محاسبه ی ضرایب انباشت چشمه ی گاما با طیف انرژی پیوسته برای آب، آهن و سرب به وسیله ی کد مونت کارلو

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شاهرود

10.22052/6.2.25

چکیده

ضریب انباشت عامل مهمی در تعیین ضخامت حفاظ پرتو­های گاما و ایکس می­ باشد به نحوی که بدون در نظر گرفتن این ضریب ضخامت حفاظ کم­تر از آن چیزی که مورد انتظار است، اندازه­ گیری شده و منجر به خطرات پرتو­گیری بیش از حد کارکنان و یا بیماران می ­شود. با توجه به اینکه ضریب انباشت برای چشمه ­های نقطه­ ای همگن تک انرژی محاسبه شده است اما محاسبه ­ی این ضریب برای چشمه ­هایی با طیف انرژی پیوسته از طریق کد مونت کارلو MCNPX تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مطالعه سعی بر این است که تفاوت ضریب انباشت ناشی از چشمه­ ای با طیف انرژی پیوسته در مقایسه با چشمه ­ای تک انرژی بررسی شود. بنابراین ضریب انباشت پرتوگیری چشمه­ ای با طیف انرژی پیوسته با انرژی بیشینه­ ی 1 مگا الکترون­ولت (یک طیف انرژی نمونه) با چشمه ­ای تک انرژی با انرژی 1 مگا الکترون­ولت برای حفاظ آب، آهن و سرب تا 10 مسیر آزاد میانگین مورد محاسبه قرار گرفته و تفاوت چشمگیری در مقادیر به ­دست آمده مشاهده شده است. به نحوی که اختلاف نسبی بین ضریب انباشت پرتوگیری ناشی از چشمه ­ی تک انرژی و  چشمه ای با طیف انرژی پیوسته به ازای 1 تا 10 مسیر آزاد میانگین برای آب به ترتیب از 38% تا %39، برای آهن به ترتیب از %17 تا %30 و برای سرب به ترتیب از %8 تا %50 است. بر همین اساس در راستای محاسبه ­ی ضخامت حفاظ برای چشمه­ هایی با طیف انرژی پیوسته باید تمایز اساسی با چشمه­ های تک انرژی در نظر گرفته شود.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Calculation of buildup factors of gamma source with continuous energy spectrum for water, iron, and lead by Monte Carlo Code

نویسندگان [English]

  • Mustafa Mohammad Rafiei
  • Hossein Tavakoli-Anbaran
چکیده [English]

The exposure buildup factors are important for determining the shield thickness of gamma and X-ray. Without taking this factor into account, the estimated thickness of the shield is less than what is expected which leads to an excessive received radiation exposure of staffs or patients. Given that the exposure buildup factor for the monoenergetic homogenous point sources have been calculated by others, the calculation of these factors for continuous energy spectrum source through the Monte Carlo MCNPX code has not been studied so far. In this study, we attempted to investigate the difference in the exposure buildup factor due to a continuous energy spectrum source compared to a monoenergetic source. Therefore, the exposure buildup factor of a continuous energy spectrum source with 1 MeV endpoint energy (a typical energy spectrum) and a 1 MeV monoenergetic source for the shield of water, iron and lead up to depths 10 mean free path is calculated. Significant difference was observed in the obtained values. So that, the relative difference between the exposure buildup factor of radiation from monoenergetic sources and a source with the continuous energy spectrum for 1 to 10 mean free paths of water, iron, and lead are 38% to 39%, 17% to 30%, and 8% to 50%, respectively. Accordingly, in order to calculate the shield thickness for a continuous energy spectrum source in comparison with a monoenergetic source, a significant distinction should be made.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exposure buildup factor
  • Continuous energy spectrum
  • MCNPX code
  • Variance reduction technique
  • Particle splitting

مراجع

[1] N. Tsoulfanidis, S. Landsberger. Measurement & Detection of Radiation. CRC Press, New York, (2015). [2] H. Cember, T.E. Johnson. Introduction to Health Physics. McGraw-Hill, New York, (2009). [3] H. Goldstien, J.E. Wilkins. Calculations of the Penetration of Gamma Rays: Final Report. Nuclear Development Associates, Tenn, (1954). [4] ANSI/ANS-6.4.3. American National Standard gamma-ray attenuation. (1991). [5] A. Shimizu, T. Onda, Y. Sakamoto. Calculation of Gamma-Ray Buildup Factors up to Depths of 100 mfp by the Method of Invariant Embedding, (III). J .Nucl. Sci. Technol. 4 (2004) 413–424. [6] C.E. Sanders. Development of Buildup Factors for Updating the ANSI/ANS-6.4.3 Standard. Proceedings of the 18th International Conference on Nuclear Engineering, (2010). [7] A.B. Chilton, C.M. Eisenhauer and G.L. Simmons. Photon Point Source Buildup Factors for Air, Water, and Iron. Nucl. Sci. Eng. 1 (1980) 97–107. [8] A. Shimizu, T. Onda, Y. Sakamoto. Calculation of Gamma-Ray Buildup Factors up to Depths of 100 mfp by the Method of Invariant Embedding, (I). J .Nucl. Sci. Technol. 4 (2004) 413–424. [9] A. Shimizu, T. Onda, Y. Sakamoto. Calculation of Gamma-Ray Buildup Factors up to Depths of 100 mfp by the Method of Invariant Embedding, (II). J .Nucl. Sci. Technol. 4 (2004) 413–424. [11] L. Auditore, R.C. Barna, D.De Pasquale, A. Italiano, A. Trifiro, M. Trimarchi. Study of a 5 MeV electron linac based neutron source. Nucl.Instr. Meth. Phys. Res. B. 229 (2005) 137–143. [12] Y.S. Kim, Z. Khazaei, J. Ko, H. Afarideh, M. Ghergherechi. Estimation of photoneutron yield in linear accelerator with different collimation systems by Geant4 and MCNPX simulation codes, Phys. Med. Biol. 61 (2016) 2762–2779. [13] B. Askri. Optimization of a photoneutron source based on 10 MeV electron beam using Geant4 Monte Carlo code. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 360 (2015) 1–8. [14] D.B. Pelowitz. MCNPX User’s Manual. LA-CP-07-1473, ORNL/RSICC, (2008). [15] A.B. Chilton, J.K. Shultis, R.E. Faw. Principles of Radiation Shielding. Prentice Hall, London, (1984). [16] R.D. Evans. The Atomic Nucleus. McGraw-Hill Publishing Company, New Delhi, (1955). [17] H. Cember, T.E. Johnson. Introduction to Health Physics, McGraw-Hill, New York, (2009). [18] XCOM. National Institute of Standards and Technology. [19] H. Hirayama. Calculation of gamma-ray exposure buildup factors up to 40mfp using the EGS4 Monte Carlo code with a particle splitting. J .Nucl. Sci. Technol. 12 (1995) 1201–1207. [20] H. Atak, O. Şahin Çelikten, M. Tombakoğlu. Finite and infinite system gamma ray buildup factor calculations with detailed physics. Appl. Radiat. Isot. 105 (2015) 11–14. [21] Y. Harima, Y. Sakamoto, S. Tanaka and M. Kawai. Validity of the geometric-progression formula in approximating gamma-ray buildup factors. Nucl. Sci. Eng. 94 (1986) 24–35. [22] M.M. Rafiei and H. Tavakoli-Anbaran. Calculation of the exposure buildup factors for x-ray photons with continuous energy spectrum using Monte Carlo code. J. Radiol. Prot. 38 (2018) 207–217.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار