Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lý: Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày mật độ mẫu phân tích

Vì vậy, trong khóa luận này, tôi sẽ sử dụng chương trình MCNP-CP đề nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bé day và mật độ mẫu phân tích bằngcách sử dụng mẫu chuân RGU do IAE

HA THI KIM NGAN

KHOA LUAN TOT NGHIEP

NGHIEN CUU SU PHU THUOC

CUA HE SO TRUNG PHUNG

VÀO BE DAY VA MAT ĐỘ

MAU PHAN TICH

Chuyén nganh: Su pham Vat ly

Thanh phố Hồ Chí Minh, Năm 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HÒ CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

NGHIEN CUU SU PHU THUOC

CUA HE SO TRUNG PHUNG

MAU PHAN TICH

Người thực hiện: HÀ THỊ KỊM NGÂN

Người hướng dan khoa học: ThS LÊ QUANG VƯƠNG

Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện khoá luận, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ to

lớn từ quý Thầy/Cô bạn bè và gia đình Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và

sầu sắc dén:

e Th§ Lê Quang Vương - người hướng dẫn khoa học, đã tận tình chi bảo,

giúp đỡ, động viên, truyền đạt vốn kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi đề tôi có thé hoàn thành khoá luận.

¢ Quý Thay/C6 trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Dai

học Sư Phạm TP.HCM đã truyền đạt những kiến thức quý bấu qua từng

bài giảng từng môn học trong suốt quá trình học tập Những kiến thức

mà Thây/Cô truyền dat là nên tảng đẻ tôi có thé tiếp thu và giải quyết các van dé trong khoá luận và là hành trang cho tôi đi tiếp trong công việc

sau nay.

© Quy Thay/Cé trong Hội đồng bảo vệ khoá luận đã dành thời gian xem

xét và đóng góp các ý kiến để khoá luận được hoàn thiện hơn

¢ Phong thí nghiệm Vật lý hạt nhân, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM

đã đáp ứng các điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị cần thiết đề tôi thực

hiện khoá luận này.

« Viện Y tế Công cộng Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ các đo đạc mẫu

phân tích trên hệ phô kế gamma

¢ Các thành viên trong gia đình đã luôn ở bên động viên, nhắc nhở và tạo

mọi điều kiện dé con có thé học tập và thực hiện khoá luận

¢ Tất cả các bạn bè đã và đang động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học

tập và hoàn thành khoá luận.

TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020

Sinh viên

Hà Thị Kim Ngân

IAEA International Atomic Enery Agency | Cơ quan năng lượng nguyên

NIST National Institute of Standards and | Viện Tiêu chuân và Công

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bang 2.1 Thông tin về bề dày, khối lượng, mật độ khối của các mẫu RGU 12

Bảng 2.2 Thành phan nguyên tố có trong mẫu RGU [9| - 22-22722222 lầ

Bảng 2.3 Cấu trúc thẻ mô tả nguồn (Source card) trong tệp đầu vào 14

Bang 3.1 Xác suất phát gamma của các đồng vị trong mẫu RGU [16] l6

Bang 3.2 Hiệu suất định thực nghiệm của mẫu RGU 2-55222225ccc52 17

Bang 3.3 Hệ số trùng phùng theo bề dày của mẫu RGU - :-.525555¿ 19Bang 3.4 Hiệu suất thực nghiệm đã hiệu chỉnh trùng phùng của mẫu RGU 20

Bảng 3.5 Hiệu suất trước và sau khi hiệu chỉnh trùng phùng của các đồng vị trong

mẫu tại bề đầy Iem -2 2-©22+EzEEEE+EES2EEESEEE2EEE2E3121112112211733734 72072023 cre 22

Bảng 3.6 Hiệu suất trước và sau khi hiệu chỉnh trùng phùng của các đồng vị trong SNAG gt ELEY 3) TETR sc:ss2554:2012i5521421212203420535228412332085209121462111211121011211833343033203330883108E7 23

Bang 3.7 Hệ số trùng phùng theo mật độ tại định năng lượng 609,3 keV của ?!“Bị

DANH MUC CAC HINH VE VA DO THI

Hình 2.1 Hệ pho kế gamma tai Viện Y tế Công cộng TP.HCM 10

Hình 2.2 Mô hình đầu dò GEM50P4-83 22-222 22222221E2222721221122222222e2 11

Hình 2.3 Mô phỏng hệ phô kế gamma HPGe bằng chương trình MCNP - CP 13

Hình 3.1 Hiệu suất trước và sau khi hiệu chỉnh trùng phùng của đồng vị ?'Bi tại bề

đầy ÏÉHfi:¡:-:::-::o<cc:cccosccicsi02512521025012512823153338581251565558651855658635618896585515558586333858458564358335886 24

Hình 3.2 Hiệu suất trước và sau khi hiệu chỉnh trùng phùng của đồng vị ?'Bi tại bề

dầy 3:7EÏf:::::iicsiiisiiizii1E21122101331622121138531292159352233355388333838653397253565385553853882330385932582338588532 24

MỤC LỤC

TỚI AMON scceccicceecceeitii6G622011205403056102310363853582352333883358883868383428ã223522885238583952335286ã8 i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT ssiesssassossssecsvscsnsssnsasssssossnsscsssesssasssssssvessveseves ii

Peis tira ot Cott yt CE |) |) [ ee ae iiiDANH MỤC CAC HINH VE VA ĐỎ THỊ cscccssccosecssscssssssssssssssessecssecsnscesnecene iv

MU TAY Go no iioiiiiEroonoeiooeoaen Y

MỜ ĐẦU qensnieeieosiooekooootiitt014010011001010116133610336124613338338366339153380336355388389885366836858688 1

CHƯƠNGI,TÔNG QUAN scsccessssnssssssssnsssnssscssasessssvescessnsevnssinvsesacsssssooissisevaisanssiness 3

1.1 Tinh hình nghiên Cứ œ- << << << << Họ HH HH HH gi ni 08 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam - cu nshhnereeerre 4

1.1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu chu ưảy 5

BD ASG RAR ccs cscs sees — ẽ7-.-= - 6

1.2.1 Hiệu suất đỉnh nang lượng toàn phần -2 22222222 2222zzcczzcrzccee 6

1.2.2 Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MŒNP-CP - 7

1.3 Nhận xét chương Ï sóc TY nọ nọ 0 0 018055 9

CHƯƠNG 2 DOI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

2.1 Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dd HIPGe - «- 5< ss©sss©ssscssee 10

2.1.1 Đầu dd Germanium siêu tỉnh khiẾt - 5óc 2s ccicsicsesree 10 0Ì) BHDIIE CUD ¿ác cong 06 c0x2062220223i92014201429100510221022000202621096108220082002203221821/8938813% II

rà Mihai GAD 00" ớ ớốAớẢ ""ốÔẳẳÔỌốỌÔÔÔỐốỐ II

2.1.4 Hệ phô kế gamma sử dụng đầu dò HPGe trong mô phong eee

3.2 Hệ số trùng phùng theo bề dày mẫu sccsscssssecsseesssecsneessnecsneccsseceseessneees 19

3.3 Hệ số trùng phùng theo mật độ mẫu -«< sscse+sveevseesserssessee 25

MO DAU

Hệ phô kế gamma dùng dau dò bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) được các nhà

nghiên cứu sử dụng rộng rãi để xác định hoạt độ của đồng vị phóng xạ Với các ưu

điểm nổi trội như khả năng phân tích đa nguyên tố, xử lí mẫu không quá phức tạp,năng suất phân giải cao nên nhiều cơ sở ở Việt Nam đã trang bị hệ phô ké này trong

nghiên cứu và phân tích mẫu môi trường Dé xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu

môi trường, cần phải tính chính xác hiệu suắt đỉnh năng lượng toàn phân bằng phương

pháp xây dựng đường cong hiệu suất theo năng lượng Tuy nhiên, khi tiến hành đo

đạc thì giá trị hiệu suất luôn nhỏ hơn giá trị thật của nó mà ba nguyên nhân gây ánh

hưởng lớn nhất là phông (anh hướng từ 0 đến 100%) hiệu ứng tự hap thụ trong mẫu

(0-50%) và hiệu ứng trùng phùng tổng (0-100%) — đây là hiệu ứng được nhắc đếnchủ yếu trong khóa luận này [5] Hiệu ứng trùng phùng là hiệu ứng xảy ra khi hai

hoặc nhiều tỉa gamma được phát ra từ sự phan rã của một hạt nhân và được ghi nhận

dưới một xung duy nhất trong thời gian phân giải của dau dò Nhiều công trình tậptrung giải quyết vấn dé về hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan, các yếu tổ ảnh hưởngđến hiệu suất bằng nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng thuật toán, phươngpháp thực nghiệm và bán thực nghiệm Ngày nay, thế giới khoa học công nghệ

phát triển nhanh chóng đặc biệt là công nghệ thông tin, những phương pháp mô phỏng

đem lại nhiều lợi ích giúp con người giải quyết công việc nhanh hơn với độ chính xác

cao Vì vậy, trong khóa luận này, tôi sẽ sử dụng chương trình MCNP-CP đề nghiên

cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bé day và mật độ mẫu phân tích bằngcách sử dụng mẫu chuân RGU do IAEA cung cấp và đo bằng hệ phô kế gamma sửdụng đầu dò HPGe

Nội dung khoá luận bao gồm:

Chương 1: Tông quan Chương này trình bày tình hình nghiên cứu trong và

ngoài nước về các van dé liên quan đến khoá luận, mục tiêu và nội dung nghiên cứu.

cơ sở lý thuyết được sử dụng trong khoá luận

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương này giới thiệu về hệphô kế gamma HPGe, mô phỏng hệ phô kế gamma và hướng dẫn xác định hệ số trùngphùng bằng chương trình MCNP - CP

Chương 3: Kết qua và thao luận Chương này sé đưa ra các kết quả về việc tính

toán và đánh giá hệ số trùng phùng khi bề dày thay đôi từ 1,0 cm đến 3,7 cm và khi

mật độ mau thay đổi từ 1,0 g/cm’ đến 2,2 g/cm’, hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan

thực nghiệm và sau khi hiệu chuẩn trùng phùng, từ đó rút ra sự phụ thuộc của hiệu

ứng trùng phùng vào bê dày và mật độ mẫu phân tích

CHƯƠNG 1 TONG QUAN

1.1 Tinh hình nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới

Các nhà nghiên cứu sử dụng hệ phổ kế gamma với đầu đò HPGe đề đo đạc và

phân tích mau môi trường Dé xác định được hoạt độ của các đồng VỊ có trong mẫu can phải hiệu chuẩn hệ phd kế gamma bằng cách tính chính xác hiệu suất đỉnh năng

lượng toàn phan Tuy nhiên khi tiễn hành đo đạc thì giá trị hiệu suất đỉnh luôn sai

lệch so với giá trị thật của nó, do đó cần phải thực hiện một số hiệu chỉnh Đầu tiên hiệu chính phông môi trường bằng cách trừ di phô phông môi trường trước khi xác định số đếm dé loại bỏ các yếu tố gây nhiều đến phô như các hạt vũ trụ khí radon tích tụ trong buông chì Tiếp theo cần xác định hệ số trùng phùng dé hiệu chỉnh lại

hiệu suất đính năng lượng toàn phan Hiệu ứng trùng phùng phụ thuộc vào từng loại

mẫu và dau đò, khoảng cách giữa nguồn và đầu dò, độ phức tạp của sơ đò phân ra,

yếu tố hình học, bề day và mật độ mẫu phân tích Do đó, nhiều nghiên cứu về việchiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng ra đời bằng cách áp dụng các phương pháp giải tích,

thực nghiệm, bán thực nghiệm và mô phỏng.

Năm 1990, Semkov và cộng sự [13] đã xây dựng các thuật toán ma trận đê hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng tông trong máy quang phổ gamma cho các phân rã có độ

phức tạp bất kỳ Họ đã thử nghiệm tính hợp lí của phương pháp bằng cách áp dụng

nó dé xác định hiệu suất đỉnh của đầu dò Ge sử dung hai nguồn thương mai, tiêu

chuan hóa, được thực hiện bởi Amersham và NIST Ap dụng hiệu ứng trùng phùng

mang lại hiệu suất đỉnh với độ sai lệch trung bình giữa hai nguồn là 2,2%, so với độ

lệch dự kiến là 2,6%, từ đó cho thấy tính hợp lệ của phương pháp Tuy nhiên việc áp

dụng hiệu chỉnh bậc một - trùng phùng do hai tia gamma đóng góp mang lại độ lệch

trung bình là 3,9%, cho thấy thuật ngữ bậc cao hơn trong trùng phùng tông là cần

thiết cho các sơ đồ phân rã phức tạp Phương pháp giải tích chỉ có thẻ giải quyết cho

trường hợp sơ d6 phân rã hạt nhân đơn giản, phương pháp thực nghiệm yêu cau cau

hình nguồn tương tự cấu hình đo nên khá khó khăn trong phòng thí nghiệm Vì thé,

các nhà nghiên cứu có thé 4p dụng các phương pháp mô phỏng dé giải quyết van dé

trùng phùng vì các chương trình máy tính đơn giản, để sử dụng.

Năm 2001, García-Talavera và các cộng sự [7] đã áp dụng phương pháp Monte

Carlo sử dung chương trình Geant3 kết hợp Sch2for đẻ tính toán hiệu chỉnh trùng

phùng trong phép đo phô gamma Kết quả của phương pháp được chứng minh là phù

hợp trong phạm vi sai số thong kê so với kết qua tính toán theo thực nghiệm của

Ey Phương pháp mô phỏng sau đó được áp dụng dé đánh giá sự can thiết của việc

điều chỉnh trùng phùng cho các hạt nhân phóng xạ từ chuỗi Urani, Thorium, Actinium

có lượng phát thải gamma có thẻ đo được trong phỏ Kết quả, đối với phân rãUranium, ngoại trừ ”'*Bi, không cần đưa ra các yếu tô hiệu chỉnh trùng phing, đối

với phân rã Thorium việc đưa ra hiệu chỉnh cho "Ac và 2%TỊ là rất cần thiết nếu cần

có kết quả chính xác, đôi với ?ŠU và ?”Th, giá trị của các hiệu chỉnh rất nhạy cảm

với hình học đo, đặc biệt cần chú ý đến đỉnh 205,3 keV của đồng vị ?ÊU vì định bị

ảnh hưởng nhiều nhất bởi hiệu ứng trùng phùng.

Năm 2006, Lépy và các cộng sự [10] đã xác định hệ số hiệu chỉnh trùng phùng

cho các nguồn điểm được tính toán bởi chương trình ETNA Với khoảng cách giữa

nguồn điểm với đầu dò từ 1 em đến 10 em và phạm vi các hạt nhân được nghiên cứu

gom “Co, !24$b, “Cs, “Eu và “Ba, có sự phù hợp tốt giữa phương pháp thực

nghiệm và tính toán bằng ETNA với sai số tương đỗi là 2% tại 15, 10 và § em 5% ở

5 em và lên đến 10% ở 1 em Do đó, kết quả ETNA là đáng tin cậy và việc sử dụngphần mêm giúp tăng đáng kẻ độ chính xác của kết quả phân tích định lượng bằng

phép đo phô gamma và tránh các chuỗi hiệu chuẩn tốn thời gian.

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Năm 2007, Tran Thiện Thanh [4] đã tính toán hệ số trùng phùng tổng trong hệ

phố kế gamma cho nguồn chuẩn dạng hình học điểm và dạng hình học trụ sử dụng

chương trình MCNP đổi với hai đồng vị phóng xạ ''?Eu và "Cs Khi khảo sát ảnh

hưởng của hệ số trùng phùng cho hai nguồn hình học của đồng vị Eu vals, tác

giả nhận thấy rằng với khoảng cách lớn hơn 10 cm thì ảnh hưởng khoảng 3% và 30%

khí đo thực nghiệm tại vị trí gan dau đỏ Điều này có thé giải thích là do góc khối từ

nguồn đến dau đỏ tăng làm tăng xác suất các bức xạ gamma phát ra có kha năng đượcghi nhận trong đầu dò

Trương Thị Hong Loan và cộng sự [12] đã tính hệ số trùng phùng tong chonguôn chuẩn đạng hình học điểm bằng phương pháp Monte Carlo sử dụng chương

trình MCNP4C2 kết hợp với chương trình tự phát triển Nhóm tác giả đã sử dụng

nguồn "Cs dé kiểm tra tính chính xác của chương trình và hiệu chỉnh trùng phùngcho nguồn “Co tại đỉnh năng lượng 1173 keV va 1332 keV khi do với khoảng cách

gần với đầu đò Kết quả cho thấy có sự trùng khớp giữa phương pháp truyền thông

và phương pháp mô phỏng trong tính toán hệ số trùng phùng tông của “Co (sai số

nhỏ hơn 33⁄4).

Năm 2014, Ngô Quang Huy và Đỗ Quang Binh [8] đã áp dụng công thức bán

thực nghiệm dé xác định hiệu suất của các mẫu hình trụ được thiết lập ở vùng năng lượng từ 185 đến 1764 keV Các tôn that đo hiệu ứng trùng phùng cho phé gamma

trong chuỗi >**U và ?3*Th được đo bởi phương pháp đơn giản về khoảng cách xa dan

giữa mẫu và đầu dò Các công thức bán thực nghiệm dé xác định hiệu suất và hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng đã được sử dụng dé phân tích hoạt độ của **U,

26Ra, ?3?Th, 37Cs và #K trong một vài chế phẩm hoá học khác nhau

Năm 2018, Trần Thiện Thanh và cộng sự [14] đã trình bày một quy trình tính toán hệ số trùng phùng dé đo mẫu môi trường Thứ nhất, các yêu tô hiệu chỉnh hiệu

ứng trùng phùng cho thấy sự phù hợp với cả hai chương trình MCNP-CP và ETNA.Thứ hai, hoạt độ của bốn mẫu kiểm tra chat lượng được xác định với hệ số hiệu ứng

trùng phùng tính bằng chương trình MCNP - CP Cuối cùng, kết quả đo hoạt độ của

bồn mẫu bằng cả hai dau dò HPGc loại p được đánh giá theo tiêu chuan IAEA là phù

hợp với tất cả các hạt nhân phóng xạ Điều này cho thấy quy trình được trình bày là

một phương pháp đơn giản, hữu ích va có độ chính xác cao cho các phòng thí nghiệm

phân tích sử dụng phô gamma khi phân tích mẫu môi trường Hơn nữa việc hiệu chỉnh

hiệu ứng trùng phùng là một việc quan trọng cần phải xử lí chính xác.

1.1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Qua tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, tôi thay rằng khi hiệu

chuân hiệu suất đỉnh, việc hiệu chính hệ số trùng phùng theo bề dày và mật độ mẫu

là vẫn đề cần được quan tâm Do đó, tôi chọn tên dé tài là *Nghiên cứu sự phụ thuộccủa hệ số trùng phùng vào bẻ day và mật độ mẫu phân tích” với mục tiêu là đánh giá

được sự phụ thuộc của hiệu ứng trùng phùng vào bề dày mau và sự phụ thuộc của

hiệu ứng trùng phùng vào mật độ mẫu phân tích.

Nội dung của khoá luận bao gồm tính toán hiệu suất đình nang lượng toàn phan

của các đồng vị ?!'Pb, Th, “Ra, ?!4Pb và “Bi có trong mẫu RGU ứng với các bè

day khác nhau Sau đó xác định hệ số trùng phùng theo bé dày và mật độ mẫu phân

tích bằng chương trình MCNP — CP Cuối cùng, tính toán lại hiệu suất đỉnh tại từng

đính năng lượng sau khi hiệu chỉnh trùng phùng.

1.2 Cơ sở lí thuyết

1.2.1 Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần

Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phân là xác suất của một photon phát ra từ nguồn

mat toàn bộ năng lượng hoặc một phan năng lượng của nó trong thé tích hoạt động

của đầu dò Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định

bởi công thức sau [11]:

N(E)

sứ) AI,(E)mt a)

Trong đó

ø(E) : hiệu suất định của đầu dò ở mức năng lượng E.

N(E): số đêm tại đỉnh năng lượng toàn phan ứng với mức nang lượng E trên

pho gamma đã trừ phông (keV).

A: hoạt độ phóng xạ của nguồn tại thời điểm do (Bq/kg)

1 (E): xác suất phát bức xa gamma có năng lượng E của đồng vi phóng xa

(keV).

m: khối lượng mẫu (kg).

f: thời gian đo (3).

Sai số của hiệu suất đính năng lượng toàn phần được xác định bằng công thức

[3.11]:

(2) (24) sue) é1, ) (2) (=)

=|Ở] + + Ở | +)/Ở | +) Ở e(E) A N(E) I, t m

Do sai số của cân điện tử là 0,001g và mẫu được đo trong khoảng thời gian rat

đặ(E): sai sé hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan

SME): sai số diện tắch dinh năng lượng

OI, sai số hiệu suất phát gamma

dA: sai số hoạt độ

1.2.2 Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP

Hiện nay, chương trình MCNP được sử dung rộng rãi dé đánh giá hiệu suất của

đầu dò trong bức xạ hạt nhân, tuy nhiên chương trình MCNP chi xem xét một nguồn

đông vị trên lịch sử Chương trình MCNP Ở CP có thé thực hiện các mô phỏng thông

kê liên quan đến phân rã phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ nhất định, đưa ra

những đặc tắnh của các hạt nhân có tương quan phát ra.

Phan quan trọng dé tạo nên một chương trình MCNP-CP chắnh là tệp đầu vào

Trong tệp đầu vào của chương trình MCNP ~ CP chứa các thông số như cấu hình hệ

do, thời gian gieo hạt, số hạt can gieo, các thông số chắnh xác của nguồn và được chia

ra làm 3 phan: định nghĩa 6 mạng, định nghĩa mặt và định nghĩa vật liệu Tuy nhiên, chương trình MCNP - CP vẫn có một vài điểm khác biệt như mở rộng thẻ vật liệu

« Trong phan cài đặt thẻ nguồn CPS:

- Hình thức: CPS DCPGT IAS IGA IKX ILX IPO IBT ICE IAE IGG

ISS

Với:

DCPGT là thời gian tương tác của các hat trong các lần dao động

IAS là chuyên đôi chế độ mô phỏng tương tự

IGA là phat xạ tia gamma phan rã.

IGG là tương quan góc gamma — gamma.

ISS là phân rã bức xạ đồng phân

+ DCPGT > 0: các hạt được nhóm lại trong khoảng thời gian tương ứng theo

thời gian phát xạ của chúng Sau đó, mỗi nhóm hạt được theo dõi trong lịch sử

khác nhau, do đó giả sử không có mối tương quan giữa các nhóm Chế độ này

có thẻ được coi là chế độ nguồn thực tế

+ DCPGT = 0: tất cả các hạt được xem xét trong một nhóm bất kề thời gian

phát xạ của chúng, gọi là trường hợp tương quan bắt buộc.

+ DCPGT = -1: các hạt được lấy mẫu theo cách tương tự như được thực hiện

trong hai trường hợp trước, nhưng mỗi hạt được theo dõi trong một lịch sử

riêng biệt bat chấp thời gian phát xạ của nó, gọi là chế độ nguồn không tương quan bắt buộc.

+DCPGT <0 (khác -1): tat cả các hạt được lấy mẫu một cách ngầu nhiên bằng

cách sử dụng xác suất phan ra Theo đối các hạt được thực hiện trong lịch sử

riêng biệt, một lịch sứ trên một hạt Day là trường hợp của nguồn hoàn toàn

không tương thích.

- Đểmô phóng cho hiệu ứng trùng phùng, sử dụng cầu trúc thé: CPS 2j 1 0 6r

Mô phỏng loại bỏ hiệu ứng trùng phing, sử dụng cau trúc thẻ: CPS -1

Sau khi thiết lập bộ dữ kiện đầu vào, chạy chương trình và cho đữ kiện đầu ra.Trong dữ kiện đầu ra, xác định hiệu suất tại đỉnh năng lượng khi không có hiệu ứng

trùng phùng và có trùng phùng, từ đó tính toán được hệ số hiệu ứng trùng phùng.

1.3 Nhận xét chương 1

Trong chương này, khoá luận đã trình bày: một số nghiên cứu tiêu biểu ở trong

và ngoài nước có liên quan đến các van dé cần giải quyết của khoá luận Đông thời,

nêu rõ mục tiêu và nội dung của khoá luận Trình bày một SỐ Cơ SỞ lý thuyết được sử dụng trong khoá luận gồm: hiệu suất đính năng lượng toàn phan và giới thiệu tông

quát về phương pháp hiệu chính hiệu ứng trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP

CHƯƠNG 2 DOI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hệ phố kế gamma sử dụng đầu dò HPGe

Phô gamma của các mẫu chuân RGU được đo bởi hệ phổ kế gamma sử dụng đầu

đò HPGe đặt tại Viện Y tế Công cộng TP.HCM

Hình 2.1 Hệ phô kế gamma tại Viện Y tế Công cộng TP.HCM

Hệ phô kế gồm các phần chính như: đầu dò GEMS50P4-83 được làm lạnh bằng

nitơ lỏng với các thiết bị kèm theo gồm tiền khuếch đại, thiết bị Lynx DSA tích hợp

nguồn nuôi cao thé: khối khuếch đại; bộ biến đôi tương tự thành số và khối phân tích

đa kênh, nguồn phóng xạ, buồng chi che chắn quanh đầu đò và nguồn Hệ phd kếđược kết nỗi với máy tính thông qua công cáp và chương trình Meastro sẽ ghi nhận

và xử lí phô.

2.1.1 Đầu đò Germanium siêu tỉnh khiết

Dau dò GEMS0P4-83 có chiều cao là 168 mm gồm một tinh thé Germaniumcao 77 m, có đường kính 65,9 mm Bên trong tinh thể Gemanium là một hốc chânkhông có chiều cao 4,9 mm, đường kính là 11.5 mm; bên trong hốc tinh thé là mộtlớp Ge/B có bè dày 0,0003 mm Bên ngoài tinh thé là một lớp Ge/Li có bề day 0,7

mm Tinh thé được bao bọc bởi một lớp nhôm có bề dày 0,8 mm và chiều cao 105

Lop Lop

Ge/B Ge/Li

Hoc chan không

Hình 2.2 Mô hình đầu đò GEMS0P4-83 2.1.2 Budng chì

Đầu dò GEM50P4-§3 được đặt trong buông chì dé giảm sự ảnh hưởng của bức

xạ vil trụ và giam phông môi trường Tuy nhiên, tương tac gamma với chì cũng tạo

ra tia X, các tia X này có thé được đầu đò ghi nhận và làm cho phô gamma bị nhiễu

Đề hạn chế vấn đẻ trên nên người ta lót thêm bên trong buông chì lớp đồng và lớp

thiếc Budng chì che chắn trong hệ phô kế gamma tại Viện Y tế Công cộng có dang

hình trụ với chiều cao bên ngoài là 630 mm, chiều cao bên trong là 400 mm Bao bọc

lớp chì là lớp thép carbon có bẻ dày 13 mm, tiếp theo là lớp chì có bề dày 101 mm.

Kế tiếp lớp chì là lớp thiếc day 0,5 mm đến lớp đồng dày 1,6 mm, xét từ ngoài vào

trong.

2.1.3 Mẫu chuẩn

Đề nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bẻ dày và mật độ mẫu khoá luận đã sử dụng mẫu chuẩn RGU có hoạt độ 4940 + 30 Bq/kg được cung cấp bởi LAEA [15] Mẫu chuân được đựng trong hộp hình trụ được làm từ nhựa Polymetyl

Mehacylate có đường kính trong và bề dày thành lần lượt là 7.3 em và Imm Mẫu

chuẩn được nhốt trong 30 ngày dé đạt đến trang thái cân bằng Do mẫu chuan đã đạt

trạng thái cân bằng nên có thé sử dụng hoạt độ được cung cấp dé tính hiệu suất đỉnh

năng lượng toàn phan cho các đồng vị phát gamma trong chuỗi **U như ?'°Pb, 3**Th,

26Ra 2!4Dby và 24Bị,

Băng 2.1 Thông tin về bề dày, khối lượng, mật độ khối của các mẫu RGU

STT | Tên mẫu Bề dày (em) Khối lượng (g) | Mật độ khối (g/em*)

+ +

2.1.4 Hệ phố kế gamma sử dung đầu dd HPGe trong mô phóng

Trước khi tiến hành mô phỏng bằng chương trình MCNP - CP cần phải tao ra

tệp đầu vào có chứa tất cả các thông tin cần thiết như: mô tả đầu đò, mẫu, vật liệu,các kết qua gi nhận, các quá trình vật lý Trong tệp đầu vào của chương trình

MCNP - CP, hệ phổ kế gamma HPGe được chia thành các 6 mạng đồng nhất được

giới hạn bởi các mat O khoá luận này, hệ phô kế được chia thành 24 ô: Từ ô thứ nhấtđến 6 thứ 6 được dùng dé mô tả đầu dò, từ ô thứ 7 đến 6 thứ 18 được dùng để mô tảbuồng chi, từ ô thứ 19 đến 6 thứ 24 miêu tả mẫu được đo Riêng ô thứ 98 mô tả lớpchân không bên trong buồng chì tiếp xúc với đầu dò va 6 thứ 99 mô tả khoảng chân

không bên ngoài buông chi Tương ứng với 24 ô mạng ở trên cần 64 mặt khác nhau

dé liên kết tạo thành 24 6 mạng với độ quan trọng của 24 6 đầu bằng 1 và 6 thứ 99bằng 0, nghĩa là trong quá trình mô phỏng nếu có hat nào ra ngoài buông chì thì không

theo dõi hạt này nữa.

Hình 2.3 Mô phỏng hệ phô kế gamma HPGe bang chương trình MCNP - CP

Khoá luận đã cung cấp đủ thông tin của hệ đầu dò - buông chì - mẫu chuẩn ởmục 2.1 để nhập liệu cho phần định nghĩa ô mạng Tuy nhiên, trong phần mô tả vậtliệu của thẻ vật liệu trong chương trình MCNP - CP cần cung cấp thêm số liệu về

nguyên tử số và khối lượng của các nguyên tố, đo đó cần xác định được các nguyên

tô có trong mau, nồng độ của các nguyên tổ đó

Bang 2.2 Thành phần nguyên tô có trong mẫu RGU [9]

2.2 Dánh giá hệ số trùng phùng

Điểm khác biệt của chương trình MCNP — CP là đã bô sung thé CPS dé môphỏng các nguồn phát hạt có tính tương quan Nếu mô phỏng hiệu ứng trùng phùng

khoá luận sử đụng dòng lệnh thứ hai với cấu trúc thẻ CPS 2j 1 0 6r, trong đó 2j là cài

đặt mặc định cho DCPGT và IAS, IGA=l là chi cho phép phát gamma, IKX=0 là

không cho phát tia ở lớp K, 6r là các giá trị tiếp theo lặp lại giá trị 0 Lúc này mô

phỏng chi quan tâm tới việc phát bức xạ gamma, không quan tâm tới tương quan góc

của các bức xạ gamma Muốn mô phỏng loại bỏ hiệu ứng trùng phùng khoá luận sử

dụng dòng lệnh thứ ba có cấu trúc thẻ CPS -1 Lúc này tập tin mô phỏng một nguồn

không tương quan, đánh giá độc lập tất cả các hạt phát bức xạ gamma, ghi nhận lịch

sử riêng biệt của mỗi hạt và không xét đến mối tương quan góc của các bức xạ gamma

Bang 2.3 Cau trúc thẻ mô ta nguồn (Source card) trong tệp đầu vào

STT dong SOURCE CARDS

1 SDEF POS=0 0 0.1 PAR=2 ZAM=D1 CELL=23 AXS=0 0 1