Khóa luận tốt nghiệp đại học nghiên cứu sự phụ thuộc của hiệu suất ghi đỉnh năng lượng toàn phần vào thành phần nguyên tố của mẫu môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ BẢO NGỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU SUẤT GHI ĐỈNH NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN VÀO THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ CỦA MẪU MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Vật Lý Học Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2020 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU SUẤT GHI ĐỈNH NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN VÀO THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ CỦA MẪU MÔI TRƯỜNG Người thực hiện: Trần Thị Bảo Ngọc Người hướng dẫn khoa học: ThS Lê Quang Vương Chuyên ngành: Vật Lý Học Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2020 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực khóa luận, em nhận nhiều giúp đỡ từ Thầy Cô, bạn bè gia đình Đặc biệt em xin gửi đến ThS Lê Quang Vương, giảng viên Bộ môn Vật lý Hạt nhân, khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm, thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành Thầy tận tình bảo giúp đỡ em nhiều suốt q trình làm khóa luận Q trình thầy hướng dẫn, em học hỏi nhiều kiến thức mới, phương pháp làm việc khoa học có định hướng cho tương lai Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt vốn kiến thức quý báu để em có đủ tảng kiến thức để thực đề tài Em xin cảm ơn hội đồng chấm khóa luận dành thời gian để đọc, phát sai sót có góp ý quý giá giúp khóa luận hoàn thành tốt Em chân thành cảm ơn bạn lớp Cử nhân Vật lý A K42; anh chị, bạn bè phịng thí nghiệm Vật lý Hạt Nhân, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh ln đồng hành, giúp đỡ động viên để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ thành viên gia đình ln ủng hộ, tạo điều kiện tốt để em tập trung làm việc hồn thành khóa luận Khóa luận tốt nghiệp HCMUE ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt HPGe IAEA Tiếng Anh High Purity Germanium Tiếng Việt Đầu dò bán dẫn Germanium siêu tinh khiết International Atomic Energy Cơ quan lượng nguyên tử Agency quốc tế MCNP Monte Carlo N Particles FEPE Full Energy Peak Efficiency Chương trình mơ Monte Carlo Hiệu suất ghi đỉnh lượng tồn phần (hiệu suất đỉnh) Khóa luận tốt nghiệp HCMUE iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hiệu ứng quang điện Hình 1.2 Hiệu ứng Compton Hình 1.3 Hiệu ứng tạo cặp Hình 1.4 Sơ đồ phân rã đồng vị 238U Hình 1.5 Sơ đồ phân rã đồng vị 232Th Hình 2.1 Cấu trúc thẻ khai báo ô mạng (Cell Cards) tập tin đầu vào .13 Hình 2.2 Cấu trúc thẻ khai báo mặt (Cell Cards) tập tin đầu vào 15 Hình 2.3 Cấu trúc thẻ khai báo nguồn (Source Cards) tập tin đầu vào 16 Hình 2.4 Cấu trúc thẻ khai báo vật liệu (Material Cards) tập tin đầu vào 17 Hình 2.5 Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe 18 Hình 3.1 Mơ hình hệ phổ kế gamma xây dựng chương trình MCNP6 21 Hình 3.2 Phổ thực nghiệm đỉnh lượng mô mẫu IAEARGU-1 (0 MeV – 0,5 MeV) 22 Hình 3.3 Phổ thực nghiệm đỉnh lượng mô mẫu IAEARGU-1 (0,5 MeV – MeV) 23 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cấu trúc tập tin đầu vào chương trình MCNP6 12 Bảng 2.2 Các loại mặt định nghĩa MCNP6 14 Bảng 2.3 Các định nghĩa tham số MCNP6 .16 Bảng 2.4 Thơng số hình học đầu dị GEMP4-83 nhà sản suất cung cấp 18 Bảng 2.5 Thông số mẫu chuẩn 19 Bảng 2.6 Hàm lượng thành phần nguyên tố chứa mẫu chuẩn 19 Bảng 2.7 Hàm lượng thành phần nguyên tố chứa mẫu chuẩn 20 Bảng 3.1 Thời gian đo phổ gamma mẫu chuẩn 22 Bảng 3.2 Hoạt độ mẫu chuẩn .24 Bảng 3.3 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-RGU-1 25 Bảng 3.4 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-RGTh-1 .26 Bảng 3.5 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-434 .26 Bảng 3.6 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-447 .27 Bảng 3.7 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-RGU-1 28 Bảng 3.8 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-RGTh-1 29 Bảng 3.9 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-434 29 Bảng 3.10 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mô mẫu IAEA-447 30 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG iv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.1.1 Hiệu ứng quang điện .3 1.1.2 Hiệu ứng Compton 1.1.3 Hiệu ứng tạo cặp .5 1.2 Chuỗi phân rã phóng xạ .7 1.2.1 Chuỗi phân rã đồng vị 238U 1.2.2 Chuỗi phân rã đồng vị 232Th .7 1.3 Hiệu suất ghi đầu dò .8 1.3.1 Hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần .8 1.3.2 Đường cong hiệu suất .9 1.4 Tóm tắt Chương 10 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 Chương trình MCNP6 11 2.1.1 Cấu trúc tập tin đầu vào chương trình MCNP6 11 2.1.1.1 Khai báo ô mạng (Cell Cards) 13 2.1.1.2 Khai báo mặt (Surface Cards) 14 2.1.1.3 Khai báo thẻ liệu (Data Cards) 15 2.2 Hệ phổ kế sử dụng đầu dò HPGe .17 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE vi 2.3 Mẫu chuẩn 18 2.4 Tóm tắt Chương 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Bố trí thí nghiệm 21 3.2 Xác định hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần cho mẫu chuẩn 23 3.3 Đánh giá kết hiệu suất đỉnh lượng tồn phần thực nghiệm mơ 28 3.4 Tóm tắt Chương 31 KẾT LUẬN 32 KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 36 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE LỜI MỞ ĐẦU Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn Germanium siêu tinh khiết (HPGe) sử dụng phổ biến cho việc phân tích hàm lượng đồng vị phóng xạ phát gamma mẫu môi trường nhờ vào ưu điểm như: khả phân tích nhiều đồng vị, độ xác cao Điều cần thiết kỹ thuật đo phổ gamma phải xác định hiệu suất đỉnh lượng tồn phần đầu dị Hiệu suất đỉnh lượng tồn phần phụ thuộc vào hình dạng, thành phần, mật độ mẫu đo lượng xạ gamma phát Các phịng thí nghiệm phân tích mơi trường thường sử dụng mẫu chuẩn biết trước hoạt độ cung cấp từ IAEA để đánh giá đường cong hiệu suất cho mẫu đo có dạng hình học định [9,10,11] Một mẫu môi trường phổ biến cho phép đo phổ gamma mẫu đất, quan trọng nghiên cứu địa chất phân tích mối nguy hiểm phóng xạ mơi trường Một số cơng trình nghiên cứu tiêu biểu có liên quan đến đề tài khóa luận như: năm 2012, S Baccouche cộng [9] áp dụng phương pháp Monte Carlo để chuẩn hiệu suất đầu dò NaI(Tl) CsI(Tl) cho phép đo gamma từ mẫu đất Năng lượng chọn đỉnh 1460 keV ( 40 K ), 1764 keV ( 214 Bi ) 2614 keV ( 208 Tl ) Độ lệch hiệu suất mô thực nghiệm cho hai đầu dị CsI(Tl) NaI(Tl) khơng vượt q 4%, ngoại trừ hiệu suất lượng 2614 keV 9% Năm 2018, S Mohammad S Farhad Masoudi [10] nghiên cứu thay đổi hiệu suất ảnh hưởng đến thành phần nguyên tố mẫu môi trường cách so sánh khác biệt hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu chuẩn IAEARGU-1, IAEA-RGTh-1, IAEA-RGK-1 mẫu đất Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả dùng chương trình MCNP để mơ hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dị HPGe GEM80P4-95 hãng ORTEC cung cấp Các đỉnh lượng chọn để khảo sát 63,3 keV ( 234 Th ), 92,78 keV ( 234 Th ), 143,76 keV ( 235 U ) mẫu IAEA-RGU1; 238,6 ( 212 Pb ), 583,2 keV ( 208 Tl ), 911,2 keV ( 228 Ac ) mẫu IAEA-RGTH-1 1460,8 keV ( 40 K ) mẫu IAEA-RGK-1 Mẫu chuẩn có dạng hình học Marinelli đặt vị trí sát mặt đầu dị Thành phần ngun tố chứa mẫu xác định phương pháp huỳnh quang tia X Nhóm tác giả sử dụng thành phần ngun tố để tính tốn hiệu suất đỉnh cho mẫu mô Kết độ sai Khóa luận tốt nghiệp HCMUE biệt hiệu suất đỉnh ba mẫu chuẩn IAEA-RGU-1, IAEA-RGTh-1, IAEA-RGK1 mẫu đất không vượt 8%, ngoại trừ đỉnh lượng 63,3 keV có độ sai biệt 8,32% Từ cơng trình nghiên cứu trên, khóa luận chọn tên đề tài "Nghiên cứu phụ thuộc hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần vào thành phần ngun tố mẫu mơi trường" Mục đích khóa luận xác định hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu chuẩn IAEA cung cấp Bên cạnh đó, khóa luận cịn thực đánh giá hiệu suất đỉnh thực nghiệm mô áp dụng phương pháp Monte Carlo Đánh giá ảnh hưởng thành phần nguyên tố chứa mẫu chuẩn lên hiệu suất đỉnh Dựa theo nội dung trên, khóa luận chia thành ba chương: Chương trình bày sở lý thuyết tương tác xạ gamma với vật chất; chuỗi phân rã phóng xạ đồng vị 238 U, 232 Th ; khái niệm hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần Chương giới thiệu đối tượng phương pháp nghiên cứu bao gồm: cấu trúc tệp đầu vào chương trình MCNP6, hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe mẫu chuẩn Chương kết thảo luận Trong chương này, khóa luận trình bày cách bố trí thực nghiệm, xác định hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đánh giá kết hiệu suất đỉnh thực nghiệm mô Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 25 Đường chuẩn hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần mẫu làm khớp theo hàm đa thức: ln  = B + B1 ln E + B2 ( ln E ) + B3 ( ln E ) + B4 ( ln E ) + B5 ( ln E ) (3.4) với ln  , ln E loganepe hiệu suất đỉnh lượng toàn phần loganepe lượng; B, B1, B2, B3, B4, B5 tham số có từ việc làm khớp hàm Sử dụng phần mềm ORIGIN để làm khớp hiệu suất đỉnh lượng toàn phần từ kết thực nghiệm Độ sai biệt hiệu suất đỉnh lượng toàn phần giá trị thực nghiệm làm khớp mẫu chuẩn tính theo biểu thức (3.5): RD(%) = HSLK − HSTN  100 HSLK (3.5) đó, HSTN giá trị hiệu suất đỉnh lượng toàn phần từ thực nghiệm, HSLK giá trị hiệu suất đỉnh lượng tồn phần có từ việc làm khớp Bảng 3.3 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-RGU-1 Chuỗi Đồng vị 210 234 226 Hiệu suất Hiệu suất (keV) thực nghiệm làm khớp 46,5 0,0170±0,0002 0,0174 2,72 63,3 0,0584±0,0013 0,0538 8,50 92,4 0,0926±0,0081 0,0997 7,15 186,2 0,0851±0,0007 0,0863 1,31 242,0 0,0703±0,0005 0,0671 4,86 295,2 0,0540±0,0004 0,0543 0,63 351,9 0,0460±0,0003 0,0451 2,11 609,3 0,0259±0,0002 0,0271 4,39 1120,3 0,0182±0,0001 0,0183 0,56 1238,1 0,0179±0,0001 0,0174 2,65 1764,5 0,0142±0,0001 0,0142 0,17 2204,2 0,0120±0,0001 0,0121 0,61 RD (%) Th Ra 214 238 Pb Năng lượng Pb U 214 Bi Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 26 Bảng 3.4 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-RGTh-1 Chuỗi Năng lượng Hiệu suất Hiệu suất (keV) thực nghiệm làm khớp Pb 238,6 0,0602±0,0018 0,0602 Ac 338,3 0,0535±0,0024 0,0535 Tl 583,2 0,0285±0,0008 0,0285 228 Ac 911,2 0,0228±0,0009 0,0223 228 Ac 969,0 0,0222±0,0009 0,0222 2614,5 0,0087±0,0002 0,0087 Đồng vị 212 228 208 232 Th 208 Tl Bảng 3.5 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-434 Chuỗi Đồng vị 226 Ra 214 238 Pb U 214 Năng lượng Hiệu suất Hiệu suất (keV) thực nghiệm làm khớp 186,2 0,1039±0,0083 0,1043 0,40 242,0 0,0745±0,0059 0,0729 2,20 295,2 0,0538±0,0043 0,0557 3,24 351,9 0,0449±0,0037 0,0443 1,40 609,3 0,0250±0,0020 0,0249 0,51 1120,3 0,0174±0,0014 0,0178 2,50 1238,1 0,0175±0,0014 0,0171 2,38 1764,5 0,0136±0,0011 0,0136 0,20 RD (%) Bi Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 27 Bảng 3.6 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mẫu IAEA-447 Chuỗi 232 Th 238 232 U Th 238 U Đồng vị 212 214 232 Th 232 RD (%) làm khớp 238,6 0,0799±0,0034 0,0800 0,13 295,2 0,0815±0,0066 0,0809 0,65 351,9 0,0694±0,0057 0,0702 1,07 Tl 583,2 0,0411±0,0033 0,0382 7,73 Bi 609,3 0,0376±0,0030 0,0363 3,36 Cs 661,7 0,0288±0,0007 0,0333 13,37 911,2 0,0254±0,0016 0,0249 2,07 969,0 0,0253±0,0017 0,0237 6,45 1460,8 0,0163±0,0006 0,0177 7,50 1764,5 0,0162±0,0014 0,0155 4,80 2614,5 0,0123±0,0010 0,0124 0,39 Pb Pb Ac 40 238 Hiệu suất thực nghiệm 214 228 Hiệu suất (keV) 208 137 Năng lượng K U 214 Th 208 Bi Tl Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần thực nghiệm mẫu chuẩn khoảng lượng 46,5 keV đến 2641,7 keV trình bày Bảng 3.3 đến Bảng 3.6 Trong đó, sai số hiệu suất lớn (sai số hiệu suất tương đối) 8,80% ứng với lượng 92,38 keV đồng vị 234 Th chuỗi 238 U (mẫu IAEA-RGU-1) Xây dựng đường chuẩn hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần với độ sai biệt giá trị thực nghiệm giá trị làm khớp không vượt 8,50% đa số mẫu chuẩn, riêng đỉnh lượng 661,7 keV đồng vị 137 Cs mẫu IAEA-443 có độ sai biệt 13,37% Đối với mẫu IAEA-RGTH-1 độ sai biệt 0,1% Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 28 3.3 Đánh giá kết hiệu suất đỉnh lượng tồn phần thực nghiệm mơ Các mẫu chuẩn khóa luận sử dụng có thành phần nguyên tố xác định, đồng thời chúng tương tự với mẫu chuẩn nghiên cứu S Baccouche cộng A R Iurian cộng [9,11] Tỷ lệ đóng góp nguyên tố hóa học chứa vật liệu mẫu chuẩn đưa Bảng 2.6 Bảng 2.7 Các thành phần nguyên tố xác định cách sử dụng phương pháp huỳnh quang tia X [10] Khóa luận sử dụng trọng số với giá trị khối lượng, mật độ (Bảng 2.5) khai báo vật liệu ứng với mẫu chuẩn tập tin đầu vào MCNP6 để xác định hiệu suất đỉnh lượng tồn phần theo mơ Bảng 3.7 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-RGU-1 Chuỗi Đồng vị 210 234 226 Hiệu suất Hiệu suất (keV) thực nghiệm mô 46,5 0,0174 0,0136 27,99 63,3 0,0538 0,0504 6,87 92,4 0,0997 0,0946 5,38 186,2 0,0863 0,0996 13,36 242,0 0,0671 0,0856 21,67 295,2 0,0543 0,0745 27,10 351,9 0,0451 0,0655 31,16 609,3 0,0271 0,0441 38,59 1120,3 0,0183 0,0294 37,55 1238,1 0,0174 0,0275 36,72 1764,5 0,0142 0,0214 33,61 2204,2 0,0121 0,0180 33,08 RD (%) Th Ra 214 238 Pb Năng lượng Pb U 214 Bi Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 29 Bảng 3.8 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-RGTh-1 Chuỗi Đồng vị Hiệu suất Hiệu suất RD (%) (keV) thực nghiệm mô Pb 238,6 0,0602 0,0873 31,07 Ac 338,3 0,0535 0,0682 21,55 Tl 583,2 0,0285 0,0459 37,89 228 Ac 911,2 0,0223 0,0340 32,92 228 Ac 969,0 0,0222 0,0326 32,00 2614,5 0,0087 0,0157 44,41 212 228 208 232 Năng lượng Th 208 Tl Bảng 3.9 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-434 Chuỗi Đồng vị 226 Ra 214 238 Pb U 214 Năng lượng Hiệu suất Hiệu suất (keV) thực nghiệm mô 186,2 0,1043 0,1072 2,66 242,0 0,0729 0,0916 20,42 295,2 0,0557 0,0794 29,89 351,9 0,0443 0,0695 36,28 609,3 0,0249 0,0463 46,19 1120,3 0,0178 0,0304 41,45 1238,1 0,0171 0,0284 39,85 1764,5 0,0136 0,0220 38,02 RD (%) Bi Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 30 Bảng 3.10 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh thực nghiệm tính tốn mơ mẫu IAEA-447 Chuỗi 232 Th 238 232 U Th 238 U Đồng vị 212 214 232 Th 232 RD (%) mô 238,6 0,0800 0,0889 9,97 295,2 0,0809 0,0765 5,77 351,9 0,0702 0,0671 4,48 Tl 583,2 0,0382 0,0464 17,77 Bi 609,3 0,0363 0,0450 19,27 Cs 661,7 0,0333 0,0425 21,73 911,2 0,0249 0,0342 27,26 969,0 0,0237 0,0329 27,75 1460,8 0,0177 0,0248 28,88 1764,5 0,0155 0,0216 28,63 2614,5 0,0124 0,0158 21,82 Pb Pb Ac 40 238 Hiệu suất thực nghiệm 214 228 Hiệu suất (keV) 208 137 Năng lượng K U 214 Th 208 Bi Tl Độ sai biệt hiệu suất đỉnh lượng tồn phần trog thực nghiệm tính tốn mơ xác định theo biểu thức (3.6): RD(%) = HSTN − HSMP  100 HSTN (3.6) đó, HSTN giá trị hiệu suất đỉnh làm khớp từ thực nghiệm lấy Bảng 3.3 đến Bảng 3.6, HSMP giá trị hiệu suất đỉnh lượng tồn phần có từ mơ Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 31 Kết so sánh hiệu suất đỉnh lượng tồn phần thực nghiệm mơ cho mẫu chuẩn trình bày Bảng 3.7 đến 3.10 Đối với mẫu IAEA-RGU-1, hai đỉnh lượng đồng vị 234Th đạt phù hợp kết thực nghiệm mô với độ sai biệt nhỏ 7% Trong mẫu IAEA-RGU1 IAEA-RGTh-1, lượng nhỏ 300 keV thường chịu ảnh hưởng tự hấp thụ mẫu, lượng 300 keV thường bị ảnh hưởng hiệu ứng trùng phùng, đặc biệt đồng vị phát nhiều đỉnh lượng 214Bi, 214 Pb (trong mẫu IAEA-RGU-1), 228Ac, 208Tl (trong mẫu IAEA-RGTh-1) Vì gây chênh lệch lớn hiệu suất thực nghiệm mô phỏng, mẫu lại tương tự Một số nguyên nhân dẫn đến giá trị thực nghiệm có độ sai biệt lớn so với mô phỏng: o Thăng giáng thống kê phép đo hiệu suất thực nghiệm o Phép đo hiệu suất thực nghiệm chưa hiệu chỉnh thông số hiệu ứng trùng phùng vị phóng xạ phát nhiều xạ gamma o Chưa hiệu chỉnh hệ số tự hấp thụ mẫu o Kết hiệu suất mô cao so với giá trị thực nghiệm sau thời gian sử dụng thơng số đầu dị bị thay đổi bề dày lớp chết Bề dày thực tế lớp chết tăng lên so với giá trị nhà sản xuất cung cấp sử dụng mơ Khi đó, lớp chết mặt tinh thể gây hiệu ứng che chắn làm suy giảm thể tích vùng nhạy đầu dị khiến việc ghi nhận tín hiệu xạ suy giảm, dẫn đến hiệu suất giảm đặc biệt vùng lượng thấp (dưới 100 keV) Sự gia tăng bề dày lớp chết mặt tinh thể làm giảm hiệu suất vùng lượng cao [3] 3.4 Tóm tắt Chương Trong chương 3, khóa luận trình bày cách bố trí thực nghiệm, xác định hiệu suất đỉnh thực nghiệm cho bốn mẫu chuẩn khoảng lượng từ 46,5 keV đến 2614,5 keV Bên cạnh đó, khóa luận thực đánh giá kết hiệu suất đỉnh thực nghiệm mô với độ sai biệt cao đồng vị phát nhiều xạ gamma 214Bi, 214Pb, giải thích nguyên nhân gây độ sai biệt Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 32 KẾT LUẬN Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần vào thành phần ngun tố mẫu mơi trường, khóa luận đạt kết sau: o Xác định hiệu suất đỉnh lượng toàn phần cho bốn mẫu chuẩn khoảng lượng từ 46,5 keV đến 2614,5 keV với độ sai biệt kết thực nghiệm hiệu suất đỉnh có từ việc làm khớp không vượt 8,50%, ngoại trừ đỉnh lượng 661,7 keV đồng vị 137 Cs mẫu IAEA-443 có độ sai biệt 13,37% o Đánh giá kết hiệu suất đỉnh thực nghiệm mô đạt phù hợp kết thực nghiệm mô hai đỉnh lượng đồng vị 234 Th với độ sai biệt nhỏ 7% Đối với đồng vị phát nhiều xạ gamma 214 Bi, 214Pb, 208Tl, 228Ac có độ sai biệt cao Giải thích nguyên nhân dẫn đến độ sai biệt o Đánh giá ảnh hưởng hiệu suất đỉnh vào thành phần nguyên tố mẫu chuẩn Do khóa luận sử dụng thành phần nguyên tố chứa mẫu chuẩn tham khảo từ hai cơng trình nghiên cứu S Baccouche [9] cộng A R Iurian cộng [11] để thực mô phỏng, nên dẫn đến độ sai biệt cao thực nghiệm mơ Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 33 KIẾN NGHỊ Như vậy, khóa luận hồn thành mục tiêu đề Để đạt kết tốt việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng hiệu suất vào thành phần nguyên tố mẫu mơi trường khóa luận kiến nghị đề tài nghiên cứu có hướng phát triển sau: o Đánh giá hệ số tự hấp thụ mẫu chuẩn IAEA thực nghiệm o Đánh giá hiệu ứng trùng phùng đồng vị phóng xạ phát nhiều đỉnh lượng 214Bi, 214Pb o Xác định hoạt độ mẫu mơi trường để đánh giá độ xác phương pháp Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Ngô Quang Huy, (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Hoàng Đức Tâm, (2019), Phân tích sai số liệu thực nghiệm, NXB Đại học Sư Phạm, Thành phố Hồ Chí Minh [3] L T N Trang, H D Chuong, and T T Thanh, (2019), “Efficiency calibration for HPGe detector by Monte Carlo efficiency transfer method,” Sci Technol Dev J - Nat Sci., vol 3, no SE-Original Research [4] Nguyễn Ngọc Lệ, (2013), “Xác định hoạt độ phóng xạ riêng nguyên tố phóng xạ mẫu thực vật phương pháp phổ gamma”, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội [5] Trần Ái Khanh, (2008), Khảo sát hiệu suất detector HPGe với hình học mẫu lớn phương pháp Monte Carlo, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, 2008 [6] Đặng Nguyên Phương, (2015), “Hướng dẫn sử dụng MCNP cho hệ điều hành Windows”, nhóm NMTP Tài liệu nước ngồi [7] G K Skinner, (1996), Practical gamma-ray spectrometry, vol 52, no [8] U S Customs, B Protection, D Nuclear, and D Office, (2011), “Compendium of Material Composition Data for Radiation Transport Modeling” [9] S Baccouche,D Al-Azmi, N Karunakara, and A Trabelsi, (2012), “Application of the Monte Carlo method for the efficiency calibration of CsI and NaI detectors for gamma-ray measurements from terrestrial samples,” Appl Radiat Isot., vol 70, no 1, pp 227–232 [10] S Mohammad Modarresi and S Farhad Masoudi, (2018), “On the gamma spectrometry efficiency of reference materials and soil samples,” J Environ Radioact., vol 183, no July 2017, pp 54–5 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 35 [11] A R Iurian, A Pitois, G Kis-Benedek, A Migliori, R Padilla-Alvarez, and A Ceccatelli, (2016), “Assessment of measurement result uncertainty in determination of 210Pb with the focus on matrix composition effect in gammaray spectrometry,” Appl Radiat Isot., vol 109, pp 61–69 [12] Vuong L.Q, Tao C.V, Thanh T.T, (2017), Revision of nuclear data of U-235 and Ra-226 for the 186 keV gamma-ray peak for the determination of activity in environmental samples, J Radioanal Nucl Chem 314:1273-1277 [13] Thanh T.T, Vuong L.Q, (2018), Validation of an advanced analytical procedure applied to the measurement of environmental radioactivity, Journal of Environmental Radioactivity 184-185, 10 Trang web tham khảo [14] IAEA/RL/148, 1987 [15] http://www.nucleide.org/Laraweb/index.php [16] https://nucleus.iaea.org/sites/ReferenceMaterials/Pages/Index-for Radionuclides.aspx Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 36 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A Hình P.A Mẫu chuẩn Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 37 PHỤ LỤC B Bảng P.B.1 Diện tích đỉnh lượng toàn phần mẫu chuẩn IAEA-RGU-1 Chuỗi Đồng vị 210 234 Pb Số đếm 46,54 40055 63,30 121643 92,38 222665 186,21 319027 242,00 283934 295,22 552219 351,93 910583 609,31 654502 1120,30 151097 1238,11 57818 1764,50 120974 2204,21 32695 Th 226 Ra 214 238 E (keV) Pb U 210 Pb Bảng P.B.2 Diện tích đỉnh lượng tồn phần mẫu chuẩn IAEA-RGTH-1 Chuỗi Đồng vị Số đếm 212 Pb 238,63 874121 228 Ac 338,32 203129 Tl 583,18 289910 228 Ac 911,20 198734 228 Ac 968,96 117377 2614,51 104289 208 232 E (keV) Th 208 Tl Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 38 Bảng P.B.3 Diện tích đỉnh lượng toàn phần mẫu chuẩn IAEA-434 Chuỗi Đồng vị 226 Ra 214 238 Pb U 214 E (keV) Số đếm 186,21 37960 242,00 55652 295,22 101891 351,93 164245 609,31 116947 1120,30 26627 1238,11 10489 1764,50 21413 Bi Bảng P.B.4 Diện tích đỉnh lượng tồn phần mẫu chuẩn IAEA-447 Chuỗi 232 Th 238 232 Th 238 232 U Th 212 Pb 214 Pb E (keV) Số đếm 238,63 24002 295,22 7007 351,93 11542 208 Tl 583,20 6771 214 Bi 609,31 7980 137 Cs 661,70 161948 911,20 4586 968,6 2767 208 Tl 40 K 1460,82 17647 U 214 Bi 1764,50 1158 Th 208 Tl 2614,51 2042 238 232 U Đồng vị Khóa luận tốt nghiệp HCMUE 39 PHỤ LỤC C Bảng P.C Xác suất phát gamma đồng vị phóng xạ ứng với lượng [15] Xác suất phát Sai số xác suất gamma phát gamma I  (%) I  (%) 63,30 3,75 0,08 92,38 4,33 0,38 186,21 3,555 0,019 242,00 7,268 0,022 295,22 18,414 0,036 351,93 35,60 0,07 609,31 45,49 0,19 1120,30 14,91 0,03 1238,11 5,831 0,014 1764,49 15,31 0,05 2204,21 4,913 0,023 46,54 4,252 0,04 338,32 11,4 0,4 911,20 26,2 0,8 968,96 15,9 0,5 238,63 43,6 0,5 2614,51 99,755 0,004 583,187 85,0 0,3 K 1460,82 10,55 0,11 Cs 661,66 84,99 0,20 Đồng vị Năng lượng phóng xạ (KeV) Chuỗi 234 226 Th Ra 214 238 Pb U 214 Bi 210 228 232 Th Pb Ac 212 Pb 208 Tl 40 137 Khóa luận tốt nghiệp HCMUE