Yeni bir nötron detektörü tasarımı için simülasyon çalışmaları-NEDA
Simulations for a neutron detector design-NEDA
Yazar: TAYFUN HÜYÜK
Danışman: PROF. DR. AYŞE ATAÇ NYBERG
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Nötron = Neutron ; Nötron reaksiyonları = Neutron reactions ; Nötron-proton etkileşmesi = Neutron-proton interactions

Özet:
Bu çalışma, yeni nesil nötron detektörlerinin tasarımı için yapılmış olan simülasyonları içermektedir. Sözü geçen yeni nesil nötron detektör topluluğu NEDA (NEutron Detector Array), Fransa'nın GANIL laboratuvarında radyoaktif iyon demetleri üretmek üzere kurulmakta olan hızlandırıcı kompleksi SPIRAL2 içerisinde kullanılmak üzere tasarlanmaktadırlar.NEDA'nın geometrik yapısına ve detektör materyaline karar vermek üzere, Geant4 simülasyon kiti ve GSort analiz programları kullanılmış, değişik ebatlar ve materyal için detektör verimleri (intrinsic efficiency) ve bir parçacığın birden fazla detektörde çoklu ölçümü (cross-talk) incelenmiştir. Detektörlerin geometrisinde altıgenler prizması şekli benimsenmiş, önceki detektör tasarımlarından farklı olarak, iç bükey bir düzlem yerine, modulariteyi korumak için duvar benzeri düzlem uygulanmıştır. Detektör materyali olarak, ilk önce daha evvel kullanılan materyal olan BC501A seçilmiş, sonra döteryumlaştırılmış sıvı sintilatör (deuterated liquid scintillator) olan BC537 denenmiştir. Böylelikle, detektörlerin veriminde ve parçacıkların deteksiyon esnasında saçılmasında, geometrinin yanında materyalin de etkisi gözlenmiştir. Simülasyonlar, kaynağa en yakın detektör ile kaynak arasındaki mesafe 510 mm ve 1000 mm alınarak yapılmıştır. Sonuç olarak, BC537 materyali kullanıldığında enerjisi 1 MeV ve multiplisitesi 1 olan nötronlar için, NEDA detektörlerinin verimi yaklaşık %70 olarak ölçülmüş, nötronların çoklu ölçüm olasılığı (cross-talk) yaklaşık %30 olarak bulunmuştur. Detektörlerin hacimlerinin değişmesi ile verimlerinin değişmediği, ancak çoklu ölçüm olasılığının azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, detektörler ile kaynak arası mesafenin ise her iki ölçüm parametresi üzerinde etkili olmadığı belirlenmiştir.

Abstract:
This work includes the simulations performed in order to design a new generation neutron detector array NEDA (NEutron Detector Array). NEDA is planned to be used within the new radioactive ion beam facility, SPIRAL2 which is being developed at GANIL, France.In order to find the best combination for the geometry and the material of NEDA, Geant4 simulation kit and GSort analysis programs are used, different sizes and two materials have been tested and the intrinsic efficiency and the cross talk between the detectors are determined. For a single detector geometry, the shape of a hexagonal prism is adapted and the full array is designed flat as a ?wall? in order to have a good modularity. As the detector material, both the BC501A scintillator which is a well-known material from earlier experiences and the deuterated scintillator BC537, are tested and the effect of the materials in terms of the intrinsic efficiency and the cross talk, are investigated. The detectors which are closest to the source have been placed 510 mm and 1000 mm away from the source in order to investigate the distance dependency of the cross talk and the intrinsic efficiency. For the BC537 material, the intrinsic efficiency of the NEDA detectors are 70%, and the cross talk is 30%, for 1 MeV neutrons with a multiplicity of one. As the volume of the detectors are increased, the intrinsic efficiency does not change, however, the cross talk is decreased. The distance of the detectors to the source does not affect any of the parameters of interest.