مجله سنجش و ایمنی پرتو

مجله سنجش و ایمنی پرتو

بهبود شمارش الکترون در آشکارساز گایگرمولر جداره شیشه‌ای با استفاده از یک روش اعتبارسنجی شده مونت کارلو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد امین اسدی 1
مریم حسنوند 1
جواد مختاری 2
محمدحسین چوپان دستجردی 2
ابراهیم تیموری 2
1 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2 پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای،‌ اصفهان،‌ ایران
10.22052/rsm.2026.256840.1126
چکیده
در این پژوهش تأثیر پارامترهای مختلف و مؤثر بر عملکرد آشکارساز گایگر-مولر از قبیل نوع گاز اصلی، نوع گاز فرونشان، شعاع تیوب گازی، و ضخامت جدارة شیشه‌ای بر تعداد الکترون‌های تولیدشده در حجم گازی شمارنده گایگر-مولر، با استفاده از کد شبیه‌سازی مونت‌کارلو[1] (MCNPX) بررسی شده است. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان می‌دهند که برای هر انرژی خاص از چشمه گاما، یک ضخامت خاص از جدارة آشکارساز جهت بیشینه بودن تعداد الکترون‌ها درون حجم گازی، مورد نیاز است. گازهای هلیوم، نئون و آرگون به‌عنوان گاز اصلی و گازهای فلوئور و کلر به‌عنوان گاز فرونشان برای فوتون‌هایی با انرژی ۵/۰، ۱ و ۲ مگا الکترون‌ولت و شعاع‌های ۱ تا ۵/۲ میلی‌متر از تیوب گازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد گازهای آرگون و کلر به‌ترتیب برای گاز اصلی و گاز فرونشان عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. شعاع بهینه برای هر نوع آشکارساز نیز تعیین شد. نتایج شبیه‌سازی با اطلاعات موجود در یک مرجع با انحراف کمتر از 5/1 درصد نیز اعتبارسنجی گردید. نتایج حاصل از این پژوهش می‌تواند برای طراحی و ساخت آشکارساز گایگر-مولر به کار گرفته شود.



[1] Monte Carlo
کلیدواژه‌ها
آشکارساز گایگر-مولر
کد شبیه‌سازی مونت‌کارلو
شمارش الکترون
گاز اصلی و فرونشان
چشمه گاما

عنوان مقاله English

Improvement of electron counting of glass-wall Geiger-Muller detector using a verified Monte Carlo method

نویسندگان English

Mohammadamin Asadi 1
Maryam Hasanvand 1
Javad Mokhtari 2
Mohammadhosein Choopan Dastjerdi 2
Ebrahim Teimoory 2
1 Department of Physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Isfahan, Iran
چکیده English

In this study, the effect of various effective parameters on Geiger-Muller (GM) detector performance such as the type of main and quenching gas, the radius of the tube, and the thickness of the glass wall on the number of produced electrons in the gas volume of the GM detector has been investigated using Monte Carlo simulation code. The results of the simulations show that for each specific energy of the gamma source, a specific thickness of the detector wall is required to maximize the number of electrons in the gas volume. Helium, neon, and argon gases as the main gas and fluorine and chlorine gases as the quenching gas were investigated for photons with energies of 0.5, 1, and 2 MeV for radiuses of 1 to 2.5 mm of the GM tube. The results showed that argon and chlorine gases performed better for the main gas and quenching gas, respectively. The optimal radius for each type of detector was also determined. The simulation results were also validated with information available in a reference with a deviation of less than 1.5%. The results of this research can be used for the design and construction of GM detectors.

کلیدواژه‌ها English

Geiger-Muller detector
Monte Carlo simulation code
electron counting
primary and quencher gas
gamma source
1. G. F. Knoll. Radiation Detection and Measurement. 4th ed., John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA (2010).
2. I. Meric, G. A. Johansen, M. B. Holstad, A. F. Calderon, R. P. Gardner. Enhancement of the intrinsic gamma-ray stopping efficiency of Geiger–Müller counters. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 696 (2012) 46–54.
3. V. Sivasailanathan, P. Kumar, S. Sagadevan. Calibration and estimation of efficiency of Geiger Muller counter using a standard radioactive source. Int. J. Phys. Sci. 12 (1) (2017) 8–12.
4. N. M. Remon, C. M. T. Hassan, M. S. Hassan, M. G. Zakir. Build very simple design and cost effective Geiger-Muller counter. J. Recent Adv. Appl. Sci. 39 (1) (2024).
5. W. L. Dunn, R. P. Gardner. The determination of intrinsic gamma-ray detection efficiencies for cylindrical Geiger-Müller tubes by Monte Carlo methods. Nucl. Instrum. Methods 103 (2) (1972) 373–384.
6. O. Minakawa. Discharge process in Geiger-Müller counters. III. Proc. Imp. Acad. 19 (1) (1943) 19–25.
7. N. Tsoulfanidis. Measurement and Detection of Radiation, Taylor & Francis, Washington, DC, USA (1995).
8. S. C. Curran, V. Petržílka. Methods of construction of Geiger-Mueller counters and their use in coincidence experiments. Math. Proc. Cambridge Philos. Soc. 35 (2) (1939) 309–321.
9. O. Minakawa. Construction of Geiger–Müller counters with useful characteristics. Proc. Imp. Acad. (1942).
10. W. E. Grummitt, R. M. Brown, A. J. Cruikshank, I. L. Fowler. Recent developments in low background Geiger–Müller counters. Can. J. Chem. 34 (3) (1956) 206–213.
11. A. Peeva, D. Guleva. Dead time and fatigue in self-quenching G.M. counters at different temperatures. Nucl. Instrum. Methods 44 (1966) 314–316.
12. V. Golovatyuk, F. Grancagnolo. Observation of transition between proportional and Geiger–Müller modes in helium-isobutane gas mixtures. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 428 (1999) 367–371.
13. I. Meric, G. A. Johansen, M. B. Holstad, K. O. Lee. A single scatter electron Monte Carlo approach for simulating gamma-ray stopping efficiencies of Geiger-Müller counters. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 654 (1) (2011) 279–287.
14. ش. احمدی. مطالعه‌ی تأثیر جنس و ضخامت پوسته‌ی دیواره‌ی کاتدی بر روی بازده آشکارسازی اشعه‌ی گاما توسط آشکارساز گایگر مولر، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران (1392).
15. D. Arbutina, A. Vasić-Milovanović. Improving the Geiger Muller counter characteristics by optimizing the anode and cathode radius dimensions. IEEE Trans. Nucl. Sci. 67 (10) (2020) 2231–2237.
16. S. Ashrafi, S. Ahmadi. Calculation of the low-energy gamma ray detection efficiency for a GM tube. J. Instrum. 12 (6) (2017) P06005.
17. K. S. Krane. Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons, New York, USA (1991).
18. Y. Fylonych, V. Zaporozhan, O. Balashevskyi. Validation of the Geiger-Muller counter model of BDMG-04-02 using the Monte-Carlo technique. Probl. At. Sci. Technol. 6 (136) (2021) 149–154.
19. F. Li, S. Lv, S. Qi, P. Cheng, G.-Q. Zeng, M. Xiao, J. Sempau. Optimization of energy compensation layered structure of Geiger-Müller counters. Nucl. Eng. Technol. 57 (4) (2025) 103300.
20. S. Assadi, M. Hosseini Panah, M. Arkani, S. Mohammadi. Active Quenching of Geiger Muller Detectors based on FPGA. J. Nuc. Res. App. 4 (3) (2024) 42-50.
مجله سنجش و ایمنی پرتو
دوره 15، شماره 2 - شماره پیاپی 58
تابستان 1405
صفحه 111-117