مقايسه تجربي پاسخ آشكارسازي و دزيمتري ميكرو/ نانو كامپوزيت پلي وينيل الكل- اكسيد تنگستن به پرتوهاي گاما و نوترون

Experimental comparison of dosimetry and detection response of micro/ nano WO3-PVA composite to gamma and neutron beams

اخيراً نانوكامپوزيت­هاي پليمري به ­منظور آشكارسازي و دزيمتري پرتوهاي گاما مورد استفاده قرار گرفته ­اند، اما به ­علت دارا بودن سطح مقطع جذب فوتوني پايين، حساسيت­ پذيري كمي نسبت به پرتوهاي گاما نشان مي­ دهند. به ­منظور غلبه بر اين مشكل، ذرات اكسيد فلزي با عدد اتمي بالا به ماتريس پليمري افزوده مي­گردند. بدين منظور در اين كار تجربي ذرات اكسيد تنگستن (WO3) به دو شكل نانو و ميكرو در ماتريس پلي‌وينيل­ الكل (PVA) با درصد وزني wt% 20 پخش شدند. در ساخت كامپوزيت (wt% 20)WO3-PVA از روش محلولي بهره­گيري شد. آزمون FESEM به ­منظور بررسي ريخت­ شناسي كامپوزيت مذكور صورت گرفت كه بر پخش نانو/ميكرو ذرات اكسيد تنگستن در بستر پليمري صحه‌گذاري نمود. بازده كوانتومي تضعيف فوتون­هاي گاما مربوط به چشمه 60Co براي كامپوزيت مذكور با استفاده از كد MCNP محاسبه شد كه همخواني قابل قبولي با نتايج XCOM نشان داد. از جمله عوامل مؤثر در پاسخ آشكارسازي و دزيمتري اين دسته كامپوزيت­ها، تغيير جريان الكتريكي كامپوزيت در اثر جذب پرتو است. جريان تاريك و جريان تابشي نانو/ميكرو كامپوزيت اكسيد تنگستن-پلي­ وينيل­ الكل تحت پرتودهي گاما و نوترون به ترتيب مربوط به چشمه­ هاي 60Co و 241Am-Be توسط الكترومتر به روش دو پروبي در ولتاژهاي 100 و 400 ولت اندازه‌گيري شد. نتايج اندازه­ گيري نشان داد كه حساسيت­ پذيري نانوكامپوزيت نسبت به پرتوهاي گاما بهتر از ميكروكامپوزيت مذكور است. همچنين نسبت علامت به نوفه براي نمونه نانوكامپوزيت تحت پرتودهي گاما در محدوده آهنگ دز mGy/min 138-90 به­صورت خطي از 5 تا 40 افزايش يافت در حالي كه كامپوزيت مذكور پاسخ قابل ملاحظه ­اي به پرتوهاي نوترون نشان نداد.

Recently, polymeric nanocomposites have been used in dosimetry and detection of gamma rays, but due to their low photon absorption cross section, they exhibit a small sensitivity to gamma rays. In order to overcome this problem, metal oxide particles with a high atomic number are added to the polymer matrix. For this purpose, in this work, tungsten oxide particles (WO3) were distributed in polyvinyl alcohol (PVA) matrix via two scales of nano and micro sizes of the fillers with a weight percentage of 20 wt%. A solvent solution was used in fabricating WO3-PVA composite (20 wt%). The FESEM test was performed to verify the composite rheology and to confirm the distribution of tungsten oxide micro/nanoparticles in the polymeric matrix. The quantum efficiency of gamma rays for 60Co was calculated for the aforementioned composite using the MCNP code, which showed an acceptable agreement with the XCOM results. One of the effective factors in detection response and dosimetry of this composite group is the change in the electrical current of the composite due to beam absorption. The dark current and photocurrent of tungsten oxide-polyvinyl alcohol nano/micro composite were measured in gamma and neutron radiation fields respectively by 60Co and 241Am-Be sources using two-probe electrometer in 100 V and 400 V voltages. The results showed that the sensitivity of nanocomposite to gamma rays is better than microcomposite. Also, the signal-to-noise ratio of nanocomposite for gamma-ray in the dose rate of 90-138 mGy/min increased linearly from 5 to 40, while the composite did not show a remarkable response to neutron beams.