شبیه‌سازی اپتیکی و اندازه‌گیری تجربی پاسخ گامای سوسوزن‌های پلاستیک در ابعاد مختلف

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

استفاده از آشکارسازهای سوسوزن‌ پلاستیک با ابعاد بزرگ به دلیل مزیت‌های فنی و اقتصادی، در حوزه‌های مختلف صنعت، پزشکی و امنیت روز به روز در حال گسترش می‌باشد. با این وجود و با وجود توسعه استفاده از این سوسوزن‌ها در سیستم‌های کنترل نفر و خودرو در گمرکات داخل کشور، مباحث دانشی خاصی در این خصوص صورت نگرفته است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار GEANT4/GATE، با ترابرد فوتون‌های اپتیکی ناشی از اندرکنش تابش گاما با ماده سوسوزن، طیف شبیه‌سازی مشابه با طیف تجربی در 6 سوسوزن پلاستیک مکعب مستطیلی بزرگ با ابعاد متفاوت بدون پوشش بازتابنده استخراج شده است. نتایج نشان داده است که، موقعیت لبه کامپتون نسبت به بیشینه موضعی و میزان بهره نور جمع‌آوری شده در محل PMT واقع در وجه (Width×Thickness)، در طیف پیوستار کامپتون کاملاً با حجم هندسی سوسوزن ارتباط دارد. بعد پهنا (Width) تأثیرگذارترین پارامتر در این خصوص است. نتایج مطالعات انجام شده نشان داده است که، کاهش پهنای سوسوزن باعث افزایش قدرت تفکیک انرژی و بهره جمع‌آوری نور در سوسوزن شده است. در پایان نتایج حاصل از شبیه‌سازی با تطبیق طیف شبیه‌سازی با طیف تجربی مورد تایید واقع شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optical simulation and experimental measurement of gamma ray energy spectrum of plastic scintillators with different sizes

نویسندگان [English]

  • Parviz Ghorbani 1
  • Daryosh Sardari 1
  • Rouhollah Azimirad 2
  • Mohammad Hosntalab 1
1
2
چکیده [English]

The application of large plastic scintillators is widely increasing in the different areas of industry, medicine and security due to technical and economic advantages. One of the main disadvantages of these detectors is the unknown position of Compton edge at gamma ray spectrum. In this research, GEANT4/GATE code has been used to simulate the gamma ray spectrum for different volumes of large plastic scintillator. According to these simulations, the dependence of the Compton edge position, energy resolution at Compton edge and efficiency of the optical photon collection to the scintillator dimensions has been investigated. The simulations showed that the Compton edge position with respect to local maximum at Compton continues strongly depends on the scintillator dimensions. These results were verified by experimental spectrometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Large plastic scintillator
  • Photon collection
  • Energy calibration
[1] G.F. Knoll. Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, (2010). [2] N. Tsoulfanidis. Measurement and Detection of Radiation, CRC press, (2010). [3] V.M. Varier. Nuclear Radiation Detection, Measurements and Analysis, Alpha Science, (2009). [4] M.A. Alkıs. Threat of Nuclear Terrorism: Towards an Effective Nuclear Security Regime, Sosyal Bilimler Enstitüsü, (2017). [5] V. Antonuccio, M. Bandieramonte, U. Becciani, D. L. Bonanno, G. Bonanno, D. Bongiovanni, P.G. Fallica, S. Garozzo, A. Grillo, P.La Rocca and E. Leonora.. The Muon Portal Project: Design and Construction of a Scanning Portal based on Muon Tomography, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 845 (2017) 322–325. [6] P. Ghorbani, D. Sardari, R. Azimirad and M. Hosntalab. Assessment of Optical Photon Collection in a Large Plastic Scintillator using GEANT4-GATE Code, Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 158 (2018) 305–311. [7] K. Guthe. The Global Nuclear Detection Architecture and the Deterrence of Nuclear Terrorism, Comparative Strategy, 33 (2014) 424–450. [8] G. Dietze. Energy Calibration of NE-213 Scintillation Counters by -Rays, IEEE Transactions on Nuclear Science, 26 (1979) 398–402. [9] P. Kuijper, C. Tiesinga and C. Jonker. Light Attenuation in Scintillation Counters, Nuclear Instruments and Methods, 42 (1) (1966) 56–60. [10] L. Beghian, S. Wilensky and W. Burrus. A Fast Neutron Spectrometer Capable of Nanosecond Time Gating, Nuclear Instruments and Methods, 35(1) (1965) 34–44. [11] A. Bertin, A. Vitale and A. Placci. A System of Large Liquid Scintillation Counters used with a Simplified Neutron-Gamma Discrimination Technique, Nuclear Instruments and Methods, 68(1) (1969) 24–38. [12] R. Honecker and H. Grässler. Detection Efficiency of a Plastic Scintillator for Neutrons between 0.2 and 3 MeV, Nuclear Instruments and Methods, 46(2) (1967) 282–288. [13] H. Knox and T. Miller. A Technique for Determining Bias Settings for Organic Scintillators, Nuclear Instruments and Methods, 101(3) (1972) 519–525. [14] M.J. Safari, F. Abbasi Davani, H. Afarideh, S. Jamili and E. Bayat. Discrete Fourier Transform Method for Discrimination of Digital Scintillation Pulses in Mixed Neutron-Gamma Fields. IEEE Transactions on Nuclear Science, 63(1) (2016) 325–332. [15] J. Nilsson and M. Isaksson. The Design of a Low Activity Laboratory Housing a Whole Body Counter consisting of Large Plastic Scintillators and the Work towards a Flexible Monte Carlo Calibration, Progress in Nuclear Science and Technology,4 (2014) 427–431. [16] J. Nilsson and M. Isaksson. A Monte Carlo Calibration of a Whole Body Counter sing the ICRP Computational Phantoms, Radiation Protection Dosimetry, 163(4) (2014) 458–467. [17] J. Nilsson, V. Cuplov and M. Isaksson. Identifying Key Surface Parameters for Optical Photon Transport in GEANT4/GATE Simulations. Applied Radiation and Isotopes, 103(2015) 15–24.