PROMPT GAMMA ANALYSIS OF HYDROGEN, CARBON, OXYGEN AND NITROGEN IN BULK SAMPLES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF THESIS_Final.pdf Download (19MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الدراسة، تم تطوير استخدام أشعة غاما الناتجة من تحفيز النيوترونات لرصد الهيدروجين والكربون والأكسجين عن طريق الاستطارة اللامرنة للنيوترونات من العينات الشبيهة بالمواد المتفجرة والمخدرات. ونظرا لتداخل أشعة غاما الفورية من الأكسجين بتلك التي من النيتروجين باستخدام الاستطارة اللامرنة للنيوترونات، فقد تم قياس نسبة النيتروجين في العينات عن طريق اصطياد النيوترونات الحرارية باستخدام المسارع وباستخدام مولّد النيوترونات المحمول. وقد تم استخدام طريقة "مونتي كارلو" للمحاكاة لحساب الأبعاد المُثلى للعينات ولكاشف أشعة غاما. تم اختبار ثلاثة أنواع على حِدة من كواشف أشعة غاما؛ "لنثانوم برومايد" و "لنثانوم كلورايد" و "بزموث جرمانيت"، وقد لوحظ أن أفضل أداء لكواشف أشعة غاما التي استخدمت في هذه الدراسة كان أداء الكاشف "لنثانوم برومايد"، فقد كان أداء "لنثانوم كلورايد" متأثرا بنسب الهيدروجين الموجودة في العينات حيث كلما زادت نسبة الهيدروجين في العينة كلما زادت أشعة غاما الفورية الناتجة من الكلورين الموجود في الكاشف التي بدورها تتداخل مع أشعة غاما الفورية الناتجة من الأكسجين في العينات، لذا لم يكن الكاشف "لنثانوم كلورايد" مناسباً لهذه الدراسة. وأخيرا، تم اختبار الطريقة لتحديد نسب الهيدروجين والنيتروجين والكربون والأكسجين من العينات الشبيهة بالمواد المتفجرة والمخدرات، وقد توافقت النتائج المخبرية مع النتائج النظرية المحسوبة بطريقة "مونتي كارلو" للمحاكاة.

English Abstract

In this study, a PGNAA setup was developed using KFUPM 350 keV accelerator to detect H, C and O via inelastic scattering of neutrons in bulk samples of proxy materials of explosives and narcotics. Due to the interference of oxygen prompt gamma rays in NIS, nitrogen concentration was measured in bulk samples through Thermal Neutron Capture (TNC) using 350 keV accelerator-based PGNAA setup, as well as MP320 portable neutron generator-based PGNAA setup. Monte Carlo simulations were carried out to calculate optimum geometry of the setups including experimental geometry, moderator size and detector as well as accelerator shielding. For prompt gamma rays detection, lanthanum halide (LaBr3:Ce or LaCl3:Ce) and BGO detectors were tested for gamma ray detection. Best performance was observed for the LaBr3: Ce detector. While the LaCl3:Ce detector response was sensitive to neutron moderation effects in bulk sample. This enhanced chlorine prompt gamma ray background from LaCl3:Ce detector for sample with increasing hydrogen contents. Due to the interference of prompt gamma ray from chlorine in LaCl3:Ce detector and oxygen in bulk sample, LaCl3:Ce detector is not suitable for oxygen determination from bulk hydrogenous samples. Finally, the PGNAA setups were tested by determining C, O, N, and H concentrations in proxy material samples for explosives and narcotics using LaBr3:Ce detector. Excellent agreement was observed in experimental results and results of the Monte Carlo simulations.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	NAQVI, A.A.
Committee Members:	NAQVI, A.A. and KHIARI, F.Z. and ELSAID, A.S.
Depositing User:	AL MATOUQ FARIS AHMED (g200460100)
Date Deposited:	12 Jan 2014 10:26
Last Modified:	01 Nov 2019 15:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139050