چکیده

1- مقدمه امروزه، نقش اشعه در زندگی روزمره انسان‌ها غیر قابل انکار است. علاوه بر انسان‌ها، حیوانات نیز به دلیل افزایش سطح استفاده از تکنولوژی های مدرن در زندگی بشر و پیشرفت‌های روز افزون بشری، در معرض تابش‌های فراوانی در محیط زندگی‌شان قرار می‌گیرند. بنابراین، هدف اصلی از محافظت در برابر اشعه، حفاظت از تمامی موجودات زنده است. بدین منظور، حفاظ گذاری و تعبیه حفاظ برای کاهش آسیب‌های ناشی از اشعه‌ها، بسیار ضروری می‌باشد. خواص حفاظتی مناسب بتن در برابر پرتوها باعث شده است که این ماده، به طور وسیعی برای حفاظ گذاری در نیروگاه‌های هسته‌ای، شتاب‌دهنده‌های ذرات، راکتورهای تحقیقاتی، سلول‌های داغ آزمایشگاهی و امکانات پزشکی در نظر گرفته شود. بتن، علاوه بر دارا بودن خواص حفاظتی مناسب، یک ماده نسبتاً ارزان قیمت به‌حساب می‌آید که به ‌راحتی می‌توان مواد تشکیل دهتده آن را تهیه و کنترل نمود و به شکل‌های پیچیده تبدیل کرد. بتن، مخلوطی از عناصر سبک، مانند هیدروژن و عناصر سنگین، مانند آهن است. از این رو، دارای خواص هسته ای خوبی برای تضعیف فوتون ها و نوترون ها می باشد. لذا می توان گفت ویژگی های محافظتی بتن، می تواند با طیف وسیعی از کاربردهای گوناگون، سازگاری برقرار کند [1]. هنگامی که بتن به عنوان یک حفاظ تابشی مورد استفاده قرار می گیرد، باید مواد تشکیل دهنده آن به گونه ای باشند که بتوانند هر دو تابش گاما و نوترون را تضعیف نمایند. در بتن، برای انرژی اشعه گاما در محدوده یک تا ده مگا الکترون ولت، میرایی تقریباً به طور کامل، ناشی از جذب و پراکندگی کامپتون است. در انرژی بیش از 10 مگا الکترون ولت، روند تولید جفت اهمیت بیشتری پیدا می کند. برای ضخامت مشابه فولاد و بتن، پرتوهای گاما تقریباً متناسب با تراکم مواد ضعیف می شوند [2]. برای رسیدن به میزان مناسبی از تضعیف تشعشع، انتخاب مواد و افزودنی های مناسب در ترکیبات بتن، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است [3]. تا کنون، مطالعات بسیاری بر روی ضریب تضعیف انواع بتن ها و تاثیر افزودن مواد مختلف، بر مقدار ضریب تضعیف بتن انجام شده است که از جمله آن ها، می توان به پژوهش تکین و همکارانش (2017) اشاره کرد. در این پژوهش، ضریب تضعیف بتن معمولی با درصدهای مختلف اکسید سرب و تری اکسید تنگستن بدست آمده است [4]. در این پژوهش، قصد داریم با استفاده از کد MCNPX، اکسیدهای مختلف را تحت عنوان مواد افزودنی به بتن های مختلف اضافه کنیم و ضریب تضعیف بتن های جدید را به دست آوریم. 2- روش انجام تحقیق ضریب تضعیف، یکی از مهمترین پارامترها برای توصیف نفوذ و انتشار پرتو در ماده است. ضرایب تضعیف مواد، با توجه به قانون Beer- Lambert که به صورت معادله (1) نشان داده شده است، تعیین می شوند [4]: I=I0e-ux (1) برای شبیه سازی اهداف، طراحی حفاظ و فعل و انفعالات تابش با ماده می توان از بسته های مونت کارلو FLUKA، GEANT4، MCNP، MARS یا PHITS استغاده نمود [5]. در این پژوهش، برای محاسبه ضریب تضعیف ماده حفاظ، از کد محاسباتی MCNPX [6] که یک کد مونت کارلو ترابرد تابش است و برای ردیابی انواع ذرات درطیف وسیعی از انرژی طراحی شده، استفاده شده است. هندسه آزمایش، به صورت یک استوانه، پر از هوای خشک می باشد که درون آن، یک چشمه دیسکی تک انرژی در مقابل پنج لایه از بتن که هر یک 10 سانتی متر ضخامت دارند، قرار گرفته است. نمای دو و سه بعدی هندسه آزمایش، که توسط نرم افزارMCNPX VISUAL EDITOR [7] نگاشته شده است، در شکل 1 قابل مشاهده می باشد. ابتدا سه نوع بتن مختلف، بر اساس مواد تشکیل دهنده آن ها که در جدول 1 آورده شده است، شبیه سازی شده اند. سپس، ضریب تضعیف برای هر یک از این بتن ها، برای انرژی keV662، بر اساس شار عبوری از سطوح، بدست آمد که در جدول 2 قابل مشاهده می باشد. جدول1: انواع بتن، چگالی و درصد جرمی مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها [8] بتن معمولی آهن-لیمونت Mo چگالی (gr/cm3) 3/2 4/4 5/5 H 0.0221 0.0005 005/0 C 0.002484 - - O 0.574930 0.179910 06/0 Na 0.015208 - - Mg 0.001266 0.001999 0.037 Al 0.019953 0.004998 - Si 0.304627 0.013993 - S - 0.001 - Cl - - 0.013 K 0.010045 - - Ca 0.042951 0.060970 - Mn - 0.015992 0.004 Fe 0.006435 0.720640 0.881 جدول2: ضرایب تضعیف بتن های مورد استفاده برای انرژی keV 662 چشمه ضریب تضعیف انواع بتن 0.164 بتن معمولی 0.288 آهن-لیمونت 0.297 Mo شار عبوری بر حسب ضخامت برای هر یک از مخلوط ها نیز در شکل 2 نشان داده شده است. 3- نتایج و بحث با توجه به نتایج به دست آمده، اکسید تالیم و اکسید سرب به ترتیب بهترین روند تضعیف و بزرگترین ضریب تضعیف را دارند که دلیل آن، می‌تواند بالا بودن چگالی آن‌ها نسبت به سایر مواد باشد، همچنین با افزایش ضخامت، شار عبوری به‌صورت نمایی کاهش پیدا می‌کند. از اطلاعات به‌دست‌آمده به خوبی می‌توان برای انتخاب بتن مورد نظر تصمیم گرفت. از بین بتن‌ها نیز، بتن Mo به دلیل فراوانی آهن در ترکیباتش، چگالی بالاتری دارد که ترکیب آن با اکسیدهای سرب و تالیم، می‌تواند بتن مناسب‌تری برای محافظت در برابر تابش‌های فوتونی در اختیار ما قرار دهد. مراجع [1] Kaplan, Maurice F. "Concrete radiation shielding."(1989). [2] Copeland, L.E., Kanto, D.L., and Verbeck, G.J., “ Chemistry of Hydration of Portland Cement”, Proceedings of the Symposium: Chemistry of Cement, Washington, V. 1, 1960, pp. 429- 431. [3] M. Medhat, An Investigation of Some Properties of Heavy Weight Concrete Mixes in Egypt, HPRC Journal, 1990. [4] Tekin, H. O., et al. "Shielding properties and effects of WO3 and PbO on mass attenuation coefficients by using MCNPX code." Dig J Nanomater Biostruct 12.3 (2017): 861-7 [5] Ferrari, A., et al. FLUKA: A multi-particle transport code, CERN-2005-010. tech. rep., SLAC, 2011. [6] Pelowitz, Denise B. "MCNPXTM user’s manual." Los Alamos National Laboratory, Los Alamos (2005). [7] Carter, L. L., and R. A. Schwarz. MCNP Visual Editor Computer Code Manual. No. WHC-SD-GN-SWD-30005. Westinghouse Hanford Co., Richland, WA (United States), 1995. [8] McConn, Ronald J., Christopher J. Gesh, Richard T. Pagh, Robert A. Rucker, and Robert Williams III. Compendium of material composition data for radiation transport modeling. No. PNNL-15870 Rev. 1. Pacific Northwest National Lab.(PNNL), Richland, WA (United States), 2011

کليدواژه ها

ضریب تضعیف بتن، تابش های فوتونی، کدMCNPX ، حفاظ های هسته ای

کد مقاله / لینک ثابت به این مقاله

برای لینک دهی به این مقاله، می توانید از لینک زیر استفاده نمایید. این لینک همیشه ثابت است :

نحوه استناد به مقاله

در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
عباس قاسمی زاد , 1400 , بررسی تاثیر افزودن اکسیدهای مختلف بر ضریب تضعیف بتن های متفاوت برای تابش های فوتونی با استفاده از کد محاسباتی MCNPX , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز