نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشکده مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، صندوق پستی: 14565-1114، تهران - ایران
چکیده
در این مطالعه، از کد مبتنی بر روش مونت‌کارلو Geant4 برای شبیه‌سازی مجموعه‌ی آشکارساز NE-213 دو اینچی و چشمه‌ی Am-Be موجود در دانشکده مهندسی انرژی شریف، استفاده شد و طیف گاما و نوترون این چشمه در آشکارساز مذکور از طریق شبیه‌سازی به دست آمد. سپس، جهت مقایسه و تحلیل نتایج، طیف گاما و نوترون در یک چیدمان آزمایشگاهی مشابه به روش جداسازی آنالوگ تفکیک کسر ثابت به دست آمد؛ در ادامه، سه نمونه فیلتر دیجیتال در نرم‌افزار متلب تعریف شدند تا نتایج اعمال آن‌ها بر روی داده‌های حاصل از شبیه‌سازی انجام شده توسط Geant4، بررسی شود. در این مقاله، مطالعه بر روی فیلترهای دیجیتالی مثلثی، ذوزنقه‌ای و قله‌ای با سطح فوقانی مسطح انجام شد و با مقایسه‌ی نتایج حاصل به ازای مقادیر مختلف متغیرهای مؤثر در هر فیلتر با نتایج حاصل از آزمایش انجام شده در آزمایشگاه، مقادیر بهینه‌ای برای متغیرهای مرتبط با هر فیلتر به دست آمد. با بررسی‌های صورت گرفته، برای فیلتر مثلثی به ازای ۱۱=k، برای فیلتر ذوزنقه‌ای به ازای ۱0=k و 5=L و برای فیلتر قله‌ای با سطح فوقانی مسطح به ازای 10=k و 20=L بهترین نتایج به دست آمد. در نهایت این نتیجه به دست آمد که در بحث کیفیت جداسازی، فیلتر ذوزنقه‌ای می‌تواند انتخاب مناسب‌تری باشد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Discrimination of neutron and gamma spectrum using a method based on digital filters
نویسندگان [English]
- M. Valipour
- S.A. Hosseini
Department of Energy Engineering, Sharif University of Technology, P.O.BOX: 1114-14565, Tehran – Iran
چکیده [English]
In this study, the Monte Carlo-based simulation code, Geant4, was applied to model the 2-inch NE-213 detector and Am-Be source available at Sharif University Faculty of Energy. The neutron and gamma spectrum for this source in the NE-213 detector could be achieved. Furthermore, a circuit based on the analog Constant Fraction Method (CFM) was used in the laboratory to get the neutron and gamma spectrum of the same source to be used for further comparisons. For the next step, three digital filters named Triangular, Trapezoidal, and Flat Top Cusp were scripted in MATLAB not only to see how each filter performs in the discrimination of these two spectrums but also to find the optimum values for the effective parameters in each of the filters by comparing the filter outputs with the results obtained from the constant fraction method in lab. As it turned out, in the triangular filter for k=11, the trapezoidal filter for k=10 and L=5, and in the flat top cusp filter for k=10 and L=20, the most accurate results were obtained. By comparing the results for these values in each filter, it was shown that the trapezoidal filter performed the most effectively in spectrum discrimination.
کلیدواژه‌ها [English]
- Neutron-gamma discrimination
- Digital filters
- Geant4
- Am-Be source
- NE-213 scintillation detector
- Tiwari A.K, Raut R, Basu K, Ghugre S.S, Dutta A, Sinha A.K. Digital Pulse Processing Simulations in MATLAB® & OCTAVE for Nuclear Spectroscopy. In Proceedings of the DAE Symp. On Nucl. Phys. 2012;57:944.
- Alexander T.K, Goulding F.S. An amplitude-insensitive system that distinguishes pulses of different shapes. Nuclear Instruments and Methods. 1961;13:244-246.
- Bayaat E. M.Sc. thesis, Sharif University of Technology. 2002 [In Persian].
- Bose S, Chatterjee M.B, Sinha B.K, Bhattacharyya R. Neutron-gamma discrimination based on leading edge shape measurement. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators. Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1988;270(2-3):487-491.
- Aghabozorgi S. M.Sc. thesis, Sharif University of Technology. 2014 [In Persian].
- Hartigan J.A, Wong M.A. Algorithm AS 136: A k-means clustering algorithm. Journal of the royal statistical society. series c (applied statistics). 1979;28(1):100-108 (1979).
- Korolczuk S, Linczuk M, Romaniuk R, Zychor I. Development of a digital method for neutron/gamma-ray discrimination based on matched filtering. Journal of Instrumentation. 2016;11(09):C09013.
- Kim C, Yeom J.Y, Kim G. Digital n-γ pulse shape discrimination in organic scintillators with a high-speed digitizer. Journal of Radiation Protection and Research. 2019;44(2):53-63.
- Korolczuk S, Linczuk M, Romaniuk R, Zychor I. Development of a digital method for neutron/gamma-ray discrimination based on matched filtering. Journal of Instrumentation. 2016;11(09):C09013.
- Allison J, Amako K, Apostolakis J.E.A, Araujo H.A.A.H, Dubois P.A, Asai M.A.A.M, Yoshida H.A.Y.H. Geant4 developments and applications. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2006;53(1):270-278.
- Klein H, Brooks F.D. Scintillation detectors for fast neutrons. PoS. 2006;097.
- Lotfi Y, Moussavi-Zarandi S.A, Ghal-Eh N, Bayat E. A comparison on three neutron-gamma discrimination methods used with NE213, UGLLT and UGAB scintillators. Radiation Physics and Chemistry. 2020;171:108701.
- Esposito B, Riva M, Marocco D, Kaschuck Y. A digital acquisition and elaboration system for nuclear fast pulse detection. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2007;572(1):355-357.
- BC-501, BC-501A, BC-519 Liquid Scintillators. www.crystals.saint-gobain.com/radiation-detection-scintillators/liquid-scintillators/neutron-gamma-psd-bc-501a-bc-519.
- Nakhostin M. A new digital method for high precision neutron-gamma discrimination with liquid scintillation detectors. Journal of Instrumentation. 2013;8(05):P05023.
- Boghrati B, Moussavi-Zarandi A, Esmaeili V, Nabavi N, Ghergherehchi M. On gamma-ray spectrometry pulses real time digital shaping and processing. Instruments and Experimental Techniques. 2011;54(5):715.
- Liu G, Aspinall M.D, Ma X, Joyce M.J. An investigation of the digital discrimination of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors using an artificial neural network. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2009;607(3):620-628.
)