Προσομοίωση φορητού ανιχνευτή Γερμανίου με τη μέθοδο Monte Carlo για τον υπολογισμό της ροής της γ-ακτινοβολίας Διπλωματική Εργασία Κυριανάκης Γεώργιος ΑΕΜ : 3926 Επιβλέπων : Καθηγητής Α.Κλούβας

γ – φασματοσκοπία Η πιο διαδεδομένη μέθοδος μέτρησης γ-ακτινοβολίας Ιδιαίτερης σημασίας είναι η επί τόπου (in situ) φασματοσκοπία Αναπτύχθηκε με τη χρήση των ανιχνευτών γερμανίου

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας Προσομοίωση φορητού ανιχνευτή υπερκαθαρού Γερμανίου (HPGe) με τη μέθοδο Monte Carlo Υπολογισμός της ενεργειακής κατανομής της ροής των φωτονίων από φάσματα in situ (επί τόπου) γ-φασματομετρίας

Τυπικό φάσμα γ-ακτινοβολίας

Ανιχνευτές υπερκαθαρού Γερμανίου (HPGe) Χρησιμοποιούν κρυστάλλους Γερμανίου υψηλής καθαρότητας (προσμίξεις τάξης άτομα/cm 3 ) Χαρακτηριστικά – Πολύ καλή διακριτική ικανότητα – Δυνατότητα θέρμανσης του κρυστάλλου – Σχετικά μικρός όγκος του δοχείου υγρού αζώτου – εύκολη μεταφορά – Μικρή απόδοση σε σχέση με τον ανιχνευτή NaI

Άλληλεπιδράσεις γ-ακτινοβολίας με την ύλη Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Ολική απορρόφηση – εξαφάνιση προσπίπτοντος φωτονίου Εκπομπή φωτοηλεκτρονίου Σκέδαση Compton Πρόσπτωση φωτονίου σε ηλεκτρόνιο και αλλαγή της αρχικής του κατεύθυνσης Δίδυμη γένεση Δημιουργία ζεύγους ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου Σύντηξη του ποζιτρονίου με ηλεκτρόνιο και παραγωγή δύο φωτονίων

Επίδραση του μέγεθος του ανιχνευτή στη μορφή του φάσματος Μικροί ανιχνευτές

Επίδραση του μέγεθος του ανιχνευτή στη μορφή του φάσματος Μεσαίοι ανιχνευτές

Επίδραση του μέγεθος του ανιχνευτή στη μορφή του φάσματος Μεγάλοι ανιχνευτές

Μέθοδος Monte Carlo Στοχαστική προσομοίωση με την επιλογή τυχαίων αριθμών Δειγματοληψία από τις συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας Εφαρμογή σε πολύπλοκα γεωμετρικά συστήματα Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας MCNP4a

Προσομοίωση Ανιχνευτή

Διαδικασία προσομοίωσης Προσδιορισμός απόδοσης – Πειραματική μέτρηση με πηγή 152 Eu σε απόσταση 4m από τον ανιχνευτή – Προσομοίωση με επίπεδη πηγή στο μπροστινό παράθυρο του ανιχνευτή

Διαδικασία προσομοίωσης Μεταβολή της νεκρής ζώνης για τη σύμπτωση των καμπύλων απόδοσης προσομοίωσης και μετρήσεων

Διαδικασία προσομοίωσης Προσομοίωση πειραματικού φάσματος 137 Cs

Θεώρηση μεταβατικής περιοχής μετά τη νεκρή ζώνη με αυξανόμενη απόδοση στη συλλογή φορτίων Δημιουργία μεταβατικής περιοχής δέκα(10) ζωνών Εύρεση μίας συνάρτησης μετάβασης Διαδικασία προσομοίωσης

Πορεία της προσομοίωσης Εξομάλυνση αιχμών με χρήση “βηματικής” συνάρτησης

Καθαρισμός φάσματος Προσομοίωση φασμάτων για ενέργειες από τα 50 έως τα 2050 keV Επεξεργασία προσομοιωμένων φασμάτων Χρήση προγράμματος καθαρισμού (γλώσσα Fortran)

Υπολογισμός ενεργειακής ροής των φωτονίων Χρήση της απόδοσης του ανιχνευτή (cpm/φωτόνια cm -2 sec -1 )

Συμπεράσματα Εύκολη χρήση του κώδικα MCNP Δυνατότητα γρήγορης αλλαγής των χαρακτηριστικών του μοντέλου του ανιχνευτή, αλλάζοντας το αρχείο εισόδου του MCNP Αδυναμία καλής αναπαραγωγής κάποιων περιοχών του φάσματος Χρονοβόρα διαδικασία για την δημιουργία των τελικών φασμάτων για τον καθαρισμό Θεωρήθηκε απαραίτητη η εισαγωγή μεταβατικής περιοχής για την καλύτερη προσομοίωση των πειραματικών φασμάτων Γενικά, καλός καθαρισμός του φάσματος