مقايسه تجربي سطح مقطع جذب نوترون‌هاي حرارتي در ذرات با مقياس نانو و ميكرو

Experimental comparison of thermal neutron absorption cross section in nano and micro particles

سطح مقطع برخورد نوترون با مواد در موارد استفاده از نوترون براي انجام يك كار خاص مثلاً نوترون تراپي يا حتي در رآكتورهاي هسته­اي، از اهميت بالايي برخوردار است. در محاسبات كدهاي محاسباتي مثل MCNP، تنها از اطلاعات سطح مقطع برخورد نوترون با توده ماده كه در كتابخانه كد محاسباتي وجود دارد استفاده مي­شود، درصورتي‌كه موادي كه داراي ذرات در مقياس نانو هستند در مقابل توده مواد و يا مواد داراي ذرات در مقياس ميكرو از خواص بهتري برخوردارند و حتي مي­توانند در برخي موارد سطح مقطع برخورد نوترون متفاوتي از خود نشان دهند. در اين پژوهش مقدار جذب نوترون حرارتي در كامپوزيتِ اپوكسي و ميكرو ذره نيتريد بور (BN) و كامپوزيتِ اپوكسي و نانوذره نيتريد بور هگزاگونال (h-BN) با اندازه ذرات 80 نانومتر و فاصله صفحات 20 نانومتر مقايسه شده است. كامپوزيت­ها از روش فرآوري محلول ساخته‌شده‌اند، بدين‌صورت كه محلول اپوكسي با پودر ذرات ميكرو و يا نانو با به كاربردن دستگاه آلتراسونيك مخلوط و درنهايت محلول در قالب ريخته‌گري شده است. دودسته نمونه از كامپوزيت‌هاي با ذرات نانو و ميكرو با درصد وزني متفاوت، 5% و 10% در نظر گرفته‌شده و ساخته‌شده است. همچنين براي آشكارسازي نوترون­هاي حرارتي از آشكارساز BF3 استفاده‌شده است. نتايج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده تفاوت سطح مقطع جذب نوترون حرارتي در كامپوزيت ميكرو نيتريد بور و كامپوزيت نانو نيتريد بور هگزاگونال است. نتايج حاصل از آزمايش­ها و داده­ هاي به‌دست‌آمده نشان‌دهنده‌ي بهبود يا افزايش جذب نوترون­هاي حرارتي در كامپوزيت با ذرات نانو نيتريد بور هگزاگونال نسبت به كامپوزيت با ذرات ميكرو نيتريد بور است.

The neutron collision cross-section is important in neutron use for a specific job, such as neutron therapy or even in nuclear reactors. In calculating computational codes such as MCNP, only information from the neutron-to-mass collision information contained in the computational code library is used, in the case of nanoscale particles in contrast to the mass of materials and / or particulate matter on a micro scale, they have better properties and can even show a different neutron collision cross section in some cases. In this study, the amount of thermal neutron absorption in the epoxy composite of microparticle boron nitride (BN), and epoxy composite of hexagonal boron nitride (h-BN) nanoparticles with a particle size of 80 nm and a spacing of 20 nm were compared. The composites are made from a solvent processing method, in which the epoxy solution is mixed with a micro or nanoparticle powder with the use of an ultrasonic device and ultimately dissolved in the mold. Two groups of samples from nanoscale and micro-particles with different weight percentages of 5% and 10% have been designed and constructed. BF3 detector was also used to detect thermal neutrons. The results show the difference between the thermal neutron absorption cross section in the boron nitride microparticle composite and hexagonal boron nitride nanoparticle composite. While MCNP calculations yield only one data set, that there is no difference in the simulation of microparticles or nanoparticles. The results of the experiments and the data obtained indicate that the absorption of thermal neutrons in composites with hexagonal nano-nitride particles is better than composite with boron nitride micro particles.