تعیین میزان اندرکنش شکافت و میزان واپاشی ذرات آلفا در اورانیوم طبیعی با استفاده از روش آشکارسازیحالت جامد(SSNTD)

مقدمه………………………………. 1

فصل اول: بررسی منابع

1-1- پرتوهای یون ساز…………………………. 2

          1-1-1- ذرات آلفا……………………. 2

          1-1-2- ذرات بتا…………………….. 2

          1-1-3- پاره های شکافت……………….. 3

          1-1-4- اشعه گاما……………………. 4

          1-1-5- اشعه ایکس……………………. 5

1-2- تفاوت بین دو نوع تابش یون ساز و غیر یون ساز… 5

1-3- اثر متقابل نوترون با ماده………………… 6

      1-3-1- کاهش انرژی در برخوردهای پراکندگی نوترون به هسته هدف…………………………………………. 7

      1-3-2- تقسیم بندی نوترون ها بر اساس انرژی.. 10

          1-3-3- شکافت……………………….. 11

        1-3-3-1- سطح مقطع شکافت………………. 13

1-4- اثر متقابل ذرات باردار با ماده……………. 14

1-5- برد(Range)……………………………….. 16

1-6-اثر تابش بر پلیمرها………………………. 17

1-6-1-خواص پلیمرها…………………………… 17

1-6-2- فرآیندهای جذب تابش در پلیمرها ………… 18

1-6-3-جذب پرتوهای الکترومغناطیسی توسط ماده……. 18

1-6-4-بریدگی یا تخریب در پلیمرها…………….. 19

1-6-4-1-تغییرات خواص پلیمرها در اثر تخریب ……. 20

1-6-4-2-بریدگی یا تخریب در پلیمرها در اثر تابش… 21

1-6-5- انتشار گاز به داخل پلیمرها در اثر تابش…. 22

1-6-6- اتصالات عرضی در پلیمرها در اثر تابش…….. 23

 1-6-7- فاکتورG …………………………… 25

1-6-7-1- معادله بریدگی زنجیر تصلی……………. 25

1-6-7-2- معادله اتصال عرضی………………….. 27

1-6-7-3- همزمانی اتصالات عرضی و بریدگی….. 28

1-7- معرفی آشکارسازهای رد هسته ای……………… 28

1-7-1- انواع آشکارسازهای رد هسته ای………….. 29

1-7-2- اساس کار آشکارسازهای رد هسته ای……….. 29

1-7-3- کاربردهایآشکارسازهایردهستهایحالتجامد…… 30

 1-7-4- پلیمر CR-39…………………………… 31

            1-7-4-1- خواص پلیمر CR-39…… 32

1-7-4-2- عیبCR-39یا آشکارسازهای حالت جامد رد هسته ای   33

1-7-4-3- اثر پرتوهای گاما رویCR-39…………. 33

1-8- اصول سونش رد هسته ای…………………… 34

1-8-1- انواع سونش………………………….. 38

1-8-2-سونش ردپای پاره های شکافت در پلیمرCR-39…. 38

فصل دوم: مواد و روش ها

2-1- محاسبه میزان اندرکنش شکافت اورانیوم طبیعی….. 39

2-1-1- محاسبه میزان اندرکنش شکافت اورانیوم طبیعی. 39

2-1-1-1- چگالی اتم…………………………. 44

 2-1-1-1-1-محاسبه چگالی اتم های اورانیوم طبیعی… 44

2-1-1-2- محاسبه شار چشمه نقطه ای تابش کننده نوترون 46

2-1-1-3- محاسبه سطح مقطع شکافت اورانیوم طبیعی…… 48

            2-1-2- انواع پاره های شکافت حاصل از شکافت اورانیوم 235…………………………………………… 49

           2-1-3- محاسبه انرژی و بردپاره های شکافت در اورانیوم طبیعی……………………………. 51

          2-1-4- برنامه SRIM………………….. 53

2-2- روش تجربی تعیین میزان اندرکنش شکافت اورانیوم طبیعی  54

2-2-1-برنامه MATLAB…………………………. 59

2-3-بررسی میزان واپاشی ذرات آلفای گسیلی از اورانیوم طبیعی توسط CR-39 60

     2-3-1- روابط واپاشی یا اکتیویته ذرات………. 60

فصل سوم: نتیجه گیری و بحث

3-1- محاسبه شار و میزان اندرکنش نوترون های گسیلی از چشمه (Am-Be) 64

3-2- انرژی و برد پاره های شکافت سبک و سنگین در اورانیوم طبیعی   65

3-3- محاسبه حجم موثر پاره های شکافت در اورانیوم طبیعی  69

3-4- محاسبه تئوری میزان اندرکنش موثر نوترون های سریع و کند  69

3-4-1 محاسبه تجربی میزان اندرکنش موثر نوترون های سریعبا استفاده از آشکارساز               CR-39………………….. 70

3-4-2 محاسبه تجربی میزان اندرکنش موثر نوترون های کند با استفاده از آشکارساز          CR-39…………….. 74

3-5- محاسبات واپاشی ذرات آلفای خارج شده از اورانیوم 77

    3-6- آشکارسازی ذرات آلفای گسیلی از چشمه رادیوم. 82

3-7- بحث………………………………….. 83

3-8- نتیجه گیری……………………………. 91

3-9- پیشنهادات…………………………….. 92

     ضمیمه………………………………….. 93

     منابع………………………………….. 94

جدول 1-1- پارامترهای برخورد برای چند عنصر………. 10

جدول 1-2- انرژی بحرانی شکافت………………….. 11

جدول 2-1- فراوانی و وزن اتمی ایزوتوپ های اورانیوم.. 45

جدول 2-2- ضریب پخش و طول پخش گرمایی نوترون های حاصل از شکافت برای چند نوع محیط کندساز………………………….. 47

جدول 2-3- پاره های شکافت و فراوانی آنها در شکافت اورانیوم 235 50

جدول 3-1 شار و میزان اندرکنش برای فواصل مختلف نمونه از چشمه  65

جدول 3-2 انرژی و برد پاره های سبک در اورانیوم طبیعی 66

جدول 3-3- انرژی و برد پاره های سنگین در اورانیوم طبیعی   67

جدول3-4- محاسبه برد میانگین پاره های شکافت در اورانیوم طبیعی 68

جدول 3-5 میزان اندرکنش موثر نوترون های سریع محاسبه شده با استفاده از آشکارساز CR-39                      73

جدول 3-6- میزان اندرکنش موثر نوترون های کند محاسبه شده با استفاده از آشکارساز CR-39 در فاصله cm2………………………………………………………………………………………………………………..  74

جدول 3-7- میزان اندرکنش موثر نوترون های کند محاسبه شده با استفاده از آشکارساز CR-39در فاصله cm5…………………….. 74

جدول 3-8 تعداد ذرات آلفای محاسبه شده و مشاهده شده توسط آشکارسازCR-39…………………………………………………………………………………………………. 81

جدول 3-9 انرژی و برد کربن، اکسیژن و هیدروژن در پلیمر CR-39 در اثر برخورد نوترون……………………………….. 85

جدول 3-10انرژی و برد اتم کربن در پلیمرCR-39در اثر برخورد پاره های شکافت سبک…………………………………… 87

جدول 3-11 انرژی و برد اتم اکسیژن در پلیمرCR-39 در اثر برخورد پاره های شکافت سبک    88

جدول 3-12 انرژی و برد اتم هیدروژن در پلیمرCR-39در اثر برخورد پاره های شکافت سبک…………………………………… 89

جدول 3-13 انرژی و برد اتم هیدروژن در پلیمرCR-39 در اثر برخورد پاره های شکافت سنگین……………………………… 90

شکل 1-1- توزیع انرژی پاره های شکافت……………. 4

شکل1-2- پراکندگی الاستیک یک نوترون توسط یک هدف…… 7

شکل 1-3- شکل برداری اصل بقای اندازه حرکت……….. 8

شکل 1-4- سطح مقطع شکافت ²³⁵U…………………… 13

شکل 1-5-تشکیل یون یا رادیکال های مثبت در پلیمرها… 21

شکل 1-6- تشکیل رد در پلیمرها………………….. 21

شکل 1-7- ذرات آلفای برخورد کرده به  CR-39 بعد از سونش 31

شکل 1-8- ساختار شیمیایی مونومر CR-39……………. 32

شکل 1- 9-میزان سونش بر حسبدز گاما……………… 34

شکل 1-10- مراحل سونش آشکارساز رد هسته ای……….. 35

شکل 1-11- ساختار محاسبه پارامترهای آهنگ سونش برای ردهایی با سرعت سونش ثابت ………………………………… 36

شکل 2-1 برخورد باریکه از نوترون به هدف…………. 40

شکل 2-2  برخورد باریکه نوترون و هدف……………. 43

شکل 2-3- عمق نفوذ پاره های شکافت در اورانیوم……. 52

شکل2-4 تصویری از برنامه SRIM………………….. 54

شکل 2-5 چشمه Am –Be²⁴¹……………………………………………………………………………………………………………….. 55

شکل 2-6پلیمرCR-39…………………………………………………………………………………….. 55

شکل 2-7کوره ثابت نگهدارنده دما………………… 56

شکل 2-8 دستگاه اولتراسون……………………… 56

شکل 2- 9- شمای نمونه آزمایشی اورانیوم و صفحات CR-39. 58

شکل 2-10 نمودار قطر مسیر بر حسبانرژی ذرات آلفا….. 63

شکل 3-1 شکل 3-1-پاره های شکافت و ذرات آلفا در آشکارساز CR-39در زمان تابش دهی 25 دقیقه (آشکارسازروبروی چشمه)………… 71

شکل 3-2-پاره های شکافت و ذرات آلفا در آشکارساز CR-39 در زمان تابش دهی 25 دقیقه (آشکارساز پشتی)……………………… 71

شکل 3-3- نمودار تعداد پاره های شکافت و ذرات آلفا بر حسبمساحت در زمان تابش دهی25 دقیقه…………………………….. 72

شکل 3-4-پاره های شکافت و ذرات آلفا در آشکارساز CR-39 در معرض2ساعت تابش دهی نوترون کند(آشکارساز روبروی چشمه)………. 75

شکل 3-5-پاره های شکافت و ذرات آلفا در آشکارساز CR-39در معرض 2ساعت تابش دهی نوترون کند  (آشکارساز پشتی)…………… 75

شکل 3-6 نمودار تعداد پاره های شکافت و ذرات آلفا بر حسب مساحت در زمان تابش دهی2 ساعت(آشکارساز رویه)…………………. 76

شکل 3-7 نمودار تعداد پاره های شکافت و ذرات آلفا بر حسب مساحت در زمان تابش دهی2 ساعت (آشکارساز پشتی)………………… 76

شکل 3-8  ذرات آلفای برخورد کرده به پلیمر  CR-39در مدت 1ساعت    79

شکل 3-9 ذرات آلفای برخورد کرده به پلیمر  CR-39در مدت 3ساعت………………………………………………  79

شکل 3-10 مقیاس بزرگتری از ذرات آلفای برخورد کرده به پلیمر  CR-39در مدت 3ساعت                              80

شکل 3-11  مساحت ردپاهای ذرات آلفای گسیلی از اورانیوم در مدت1ساعت روی CR-39                               81

شکل 3-12  مساحت ردپاهای ذرات آلفای گسیلی از اورانیوم در مدت3ساعت روی CR-39                               82

شکل 3-13- آشکارساز CR-39 که به مدت 72 ساعت در معرض چشمه رادیوم قرار گرفته است                            83

شکل 3 -14- ردپاهای بلند ایجاد شده در پلیمر CR-39 بعد از سونش  84

شکل 3 -15- ردپاهای بلند ایجاد شده در پلیمر CR-39 بعد از سونش  84