امروزه در مراکز تحقیقاتی بررسی نمونه های محیطی از نظر پرتوزایی برای تشخیص میزان سلامت محیط زیست مورد توجه قرار گرفته است. برای تعیین مواد پرتوزا و فعالیت آن ها در این نمونه ها نیاز به چشمه های مرجع است. این چشمه ها بسته به نوع نمونه با استانداردهایی تولید می شوند. یکی از ابزارهای اساسی و دقیق در تعیین مواد پرتوزا و فعالیت آن ها به ویژه فعالیت های ضعیف در نمونه های محیطی، آشکارساز HPGe می باشد. برای تعیین این مواد پرتوزا و فعالیت آن ها در نمونه های محیطی لازم است ابتدا آشکارساز توسط چشمه های مرجع و استاندارد که همجنس و همشکل با نمونه های محیطی و مجهول می باشند، درجه بندی شده و بازده آشکارساز در گستره ی قابل ملاحظه ای از انرژی که مورد نیاز است محاسبه گردد. دقیق ترین روش برای تعیین بازده آشکارساز، اندازه گیری تجربی با استفاده از چشمه های مرجع و استاندارد است. با توجه به زمانبر بودن و در بعضی موارد مشکل بودن این روش، استفاده از روش شبیه سازی برای تخمین بازده آشکارساز که در زمان کم و با دقت خوب همراه است، ارزشمند است. در قسمت اول این پژوهش بازده آشکارساز برای چشمه ی حجیم استاندارد خاکی به دو روش تجربی و شبیه سازی برای بازه ی انرژی keV 121 تا keV 1408 تعیین گردیده است. در محاسبه ی بازده به روش شبیه سازی از کد مونتکارلوی MCNP استفاده شد که نتایج آن سازگاری نسبتاً خوبی با نتایج تجربی داشت. در قسمت دوم با استفاده از این بازده ها و خروجی شبیه سازی و همچنین داده های تجربی، فعالیت یوروپیوم و سزیوم چشمه ی حجیم که براساس آن ها این چشمه استاندارد شده است را توسط چشمه ی نقطه ای یوروپیوم محاسبه و نشان داده شد که می توان از یک چشمه ی نقطه ای نیز برای تعیین فعالیت رادیونوکلئیدهای معلوم با فعالیت نامشخص در نمونه های حجیم محیطی، استفاده کرد.

یکی از مهم ترین ابزار در طیف سنجی اشعه گاما، اشکارساز HPGe می باشد. مفهوم اشکارساز نقطه ای مجازی برای اشکارساز Ge(Li) مطرح شد. براساس این مفهوم، نقطه ای درون اشکارساز ژرمانیومی وجود دارد که می تواند به عنوان اشکارساز نقطه ای مجازی همه واکنش ها را میزبانی کند. اگر واقعا چنین نقطه ای وجود داشته باشد که بتواند همانند زمانی که کل حجم اشکارساز در نظر گرفته می شود، پاسخگو باشد، ملاحظات هندسی مورد استفاده در کالیبراسیون اشکارساز بسیار ساده خواهد شد. این ساده سازی به خصوص در اندازه گیری اکتیویته بخش عظیمی از نمونه ها با اهمیت است. در این پژوهش، با ساخت چشمه های فیلتر کاغذی، به ارزیابی وابستگی مکان اشکارساز نقطه ای مجازی برای اشکارساز HPGe تخت در محدوده انرژی فوتون keV 661-13می پردازیم.

طیف بینی گاما برای چشمه های استاندارد مارینلی حاوی خاک، در چگالی های مختلف ( (1.5g cm-3-1با استفاده از آشکارساز HPGe انجام شد. طیف های حاصل به کمک نرم افزارهای مربوط تحلیل و سپس منحنی بازده- انرژی برای هر نمونه رسم شد. بازده های محاسبه شده در چگالی های مختلف با بازده نمونه مرجع مقایسه شده، ضریب های تصحیح خودجذبی برای چگالی های متفاوت، در گستره انرژی 1408keV-59 به دست آمد. ضریب های تصحیح به دست آمده، در محاسبه پرتوزایی نمونه های مجهول با موفقیت به کار گرفته شد.

فوتون های پرانرژی (10 تا 20 مگاولت) ناشی از شتاب دهنده پزشکی در اتاق درمان رادیوتراپی باعث تولید نوترون در آن محیط می شود. نوترون های تولید شده توسط مواد مختلف موجود در شتاب دهنده و مواد اطراف و حتی بدن بیمار جذب شده و آن ها را رادیواکتیو می کند. تابش نوترون و گامای ناشی از رادیوایزوتوپ های تولید شده در اتاق درمان برای رادیوتراپیست ها که به طور متناوب رفت و آمد زیادی به اتاق درمان دارند ممکن است ریسک پرتوگیری داخلی علاوه بر پرتوگیری خارجی داشته باشد. در این تحقیق بعد از اکسپوز پرتو ایکس با انرژی 18 مگاولت توسط شتاب دهنده پزشکی (مدل Varian C/D2300) با استفاده از یک آشکارساز ژرمانیم فوق خالص قابل حمل زیر هد اصلی شتاب دهنده طیف نگاری انجام شد و 19 رادیوایزوتوپ در شتاب دهنده و مواد اطراف آن شناسایی شد.

آشکارسازهای ژرمانیومی فوق خالص (HPGe) زیر شاخه ای از آشکارساز های نیمههادی هستند که به دلیل قدرت تفکیک بالا، زمان مرده کوچک، عدم محدودیت در ابعاد و سازگار بودن با انواع محیطها، در سطح گستردهای از تکنولوژی هستهای، از صنعت فضا گرفته تا پزشکی هسته ای مورد استفاده قرار میگیرند. بازده(ذاتی و همچنین مطلق) آشکارساز HPGe که تابع هندسه سیستم چشمه – آشکارساز و هم چنین انرژی اشعه گاما میباشد یک فاکتور مهم در تعیین فعالیت چشمههای پرتوزا به شمار میرود که با تغییر هر یک از عوامل فوق الذکر بازده نیز تغییر میکند و نیازمند اندازهگیریهای مجدد خواهد بود. یکی از راههای سادهتر تعیین فعالیت چشمههای پرتوزا استفاده از بازده ذاتی نقطه مجازی است. نقطه مجازی نقطهای است فرضی که میزبان تمامی واکنشها درون آشکارساز است. هدف در انجام این پژوهش تعیین نقطهی مجازی آشکارساز HPGe مدلGMX 40P4-76 و تعیین بازدهی نقطه مجازی برای این آشکارساز است. برای این کار ابتدا با استفاده از سیستم طیفسنجی HPGe طیف اشعه گامای گسیل شده از یک چشمه یوروپیوم را در فواصل مختلف چشمه – آشکارساز به طور تجربی به دست آوردیم و سپس با استفاده از روش شبیهسازی مونت کارلو(کد MCNPX) سیستم طیفسنجی را شبیهسازی کردیم. در این پژوهش در مرحلهی اول به تعیین فاصله نقطهی مجازی به دو روش تجربی و شبیهسازی برای بازهی انرژی keV 121 تا keV 1408 پرداخته شد که در محاسبه بازده به روش شبیهسازی از کد مونت کارلو MCNPX استفاده شد و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه شدند که سازگاری خوبی داشتند. در مرحلهی دوم با استفاده از نقطهیمجازی به محاسبهی بازدهینقطهیمجازی برای آشکارسازHPGe پرداختیم و نشان داده شد که این بازدهی برای یک انرژی در فواصل مختلف نوسانات کمی دارد یا به عبارتی بازدهی نقطهی مجازی در فواصل مختلف برای یک انرژی، یکسان به دست میآید و با داشتن آن(بازدهی نقطه مجازی)محاسبه فعالیت چشمههای نامعلوم آسانتر است چراکه وابستگی به فاصله از بین رفته است و در فواصل مختلف نیازمند اندازهگیری مجدد نخواهیم بود.

یکی از پارامترهای مهم در استفاده از آشکارسازهای ژرمانیومی فوق خالص HPGe)) بازده آشکارساز است که به هندسه و عوامل جذبی بستگی دارد، به طوری که با تغییر پیکربندی در هندسه چشمه-آشکارساز، نیاز به اندازه گیری مجدد بازده آشکارساز است. دقیق ترین راه برای تعیین بازده آشکارساز، اندازه گیری تجربی و استفاده از چشمه های استاندارد است. با توجه به مشکل دسترسی به چشمه های استاندارد و در عین حال زمان بر بودن این روش، استفاده از روش شبیه سازی برای تخمین بازده آشکارساز که در زمان کم و با دقت خوب همراه است، ارزشمند است. در این پژوهش، شبیه سازی مونت-کارلو برای به دست آوردن ضخامت لایه مرده و بازدهی قله تمام-انرژی آشکارساز HPGe با استفاده از کد کامپیوتری MCNPX انجام شد. برای این کار چشمه های مختلف را در فاصله های مشخص از آشکارساز قرار داده و طیف های تجربی به دست آمده ذخیره شدند. سپس طیف حاصل از چشمه ها مطابق با وضعیت و شرایط آزمایشگاه، با استفاده از کد شبیه سازی شدند. در اجرای اولیه، کل حجم بلور ژرمانیوم به عنوان حجم فعال آشکارساز در نظر گرفته شد و با این فرض طیف به دست آمده از محاسبات انجام شده با طیف تجربی مقایسه گردید. مقایسه طیف محاسبه شده با طیف حاصل از آزمایش اختلاف قابل توجهی را نشان می داد. پس از آن، سعی شد با ایجاد تغییرات اندک در ضخامت لایه مرده آشکارساز (در حدود چندین صدم میلی متر) در برنامه شبیه سازی و برازش منحنی شبیه سازی شده با منحنی تجربی، حجم فعال بلور مشخص شود که به این ترتیب یک لایه مرده به ضخامت mm 57/0 برای لایه مرده آشکارساز به دست آمد. سپس با لحاظ کردن این ضخامت لایه مرده در برنامه شبیه سازی بازده قله تمام-انرژی برای انرژی های مختلف و فاصله های مختلف چشمه تا آشکارساز به هر دو روش تجربی و شبیه سازی تعیین شدند که مطابقت خوبی داشتند. بنابراین می توان گفت با استفاده از کد MCNP و لحاظ کردن مشخصات دقیق سیستم اندازه گیری در برنامه ورودی کد می توان بازده یک آشکارساز HPGeرا در شرایط مختلف هندسه نمونه-آشکارساز با دقت خوبی بدون نیاز به انجام آزمایش محاسبه کرد.