بررسی محاسباتی پارامترهای زمانی و تاثیر ماتریس نمونه بر نسبت سیگنال به نویز در آنالیز فعال‌سازی نوترونی چرخه‌ای برای 77mSe در آرد برنج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته‌ای، دانشکده فیزیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

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

10.22052/rsm.2026.257174.1138

چکیده

آنالیز فعال‌سازی نوترونی چرخه‌ای (CNAA) یکی از روش‌های پیشرفته، دقیق و غیرمخرب برای شناسایی ایزوتوپ‌های پرتوزای کوتاه‌عمر است که بر تکرار سه‌مرحله‌ای پرتودهی، انتقال و شمارش نمونه در قالب چرخه‌های زمانی طراحی‌شده استوار است. موفقیت این روش وابسته به طراحی دقیق و بهینه‌سازی پارامترهای زمانی هر مرحله و نیز شناخت صحیح ترکیب ماتریس نمونه است. در این پژوهش، با بهره‌گیری از معادلات تحلیلی، تأثیر پارامترهایی نظیر زمان پرتودهی ti، زمان انتقال یا واپاشی td ، زمان شمارش tc ، تعداد چرخه‌‌ها n و ساختار ماتریس نمونه بر نسبت سیگنال به نویز(SNR) بررسی شد. نتایج نشان داد که برای زمان‌های پرتودهی و شمارش، یک بازه بهینه وجود دارد که در خارج از آن، پارامتر SNR به‌طور محسوس کاهش می‌یابد. در مورد زمان انتقال نیز یافته‌ها حاکی از آن است که با کاهش این زمان به مقادیر نزدیک به صفر، سیگنال مؤثر حفظ شده و SNR افزایش می‌یابد. همچنین، افزایش تعداد چرخه‌ها به‌طور کلی موجب بهبود SNR می‌گردد، اگرچه نرخ رشد آن در چرخه‌های بالا کاهش می‌یابد. به‌دلیل این‌که در این نوع آنالیز ترکیب ماتریس نمونه تغییر داده نمی‌شود، بررسی عناصر موجود در آن نیز بررسی شد.تحلیل نقش ماتریس نمونه نیز نشان داد که برخی عناصر موجود در ترکیب نمونه می‌توانند از طریق تولید ایزوتوپ‌های مداخله‌گر و تداخل طیفی، بر کیفیت پاسخ اثرگذار باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Computational investigation of time parameters and the effect of sample matrix on signal-to-noise ratio in cyclic neutron activation analysis for 77mSe in rice flour

نویسندگان [English]

  • Neda Nemati 1
  • Mohammad Hosein Choopan Dastjerdi 2
  • Javad Mokhtari 2
1 Nuclear Engineering Department, Faculty of Physics, University of Isfahan, Iran
2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Cyclic neutron activation analysis (CNAA) is an advanced, accurate, and nondestructive method for the identification of short-lived radioactive isotopes that is based on the repetition of three steps of irradiation, transfer, and counting of the sample in the form of designed time cycles. The success of this method depends on the precise design and optimization of the time parameters of each step, as well as the correct knowledge of the composition of the sample matrix. In this study, using analytical equations, the effect of parameters such as irradiation time ti, transfer or decay time td, counting time tc, number of cycles n, and sample matrix structure on the signal-to-noise ratio (SNR) has been investigated. The results showed that for irradiation and counting times, there is an optimal range outside which the SNR parameter decreases significantly. In the case of transfer time, the findings also indicate that by reducing this time to values close to zero, the effective signal is maintained and the SNR increases. Also, increasing the number of cycles generally improves the SNR, although its growth rate decreases at high cycles. Since the composition of the sample matrix is not changed in this type of analysis, the elements present in it were also investigated. Analysis of the role of the sample matrix also showed that some elements present in the sample composition can affect the quality of the response through the production of interfering isotopes and spectral interference.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cyclic neutron activation analysis
  • short-lived isotopes
  • irradiation time
  • transmission time
  • signal-to-noise ratio
  • interfering isotopes
  • optimization of time parameters
  • sample matrix

مراجع

  1. W. W. Givens, W. R. Mills Jr, R. L. Caldwell. Cyclic activation analysis. Vol. 2. National Bureau of Standards, Special Publication 312, 80 (1969) 95-103.
  2. N. Spyrou. Cyclic activation analysis—A review. J. Radioanal. Nuclear Chem.61 (1-2) (1981) 211-242.
  3. X. Hou. Cyclic activation analysis. Encyclopedia Anal. Chem.: Appl. Theory Instrum. (2000) 12447-12459.
  4. C. S. Munita, M. D. Glascock, R. Hazenfratz. Neutron activation analysis: An overview. In the book: Recent advances in analytical techniques. Vol. 3. (Ed. by Atta-ur-Rahman, S. A. Ozkan). Bentham Science Publishers, (2019) 179-227.
  5. R. R. Greenberg, P. Bode, E. A.  De Nadai Fernandes. Neutron activation analysis: A primary method of measurement. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy66 (3-4) (2011) 193-241.
  6. R. E. Tout, A. Chatt. The effect of sample matrix on selection of optimum timing parameters in cyclic neutron activation analysis. Anal. Chimica Acta133 (3) (1981) 409-419.
  7. M. A. Al-Mugrabi, N. M. Spyrou. The use of simulation for the optimisation of the signal-to-noise ratio in cyclic activation analysis. J. Radioanal. Nuclear Chem.110 (1987) 67-77.
  8. O. M. H. Ahamed. Simulation for sodium-24 production using cyclic neutron activation analysis. (No. INIS-SD--531). Sudan Academy of Sciences, Khartoum (2012).
  9. C. A. Lani, D. P. Bruce. M. L. Stephanie, M. Flaska. Optimization Simulations for a Gamma-Ray Calibration Standard for a Cyclic Neutron Activation Analysis Pneumatic System at the Penn State Breazeale Reactor. In 2021 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), Piscataway, NJ, USA (2021) pp. 1-4.
  10. T. Weizhi, N. Bangfa, W. Pingsheng, N. Huiling. Suitability of NAA for certification of reference materials for multielements. J. Radioanalytical Nucl. Chem. 245 (1) (2000) 51-56.
  11. H. Zhang, Z. Chai, W. Qing, H. Chen. Cyclic neutron activation analysis for determination of selenium in food samples using 77m Se. J. Radioanalytical Nucl. Chem. 281 (1) (2009) 23-26.
  12. W. Zhang, A. Chatt. Determination of selenium in foods by pseudo-cyclic neutron activation and anti-coincidence gamma-ray spectrometry. J. Radioanalytical Nucl. Chem.282 (2009) 139-143.
  13. U. M. El-Ghawi, A. A. Al-Sadeq, M. M. Bejey, M. B. Alamin. Determination of selenium in Libyan food items using pseudocyclic instrumental neutron activation analysis. Biol. Trace Elem. Res.107 (1) (2005) 61-71.
  14. I. J. Kim, P. W. Russell, M. L. Richard. Accurate and precise measurement of selenium by instrumental neutron activation analysis. Analytical Chem.83 (9) (2011) 3493-3498.
  15. S. Hevia, S. Resnizky, A. Chatt. Selenium content of Argentinean infant formulae and baby foods by pseudo-cyclic instrumental neutron activation analysis coupled to Compton suppression. J. Radioanal. Nuclear Chem.297 (2013) 383-391.
  16. R. R. Greenberg, S. K. Jean, T. E. Gills. Certification of a new NIST fly ash standard reference material. Fresenius' J. Analytical Chem.352 (1995) 193-196.
  17. M. M. Phillips, E. S. Katherine, S. A. Wise. Standard reference materials for food analysis. Anal. Bioanal. Chem. 405 (13)  (2013) 4325-4335.
  18. D. L. Anderson, C. William. Revalidation and long-term stability of National Institute of Standards and Technology Standard Reference Materials 1566, 1567, 1568, and 1570. J. AOAC Int. 83 (5) (2000) 1121-1134.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار