Nötron spektrometresi ile tomografi ve hacimsel malzemelerin tahribatsız analizi
Loading...
Files
Date
1999-10
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Abstract
Yıllardır terörizm amaçlı kullanılan patlayıcıların veya kaçakçılık maddelerinden olan narkotiklerin bagaj veya kargolarda tahribatsız olarak (veya bagaj açılmadan) yerinin kısa bir sürede tesbit edilmesi için bir çok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalarda farklı yöntemlerin kullanıldığı cihazlar üretilmiştir ve halen gümrüklerde hizmet vermektedirler.
Bu çalışmada tahribatsız olarak hacimsel malzemelerin analizi için elektrik yükü sıfır ve giriciliği oldukça yüksek olan tek enerjili hızlı nötronlar kullanılmıştır. Nötronların üretimi için, Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi (ÇNAEM), Fizik Bölümü’nde faal halde bulunan 150 kV yüksek gerilime sahip düşük enerjili iyon hızlandırıcısından faydalanılmıştır.
Hacimsel malzeme içinde nötronların transmisyon miktarının ölçülmesi için Nötron Uçuş Zamanı Ölçümü (TOF) tekniğinden yararlanılmıştır. Bu teknikte, nötronların üretildiği anın tesbit edilebilmesi için bir Ortak Tanecik Hedef Odası imal edilmiş ve J-15 hızlandırıcısına monte edilmiştir. Böylelikle nötrona enerji ve saçılma açısı bakımından bağımlı olan alfa taneciklerinin ölçülmesi ile nötronların hedeften çıkış anı belirlenebilmektedir.
Tomografik görüntülemenin yapılabilmesi için daha önce ÇNAEM Fizik Bölümünde geliştirilmiş olan ve dört kısımdan oluşan Bilgisayarlı Tomografi programı kullanılmıştır. Bu program belli boyuttaki nötron demetinin malzeme içinde transmisyon miktarının belirlenmesi ile alınan sayımları değerlendirerek görüntüleme yapmaktadır. Bu nedenle programa uygun olarak nötron demetinin elde edilebilmesi için bir kolimatör sistemi geliştirildi.
Dedeksiyon ve kolimatör sisteminin test edilmesi için çeşitli elementlerin 14 MeV enerjili nötronlar için toplam etki kesitleri ölçüldü. Ölçüm için hem nötron uçuş zamanı yöntemi (TOF) hemde nötron spektrumunu açma yöntemi kullanılmıştır. Her iki yöntem ile yapılan ölçümlerin hemen hemen birbirine yakın olduğu ve ENDF B-VI (Evaluated Nuclear Data File) ile uyuştuğu görülmüştür. Seçilen çeşitli yoğunluklardaki malzeme topluluğunun (polietilen,
alüminyum, demir, kurşun) tomografik olarak görüntülemesi için bir benzeşim (simülasyon) görüntüsü elde edildi. Böylelikle seçilen dönme açısı için yapılan öteleme hareketleri ile alınan sayımların tomografi programı ile değerlendirilmesi yapıldı ve görüntü elde edildi. Alınan görüntü ile hem boşluklar hem de yoğunluk farklılıkları ortaya çıkarılmış oldu.
There have been a lot of research efforts done on the rapid determination of explosives (especially plastic ones) in terrorist activities or narcotics in luggage’s and cargoes using non-destructive methods. As a result of these researches, various devices using different techniques have been manufactured. At present, these devices are being used by custom authorities. In this study, mono-energetic fast neutrons having neutral electrical charge and high transmission were used in order to non-destructive analysis of bulk materials. A low energy ion accelerator, what operates in high voltage (150 kV) was used for production of neutrons. The device is in the Physics Department of Çekmece Nuclear Research and Training Centre (ÇNRTC). Neutron time-of-flight (TOF) method was utilised for measurement of neutron transmission amount in the bulk material. In this method, an Associated Particle Target Chamber (APTC) was designed and manufactured by ÇNRTC Technical Services, and mounted to a SAMES J-15 accelerator to determine the time of neutron production in the target. Hence, the alpha particles which is depend on the neutron due to energy and scattering angle, could be determined. A Computerised Tomography (CT) software which consists of four programs was used for tomographical imaging. This software evaluates the counts, which is obtained for the transmission amount in the material from a known dimension of neutron beam for imaging. For that reason, a collimator system was developed to produce a suitable neutron beam for the software. Total cross-section of various elements were measured 14 MeV energy neutrons in order to test detection and collimator system. Both TOF and Neutron Spectrum Unfolding Methods were used for measurements. It was shown that the results from both methods were similar and in accord with ENDF-BVI Evaluated Nuclear Data File. A simulation image was developed for the chosen group of materials, which have different densities. As a result of this, evaluation and imaging of counts were made by tomography software for movements under pre-selected rotation angle. From the image obtained, holes and difference of densities in materials was demonstrated.
There have been a lot of research efforts done on the rapid determination of explosives (especially plastic ones) in terrorist activities or narcotics in luggage’s and cargoes using non-destructive methods. As a result of these researches, various devices using different techniques have been manufactured. At present, these devices are being used by custom authorities. In this study, mono-energetic fast neutrons having neutral electrical charge and high transmission were used in order to non-destructive analysis of bulk materials. A low energy ion accelerator, what operates in high voltage (150 kV) was used for production of neutrons. The device is in the Physics Department of Çekmece Nuclear Research and Training Centre (ÇNRTC). Neutron time-of-flight (TOF) method was utilised for measurement of neutron transmission amount in the bulk material. In this method, an Associated Particle Target Chamber (APTC) was designed and manufactured by ÇNRTC Technical Services, and mounted to a SAMES J-15 accelerator to determine the time of neutron production in the target. Hence, the alpha particles which is depend on the neutron due to energy and scattering angle, could be determined. A Computerised Tomography (CT) software which consists of four programs was used for tomographical imaging. This software evaluates the counts, which is obtained for the transmission amount in the material from a known dimension of neutron beam for imaging. For that reason, a collimator system was developed to produce a suitable neutron beam for the software. Total cross-section of various elements were measured 14 MeV energy neutrons in order to test detection and collimator system. Both TOF and Neutron Spectrum Unfolding Methods were used for measurements. It was shown that the results from both methods were similar and in accord with ENDF-BVI Evaluated Nuclear Data File. A simulation image was developed for the chosen group of materials, which have different densities. As a result of this, evaluation and imaging of counts were made by tomography software for movements under pre-selected rotation angle. From the image obtained, holes and difference of densities in materials was demonstrated.
Description
Keywords
Nondestructive analysis, Tahribatsız analiz, Neutron spectrometer, Nötron spektrometresi, Tomography, Tomografi, Bulk materials, Hacimsel malzemeler
Citation
Reyhancan, İ. A. (1999). Nötron spektrometresi ile tomografi ve hacimsel malzemelerin tahribatsız analizi. (Yayımlanmamış doktora tezi). İstanbul : İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü