Mô phỏng đường đẳng liều của các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH HUÂN MÔ PHỎNG ĐƯỜNG ĐẲNG LIỀU CỦA CÁC NGUỒN BỨC XẠ GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC KHÁC NHAU Chuyên ngành : VẬT LÍ HẬT NHÂN Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. TS. CHÂU VĂN TẠO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2009 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng và nổ lực hết mình của bản thân, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô trong Bộ môn Vật lí hạt nhân và quý thầy cô đã giảng dạy các học phần trong chương trình đã tận tình truyền đạt kiến thức giúp em có một nền tảng kiến thức vững vàng để hoàn thành luận văn và vận dụng vào công việc sau này. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Châu Văn Tạo. Nhờ vào trí tuệ, tâm huyết và sự nhiệt tình của Thầy đã giúp em vượt qua rất nhiều khó khăn để có thể hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Trần Văn Hùng và Thầy TS. Võ Hồng Hải đã đọc và nhận xét luận văn. Ngoài ra em xin cảm ơn các anh chị các khóa trước và bạn bè trong lớp đã động viên, giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hơn hết là lòng biết ơn đối với cha mẹ và toàn thể thành viên trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập. 1 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Mục lục 1 Danh mục các bảng 5 Danh mục các hình vẽ 5 Mở đầu 11 Chương 1 – Các khái niệm về an toàn bức xạ 13 1.1. Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ 13 1.1.1. Liều hấp thụ 13 1.1.2. Liều chiếu 14 1.1.3. Liều hiệu dụng 14 1.2. Liều giới hạn được phép 17 Chương 2 – Sự che chắn bức xạ gamma 19 2.1. Cơ sở lí thuyết của sự che chắn bức xạ gamma 19 2.2. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm 21 2.2.1. Trường hợp không che chắn 21 2.2.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 21 2.3. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây thẳng 22 2.3.1. Trường hợp không che chắn 22 2.3.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 25 2.4. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây tròn 26 2.4.1. Trường hợp không che chắn 26 2.4.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 27 2.5. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học đĩa 29 2.5.1. Trường hợp không che chắn 29 2.5.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 30 2.6. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học cầu rỗng 31 2 2.6.1. Trường hợp không che chắn 31 2.6.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 32 2.7. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học cầu đặc 34 2.7.1. Trường hợp không che chắn 34 2.7.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 35 2.8. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ rỗng 36 2.8.1. Trường hợp không che chắn 36 2.8.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 37 2.9. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ đặc 39 2.9.1. Trường hợp không che chắn 39 2.9.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 40 Chương 3 – Chương trình mô phỏng đường đẳng liều đối với các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau 42 3.1. Yêu cầu của chương trình 42 3.2. Giao diện chính (form main) 44 3.3. Nguồn dạng điểm 44 3.3.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 1) 44 3.3.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 2) 45 3.3.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 3) 47 3.3.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 4) 48 3.3.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 5) 49 3.4. Nguồn dạng dây thẳng 50 3.4.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 6) 50 3.4.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 7) 50 3.4.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 8) 52 3.4.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 9) 53 3.4.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 10) 53 3 3.5. Nguồn dạng dây tròn 55 3.5.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 11) 55 3.5.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 12) 55 3.5.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 13) 57 3.5.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 14) 58 3.5.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 15) 58 3.6. Nguồn dạng đĩa 60 3.6.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 16) 60 3.6.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 17) 60 3.6.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 18) 62 3.6.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 19) 63 3.6.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 20) 63 3.7. Nguồn dạng cầu rỗng 65 3.7.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 21) 65 3.7.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 22) 65 3.7.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 23) 67 3.7.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 24) 68 3.7.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 25) 68 3.8. Nguồn dạng cầu đặc 70 3.8.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 26) 70 3.8.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 27) 70 3.8.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 28) 72 3.8.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 29) 73 3.8.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 30) 73 3.9. Nguồn dạng trụ rỗng 75 4 3.9.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 31) 75 3.9.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 32) 75 3.9.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 33) 77 3.9.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 34) 78 3.9.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 35) 78 3.10. Nguồn dạng trụ đặc 80 3.10.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 36) 80 3.10.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian không sử dụng che chắn (form 37) 80 3.10.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 38) 82 3.10.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 39) 83 3.10.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 40) 83 Kết luận 85 Kiến nghị và hướng phát triển 87 Tài liệu tham khảo 88 Phụ lục 1 : Các hằng số của các nguồn phóng xạ 89 Phụ lục 2 : Các hằng số A 1 , α 1 , α 2 , δ D , μ của một số vật liệu che chắn 90 Phụ lục 3 : Các giải thuật sử dụng trong chương trình 91 Phụ lục 4 : Kết quả tính suất liều của các dạng nguồn 93 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Tên Trang 1 Bảng 1.1 : Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP – 1990) 15 2 Bảng 1.2 : Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể W T (1990) 16 3 Bảng 1.3 : Giới hạn liều qua các thời kì của ICRP 18 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Tên Trang 1 Hình 2.1 : Sự hấp thụ chùm gamma trong điều kiện chùm tia rộng 19 2 Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn 21 3 Hình 2.3 : Dạng nguồn điểm được che chắn bởi tấm có bề dầy d 22 4 Hình 2.4 : Dạng nguồn dây thẳng không che chắn 23 5 Hình 2.5 : Nguồn dạng dây thẳng, điểm khảo sát nằm trên giá của nguồn 24 6 Hình 2.6 : Dạng nguồn dây thẳng được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 25 7 Hình 2.7 : Dạng nguồn dây tròn không che chắn 26 8 Hình 2.8 : Dạng nguồn dây tròn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 27 9 Hình 2.9 : Dạng nguồn đĩa không che chắn 29 6 10 Hình 2.10 : Dạng nguồn đĩa được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 30 11 Hình 2.11 : Dạng nguồn cầu rỗng không che chắn 31 12 Hình 2.12 : Dạng nguồn cầu rỗng được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 32 13 Hình 2.13 : Nguồn cầu đặc không che chắn 34 14 Hình 2.14 : Dạng nguồn cầu đặc được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 35 15 Hình 2.15 : Dạng nguồn trụ rỗng không che chắn 37 16 Hình 2.16 : Dạng nguồn trụ rỗng được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 38 17 Hình 2.17 : Dạng nguồn trụ đặc không che chắn 40 18 Hình 2.18 : Dạng nguồn trụ đặc được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 40 19 Hình 3.1 : Giao diện của form main 44 20 Hình 3.2 : Giao diện form 1 45 21 Hình 3.3 : Giao diện form 2 46 22 Hình 3.4 : Đường đẳng liều của nguồn điểm không sử dụng che chắn 46 23 Hình 3.5 : Mặt đẳng liều của nguồn điểm không sử dụng che chắn 47 24 Hình 3.6 : Giao diện form 3 47 7 25 Hình 3.7 : Giao diện form 4 48 26 Hình 3.8 : Giao diện form 5 49 27 Hình 3.9 : Đường đẳng liều của nguồn điểm có sử dụng che chắn 49 28 Hình 3.10 : Giao diện form 6 50 29 Hình 3.11 : Giao diện form 7 51 30 Hình 3.12 : Đường đẳng liều của nguồn dây thẳng không sử dụng che chắn 51 31 Hình 3.13 : Mặt đẳng liều của nguồn dây thẳng không sử dụng che chắn 52 32 Hình 3.14 : Giao diện form 8 52 33 Hình 3.15 : Giao diện form 9 53 34 Hình 3.16 : Giao diện form 10 54 35 Hình 3.17 : Đường đẳng liều của nguồn dây thẳng có sử dụng che chắn 54 36 Hình 3.18 : Giao diện form 11 55 37 Hình 3.19 : Giao diện form 12 56 38 Hình 3.20 : Đường đẳng liều của nguồn dây tròn không sử dụng che chắn 56 39 Hình 3.21 : Mặt đẳng liều của nguồn dây tròn không sử dụng che chắn 57 40 Hình 3.22 : Giao diện form 13 57 8 41 Hình 3.23 : Giao diện form 14 58 42 Hình 3.24 : Giao diện form 15 59 43 Hình 3.25 : Đường đẳng liều của nguồn dây tròn có sử dụng che chắn 59 44 Hình 3.26 : Giao diện form 16 60 45 Hình 3.27 : Giao diện form 17 61 46 Hình 3.28 : Đường đẳng liều của nguồn đĩa không sử dụng che chắn 61 47 Hình 3.29 : Mặt đẳng liều của nguồn đĩa không sử dụng che chắn 62 48 Hình 3.30 : Giao diện form 18 62 49 Hình 3.31 : Giao diện form 19 63 50 Hình 3.32 : Giao diện form 20 64 51 Hình 3.33 : Đường đẳng liều của nguồn đĩa có sử dụng che chắn 64 52 Hình 3.34 : Giao diện form 21 65 53 Hình 3.35 : Giao diện form 22 66 54 Hình 3.36 : Đường đẳng liều của nguồn cầu rỗng không sử dụng che chắn 66 55 Hình 3.37 : Mặt đẳng liều của nguồn cầu rỗng không sử dụng che chắn 67 56 Hình 3.38 : Giao diện form 23 67 [...]... [4] để mô phỏng chương trình Luận văn được trình bày trong các chương chính : Chương 1 : Các khái niệm về an toàn bức xạ Chương 2 : Sự che chắn bức xạ gamma Chương 3 : Chương trình mô phỏng đường đẳng liều của các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau 13 CHƯƠNG 1 : CÁC KHÁI NIỆM VỀ AN TOÀN BỨC XẠ 1.1 Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ 1.1.1 Liều hấp thụ 1.1.1.1 Liều hấp thụ Liều hấp... quãng đường của hạt bức xạ Các loại bức xạ ion hóa khác nhau gây ra những tác động sinh học khác nhau Năm 1990, IAEA đã sử dụng khái niệm “ Hệ số trọng số phóng xạ (Radiation Weighting Factor) Wr Giá trị của Wr của một số bức xạ ion hóa được cho trong bảng 1.1 15 Bảng 1.1 : Hệ số trọng số phóng xạ đối với một số loại bức xạ (ICRP –1990) [6] Loại và khoảng năng lượng của bức xạ Trọng số phóng xạ Wr... vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ Một đại lượng được dùng là liều tương đương : tương đương có nghĩa là giống nhau về tác dụng sinh học Để so sánh tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau, một bức xạ được chọn làm chuẩn là tia X năng lượng 200 KeV Liều tương đương là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ r nhân với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng Wr của bức. ..9 57 Hình 3.39 : Giao diện form 24 68 58 Hình 3.40 : Giao diện form 25 69 59 Hình 3.41 : Đường đẳng liều của nguồn cầu rỗng có sử dụng che chắn 69 60 Hình 3.42 : Giao diện form 26 70 61 Hình 3.43 : Giao diện form 27 71 62 63 Hình 3.44 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng che chắn Hình 3.45 : Mặt đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng che chắn 71 72 64 Hình 3.46 : Giao diện... diện form 28 72 65 Hình 3.47 : Giao diện form 29 73 66 Hình 3.48 : Giao diện form 30 74 67 Hình 3.49 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc có sử dụng che chắn 74 68 Hình 3.50 : Giao diện form 31 75 69 Hình 3.51 : Giao diện form 32 76 70 71 Hình 3.52 : Đường đẳng liều của nguồn trụ rỗng không sử dụng che chắn Hình 3.53 : Mặt đẳng liều của nguồn trụ rỗng không sử dụng che chắn 76 77 10 72 Hình 3.54 : Giao... 73 Hình 3.55 : Giao diện form 34 78 74 Hình 3.56 : Giao diện form 35 79 75 Hình 3.57 : Đường đẳng liều nguồn trụ rỗng có sử dụng che chắn 79 76 Hình 3.58 : Giao diện form 36 80 77 Hình 3.59 : Giao diện form 37 81 78 79 Hình 3.60 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng che chắn Hình 3.61 : Mặt đẳng liều của nguồn trụ đặc không sử dụng che chắn 81 82 80 Hình 3.62 : Giao diện form 38 82 81 Hình. .. A1, A2 = (1 – A1) là các hệ số phụ thuộc vào hν và Z, không phụ thuộc vào μx Các hệ số này đối với B∞ được cho trong phụ lục 2 21 2.2 Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm 2.2.1 Trường hợp không che chắn Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn Suất liều chiếu tại P của nguồn bức xạ điểm có độ phóng xạ C, có hằng số gamma Kγ tạo ra ở điểm cách nó một khoảng R khi không có lớp che chắn là [6]... lương bức xạ gamma, bậc số nguyên tử, bề dầy vật liệu, vị trí của nguồn và máy dò so với lớp bảo vệ, dạng hình học và tổ hợp các lớp bảo vệ 20 Z là bậc số nguyên tử của môi trường, hν là năng lượng của bức xạ tới, x là bề dầy của lớp vật liệu Nếu dùng máy đo để xác định cường độ bức xạ trong điều kiện chùm rộng và hẹp với các tham số ( hν, Z, μx ) là như nhau Chỉ số của máy dò trong điều kiện của chùm... 83 82 Hình 3.64 : Giao diện form 40 84 83 Hình 3.65 : Đường đẳng liều nguồn trụ đặc có sử dụng che chắn 84 11 MỞ ĐẦU Kể từ khi vật lí hạt nhân ra đời, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hạt nhân phục vụ lợi ích con người đã đạt được những thành công đáng kể Hiện nay, các nguồn bức xạ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ở nước ta việc sử dụng các nguồn bức xạ đặc biệt là nguồn bức xạ gamma. .. Những luận văn tốt nghiệp của sinh viên và những công trình khoa học của Thầy Châu Văn Tạo đã ứng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để mô phỏng Tuy nhiên những công trình đó chưa nghiên cứu được hết tất cả các dạng nguồn gamma có dạng hình học xác định vì thế những chương trình này còn hạn chế khi ta cần nghiên cứu nhiều dạng nguồn khác nhau Trên thế giới đã có một số chương trình mô phỏng : Mercurad – 3D . phỏng đường đẳng liều của các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau. 13 CHƯƠNG 1 : CÁC KHÁI NIỆM VỀ AN TOÀN BỨC XẠ 1.1. Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH HUÂN MÔ PHỎNG ĐƯỜNG ĐẲNG LIỀU CỦA CÁC NGUỒN BỨC XẠ GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC KHÁC NHAU. được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 40 Chương 3 – Chương trình mô phỏng đường đẳng liều đối với các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau 42 3.1. Yêu cầu của chương trình 42 3.2.