simulation
در نشریات گروه فیزیک-
In this paper, we conducted a numerical study to investigate the role of magnetic nanoparticles (MNPs) in the treatment of cancerous tissues in three dimensional. First, we considered the governing equations associated with this method. Next, we utilized the finite element method (FEM) and Comsol Multiphysics software package to calculate parameters such as temperature distribution, generated heat, and the fraction of damage in tumor and normal tissues over a 40-minute period. The applied frequencies and current in the coil were 150 and 300 kHz and 550 A, respectively. Our calculations revealed that the maximum temperatures of the tumor at frequencies of 150 and 300 kHz were 45.4 and 47 degrees, respectively. These temperatures are sufficient to destroy cancer cells. Furthermore, the comparison of results at 150 and 300 kHz frequencies demonstrated that parameters such as temperature, heat, and degradation rate increase with the increase of frequency. Additionally, we found that the tumor damage at the end of the process for frequencies of 150 and 300 kHz was 100% in the center of the tumor, but reduced to 63% and 75% at the border, respectively.Keywords: Magnetic Hyperthermia, Magnetic Nanoparticles, Breast Cancer, Simulation, COMSOL Multiphysics
-
در این مقاله امکان سنجی تولید رادیوایزوتوپ ایریدیوم - 192، که از چشمه های مورد استفاده در براکی تراپی می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور افزایش بهره تولید و درصد خلوص بالای این محصول، پارامترهای تولید مستقیم این رادیوایزوتوپ مطابق واکنش 191 Ir (n, γ) 192 Ir مورد مطالعه قرار گرفت. تعیین مکان بهینه پرتودهی با توجه به شار نوترونی و سطح مقطع واکنش نوترونی با ماده هدف، اهمیت فراوان دارد. با تحلیل طیف تجربی نوترون های خروجی از راکتور و همچنین شبیه سازی راکتور بوسیله کد MCNPX، اطلاعات دقیقی از شار و طیف نوترون های حرارتی و محل های پرتودهی به دست آمد. محاسبات مربوط به شار نوترون های حرارتی به صورت تئوری با استفاده از شبیه سازی انجام شده است. با در نظر گرفتن اطلاعات به دست آمده از شبیه سازی انجام شده و مقایسه با نمودار تجربی سطح مقطع واکنش، مکان بهینه پرتودهی برای تولید رادیوایزوتوپ ایریدیوم - 192 مشخص شد. همچنین با مقایسه نتایج شبیه سازی به دست آمده مربوط به فعالیت نهایی در مکان های مختلف راکتور، مکان بهینه برای تولید ایریدیوم - 192 با بیشترین فعالیت نیز تعیین شد.
کلید واژگان: رادیو ایزوتوپ ایریدیوم - 192، شبیه سازی، براکی تراپی، کد MCNPX، پرتودهی نوترونیThe feasibility of producing the iridium-192 radioisotope has been investigated in this work. Iridium-192 has various applications in nuclear medicine, particularly in brachytherapy. To increase the production yield and the high purity of this product, the direct production parameters of this radioisotope were studied based on the 191Ir (n,γ) 192Ir reaction. It is crucial to determine the appropriate irradiation location according to the neutron flux and the cross-section of the neutron reaction with the target material. By analyzing the experimental spectrum of neutrons exiting the reactor, as well as simulating the reactor using the MCNPX code, detailed information was obtained on the flux and spectrum of thermal neutrons and the irradiation sites. Calculations related to the flux of thermal neutrons were performed both theoretically and through simulation. Considering the information obtained from the simulation and comparing it with the experimental diagram of the reaction cross-section, the optimal irradiation site for the production of iridium-192 was determined. By comparing the simulation results related to the final activity at different reactor locations, the best site for producing iridium-192 with the highest activity was also identified.
Keywords: Iridium-192 Radioisotope, Simulation, Brachy Therapy, MCNPX Code, Neutron Irradiation -
The tunability of the InGaN band gap energy over a wide range provides a noble spectral match to sunlight, making it a suitable material for photovoltaic solar cells. The ineffectiveness of single junction solar cell to convert solar full spectrum into electrical energy leads to transparency loss in addition with excess excitation loss. An efficient BSF layer is an essential structural element to attain high efficiency in solar cells. In this work the impact of the BSF layer for InGaN single-junction and multi-junction solar cells is studied using the computational numerical modeling with Silvaco ATLAS simulation technique. The open circuit voltage (Voc) and circuit current density (Jsc) characteristics of the simulated cells and the variation of external quantum efficiency as a function of solar cell structures have been studied. For the optimized cell structure, the maximum Jsc = 14.6 mA/cm2, Voc = 3.087 V, and fill factor (FF) = 88.15% are obtained under AM1.5G illumination, exhibiting a maximum conversion efficiency of 36.1%.
Keywords: Back Surface Field, Heterojunction, Ingan, Simulation, Solar Cell -
در این مطالعه مقایسه ای، هدف ما طراحی یک راکتور تخلیه سد دی الکتریک (DBD) تحت فشار اتمسفر است. نیاز فعلی مشخص کردن پلاسما و بهینه سازی سیستم پلاسمای طراحی شده در شرایط متغیر است. شبیه سازی تک بعدی وابسته به زمان یک دستگاه DBD، هدایت شده توسط یک ولتاژ RF سینوسی با دامنه 755 کیلو ولت در 52 کیلوهرتز، در گاز آرگون نشان داده شده است. دستگاه DBD با دو الکترود، پوشیده شده توسط ماده دی الکتریک و با ثابت دی الکتریک متغیربین 2، 5و 8 در نظر گرفته شد، و پارامترهای تخلیه بر حسب زمان شبیه سازی شدند. در سراسر شکاف پلاسما برای یافتن یک ثابت دی الکتریک بهینه برای رسوب حداکثر توان. با استفاده از یک ولتاژ سینوسی به دستگاه DBD با ثابت دی الکتریک مختلف، پروفایل های میدان الکتریکی، الکترون چگالی، دمای الکترون، کسر جرمی اتم های آرگون، میانگین انرژی الکترون، چگالی جریان یون، چگالی جریان الکترون، پلاسما، جریان کل و رسوب توان نشان داده شده اند.کلید واژگان: راکتور سد تخلیه دی الکتریک، چگالی الکترون، شبیه سازی، پلاسما، ثابت دی الکتریکInductively coupled plasma (ICP) is widely used in applications such as material processing and In this comparative study, we aim to design a dielectric barrier discharge (DBD) reactor under atmospheric pressure. The current requirement is to characterize the plasma and optimize the designed plasma system under variable circumstances. A one-dimensional time-dependent simulation of a DBD tool, driven by a sinusoidal RF voltage with an amplitude of 755 kV at 52 kHz, in argon gas is shown. The DBD device with two electrodes, covered by dielectric material and with variable dielectric constant between 2, 5 and 8 was considered, and the discharge parameters were simulated in terms of time across the plasma space to find an optimal dielectric constant for delivering maximum power deposition. Using a sinusoidal voltage to DBD device with different dielectric constant, electric field profiles, electron density, electron temperature, mass fraction of argon atoms, average electron energy, ion current density, electron current density, plasma, and power deposition are shown.Keywords: Dielectric Barrier Discharge Reactor, Electron Density, Simulation, Plasma, Dielectric Constant
-
In this article, we investigate the effect of frequency as one of the important factors in the three-dimensional process of induction heating through numerical modelling. Induction heating is the process of heating electrically conductive materials by electromagnetic induction, which induces an eddy current within the material. Using the finite element method (FEM) and the comsol multiphysics software, we calculate the eddy current and the distribution of heat generated in both the workpiece and the inductor for different frequencies within the range of 0.75-5 kHz. To accomplish this, we utilize a real coil with a helix shape and a cylindrical workpiece. The results demonstrate that as the frequency increases, both the eddy current and the generated heat are transferred to the outer surface of the workpiece, becoming concentrated in a thin layer. In other words, these parameters exponentially decrease along the radius of the workpiece from the surface towards its interior.Keywords: Frequency, Simulation, Induction heating, finite element method
-
امروزه با گسترش کاربرد لایه های نازک در صنعت و علوم پزشکی، روش های تولید آنها نیز مورد توجه قرار گرفته است. یکی از آن روش ها، روش تبخیر مواد به کمک تفنگ الکترونی است. مهم ترین بخش در تفنگ الکترونی، اپتیک الکترون است که وظیفه تولید و شتابدهی به الکترون را به عهده دارد؛ به طوری که با اصلاح و کنترل هر چه بهتر ویژگی های پرتو الکترونی (شکل و قطر پرتو) در محل هدف، امکان تبخیر مواد دیرگداز در مدت زمان کوتاه تر ممکن می شود. کاهش و کنترل قطر پرتو در این منبع تبخیر به پارامترهای مختلفی از جمله هندسه دستگاه، شدت میدان مغناطیسی، توان الکتریکی و... وابسته است. از اینرو در این کار پژوهشی با انجام آزمایش های تجربی و استفاده از نرم افزارهای المان محدود و مدل سازی به بررسی اثر آن پارامترها پرداخته شد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که اثر پارامترهای موثر بر قطر پرتو تا حد خوبی قابل پیش بینی است و می توان با تغییر در شکل هندسی، ابعاد و موقعیت اجزای تفنگ الکترونی ، قطر پرتو الکترونی را کاهش داد. در ادامه با اعمال این تغییرات در ساخت دستگاه و انجام آزمایش های تجربی، تفنگ الکترونی جدید در مقایسه با نمونه اولیه موجود، بهینه و قطر پرتو آن با %40 کاهش، متمرکزتر شد.کلید واژگان: منبع تبخیر الکترون، پرتو، اپتیک، شبیه سازیNowadays, by expanding the application of thin layers in industry and medical sciences, their fabrication methods have also received attention. One of those methods is the vaporizing material method with the help of an electron gun. The most important part in the electron gun is the electron optic, which is responsible for producing and accelerating electrons, so that it becomes possible to vaporize refractory materials in a shorter period of time by better modifying and controlling the electron beam (the shape and diameter of the electron beam) at the target location. The reduction and control of the beam diameter in this evaporation source depends on various parameters such as device geometry, magnetic field intensity, electric power, etc. Therefore, in this research, the effect of those parameters was investigated by conducting experiments and using finite element and modeling software. The simulation results revealed that the effect of the effective parameters on the beam diameter can be predicted to a good extent, so that the diameter of the electron beam decreases by changing the geometrical shape, size and displacement of the output beam components. Then, the new electron gun, compared to the existing prototype, is optimized by applying these changes in the construction of the device and conducting experiments, and its beam diameter is reduced by 40% to be more focused.Keywords: electron gun, beam, optics, simulation
-
یکی از روش های معمول تولید لایه های دو- بعدی استفاده از روش پوسته سازی در فاز مایع به روش فیزیکی استفاده از پروب فراآوایی است. در این پژوهش، برای به دست آوردن شرایط بهینه تولید پوسته های دو- بعدی گرافنی از پودر گرافیت به روش پوسته سازی در فاز مایع تحت تابش امواج فراآوایی، شبیه سازی توزیع فشار فراآوایی درون محلول و محاسبه اختلاف فشار با استفاده از نرم افزار کامسول استفاده شد. این شبیه سازی برای پروب فراآوایی با بسامد کاری 22 کیلوهرتز و قطر 14 میلی متر و 20 کیلوهرتز برای پروب هایی با قطر 22 و 40 میلی متر صورت گرفت تا اختلاف فشار صوتی درون محلول محاسبه گردد. سپس پروبی که بیش ترین اختلاف فشار را نشان می دهد در کار تجربی برای بررسی اثرات حجم و غلطت محلول گرافیت تحت تابش فراآوایی در تولید مقدار و ضخامت لایه های گرافنی، مورد مطالعه قرار گرفت. همان طور که از نتایج شبیه سازی انتظار می رفت، نتایج تجربی نشان دادند که که با افزایش اختلاف فشار صوتی درون محلول، میزان تولید گرافن افزایش می یابد. نتایج به دست آمده با دستگاه های تجزیه و تحلیل طیف سنجی فرابنفش- مریی، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، میکروسکوپ الکترونی تراگسیلی و طیف رامان نشان می دهند که با پروب های 14 و 22 میلی متری تراکم پوسته های گرافنی کم تر و خردشدگی مشاهده می شود در حالی که با پروبی به قطر 40 میلی متر تولید کم لایه و دولایه گرافن در ابعاد بزرگ تر امکان پذیر است. هم چنین حجم محلول و غلطت گرافیت موجود در محلول بر تولید میزان و تعداد لایه های گرافنی نقش به سزایی دارند.
کلید واژگان: دولایه های گرافن، قطر پروب فراآوایی، شبیه سازی، طیف رامان، نرم افزار کامسولOne popular method to produce 2D materials is the physical method of liquid phase exfoliation (LPE) utilizing ultrasound technique. In this research, our aim is to obtain the optimum conditions for the exfoliation of 2D materials of graphene from graphite utilizing LPE by simulation of ultrasonic waves irradiation and the pressure difference in the solution using COMSOL physics interactive. These simulations are carried on for the probe of 14 mm in diameter and 22 kHz in frequency, and then for the probe of 22 mm and 40 mm in diameter and 20 kHz frequency to obtain the maximum acoustic pressure difference in the solution. Then the probe, which the simulation shows produces the maximum acoustic pressure difference is used for the experimental investigation of the volume and the density of the graphite solution, which is irradiated by ultrasound for graphene, produced. The numerical simulations give an expectation to have more graphene exfoliation when the pressure difference in solution sonication is more. This expectation is verified by the experimentation. The experimental results which are analyzed using UV-visible spectroscopy, FESEM, TEM, and Raman spectrum show the probes with 14 mm and 22 mm produce less flakes which are in smaller size compared to the probe with diameter 40 mm which few-layer and even bilayer graphene with larger size are observed. Also we observed the density and the volume of the solution has importance in the layer number of the flakes production.
Keywords: Bilayer Graphene, Ultrasonic Probe diameter, Simulation, Raman spectrum, COMSOL software -
A beta-voltaic battery design can be used to evaluate the functionality of the GEANT4 code and COMSOL Multiphysics software. The spatial distribution of the deposited energy for the beta particles in the semiconductor transducer has been simulated by using the GEANT4 and then, the electron-hole pair generation rate has been obtained. Subsequently, output performances of the battery such as the current-voltage (I–V) characteristics and the maximum electrical power have been determined by using the COMSOL Multiphysics in which the electron-hole pair generation rate from the GEANT4 simulation was utilized as input. Validation is done by considering an optimized planar betavoltaic battery. The results of the current study have been compared with other articles. The results are in good agreement and the relative errors are less than 8%. Our simulation model can be extended to the betavoltaic batteries with other semiconductors and radioactive isotopes and can provide a powerful tool for predicting the output performance and optimizing the betavoltaic batteries.
Keywords: Simulation, Model, Geant4, COMSOL Multiphysics, Betavoltaic Battery -
بررسی متغیرهای تاثیرگذار در افزایش زمان محصور سازی الکترون ها در حالت بتای پایین در یک رآکتور پلی ول
در یک رآکتور پلی ول، وجود یک کاتد مجازی پایدار و پرانرژی به منظور شتاب گرفتن یون ها و ایجاد برهم کنش های همجوشی لازم است. افزایش زمان محصورسازی الکترون های تشکیل دهنده کاتد مجازی در عملکرد رآکتور پلی ول بسیار مهم است. در این مقاله با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی به کمک نرم افزار کامسول وابستگی کاتد مجازی به متغیرهای موثر در یک پلی ول مورد بررسی قرار گرفته است. زمان محصور سازی ابر الکترونی به فاصله حلقه ها، شعاع حلقه ها، جریان حلقه ها و انرژی جنبشی الکترون های تزریق شده به داخل پلی ول بستگی دارد. با استفاده از نتایج شبیه سازی، چگونگی وابستگی متغیرهای ذکر شده با زمان محصور سازی را به دست آورده و سپس یک مدل ریاضی برای زمان محصور سازی معرفی می گردد.
کلید واژگان: پلی ول، زمان محصورسازی الکترون ها، کامسول، شبیه سازی، حالت بتای پایینIn a polywell reactor, it is critical to have a stable and energetic virtual cathode that is necessary to accelerate ions and create fusion interactions. Increasing the confinement time of virtual cathode electrons is of critical importance in the performance of polywell reactors. In this paper, COMSOL Multiphysics software was used to perform a three-dimensional numerical simulation in order to investigate the impacts of effective variables of a polywell on the virtual cathode. The findings indicated that the confinement time depends on the distance between the coils, coil radius, coil current, and the kinetic energy of the injected electrons. In addition, by using the simulation results, the dependence of the mentioned parameters on the confinement time is obtained, and then a mathematical model was developed.
Keywords: Polywell, Electrons confinement time, COMSOL, Simulation, Low beta mode -
The magnetron is a microwave source. The electron efficiency of the magnetron, which defines the efficiency of converting electron flux energy into energy of high-frequency fluctuations, is very high (up to 80%). Still, almost all of the remaining part is released as heat per anode unit, which leads to its heating. This temperature increase reduces the device useful life and causes magnetron failure. One way to remove the heat generated by the magnetron is to cool it, which, depending on the type and output of the magnetron, may be cooled by air or water. Therefore, In this paper, a water-cooling system for a 1kW magnetron with a frequency of 2.45 GHz is designed and simulated by using Comsol software (version 5.6) to study the temperature changes and distributes in the magnetron under the influence of water cooling and to compare it with the state where there is no cooling. The simulation results showed that in the absence of cooling, over time (10 minutes), the magnetron temperature reaches 5680°C, which causes the magnetron to melt. With the cooling design, we observed that the magnetron does not change temperature after 10 minutes of continuous operation in the water-cooling system and has temperature stability. This result allows the magnetron to be used for more extended periods in industrial and consumer applications such as microwave ovens.
Keywords: Magnetron, Water cooling, Simulation, Comsol software -
در این مقاله، بهبود عملکرد لیزر نیمه رسانای قرمز مبتنی بر AlGaInP برای اولین بار با معرفی ساختار جدید موجبر نامتقارن سه گانه ی اکستریم بررسی شده است. در ساختار موجبر پیشنهادی جدید برای تغییر ساختار یک لیزر متقارن مرسوم، در گام نخست، ضخامت های لایه ی موجبر و کلدینگ آلائیده نوع n افزایش یافته است و پس از آن برای طراحی لایه های کلدینگ و موجبر آلائیده نوعn و p در ساختار لیزر نیمه رسانای قرمز، یک نامتقارنی سه گانه در نظر گرفته شده است. عملکرد ساختار متقارن مرسوم و ساختار جدید نامتقارن سه گانه ی اکستریم به صورت تئوری در نرم افزار PICS3D انجام شده است. شبیه سازی های سه بعدی انتقال حامل، موجبری نوری و خودگرمایشی به صورت خودسازگار در نرم افزار ترکیب شده اند. نتایج شبیه سازی حاکی از بهبود قابل توجه عملکرد ساختار نامتقارن پیشنهادی جدید در مقایسه با ساختار متقارن مرسوم هستند. دلایل بهبود عملکرد لیزر در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که استفاده از ساختار جدید منجر به کاهش همپوشانی مد اپتکی با نواحی با آلایش بالا می گردد. از طرف دیگر با کاهش جریان نشتی الکترون ها، افزایش در آهنگ بازترکیب القایی رخ می دهد که این منجر به کاهش جریان آستانه، افزایش توان خروجی می گردد. با کاهش مقاومت سری و افزایش پایداری حرارتی ساختار پیشنهادی جدید، بهینگی این ساختار تایید می گردد.
کلید واژگان: لیزر دیود مبتنی بر Algainp، شبیه سازی، توان، جریان آستانه، موجبر نامتقارن سه گانه ی اکستریم، PICS3DIn this paper, for the first time, improved lasing performance of a red AlGaInP laser diode is demonstrated by introducing a new extreme triple asymmetric waveguide structure. In the new proposed waveguide structure, at the first step, n-waveguide and n- cladding layer thicknesses are increased, and then a triple asymmetry is introduced on the design of the n-type and p-type cladding and waveguide layers inside the red laser diode structure. The conventional symmetric and the new extreme triple asymmetric laser structures performances are theoretically investigated using simulation software PICS3D. 3D simulations of carrier transport, optical waveguiding and self-heating are combined self-consistently in the software. Numerical results show that the new proposed structure performance is significantly improved in comparison to the conventional symmetric structure. The reasons of improvements are discussed in this investigation. The simulation results show that the use of the new structure reduces the overlap of the optical mode with of high doping regions. On the other hand, by reducing the electron leakage current, an increase in the stimulated recombination rate occurs, which leads to a decrease in the threshold current and an increase in the output power. By reducing the series resistance and increasing the thermal stability of the new proposed structure, the optimality of this structure is confirmed.
Keywords: Algainp-Based Laser Diode, Simulation, Power, Threshold Current, Extreme Triple Asymmetric Waveguide, PICS3D -
ذرات میون به سبب برهم کنش پرتوهای کیهانی با مولکول های موجود در جو تولید می شوند و با طول عمر µ s 2/2 به یک الکترون و دو نوترینو فروپاشی می کنند. این الکترون ها در محیط آب با سرعتی بیش تر از سرعت نور در محیط، حرکت می کنند. بنابراین الکترون ها، تابشی در محدوده نور آبی و بنفش در محیط گسیل می کنند که به تابش چرنکوف معروف است. در این پژوهش با کمک کد شبیه سازی Geant4، یک آشکارساز چرنکوف ساده برای مطالعه تابش چرنکوف الکترون های ناشی از واپاشی میون، شبیه سازی شد. با استفاده از طیف انرژی فوتون های نوری، بازده آشکارساز چرنکوف آبی 067/0 محاسبه شد. همچنین میانگین طول عمر و انرژی بیشینه الکترونهای تولید شده با فروپاشی میون به ترتیب برابر µs 014/0 ± 197/2 و 6/52 MeV گردید.
کلید واژگان: میون ها، آشکارساز چرنکوف آبی، شبیه سازی، Geant4، فوتون های نوری، بازده، میانگین طول عمر، طیف انرژی میونMuon particles are produced by the interaction of cosmic rays with molecules in the atmosphere and are decayed to an electron and two neutrinos with a lifetime of 2.2 µs. These electrons move in the water environment faster than the speed of light in the same environment. Therefore, the electrons emit radiation in the blue and violet light range which is known as Cherenkov radiation. In this research, using the Geant4 simulation code, a simple water Cherenkov detector was simulated to study the Cherenkov radiation of electrons caused by muon decay. Using the energy spectrum of optical photons, the detection efficiency of the water Cherenkov detector was calculated 0.067. Also, the mean lifetime and maximum energy of the electrons produced by the muon decay were measured 2.197±0.014 µs and Emax=52.6 MeV, respectively.
Keywords: Muons, Water Cherenkov Detector, Simulation, Geant4, Optical Photons, Efficiency, Mean Lifetime, Energy Spectrum Of Muons -
رادیونوکلیید طلا-199 با نیمه عمر14/3 روز، دارای یک تابش بتامنفی با انرژی MeV45/0 (مناسب برای کاربردهای درمانی) و به همراه آن، دارای دو تابش گاما با انرژی های KeV 73/158 (مناسب برای کاربردهای تصویربرداری) و KeV196/208 می باشد. در این پژوهش، ما به شبیه سازی محیطی مشابه قلب راکتور تهران پرداختیم و پارامترهای مسیله را مشابه حالت تجربی تعریف کردیم تا بتوانیم بهره تولید طلا-199 به روش مونت کارلو با استفاده از کد MCNP < /span> تعیین کنیم. از جمله پارامترهای محاسباتی در این تحقیق، سطح مقطع واکنش (n,γ) و تابع تحریک این واکنش است که با استفاده از کدهای هسته ای ALICE/ASH و TALYS این پارامترها را محاسبه کردیم و با داده های تجربی مقایسه کردیم. با پرتودهی دو نمونه 11 و 5/15 میلی گرمی پودر پلاتین در شار نوترونی در راکتور تهران به مدت حدود 21 ساعت به ترتیب مقدار 55/1 و 98/1 میلی کوری طلای-199 در انتهای بمباران تولید گردید. خلوص رادیونوکلییدی و رادیوشیمیایی محصول نهایی به روش استخراج حلال-حلال با استفاده از دو ماده اتیل استات با راندمان 99 % وHDEHP < /span> با راندمان 80 % گزارش گردید. بعد از تولید رادیونوکلیید طلا-199 به صورت خالص و بدون حامل، نانوذرات رادیواکتیو طلا-199 را به روش ترکویچ[1] با استفاده از ماده احیاکننده تری سدیم سیترات سنتز کردیم و در نهایت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی[2]، به ارزیابی ریخت شناسی[3] نانوذرات پرداختیم. میانگین ابعاد نانوذرات 50 نانومتر محاسبه شد. 1Turkevich 2Scanning Electron Microscopy(SEM) 3Morphologyکلید واژگان: رادیوایزوتوپ، طلای-199، نانو ذرات، شبیه سازی، مونت کارلو، بهره تولید، نوترونهای حرارتیIn this study, the 199Au nanoparticles production parameters have been investigated by a two-part study.The first part is about the indirect method for production of non-carrier-added (NCA) 199Au radionuclide which was investigated both theoretically and experimentally. We applied MCNPX-2.6 code, TALYS-1.9, and ALICE code, aiming to simulate the reactor core of Tehran Research Reactor (TRR) and determining the activity of 199Au by MCNPX code using cross-sections calculated by TALYS-1.9 and specifying the production yield of 199Au. Also, the excitation function of 199Au was calculated via reaction by TALYS-1.9 and ALICE/ASH-0.1 codes. As the corresponding experimental approach, we worked on the reactor production of 199Au by utilizing thermal neutron flux through irradiation of natural Pt target for a specified irradiation time of 21 hours and 10 minutes in TRR. Regarding our facilities for evaluating the production yield, two samples of 11 mg and 15.5 mg natural Pt targets were bombarded in TRR. Because the natural Pt target, consists of five different stable isotopes (192Pt, 194Pt, 195mPt, 196Pt, 198Pt), some radionuclides as impurities will be produced during the reactor bombardment. So, using an enriched Pt target will increase the production yield together with a reduction of the impurity production. To separate 199Au radionuclide from the impurities mentioned above, and also to calculate both the chemical yield and the radionuclide purity of 199Au, two chemical separation techniques were applied. In the first technique, 199Au radionuclide was separated from impurities by employing liquid-liquid extraction (LLX) using ethyl acetate. As a result of this separation, the chemical yield of 199Au radionuclide was more than 99%. In the second technique, 199Au was separated by employing LLX using liquid cation exchanger, Di-(2-Ethylhexyl) phosphoric acid (HDEHP). By applying this technique, the chemical yield of 199Au radionuclide was more than 80% consequently. We calculated the theoretical findings and compared the results with the related experimental values.In the second part of the present study, the synthesis of radioactive 199Au nanoparticles (199AuNPs) have been investigated by the Turkevich method with the aim of produce citrate-gold nanoparticles with different sizes of approximately 50 nm. Possible uses and applications of 199Au nanoparticles in medicine are also discussed.Keywords: Monte Carlo, Yield, Thermal Neutrons Radioisotope, 199Au, Nanoparticle, Simulation
-
در این پژوهش، محاسبات مربوط به ضریب تضعیف جرمی (µ/ρ) کامپوزیت پلی اتیلن/اکسید بیسموت (HDPE-Bi2O3) برای درصدهای وزنی مختلف Bi2O3 در بستر پلیمر یعنی 0، 1، 2، 3، 5 وwt% 8 برای فوتون هایی با انرژی keV 59 با قابلیت بکارگیری در مراکز رادیوگرافی دندان با استفاده از کد MCNP < /span> شبیه سازی شد و نتایج آن با داده های XCOM مقایسه گردید. نتایج شبیه سازی ضریب تضعیف جرمی کامپوزیت مذکور در کسرهای وزنی مختلف از روش های MCNP < /span> و XCOM در انرژی keV 59 همخوانی بسیار خوبی با یکدیگر نشان دادند. نتایج این پژوهش نشان داد که ماده کامپوزیتی پلی اتیلن/اکسید بیسموت در صورت ساخته شدن در کسر وزنی و ضخامت بهینه، قابلیت بکارگیری به عنوان حفاظ پرتویی در مراکز رادیوگرافی دندان را داراست.کلید واژگان: کامپوزیت پلی اتیلن، اکسید بیسموت، رادیوگرافی دندان، شبیه سازی، حفاظ سازی، ضریب تضعیف جرمیIn this study, calculations related to the mass attenuation coefficient (µ/ρ) of Polyethylene/Bismuth Oxide composite (HDPE-Bi2O3) for different weight percentages of Bi2O3 in the polymer matrix, namely 0 wt%, 1 wt%, 2 wt%, 3 wt%, 5 wt% and 8 wt% for photons with 59 keV energy that can be used in dental radiography centers were simulated using the MCNP code and results were compared with XCOM data. The simulation results of the mass attenuation coefficient of the composite in different weight fractions via the methods of MCNP and XCOM at 59 keV showed a good agreement with each other. The results of this study showed that the Polyethylene/Bismuth Oxide composite material in optimal weight fraction and thickness can be used as a radiation shield in dental radiography centers.Keywords: Polyethylene, Bismuth Oxide composite, Dental radiography, Simulation, Shielding, Mass attenuation coefficient
-
دزیمتری ویژه ی بیمار یک امر مهم در پزشکی هسته ای می باشد که با روش های مختلف به صورت کلینیکی و تحقیقاتی انجام می گردد. از میان روش های ارایه شده تکنیک مونت کارلو با دقت بالایی که دارد جایگاه ویژه ای را در بر گرفته است اما به دلیل زمان محاسباتی بالا هنوز به صورت کلینیکی مورد استفاده قرار نمیگیرد. این روش می تواند در دزیمتری هندسه های پیچیده همچون بیمار مورد استفاده قرار گیرد ولی قبل از آن اعتبار بخشیدن به نتایج این کدها حایز اهمیت می شود. این پژوهش به بررسی روند اعتبارسنجی کدهای مونت کارلو می پردازد و با اندازه گیری عملی در تصویربرداری PET/CT به وسیله ی فانتوم سر و دزیمتر TLD و مقایسه ی آن با نتایج شبیه سازی کد GATE مرحله ی اول را انجام می دهد. در مراحل بعدی شبیه سازی فانتوم ICRP110 در دو حالت مختلف ریه به ریه و کبد به ریه با توجه به روش MIRD انجام می شود و خروجی فاکتور S با کد مونت کارلو GATEو MCNPX به دست می آید و با نتایج مطالعات پیشین مقایسه می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی و اندازه گیری عملی نزدیکی مناسبی را با دقت بالا نشان می دهند و به جایگاه ویژه ی کد های مونت کارلو در دزیمتری هندسه های پیچیده همچون بیمار تاکید می کند
کلید واژگان: دزیمتری داخلی، فانتوم، شبیه سازی، GATE، TLDPatient dosimetry plays the essential role in nuclear medicine performed with various method in clinical and research approaches. There are many methods for internal dosimetry which Monte Carlo code with high accuracy has the crucial place compare to others. The principle reason that Monte Carlo couldn’t performed as the clinical method is the high computation time. This method could be use in the complex geometry such as patient but before the implementation of the code, accreditation should be done. This paper aim to present the method of validation the Gate Monte Carlo codes in PET nuclear medicine. The researches were carried out with experimental tests by head and TLD dosimeters and the results were compared with GATE outputs at the same geometry. In the second steps, ICRP110 phantom in two state of lunge to lunge as a source to target organ and liver to lung considered the MIRD internal dosimetry method had been simulated. The S factor were the results of the simulation codes compared with MCNPX Monte Carlo results in the same conditions. The result has shown the accordance between the simulation and experimental data with high accuracy and highlights the role of Monte Carlo in complex geometry as the high accurate and validate methods.
Keywords: Internal dosimetry, Phantom, Simulation, GATE, TLD -
پدیده ی مالتی پکتینگ که به علت تکثیر الکترون های ثانویه اتفاق می افتد، در ساختارهای رادیوفرکانسی بسیار شایع است. نیروی کولنی بین الکترون های ثانویه باعث اثر بار فضایی شده و در نتیجه اشباع مالتی پکتینگ اتفاق می افتد. مطالعه ی واقع بینانه ی مالتی پکتینگ، نیازمند در نظر گرفتن اثر بار فضایی است. شبیه سازی این اثر در نرم افزار CST PIC STUDIO به سادگی امکان پذیر نیست و چالش هایی برای کاربر ایجاد می کند. در این مقاله، چگونگی در نظر گرفتن بار فضایی در شبیه سازی مالتی پکتینگ تک سطحی برای مدلی ساده شرح داده شده است. اثر بار فضایی بر نتایج حاصل از شبیه سازی، بررسی شده و آستانه ی دامنه ی میدان رادیو فرکانسی برای وقوع مالتی پکتینگ به دست آمده است.
کلید واژگان: مالتی پکتینگ، شبیه سازی، نرم افزار CST، بار فضاییMultipacting which occurs due to high amplification in secondary electrons, is a typical phenomenon in the radiofrequency structures. The Coulomb force between the secondary electrons induces space charge and consequently saturates the multipacting phenomenon. A realistic study of this phenomenon requires considering the effect of space charge. Simulation of the space charge effect by CST PIC STUDIO software is not simply possible and pose some challenges for users. In this paper, it is described how to consider space charge in a single-side multipacting simulation for a simple model. The effect of space charge on the simulation results has been investigated and the threshold of the the radio frequency field amplitude for multipacting occurrence has been obtained.
Keywords: Multipacting, Simulation, CST Software, Space Charge -
در این مقاله اثرات گرمایش ناشی از یک منبع مصنوعی با استفاده از مدل دو بعدی SAMI2 بررسی می شود. یک منبع گرمایش موضعی گوسی در معادله دمای الکترون به منظور مدل سازی گرمایش موج رادیویی یونسفر در نظر گرفته می شود. اثرات گرمایش به عنوان تابعی از زمان گرمایش، شدت منبع تابش، ارتفاع مرکز گرمایش و تغییر مختصه عرض جغرافیایی گرم کننده در نواحی مختلف ایران بررسی می شود. نتایج شبیه سازی ها پیشنهاد می کنند که ارتفاع مرکز گرمایش و شدت منبع تابشی اثر قابل ملاحظه ای بر ایجاد اختلالات در توزیع چگالی و دمای الکترون در یونسفر دارند. این اختلالات در محل گرم کننده و اثر آن در نقاط متناظر در نیم کره مقابل نیز قابل مشاهده است. با افزایش ارتفاع حتی در زمان های ابتدایی روشن کردن گرم کننده، شدت دما در ناحیه گرم کننده افزایش یافته و با گذشت زمان رشد قابل توجهی می یابد. در شدت های پایین منبع تابشی، دمای الکترون حتی در ناحیه گرم کننده نیز با گذشت زمان افزایش قابل ملاحظه ای نمی یابد، این در حالی است که با افزایش توان ورودی، دمای الکترون پس از 30 دقیقه روشن کردن گرم کننده، در ناحیه گرمایش افزایش می یابد. اثر گرمایش همچنین به صورت اختلال در پربندهای چگالی مشاهده می شود که نشان دهنده کاهش چگالی و شکل گیری مجرا (کانال) در ناحیه گرم کننده و افزایش چگالی در نیم کره مقابل هستند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با تغییر مکان جغرافیایی گرم کننده، در عرض جغرافیایی پایین تر، افزایش دما در نقطه گرمایش و در نقاط متناظر در نیم کره مقابل شدت بیشتری می یابد.کلید واژگان: گرمایش یونسفر، مدل SAMI2، پلاسما، شبیه سازیIn this paper the heating effects was investigated with SAMI2 model. An external Gaussian heating source was considered in electron temperature equation that models the radio frequency heating. The effects of the heating were investigated as a function of the heating period, intensity of the heating source, height of the heating center and different latitude of the heating in Iran coordinates. Results of the simulations show that height of the heating and intensity of the source have main role in the distribution function of the electron density and temperature. This distribution in heating zone and conjugate point was shown. In early time of heating, by increasing the height, the electron temperature was increased dramatically. At low intensity of the heating source, the electron temperature wasn’t increased. However, the electron temperature was increased in heating zone after 30 minutes. Also, the heating distributes the electron density counter which represents the reduction of the electron density and the formation of the duct in heating zone and the growth of the electron density at conjugate point. The results show that at low latitude, electron temperature at heating zone and conjugate point was increased more.Keywords: ionosphere heating, SAMI2 model, plasma, simulation
-
در این پژوهش، از درهم تنیدگی اتم-کاواک در مدل جینز-کامینگ بسته، با فرض وادنیدگی بزرگ بین اتم و کاواک، استفاده شده و فرایند انتقال حالت از اتم به تابش کاواک شبیه سازی شده است. اتم اولیه که در برهم نهی نصف-نصف از دو حالت پایه و برانگیخته آماده شده است، در معرض تابش اولیه که یک حالت همدوس و دور از تشدید با اتم است، قرار می گیرد. میزان در آمیختگی هر کدام از زیرسیستم ها، آنتروپی خطی، درهم تنیدگی، آنتروپی ون نیومن و تجزیه اشمیت سیستم مرکب، به صورت تابع تحلیلی از زمان برای اولین بار محاسبه شده اند. با فرض اختلاف بسامد زیاد بین اتم و تابش، شبیه سازی نشان می دهد هیچ انتقال انرژی بین اتم و تابش به دلیل وادنیدگی بزرگ، صورت نمی گیرد اگرچه اتم و تابش درهم تنیده می شوند همچنین نشان داده شده است که یک اندازه گیری خاص روی اتم از این سیستم مرکب درهم تنیده، می تواند سیستم مرکب را به حالت ضربی (غیر درهم تنیده) از دو زیر سیستم برافکنش کند به نحوی که حالت تابش، به یک برهم نهی از حالت همدوس موسوم به حالت گربه ای، تغییر یابد. به طور خاص، شرایط لازم جهت انتقال تابش به دو حالت گربه ای زوج و گربه ای فرد، مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: انتقال حالت، مهندسی حالت کوانتومی، حالت های گربه ای، شبیه سازیIn this research, atom-cavity entanglement in closed Jaynes – Cumming model has been used with the assumption of large detuning between atom and cavity, to simulate the state transfer from atom to cavity radiation. A two-level atom which is prepared in a half-half superposition between the ground and excited states, has been exposed to initially coherent radiation field which is far from resonance with the atom. Mixture of each subsystem, linear entropy, entanglement, Von Neumann entropy and Schmidt decomposition of composite system as a function of time, has been determined analytically, for the first time. Assuming large frequency differences between atom and radiation, the simulation is shown no energy is transferred between atom and radiation due to large detuning, even though atom-radiation entanglement took place. Also, it has been shown that a particular measurement on the atom in this composite entangled system, can project the composite system into a separable (non-entangled) state so that the radiation state is changed into a superposition of the coherent state which is called the cat state. The conditions required to transfer radiation into odd and even cat states have been particularly investigated.Keywords: state transfer, quantum state engineering, cat states, simulation
-
در این مقاله تغییرات تابع توزیع ذرات در فرایند انبساط یک پلاسمای یک بعدی بدون برخورد به خلا مورد مطالعه قرار گرفته است. نشان داده شده است که برای حالتهای خود-مشابه توزیع ماکسولی اولیه یونها به تدریج به یک توزیع تک مقدار (δ گونه) سوق پیدا می کند. لذا می توان دینامیک یونها را با معادلات سیالی توصیف کرد. از طرفی برای اثرات جدایی بارکه با فرض انبساط یک پلاسمای محدود اتفاق می افتد، فرایند انبساط پلاسما تغییراتی را به تابع توزیع الکترونها تحمیل کرده و در نتیجه توزیع آنها به حالتهای غیر ماکسولی سوق پیدا می کند. برای بررسی تابع توزیع الکترونها در هر لحظه از شبیه سازی ذره ای استفاده شده است. در این شبیه سازی، دینامیک الکترونها بر اساس معادله ولاسف و دینامیک یونها بر اساس معادلات سیالی تعیین می شود. در انتها نشان داده شده است که دنباله های پرانرژی تابع توزیع الکترونها درمحل بدنه پلاسما به خاطر فرار الکترونهای پر انرژی به خلا، پایین آمده و توزیع ذرات در این قسمت به یک حالت سوپر ماکسولی تبدیل می شود. از طرفی در ناحیه جبهه یونی که محل حضور الکترونهای پر انرژی است توزیع سرعت الکترونها از حالت ماکسولی به حالت لورنتزی همراه با دنباله های پر انرژی تبدیل شده است.
کلید واژگان: انبساط پلاسما، شبیه سازی، جبهه موج، خود-مشابه، معادله ولاسف، توزیع ماکسولیIn this paper, the variations of particles distribution function (DF) in a one-dimensional collisionless plasma expansion are studied. It is shown that, for the self-similar cases the initial Maxwellian distribution function of ions gradually converse to a δ-like one. So, the dynamic of the ions could be considered with fluid equations. On the other hand, for the effects of charge separation that occurs assuming the expansion of finite plasma, the process of plasma expansion imposes variations on electrons DF which causes it to change from Maxwellian to a non-Maxwellian one. In order to investigate the electrons DF at each moment, a particle simulation is used. In this simulation, the electrons dynamic is determined by Vlasov equation. Ions dynamic is given by fluids equations. Finally, it is indicated that, the higher energy tails of electrons DF in the main body of plasma are descended due to the motion of high energy electrons into vacuum and the electrons DF transforms to a super-Maxwellian DF. In the opposite side, at ion front zone which is the place of high energy electrons presence, electrons DF transform from Maxwellian to Lorentzian case with the high energy tails
Keywords: plasma expansion, Simulation, ion front, self-similar, Vlasov equation -
یکی از عوامل محرک برای ایجاد جریان محوری درون روتور سانتریفیوژ به منظور افزایش عملکرد جداسازی، اسکوپ است. با توجه به قرار گرفتن اسکوپ در معرض جریان گاز با ماخ بالا، جریان دچار شوک شده و گرادیان های شدیدی در جریان اتفاق خواهد افتاد. در این پژوهش جریان گاز در اطراف اسکوپ در حالت دوبعدی (r-θ) به روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC) با استفاده از حل گر dsmcFoam در فواصل مختلف اسکوپ از دیواره شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش فاصله اسکوپ از دیواره روتور و کاهش زاویه برخورد جریان گاز با اسکوپ، سبب کاهش بیشینه دما و نیروی درگ می شود. به عنوان نمونه برای روتوری با شعاع 100 میلی متر که جریان کنار دیواره آن به ماخ 5/6 می رسد افزایش فاصله اسکوپ از دیواره به میزان 31 درصد (از 8 به 5/10 میلی متر) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در زاویه برخورد 85 درجه، سبب کاهش بیشینه دما به میزان 3/1 درصد (از 596 به 588 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 4/49 درصد (2412 به 1221 دین) می شود. کاهش زاویه برخورد گاز با اسکوپ به میزان 8/11 درصد (از 85 درجه به 75 درجه) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در فاصله اسکوپ از دیواره برابر با 5/10 میلی متر سبب کاهش بیشینه دما به میزان 8/6 درصد (از 588 به 548 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 3/50 درصد (1552 به 771 دین) می شود.
کلید واژگان: روتور سانتریفیوژ، اسکوپ، شبیه سازی، روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، حل گرOne of the driving factors for creating axial flow inside the gas centrifuge rotor to increase the separation performance is the scoop. Due to the exposure of the scoop to the high Mach gas flow, the flow will be shocked, and strong gradients will occur in the flow. In this research, the gas flow around the scoop in a two-dimensional state (r-θ) is simulated by the Direct Simulation Monte Carlo method (DSMC) using the dsmcFoam solver at different distances of the scoop from the rotor wall. The results show that increasing the distance of the scoop from the rotor wall and decreasing the contact angle of the gas flow with the scoop reduces the maximum temperature and drag force. For instance, increasing the distance of the scoop from the wall by 31% (from 8 to 10.5 mm) in 3800 Pa wall pressure and 85° contact angle, causing a maximum temperature decrease of 1.3% (from 596 to 588 K) and also the drag force is reduced by 49.4% (2412 to 1221 dyn). Furthermore, reducing the angle of the gas flow with the scoop by 11.8% (from 85 ° to 75 °) in 3800 Pa wall pressure and at the distance of the scoop from the wall equal to 10.5 mm causes a maximum temperature decrease of 6.8% (from 588 To 548 K) and the drag force is reduced by 50.3% (1552 to 771 dyn).
Keywords: Centrifuge rotor, Scoop, Simulation, direct simulation Monte Carlo method, Solver, dsmcFOAM
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.