Orta enerjili gamma ışınlarının çoklu saçılmalarının Monte Carlo benzetişimi

Abstract

Radyasyon dozimetrisi, radyasyon zırhlama ve radyasyon soğurma gibi gamma ışınlarının madde ile etkileşmelerinin ele alındığı alanlarda, gammaların gerçekleştirdiği çoklu saçılmalar, üzerinde durulması gereken önemli bir süreçtir. Bu nedenle, bu çalışmada deneysel veya analitik olarak elde edilmesi mümkün olmayan, 5.08 cm × 5.08 cm'lik bir NaI kristaline ulaşmadan önce kristali çevreleyen kılıf materyali içinde çoklu saçılma yapan orta enerjili gamma ışınlarının enerji dağılımı, Monte Carlo benzetişim yöntemi kullanılarak elde edilmiş ve bu dağılımın analizi gerçekleştirilmiştir. Böylece detektör cevap fonksiyonuna kristal kılıf materyalinin etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen enerji dağılımı sonuçlarının kabul edilebilirliği, aynı bilgisayar kodu kullanılarak, Cs-137 ve Co-60 radyoaktif kaynaklarından yayınlanan gamma ışınları için elde edilen cevap fonksiyonlarının deneysel cevap fonksiyonları ile kıyaslanması sonucu gözlenen uyuma dayandırılmıştır. Çalışmada, radyoaktif kaynak ve NaI(Tl) detektöründen oluşan sistemde öncelikle kaynak ve detektör arasına, sonra da kaynağın arkasına sırasıyla beton ve karbon saçıcı ortamları yerleştirilerek bu saçıcı ortamlarda ardı ardına Compton saçılması yaptıktan sonra detektöre ulaşan gamma ışınlarının enerji dağılımları elde edilmiştir. Toplam enerji dağılımlarına tekli ve çoklu saçılmaların sağladığı katkılar incelenerek detektör cevap fonksiyonunda bu saçılmalardan kaynaklanan oluşumlar irdelenmiştir. Elde edilen benzetişim sonuçlarından deney veya analitik hesap ile ulaşılması mümkün olanlar, benzer sistemler için literatürde bulunan sonuçlar ile karşılaştırılmıştır ve sonuçların uyumlu olduğu gözlenmiştir. Bu tez çalışması kapsamında ilk olarak sunulan gamma ışını enerji dağılımı bulguları ile, ardı ardına Compton saçılmaları çalışmaları için faydalı bilgiler sağlanmış, geri saçılma spektrumlarına derinlemesine bir bakış gerçekleştirilmiştir.

Multiple scattering of gamma rays is an important process in the fields, such as radiation dosimetry, radiation shielding or absorbtion, focused on the gamma ray interactions with matter. Therefore, in this study, energy distribution of medium-energy gamma rays that scattered multiple times in the 5.08 cm × 5.08 cm NaI crystal housing before entering the crystal was obtained by Monte Carlo method and analysis of this distribution was carried out that cannot be produced by any current experimental or analytical method. Thus, the effect of the crystal housing material on the detector response function was investigated in detail. The reliable estimate of the energy distribution results was based on the agreement observed by comparison of experimental and the simulated response functions for the gamma rays emitted from Cs-137 and Co-60 radioactive sources. In the study, the set up consist of radioactive source and NaI(Tl) detector was enhanced by placing two different scattering media, concrete and carbon, respectively, between source and the detector, and behind the source. Energy distributions of gamma rays reached the detector after successive Compton scatterings in these scatterers were obtained. The contributions of singly and multiply scatterings of gamma rays to total energy distribution were investigated and the formations resulting from these scatterings in detector response function were evaluated. Simulation results possible to obtain by experiment or calculation were compared with the results provided for similar systems and compatible results were observed. Findings on energy distribution of gamma rays presented in this thesis for the first time provide useful information for subsequent Compton scattering studies and insights into the backscattering energy spectrum of gamma photons that suffer successive Compton processes.