فهرست مطالب

مجله علوم و فنون هسته ای
سال چهل و سوم شماره 3 (پیاپی 101، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/10
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمد قربانزاده*، سید ابوالفضل حسینی، بیژن وثوقی وحدت، آزاده اخوان الاف، حسین عربی صفحات 1-9
    طی چند دهه گذشته، مقطع نگاری کامپیوتری با اشعه ایکس (CT) به عنوان یکی از روش های اصلی تصویربرداری مقطعی در طیف وسیعی از کاربردهای بالینی در رادیولوژی تشخیصی، انکولوژی و تصویربرداری مولکولی چند حالته، معرفی شده است. علی رغم ارزش اذعان شده این روش تصویربرداری، در مواردی به دلیل وجود کاشت های فلزی، کیفیت تصاویر CT تحت تاثیر قرار می گیرد. وجود اجسام فلزی مانند پرکردگی دندان، پروتز مفصل ران یا زانو، ضربان سازهای قلب، ترکش های جنگی و قفس های نخاعی باعث بروز و تشدید آرتیفکت های تصویر می شوند. این نوع آرتیفکت ها، به شکل خطوط سیاه و سفید در تصویر نمایان می شوند که باعث پنهان شدن ساختارها و بافت های اطراف کاشت فلزی می شود و ارزش تشخیصی تصاویر CT را از بین می برند. هم چنین این آرتیفکت ها بر دقت طراحی درمان پرتو درمانی که به تصاویر سی تی برای مشخص کردن تراکم الکترون و برآورد توان متوقف کننده نسبی ذرات متکی هستند، تاثیر می گذارد. بنابراین برای رفع این مشکل، طی 4 دهه، الگوریتم هایی با عنوان کاهش دهنده آرتیفکت فلزی (MAR) ارایه شده اند. در این پژوهش، پنج الگوریتم MAR با استفاده از شبیه سازی و مطالعات بالینی ارزیابی شده است. الگوریتم ها شامل درون یابی خطی (LI_MAR) داده های تخریب شده در سینوگرام، کاهش آرتیفکت های فلزی به روش نرمال سازی (NMAR)، روش حذف فلز (MDT)، کاهش دهنده آرتیفکت فلزی برای کاشت های ارتوپدی (OMAR) و یک روش بر پایه الگوریتم های مبتنی بر تکرار (MAP) است. تصاویر بالینی، در نواحی مختلف بدن، با ابعاد و جنس های مختلف کاشت فلزی، برای ارزیابی عملکرد الگوریتم های MAR، مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور بررسی کمی کیفیت تصاویر اصلاح شده با الگوریتم های MAR، معیار خطای میانگین مربعات نرمال شده NRMSE، محاسبه و ارزیابی شده است. نتایج حاصل از ارزیابی الگوریتم ها، نشان از عملکرد موثر الگوریتم NMAR در کاهش آرتیفکت فلزی به نسبت الگوریتم های دیگر، در اغلب موارد بوده است. هم چنین بررسی پارامتر زمان پردازش الگوریتم، ارزش کلینیکی الگوریتم NMAR را نمایان می کند.
    کلیدواژگان: تصویربرداری پزشکی، آرتیفکت فلزی، CT، Metal Artifact Reduction
  • علی اسدی*، سید ابوالفضل حسینی، ناصر وثوقی صفحات 10-18
    در این مطالعه، ما از نرم افزار مبتنی بر روش مونت کارلو، GATE، برای مدل سازی سیستم پروتون درمانی اسکن نقطه ای (نازل اختصاصی اسکن نقطه ای SIEMENS IONTRIS) نصب شده در مرکز پروتون و یون سنگین درمانی شانگ های  استفاده کردیم. در داخل نازل ، جدا از پنجره های ورودی و خروجی و دو محفظه یونی، پرتو از خلا عبور می کند  و به این صورت یک پرتو واگرا در خروجی نازل شکل می گیرد. ما توزیع های زاویه ای ، فضایی و انرژی فضای فاز پرتو را در خروجی نازل با یک توزیع گوسی کنترل می کنیم که توسط هشت پارامتر وابسته به انرژی کنترل می شود. پارامترها از پروفایل های اندازه گیری شده و توزیع دز - عمق مشخص شده اند. اعتبارسنجی مدل پرتو با مقایسه توزیع دز نسبی اندازه گیری شده توسط گروه های دیگر و توزیع دز به دست آمده از شبیه سازی باGATE ، با استفاده از مشخصات برنامه ریزی از دستگاه برای تعیین موقعیت و انرژی نقطه پرتو انجام شد. نتایج شبیه سازی مونت کارلو با اندازه گیری های منحنی دز عمق و طرح های گسترش قله براگ توافق خوبی را نشان داد. مقایسه مطلق اختلاف دز جذب شده بین مونت کارلو و اندازه گیری 1± درصد بود. در این کار، روشی برای انطباق مدل شبیه سازی مونت کارلو برای یک سیستم پرتو پروتون اسکن نقطه ای شرح داده شد. توافق خوب بین اندازه گیری ها توسط گروه های دیگر و شبیه سازی این تحقیق نشان می دهد که مدل سازی مونت کارلو در این کار یک روش دقیق و معتبر است.
    کلیدواژگان: پروتون درمانی، مونت کارلو، اسکن نقطه ای، GATE
  • شبنم امین، سید ابوالحسن علوی، حسن یوسف نیا، حسن آقایان* صفحات 19-29

    در این تحقیق، ابتداسطوح مزو حفره سیلیسی کروی 15SBA- با ترکیب پتاسیم مس هگزاسیانوفرات (](6[KCu(Fe(CN)) اصلاح شد. سپس از آن به عنوان یک مبادله گر یونی نانوکامپوزیتی جدید، جهت جذب سزیم از محلول آبی مورد استفاده قرار گرفت. شناسایی ساختار نانوکامپوزیت سنتز شده با تکنیک های میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM)، پراش پرتو ایکس(XRD)، جذب و واجذب نیتروژن (BET) و طیف سنجی مادون قرمز(IR) مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهای pH، زمان تماس و غلظت بر میزان جذب مورد مطالعه قرار گرفت. داده های غلظت تعادلی با مدل های لانگمویر، فروندلیچ و تمکین بررسی شد. نتایج ارزیابی ها مطابقت خوبی با مدل لانگمویر داشت که نشان می داد فرایند جذب یون های سزیم به صورت تک لایه است. هم چنین مدل شبه مرتبه دوم مدل مناسبی برای توصیف رفتار سینتیکی جذب سزیم بود. بیشینه ظرفیت جذب تعادلی برای این نانوکامپوزیت 4/46 میلی گرم بر گرم نانوکامپوزیت به دست آمد.

    کلیدواژگان: سزیم، هگزاسیانوفرات، 15SBA- کروی
  • مهرداد دوانلو، امید ناصر قدسی، سید محمد متولی* صفحات 30-38

    با توجه به اهمیت عدم تقارن ماده هسته ای بر روی برهم کنش یون های سنگین، در این تحقیق سیستم های برهم کنشی را به سه دسته مختلف ایزوتوپی، ایزوباری و ایزوتونی تقسیم و مشخصات سد همجوشی را برای هر گروه به صورت مجزا با استفاده از 27 نسخه مختلف فرمالیزم مجاورتی مورد بررسی قرار داده ایم. بررسی انجام شده نشان می دهد، جهت محاسبه و هم چنین پیش بینی مشخصات سد همجوشی برهم کنش یون های سنگین مناسب تر است به جای استفاده از یک نسخه منفرد، از نسخه های مختلف فرمالیزم مجاورتی برحسب درجات آزادی مختلف ایزواسپینی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: سد همجوشی، مدل مجاورتی، تقارن ایزواسپین، برهم کنش یون های سنگین، عدم تقارن هسته
  • زهرا زارعی، مسعود امین مظفری*، سعید محمدی، مصطفی حسن زاده صفحات 39-47
    هدف از این تحقیق، طراحی یک جعبه مناسب جهت پرتودهی سنگ های جواهراتی توپاز و بهبود پارامترهای نوترونی آن با حفظ شرایط لازم جهت خنک شوندگی آن ها در رآکتور تحقیقاتی تهران است. در این راستا با تعریف فیلتر نوترونی مناسب و شبیه سازی جعبه پرتودهی با استفاده از کد 7/2MCNPX در چیدمان قلب، پارامترهای نوترونی قلب محاسبه و بهترین هندسه جهت محاسبات دمایی انتخاب گردید. سپس اجزاء مختلف کانال و جعبه پرتودهی در نرم افزار Solidworks شبیه سازی و با استفاده از افزونه Flow Simulation آن، محاسبات حرارتی مساله اجرا شد. نتایج نشان داد که حضور آب در کانال پرتودهی و جعبه سنگ ها، با این که خنک سازی مناسبی برای سنگ های توپاز فراهم می سازد، اما به دلیل کند کردن نوترون های سریع موجب اکتیو شدن شدید سنگ ها می گردد. در حالی که با استفاده از یک لوپ بسته مستقل از آب استخر رآکتور و به کارگیری سیالی گازی مانند هوا، میزان شار نوترون های حرارتی و در نتیجه اکتیویته سنگ ها کاهش می یابد. هم چنین نتایج نشان داد که در این حالت با انتخاب سرعت مناسب سیال و تنظیم توان قلب، می توان شرایط قابل قبولی جهت پرتودهی طولانی مدت و ایمن سنگ ها فراهم نمود.
    کلیدواژگان: تحلیل نوترونی - حرارتی، نرم افزار Solidworks، کد MCNPX، سنگ توپاز، رآکتور تحقیقاتی تهران
  • سید مرتضی زاهدی دیزجی، امیرحسین فرهبد*، محمد محمودی صفحات 48-54

    در این مقاله، نوعی سامانه نوری برای دمش محیط فعال لیزرهای حالت جامد به کمک دیودهای نورگسیل با هدف ارتقای نوسان گر مجموعه گداخت لیزری معرفی شده است. سامانه نوری مذکور براساس هدایت پرتوهای نوری از منابع دیودهای نورگسیل به میله لیزر با استفاده از سطوح تمام بازتابان استوار است. سه پیکربندی مختلف برای سامانه دمش با مقطع چهار، پنج و شش وجهی طراحی، و هندسه آن ها با روش ردیابی تصادفی پرتو در سه بعد بهینه سازی شدند. سامانه های دمش ساخته شده با موفقیت برای دمش میله لیزر از جنس به قطر 3 میلی متر و منابع دیودهای نورگسیل با طیف سفید 10 وات به کار گرفته شدند. با استفاده از پیکربندی پنج وجهی، 4 ژول انرژی الکتریکی به 35 دیود نورگسیل تحویل شد و نوسانگر لیزر میخه های لیزر با ساختار مدی اینس- گوسی و انرژی بیش از 700 میکرو ژول با نرخ تکرار 1 هرتز پدید آورد. هم چنین تپ های سوییچ Q با انرژی متوسط 35 میکرو ژول و پهنای پالس230 نانوثانیه با سامانه دمش نوری بهینه سازی شده تولید شدند. بهبود بیش تر سامانه دمش نوری بر پایه دیودهای نورگسیل می تواند منجر به تولید باریکه لیزر با انرژی چند میلی ژول شود.

    کلیدواژگان: سامانه دمش نوری، گداخت لیزری، لیزر با دمش دیود نور گسیل، محیط فعال، مد عرضی اینس- گوسی
  • فاطمه منصورزاده، علی اصغر قربانپور خمسه*، سید جابر صفدری صفحات 55-64
    یکی از پارامتر های مهم در طراحی آبشار مدل Q برای سیستم های چندجزیی، پارامتر M* می باشد. در این تحقیق یک کد با نام MOTACAS برای طراحی آبشار مدل Q تهیه شده است که با استفاده از آن مقدار بهینه پارامتر M* نیز قابل محاسبه است. در این راستا مقدار بهینه M* برای غنی سازی ایزوتوپ هشتم تلوریم در خروجی جریان سنگین به ترتیب در غناهای 40/0، 7/0، 9/0 و 99/0 و غنی سازی ایزوتوپ چهارم تلوریم به ترتیب در غناهای 1/0، 3/0، 4/0 و 5/0 تعیین شده است. هم چنین به منظور بررسی اثر فاکتور جداسازی بر مقدار پارامتر M*، محاسبات برای ایزوتوپ هشتم و چهارم با فاکتور جداسازی 05/1 و 1/1 انجام و با یک دیگر مقایسه شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که هر اندازه میزان غنای ایزوتوپ مطلوب افزایش یابد، محدوده تغییرات پارامتر M* کاهش می یابد. هم چنین با کاهش فاکتور جداسازی، مقدار بهینه M* تغییر نمی کند و علی رغم افزایش مقدار جریان میان مرحله ای کل، مقدار جریان نسبی میان مرحله ای کل ثابت باقی می ماند. در ضمن مطابق نتایج به دست آمده، غنای ایزوتوپ های انتهایی با افزایش تعداد مراحل آبشار تا مقادیر بالا افزایش می یابد اما غنای ایزوتوپ های میانی تا اندازه ی محدودی در یک آبشار قابل افزایش می باشد.
    کلیدواژگان: ایزوتوپ های پایدار، آبشار مدل Q، پارامتر M*، نرخ جریان میان مرحله ای کل، تلوریم
  • سید اکبر میراسمعیلی هفدانی، محسن اسدی اسدآباد*، غلامحسین برهانی صفحات 65-71

    آلیاژNb 1%-Zr متداول ترین آلیاژ جهت استفاده به عنوان غلاف سوخت هسته ای در رآکتورهای روسی است. در فرایند تولید غلاف سوخت هسته ای، عملیات نورد سرد پیلگر و هم راستاسازی نهایی منجر به ایجاد تنش‏های باقی مانده و تغییر در توزیع این تنش‎‏ها در داخل غلاف سوخت می گردد. تنش های باقی مانده بر افزایش کسر هیدریدی در غلاف‏های سوخت هسته‎ ای که در شرایط کاری با جذب هیدروژن آب، تشکیل می‏شوند و اثرات تخریبی دارند، موثر شناخته شده‏اند. در این تحقیق تنش های باقی مانده ایجاد شده در مراحل مختلف ساخت غلاف سوخت شامل نمونه های قبل از عملیات آنیل، بعد از آنیل و بعد از هم راستاسازی، با استفاده از روش های تفرق سنجی اشعه ایکس (XRD) و شیارزنی اندازه‏گیری شد. علاوه براین، میزان کسر هیدرید در نمونه های مختلف ارزیابی شد. تاثیر عملیات آنیل بر جهت‏گیری هیدریدها، در آنیل در دماهای 500، 540 و °C580 به مدت زمان 4 ساعت انجام شد.

    کلیدواژگان: آلیاژNb 1%-Zr، تنش باقی مانده، هیدرید، XRD
  • مرتضی ایمانی، علیرضا کشتکار*، عباس رشیدی، جواد کریمی ثابت، علی نوروزی صفحات 72-83
    در هنگام طراحی زنجیره های مخروطی به دلیل مشکلات هیدرودینامیکی، هر زنجیره ای قابلیت عملیاتی شدن ندارد. در این مقاله روش طراحی و بهینه سازی زنجیره مخروطی به منظور جداسازی ایزوتوپ های پایدار چند جزیی با در نظر گرفتن ملاحظات عملیاتی ماشین سانتریفیوژ شرح داده می شود. در این روش طراحی زنجیره، در مرحله اول مشخصات هیدرولیکی و جداسازی ماشین سانتریفیوژ تعیین می شود و سپس با استفاده از این اطلاعات و الگوریتم های بهینه سازی، زنجیره بهینه با کم ترین تعداد ماشین سانتریفیوژ طراحی می شود. در این مقاله برای یافتن زنجیره بهینه الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری به کار گرفته شده و با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی ماشین سانتریفیوژ، عملیاتی بودن زنجیره بررسی می شود و قید عملیاتی بودن زنجیره از لحاظ هیدرولیکی به تابع هدف در بهینه سازی اضافه می شود. برای تعیین مشخصات هیدرولیکی ماشین با استفاده از شبیه سازی هیدرودینامیکی ماشین سانتریفیوژ در حالت گذرا، ارتباط مابین فشارهای خط محصول و پسماند، خوراک ورودی و ضریب برش ماشین سانتریفیوژ تعیین می شود. با استفاده از روش طراحی ارایه شده، یک زنجیره با قابلیت عملیاتی بودن از منظر هیدرودینامیکی با استفاده از ماشین سانتریفیوژ 12TC- برای جداسازی ایزوتوپ اورانیم 235 از سوخت مصرف شده تا غنای 4 درصد طراحی شده و نحوه تغییرات فشار در زنجیره ارایه شده است.
    کلیدواژگان: طراحی، زنجیره مخروطی، بهینه سازی، ماشین سانتریفیوژ، شیر کنترلی
  • زهره دهقانی، الناز خلیل زاده*، امیر چخماچی صفحات 84-93

    در این مقاله، مطالعه شبیه سازی گرمایش کیاتیکی الکترون ها، طی برهم کنش پالس لیزر با اتم های هلیم و ناشی از تابش های رامان رو به عقب، با استفاده از کد شبیه سازیذره ای، انجام شده است. برای این منظور، تحولات پالس لیزر خود سازگار از طریق تبدیل فوریه فضای- زمان پتانسیل برداری عرضی، در زمان های مختلف انتشار بررسی و نشان داده شده است که از آن جا که یونش در انتشار تابش رامان رو به عقب تاثیر دارد، به طور محسوس، در آستانه گرمایش کیاتیکی الکترون ها نیز نقش دارد. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شده است که در پالس لیزر با زمان خیزش بلند، (در این جا fs 100)، در زمان های اولیه، تابش های رامان رو به عقب، به وسیله نویز اولیه قوی تر آغاز می شوند. بنابراین، با در نظر گرفتن یونش، شرط لازم برای آستانه آشوب زودتر حاصل شده که به نوبه خود باعث می شود تا گرمایش کیاتیکی الکترون ها نیز، در مقایسه با حالتی که پالس لیزر در پلاسمای پیش فرض منتشر می شود سریع تر شروع شود. در نتیجه، در توافق با ماهیت آشوب، الکترون ها از طریق سازوکار کیاتیکی در پلاسمای حاصل از یونش میدانی انرژی بیش تری به دست می آورند.

    کلیدواژگان: تابش رامان رو به عقب، آشوب، کد شبیه سازی ذره ای، پالس قوی لیزر، اتم هلیم
  • هادی اردینی*، مجتبی عسکری، امیرمحمد بیگ زاده صفحات 94-102
    اگرچه انرژی هسته ای و مواد رادیواکتیو به طور قابل توجهی در بهبود سلامت ملی و اقتصاد کشور نقش ایفا نموده است، اما عدم شناسایی مواد رادیواکتیو خارج از کنترل می تواند تهدید قابل توجهی برای سلامت و امنیت عمومی باشد. در این تحقیق، بر روی کشف و مکان یابی چشمه متحرک ضعیف با بهره گیری از یک سیستم مرکب از دوربین نظارتی شهری و آشکارساز یدور سدیم، مطالعه صورت گرفته است. با تلفیق تصاویر دوربین و اطلاعات شمارش پرتو گاما امکان کشف و تشخیص هدف آلوده از میان سایر اشیاء فراهم شده است. هدف از طراحی این سیستم، ایجاد بستری نسبتا ارزان قیمت، جهت ارتقا توان مقابله با مخاطرات هسته ای با شناسایی و ردیابی مداوم چشمه های خارج از کنترل است. بر اساس همین نگاه،مطالعه بر روی این سیستم در دو حالت جریان اطلاعات پیوسته و منقطع که دو صورت معمول در یک سیستم متشکل از دوربین و آشکارساز می باشد،صورت گرفته است. با بهره گیری از یک الگوریتم ابتکاری سریع و با حجم محاسباتی پایین نتایج شناسایی چشمه در دو حالت فوق ارایه شده است. نتایج نشان داد که سیستم تلفیقی با کمک الگوریتم، توانایی پیدا کردن چشمه متحرک در هر دو حالت دارا است و امکان کشف چشمه در حالت پیوسته سریع تر از حالت ناپیوسته می باشد.
    کلیدواژگان: تلفیق اطلاعات سنسورها، کشف، مکان یابی، چشمه متحرک، مواد رادیواکتیو خارج از کنترل
  • مجتبی باقرزاده*، داوود صابری صفحات 103-112
    در تحقیق حاضر نانوذرات هیدروکسی آپاتیت مغناطیسی (/HAp 4O3Fe) به منظور جذب و حذف یون های اورانیل برای اولین بار به روش هم رسوبی تهیه شدند. برای این کار جاذب هایی با نسبت های وزنی متفاوت (/HAp 4O3Fe)، (1:1)، (1:2)، (1:3) و (1:5) تهیه شدند. پس از مشخصه یابی فیزیکی، شیمیایی و مغناطیسی توانایی آن ها در جذب یون اورانیل از طریق سنجش اورانیل به روش طیف سنجی جذب ماوراء بنفش - مریی با استفاده از عامل کمپلکس کننده آرسنازو (III) پی گیری شد. اثر پارامترهای تجزیه ای از قبیل دما، pH، مدت تماس، مقدار جاذب، غلظت محلول اورانیل و اثر مزاحمت سایر کاتیون ها بر میزان جذب اورانیل توسط جاذب بررسی شد. آزمایشات نشان داد مقدار 015/0 گرم از نمونه /HAp 4O3Fe (1:5)، در 7 pH و در مدت زمان 150 دقیقه بیش ترین میزان اورانیل را جذب و حذف می کند. نانوذرات تهیه شده در ابعاد nm 17±2، قادر به جذب اورانیل در غلظت بینppm  100-2/0 بوده و بیش از 96% اورانیل را حذف می نمایند. در دمای C 25 ظرفیت جذب mg/g 82/99 به دست آمد. نتایج حاصله توانایی بالای این نانوذرات در جذب و حذف اورانیل و پتانسیل بالای آن ها در تصفیه پساب های حاوی اورانیل، را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اورانیل، نانودرات مغناطیسی، هیدروکسی آپاتیت
  • آمنه کارگریان، مریم قپانوری*، مرتضی صداقت، علیرضا اصل زعیم، علی باقری صفحات 113-123
    در این مقاله، جهت بررسی پدیده گداخت سطحی در دستگاه مولد نوترون صنعتی، به طراحی و ساخت هدف جامد با قابلیت خنک شوندگی پرداخته شد. در اولین قدم برای رسیدن به چنین هدفی، جنس و ضخامت لایه ها و زیرلایه های مناسب جهت استفاده به عنوان هدف جامد مولدهای نوترون صنعتی، به کمک شبیه سازی با نرم افزار سریم، مورد بررسی کامل قرار گرفت. سپس، با استفاده از نتایج شبیه سازی نمونه هایی از هدف جامد به روش لایه نشانی کند و پاش ساخته شد. علاوه بر این، با توجه به اهمیت دمای هدف و اثرگذاری آن در گداخت سطحی، به کمک شبیه سازی با نرم افزار کامسول، سامانه خنک کننده ای طراحی و سپس ساخته شد. هم چنین، با توجه به ولتاژ بالای اعمالی به هدف و در تماس بودن آن با سامانه خنک کننده، به منظور عایق کاری آن، عایق های الکتریکی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و عایق مناسبی طراحی و ساخته شد. در ادامه و به منظور امکان آزمون هدف های جامد و بخش های جانبی آن، سیستم خلا مناسبی طراحی و ساخته شد. در نهایت، پس از طراحی و ساخت کلیه بخش ها، سامانه جهت آزمون نهایی، مونتاژ و راه اندازی شد. در آزمون های انجام شده با گاز دوتریوم، شار نوترون به کمک آشکارساز 6411LB اندازه گیری گردید. در ولتاژ حدود 25 کیلوولت و جریان حدود 20 میلی آمپر، موفق به تولید نوترون با شار n/s 105×6 شدیم. این میزان شار نوترونی افزایش دوبرابری نرخ نوترون تولیدی در اثر پدیده گداخت سطحی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: گداخت سطحی، هدف خنک شونده، نوترون های سریع، نرم افزار سریم، نرم افزار کامسول
  • حسین رفیع خیری، علیرضا جوکار*، فریبا جوهری دها، غلامرضا اصلانی صفحات 124-132
    در این کار پژوهشی ما از روش گسیل پرتوی گامای القایی با دوترون (DIGE) بر اساس واکنش های هسته ای  و برای اندازه گیری مطلق ایزوتوپ های پایدار O16 و O18 در نمونه O218 H پرتودهی شده استفاده کردیم. این نمونه به عنوان هدف برای تولید رادیوایزوتوپ F18 با باریکه پروتون شتابگر سیکلوترون بمباران شده بود. هدف نازک 5O2Ta مورد استفاده در این آزمایش با آندایزینگ فلز تانتالوم با آب پرتودهی شده ساخته شد. مزیت اصلی روش DIGE اندازه گیری هم زمان ایزوتوپ های O16 و O18 تنها با یک آزمایش با باریکه دوترون است. اعتبار روش با تعیین مقدار ایزوتوپ O18 برای یک نمونه آب با غنای O18 مشخصبررسی شد. اندازه گیری ها با استفاده از باریکه دوترون keV 1150 شتابگر الکتروستاتیک MV 3 واندوگراف پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای انجام شد.
    کلیدواژگان: واکنش هسته ای، گسیل پرتو گاما القایی با ذره، ایزوتوپ های O16 و O18
  • محمداسماعیل امیرسلطانی، احمد پیروزمند*، محمدرضا نعمت اللهی صفحات 133-146

    آنالیز درخت رویداد برای کمی کردن معیار ریسک فرکانس آسیب به قلب (CDF) و ارزیابی ریسک نیروگاه های هسته ای ناشی از وقوع رویدادهای آغازگر فرضی مختلف به کار گرفته می شود. جهت محاسبه این معیار، لازم است که حالت های مختلف عملکردی سیستم های ایمنی  و اپراتور در برابر حادثه موردنظر، ارزیابی و تحلیل شوند. طبق مدارک ارزیابی ایمنی احتمالاتی رآکتور مورد نظر، محاسبه معیار فرکانس آسیب به قلب، توسط ابزارهای استاتیکی مانند درخت خطا و درخت رویداد استاتیکی انجام شده است. این روش، دینامیک حادثه و سناریوها را در نظر نگرفته و صرف عملکرد صحیح و ناصحیح سیستم های ایمنی و اپراتور را برای محاسبه فرکانس هر سناریو به کار می گیرد. در مقابل روش درخت رویداد دینامیکی، به طور هم زمان مدل های فیزیکی و احتمالاتی را برای تولید شاخه ها و سناریوها در درخت رویداد، محاسبه فرکانس وقوع سناریو، تعیین پروفایل زمانی آسیب به قلب و تغییرات زمانی پارامترهای فیزیکی نیروگاه برای هر سناریو به کار می گیرد. در این مقاله، ابتدا درخت رویداد دینامیکی برای حادثه SBOدر نیروگاه اتمی 446/V1000VVER- با استفاده از کدهای  5RELAP و RAVEN توسعه می یابد. سپس نتایج حاصل از آن با نتایج درخت رویداد استاتیکی مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهد با توجه به فرضیات در نظر گرفته شده تعداد 3170 سناریو در درخت رویداد دینامیکی مورد ارزیابی قرار می گیرد، در حالی که در روش درخت رویداد استاتیکی تنها تعداد 33 سناریو از پیش تعیین شده مورد بررسی قرار می گیرد. هم چنین میزان فرکانس آسیب به قلب محاسبه شده در درخت رویداد استاتیکی و دینامیکی، به ترتیب 6-10×61/3 و 6-10×97/1 به ازای هر سال کارکرد رآکتور می باشد.

    کلیدواژگان: درخت رویداد استاتیکی (ET)، درخت رویداد دینامیکی (DET)، حادثه از دست رفتن برق کامل نیروگاه (SBO)، رآکتور 446، V1000VVER-، کد آنالیز ریسک RAVEN
  • پیام مهدی پور کلدیانی، مجتبی جمعیتی* صفحات 147-156
    در این پژوهش مقادیر انرژی تحریکی کل (TXE) پاره های شکافت نوترونی برای ایزوتوپ های پلوتونیوم با استفاده از دو روش محاسبه شده اند. ابتدا نتایج انرژی تحریکی کل پاره های شکافت محاسبه شده دو روش برای شکافت Pu339 با هم مقایسه شده اند. سپس مقادیر TXE محاسبه شده با روش دوم را بر اساس مقادیر TXE روش اول که از تعریف اصلی نتیجه می شوند، بهینه سازی نموده ایم. با این بهینه سازی توزیع جرمی TXE برای ایزوتوپ های Pu241 و Pu242 که دارای مقادیر تجربی برای انرژی جنبشی کل پاره های شکافت هستند به دست آمده اند. هم چنین، توزیع جرمی انرژی تحریکی کل پاره های شکافت برای شکافت نوترونی بقیه ایزوتوپ های پلوتونیوم با هر دو روش پیش بینی شده اند. مقادیر انرژی تحریکی کل پاره های شکافت برای ایزوتوپ های پلوتونیوم بین 15 تا MeV 35 می باشند که در ناحیه متقارن افزایش چشمگیری دارند.
    کلیدواژگان: انرژی تحریکی کل پاره های شکافت، مدل نقطه برشی، شکافت نوترونی، تغییر شکل پاره های شکافت
  • سعید جلوانی*، کاوه سیلاخوری، سهند زارع، محمود ملاباشی، مریم ایلچی، زهرا پورحسن نژاد، داود احدپور صفحات 157-162
    در این مقاله، به بررسی اثر پارامترهای کاری گوناگون بر شکل تپ های خروجی یک لیزر 2CO تپی فشار اتمسفری پرتکرار دست ساز (با آهنگ تکرار تا kHz 1) پرداخته شده است. در این راستا، عوامل گوناگونی هم چون: نسبت گاز 2N، نسبت گاز He و بازتابندگی آینه جلویی تغییر داده شدند و انرژی و شکل تپ های گسیلی لیزر در هر یک از این حالت ها ثبت و مشخصه یابی شدند. نشان داده شد که با تغییر نسبت گازهای 2N و He، می توان دیرش زمانی میخه و دنباله ی تپ ها را در بازه ی ns 140-95 و µs 5/3-5/1 تنظیم نمود. هم چنین، دریافته شد که با افزابش بازتابندگی آینه ی جلوی لیزر از 50% به 80%، دیرش زمانی میخه ی تپ ها از ns 50 به ns 90 و دیرش زمانی دنباله ی آن ها نیز از µs 8/4 به µs 5/2 می رسد.
    کلیدواژگان: لیزر گاز کربنیک تپی، پهنای زمانی تپ، دنباله ی تپ
  • محمد جابری*، سمیه پناهی بخش، پگاه جمشیدی، اکبر نظری گلشن صفحات 163-171
    در این پژوهش رفتار باریکه استوکس بازگشتی از آینه مزدوج فازی ناشی از پراکندگی القایی بریلوین (SBS-PCM) در استون خالص، به طور تجربی بررسی شده است. میزان تغییرات انرژی بازتابی از آینه مزدوج فاز و پهنای زمانی تپ استوکس در اثر ایجاد تغییرات در شار انرژی ورودی به سلول و تغییر طول برهم کنش برای ساختار تک سلولی، مورد مطالعه قرار گرفت. بدین جهت با تغییر طول سلول و تغییر ساختار هندسی آینه مزدوج فاز جهت رسیدن به بهینه چیدمان اپتیکی برای بیشینه بازدهی و کمینه پهنای زمانی پرداخته شده است. تغییرات انرژی و پهنای زمانی بازتابی از آینه مزدوج فاز برای حالت های درنظر گرفته شده با یک دیگر مقایسه شد. نتایج نشان می دهد با تغییر در هندسه برهم کنش انرژی بازتابی از آینه مزدوج فاز قابل بهینه سازی است. با افزایش شدت باریکه ورودی در انرژی ثابت، و تغییر در طول اندرکنش، می توان به کمینه پهنای تپ بازتابی برحسب انرژی ورودی دست یافت.
    کلیدواژگان: پراکندگی القایی بریلوئن، نیروی باریکه استوکس، آینه مزدوج فاز
  • محبوبه هادیان جزی، مهدی صادقی*، محمدرضا قاسمی صفحات 172-180
    امروزه استفاده از نانوذرات، در افزایش تاثیر پرتودرمانی پیشرفت های زیادی داشته است. پارامترهای زیادی مانند اندازه، غلظت، نوع و موقعیت درون سلولی نانوذرات و هم چنین نوع و انرژی چشمه تابش در میزان حساس کنندگی تاثیر دارند. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، به بررسی تاثیر حضور گادولینیوم در سلول پرداخته شده است و نقش پارامترهای فیزیکی مذکور، در مقدار فاکتور افزایش دز (DEF) مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا با استفاده از نرم افزار 4Geant، توزیع های متفاوتی از نانوذرات گادولینیوم و اتم های گادولینیوم در داخل یک سلول، شبیه سازی گردید. چشمه پرتوهای X کم انرژی (keV 80- keV 25) و پرانرژی حاصل از شتاب دهنده خطی الکترون (MeV 2Eave=) به تک سلول تابانده شد و مقدار دز جذبی در غشاء، سیتوپلاسم و هسته محاسبه گردید. در ادامه با شبیه سازی یک نانوذره، به بررسی تاثیر اندازه آن و مقدار انرژی چشمه پرتوهای X، در مقدار DEF پرداخته شد. در مقیاس سلولی، افزایش سریعی در مقدار DEF بعد از لبه K رخ داد. پایین ترین مقدار DEF، مربوط به هسته است. بیش ترین مقدار DEF نیز متعلق به توزیع اتم های Gd در سیتوپلاسم و توزیع نانوذرات Gd در غشاء به ترتیب با مقدار 20/1 و 17/1 در انرژی keV 52 است. در انرژی MeV 2، DEF در همه توزیع ها به مقدار 1 نزدیک می شود. در مقیاس نانو مشخص شد که بیش ترین DEF به نانوذرات با شعاع nm 50 مربوط است. مقدار DEF پس از لبه K به شدت افزایش می یابد. اما در انرژی MeV 2، مقدار DEF به 1 نزدیک می شود.
    کلیدواژگان: نانو ذرات، گادولینیوم، فاکتور افزایش دز، شبیه سازی مونت کارلو
  • سجاد ظهیری کوپایی*، محمدرضا عبدی، مجید جلالی حاجی آبادی صفحات 181-187
    محاسبه و اندازه گیری دز گاما رآکتورهای هسته ای از لحاظ ایمنی، حفاظت و هم چنین استفاده جهت برنامه های طراحی و توسعه ی پیش روی سازمان ها حایز اهمیت است. به منظور دست یابی به این هدف روش اندازه گیری تجربی با دزسنج های گایگر - مولر دیجیتال RADOS و SMART-RAD و شبیه سازی به کار گرفته شده است. پیکربندی سه بعدی رآکتور زیربحرانی آب سبک پژوهشکده رآکتور اصفهان به منظور محاسبات دزسنجی گاما با کد 6/2MCNPX و تالی های شار سلولی 4F (2/cm تعداد ذره)، شار در یک نقطه 5F (2/cm تعداد ذره) و انرژی انباشته شده در سلول 8*F (MeV) شبیه سازی شد. قبل از محاسبات مربوط به دز گاما، محاسبه ضریب تکثیر انجام شد و نتیجه آن با مقدار گزارش شده در مشخصات فنی رآکتور مقایسه شد که  اختلاف کم تر از 6% داشت. پس از اطمینان از صحت شبیه سازی رآکتور، محاسبات برای رسیدن به پارامتر مورد نظر یعنی دز گاما Sv/h)µ(رآکتور LWSCR انجام شد که پس از تبدیلات و بهنجار کردن، نتایج حاصل از تالی 4F و 5F کم تر از 5%، 4F و 8*F کم تر از 2% و 8*F و 5F کم تر از 4% با یک دیگر اختلاف داشتند. برای اعتباربخشی و تایید محاسبات حاصل از کد 6/2MCNPX نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مقایسه گردید که در مقایسه با پژوهش های مشابه قبل، این درصد اختلاف منطقی و قابل قبول می باشد.
    کلیدواژگان: رآکتور زیربحرانی آب سبک، کد MCNP، دزسنجی گاما، شبیه سازی رآکتور
|
  • M. Ghorbanzadeh *, S.A. Hosseini, B. Vosoughi-Vahdat, A. Akhavanallaf, H. Arabi Pages 1-9
    Over the past few decades, computed tomography (CT) imaging has been merged as one of the leading cross-sectional imaging techniques in a wide range of clinical applications in diagnostic radiology, oncology, and multimodal molecular imaging. Despite the recognized value of this imaging modality, the quality and accuracy of CT images can be compromised by a number of implants. The presence of metal objects such as dental fillings, hip or knee prostheses, heart pacemakers, war fragments, and spinal cages can cause severe image artifacts. These types of artifacts appear as black and white streaks in the CT images, obscuring the structures and tissues around the metal implant which decreases the diagnostic values of the images. Metal artifacts also affect the accuracy of radiation therapy treatment planning, which relies on X-ray images to determine electron density and estimate the relative stopping power of particles. In this regard, different algorithms of the Metal Artifact Reduction (MAR) have been proposed over the decades to address this issue. In this study, five commonly used MAR algorithms in clinical practice have been evaluated using simulated and clinical datasets. These algorithms include linear interpolation (LI_MAR) of the degraded data in the sinogram space, reduction of metal artifacts by normalization method (NMAR), metal deletion technique (MDT), Orthopedic metal artifact reduction (OMAR), and a method based on iteration algorithms (MAP). Clinical CT images in different anatomical regions of the body, with different dimensions and types of metal implants, have been studied to evaluate the performance of the MAR algorithms. In order to quantitatively evaluate the quality of CT images corrected by the different MAR algorithms, the Normalized Root Mean Square Error (NRMSE) metric was employed. The quantitative analysis demonstrated the overall superior performance of the NMAR algorithm in effective metal artifact reduction compared to the other algorithms. The NMAR method exhibited relatively less signal distortion and reasonable processing time which make it a dependable solution in clinical practice.
    Keywords: Medical imaging, Metal artifact, CT, MAR
  • A. Asadi *, S.A. Hosseini, N. Vosoughi Pages 10-18
    In this study, we used the Monte Carlo-based software, GATE, to model the spot scanning proton therapy system (SIEMENS IONTRIS spot scanning dedicated nozzle) installed at the Shanghai Proton and Heavy Ion facility. Within the nozzle, apart from entrance and exit windows and the two ion chambers, the beam traverses through the vacuum, allowing for a convergent beam downstream of the nozzle exit. We model the angular, spatial, and energy distributions of the beam phase space at the nozzle exit with single Gaussians, controlled by eight energy-dependent parameters. The parameters were determined from measured profiles and depth dose distributions. Verification of the beam model was done by comparing measured data and GATE acquired relative dose distributions, using plan specific log files from the machine to specify beam spot positions and energy. The MC simulations showed good agreement with measurements for the depth-dose curve and SOBP plans. The absolute comparison of the absorbed dose difference between the MC and the measurement was ±1%. This work describes a method for adapting a MC simulation model for a spot scanning proton delivery system. The excellent agreement between the measurements and simulations shows that the MC modeling in this work is a precise and reputable method.
    Keywords: Proton therapy, Monte Carlo, Spot Scanning, GATE
  • Sh. Amin, S.A. Alavi, H. Yousefnia, H. Aghayan * Pages 19-29

    In this work, the surfaces of spherical mesoporous silica were modified with potassium copper hexacyanoferrate ([KCu(Fe(CN)6)]), then employed as a new ion exchanger nanocomposite to adsorb cesium ion from an aqueous solution. The materials have been characterized by Field EmissionScanning Electron Microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption-desorption isotherms (BET), and FTIR spectroscopy. The effect of contact time, pH, and initial concentration of the solution on adsorption efficiency were studied. Langmuir, Freundlich, and Tempkin's isotherm models analyzed the equilibrium concentration data. The data was in good agreement with the Langmuir model showing cesium adsorption process was a monolayer. The pseudo-second-order model was adequate to describe cesium uptake kinetic behavior, and the maximum equilibrium adsorption capacity for the nanocomposite was 46/4 (mg/g).

    Keywords: Cesium, Hexacyanoferrate, Spherical SBA-15
  • M. Davanlou, O.N. Ghodsi, S.M. Motevalli * Pages 30-38

    Considering the importance of nuclear asymmetry matter in heavy-ion interactions, in the present study, we have divided the interacting systems into three different groups, including isotopic, isobaric, and isotonic systems, and examined the characteristics of the fusion barrier for each group separately using 27 different versions of proximity formalism. Our results show that for calculating and predicting the fusion barrier characteristics in heavy ions interactions, it is more proper to use different versions of proximity formalism, instead of a single performance, based on the isospin degrees of freedom.

    Keywords: Fusion barrier, Proximity model, Isospin symmetry, Heavy ions interactions, Nucleus asymmetry
  • Z. Zarei, M. Amin Mozafari *, S. Mohammadi, M. Hasanzadeh Pages 39-47
    This paper aims to design a suitable irradiation box of topaz stones and improve the neutronic parameters by maintaining the necessary conditions for their cooling in Tehran Research Reactor (TRR). In this way, by defining an appropriate neutron filter and simulating the irradiation box in the TRR core with MCNPX2.7 code, the neutronic parameters of the core are calculated, and the best configuration is selected. Then, various components of the irradiation channel are simulated using the Solidworks software, and thermal calculations are performed using the Flow Simulation plug-in. The results showed that although the presence of water in the irradiation channel and topaz box results in good cooling for topaz stones, the slowdown of fast neutrons causes intense activation of the stones. However, by using a closed-loop independent of the reactor pool water and a gaseous fluid such as air, the thermal neutron flux and consequently the activity of the stones is reduced. Moreover, the results demonstrated that, in this case, acceptable conditions could be provided for long-term and safe irradiation of stones by selecting the appropriate fluid velocity and adjusting the core power.
    Keywords: Neutronic, thermal analysis, Solidworks, MCNPX, Topaz stone, Tehran Research Reactor
  • S.M. Zahedi, A.H. Farahbod *, M. Mahmoudi Pages 48-54

    In this article, an optical system for pumping the active medium of solid-state lasers with light-emitting diodes (LEDs) is introduced to upgrade the master oscillator of the laser fusion facility. The optical system is based on the guiding of optical rays from light-emitting diode sources to laser rods by means of total reflecting surfaces. Three different configurations with four, five, and six segments have been designed and their geometry is optimized with 3D random ray-tracing method to obtain the best performance. The pump systems have been fabricated and successfully applied to pump a 3 mm diameter laser rod with 10 watts white spectrum LEDs. Using five segments configuration and 4 Joules electrical energy delivered to 35 LEDs, the laser oscillator produced laser spikes with multi-mode Ince-Gaussian transverse beam structure and more than 700 micro-joules laser energy at a 1 Hz repetition rate. Moreover, the Q-switched pulses with an average energy of about 35 micro-joules and 230 ns pulse-width have been generated with the optimized optical pump system. More improvement to the LED-pump system is possible, which can be led to an efficient multi-mJ laser beam.

    Keywords: Optical pumping system, Laser fusion, LED-pumped laser, active medium, Ince-Gaussian transverse mode
  • F. Mansourzadeh, A.A. Ghorbanpour Khamseh *, J. Safdari Pages 55-64
    One of the crucial parameters in designing the Q model cascade for the multi-component systems is the M* parameter. In this research, a code called MOTACAS has been developed to design a Q cascade, using the optimal value of the M* parameter. In this regard, the enrichment of the 8th isotope of tellurium at the heavy stream to 0.40, 0.7, 0.9, and 0.99, and the enrichment of the 4th isotope to 0.1, 0.3, 0.4, and 0.5 have been investigated. Also, in order to evaluate the effect of the separation factor on M*, optimal Q cascades for the enrichment of the 8th and the 4th isotopes with separation factors of 1.05 and 1.1 have been designed and compared with each other. The results show that the acceptable range of the M* decreases with increasing the desired isotope concentration. The optimal value of the M* does not change with reducing the separation factor. The relative inter-stage flow rate remains constant despite increasing the total inter-stage flow rate. Moreover, the required number of separation stages to reach the end component to a high concentration increased, but the enrichment of the middle component in the one cascade is limited despite increasing the stages.
    Keywords: stable isotopes, Q Cascade, M* Parameter, Total inter-stage flow rate, Tellurium
  • S.A. Miresmaeili Hafdani, M. Asadi Asadabad *, Gh.H. Borhani Pages 65-71

    Zr-1%Nb alloy is the most common alloy used as nuclear fuel cladding in Russian reactors. In producing a nuclear fuel cladding, the cold rolling (pilger) and the final straightening lead to the creation of residual stresses and a change in the distribution of these stresses within the fuel cladding. The residual stresses are known to be effective in increasing the hydride fraction in nuclear fuel pods formed under working conditions by hydrogen adsorption of water and have destructive effects. In this study, the residual stresses created in different stages of fuel cladding fabrication, including samples before annealing, post-annealing, and straightening, were measured using X-ray diffraction and splitting. In addition, the amount of hydride fraction in different samples was evaluated. The effect of annealing on the orientation of hydrides was performed in annealing at 500, 540, and 580 °C for 4 hours.

    Keywords: Zr-1%Nb alloy, Residual stress, Hydride, XRD
  • M. Imani, A.R. Keshtkar *, A. Rashidi, J. Karimi Sabet, A. Noroozi Pages 72-83
    In the design of tapered cascades, due to hydrodynamic problems, not every cascade can be operated. This paper describes the method of designing and optimizing a tapered cascade for the separation of stable multi-component mixtures by considering the operational parameters of the gas centrifuge machine. In this method, the hydraulic specifications and separation of the centrifuge machine are determined in the first stage. Then, using this information and optimization algorithms, the optimal cascade is designed with the least number of centrifugal machines. This paper uses the grey wolf optimization algorithm to find the optimal cascade. The cascade operation is checked using the hydraulic parameters of the gas centrifuge,. The operational limitation of the cascade is added hydraulically to the fitness function in optimization. To determine the hydraulic characteristics of the gas centrifuge, a transient simulation of the gas centrifuge hydrodynamic is presented and the relationship between product and waste pressure lines, feed flow, and cut is determined. Using the proposed design method, an operational cascade is designed using a TC-12 centrifuge machine to separate the uranium 235 isotope from the reprocessed fuel to a 4% enrichment. And the pressure variation in the cascade is presented.
    Keywords: design, Tapered Cascade, Optimization, Centrifuge machine, Control Valve
  • Z. Dehghani, E. Khalilzadeh *, A. Chakhmachi Pages 84-93

    This paper investigates the stochastic heating of electrons caused by Raman backscatter radiations during the interaction of a laser pulse with helium atoms by means of a parallel particle-in-cell (PIC) code. At different propagation times, the self-consistent laser pulse changes are investigated via the space-time Fourier transform of the transverse vector potential. It is demonstrated that, since ionization has a striking influence on the emission of Raman backscattered radiation, it also plays an important role in the threshold of electron stochastic heating. As demonstrated by the experiments, the Raman backscattered radiations are initiated by a strong initial noise when a laser pulse has a long rise time, 100 fs. Hence, the fundamental condition for the chaos threshold is satisfied sooner by examining ionization effects. In this manner, stochastic heating of the electrons is initiated more rapidly than if the laser pulse were emitted in the preplasma. Accordingly, in concurrence with the idea of chaos, the electrons acquire more energy via the stochastic mechanism in the field-ionized plasma.

    Keywords: Raman backward radiation, chaos, PIC simulation code, intense laser pulse, Helium atom
  • H. Ardiny *, M. Askari, A.M. Beigzadeh Pages 94-102
    Although nuclear energy and radioactive materials have considerably impressed national health and economics, inappropriate use of radioactive materials can pose a significant threat to public health and security. This research aims to enhance defensive capabilities for countering nuclear terrorism by accurate detection and continuous tracking. A vital component of this system is to equip surveillance cameras of a region with a relatively low-cost radiation detector (NaI detectors) for counting gamma rays. Data-fusion of the surveillance camera and radioactive sensor that is linked together helps us detect and localize suspicious sources among other objects. The system can provide data flow (continuous) or a collection of snapshots several times (discontinuous), then a fast and new algorithm detects the suspicious source in these two modes. The promising results represent the integrated system by employing the new algorithm to detect the suspicious source in both data modes. Still, the source can be detected quicker in the continuous mode.
    Keywords: Data-fusion, Detection, Localization, Mobile sources, Material out of regulatory control
  • M. Bagherzadeh *, D. Saberi Pages 103-112
    Magnetic hydroxyapatite nanoparticles (Fe3O4/HAP) are prepared in the present work to remove uranyl ions via copercipitation method for the first time. The sorbent was prepared with the weight ratio of magnetic nanoparticles to hydroxyapatite (Fe3O4/HAP) as (1:1), (1:2), (1:3), and (1:5). After finding physical, chemical, and magnetic features, their ability to absorb uranyl ions was examined via UV-Vis method, measuring the absorbance of element complex with arsenazo (III). The effects of parameters such as temperature, pH, contact time, rate of the adsorbent, the concentration of uranyl, and the effects of interference of other ions on the removal of uranyl were analyzed. Also, the experiments showed that the highest rate of uranyl was absorbed by using 0.015 g Fe3O4/HAP (1:5) during 150 min at pH equal to 7. The prepared nanoparticles in 17±2 nm could absorb uranyl in the concentration range of 0.2-100 ppm, eliminating over 96% of uranyl. The absorbing capability of 99.82 mg/g was obtained at 25°C. The results indicate the high potential of the prepared nano-particles in absorbing and eliminating uranyl and show its capability in the waste water containing uranyl.
    Keywords: Uranyl, Magnetic Nanoparticles, Hydroxyapatite
  • A. Kargaryan, M. Ghapanvari *, M. Sedaghat, A. Aslezaeem, A. Bagheri Pages 113-123
    In this paper, in order to investigate the surface fusion phenomenon in an industrial neutron generator, a solid target with cooling capability was designed and constructed. The first step to achieving this goal is to thoroughly investigate the material and thickness of the layers and substrates suitable for use as solid targets for industrial neutron generators, using SRIM-code simulations. Then, using the simulation results, samples of the solid target were constructed by the sputtering coating method. In addition, due to the importance of the target temperature and its effect on surface fusion, the cooling system using COMSOL multiple physics simulation software, was designed and built. In addition, to insulate the high voltage applied to the target which is in contact with the cooling system, various electrical insulators were studied and suitable insulation was selected, designed, and manufactured. Then, to test the solid targets and their side parts, a suitable vacuum system was designed and constructed. Finally, after designing and constructing all the parts, the system was assembled and set up for final testing. In deuterium filling gas tests, the neutron flux was measured using the LB6411, 3He detector. At around 25 kV voltage and 20 mA current, we were able to detect neutrons with the rate of 6 × 105 n/s, which was a sign of success. This amount of neutron production indicates duplication of the neutron rate produced by the surface fusion phenomenon.
    Keywords: Fusion surface, Cooling target, Fast neutrons, SRIM software, Camsol software
  • H. Rafi-Kheiri, A. Jokar *, F. Johari Daha, G. Aslani Pages 124-132
    In this research work, we used the Deuteron Induced Gamma-ray Emission (DIGE) method based on 18O(d,pγ)19O (Eγ=1376 keV), and 16O(d,pγ)17O (Eγ= 871 keV) nuclear reactions to determine absolute amounts of the stable isotopes 16O  and 18O in the irradiated H218O sample. This sample had been bombarded as a target by the proton beam of a cyclotron accelerator in order to 18F radioisotope production. The employed thin Ta2O5 target was prepared by anodizing tantalum backing with the sample of irradiated H218O. The main advantage of PIGE is in measuring the simultaneity of the isotopes 16O and 18O only using one experience with a deuteron beam. The method's reliability was checked by determining isotope 18O for a sample with given 18O enrichment. These measurements were conducted using the 1150 keV deuteron beam of the 3 MV Van de Graaff electrostatic accelerator of the Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI).
    Keywords: nuclear reaction, Particle Induced Gamma-ray Emission, isotopes 16O, 18O
  • M.E. Amirsoltani, A. Pirouzmand *, M.R. Nematollahi Pages 133-146

    Event tree analysis is applied to quantify the core damage frequency (CDF) and assess the risk of nuclear power plants (NPPs) resulting from various postulated initiating events. To calculate this criterion, it is necessary to generate the probable scenarios according to the function of safety systems and the operator's actions. The classical event tree is currently used in PSA analysis. This method does not consider the accident's dynamics and scenarios. It considers only the availability/unavailability of the safety system functions and the operator's actions to calculate the frequency of each scenario. In contrast, the dynamic event tree method applies physical and probabilistic models to generate branches in the event tree, calculate the frequency of each scenario, determine the time profile of core damage, and time variation of physical parameters of the NPP for each scenario. This paper develops the dynamic event tree for the SBO accident at the VVER-1000/V446 NPP using the RELAP5 and RAVEN codes. The results are then compared with the outputs of the classical event tree. The results show that according to the assumptions, 3170 scenarios are evaluated in the dynamic event tree, while only 33 predetermined scenarios are examined in the conventional event tree. The calculated core damage frequencies are 3.61×10-6 (yr-1) and 1.97×10-6 (yr-1) for conventional and dynamic event trees, respectively.

    Keywords: Static Event Tree (ET), Dynamic Event Tree (DET), Station Black-Out (SBO) accident, VVER-1000, V446 NPP, RELAP5, mod3.2, Risk Analysis Virtual Environment (RAVEN)
  • P. Mehdipour Kaldiani, M. Jamiati * Pages 147-156
    In this study,the values of total excitation energy (TXE) of fission fragments are calculated for neutron fission of Plutonium isotopes using two methods. At first, the calculated TXE values using two methods are compared for neutron fission of plutonium 239. Then, the calculated TXE values using the second method are improved based on the results of the first method. TXE distribution of plutonium 241 and 242, which have the measured fission fragment total kinetic energy, are calculated using two methods and according to the method modification. Also, the TXE distributions for neutron fission of other plutonium isotopes are predicted. The values of total excitation energy of fission fragments for plutonium isotopes are between 15 MeV and 35 MeV. The TXE values have a sudden increase in the symmetric region.
    Keywords: The total excitation energy, scission point model, neutron fission, The deformation of fission fragments
  • S. Jelvani *, K. Silakhori, S. Zare, M. Mollabashi, M. Ilchi, Z. Pourhasannejad, D. Ahadpour Pages 157-162
    This work investigates the effects of different operational parameters on the pulse shape of a homemade high repetition rate (1 kHz) pulsed CO2 laser. Various parameters such as the ratio of N2 and He in the laser gas mixture and the reflectivity of the laser front mirror have changed. Then, the energy and shape of the laser pulses were recorded and analyzed. It showed that by varying the ratios of N2 and He in the laser gas mixture, the time duration of the spike and tail parts of the laser pulses can be changed in 95-140 ns and 1.5-3.5 µs range, respectively. In addition, we found that when the reflectivity of the cavity front mirror increases from 50% up to 80%, the spike duration increases from 50 ns up to 90 ns, and the tail duration decreases from 4.8 µs to 2.5 µs.
    Keywords: Pulsed CO2 Laser, Pulse width, Pulse Tail
  • M. Jaberi *, S. Panahi Bakhsh, P. Jamshidi, A. Nazari Golshan Pages 163-171
    This paper investigated the temporal behavior of the backward Stokes pulse from a stimulated Brillouin scattering phase conjugate mirror (SBS_PCM) in a pure acetone medium. Changes in the reflected energy of the phase-conjugate mirror and the temporal width of the Stokes pulse due to changes in the input energy flux to the cell and changes in the interaction length were studied for the single-cell structure. For this purpose, to achieve the optimal optical arrangement for maximum efficiency and minimum pulse width in full width half maximum, the cell length and the geometric structure of the phase conjugate mirror have been changed. Variations of the energy and the reflected Stokes pulse width of the phase conjugate mirror were compared for the considered cases. The results show that the reflected energy of the phase conjugate mirror can be optimized by changing the interaction geometry. By increasing the intensity of the input beam at constant energy and changing the interaction length, the minimum reflected pulse width was achieved in terms of input energy.
    Keywords: Stimulated brillouin scattering, Stokes pulse, Phase-conjugate mirror
  • M. Hadiyan Jazi, M. Sadeghi *, M. Ghasemi Pages 172-180
    Nowadays, the use of nanoparticles has made many developments to enhance the effectiveness of radiotherapy. Many parameters such as size, concentration, type, and intracellular position of nanoparticles, as well as type and energy of the radiation source, affect the sensitivity. In this study, the effect of the presence of gadolinium in the cell has been investigated, and the role of these physical parameters has been evaluated in the dose-enhancement factor (DEF). Using Geant4 software, different distributions of gadolinium nanoparticles (GdNP) and gadolinium atoms were simulated inside a cell. The sources of low energy (25 keV- 80 keV) and high energy from linear electron accelerator (Eave =2 MeV) were irradiated to a single cell, and the dose was obtained in its membrane cytoplasm, and the nucleus was calculated. Then, the effect of its size and X-ray source energy on the DEF value was investigated by simulating a nanoparticle. At the cellular scale, a rapid increase in DEF occurred after the Gd K-edge. The lowest DEF is in the core. The maximum DEF belongs to the distribution of Gd atoms in the cytoplasm and the distribution of Gd nanoparticles in the membrane with the values of 1.20 and 1.17 at 52 keV, respectively. At 2 MeV, the DEF in all distributions is close to 1. At the nanoscale, it was also found that the highest DEF was related to nanoparticles with a radius of 50 nm. Also, the DEF value increases sharply after the Gd K-edge, but at 2 MeV, the DEF value approaches 1.
    Keywords: Nanoparticles, Gadolinium, Dose-enhancement factor, Monte Carlo Simulation
  • S. Zahiri Kopai *, M.R. Abdi, M. Jalali Hajiabadi Pages 181-187
    Calculating and measuring the gamma dose of nuclear reactors is important in terms of safety and protection and is used for organizations' design and development programs. In order to achieve this goal, experimental measurement with RADOS and SMART-RAD digital dosimeters and calculations based on Monte Carlo code has been used.The three-dimensional geometry of the light water subcritical reactor of Isfahan Reactor Research School was simulated for gamma dosimetry calculation with the MCNPX2.6 code. The effective multiplication factor was estimated prior to dose calculation and revealed to be less than 6% different from the value reported in the reactor technical specifications. Analyses were performed to obtain the sought parameter, gamma dose (µSv/h), following the validation of the reactor simulation code. The F4 and F5, F4 and *F8, and *F8 and F5 tallies differed by less than 5%, 2%, and 4%, respectively. The difference between the measured and calculated values was found to be reasonable and acceptable compared to similar previous studies.
    Keywords: Light Water Sub-Critical Reactor, MCNP Code, Gamma dosimetry, Reactor simulation