساز سديم و هم تاليم موجود است و ويژگی‏های سوسوزنی حاصل از اين دو حالت با يکديگر متفاوت است. مزيت CsI(Tl) نسبت به NaI(Tl) اين است که  حساسيت کمتری نسبت به رطوبت داشته و سخت‏تر است،و در نتيجه توان تحمل بيشتری در برابرقرارگيری در معرض شوک‏ها و ارتعاشات شديدتر را دارد[4]. از آنجا که آشکارسازهای سوسوزن از جمله NaI(Tl) وCsI(Tl) نسبت به آشکارسازهای حالت جامد مقاوم‏تر و ارزان‏تر بوده و برای پرتو گاما ی پر  انرژی  کارآمد هستند و همچنين می‏توان آنها را بدون خنک سازی در دمای اتاق مورد استفاده قرار داد، بنابراين می‏توانند در زمينه کاربردهای مختلف تحت شرايط آب و هوای نامطلوب استفاده شوند[5]. لذا اين سوسوزن‏ها در بسياری از کاربردهايی که قدرت تفکيک انرژی و مشخصات زمانی خوب مد نظر نيست، به وفور مورد استفاده قرار می‏گيرند[6].

تعداد صفحه : 106

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 
Categories: فیزیک