طراحی طیف نوترون
طراحی طیف نوترون
چشمه هايي که معرفي شدند را نمي توان به طور مستقيم در BNCT استفاده کرد بلکه بايد ابتدا طيف آنها را بهينه کرد تا محدوديت هايي که به آنها اشاره شد، برآورده شود. اينکار با طراحي و ساخت يک مجموعه شکل دهنده طيف (BSA) صورت مي گيرد. نوترونهايي که وارد BSA مي شوند پس از عبور از آن بايد داراي انرژي و شدت مناسب براي BNCT شوند. براي هرچشمه نوترون طراحي هاي مختلفي جهت ساخت اين سامانه صورت گرفته است اما يک BSA عموماً شامل کند کننده،بازتابنده،موازی کننده و فيلترهای نوترون و گاما ميباشد.
طراحي يک BSA مناسب يکي ديگر از زمينه هاي تحقيقاتي فعال در BNCT است. مهمترين نکته در يک طراحي، انتخاب مواد و ضخامت آنها است که عموماً با استفاده از شبيه سازي انجام مي شود.
قسمت هاي مهم BSA
کند کننده
وظيفه اين قسمت کند کردن نوترون هاي سريع و تبديل آنها به نوترون هاي فوق گرمايي است. موادي که در اين قسمت استفاده مي شوند بايد داراي عدد جرمي پايين باشند و سطح مقطع جذب نوترون فوق گرمايي پايين و سطح مقطع پراکنگي بالايي براي نوترون هاي سريع داشته باشند به طوري که مقدار نسبت اين دو زياد باشد. همچنين محصولات راديواکتيو با عمر طولاني نداشته ياشند و در ميدان هاي قوي نوترون با دوام باشند.
در مورد راکتورها مواد کند کننده بين قلب راکتور و روزنه خروجي پرتو قرار مي گيرند. در طراحي هاي مختلف موادي استفاده مي شوند که طيف نوترون هاي سريع را در اثر پراکندگي به سمت ناحيه فوق حرارتي منتقل مي کنند. اين دسته از مواد اصطلاحا انتقال دهنده طيف نام دارند. لازم است اين مواد تا آنجا که ممکن است به قلب راکتور نزديک باشند.
مشخصات برخی مواد مهم که به این منظور استفاده شده اند در جدول زیر آمده است.
موازي کننده
نوترون هاي تعديل شده داراي حرکات کاتوره اي و جهت گيري هاي مختلفي هستند، وظيفه اين قسمت هدايت نوترون ها به سمت مورد نظر است و با متمرکز کردن باريکه نوتروني در يک ناحيه مشخص که نوعاً دايره ايي به شعاع چند سانتي متر است، باعث افزايش شار در منطقه تابش مي شود.
در برخي موارد موازي کننده را به شکل مخروط ( قيفي شکل) مي سازند که در اين حالت سطح آن را با لايه اي از مواد بازتابنده نوترون با عدد جرمي پايين مي پوشانند.
بازتابنده
به منظور جلوگيري از خروج نوترون ها از سيستم، يک بازتابنده نوترون در BSA وجود دارد. وجود بازتابنده باعث مي شود تا شار نوترون خروجي در طول مسير بيش از حدکاهش نيابد.
فيلتر نوترون هاي حرارتي
براي جذب نوترون هاي حرارتي موادي مثل کادميوم، بور و ليتيوم استفاده مي شود که سطح مقطع جذب نوترون حرارتي در آنها زياد است. کادميوم در اثر جذب نوترون گاماهاي پر انرژي توليد مي کند، گاماهايي که بور توليد مي کند انرژي کمي دارند و ليتيوم گامايي توليد نمي کند. بور و ليتوم هر دو داراي سطح مقطع 1/v هستند لذا علاوه بر جذب نوترون حرارتي، نوترون هاي فوق حرارتي را نيز جذب مي کنند.
فيلتر گاما
جهت کم کردن آلودگي هاي پرتو بايد تابش هاي گاما و نوترون هاي گرمايي موجود در پرتو حذف شوند به اين منظور از جاذب هاي قوي نوترون گرمايي و گاما استفاده مي شود. موادي مثل بيسموت و سرب براي جذب پرتوهاي گاما استفاده مي شوند اما بيسموت به دليل داشتن سطح مقطع پايين با نوترون هاي فوق حرارتي بيشتر استفاده مي شود. ماده ديگري که به عنوان فيلتر گاما استفاده شده است آرگون مايع است.
مشكل كاهش شار
گاهي ممکن است که پس از طراحي طيف، شار نوترون هاي فوق حرارتي در يک چشمه کم باشد لذا بايد چاره اي انديشيد. در يک روش خاص براي افزايش شار نوترون هاي فوق حرارتي از صفحات شکافت پذير استفاده مي شود. در اين روش صفحاتي از جنس مواد شکافت پذير را بين قلب راکتور و روزنه خروجي قرار مي دهند، به اين ترتيب از شار نوترون هاي حرارتي براي توليد نوترون هاي سريع استفاده مي شود که انرژي آنها توسط مواد کند کننده کاهش مي يابد.
از اين روش در راکتور بروکهاون استفاده شده است. در اين مورد هشت صفحه شکافت پذير با ابعاد 100* 10*0.3 سانتي متر که هر کدام به طور تقريبي شامل يک کيلوگرم اورانيوم 235 با غناي 20 درصد بودند، استفاده شد. اين صفحات در مسير پرتو نوترون و درون محفظه اي که با آب سنگين پر شده بود قرار داشت. آب سنگين هم نقش خنک کننده را دارد و هم به عنوان کند کننده استفاده شده است. آزمايشات نشان داد که شار نوترون هاي فوق حرارتي 6 تا 7 برابر حالتي است که از صفحات شکافت پذير استفاده نشده بود.
