بررسی پارامتر زاویه دوران آشکارسازها بر پاسخ سامانه کارگو اسکنر کامیونی با استفاده از کد MCNPX

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

چکیده

مدل‌سازی و شبیه‌سازی نقش مهمی در طراحی و توسعه هر سیستم پیچیده‌ای از جمله سیستم‌های اسکنر محموله ایفا می‌کند. اسکنر محموله وسیله‌ای است که برای اسکن و بازرسی محموله‌هایی که از طریق هوا، زمین و دریا حمل می‌شوند استفاده می‌شود. این اسکنرها معمولاً توسط گمرک و مراکز امنیتی برای شناسایی تهدیدات احتمالی مانند سلاح، مواد منفجره و کالاهای قاچاق استفاده می‌شود. یکی از مزایای کلیدی استفاده از مدل‌سازی و شبیه‌سازی این است که به طراحان اجازه می‌دهد تا سناریوها و پیکربندی‌های مختلف را بدون نیاز به نمونه‌های اولیه فیزیکی آزمایش کنند. این می‌تواند در زمان و هزینه صرفه‌جویی کند و همچنین خطر اشتباهات گران‌قیمت را کاهش ‌دهد این مطالعه تأثیر پارامتر زاویه بر پاسخ آشکارسازها در سیستم‌های بار اسکنر کامیونی با استفاده از کد MCNPX را بررسی می‌کند. این پارامتر به زاویه‌ای اشاره دارد که در این زاویه پرتوهای گسیل شده از مولد پرتو با سطح نرمال آشکارساز برهمکنش می‌کنند، که عامل مهمی در تعیین دقت و قابلیت اطمینان سیستم‌های اسکن محموله در تشکیل تصویر است. در این مطالعه ابتدا خروجی طیف ایکس حاصل از الکترونهای 6 مگا الکترون ولتی شتاب گرفته در اثر برخورد با هدف تنگستنی محاسبه گردید و با طیف‌های موجود در سایر مطالعات اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که طیف‌های خروجی تطابق خوبی با هم دارند. تغییرات شمارش ثبت‏شده در پیکسل‌های آرایه‌ آشکارسازها در راستای عمودی نشان داد که اختلاف شمارش از پایین‌ترین پیکسل تا بالاترین پیکسل حدود 33 درصد بود و در راستای افقی تغییرات شمارش از نزدیک‌ترین پیکسل نسبت به دورترین پیکسل به مولد پرتو حدود 60 درصد شد. در ادامه زاویه تک تک آرایه‌ها به‏گونه‌ای تنظیم شد که جهت برخورد پرتوها گسیل شده از مولد پرتوی با هندسه مخروطی به صورت عمود باشد و این حالت با حالت‌هایی که در آن زاویه آرایه‌ها 20 و 30 درجه دوران یافته بود مقایسه شد. نتایج نشان داد که تحت تابش عمود، سیگنال ثبت‌شده در آشکارسازها بیشتر از حالتی است که آشکارساز دوران پیداکرده باشد و با افزایش زاویه، میزان شمارش در آشکارساز کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Analyzing the Impact of Detector Rotation Angle on Truck Cargo Scanner System Response with the MCNPX Code

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Askari
  • Amirmohamamd Beigzadeh
  • Ehsan Alibeigi
  • Hojjat Mahani
  • Ali Taheri
  • Seyed Pezhman Shirmardi
Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Modeling and simulation are crucial in designing and developing complex systems, such as cargo scanner systems. A cargo scanner is a device used to scan and inspect cargo transported by air, land, and sea. These scanners are usually used by customs and security centers to identify potential threats such as weapons, explosives, and contraband. One of the key benefits of using modeling and simulation is that it allows designers to test different scenarios and configurations without the need for physical prototypes. This can save time and money, as well as reduce the risk of costly mistakes. This study examines how the parameter angle affects detector responses in truck cargo scanner systems using the MCNPX code. The angle refers to the angle at which the beam generated from the beam generator interacts with the detector's normal surface, an important factor in ensuring the accuracy and reliability of cargo scanning systems in imaging. Initially, the X-ray spectrum output was calculated from the accelerated 6 MV electrons due to tungsten target impact and validated against spectra from other studies. The results demonstrated good agreement between the output spectra. The changes in counts recorded in the vertical direction of the detector arrays showed that the count difference between the lowest pixel and highest pixel is approximately 33%, while the count changes from the closest pixel to the farthest pixel to the beam generator in the horizontal direction are about 60%. Subsequently, the angle of each array was adjusted so that the emitted rays from the cone beam generator were perpendicular, and this case was compared to cases where the array angle was 20 and 30 degrees. The results revealed that when exposed to perpendicular radiation, the signal recorded in detectors is greater than that of a rotated detector, and the count rate in the detector decreases as the angle increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cargo scanner
  • MCNPX code
  • industrial imaging
  • non-destructive testing

مراجع

 [1] Bendahan J. (2017). Vehicle and Cargo Scanning for Contraband. Physics Procedia, 90, pp.242-255.
[2] Flynn S.E. (2007). Beyond Border Control. Foreign Affairs, 79, p.57.
[3] Vega J.P., Valentin R. (2019). NDE OF ELECTRICAL GENERATORS USING RADIOGRAPHIC INSPECTION: Use of radiography to inspect insulated generator components without the need to strip insulation offers advantages over other inspection methods to assess serviceability and need for repair. Advanced Materials & Processes, 177(6), pp.18-23
[4] Olugbade S., Ojo S., Imoize A.I., Isabona J., Alaba M.O. (2022). A Review of Artificial Intelligence and Machine Learning for Incident Detectors in Road Transport Systems. Mathematical and Computational Applications, 27(5), p.77.
[5] Altmann J. (2000). Cooperative Monitoring Center Occasional Paper/16: The Potential of Technology for the Control of Small Weapons: Applications in Developing Countries. No. SAND98-0505/16. Sandia National Lab. (SNL-NM), Albuquerque, NM (United States); Sandia National Lab. (SNL-CA), Livermore, CA (United States).
[6] Sokolowski J.A., Catherine M.B. (2011). Principles of Modeling and Simulation: A Multidisciplinary Approach. New York: John Wiley & Sons.
[7] Gomes R.G. et al. (2021). MCNPX Computational Modeling Applied to the Potential Dose Rates Calculation of Cargo Scanning. Applied Radiation and Isotopes, 178, p.109967.
[8] Fantidisand J.G., Nicolaou G.E. (2011). A Transportable Fast Neutron and Dual Gamma-ray System for the Detection of Illicit Materials. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 648(1), pp.275-284.
[9] Gil Y., Oh Y., Cho M., Namkung M. W. (2011). Radiography Simulation on Single-shot Dual-Spectrum X-ray for Cargo Inspection System. Applied Radiation and Isotopes, 69(2), pp.389-393.
[10]  Michette A.G., Buckley C.J. (1993). X-ray Science and Technology. Philadelphia: Institute of Physics Publishing.
 [11]  Assmus A. (1995). Early History of X rays. Beam Line.
[12]  Singh A.K. (2005). "Advanced X-ray Techniques in Research and Industry", IOS press.
[13]  Jaccard N., Rogers T.W., Morton E.J., Griffin L. D. (2017). Detection of Concealed Cars in Complex Cargo X-ray Imagery using Deep Learning. Journal of X-ray Science and Technology, 25(3), pp. 323 – 339.
[14] Zentai G. (2010). X-ray Imaging for Homeland Security. International Journal of Signal and Imaging Systems Engineering, 3(1), pp. 13 – 20.
[15] Krumrey M., Cibik L., Müller P., Bavdaz M., Wille E., Ackermann M., Collon M.J. (2010). X-ray Pencil Beam Facility for Optics Characterization. Space Telescopes and Instrumentation 2010: Ultraviolet to Gamma Ray, 7732.
[16] Knoll G.F. (2010). Radiation Detection and Measurement. New York: John Wiley & Sons.
[17] Epic-Crystal Co., available at: http://www.epic-scintillator.com/cwo-crystal-scintillator-3x3x20mm
[18] Permatasari I.D.A. (2019). Monte Carlo Simulation of X-ray Spectra Produced by Linac. In Journal of Physics: Conference Series, 1153(1), p. 012109.
[19] Taneja S., Bartol L.J., Culberson W., De Werd, L.A. (2020). Measurement of the Energy Spectrum of a 6 MV Linear Accelerator Using Compton Scattering Spectroscopy and Monte Carlo-Generated Corrections. International Journal of Medical Physics, Clinical Engineering and Radiation Oncology, 9(4), pp. 186-200.
[20] Barnes S. et al. (2023). “Cosmic-ray for Border Security. Instruments, 7(1), p13.
[21] Bendahan J. (2011). Multi-view Cargo Scanner”, Patent, No. WO2011091070A2.
[22] Mesbahi A., Mehnati P., Keshtkar A. (2007). A Comparative Monte Carlo Study on 6 MV Photon Beam Characteristics of Varian 21EX and Elekta SL-25 Linacs. International Journal of Radiation Research, 5(1), pp. 23-30.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 08 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری: 17 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش: 26 اسفند 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار