شبيه سازي يك دزيمتر جديد بر پايه ي ويژگي هاي الكتريكي كامپوزيت پلي متيل متاكريلايت - نانولوله ي كربن

Simulation of a Novel Dosimeter Based on Electrical Characteristics of Polymethyl Methacrylate- Carbon Nanotube Composite

چكيده: نانولوله هاي كربن از طريق آميختن با پليمرها در كسر وزني خاصي موسوم به آستانه ي گذر الكتريكي، منجر به افزايش ناگهاني و چند مرتبه اي رسانندگي الكتريكي كامپوزيت پليمر- نانولوله ي كربن مي شوند. در پژوهش حاضر، با توجه به اين ويژگي، ايده ي استفاده از كامپوزيت پلي متيل متاكريلات - نانو لوله ي كربن به شكل يك دزيمتر فعال مطرح شد. از جمله عوامل مؤثر در پاسخ اين نوع دزيمتر، تغيير مقاومت الكتريكي كامپوزيت در اثر جذب پرتو است. به منظور بررسي پارامترهاي دزيمتري مربوط به كامپوزيت فوق در آهنگ هاي دز مختلف، از نرم افزار COMSOL و روش المان محدود بهره گيري شد. در اين شبيه سازي چگالي جريان الكتريكي كامپوزيت PMMA-CNT با ضخامت m ۱۰ تحت ولتاژ ثابت ۳۷ در آهنگهاي دز مختلف در مدت min ۲ براي نمونه هايي با درصدهاي وزني متفاوت نانولوله كربن، نزديك به ناحيه ي آستانه ي گذر الكتريكي يعني ۰٫۱۷، ۰٫۱۹ و 0.30 به دست آمد. مقدار دز جذبي از حاصل ضرب آهنگ دز در مدت زمان تابش دهي محاسبه شد. خطي بودن پاسخ دز از mGy ۴۰۰ تا حدود Gy ۳ در گستره ي دز تشخيصي و درماني را مي توان عاملي مثبت به منظور استفاده از ماده ي كامپوزيتي فوق با كاربردهاي دزيمتري تلقي كرد.

Abstract: Combination of carbon nanotubes with polymers in an especial weight percentage called electrical percolation threshold, leads to a sudden increase of several orders of magnitude of the electrical conductivity of the polymer-carbon nanotube composite. In the present research, considering these characteristics, the idea of using Polymethyl Methacrylate-Carbon Nanotube composite as an active dosimeter is exhibited. One of the factors affecting the response of this type of dosimeter is the variation of electrical resistance in the composite due to absorption of radiation. For investigation of dosimetric parameters of this composite in different dose rates, the COMSOL software and finite element method were utilized. In this simulation, the electrical current density of PMMA-CNT composite with a thickness of 10um under a constant voltage of 3 V in different dose rates for 2 min was calculated for the samples having different weight percentages of carbon nanotubes adjacent to the electrical percolation threshold region, namely 0.17, 0.19 and 0.30. The value of the absorbed dose was calculated through the product of the dose rate by the irradiation time. Linearity of the dose response in the range of 400 mGy to ~3 Gy in the diagnostic and therapeutic dose levels could be considered as a positive factor for dosimetry applications of this composite material.