GEANT4-моделювання оптимальної товщини конвертеру гальмівного випромінювання для дослідження процесів радіаціних пошкоджень при взаємодії випромінювання з розчинами органічних барвників

Анотація

Дослідження процесів, що відбуваються у речовині при проходженні через нього іонізуючого випромінювання, має важливе значення для вирішення різних задач. Прикладом таких задач є прикладні та фундаментальні завдання в галузі радіаційної фізики, хімії, біології, медицини та дозиметрії. Представлена робота присвячена комп'ютерному моделюванню параметрів вольфрамового конвертера для дослідження процесів радіаційних ушкоджень при взаємодії іонізуючого випромінювання з розчинами органічних барвників. Моделювання проведено з метою визначення оптимальної товщини конвертера при заздалегідь визначених умовах експерименту. До умов експерименту відносяться: енергії і тип первинних частинок, інтенсивність випромінювання, розміри мішені, взаємне розташування джерела випромінювання і мішені. Експериментальні дослідження процесів радіаційних ушкоджень, що відбуваються в розчинах органічних барвників, планується проводити з використанням лінійного прискорювача електронів «ЛУЕ-300» Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут». В якості первинних частинок обрані електрони з енергією 15 МеВ. У першій серії експериментів планується дослідити взаємодію електронів з речовиною мішені. У другій серії експериментів будуть проводитися дослідження взаємодії гамма-квантів з речовиною мішені. Для отримання потоку гамма-квантів використовується конвертер з вольфраму. Одним із завдань моделювання є визначення товщини конвертера, при якій потік гальмівних гамма-квантів безпосередньо перед мішенню буде максимальним. У той же час потік електронів і позитронів перед мішенню повинен бути мінімально можливим. Ще одним важливим завданням роботи є виявлення можливості визначення методом Geant4-моделювання відносної кількості радіаційних ушкоджень в речовині мішені під дією гальмівних гамма-квантів, а також під дією електронів і позитронів. Обчислювальні експерименти для різних значень товщини конвертера – від 0 мм (немає конвертера) до 8 мм проведені з кроком 1 мм. Виконано детальний аналіз отриманих даних. В результаті аналізу даних проведених обчислювальних експериментів отримані значення товщини вольфрамового конвертера, при якій потік гальмівного випромінювання безпосередньо перед мішенню є максимальним, але в той же час потік електронів і позитронів, що перетинають межі мішені, не робить істотного впливу на мішень. Обчислювальний експеримент проведений методом Монте-Карло. Для проведення розрахунків нами була розроблена комп'ютерна програма мовою С++, яка використовує бібліотеки класів Geant4, і працює у багатопотоковому режимі. Багато потоковий режим необхідний для зменшення часу обчислень при використанні великої кількості первинних електронів. При проведенні розрахунків використовувалася модель G4EmStandardPhysics_option3 модуля PhysicsList. Необхідні для вирішення завдання розрахунки здійснені з використанням навчального обчислювального кластера Науково-навчального інституту «Фізико-технічний факультет» Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна.