طراحی آشکارساز طویل و تعیین ابعاد بهینه، بازده و پاسخ زاویه‌ای آن و ارایه‌ی روش ساخت شمارگر نوترون با پاسخ گسترده

Abstract

اندازه‌گیری شار نوترون مستلزم به کارگیری آشکارسازهایی است که جهت­دار و غیرحساس به پرتو گاما بوده و پاسخ آن­ها مستقل از انرژی نوترون باشد. از جمله­ی این آشکارسازها می‌توان به شمارگر طویل اشاره کرد. این مقاله به طراحی این نوع آشکارساز با استفاده از کد مونت‌کارلوی MCNPX می­پردازد. شمارگر استفاده شده در این طراحی، از نوع تناسبی گازی بود که با گاز ₃BF در فشار Torr400 پر شده و دارای طول و قطر فعال به ترتیب برابر با 31.1cm و 2.4cm می‌باشد. با قرار گرفتن این شمارگر در کندساز، بازده آن برای شمارش نوترون‌های تند افزایش می‌یابد. ابعاد بهینه­ی کندساز‌ها (داخلی و خارجی) و عمق شیار ایجاد شده در کندساز داخلی با توجه به محاسبات انجام شده به ترتیب 8 ، 8 و cm10 تعیین شده است. منحنی پاسخ محاسبه شده­ی آشکارساز تا انرژی MeV20 هم­خوانی خوبی با منحنی‌های داده شده در مقالات مربوطه دارد. در تمام مقالات و گزارش­ها پاسخ این آشکارساز تا انرژی MeV20 محاسبه شده است ولی در مقاله­ی حاضر پاسخ این آشکارساز برای اولین بار تا انرژی MeV100 محاسبه شده است. ضمناً در بازه­ی انرژی 40 تا MeV100 پاسخ آشکارساز نسبت به سایر بازه­ها یکنواخت­تر است. علاوه بر این، برای جلوگیری از ورود نوترون‌های پراکنده شده از اطراف، بین پلی‌اتیلن داخلی و خارجی لایه‌ای از کادمیم به ضخامت mm1 قرار داده شده است. پاسخ زاویه‌ای برای سه انرژی2.5، 5 و MeV19 و تأثیر آن بر بازده آشکارساز بررسی شده است. در زاویه­ی 90 درجه که چشمه­ی نوترون کاملاً در راستای محور هندسی آشکارساز قرار دارد، پاسخ آشکارساز بیش­ترین مقدار را دارد.