The effect of the diameter of the detector collimator on saturation thickness in gamma scattering measurement

Untitled Science & Technology Development, Vol 3, No T20–2017 Trang 68 Nghiên cứu ảnh hưởng của đường k nh ng chuẩn trực đầu dò lên bề dày bão hòa trong phép đo gamma tán xạ  Huỳnh Đình Chƣơng  Võ H[.]

Science & Technology Development, Vol 3, No.T20–2017 Nghiên cứu ảnh hưởng đường k nh ng chuẩn trực đầu dò lên bề dày bão hòa phép đo gamma tán xạ  Huỳnh Đình Chƣơng  Võ Hồng Ngun  Lê Thị Ngọc Trang  Nguyễn Thị Trúc Linh  Trần Kim Tuyết  Trần Thiện Thanh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Qu c gia thành ph H Ch Minh (Bài nhận ngày 08 tháng 12 năm 2016, nhận đăng ngày 26 tháng 07 năm 2017) TĨM TẮT đường kính ống chuẩn trực đầu dị khác Ảnh hưởng đường kính ống chuẩn trực Thành phần tán xạ lần tán xạ nhiều đầu dò lên bề dày bão hòa phép đo gamma lần phổ tán xạ xác định dựa tán xạ sử dụng thành phần phổ tán xạ lần kỹ thuật xử lý phổ làm khớp bình phương nghiên cứu Bố trí thí nghiệm hình học tối thiểu Các kết thực nghiệm cho thấy phép đo gamma tán xạ bao gồm:một chùm tia bề dày bão hòa số đếm tán xạ lần tăng gamma chuẩn trực có lượng 662 keV phát 137 lên với gia tăng đường kính cửa sổ ống từ nguồn Cs chiếu lên bia nhơm dạng chuẩn trực đầu dị Kết hỗ trợ cho phẳng với góc tới 90o đầu dị NaI(Tl) việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp gamma 5,1cmx5,1 cm có ống chuẩn trực sử dụng tán xạ kiểm tra không hủy mẫu để xác định để ghi nhận tia gamma tán xạ góc tán xạ o bề dày khuyết tật mẫu đo 120 Các phép đo thực nghiệm thực để thu nhận phổ tán xạ ứng với bề dày bia Từ khóa: gamma tán xạ, bề dày bão hòa, ống chuẩn trực đầu dò MỞ ĐẦU Hiện nay, phương pháp đo gamma tán xạ nghiên cứu rộng rãi để ứng dụng cho việc kiểm tra không hủy mẫu nhiều lĩnh vực công nghiệp như: đo bề dày vật liệu dạng phẳng [20] bề dày thành ng trụ [12] phát đánh giá lỗ rỗng thép bên bê tông [9, 16], ăn mòn khuyết tật bên mẫu kim loại [14, 19]; xác định đặc trưng vật lý vật liệu mật độ kh i lượng [1, 6, 7], hệ s hấp thụ kh i [2], s nguyên tử hiệu dụng [3], hàm lượng chất bên hỗn hợp dung dịch [15, 17] Trong hầu hết nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo gamma tán xạ, liệu tán xạ lần ghi nhận từ phép Trang 68 đo thông tin cần thiết mà sử dụng để đánh giá đ i tượng cần phân t ch Trong đó, liệu tán xạ nhiều lần thường xem t n hiệu nhiễu gây sai s cho kết đo Các kết nghiên cứu [5, 8, 10, 12, 18, 20] s đếm tán xạ lần tán xạ nhiều lần gia tăng bề dày bia tăng lên, đạt đến giá trị không đổi bề dày bia lớn giá trị gọi bề dày bão hịa Thơng thường, bề dày bão hịa xem giới hạn bề dày bia phép đo gamma tán xạ, tức phân t ch thực đ i với mẫu có bề dày nhỏ bề dày bão hịa Do đó, việc nghiên cứu TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SỐ T3–2017 yếu t ảnh hưởng đến bề dày bão hòa cần thiết để t i ưu hóa phép đo cho trường hợp ứng dụng cụ thể Sự ảnh hưởng s nguyên tử Z vật liệu bia (Gurvinderjit Singh cộng [5]), lượng tia gamma tới (Manpreet Singh cơng [10]), góc tán xạ (Kiran cộng [8]), đường k nh ng chuẩn trực đầu dò (Manpreet Singh cộng [11], Arvind D Sabharwal cộng [17]) đ i với bề dày bão hòa sử dụng thành phần tán xạ nhiều lần nghiên cứu Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng thơng s lên bề dày bão hịa tập trung vào thành phần tán xạ nhiều lần, thành phần tán xạ lần v n đ i tượng quan trọng lại t đánh giá dài 10 cm để chuẩn trực cho tia gamma phát từ ngu n Bia tán xạ làm vật liệu nhôm (Z = 13) dạng phẳng có k ch thước bề mặt 10x30 cm với bề dày 0,040; 0,200; 0,612; 0,822; 1,010; 1,236; 1,650; 2,030; 3,020; 3,990; 5,020; 6,020; 7,050; 7,980; 9,080; 10,050; 11,650 cm độ bất định bề dày bia 0,001 cm Bia tán xạ đặt vng góc với trục đ i xứng ng chuẩn trực ngu n khoảng cách 20,4 cm từ ngu n đến bề mặt bia Một đầu dị nhấp nháy NaI(Tl) có k ch thước tinh thể 5,1x5,1 cm, thuộc mẫu 802 hãng Canberra sản xuất, sử dụng để ghi nhận tia gamma tán xạ phát từ bia ứng với góc tán xạ 120o Đầu dị b tr cho trục đ i xứng trục đ i xứng ng chuẩn trực ngu n nằm mặt phẳng giao tâm bề mặt bia Khoảng cách từ bề mặt bia đến cửa sổ đầu dò 15,2 cm Để suy giảm phơng phóng xạ từ mơi trường xung quanh, mặt bên tinh thể đầu dò ng nhân quang điện che chắn lớp chì dày cm Đ ng thời, ng chuẩn trực chì dạng trụ có chiều dài cm đường k nh cửa sổ khác (lần lượt 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 cm) đặt mặt trước đầu dò để chuẩn trực cho tia gamma tán xạ Trong nghiên cứu này, phép đo thực nghiệm tiến hành để khảo sát ảnh hưởng đường k nh ng chuẩn trực đầu dò lên bề dày bão hòa sử dụng thành phần tán xạ lần B tr th nghiệm g m tia gamma tới có lượng 662 keV tán xạ bia nhơm dạng phẳng tia gamma tán xạ ghi nhận đầu dò NaI(Tl) đặt vị tr tương ứng với góc tán xạ 120o (được mơ tả chi tiết mục 2.1) Dữ liệu phổ tán xạ lần tán xạ nhiều lần phổ gamma tán xạ xác định dựa kỹ thuật xử lý phổ phương pháp làm khớp bình phương t i thiểu Các giá trị bề dày bão hòa theo s đếm tán xạ lần ước lượng cho hình học đo ứng với ng chuẩn trực đầu dị có đường k nh khác VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP Bố trí thí nghiệm B tr th nghiệm sử dụng nghiên cứu Hình Trong đó, ngu n phóng xạ sử dụng ngu n đ ng vị 137Cs, thuộc mẫu P03 hãng Eckert&Ziegler sản xuất, có hoạt độ mCi để phát tia gamma lượng 662 keV Để hạn chế tia xạ trực tiếp từ ngu n đến đầu dò ảnh hưởng lên người làm th nghiệm, ngu n phóng xạ đặt bên kh i chì hình trụ có đường k nh 10 cm chiều dài 15,2 cm Kh i chì có ng rỗng dạng trụ đường k nh cm chiều Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kết n i với OspreyTM (cung cấp hãng Canberra) Đây thiết bị t ch hợp, bên g m: cung cấp ngu n cao thế, tiền khuếch đại xử lý t n hiệu s hoạt động với chức khuếch đại, phân t ch đa kênh (MCA) giao tiếp điều khiển Sau đó, OspreyTM kết n i với máy t nh điện tử thông qua sợi cáp (với cổng kết n i USB) để truyền liệu cấp điện hoạt động cho Việc thu nhận liệu thực nghiệm quản lý phần mềm Genie-2K, hiển thị xử lý phổ ghi nhận Tất phổ thực nghiệm ghi nhận với chế độ đo 2048 kênh MCA Các phép đo thực nghiệm tiến hành với tất bề dày bia ng chuẩn trực đường k nh khác Trang 69 Science & Technology Development, Vol 3, No.T20–2017 Đ ng thời, phép đo “phơng”, tức khơng có diện bia tán xạ phép đo, ghi nhận để loại trừ đóng góp s đếm kiện tia gamma tán xạ bia gây Thời gian thực phép đo điều chỉnh để đạt sai s th ng kê tương đ i % s đếm tán xạ lần tán xạ nhiều lần Hình B tr th nghiệm đo tán xạ gamma sử dụng nghiên cứu Kỹ thuật xử lý phổ gamma tán xạ t i thiểu để xử lý liệu phổ gamma tán xạ Tuy nhiên, kỹ thuật cho phép xác định s lượng tia gamma tán xạ lần ghi nhận q trình bỏ lại tồn lượng đầu dị, mà khơng thể nhận biết liệu phổ thành phần tán xạ lần tán xạ nhiều lần Trong nghiên cứu tại, kỹ thuật cải tiến cho phép xác định liệu phổ thành phần tán xạ lần tán xạ nhiều lần ứng dụng để xử lý phổ gamma tán xạ thu từ thực nghiệm Kỹ thuật xử lý phổ cải tiến trình bày Trong phép đo gamma tán xạ, đầu dị ln ghi nhận đ ng thời tia xạ gamma tán xạ lần tán xạ nhiều lần đến từ bia Về bản, tia gamma tán xạ nhiều lần có lượng liên tục, trải rộng bao phủ vùng lượng tia gamma tán xạ lần [4] Do đó, liệu ghi nhận tia gamma tán xạ lần tán xạ nhiều lần có ch ng chập lên phổ gamma tán xạ Điều gây khó khăn để phân biệt liệu thành phần tán xạ lần tán xạ nhiều lần Trong nghiên cứu trước đây, nhóm chúng tơi (Hồng Đức Tâm cộng [20]) đưa kỹ thuật dựa phương pháp làm khớp bình phương E0 E 1 E0 m0c Trang 70 Trước tiên, tia gamma tán xạ lần từ bia đến đầu dò xem có lượng xấp xỉ với lượng E t nh công thức (1): 1  cos   (1) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SỐ T3–2017 với E0 lượng tia gamma tới, m0c2= 511 keV lượng nghỉ electron, θ góc tán xạ Năng lượng E=224,88 keV tương ứng với giá trị E0=662 keV θ=120o b tr th nghiệm nghiên cứu Trong thực tế, lượng tia gamma tán xạ lần phân b lân cận giá trị E này, phân b góc tán xạ mà phụ thuộc vào hình học đo Từ đó, phổ đáp ứng đầu dò đ i với GT(x)  A  2 tia gamma lượng E, tương ứng với trường hợp ng chuẩn trực đầu dò sử dụng, xác định dựa mô Monte Carlo (sử dụng chương trình MCNP5) Hình Có thể quan sát thấy vùng lượng 120-260 keV, liệu phổ có dạng phân b phù hợp với hàm Gaussian đuôi trái (Gaussian with left tail) với công thức sau:    x  x 2      x  x0  T 2 2    A .exp x  x   e rfc        0    2    2   2   exp  8000 8000 Col 50mm Col 40mm Col 30mm Col 20mm 7000 6000 7000 6000 5000 Số đếm/Kênh Số đếm/Kênh (2) 4000 3000 5000 4000 3000 2000 2000 1000 1000 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Năng l-ợng (keV) (A) 300 Col 50mm Col 40mm Col 30mm Col 20mm 120 140 160 180 200 220 240 260 Năng l-ợng (keV) (B) Hình Phổ đáp ứng đầu dị NaI(Tl) sử dụng nghiên cứu đ i với tia gamma lượng 224,88 keV cho ng chuẩn trực đầu dị (Col.) có đường k nh khác xác định chương trình MCNP5 (A) biểu diễn toàn phổ, (B) biểu diễn vùng lượng 120-260 keV với A, x0, σ biên độ, giá trị trung bình độ lệch chuẩn đỉnh Gaussian; T, τ biên độ độ d c đuôi trái Đuôi trái hàm đại diện cho trình tia gamma tán xạ lần bỏ lại phần lượng tán xạ Compton đầu dò Xem xét trường hợp phép đo gamma tán xạ bề dày vật liệu bia tán xạ thay đổi, dẫn đến biến thiên cường độ tia gamma tán xạ lần từ bia đến đầu dò phân b cường độ theo lượng chúng Điều gây tái cấu trúc liệu phổ tán xạ lần ghi nhận cho phép đo, xem ch ng chập nhiều phổ đáp ứng tuân theo phân b cường độ tia gamma tán xạ lần đến đầu dị Nói cách khác, liệu phổ tán xạ lần xem ch ng chập liên tục nhiều hàm Gaussian trái với hàm có giá trị A x0 khác nhau; giá trị σ, T, τ xem thay đổi không đáng kể tia gamma tán xạ lần có sai biệt lượng nhỏ Với ch ng chập vậy, liệu phổ tán xạ lần có dạng phân b phù hợp với hàm Gaussian đuôi trái Tất nhiên, liệu phổ tán xạ lần khác biệt so với phổ đáp ứng xạ gamma đơn Sự khác biệt thể thay đổi giá trị A, x0, σ, T Tuy nhiên, có hai giá trị Trang 71 Science & Technology Development, Vol 3, No.T20–2017 xem không thay đổi τ tỉ s Đỉnh/Compton (tức tỉ s độ cao đỉnh độ cao trung bình Compton phổ liệu tán xạ lần) Hai giá trị xác định từ phổ đáp ứng đầu dò đ i với xạ đơn cách làm khớp bình phương t i thiểu liệu phổ với hàm Gaussian đuôi trái Các giá trị τ tỉ s Đỉnh/Compton tương ứng với ng chuẩn trực đường k nh khác trình bày Bảng Bảng Giá trị τ Đỉnh/Compton tương ứng với ng chuẩn trực đầu dị đường k nh khác Thơng s Đường k nh ng chuẩn trực đầu dò (cm) 1,0 2,0 3,0 4,0 5.0 τ 0,010201 0,009419 0,009441 0,008795 0,006072 Đỉnh/Compton 122,64 113,93 112,67 103,40 52,09 Sau đó, liệu phổ gamma tán xạ thu cách trừ phổ ghi nhận từ phép đo có bia cho phổ ghi nhận phép đo không bia, minh họa Hình Dữ liệu phổ gamma tán xạ vùng lượng từ 120–320 keV sử dụng để xử lý phổ Dữ liệu phổ tạo thành đóng góp thành phần tán xạ lần tán xạ nhiều lần Trong đó, liệu phổ tán xạ lần đặc trưng hàm Gaussian đuôi trái thảo luận trên; liệu phổ tán xạ nhiều lần bao g m: đỉnh tán xạ hai lần đặc trưng hàm Gaussian tán xạ nhiều lầnđược đặc trưng hàm đa thức bậc [20] Việc làm khớp bình phương t i thiểu thực đ i với liệu phổ gamma tán xạ chọn để xác định thông s hàm làm khớp nêu trên, lưu ý thông s τ hàm Gaussian đuôi trái biết Đ ng thời, thông s hàm Gaussian đuôi trái thu từ việc Trang 72 làm khớp phải thỏa mãn điều kiện tỉ s Đỉnh/Compton với giá trị tương ứng xác định Bảng Thực tế thông qua việc làm khớp phương pháp bình phương t i thiểu thu nghiệm (tập hợp giá trị thông s ) không thỏa mãn điều kiện trên, cần phải có điều chỉnh thông s để hướng tỉ s Đỉnh/Compton giá trị mong mu n Trong nghiên cứu này, chương trình Colegram sử dụng để làm khớp bình phương t i thiểu cho liệu phổ gamma tán xạ Mỗi tập hợp giá trị thông s hàm Gaussian đuôi trái thu từ việc làm khớp kiểm tra tỉ s Đỉnh/Compton tương ứng, tỉ s không phù hợp với giá trị mong mu n thơng s biên độ trái T điều chỉnh tiếp tục làm khớp bình phương t i thiểu Quá trình lặp lại tỉ s Đỉnh/Compton đạt giá trị mong mu n TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SO T32017 Phổ đo có bia (1) Phổ đo không bia (2) Phổ tán xạ (1)-(2) 12000 Số đếm/Kênh 10000 8000 6000 4000 Roi 2000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Năng l-ợng (keV) Hỡnh Phổ thực nghiệm phép đo bia nhôm dày 5,02 cm không bia ứng với ng chuẩn trực đầu dò đường k nh 2,0 cm phổ tán xạ thu từ việc trừ phổ có bia cho phổ khơng bia Khi đó, liệu phổ tán xạ lần vùng lượng quan tâm xác định dựa hàm Gaussian đuôi trái biết Đ ng thời, liệu phổ tán xạ nhiều lần tương ứng thu cách trừ phổ gamma tán xạ cho liệu phổ tán xạ lần Phƣơng pháp ƣớc lƣợng bề dày bão hòa Bề dày bão hòa phép đo gamma tán xạ định nghĩa giá trị mà bia tán xạ có bề dày lớn s đếm gamma tán xạ ghi nhận thay đổi khơng đáng kể Nói cách khác, bia tán xạ có bề dày lớn bề dày bão hịa khơng thể phân biệt dựa s đếm ghi nhận từ phép đo gamma tán xạ Theo quan điểm th ng kê, s đếm gamma tán xạ ghi nhận từ phép đo biến ngẫu nhiên mà phân b xung quanh giá trị kỳ vọng, với độ bất định đặc trưng Hai bia tán xạ có bề dày khác xem phân biệt s đếm gamma tán xạ ghi nhận từ chúng có khoảng bất định ch ng chập với Như vậy, điều kiện để ước lượng giá trị bề dày bão hịa (T0) thiết lập bất phương trình (3) I(T0 )  u I0  I(T )  u I (3) với I(T0 ) I(T ) s đếm tán xạ lần ghi nhận từ phép đo bia tán xạ có bề dày bề dày bão hịa vơ cùng; u I0 u I độ bất định tương ứng chúng Sự phân b s đếm tán xạ lần ghi nhận từ phép đo tuân theo phân b Gaussian, u IT  k I(T) với k hệ s thể độ tin cậy Thông thường hệ s k chọn 1,96 để đạt độ tin cậy 95 % Mặt khác, biến thiên s đếm tán xạ lần theo bề dày bia tán xạ biểu diễn hàm toán học (4) [12, 20]: I(T)  IS 1  exp(eff T) (4) với IS s đếm bão hòa gamma tán xạ lần IS  lim I(T) , µeff hệ s suy giảm tuyến t nh T  hiệu dụng tồn phần Các thơng s IS µeff xác định việc làm khớp bình phương tuyến t nh giá trị thực nghiệm s đếm tán xạ lần theo bề dày bia tán xạ Từ đó, giá trị bề dày bão hịa t nh tốn cơng thức (5)   k   T0   ln 1  1    eff IS       (5) Trang 73 Science & Technology Development, Vol 3, No.T20–2017 Lưu ý công thức (5), bề dày bão hòa phụ thuộc vào IS mà hệ s có liên quan đến thời gian thực phép đo hoạt độ phóng xạ ngu n Rõ ràng thời gian đo hoạt độ ngu n phóng xạ tăng s đếm tán xạ ghi nhận tăng lên Theo lý thuyết th ng kê, s đếm th ng kê lớn độ bất định tương đ i nhỏ, khả phân biệt s đếm tán xạ hai bề dày khác t t Như vậy, bề dày bão hòa phép đo gamma tán xạ tăng lên sử dụng ngu n phóng xạ hoạt độ cao thời gian đo dài KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình cho thấy kết việc xử lý phổ gamma tán xạ thu từ phép đo bia nhôm dày 5,02 cm ng chuẩn trực đầu dò 2,0 cm, phân tách liệu phổ tán xạ lần tán xạ nhiều lần thực Từ liệu phổ này, s đếm tán xạ lần tán xạ nhiều lần xác định cách lấy tổng s đếm thành phần vùng lượng quan tâm Bên cạnh đó, thấy đ i với bia tán xạ dày s đếm tán xạ nhiều lần đóng góp đáng kể vùng ghi nhận đỉnh tán xạ lần Hình trình bày liệu phổ gamma tán xạ lần bề dày bia tán xạ đường k nh ng chuẩn trực đầu dị khác Có thể quan sát thấy rằng, bề dày bia tăng liệu phổ gamma tán xạ lần ghi nhận tăng lên, sau bề dày định liệu phổ gamma tán xạ lần không thay đổi Đ ng thời, độ rộng đỉnh phổ tăng lên bề dày bia gia tăng Điều giải th ch sau: bề dày bia tăng lên xác suất để xảy tương tác tán xạ Compton tia gamma tới với electron bia lớn, cường độ tia gamma tán xạ lần đến đầu dò ghi nhận tăng Tuy nhiên đạt đến bề dày định, tia gamma tán xạ lần tạo tăng bề dày bia bị hấp thụ tán xạ bên bia, nên khơng có gia tăng cường độ tia gamma tán xạ lần đến đầu dò Mặt khác, bề dày bia tăng phân b lượng tia gamma tán xạ lần đến đầu dò mở rộng, có đóng góp thêm tia gamma tán xạ với góc tán xạ lớn Điều dẫn đến độ rộng đỉnh phổ tán xạ lần tăng lên ch ng chập phổ đáp ứng thảo luận mục 2.2 Bên cạnh đó, liệu phổ gamma tán xạ lần ghi nhận từ phép đo bề dày định tăng lên đường k nh ng chuẩn trực đầu dị tăng Bởi đường k nh ng chuẩn trực đầu dị lớn góc kh i tương quan bia đầu dò lớn, nên s lượng tia gamma tán xạ lần n u dũ cng nhiu 12000 Số đếm/Kênh 10000 Phổ gamma tán xạ Phổ tán xạ lần Phổ tán xạ nhiều lần 8000 6000 4000 2000 100 150 200 250 300 350 Năng l-ợng (keV) Hỡnh Kt xử lý phổ gamma tán xạ phép đo bia nhôm dày 5,02 cm ng chuẩn trực đầu dị đường k nh cm Trang 74 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SỐ T3–2017 12000 0,612 cm 1,010 cm 1,650 cm 3,020 cm 5,020 cm 6,020 cm Số đếm/Kênh 2000 Col 1,0 cm Col 2,0 cm Col 3,0 cm Col 4,0 cm Col 5,0 cm 10000 8000 Số đếm/Kênh 2500 1500 1000 500 6000 4000 2000 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 100 300 120 140 160 Năng l-ợng (keV) 180 200 220 240 260 280 300 Năng l-ợng (keV) (A) (B) Hình Dữ liệu phổ tán xạ lần (A) bề dày bia tán xạ khác với ng chuẩn trực đầu dò đường k nh 2,0 cm, (B) bề dày bia 5,02 cm với ng chuẩn trực đầu dò đường k nh khác Hình biểu diễn biến thiên s đếm tán xạ lần theo bề dày bia ứng với ng chuẩn trực đầu dị có đường k nh khác Các s liệu làm khớp bình phương t i thiểu sử dụng hàm (4) Giá trị thông s hàm làm khớp trình bày Bảng Bảng Giá trị thông s hàm làm khớp s đếm tán xạ lần theo bề dày bia Đường k nh ng chuẩn trực đầu dò (cm) 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Hệ s hàm làm khớp bình phương t i thiểu theo (4) IS µeff R2 30655,69 0,13095 0,9961 177463,74 0,09434 0,9988 427861,41 0,08277 0,9996 742769,88 0,07966 0,9995 936697,31 0,07745 0,9996 200000 1000000 180000 900000 800000 Col 1,0 cm Col 2,0 cm Đ- ờng làm khớp 140000 120000 100000 80000 60000 40000 Số đếm tán xạ lần Số đếm tán xạ lần 160000 700000 600000 500000 400000 300000 Col 3,0 cm Col 4,0 cm Col 5,0 cm Đ- ờng làm khớp 200000 100000 20000 0 10 20 30 40 50 60 70 BỊ dµy bia (mm) 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 BỊ dµy bia (mm) Hình Sự biến thiên s đếm tán xạ lần theo bề dày bia ứng với ng chuẩn trực đầu dị có đường k nh khác đường làm khớp tương ứng Trang 75 Science & Technology Development, Vol 3, No.T202017 Bề dày bÃo hòa (cm) 0 Đ-ờng kính ống chuẩn trực đầu dò (cm) Hình Sự biến thiên bề dày bão hòa theođường k nh ng chuẩn trực đầu dò sử dụng thành phẩn phổ tán xạ lần Sau đó, bề dày bão hịa tương ứng với s đếm tán xạ lần t nh tốn theo cơng thức (5), sử dụng giá trị hàm làm khớp Bảng 2, cho ng chuẩn trực đầu dị có đường k nh khác Kết cho thấy, bề dày bão hòa tăng lên đường k nh ng chuẩn trực đầu dò tăng Sự phụ thuộc bề dày bão hòa theo s đếm tán xạ lần vào đường k nh ng chuẩn trực đầu dị làm khớp hàm có dạng tốn học (4), Hình KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, kỹ thuật xử lý phổ gamma tán xạ cho phép xác định liệu tán xạ lần tán xạ nhiều lần trình bày Đ ng thời, cơng thức để ước lượng bề dày bão hịa s đếm tán xạ xây dựng dựa suy luận Trang 76 th ng kê Theo công thức này, khái niệm bề dày bão hòa phụ thuộc vào s lượng th ng kê tia gamma tán xạ ghi nhận, có liên hệ với hoạt độ ngu n thời gian đo Các liệu thực nghiệm cung cấp để gia tăng bề dày bão hòa theo tăng lên đường k nh ng chuẩn trực đầu dò phép đo gamma tán xạ sử dụng thành phần phổ tán xạ lần Các kết đạt nghiên cứu ứng dụng việc t i ưu hóa hệ đo phân t ch khơng hủy mẫu công nghiệp Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh khn khổ Đề tài mã số T2015-08 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SỐ T3–2017 The effect of the diameter of the detector collimator on saturation thickness in gamma scattering measurement  Huynh Dinh Chuong  Vo Hoang Nguyen  Le Thi Ngoc Trang  Nguyen Thi Truc Linh  Tran Kim Tuyet  Tran Thien Thanh University of Science, Vietnam National University-Ho Chi Minh City ABSTRACT The effect of the diameter of the detector collimator on the saturation thickness in gamma-scattering measurements is studied using the spectrum of singly scattering Geometric arrangement of gamma-scattering measurement includes: a gamma-ray collimated beam with the energy of 662 keV emitted from 137 Cs source is irradiated on a rectangular aluminium target with incident angle of 90o, and detector NaI(Tl) 5.1cmx5.1cm with collimator is used to record the scatterd gamma rays at scattered angle of 120° The experimental measurements are carried out to obtain scattered spectra with various target thickness and diameter of detector collimator The profile of the singly scattering and multiply scattering in the scattered spectra are determined by a spectrum processing technique based on the least squares fitting The experimental results showed that the saturation thickness of the counts of singly scattering increases with increasing the window diameter of the detector collimator These results will support for the non-destructive testing research of application of gamma-scattering method to determine the thickness or the defect of the sample Key words: gamma scattering, saturation thickness, detector collimator TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Ashrafi, O Jahanbakhsh, D Alizadeh, [4] J.E Fernandez, Compton and Rayleigh double scattering of unpolarized radiation, Physical Application of artificial neural network in nonReview A, 44 4232–4248 (1991) destructive Compton scattering densitometry, Nuclear Instruments and Methods in Physics [5] S Gurvinderjit, S Manpreet, S Bhajan, B.S Sandhu, Experimental observation of ZResearch A, 760, 1–4 (2014) dependence of saturation depth of 0.662 MeV [2] A El Abd, A method for determination mass multiply scattered gamma rays, Nuclear absorption coefficient of gamma rays by Compton Instruments and Methods in Physics Research B, scattering, Applied Radiation and Isotopes, 94, 251, 73–78 (2006) 247–253 (2014) [3] Y Demet, T Ahmet, U Zeynep, K Demet, [6] O Jahanbakhsh, S Ashrafi, B Salehpour, R.B.H Abadi, N Khaiiatali, Industrial scattering Measurement of effective atomic number of densitometry using a mCi gamma-ray source, gunshot residues using scattering of gamma rays, Nuclear Instruments and Methods in Physics Radiation Physics and Chemistry, 102, 68–71 Research A, 726, 47–51 (2013) (2014) Trang 77 Science & Technology Development, Vol 3, No.T20–2017 [7] M Khorsandi, S.A.H Feghhi, Design and construction of a prototype gamma-ray densitometer for petroleum products monitoring application, Measurement, 44, 1512–1515 (2011) [8] K.U Kiran, K Ravindraswami, K.M Eshwarappa, M.H Somashekarappa, Angular dependence of multiple scattered photons and saturation thickness for certain elements by gamma scattering method, Radiation Physics and Chemistry, 119, 116–124 (2016) [9] M Margret, M Menaka, B Venkatraman, S Chandrasekaran, Compton back scatter imaging for mild steel rebar detection and depth characterization embedded in concrete, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 343, 77–82 (2015) [10] S Manpreet, S Gurvinderjit, S Bhajan, B.S Sandhu, Experimental observation of energy dependence of saturation thickness of multiply scattered gamma photons, Radiation Physics and Chemistry, 77, 991– 995 (2008) [11] S Manpreet, S Gurvinderjit, B.S Sandhu, S Bhajan, Effect of detector collimator and sample thickness on 0.662 MeV multiply Comptonscatterd gamma rays, Applied Radiation and Isotopes, 64, 373– 378 (2006) [12] V.H Nguyen, H.D Tam, L.B Tran, T.T Thanh., H.T Le, L.D.M Quan, H.D Chuong, T.N.T Ngan, C.V Tao, A semi-empirical method for measuring thickness of pipe-wall using gamma scattering technique, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 3, 308,10111016 (2016) [13] C Philippe, B Franỗois, K John, Example of Monte Carlo uncertainty assessment in the field of radionuclide metrology, Metrologia, 52, S42–S50 (2015) Trang 78 [14] P Priyada, M Margret, R Ramar, S.M Menaka, L Thilagam, B Venkataraman, R Baldev, Intercomparison of gamma scattering, gammatography, and radiography techniques for mild steel nonuniform corrosion detection, Review of Scientific Instruments, 82, 035115 (2011) [15] P Priyada, R Ramar, Shivaramu, An improved Compton scattering method for determination of concentration of solutions, Applied Radiation and Isotopes,70, 2421–2427 (2012) [16] P Priyada, R Ramar, Shivaramu, Application of gamma ray scattering technique for nondestructive evaluation of voids in concrete, Applied Radiation and Isotopes, 74, 13–22 (2013) [17] P Priyada, R Ramar, Shivaramu, Determining the water content in concrete by gamma scattering method, Annals of Nuclear Energy, 63, 565–570 (2014) [18] A.D Sabharwal, B.S Sandhu, S Bhajan, Investigations of effect of target thickness and detector collimation on 662 keV multiply back scattered gamma photons, Radiation Measurements, 44, 411–414 (2009) [19] I.L.M Silva, R.T Lopes, E.F.O Jesus de, Tube defects inspection technique by using Compton gamma-rays backscattering, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 422, 957–963 (1999) [20] H.D Tam, H.D Chuong, T.T Thanh, V.H Nguyen, H.T.K.Trang, C.V Tao, Advanced gamma spectrum processing technique applied to the analysis of scattering spectra for determining material thickness, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry1, 303, 693–699 (2015) ... effect of the diameter of the detector collimator on the saturation thickness in gamma- scattering measurements is studied using the spectrum of singly scattering Geometric arrangement of gamma- scattering. .. squares fitting The experimental results showed that the saturation thickness of the counts of singly scattering increases with increasing the window diameter of the detector collimator These results... for the non-destructive testing research of application of gamma- scattering method to determine the thickness or the defect of the sample Key words: gamma scattering, saturation thickness, detector