مطالعه‌ی خودجذبی نمونه‌های محیطی در طیف‌نمایی گاما

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ی علوم و فن آوری نوین، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی: 73441-81746، اصفهان ـ ایران

2 دانشکده ی فیزیک، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی: 73441-81746، اصفهان ـ ایران

3 پژوهشکده‌ی تحقیقات و توسعه‌ی رآکتورها و شتاب‌دهنده‌ها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، صندوق پستی: 1589-81465، اصفهان ـ ایران

چکیده

آشکارساز HPGe دانشگاه اصفهان به کمک کد محاسباتی MCNP شبیه‌سازی و تابع پاسخ آن تعیین شد. سپس برنامه‌ی شبیه‌سازی شده برای چشمه‌‌های حجمی مارینلی با ترکیب‌ها و چگالی‌های مختلف (3 g/cm2-8/0=ρ، 90-10=z) اجرا شد. هم‌چنین طیف‌نمایی با آشکارساز مذکور، در آزمایشگاه برای نمونه‌های حجمی مارینلی با درصدهای خودجذبی متفاوت به انجام رسید. سپس با جمع‌آوری و مقایسه‌ی نتایج، چگونگی اثرات چگالی و ترکیب نمونه‌ها بر میزان خودجذبی در طیف‌های گاما، برای چشمه‌های مارینلی بحث و بررسی و برای هر دو حالت تجربی و شبیه‌سازی، نمودار سطح بازده برحسب انرژی پرتو گاما و چگالی نمونه رسم شد. با مقایسه‌ی نتایج تجربی و شبیه‌سازی توانمندی روش شبیه‌سازی برای محاسبه‌ی بازده برحسب دو پارامتر انرژی و چگالی تأیید شد. این روند می‌تواند برای تولید منحنی بازده مناسب، برای هر چگالی نمونه به کار برده شده و سبب کاهش تعداد استاندارد مورد نیاز در آزمایشگاه و هزینه‌های مربوطه شود. علاوه بر آن مشاهد شد که در مسأله‌ی خودجذبی، چگالی نسبت به نوع ترکیب، اثر بیش‌تری دارد و بر خودجذبی کل گستره‌ی ‌انرژی مورد مطالعه تأثیرگذار است، در حالی که تأثیر نوع ترکیب، تنها در گستره‌ی انرژی‌های کم‌تر از keV400 است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Self-Absorption in Gamma-Ray Spectroscopy of Environmental Samples

نویسندگان [English]

  • Mahboobeh Lotfi 1
  • Seyed Mojtaba Mostajaboddavati 2
  • Behzad Teymouri Sichani 3
چکیده [English]

 HPGe detector has been simulated by using MCNP code, and the detector response has been determined. Monte Carlo simulations have been performed for different elemental composition and density as environmental Marinelli samples (z =10-90, ρ = 0.8-2 g/cm3). Likewise, more experiments were carried out in the laboratory scale using five samples with different self-absorption albeit with the same detector described previously. The effects of source elemental composition and density on the self-absorption in gamma-ray spectroscopy of environmental Marinelli samples are discussed. For both cases of experimental and simulated studies a surface plot of the efficiency vs gamma-ray energy and sample density has been calculated for the said detector. By comparing the results upon applying, two methods show that the simulation method has been successful leading to efficiency as a function of both gamma-ray energy and sample density. The same surface can be used to derive an efficiency curve for any sample density within the calibrated range of densities. Also, it is possible to use this three-dimensional curve to reduce the number of calibration standards of different required densities, where it leads to reducing the laboratory operating costs. The results showed that the sample density was more important than the composition in self-absorption problem. In addition, the effects of the sample density on self-absorption in all range of the energy under the study are visible, but the chemical composition effects appear only for the E 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gamma Spectroscopy
  • Environmental Samples
  • Self-Absorption
  • MCNP
  • HPGe

1. S.D. Mora, M.R. Sheikholeslami, E. Wyse, S. Azemard, R. Cassi, An Assessment of Metal Contamination in Coastal Sediments of the Caspian Sea, Marine Pollution Bulletin, 48 (2004) 61-77.

2. K. Froehlich, K. Rozanski, P. Povinec, B. Oregioni, J. Gastaud, Isotope Studies in the Caspian Sea, The Science of the Total Environment, 237/238 (1999) 419-427.

3. F. Jana, Uranium Contamination of the Aral Sea, Marine Systems, 76 (3) (2009) 322-335.

4. M. Mostajaboddavati, S. Hassanzadeh, H. Faghihian, M.R. Abdi, M. Kamali, Efficiency Calibration and Measurement of Self-Absorption Correction for Environmental Gamma_ Spectroscopy of Soil Samples Using Marinelli Beaker, Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 268 (3) (2006) 539-544.

5. I.J. Bostock, T.D. Taulbee, Automated Efficiency Calibration of HPGe Spectrometers for in-Vitro Soil Samples, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 422 (1-3) (1999) 812-816.

6. M.A. Mohammadi, M.R. Abdi, M. Kamali, M. Mostajaboddavati, M. Zare, Evaluation of HPGe Detector Efficiency for Point Sources Using Virtual Point Detector Model, Applied Radiation and Isotopes, 69 (2) (2010) 521-526.

7. G.L. Molnar, Zs. Revay, T. Belgya, Wide Energy Range Efficiency Calibration Method for Ge Detectors, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 489 (2002) 140-159.

8. I. Vukasinovic, D. Todorovic, D. Popovic, The Dependence of Ge Detectors Efficiency on the Density of the Samples in Gamma-Ray Spectrometry, Nuclear Technology & Radiation Protection, 22 (2007) 58-63.

9. P. Jodlowski, Self-Absorption Correction in Gamma-Ray Spectrometry of Environmental Samples an Overview of Methods and Correction Values Obtained for the Selected Geometries, Faculty of Physics and Applied Computer Science, 51 (2006) S21-S25.

10. Z.B. Alfassi, N. Lavi, The Dependence of the Counting Efficiency of Marinelli Beakers for Environmental Samples on the Density of the Samples, Applied Radiation and Isotopes, 63 (2005) 87-92.

11. S. Harb, K.S. Din, A. Abbady, Study of Efficiency Calibrations of HPGe Detectors for Radioactivity Measurements of Environmental Samples, Environmmental Physics Conference, Aswan, Egypt (2008).

12. M.J. Vargas, A.F. Timon, N.C. Dıaz, D.P. Sanchez, Monte Carlo Simulation of the Self-Absorption Corrections for Natural Samples in Gamma-Ray Spectrometry, Applied Radiation and Isotopes, 57 (2002) 893-898.

13. F.L. Melquiadesa, C.R. Appoloni, Self-Absorption Correction for Gamma Spectrometry of Powdered Milk Samples Using Marinelli Beaker, Applied Radiation and Isotopes, 55 (2001) 697-700.

14. M.R. Abdi, M. Mostajabodaavati, I. Jabari, A. Ebrahimi, Simulation of HPGe Detector and Determination of Dead Layer and Active Region Using MCNP Code, Department of Physics, University of Isfahan, Isfahan, (2010).

15. J. Bosona, G. Agren, L. Johansson, A Detailed Investigation of HPGe Detector Response for Improved Monte Carlo Efficiency Calculations, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 587 (2008) 304-314.

16. B.P. Mohanty, P. Balouria, M.L. Garg, T.K. Nandi, V.K. Mittal, I.M. Govil, Comparison of Experimental and Theoretical Efficiency of HPGe X-Ray Detector, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 584 (2008) 186-190.

17. N.Q. Huy, The Influence of Dead Layer Thickness Increase on Efficiency Decrease for a Coaxial HPGe P-Type Detector, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 621 (1-3) (2010) 390-394.

18. C.M. Salgadoa, C.C. Conti, P.H. Becker, Determination of HPGe Detector Response Using MCNP5 for 20-150 keV X-Ray, Applied Radiation and Isotopes, 64 (2006) 700-705.

19. Saıdou, F. Bochud, J.P. Laedermann, T. Buchillier, K.N. Moıse, P. Froidevaux, Calibration of an HPGe Detector and Self-Attenuation Correction for 210Pb: Verification by Alpha Spectrometry of 210Po in Environmental Samples, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 578 (2007) 515-522.

20. M. Lotfi, M. Mostajaboddavati, B. Timuri Sichani, Introducing Virtual Point Source Equivalent to Marinelli Beakers for Obtaining Detector Efficiency, In Faculty of Advanced Science and Technologies, Department of Nuclear Engineering, University of Isfahan: Isfahan (2012) 88-95.