مدل سازی پاسخ آشکارساز ردپای هسته ای CR-39 در میدان نوترون های 241Am-Be با استفاده از نرم افزارشبیه سازی Geant4 و ارزیابی تجربی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

3 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

10.22052/rsm.2025.256527.1095

چکیده

در پژوهش حاضر پاسخ آشکارساز ردپای هسته ای CR-39 در میدان نوترون های سریع چشمه 241Am-Be پس از دریافت معادل دز فردی mSv 0.5 به‌صورت تجربی اندازه گیری شده است. همچنین، پاسخ با استفاده از نرم افزارشبیه سازی Geant4 مدل سازی شده است. در مدل توسعه داده شده فرض شده است که اگر ذره باردار ثانویه در ضخامتی از آشکارساز که پس از خورش شیمیایی برداشته خواهد شد تولید شود و انرژی جنبشی آن از یک مقدار آستانه تعیین شده بیشتر باشد، ردپا تشکیل و اثر آن در ضخامت باقیمانده پس از خورش شیمیایی ثبت خواهد شد. نتایج به‌دست آمده نشان می دهد که پاسخ های تجربی و مدل سازی شده همخوانی قابل قبولی دارند. علاوه براین، مشخص شده است که هم پراکندگی کشسان و هم ناکشسان نوترون ها در ایجاد ردپا سهیم هستند. در مجموع، مدل توسعه داده شده وابسته به انرژی نوترون نیست و می‌تواند به‌منظور پیش بینی پاسخ آشکارساز CR-39 در سایر میدان های نوترون مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، پاسخ های محاسبه شده می توانند به‌منظور تصحیح پاسخ این آشکارساز در میدان های نوترونی که طیف انرژی متفاوتی از میدان کالیبراسیون دارند مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modeling of the response of CR-39 detector in 241Am-Be neutron field using Geant4 simulation toolkit and its experimental evaluation

نویسندگان [English]

  • Sakineh Mohammadian 1
  • Samaneh Baradaran 2
  • Moslem Sohani 1
  • Amir Moslehi 3
1 Physics Department, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.
2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), AEOI, Tehran, Iran
3 Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), AEOI, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the present work, response of CR-39 nuclear track detector in the 241Am-Be neutron field after receiving 0.5 mSv of personal dose-equivalent is measured experimentally. It is also modeled using Geant4 simulation toolkit. In the developed model, it is assumed that if a secondary charged particle is generated in the thickness of the detector which will be removed after chemical etching and its kinetic energy is greater than a threshold value, the track will be formed and its effect will be registered on the remaining thickness of the detector. Results obtained, reveal that the experimental and modeled responses are in agreement. Furthermore, it is determined that both elastic and inelastic scatterings of neutrons contribute to the track formation. Overall, the model does not depend on the neutron energy and can be used for predicting the response of CR-39 detector in other neutron fields. Also, the calculated responses can be applied in order to modify the response of this detector in the fields with energy spectra different from the calibration field.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • Response
  • CR-39 detector
  • 241Am-Be neutron

مراجع

  1. H. A. Khan, I. E. Qureshi. SSNTD applications in science and technology-A brief review. Radiat. Measurements 31 (1999) 25-36.
  2. H. A. Khan, I. E. Qureshi, M. Tufail. Passive dosimetry of radon and its daughters using solid state nuclear track detectors (SSNTDs). Radiat. Protect. Dosimetry 46 (3) (1993) 149-170.
  3. F. Mianji, S. Baradaran. Radon Measurement in Environmental Assessments. Arena, Tehran, 2016.
  4. F. Bahrami, S. Baradaran, M. Taheri, F. Mianji. Design and calibration of a passive detector for separating neutron, proton and alpha particles in mixed radiation fields. Pranama. J. Phys. 94 (2020) 1-7.
  5. A. Stabilini, M. S. Akselrod, V. Fomenko, J. Harrison, E. G. Yukihara. Principal Component Analysis applied to neutron dosimetry based on PADC detectors and FNTDs. Radiat. Measurements 141 (2021) 1056516.
  6. H. Rui, N. Xiao-Yang, W. Yi, et al. Advances in nuclear detection and readout techniques. Nucl. Sci. Tech. 34 (2023) 2-78.
  7. H. A. Khan. Fast-Neutron Dosimetry by Solid-State Track Detectors. Nucl. Instru. Meth. 113 (1973) 55-60.
  8. S. A. Durrani and R. K. Bull Solid State Nuclear track Detection: Principles, Methods, and Applications. Pergamon Press, Maxwell House, Fairview Park, Elmsford, New York 10523, U.S.A. 1977.
  9. T. Yamauchi. Studies on the nuclear tracks in CR-39 plastics. Radiat. Measurements 36 (1-6) (2011) 73-81.
  10. A. Moslehi, S. Baradaran, P. Rezaeian. A method to modify the response of neutron dosimeters in the fields with energy spectra different from the calibration field. Nucl. Eng. Progress. 1 (1) (2021) 1-8.
  11. R. T. Devine. Neutron Charged Particle Reactions in CR-39 Calculated Using MCNP and LAHET. Health Physics Society Health Physics of Radiation Generating Machines. (5-8) (1996).
  12. K. Jamil, S. Ali, I. E. Qureshi, F. Rehman, H. A. Khan, S. Manzoor, A. Waheed, R. Cherubini. Experimental and simulation study of neutron dosimetry at various neutron energies. Radiat. Measurements 28 (1-6) (1997) 495-498.
  13. I. Lengar, J. Skvarč, R. Ilić. Computer simulation of the processes in a CR-39 neutron detector. Radiat. Measurements. 36 (2003) 115-118.
  14. M. R. Deevband, P. Abdolmaleki1, M. R. Kardan, H. R. Khosravi, M. Taheri, F. Nazeri, N. Ahmadi. Experimental and Monte Carlo studies on the response of CR-39 detectors to Am-Be neutron
    spectrum. Iran. J. Radiat. Res. 9 (2) (2011) 95-102.
  15. A. F. Nadir, A. R. H. Subber, N. H. N. Al-Hashmi. Numerical and analytical calculations of efficiency and calibration factor for CR-39 detectors in the chamber diffusion by using Monte-Carlo method and the mean critical angle. Archives Phys. Res. 5 (5) (2014) 23-30.
  16. A. Moslehi, S. Baradaran, M. Taheri. GEANT4 modeling of alpha particles detection efficiency for polycarbonate SSNTDs. Nucl. Ins. And Met. Phys. Res. A 1033 (2022) 166714.
  17. R. L. Fleischer, P. B. Price, R. M. Walker. Nuclear Tracks in Solids, University of California Press, USA,1975.
  18. P. R. Bevington, D. K. Robinson. Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. McGraw-Hill, 3rd ed. (2003).
  19. S. S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis, H. Araujo, P. Arce, M. Asai, D. Axen, S. Banerjee, G. Barrand, F. Behner, L. Bellagamba, J. Boudreau, L. Broglia, A. Brunengo, H. Burkhardt, S. Chauvie, J. Chuma, R. Chytracek, G. Cooperman, G. Cosmo, P. Degtyarenko, A. Dell'Acqua, G. Depaola, D. Dietrich, R. Enami, A. Feliciello, C. Ferguson, H. Fesefeldt, G. Folger, F. Foppiano, A. Forti, S. Garelli, S. Giani, R. Giannitrapani, D. Gibin, J. J. Gómez Cadenas, I. González, G. Gracia Abril, G. Greeniaus, W. Greiner, V. Grichine, A. Grossheim, S. Guatelli, P. Gumplinger, R. Hamatsu, K. Hashimoto, H. Hasui, A. Heikkinen, A. Howard, V. Ivanchenko, A. Johnson, F.W. Jones, J. Kallenbach, N. Kanaya, M. Kawabata, Y. Kawabata, M. Kawaguti, S. Kelner, P. Kent, A. Kimura, T. Kodama, R. Kokoulin, M. Kossov, H. Kurashige, E. Lamanna, T. Lampén, V. Lara, V. Lefebure, F. Lei, M. Liendl, W. Lockman, F. Longo, S. Magni, M. Maire, E. Medernach, K. Minamimoto, P. Mora de Freitas, Y. Morita, K. Murakami, M. Nagamatu, R. Nartallo, P. Nieminen, T. Nishimura, K. Ohtsubo, M. Okamura, S. O'Neale, Y. Oohata, K. Paech, J. Perl, A. Pfeiffer, M. G. Pia, F. Ranjard, A. Rybin, S. Sadilov, E. Di Salvo, G. Santin, T. Sasaki, N. Savvas, Y. Sawada, S. Scherer, S. Sei, V. Sirotenko, D. Smith, N. Starkov, H. Stoecker, J. Sulkimo, M. Takahata, S. Tanaka, E. Tcherniaev, E. Safai Tehrani, M. Tropeano, P. Truscott, H. Uno, L. Urban, P. Urban, M. Verderi, A. Walkden, W. Wander, H. Weber, J. P. Wellisch, T. Wenaus, D.C. Williams, D. Wright, T. Yamada, H. Yoshida, D. Zschiesche. Geant4-A simulation toolkit. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 506 (3) (2003) 250-303.
  20. T. Tsuruta, N. Juto. Neutron dosimetry with Boron-doped CR-39 plastic. J. Nucl. Sci. Technol. 21 (11) (1984) 871-876.
  21. H. R. Vega-Carrillo, S. A. Martinez-Ovalle. Neutron spectra and dosimetric features of Isotopic neutron sources: A review. ISSSD (2015).
  22. G. F. Knoll. Radiation Detection and Measurement. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 1999.
  23. A. Fiechtner, C. Wernli. Individual neutron monitoring with CR-39 detectors at an accelerator Centre. Radiat. Prot. Dosim. 85 (1999) 35-38.
  24. H. Zaki-Dizaji, M. Shahriari, G. R. Etaati. Calculation of CR-39 efficiency for fast neutrons using the MCNP and SRIM codes. Radiat. Measurements 43 (2008) S283-S285. 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار