عنوان :

مقاله دزیمتری پرتوهای ناشی از بمب های هسته ای توسط ترمولو

مینسانس (TLD)

تعداد صفحات : ۱۲۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

امروزه با اینکه از طرف جوامع جهانی و سازمان های بین المللی ساخت و بکارگیری جنگ افزارهای اتمی موضوعی کاملا برای حیات بشری خطر آفرین شناخته شده ولی با این حال هنوز بسیاری از کشورها و قدرت های بزرگ جهانی در پی دستیابی یا افزایش و یا ارتقاء جنگ افزارها و ادوات هسته ای خود هستند. ما در این مقاله بطور مختصر روی مواد شیمیایی تامل داشته ایم که در اندازه گیری میزان پرتوهای خارج شده از مواد هسته ای می توانند بسیار مهم و نقش آفرین باشند به این علت که میزان این پرتوها اگر از حد معینی بیشتر گردد می تواند بسیار آسیب رسان برای بدن انسان باشد . پس اهمیت شناخت این مواد بیش از پیش برای ما  مشخص می شود .در ضمن توضیحاتی نیز در رابطه با انواع بمب های هسته ای و نحوه عملکرد آنها برای آشنایی بیشتر شما خواننده گان آورده شده است.

ما با استفاده از TLD100 می توانیم دز ناشی از مواد سنگین بکار رفته در بمب های هسته ای را اندازه گیری کنیم تا حد امکان از بیماری های سرطان و معلولیت جسمی و مادر زادی و غیره شناسایی کرد و ببینیم هر انسان چقدر از این ماده را جذب کرده است و برای درمان آن و یا کاهش ضررهای آن چه فعالیتی صورت گیرد. استفاده دیگر آن میتوانیم بدون اینکه به انسان صدمه وارد کنیم این قرص ها را در مکان هایی که بمباران شده قرار داده و بعد باخواندن دز آن بفهمیم که آیا هنوز اثراتی از پرتوهای رادیواکتیو است یا نه و اگر هست چه مقدار مواد پرتو زا وجود دارد و محل های ایمنی و خطرناک را مشخص کنیم.

کلمات کلیدی: ترمولومیسانس ، TLD ، دزیمتری، بمب هسته ای، ایزوتوپ ها، سوخت هسته ای پلوتنیم، نوترنیو، راکتورهای هسته ای، جرم بحرانی سوخت هسته­ای

فهرست مطالب

چکیده۸
کلمات کلیدی۹
فصل اول۱۳
مقدمه۱۴
تعریف موضوع۱۵
تاریخچه۱۶
اهداف تحقیق۱۷
فصل دوم۱۸
خصوصیات مواد TLD19
پاسخ دز۱۹
حساسیت۲۰
پاسخ به انرژی۲۱
شرایط پخت۲۴
محوشدگی گرمایی۲۵
محو شدگی غیرعادی۲۶
حساسیت نوری۲۶
فصل سوم۲۹
کاربردها وخواص دزیمتری۳۰
دزیمتری فردی۳۰
دزیمتری محیطی۳۱
دزیمتری بالینی۳۲
سینماتیک واپاشی گاما۳۴
سینماتیک واپاشی آلفا۳۵
واپاشی بتایی۳۸
بورات منگنز۵۴
خصوصیات دزسنجی۵۷
اثر ذرات و تشعشعات بر سیستم های حیاتی۶۵
حالت¬های برهمکنش ۶۵
یونیزاسیون۶۵
برانگیختگی مولکولی و اتمی۶۶
واکنش‌های هسته‌ای۶۶
تشعشعات باردار۶۷
تشعشعات بدون بار۶۷
بمبهای هسته ای چگونه ساخته می¬شوند۶۹
پرتو درمانی باعث کاهش غدد سرطانی۷۰
محافظت کننده های پرتوی۷۲
آثار وراثتی تشعشع در انسان۷۴
سطح انرژی هسته ای۷۷
تغییرات انرژی در واکنشهای هسته‌ای۷۸
حفاظت در برابر پرتوزاهامهندسی هسته¬ای۸۱
حداکثر مقادیر مجاز آلودگی۸۲
نکات اساسی در تعیین مقادیر مجاز آلودگی۸۲
پرتوزاهای آلوده کننده محیط۸۳
اصول حفاظت فردی۸۴
مکانیسم تولید تشعشع فیزیک هسته ای۸۵
مواد پرتوزا و تابش های هسته¬ای۹۱
تاریخچه کشف مواد پرتوزا ۹۲
ماده پرتوزا چیست؟۹۴
ماهیت پرتوهای آلفا، بتا و گاما۹۶
واپاشی پرتوهای آلفا، بتا و گاما ۹۸
قانون سدی۹۹
بررسی یک عنصر رادیواکتیو۹۹
فصل چهارم۱۰۲
تعریف بمب هسته¬ای۱۰۳
عناصر اصلی سازنده۱۰۴
چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟۱۰۵
انواع بمب¬های هسته¬ای از نظر نوع مکانیزم انفجار۱۰۶
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای۱۲۰
واپاشی رادیواکتیو۱۲۱
فصل پنجم ۱۲۳
دلایل¬استفاده¬از ¬(TLD-100)124
نتیجه گیری و پیشنهادات۱۲۵
منابع و ماخذ۱۲۷

فهرست منابع و مآخذ

۱-   شفائی محمدعلی، پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک هسته­ای، آستان دانشگاه فردوسی مشهد، ‌۱۳۷۵٫

۲- Cameron J. R. , Suntharalingam N. and Kenney G.H. , Thermoluminescent Dosimetry, University of Wisconsin press 1968.

۳- Calderon T. , Khanlary M. R . , Rendell H. M, Townsend P. D. , alkaline earth fluorides, J. Phys. C. V, pages 257-274.

۴- McKEEVER S.W.S. , Themoluminescence of solids, (Cambridge University Press)

۵- Horowitz Y. S., Termoluminescence and Thermoluminescent Dosimetry, Vol. I and II, ed. Y. S. Horowitz (CRC Press Raton) p.43(1984).

۶- Townsend P. D. , and Kelly, J. C. , Colour Centres and Imperfection in Inssulators and Semiconductors, (Sussex University Press, London) (1973).

۷- Aghabozorg H. , Malardy M. , Inorganic Chemistry(1), Alavy Publication 1994.

۸- Sunta C. M. , Yoshimura , E. M. and Okuno , Phys. Status Solidia, 142, 253 (1994).

۹- Yazici. Necmeddin , Analysis of the isolated glow peak 6 in CaF₂:Dy (TLD-200) following post-irradiation annealing at 145°C, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 174, Issue 4, May 2001, Pages 499-506.

۱۰-McKEEVER S.W. S. , MOSCOVITCH M., TOWNSEND P. D. , THERMOLUMINESCENCE DOSIMETRY MATERIALS: PROPERRIES AND USES, Nuclear Tchnology Publishing.

       ۱۱- Guimarães C. C. , and Okuno E. , Blind performance testing of personal and       environmental dosimeters based on TLD-100 and natural CaF₂:NaCl,
Radiation Measurements, Volume 37, Issue 2, April 2003, Pages 127-132.

۱۲- Necmeddin YAZICI A. , Yakup HACI_IBRAH_IMO_GLU M. & Metin BEDIR.

The E_ect of Various Experimental Parameters on Glow Peaks and Trapping Parameters of CaF2Dy(TLD-200) Crystals, Turk J Phy24 (2000) , 623 – 649.

۱۳- Bos A. J. J. , On the energyconversion in thermoluminescence dosimetry materials, Radiation Measurements 33 (2001) 737–۷۴۴٫

۱۴-Abdullah M. Noh. , Yusoff M. Amin. , Rosli H. Mahat. , Bradley D.A. ,Investigation of some commercial TLD chips/discs as UV dosimeters, Radiation Physics and Chemistry 61 (2001) 497–۴۹۹٫

۱۵- Manrique J. , Angulo. S. , Pardo. M. P. , Gastesi. R. , Dela Cruz. , A and Pérez A. , Thermoluminescence spectra of natural CaF₂ irradiated by 10 MeV electrons,

Radiation Measurements, Volume 41, Issue 2, February 2006, Pages 145-153.

۱۶- Yazici. Necmeddin , Chen. Reuven. , Solak. Semra and Yegingil. Zehra.

The analysis of thermoluminesent glow peaks of CaF₂Dy (TLD-200) after β-irradiation, iop.org/JPhysD/35/2526.

۱۷- Marczewska. B. , Bilski. P. , Budzanowski. M. , Olko P. , and Chernov V. , Dosimetry properties of Tm-doped single CaF₂ crystals,
Radiation Measurements, Volume 33, Issue 5, October 2001, Pages 571-576.
۱۸- Necmeddin Yazici A. , The influence of heating rate on the TL response of glow peaks of beta-irradiated CaF2:Dy(TLD-200), J. Phys D: Appl. Phys. 38(2005)3860-3864.

۱۹ – غلام­پور مهدی، پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک هسته­ای، دانشگاه یزد،  ‌۱۳۸۵٫

 مقدمه

امروزه با اینکه از طرف جوامع جهانی و سازمان های بین المللی ساخت و بکارگیری جنگ افزارهای اتمی موضوعی کاملا برای حیات بشری خطر آفرین شناخته شده ولی با این حال هنوز بسیاری از کشورها و قدرت های بزرگ جهانی در پی دستیابی یا افزایش و یا ارتقاء جنگ افزارها و ادوات هسته ای خود هستند. از طرفی بکارگیریی از این فرایند برای تولید انرژی و یا سایر فراورده ها روز به روز در حال افزایش است .چراکه این منبع منبعی کاملا ارزان و با صرفه نسبت به سایر منابع است . هدف از این توضیحات بالا نشان دادن این واقعیت برای شما بود که چقدر لزوم داشتن دانش در این مقوله ی(دانش هسته ای )حائز اهمیت است . ما در این مقاله بطور مختصر روی مواد شیمیایی تامل داشته ایم که در اندازه گیری میزان پرتوهای خارج شده از مواد هسته ای می توانند بسیار مهم و نقش آفرین باشند به این علت که میزان این پرتوها اگر از حد معینی بیشتر گردد می تواند بسیار آسیب رسان برای بدن انسان باشد . پس اهمیت شناخت این مواد بیش از پیش برای ما  مشخص می شود .در ضمن توضیحاتی نیز در رابطه با انواع بمب های هسته ای و نحوه عملکرد آنها برای آشنایی بیشتر شما خواننده گان آورده شده است.

 تعریف موضوع

محور اصلی موضوع این تحقیق دررابطه با موادی بحث می نمایید که در اندازه گیری میزان دز ناشی از بمب های هسته ای و یا رآکتورهای هسته ای می توانند نقش بسزایی ایفا نمایند .سنجش و اندازه گیری در رابطه با این موضوع بسیار حیاتی و مهم است بخصوص برای کارکنان شاغل در زرادخانه ها و رآکتورهای هسته ای تولید کننده ی سوخت یا مواد دیگر و یا نظامیانی که بنا به ماموریتشان مجبورند در مناطقی فعالیت یا عملیات نمایند که در آنها از مواد هسته ای استفاده شده و یا مشکوک به استفاده از این مواد توسط دشمن می باشد چرا که اگر میزان این مواد از میزان و مقدار مشخصی بیشتر شود می تواند فوق العاده برای انسان خطر ساز شود.پس اندازه گیری میزان دز منتشر شده در محیط بسیار مهم است. این کار بدین صورت انجام می گیرد که محیطی را که فرد باید در آن فعالیت داشته باشد ابتدا قرص های مخصوصی که در آن قرار می دهیم بعد از زمان معنی این قرص ها را جمع آوری کرده و در دستگاه مخصوصی میزان دز جذب شده توسط آنها را که همان دز منتشر شده در محیط است تعیین می شود و بعد با مقدار معین که برای بدن انسان مضر میباشد و از قبل مشخص شده مقایسه می شود . لازم به ذکر است که نقاطی از بدن انسان که نسبت به پرتوهای های رادیواکتیو آسیب پذیرتر می باشد . قرص های مخصوصی که نسبت به پرتوهای رادیواکتیو منتشر شده در محیط حساس می باشد در نقاطی از بدن انسان که در مقابل این پرتو ها آسیب پذیری بیشتری دارند در لباس فرد قرار می گیرند تا حداکثر دز تابیده شده به این نقاط مشخص شود تا بدین وسیله اقدامات پیش گیرانه در رابطه با آنها صورت بگیرد .

 تاریخچه

ترمولومینسانس یا نور گسیل شده از مواد عایق نیمه­هادی پرتو دیده بر اثر حرارت دادن ، یک پدیده­ی مهم فیزیکی است . از میان چندین هزار کانی طبیعی، بیش از %۶۰ آنها دارای این ویژگی هستند و حتی برخی از این مواد (مانند کانی فلورین موجود در ایسلند ، برزیل و هند ) از حساس­ترین مواد ترمولیسانس شناخته شده هستند ، ترمولیسانس همچنین در تعداد زیادی از ترکیبات عالی ، ترکیبات عالی فلزی هم مشاهده می شود . پرتوها هنگام برخورد با مواد انرژی خود را منتقل می­کنند . بیشتر انرژی جذب شده در این فرایند به گرما تبدیل می­شود و مقدار اندکی صرف شکستن پیونده­های شیمیایی می­شود و در برخی از مواد بخش بسیار جزئی از این انرژی صرف برانگیختن الکترون به مدارهای شبه پایدار می­شود، هنگامی که ماده حرارت داده می­شود ، انرژی آزاد شده در برگشت این الکترون­ها به حالت پایه به صورت فوتون­های مرئی قابل رویت هستند ،‌به ابن پدیده ترمولومینسانس گفته می­شود.

 اهداف تحقیق

هدف اصلی از انجام این پروژه تحقیق بر روی موادی است که بتوانند در اندازه گیری میزان پرتوهای منتشر شده از مواد هسته ای مؤثر باشند. حال این اندازه گیری می تواند در محیط تحت کنترل مثل رآکتورها هسته ای یا غیر قابل کنترل مثل مناطقی که در آن انفجارات هسته ای رخ داده است انجام بگیرد . مهم این است که بتوان موادی را شناسایی کرد که بتوانند در دز های مختلف با حساسیت های مختلف این کار را برای ما انجام دهند. در حال حاضر یکی از پرکابردترین مواد در این زمینه موادی هستند که تحت عنوان کلی  TLD برای این منظور بکار می روند که با قیمت های بسیار بالا از خارج از کشور خریداری می شوند چرا که هنوز بطور کامل به تکنولوژی ساخت این مواد دست نیافته ایم . ما در این تحقیق بیشتر به خواص نمونه های مختلفTLD و نحوه بکار گیری این مواد بحث می نماییم . همچنین توضیحاتی را هم در رابطه با بمب های هسته ای و انواع پرتو های ناشی از آنها ارائه می نماییم.

 فصل دوم

خصوصیات مواد TLD

انرژی ذخیره شده

فرایند جذاب انرژی در ماده ترمومینسانس به انرژی تابش شده بستیگی دارد. برای بیشتر مواد جذب انرژی فوتون کمتر از ۱۵keV باعث مشاهده پدیده فوتو الکتریک[۱] می شود. برای انرژی بالاتر از ۱MeV برای موادهایی با عدد اتمی موثر پایین پراکندگی کامپتون[۲] رخ می دهد برای مواد با Z_eff بالاتر گر چه پدیده فوتو الکتریک تا ۱۰۰keV رخ می دهد اما امکان رخ دادن هر دو فرایند وجود دارد. هر دو فرایند فوق نتیجه حساسیت و اثر پذیری مواد به تابش و گرماست

پاسخ دز

پاسخ دز[۳]، F(D) ، تابعی از شدت در جذب شده است که می تواند سطح زیر منحنی درخشندگی[۴] یا ارتفاع قله درخشندگی[۵] باشد که توسط سیگنال گرمایی[۶] اندازه گیری می شود. پاسخ دز ایده ال یک ماده دزیمتری روی بازه عریضی قرار دارد، بیشتر مواد استفاده شده در دزیمتری اثر غیر خطی دارند فقط یک قسمت از آنها خطی است.

پاسخ در بهنجار شده را به این صورت تعریف می شود:

                                                                   f(D)=

(D) F پاسخ دز در دز D است و D1 در جاییکه پاسخ دز خطی تمام می شود کمترین مقدار خود را داراست. پس یک دزیمتر مناسب باید رابطه (D)F را در بازه صفر تا چند Mev قابل استفاده باشد

(D) F های بزرگتر از یک برای پاسخهای فوق خطی است و برعکس (D)F های کوچک از یک برای حالت یک زیر خطی است که در این زمان ماده اشباع می شود.

عوامل مهمی در مواد وجود دارد که باعث می شود که ماده پاسخهای متفاوتی به تابشها بدهد مثلا ماده ای مانند CaF2:Mn تقریبا تا ۱۰GY خطی است یعنی F(D)=1 است که این عامل بستگی به خود ماده دارد

. A) پاسخ دز برای قله۱۰۰۰C در(B . Sio2  پاسخ نوردهی TLD-100 است که هم خطی و هم زیرخطی و بالا خطی است. C) پاسخ دز Caf2:Mn خیلی کم بالا خطی است یا به عبارتی خطی است [۹].

حساسیت

حساسیت در مواد TLD با فرمول زیر تعریف می شود. آهنگ گرم کردن و روش اندازه گیری نوردهی گرمایی از فاکتورهای مهم اندازه گیری حساسیت است. برای اندازه گیری حساسیت قرادادی وجود دارد به این صورت که سطح زیر منحنی درخشندگی ی انرژی تابش شده از ماده TLD را بر دز تابش شده تقسیم می کنند و F(D) بدست می آید سپس حساسیت (TLD-100) را مبنا قرار داده و به آن عدد ۱ می دهند و به صورت زیر بیان می شود:

                                           S(D)=

(D) تابعی از آهنگ گرم کردن و فیلتر اپتیکی مورد استفاده در مدت زمان خواندن نوردهی گرمایی است. با گرم کردن قله درخشندگی به دست آمده و در نتیجه دزهای جذب شده اندازه گیری می شود.

پایین ترین سطح آشکارسازی دز (LLD)

ماده TLD را در دمای پخت مربوط به خود قرار داده و سپس چند بار پاسخ آن را توسط TLD خوان به دست می آوریم با این داده ها انحراف معیار محاسبه می شود و سپس تحت دز دقیقی قرار می دهیم و پاسخ را به دست می آوریم و اضافه دز داده شده تقریبا کمترین در قابل اندازه گیری است که برای انجام محاسبات بهتر ضریب ۳ به آنها می دهند تا خطای حاصل از دز زمینه کاهش یابد و به صورت زیر گفته می شود:

    پاسخ دزیمتر به دز معین/ (۳ × انحراف معیار × دز معین داده شده)= کمترین میزان اندازه‌گیری

با این حال تلاش می کنیم که انتظارات خود از LLD هر یک از مواد موجود را مشخص کنیم. فاکتورهای وابسته به ماده شامل بازتابش سیگنال ها ناشی از پرتودهی و دز زمینه بدلیل رادیاکتیویته طبیعی داخلی ماده است. با پرتودهی دز دقیق می توان کمترین میزان اندازه گیری دز بدست آورد.