پایان نامه > کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود > فيزیک و مهندسی هسته ای > مقطع دکتری > سال 1398
پدیدآورندگان:
هدی علویان [پدیدآور اصلی]، حسین توکلی عنبران[استاد راهنما]
چکیده: سرب و مواد بر پایه ی سرب به طور متداول به عنوان حفاظ در برابر پرتوهای X و تابش گاما در محیط های در معرض تابش مود استفاده قرار می گیرند. سمیت این ماده سبب شده است که در دراز مدت اثرات جبران ناپذیری بر سلامت محیط و افراد داشته باشد. از این رو، در دهه ی گذشته تلاش قابل توجهی برای معرفی جایگزین مناسب برای این ماده صورت گرفته است. با وجود این که فلزاتی مانند تنگستن و بیسموت به دلیل عدد اتمی بالا انتخاب های مناسبی برای جایگزینی سرب به حساب می آیند، مطرح شدن پارامترهای دیگری از قبیل انعطاف پذیری، کارایی، پایداری شیمیایی، قدرت مکانیکی، پایداری حرارتی، هزینه ی ساخت پایین، و وزن کم آن ها توجه مطالعات را به دسته ی جدیدی از مواد با عنوان کامپوزیت‏ها معطوف داشته است. کامپوزیت های فلز- پلیمر گروه جدید از مواد پیشرفته هستند که اثربخشی آن ها در زمینه ی حفاظ ‎گذاری تابش هم به صورت تجربی و هم به صورت تئوری به اثبات رسیده است. با استفاده از کد مونت کارلوی MCNPX، روشی بهبود یافته برای مدل سازی شبکه ی پلیمر تقویت شده با ذرات پرکننده ارائه شد که قادر به بررسی اثر همزمان اندازه و کسر وزنی ذرات در بهبود توانایی این دسته از مواد در تضعیف تابش گاما و پرتوی X با حفظ همگنی ساختار می باشد. در مطالعه ی حاضر، به منظور تقویت ساختار پلیمرها از ذرات فلزی و اکسید فلزی استفاده شد که چنین محصولی پتانسیل بالایی در استفاده به عنوان حفاظ فوتون ها دارد. از فلزات سرب (Pb)، تنگستن (W)، روی (Zn)، و تیتانیم (Ti) و اکسیدهای آن ها شامل مونوکسید سرب (PbO)، تری اکسید تنگستن (WO3)، مونوکسید روی (ZnO)، و دی اکسید تیتانیم (TiO2) به صورت ماکروساختارها و همچنین به صورت میکروذرات و نانوذرات در تقویت کامپوزیت های شبکه پلیمر استفاده شد. در راستای یافتن هندسه ی مناسب از روش های کاهش واریانس استفاده شد. سپس، به منظور اطمینان از روش شبیه سازی، محاسبات ضرایب انباشت برای ماکروساختارهای فلزات و اکسیدهای فلزات فوق مورد مطالعه قرار گرفت و با مطالعات پیشین مقایسه شد. با توجه به این نتایج، برای افزایش دقت شبیه سازی و کاهش زمان اجرای برنامه، آشکارساز نقطه ای به عنوان خروجی مورد نظر انتخاب شد. در گام بعد، مدل سازی صورت گرفته برای ساختار پلی اتیلن سبک (LDPE) تقویت شده با ذرات فلزات Pb، W، Zn، و Ti در اندازه ها (nm100-μm100) و کسرهای وزنی (wt% 25-1) انجام شد و پارامترهای حفاظ شامل ضریب تضعیف جرمی (μ/ρ)، مسافت آزاد میانگین (mfp)، ضریب عبور (T)، و ضریب انباشت (B) برای این ساختارها محاسبه شد. با استفاده از اختلاف نسبی میان مقادیر حاصل از استفاده از نانوساختارها در مقابل میکروساختارها، اثر اندازه و اثر کسر وزنی ذرات در تضعیف پرتوها مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که اثر کسر وزنی در اندازه های کوچک تر ذرات کم اهمیت تر است و با بزرگ تر شدن اندازه ی ذرات اثر کسر وزنی مهم تر می شود. به عنوان آخرین بخش از کار محاسبات، مدل سازی تئوری در یک هندسه ی خوب برای ساختارهای LDPE تقویت شده با نانوذرات و میکروذرات اکسیدهای فلزی PbO، WO3، ZnO، و TiO2 صورت گرفت و بررسی مقایسه ای و جامعی بر روی پارامترهای حفاظ گذاری شامل ضریب تضعیف جرمی (μ/ρ)، مسافت آزاد میانگین (mfp)، ضخامت نیم لایه (HVL)، عدد اتمی موثر (Zeff)، چگالی الکترونی موثر (Ne)، ضریب عبور (T)، و ضریب انباشت (B) انجام گرفت. با تکیه بر اندرکنش های فوتون- ماده در بازه های انرژی های مختلف مشخص شد که این ساختارهای توانایی تضعیف پرتوها تا 98%~ در بازه ی انرژی های پایین را دارند. در مرحله ی بعد، بررسی تجربی ساختارهای رزین اپوکسی (Epoxy Resin) تقویت شده با نانوذرات Pb، Zn، Ti، PbO، ZnO، و TiO2 برای چشمه های 241Am، 137Cs، و 60Co با تکیه بر اثر کسر وزنی (wt% 25 و 5) و اثر اندازه (تنها برای ذرات Pb) انجام گرفت. ضرایب انباشت و ضرایب عبور این ساختارها با استفاده از تحلیل سطح زیر فوتوپیک ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که سرب و اکسید سرب هم به صورت ماکروساختار و هم با عنوان میکروذرات و نانوذرات در تقویت ساختار کامپوزیت بهترین عملکرد را در تضعیف تابش گاما دارند. با این حال، استفاده از نانوذرات سایر مواد بویژه در کسرهای وزنی بالا عملکرد مناسبی را در حفاظ گذاری تابش‎های گاما نشان داد. در نهایت، لازم است خاطر نشان شود که این مواد در ضخامت های بررسی شده (200<mm) تنها در بازه ی انرژی های پایین عملکرد قابل توجهی را نشان دادند.
کلید واژه ها (نمایه ها):
#کامپوزیت های فلز- پلیمر #حفاظ گذاری گاما #اثر اندازه #اثر کسر وزنی #شبیه سازی مونت کارلو #اندازه گیری تجربی

دانلود چکیده

محل نگهداری: کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود
یادداشت: حقوق مادی و معنوی متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود می باشد.
تعداد بازدید کننده:
پایان نامه های مرتبط (بر اساس کلیدواژه ها)