شبيه‌سازي حفاظ جهت استفاده ايمن از شتاب دهنده پرده‌اي الكترون با MCNP4C

Shielding simulations for safe use of curtain electron accelerator by MCNP4C

در يك شتاب‌دهنده الكتروني پرده­اي هنگام عبور باريكه الكتروني از پنجره خروجي تيتانيومي محافظ خلاء، فوتون­ هاي پرتو ايكس به­ علت كند شدن الكترون‌هاي شتابدار توليد مي­ شوند. يكي از مسائل مهم در استفاده از شتاب­ دهنده­ هاي الكتروني توانايي كنترل پرتو ايكس توليد شده يا در واقع حفاظ­ سازي شتاب­دهنده به­ منظور جلوگيري از آثار مخاطره آميز ناشي از آن است. در كار حاضر بر اساس هندسه پيشنهادي شتاب‌دهنده الكتروني پرده­اي، با استفاده از كدMCNP4C ، دز پرتو ايكس حاصل از تابش ترمزي شبيه‌سازي شد كه خود ناشي از برخور باريكه الكتروني با جريان ثابت mA 50 و انرژي­ هاي مختلف keV 300-100 بر روي فويل تيتاينيومي با ضخامت µm 13 است. نتايج حاكي از كاهش دز پرتو ايكس ناشي از تابش ترمزي از Gy 685 به Gy 176 به ازاي افزايش انرژي از keV 100 به keV 300 در واحد زمان است. همچنين مقادير توان توقف تابشي شبيه ­سازي شده با كدMCNP4C براي اين تغيير انرژي در پنجره تيتانيومي، روندي افزايشي از MeV.cm2/g 012/0 به MeV.cm2/g 021/0 را نشان مي‌دهد. بيشينه و كمينه درصد انحراف مقادير شبيه ­سازي و نظري توان توقف تابشي به ترتيب برابر با 33% و 3% به­ دست آمده است. نتايج حاصل از محاسبه ميزان اتلاف انرژي ناشي از تابش ترمزي براي عبور الكترون از فويل تيتانيومي با ضخامت µm 13 به ازاي انرژي­ هاي keV 300-100، از keV 2-10 ×44/12 تا keV 2-10×19/7 تعيين شد. علاوه بر اين بر مبناي نتايج حاصل از كد MCNP4C، حفاظ­ شتاب‌دهنده شبيه ­سازي و براي بيشينه انرژي keV 300 ضخامت بهينه حفاظ سربي cm 5/2 محاسبه گرديد.

In an electron curtain accelerator, when the electron beam passes through the titanium exit window of the accelerator chamber, X-ray photons are produced as a negative by-product of retarding accelerated electrons. Controlling the produced X-ray photons to avoid their detrimental effects or in fact, proper shielding of the accelerator is an important issue that has to be considered in the use of electron accelerators. In this work, based on the proposed geometry for a certain electron curtain accelerator, and using the MCNP4C code, the bremsstrahlung X-ray dose due to the collision of an electron beam with constant current of 50 mA and various energies within 100 ~ 300 keV energy range with the 13 µm-thick titanium foil were simulated. The results indicate a reduction in the bremsstrahlung X-ray dose from 685 Gy to 176 Gy per unit time for an increase in the electron beam energy from 100 keV to 300 keV. Moreover, the simulated values of the simulated radiation stopping power by the MCNP4C for the mentioned increase in beam energy, showed an increasing trend from 0.012 MeV.cm2/g to 0.021 MeV.cm2/g .The maximum and minimum percent deviation of the simulation and theoretical radiation stopping power were 33% and 3%, respectively. The energy loss due to Bremsstrahlung X-rays for an electron passing through a 13-μm thick titanium foil in the energy range of 100 ~ 300 keV, was calculated to be 7.19×10-2 up to 12.44×10-2 keV. In addition, based on the simulated results obtained for the accelerator shield using the MCNP4C code, the optimum thickness of the lead shield for the maximum electron energy of 300 keV, was found to be 2.5 cm.