مقاله دزیمتری پرتوهای ناشی از بمب های هسته ای توسط ترمولو مینسانس (TLD)

دانلود مقاله دزیمتری پرتوهای ناشی از بمب های هسته ای توسط ترمولو مینسانس (TLD)

چکیده

بعضی از مواد در طبیعت وجود دارد که خاصیت نور دهی بر اثر گرما دارند. Mg: Lif  قرصی است که می تواند به عنوان یکی از مواد تشخیص دهنده در تشعشعات هسته ای ساطع شده در بمب هسته ای می باشد .

ما می توانیم به وسیله دستگاه TLD reatherوبا این قرص  میزان اثر دهی ان بر بدن انسانی که در مقابل این پرتو ساطع شده از انرژی هسته ای (که می تواند تشعشعات ساطع شده از بمب هسته ای باشد)قرار گرفته است   تشخیص دهیم و بفهمیم که این انسان چقدر پرتو (گاما و بتا و الفا ) دریافت کرده است .

کلمات کلیدی

ترمولومیسانس : یا نور گسیل شده از مواد عایق و نیمه هادی های پرتو دیده بر اثر حرارت دادن و یک پدیده ی مهم فیزیکی است .

 TLD ؛ تی ال دی ها مواد هستند که در اندازه میزان دز ناشی از بمب ها ی هسته ای و یا میزان دز ناشی از واکنش های هسته ای نقش اساسی ایفا می نمایند.

دزیمتری؛اندازه گیری میزان دز را گویند که بوسیله دستگاههای خاصی صورت می گیرد.

 بمب هسته ای؛نوعی بمب که در آن بجای استفاده از مواده متداول انفجاری از فرایند شکافت هسته اتمها برای ایجاد انرژی و حرارت جهت تخریب استفاده می شود.

ویژه هسته: یک هسته خاص با اعداد پروتونی (Z) و نوترونی (N) معین را گویند.

ایزوتوپ ها: ویژه هسته هایی با پروتون های یکسان و نوترون های مختلف را گویند.مثال:ایزوتوپ هیدروژن ۲۱H و ۳۱H می باشند.

ایزوتون ها: ویژه هسته هایی با نوترون برابر و پروتون مختلف را گویند.

ایزوبارها: ویژه هسته هایی با عدد جرمی A ی برابر (A=Z+N) را می گویند.

ایزومر: ویژه هسته هایی در حالت بر انگیخته با نیم عمر قابل اندازه گیری را ایزومر می نامند.

نوکلئون: ذرات تشکیل دهنده هسته) نوترون یا پروتون ) نوکلئون نام دارند.

مزون ها: ذراتی هستند با جرمی بین جرم الکترون و جرم پروتون. شناخته شده ترین مزون ها عبارتند از: مزون های پی که نقش مهمی در نیروهای هسته ای باز می کند و مزون های مو که در پدیده های پرتو کیهانی مهم است.

پوزیترون: الکترون با بار مثبت به عبارتی ذره ای با جرمی برابر جرم الکترون و باری برابر بار الکترون با علامت مثبت.

فوتون: کوانتوم تابش الکترومغناطیسی که معمولاً بصورت نور اشعه ایکس یا اشعه گاما ظاهر می شودبه عبارت دیگر کوچکترین ذرات سازنده نور فوتون ها هستند.

بتاترون: یک شتاب دهنده چرخه ای است این دستگاه شامل یک محفظه حلقوی بدون هوا است.که بین قطبهای یک الکترومغناطیس جای دارد یک چشمه الکترونی نیز داخل آن محفظه قرار گرفته است.

سوخت هسته ای پلوتنیم: یک عنصر شیمیائی یا عدد اتمی ۹۲ و جرم اتمی ۲۳۹ و یک فلز سمی است. به سادگی در هوا آتش می گیرد. کاربرد عمده پلوتونیم در راکتورهای هسته ای ، بمب های هسته ای ، چشمه ذره آلفا و اشعه گاما در پزشکی است.

کوانتا[۱]: در سال ۱۹۰۱ فیزیکدان معاصر آلمانی ماکس پلانک پیشنهاد نمود که در انتقالات فیزیکی و تاثیرات متقابل اتم های ماده ، انرژی بصورت مقادیر مجزا یا “بسته های” کوچک نشر یافته و یا جذب می شوند. در نتیجه مطابق این تئوری، انرژی دارای مقادیر پیوسته ای نمی باشد. این قسمتهای کوچک نام کوانتوم بخود گرفت .

لباسهای بادی[۲]: لباسهای مخصوص که برای کار در هوای آلوده به مواد رادیو اکتیو ) بخارهای گازها ، ذرات بسیار ریز) بکار می رود .

مهندسی هسته ای:شاخه ای از مهندسی مواد که انرژی هسته ای و نیز موارد استفاده از آن را برای احتیاجات کلی و دفاعی مطالعه و بررسی می کند.

 نوترنیو[۳]:ذراتی هستند خنثی که تشخیص و حتی به تله انداختن آنها خیلی مشکل است ضمن واپاشی بتای هسته های اتمی همراه الکترون یا پوزیترون گسیل می شود.

نیم عمر[۴]: یکی از مهمترین کمیت های مشخصه مواد رادیو اکتیو نیم عمر آنها می باشد و طبق تعریف مدت زمانی است که فعالیت چشمه به نصف مقدار اولیه می رسد .

راکتورهای هسته ای: وسیله که درآن واکنش شکافت زنجیری کنترل شده انجام می شود. راکتور هسته ای نام دارد. اورانیوم و پلوتونیم به عنوان سوخت هسته ای به کار می رود.

پرتوهای کیهانی:تابش های کیهانی عبارتست از ذرات مثبت تند (پروتون ها ) و شماری ذرات آلفا و هسته های دیگر ذرات اولیه. پرتوهای کیهانی دارای انرژی عظیم از مرتبه میلیارد الکترون ولت است گاهی این انرژی به مقادیر حیرت آور از مرتبه ۲۱ ev 10می رسد این پرتوها قادرند تا عمق اقیانوس ها و زمین هم نفوذ کنند.

جرم سکون[۵]: جرم یک ذره ای که سرعت آن صفر بوده و یا صفر می شود را جرم سکون گویند.

جرم بحرانی سوخت هسته­ای[۶]: جرم بحرانی برای انجام یک واکنش زنجیری شکست عبارتست از کمترین مقدار سوخت هسته ای بطوریکه هر دوره نوترون باعث تولید یک دوره بعدی یا همان تعداد نوترون گردد یعنی کاهش نوترون در سوخت هسته ای بطور کامل جبران شود.

تعریف جرم بحرانی: کمترین مقدار لازم جرم فیزیکی ماده سوختنی جهت سوختن را جرم بحرانی گویند.

–

فصل اول

مقدمه

امروزه با اینکه از طرف جوامع جهانی و سازمان های بین المللی ساخت و بکارگیری جنگ افزارهای اتمی موضوعی کاملا برای حیات بشری خطر آفرین شناخته شده ولی با این حال هنوز بسیاری از کشورها و قدرت های بزرگ جهانی در پی دستیابی یا افزایش و یا ارتقاء جنگ افزارها و ادوات هسته ای خود هستند. از طرفی بکارگیریی از این فرایند برای تولید انرژی و یا سایر فراورده ها روز به روز در حال افزایش است .چراکه این منبع منبعی کاملا ارزان و با صرفه نسبت به سایر منابع است . هدف از این توضیحات بالا نشان دادن این واقعیت برای شما بود که چقدر لزوم داشتن دانش در این مقوله ی(دانش هسته ای )حائز اهمیت است . ما در این مقاله بطور مختصر روی مواد شیمیایی تامل داشته ایم که در اندازه گیری میزان پرتوهای خارج شده از مواد هسته ای می توانند بسیار مهم و نقش آفرین باشند به این علت که میزان این پرتوها اگر از حد معینی بیشتر گردد می تواند بسیار آسیب رسان برای بدن انسان باشد . پس اهمیت شناخت این مواد بیش از پیش برای ما  مشخص می شود .در ضمن توضیحاتی نیز در رابطه با انواع بمب های هسته ای و نحوه عملکرد آنها برای آشنایی بیشتر شما خواننده گان آورده شده است.

–

تعریف موضوع

محور اصلی موضوع این تحقیق دررابطه با موادی بحث می نمایید که در اندازه گیری میزان دز ناشی از بمب های هسته ای و یا رآکتورهای هسته ای می توانند نقش بسزایی ایفا نمایند .سنجش و اندازه گیری در رابطه با این موضوع بسیار حیاتی و مهم است بخصوص برای کارکنان شاغل در زرادخانه ها و رآکتورهای هسته ای تولید کننده ی سوخت یا مواد دیگر و یا نظامیانی که بنا به ماموریتشان مجبورند در مناطقی فعالیت یا عملیات نمایند که در آنها از مواد هسته ای استفاده شده و یا مشکوک به استفاده از این مواد توسط دشمن می باشد چرا که اگر میزان این مواد از میزان و مقدار مشخصی بیشتر شود می تواند فوق العاده برای انسان خطر ساز شود.پس اندازه گیری میزان دز منتشر شده در محیط بسیار مهم است. این کار بدین صورت انجام می گیرد که محیطی را که فرد باید در آن فعالیت داشته باشد ابتدا قرص های مخصوصی که در آن قرار می دهیم بعد از زمان معنی این قرص ها را جمع آوری کرده و در دستگاه مخصوصی میزان دز جذب شده توسط آنها را که همان دز منتشر شده در محیط است تعیین می شود و بعد با مقدار معین که برای بدن انسان مضر میباشد و از قبل مشخص شده مقایسه می شود . لازم به ذکر است که نقاطی از بدن انسان که نسبت به پرتوهای های رادیواکتیو آسیب پذیرتر می باشد . قرص های مخصوصی که نسبت به پرتوهای رادیواکتیو منتشر شده در محیط حساس می باشد در نقاطی از بدن انسان که در مقابل این پرتو ها آسیب پذیری بیشتری دارند در لباس فرد قرار می گیرند تا حداکثر دز تابیده شده به این نقاط مشخص شود تا بدین وسیله اقدامات پیش گیرانه در رابطه با آنها صورت بگیرد .

–

تاریخچه

ترمولومینسانس یا نور گسیل شده از مواد عایق نیمه­هادی پرتو دیده بر اثر حرارت دادن ، یک پدیده­ی مهم فیزیکی است . از میان چندین هزار کانی طبیعی، بیش از %۶۰ آنها دارای این ویژگی هستند و حتی برخی از این مواد (مانند کانی فلورین موجود در ایسلند ، برزیل و هند ) از حساس­ترین مواد ترمولیسانس شناخته شده هستند ، ترمولیسانس همچنین در تعداد زیادی از ترکیبات عالی ، ترکیبات عالی فلزی هم مشاهده می شود . پرتوها هنگام برخورد با مواد انرژی خود را منتقل می­کنند . بیشتر انرژی جذب شده در این فرایند به گرما تبدیل می­شود و مقدار اندکی صرف شکستن پیونده­های شیمیایی می­شود و در برخی از مواد بخش بسیار جزئی از این انرژی صرف برانگیختن الکترون به مدارهای شبه پایدار می­شود، هنگامی که ماده حرارت داده می­شود ، انرژی آزاد شده در برگشت این الکترون­ها به حالت پایه به صورت فوتون­های مرئی قابل رویت هستند ،‌به ابن پدیده ترمولومینسانس گفته می­شود.

–

اهداف تحقیق

هدف اصلی از انجام این مقاله تحقیق بر روی موادی است که بتوانند در اندازه گیری میزان پرتوهای منتشر شده از مواد هسته ای مؤثر باشند. حال این اندازه گیری می تواند در محیط تحت کنترل مثل رآکتورها هسته ای یا غیر قابل کنترل مثل مناطقی که در آن انفجارات هسته ای رخ داده است انجام بگیرد . مهم این است که بتوان موادی را شناسایی کرد که بتوانند در دز های مختلف با حساسیت های مختلف این کار را برای ما انجام دهند. در حال حاضر یکی از پرکابردترین مواد در این زمینه موادی هستند که تحت عنوان کلی  TLD برای این منظور بکار می روند که با قیمت های بسیار بالا از خارج از کشور خریداری می شوند چرا که هنوز بطور کامل به تکنولوژی ساخت این مواد دست نیافته ایم . ما در این تحقیق بیشتر به خواص نمونه های مختلفTLD و نحوه بکار گیری این مواد بحث می نماییم . همچنین توضیحاتی را هم در رابطه با بمب های هسته ای و انواع پرتو های ناشی از آنها ارائه می نماییم.

–

فصل دوم

خصوصیات مواد TLD

انرژی ذخیره شده

فرایند جذاب انرژی در ماده ترمومینسانس به انرژی تابش شده بستیگی دارد. برای بیشتر مواد جذب انرژی فوتون کمتر از ۱۵keV باعث مشاهده پدیده فوتو الکتریک[۷] می شود. برای انرژی بالاتر از ۱MeV برای موادهایی با عدد اتمی موثر پایین پراکندگی کامپتون[۸] رخ می دهد برای مواد با Z_eff بالاتر گر چه پدیده فوتو الکتریک تا ۱۰۰keV رخ می دهد اما امکان رخ دادن هر دو فرایند وجود دارد. هر دو فرایند فوق نتیجه حساسیت و اثر پذیری مواد به تابش و گرماست

–

پاسخ دز

پاسخ دز[۹]، F(D) ، تابعی از شدت در جذب شده است که می تواند سطح زیر منحنی درخشندگی[۱۰] یا ارتفاع قله درخشندگی[۱۱] باشد که توسط سیگنال گرمایی[۱۲] اندازه گیری می شود. پاسخ دز ایده ال یک ماده دزیمتری روی بازه عریضی قرار دارد، بیشتر مواد استفاده شده در دزیمتری اثر غیر خطی دارند فقط یک قسمت از آنها خطی است.

–

فهرست مطالب

چکیده۸
کلمات کلیدی۹
فصل اول۱۳
مقدمه۱۴
تعریف موضوع۱۵
تاریخچه۱۶
اهداف تحقیق۱۷
فصل دوم۱۸
خصوصیات مواد TLD19
پاسخ دز۱۹
حساسیت۲۰
پاسخ به انرژی۲۱
شرایط پخت۲۴
محوشدگی گرمایی۲۵
محو شدگی غیرعادی۲۶
حساسیت نوری۲۶
فصل سوم۲۹
کاربردها وخواص دزیمتری۳۰
دزیمتری فردی۳۰
دزیمتری محیطی۳۱
دزیمتری بالینی۳۲
سینماتیک واپاشی گاما۳۴
سینماتیک واپاشی آلفا۳۵
واپاشی بتایی۳۸
بورات منگنز۵۴
خصوصیات دزسنجی۵۷
اثر ذرات و تشعشعات بر سیستم های حیاتی۶۵
حالت های برهمکنش ۶۵
یونیزاسیون۶۵
برانگیختگی مولکولی و اتمی۶۶
واکنش‌های هسته‌ای۶۶
تشعشعات باردار۶۷
تشعشعات بدون بار۶۷
بمبهای هسته ای چگونه ساخته می شوند۶۹
پرتو درمانی باعث کاهش غدد سرطانی۷۰
محافظت کننده های پرتوی۷۲
آثار وراثتی تشعشع در انسان۷۴
سطح انرژی هسته ای۷۷
تغییرات انرژی در واکنشهای هسته‌ای۷۸
حفاظت در برابر پرتوزاهامهندسی هسته ای۸۱
حداکثر مقادیر مجاز آلودگی۸۲
نکات اساسی در تعیین مقادیر مجاز آلودگی۸۲
پرتوزاهای آلوده کننده محیط۸۳
اصول حفاظت فردی۸۴
مکانیسم تولید تشعشع فیزیک هسته ای۸۵
مواد پرتوزا و تابش های هسته ای۹۱
تاریخچه کشف مواد پرتوزا ۹۲
ماده پرتوزا چیست؟۹۴
ماهیت پرتوهای آلفا، بتا و گاما۹۶
واپاشی پرتوهای آلفا، بتا و گاما ۹۸
قانون سدی۹۹
بررسی یک عنصر رادیواکتیو۹۹
فصل چهارم۱۰۲
تعریف بمب هسته ای۱۰۳
عناصر اصلی سازنده۱۰۴
چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟۱۰۵
انواع بمب های هسته ای از نظر نوع مکانیزم انفجار۱۰۶
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای۱۲۰
واپاشی رادیواکتیو۱۲۱
فصل پنجم ۱۲۳
دلایل استفاده از (TLD-100)124
نتیجه گیری و پیشنهادات۱۲۵
منابع و ماخذ۱۲۷