Geant4 ve GSort programları

4. NEDA TASARIMI

4.1 Materyal

4.1.1 Geant4 ve GSort programları

Geant4 programı, İsviçre‘de bulunan CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) laboratuvarlarında yüksek enerji fiziği simülasyonlarında kullanılmak üzere geliştirilmiş, Monte Carlo tekniği tabanlı bir simülasyon kitidir.

(Agostinelli vd. 2003).

Nesne yönelimli (object oriented) özelliği sayesinde, Geant3‘e göre kullanıcı dostu olan program, fiziğin çeşitli konularında kullanım alanı bulumuştur; bunlar arasında yüksek enerji fiziği, nükleer fizik, nükleer tıp örnek olarak verilebilir.

Son teknoloji ürünü olan ve CERN laboratuvarlarında inşa edilen LHC deneyinde bir çok detektör projesi de yer almıştır. Geant4‘ün geliştirilmesi esnasında, bu detektörlerin de simüle edilebilmesi esas alınmıştır. Bu sayede Geant4 yazılım kiti dedektör geometrisi, dedektör için kullanılan materyal, element veya bileşik, dedektörün hassaslığı, parçacık oluşturma, parçacık tipi, fiziksel süreçler (elektromanyetik, hadronik, standart etkileşme vb.), tracking (iz sürme), dijitasyon, görüntüleme, ara yüzler ve histogramlama vb gibi, bir dedektör simülasyonu için gerekli olan tüm C++

sınıflarını içermektedir. Geant4‘ün içerdiği bu C++ sınıfları G4UI (Geant4 User Interface – Geant4 Kullanıcı Arayüzü) olarak isimlendirilmektedir. Bu arayüzler

sayesinde, kullanıcı programın kendisinde değişiklik yapmadan, istediği simülasyon özelliklerini ―macro‖ dosyaları aracılığıyla programa tanıtabilir.

Geant4 programında simülasyon yapmaya başlamadan, kullanıcının kendi küçük programları ile simülasyon ortamını oluşturması gerekmektedir. Enrico Farnea tarafından AGATA detektörlerinin simülasyonunda kullanılan ve Geant4 içinde çalışan Agata simülasyon programının (http://agata.pd.infn.it/) modifikasyonu ile oluşturulmuş olan NArray simülasyon programı, NEDA detektörlerinin tasarımında ihtiyaç duyulan parametre değişikliklerinin kolay bir şekilde yapılmasını sağlar. Ayrıca bu program içerisinde detektörlerin geometrisini oluşturmada kullanıcıya kolaylık sağlayan çeşitli girdi dosyaları da bulunmaktadır. Bu dosyalar ve geometrinin oluşturulması Bölüm 4.2.1‘de daha ayrıntılı bir şekilde anlatılmıştır.

Geant4 kodu, simülasyon sonuçlarını hangi parçacığın, hangi detektör tarafından ne zaman detekte edildiği, bu parçacığın enerjisinin ne olduğu, parçacık detektör materyali tarafından soğurulmamışsa ne yönde saçıldığı (açısal dağılımı) ve bu saçılma olayının kaç kez yapıldığı gibi bilgilerin bulunduğu veri dosylarına yazmaktadır. Bu veri dosyalarının içerdiği bilgilerin kullanıcı tarafından etkin bir şekilde yorumlanabilmesi için veri ayıklama işlemi (sort) uygulanması gerekmektedir. Bu işlem D. Bazzaco tarafından LNL‘de geliştirilen GSort (http://gasp.lnl.infn.it/) programı ile yapılmıştır.

Program bu veri dosyalarında kayıtlı bilgileri kullanarak, simülasyon sonuçlarının görsel olarak yorumlanabilmesine de imkan veren 1 boyutlu, 2 boyutlu, 3 boyutlu ve 4 boyutlu matris grafikler üretebildiği gibi, bu sonuçları rakamlarla da ekrana ya da bir dosyaya dökebilmektedir. Bu tez çalışmasında yapılan verim ve çoklu ölçüm (cross talk) hesapları yapımı sırasında, GSort programı yardımıyla elde edilen ölçüm istatistikleri kullanılmıştır.

25 4.2 Yöntemler

4.2.1 Geometri tasarımı

Bir nötron detektör topluluğu tasarlarken göz önünde tutulan en önemli konu, detektörlerin bir reaksiyondan sonra ortaya çıkan nötron sayısını (multiplicity) ve bunların enerjilerini doğru olarak verebilmesidir. Bu durumda istenen, detektör verimi mümkün olduğu kadar yüksek, bir detektörlerden saçılarak birden fazla detektöre çarpan nötron sayısının yani çoklu ölçüm (cross talk) yapma olasılığının mümkün olduğu kadar düşük olmasıdır. Bu çalışmada önerilen geometriler simülasyon kodları aracılığıyla en çok verim ve en az çoklu ölçüm verecek şekilde belirlenmiştir.

NEDA‘nın tasarımında, detektörlerin daha önce başarılı bir şekilde kullanılmış olan

―Neutron Wall‖ detektörlerine benzetilmesi, başlangıç noktası olarak benimsenmiştir.

4.2.2 Neutron Wall geometrisi

Neutron Wall likit sintilatör tabanlı bir nötron detektörleri dizilimidir. Neutron Wall bir gama ışınları spektrometresi ile birlikte kullanılabilir (http://nsg.tsl.uu.se/nwall/).

Neutron Wall dizilimi 1 tane beşgen ve 15 tane altıgen detektörden oluşmaktadır. H1 ve H2 olmak üzere iki farklı türde bulunan altıgen detektörler üç bölmeden oluşurken, beşgen detektör (P) ise beş bölmeden oluşmaktadır (Şekil 4.1). Bu şekilde tüm dizilim 50 bölmeden meydana gelmektedir. Her bir bölme BC501A likit sintilatörü ile doldurulmuştur (altıgen bölmelerinde 3,2 litre, beşgen bölmelerinde 1,1 litre) ve her bölmenin kendi PMT‘si vardır. Dizilimde yer alan toplam likit sintilatör miktarı 150 litredir. Detektörler birbirine çok yakın ve 1π‘lik katı açıyı kaplayan küresele benzer kabuk şeklinde yerleştirilmişlerdir. Hedeften detektörlerin yüzeyine olan mesafe 51 cm‘dir. Detektör bölmeleri içinde yer alan likit sintilatörün, detektörün ön yüzeyinden arka yüzeyine kadar uzunluğu ise 15 cm‘dir.

Neutron Wall‘da her bir altıgen detektörün bir kenar uzunluğu 140 mm ve detektörün toplam derinliği 156.12 mm‘dir (Şekil). NEDA detektörlerinin altıgen şekilli

olmasından ötürü sadece altıgen detektörlerin çizimleri verilmiştir. NEDA detektörleri Neutron Wall detektörlerine benzetme yapılarak tasarlanmıştır. Bu sayede iki detektör sisteminin daha kolay karşılaştırılması mümkün olacaktır.

Şekil 4.1 Neutron Wall detektörlerinin yerleri ve numaraları (http://nsg.tsl.uu.se/nwall/geometry/nwall-detector-numbering.png)

H1 ve H2 olmak üzere iki tür altıgen detektör 3 bölmeye ve bir beşgen detektör ise 5 bölmeye ayrılmıştır. Dizilimdeki toplam bölme sayısı 50‘dir

Şekil 4.2 Neutron Wall‘da bulunan altıgen detektörlerin boyutları.

(http://nsg.tsl.uu.se/nwall/ drawings/nsp-109-10001.pdf)

Altıgenlerin bir kenar uzunluğu 140 mm ve detektör derinliği 156,12 mm olarak okunmaktadır.

4.2.3 NEDA geometrisi

Neutron Wall‘de olduğu gibi NEDA‘nın detektörlerinin de üç bölmeden oluşması, bir kenar uzunluğunun 140 mm olması ve detektör derinliğinin 159,12 mm olması kararlaştırılmıştır. (Şekil 4.2) Ancak, Neutron Wall detektörlerinden farklı olarak, modülariteyi korumak amacı ile bu bölümlerden her biri aynı uzunlukta altı kenara sahiptir (Şekil 4.3).

Şekil 4.3 NEDA detektörleri için başlangıç noktası.

Detektörlerin üç bölmeden oluşması ve her bölmenin birinin aynı uzunlukta altı kenara sahip olması başlangıç noktası olarak önerilirken, detektörlerin boyutları ise Neutron Wall detektörlerine benzetilmiştir.

Bu geometri temelde modülarite ön planda tutularak benimsenmiştir. Şekilde taralı alanlar detektörün bölmelerini, açık alanlar ise boşlukları göstermektedir. Her bir boşluk komşu detektörün bir bölmesinin bir köşesine denk gelmektedir. Detektörlerin düz bir geometriye sahip olması, ayrı ayrı her bir detektörün kaynaktan istenilen uzaklığa konulmasını sağlamaktadır. Bu özellik ile detektörlerin tasarlanması sırasında ön planda tutulan çoklu ölçüm olasılığı daha serbest bir şekilde incelenmektedir.

Şekil 4.3‘te görülen geometri, Linux‘ta kolaylıkla erişilebilecek olan Q-Cad programı ile elde edilmiştir. Bu program ile altıgenlerin her bir noktasının yeri (koordinatı) rahatlıkla belirlenebilmektedir. Altıgenleri oluşturan noktaların koordinatları, simülasyonların yapılacağı programda detektörlerin oluşturulması için önem taşımaktadır. Dr. E. Farnea tarafından yazılan ve Geant4 tabanlı olan NArray simülasyon kodu, AGATA koduna benzer bir şekilde detektörleri oluşturmaktadır. Bu koda gerekli parametreler bir tablo halinde girilir ve bu tablolarda, detektörleri oluşturacak geometrik prizma şeklinde, tabanın kaç köşeye sahip olduğu, bu köşelerin koordinatlarının ne olduğu, prizmanın her iki tabanın yerleri, detektörleri çevreleyecek alüminyum kaplamanın kalınlığı gibi veriler bulunmaktadır. Bu veriler Çizelge 4.1‘de görülmektedir.

Çizelge 4.1 Detektörleri meydana getirecek altıgen prizmaların koordinatları

S L P İÇ TABAN DIŞ TABAN

―S‖ sütununda bulunan ―1‖ rakamı, bu geometrik prizmanın tanımlamasını temsil eder.

Başka bir deyişle şu anda ―1‖ numaralı prizma incelenmektedir. ―L‖ sütununda bulunan

―6‖ rakamları, bu prizmanın köşe sayısını temsil eder. Bu, şu anda altıgenler prizmasının tanımlandığını belirtir. ―L‖ sütununda bulunan 0 rakamları ise, prizmanın diğer parametrelerini tanımlar, bu parametrelere daha sonra değinilecektir. ―P‖

sütununda bulunan ve ―0‖dan ―5‖e sıralanmış rakam dizisi prizmanın tabanını oluşturan altıgenin her bir köşesinin numarasını belirtir (Şekil 4.4). ―P‖ sütununda bulunan diğer parametrelere yine daha sonra değinilecektir. ―İÇ TABAN‖ ve ―DIŞ TABAN‖ sütunları ise, prizmanın tabanını oluşturan altıgenlerin, ―P‖ sütununda numaralandırılmış köşelerinin sırasıyla ―x-y-z‖ koordinatlarını verir.

Şekil 4.4 Detektör geometrisi oluşturulurken kullanılan koordinatlar

Çizelge 4.1‘de numaralandırılmış her nokta ve bu noktaların koordinatları (x-y) olarak verilmiştir.

NArray kodunda geometri tanımlanırken, prizmanın oluşturulması için, prizma ile bir silindirin kesişimi tanımlanmıştır. ―P‖ sütununda bulunan yatık ―0‖ rakamını takip eden

satırlarda bu silindirin taban yarıçapı (70,00000) ve derinliği (176,120000) belirtilmiştir.

Yine ―P‖ sütununda bulunan yatık ―1‖ rakamının bulunduğu satırdaki 0,001000 ve 2,00000 değerleri sırasıyla alüminyum kaplama ile detektör materyali arasındaki açıklığı ve alüminyum kaplamanın kalınlığını belirtmektedir. Bu satırda bulunan 2,2510000 rakamı ise yukarıda bahsedilen açıklık, alüminyum kaplamanın kalınlığı ve tolerans değerinin toplamıdır. Buna ek olarak, Dr. Enrico Farnea ile yapılan çalışmalar esnasında, daha gerçekçi simulasyonlar için kodda gerekli değişiklikler yapılarak, detektörlerin dış tabanını kaplayan alüminyum kaplamanın, iç tabanını kaplayan alümiyum kaplamadan on kat daha kalın olması sağlanmıştır.

―P‖ sütununda bulunan yatık ―2‖ rakamının bulunduğu satırda, ―İç Taban‖ sütunlarına karşı gelen ―1,0000‖, ―0,00000‖, ―0,00000‖ sayıları, yaratılan prizmanın sırasıyla kırmızı, yeşil, mavi renk kodlarını tanımlamaktadır. Verilen örnek için kırmızı değeri

―1‖, yeşil değeri ―0‖, mavi değeri ―0‖dır; yani prizmanın rengi kırmızıdır.

Dış tabanda bulunan z koordinatlarına göre detektörün derinliği 176,12 mm olarak görülmektedir. Ancak Neutron Wall‘e benzetme yaparken detektörün derinliğinin 159,12 mm olduğu söylenmişti. Bu iki uzunluk arasındaki fark, oluşturulmuş başlangıç geometrisinde, alüminyum kaplamanın getirdiği uzunluğun detektörlerin uzunluğuna eklenmesi sonucu meydana gelmiştir (Şekil 4.5).

Şekil 4.5 NEDA detektörleri için önerilen başlangıç geometrisi.

Prizmanın bir tabanı ile diğer tabanı arasındaki uzaklık, yani detektörlerin derinliği Neutron Wall detektörlerine benzetilmiştir.

Çizelge 4.1‘de verilen parametrelerle oluşturulan altıgen pizmaların üç tanesi ile bir detektör oluşturulmaktadır. Bu prizmaların hangi şartlarda kümeleneceği ise NArray koduna Çizelge 4.2‘de verilen parametreler yardımıyla girilir. Bu tabloda ―CL‖ sütunu küme numarasını, ―CR‖ sütunu kümeye dahil edilecek prizmanın numarasını, ―CR#‖ ise bu kümeyi soğutacak tankın numarasını belirtmektedir. ―PSI‖, ―THETA‖, ―PHI‖

sütunları yaratılan her bir prizmanın küme içerisinde hangi açılarla yönelmiş halde bulunacağını ve ―DX‖, ―DY‖, ―DZ‖ sütunları ise prizmaların küme içerisindeki ötelenmelerini vermektedir.

Çizelge 4.2 Üç bölmenin bir detektör haline getirilmesi (kümelenmesi)

CL CR CR# PSİ(RZ) THETA(RY) PHİ(RZ) DX DY DZ 0 3 0 30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1 1 0 30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2 2 0 30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 3 3 0 30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 4 4 0 30.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 5 5 0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Çizelge 4.1 ve Çizelge 4.2‘deki veriler aracılığyla detektörlerin bölmelerini meydana getirecek prizmalar ve bu bölmelerin gruplanması sağlanmıştır (Şekil 4.6). Bu şekilde oluşturulan üç bölmeli detektörlerin, simülasyonun yapılacağı reaksiyon odasına nasıl yerleşeceği ise bir başka tablo ile NArray koduna aktarılır (Çizelge 4.3).

Şekil 4.6 Üçlü bölmelerin oluşturduğu bir küme.

Çizelge 4.3 Detektör kümelerinin reaksiyon odasındaki konumları

CL CL# PSİ(RZ) THETA(RY) PHİ(RZ) DX DY DZ

Çizelge 4.3‘te bulunan ―CL‖ sütunu detektör kümelerinin numarasını, ―CL#‖ sütunu ise bu numarayla isimlendirilecek kümenin hangi tür olduğunu belirtir. ―PSI‖, ―THETA‖,

―PHI‖ sütunları kümelerin uzayda nasıl yönelim göstereceğini, ―DX‖, ―DY‖, ―DZ‖

sütunları ise kümelerin orijine göre uzaydaki yerlerini tanımlar. Koyu zemin rengi ile belirtilmiş olan 15, 17, 20, 22 numaralı detektörleri Şekil 4.7‘de gösterilen figürü oluşturabilmek için yok sayılmıştır.

Şekil 4.7 NEDA geometrisi için başlangıç noktası (perspektif görünüm)

Çizelge 4.2‘de verilen 1 numaralı küme kırmızı, 2 numaralı küme yeşil, 3 numaralı küme ise mavi detektörleri oluşturmuştur. 4 numaralı tekli küme ise ortada yer alan beyaz detektörü meydana getirmiştir. Bu bölümün başında da bahsedildiği gibi, her bir detektördeki boşlukların, komşu detektörün köşesi tarafından doldurulduğu görülmektedir.

4.2.4 Verim ve çoklu ölçüm hesabı

NEDA detektörleri için oluşturulan başlangıç geometrisinin verim ve çoklu ölçüm parametreleri bakımından sınanması için, simülasyonlar sonucunda elde edilecek olan çeşitli veriler kullanılacaktır. Bu veriler, kaynaktan fırlatılan belirli sayıda nötronlardan kaç tanesinin detektörler tarafından ölçüldüğü, tek bir nötronun detektör dizilimi içerisinde saçılması sonucu kaç tane detektörde sinyal meydana getirdiği şeklinde özetlenebilir.

Detektörlerin verimlerinin hesaplanmasında, kaynaktan fırlatılan belirli sayıda nötrondan kaç tanesinin algılandığının oransal ifadesi kullanılmıştır (Denklem 4.1).

(4.1)

Tek bir nötron için detektörlerde tespit edilen bir veya birden fazla ölçümü, toplam ölçüm sayısına oranlayarak, çoklu ölçüm için bir ifade bulunmuş olur. Bir nötron detektörlerde bir tane sinyal oluşturmasına ―Fold 1‖ denir. Eğer nötron ilk etkileştiği detektörden komşu detektöre saçılmışsa, yani bir nötron detektörlerde iki tane sinyal oluşturmuşsa, buna ―Fold 2‖ denir. İdeal bir detektör grubunda çoklu ölçüm beklenmez, yani tüm parçacıkların sadece bir defa ölçülmesi beklenir. Tasarlanan detektörlerin bu bakımdan ideale ne kadar yakın olduğunu ölçmek için, bir kez algılanan nötron sayısının algılanan tüm nötronların sayısına oranı alınır. İdeal bir detektörde bu oranın

―1‖ olması beklenir (Denklem 4.2)

(4.2)

4.2.5 Veri analizi

Yukarıda bahsedilen verim ve çoklu ölçüm hesabı için veri analizi ―Gsort‖ programında yapılmıştır. Gsort programının 100000 tane nötron ateşlendiği bir simülasyondaki standart bir çıktısı Şekil 4.8‘de görülmektedir.

Şekil 4.8 Gsort programında veri analizi sonucunda elde edilen standart bir ekran çıktısı

Fold sayıları ve bu fold sayılarına karşı gelen nötron sayıları açık bir şekilde görülmektedir.

Bu şekilde yer alan tabloda Stat1, Stat2, Stat3, Stat4 uygulanan eşik enerjileri sonucundaki verileri göstermektedir.

Veri analizi sırasında elde edilen ham verilere 20 keV, 70 keV, 130 keV ve 210 keV eşik enerjileri uygulanmıştır. Bu eşik enerjileri seçilirken Neutron Wall projesine atıfta bulunulmuştur.

Şekil 4.8‘de, örneğin STAT1 sütunu 20 keV eşik enerjisi için veri analizi sonuçlarını özetlemektedir. 20 keV eşik enerjisinde detektörlerin çoklu ölçüm verimi hesaplanırken

―fold 1‖ satırının ―total‖ satırına oranı alınır. Detektörlerin verimi hesaplanırken ise

―Total‖ satırının ateşlenen nötron sayısı olan 100000‘e oranı alınır. Verilen örnekte detektörlerin veriminin %74, çoklu ölçüm veriminin ise yaklaşık %62 olduğu görülmektedir.

4.3 Bulgular ve Tartışma

4.3.1 Simülasyonlar

Oluşturulan geometrinin simülasyonları Şekil 4.9‘da gösterilen parametreler değiştirilerek ve iki tür sintilatör kullanılarak yapılmıştır.

Şekil 4.9 NEDA başlangıç geometrisinin simülasyonlarını yaparken değiştirilen parametreler

İki farklı D mesafesi ve 4 farklı S uzunluğu dikkate alınmıştır. Değişen D ve S parametrelerine uygun bir şekilde, demetin tüm detektör yüzeyine düşmesi için θ parametresi de değiştirilmiştir.

D uzaklığı kaynaktan detektörlere olan mesafeyi, θ açısı kaynaktan çıkan nötronların tüm detetör yüzeyini kaplaması için gerekli olan açıyı, S ise bir detektör bölmesinin bir kenarının uzunluğunu göstermektedir.

Simülasyonlarda detektörlerin veriminin ve çoklu ölçüm olasılığının, D mesafesine ve S kenar uzunluğuna ve detektör materyali olarak BC501A ve BC537 sintilatörlerine bağlılığı incelenmiştir. Bundan dolayı D parametresine 510 mm ve 1000 mm değerleri, S parametresine 70 mm, 80 mm, 90 mm, 100 mm değerleri verilerek ve bu değerler için detektör materyali değiştirilerek simülasyonlar gerçekleştirilmiştir.

4.3.2 Simülasyon 1

Bu simülasyonda Şekil 4.9‗daki parametreler şu şekilde seçilmiştir:

D = 510 mm S = 70 mm

θ = 32^o

Nötron Enerjisi (En) = 1 MeV ~ 10 MeV

Buna göre BC501A materyali için verim grafiği Şekil 4.10‘da, çoklu ölçüm olasılığı Şekil 4.11‘de ve çoklu ölçümün nötron enerjisine bağlılığı Şekil 4.12‘de görülmektedir.

Çoklu ölçüm yönteminin açıklaması esnasında bahsedildiği gibi ―fold 1 / toplam‖

oranının 1‘e yaklaşması beklenir.

Şekil 4.10 BC501A materyalinin verim eğrisi

8 MeV nötronlar için oluşan tepenin Geant4 simülasyon kitinde bulunan bir hatadan kaynaklandığı düşünülmektedir.

Şekil 4.11 BC501A için çoklu ölçüm eğrisi

―Fold 1 / Fold toplam‖ oranı yaklaşık %60 olarak görülmektedir. Bu oranın ideal detektör grubunda 1‘e yaklaşması beklenir.

Şekil 4.12 BC501A materyali için çoklu ölçümün nötron enerjisine oranı

Bu grafikte ilgi çekici olan, nötron saçılmasının gelen nötron enerjisine göre hemen hemen hiç değişmemesidir.

Benzer şekilde BC537 materyali kullanılarak yapılan simülasyon sonuçları Şekil 4.13, Şekil 4.14 ve Şekil 4.15‘te verilmiştir.

Şekil 4.13 BC537 materyali için verim eğrisi

BC501A materyali için gözlenen 8 MeV enerjisindeki tepe bu materyal için de gözlemlenmiştir.

Şekil 4.14 BC537 materyali için çoklu ölçüm eğrisi

Her iki materyal için çoklu ölçüm eğrilerinin benzerliği göze çarpmaktadır.

Şekil 4.15 BC537 materyali için çoklu ölçümün nötron enerjisine göre değişimi

Bu materyal için de çoklu ölçümün nötron enerjisine hemen hemen bağlı olmadığı gözlemlenmiştir.

Her iki materyal için de ilk sonuçlar incelendiğinde, verim eğrilerinin birbirine benzerliği göze çarpmaktadır. Bu benzerliği daha iyi görebilmek için, 20 keV ve 210 keV eşik enerjilerinde oluşturulmuş eğriler üst üste bindirilmiştir. Bu eğriler Şekil 4.16‘da görülmektedir.

Şekil 4.16 BC501A ve BC537 materyallerinin 20 keV ve 210 keV eşik enerjisinde verim eğrilerinin karşılaştırılması

Şekilden de görüldüğü gibi her iki materyal de hemen hemen aynı verim eğrisine sahiptir.

4.3.3 Simülasyon 2

Bu simülasyonda Şekil 4.9‘daki parametreler şu şekilde seçilmiştir:

D = 1000 mm S = 70 mm

θ = 17^o

Nötron Enerjisi (En) = 1 MeV ve 8 MeV

Bu simülasyon ile verim ve çoklu ölçümün detektörler ile kaynak arasındaki mesafeye olan bağlılığı incelenmiş olacaktır. Simülasyon 1‘e göre tek fark D uzaklığının 51 cm‘den 1 m‘ye çıkmış olmasıdır. Buna bağlı olarak da ateşlenen demetin detektörlerin tüm yüzeyini kaplayacak şekilde olması için demet açısı 32^o‘den 17^o‘ye azaltılmıştır. Bu simülasyonlarda nötron enerjisi sadece 1 MeV ve 8 MeV olarak seçilmiştir. Simülasyon 1‘de 1 MeV‘den 10 MeV‘e kadar 1‘er MeV enerji aralıklarında nötronlar ateşlendiği için verim eğrisi daha açık bir şekilde çıkmıştı. Bu simülasyonlar sadece iki nötron enerjisi ile çalıştırıldığı için verim sonuçlarını tablo ile sunmak daha açıklayıcı olacaktır.

Çizelge 4.4 BC501A materyali için D mesafesi 100 cm‘ye çıkarıldıktan sonra

D uzaklığının değişmesi ile detektör verimlerinde büyük artışlar gözlenmemiştir.

Şekil 4.17 BC501A materyali için çoklu ölçüm eğrisi.

Simülasyon 1‘e göre çoklu ölçüm bakımından daha iyi bir sonuç alınmış ancak önemli ölçüde bir artış gözlenmemiştir.

Simülasyon 2 çerçevesinde BC537 ile yapılan simülasyon sonuçları tablo ve şekil‘de görüldüğü gibidir. Materyal değişimi ile verim ve çoklu ölçüm parametrelerinde büyük değişiklikler gözlenmemiştir.

Çizelge 4.5 BC537 materyali için verim değerleri..

E_n Eşik Enerjisi

D uzaklığı

20 keV 210 keV

1 MeV 71 % 64 %

100 cm

8 MeV 63 % 58 %

1 MeV 66 % 59 %

51 cm

8 MeV 57 % 53 %

Bu materyal için de uzaklığa bağlı olarak verim değerlerinde büyük değişiklikler gözlenmemiştir

Şekil 4.18 BC537 materyali için çoklu ölçüm eğrisi

Simülasyon 1 sonuçları göz önüne alındığında çoklu ölçüm BC537 materyali için de hemen hemen hiç değişmemiştir.

4.3.4 Simülasyon 3

Bu simülasyonda Şekil 4.9‘daki parametreler şu şekilde seçilmiştir:

D = 1000 mm S = 80 mm

θ = 20^o

Nötron Enerjisi (En) = 1 MeV ve 8 MeV

Simülasyon 3‘te D uzaklığı 1000 mm‘de sabit tutulmuş, detektörlerin bir kenar uzunluğu 80 mm‘ye yükseltilmiştir. Bu simülasyonda detektörlerin veriminin ve çoklu ölçüm parametresinin, detektörün hacimlerine göre nasıl değiştiği incelenecektir.

BC501A materyali için verim değerleri Çizelge 4.6‘da ve çoklu ölçüm değerleri Şekil 4.19‘da sunulmuştur.

Çizelge 4.6 BC501A materyali için verimin S uzunluğuna göre değişimi.

Eşik Enerjisi

S uzunluğu 20 keV 210 keV

1 MeV 68 % 65 %

80 mm

8 MeV 59 % 55 %

1 MeV 73 % 70 %

70 mm

8 MeV 63 % 58 %

Yaklaşık %5 olarak gözlemlenen verim farkları dikkate alacak büyüklükte değildir.

Şekil 4.19 BC501A materyali için çoklu ölçüm eğrisi

Detektörlerin kenar uzunluğu 70 mm‘den 80 mm‘ye uzatıldığında çoklu ölçüm değerlerinin daha iyileştiği gözlenmektedir.

Bu simülasyonda BC537 materyali kullanılarak yapılan simülasyon sonuçları Çizelge 4.7 ve Şekil 4.20‘de görülebilir. Detektör kenar uzunluğunun artırılması ile çoklu ölçüm

grafiklerinde iyileşme gözlenirken, detektör materyalinin etkisi hemen hemen hiç gözlenmemiştir.

Çizelge 4.7 BC537 materyali için verim değerleri.

Detektör kenar uzunluğunun artırılması bir başka deyişle detektör hacminin artırılması, detektörlerin verimi üzerinde dikkate değer bir etki yaratmamıştır

Şekil 4.20 BC537 materyali için çoklu ölçüm eğrisi

Detektör kenar uzunluğunun artırılması ile bu materyal için de çoklu ölçümde daha iyi sonuçlar gözlenmektedir.

4.3.5 Simülasyon 4

Bu simülasyonda Şekil 4.9‘daki parametreler şu şekilde seçilmiştir:

D = 1000 mm S = 90 mm

θ = 22^o

Nötron Enerjisi (En) = 1 MeV ve 8 MeV

Simülasyon 4‘te D uzaklığı 1 m‘de sabit tutulmuşken detektör kenar uzunluğu 10 mm artırılarak detektörlerin hacimlerinin artırılması sağlanmıştır. BC501A ve BC537 materyalleri için önceki simülasyonlardaki benzer sonuçlar takip eden grafik ve tablolarda sunulmuştur. Detektörlerin hacimlerinin artırılmasının çoklu ölçüm verimi

Belgede ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ YENİ BİR NÖTRON DETEKTÖRÜ TASARIMI İÇİN SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI NEDA. (sayfa 35-0)