NGHIÊN CỨU TIẾT DIỆN TÁN XẠ COMPTON CỦA GAMMA LÊN MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU

NGHIÊN CỨU TIẾT DIỆN TÁN XẠ COMPTON CỦA GAMMA LÊN MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU Tiết diện tán xạ Compton cho các nguyên tố có Z≤100 ở mức năng lượng 100 eV đến 100MeV. Tiết diện tán xạ Compton cho các nguyên tố có Z ≤ 100, hệ số suy giảm khối cho các hợp chất ở các mức năng lượng 1 keV đến100GeV

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THẢO NGÂN CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO MÃ SỐ: 60 44 05 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. CHÂU VĂN TẠO NGHIÊN CỨU TIẾT DIỆN TÁN XẠ COMPTON CỦA GAMMA LÊN MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU 1 Tổng quan Cơ sở lý thuyết Kết quả Kết luận và kiến nghị Nội dung 2 1 2 3 4 Nước ngoài Hubbell (1975) Tiết diện tán xạ Compton cho các nguyên tố có Z≤100 ở mức năng lượng 100 eV đến 100MeV. XCOM (2010) Tiết diện tán xạ Compton cho các nguyên tố có Z ≤ 100, hệ số suy giảm khối cho các hợp chất ở các mức năng lượng 1 keV đến100GeV 3 Tổng quan Trong nước Trần Đại Nghiệp (2005) Tiết diện tán xạ vi phân phạm vi góc 1100 đến 1300 cho electron liên kết trên một số kim loại ở mức năng lượng 662 keV bằng thực nghiệm Đinh Thị Minh Hương (2013) Tiết diện tán xạ vi phân ở góc 1200 trên bia nhôm ở các mức năng lượng 63,5 keV đến 2 MeV bằng chương trình MCNP5 4 Tổng quan 5  Công thức Klein - Nishina Công thức Klein-Nishina tính tiết diện tán xạ vi phân đối với một electron là hằng số cấu trúc trong hệ đơn vị tự nhiên Cơ sở lý thuyết ω1, ω2 là tần số gamma tới và gamma tán xạ θ là góc tán xạ (1) 2 2 2 C 2 2 1 2 1 1 2 dσ α ω ω ω = + - sinθ dΩ 2m ω ω ω      ÷  ÷     2 e α = 4π 6  Tiết diện tán xạ Compton cho một nguyên tử Tỉ số Góc khối Thay vào (1), ta có Cơ sở lý thuyết (2) γ 1 1 ' 2 2γ E ω hω 1 = = ω hω E 1 + β(1 - cosθ) = γ 2 E β = mc dΩ = sinθdθdφ 2 2 2 C 2 α 1 1 dσ = +β(1 cosθ)+cos θ sinθdθdφ 2m 1+β(1 cosθ) 1+β(1 cosθ)     −     − −     7  Tiết diện tán xạ Compton cho một nguyên tử Lấy tích phân (2) được tiết diện tán xạ toàn phần cho electron Tiết diện tán xạ Compton cho một nguyên tử (đơn vị cm2) Hệ số suy giảm khối Compton (đơn vị cm2/g) Cơ sở lý thuyết (3) (4) (5) ( ) ( ) 2 3 2 2 C 2 2 3 2 α π 2β +18β +16β+4 β 2β 2 σ = + ln 1+2β mβ β 1+2β   − − ⇒       ( ) ( ) 22 3 2 2 Com 2 2 3 2 4 2 α π 2β +18β +16β+Z 4β 2β 2 σ = + ln 1+2β (m )β ( c) β 1+2β 0 c 1   − −       h ( ) ( ) 2 2 4 3 2 2 m Com 2 2 2 3 2 A Zα π( c) 10 2β +18β +16β+4 β 2β 2 (μ ) = + ln 1+2β (mc )β β 1+ N M 2β   − −       h 8  Tiết diện tán xạ Compton cho hợp chất Hệ số suy giảm khối Compton cho hợp chất Tiết diện tán xạ Compton cho hợp chất Với Zi, wi và Mi là số bậc nguyên tử, hàm lượng và khối lượng nguyên tử trung bình của nguyên tố thứ i có trong vật liệu Cơ sở lý thuyết (7) (8) (6) ( ) ( ) 2 2 4 3 2 2 A i i m Com 2 2 2 3 2 i i Nα π( c) 10 2β +18β +16β+4 β - 2β - 2 Z w (μ ) = + ln 1+2β (mc )β M β 1+2β         ∑ h m Com Com i A i i (μ ) σ = w N M ∑ 9 Hình 1: Sơ đồ khối tính bằng chương trình Mathematica (7) (8) 10  Xây dựng mô hình thí nghiệm và mô phỏng bằng MCNP Kĩ thuật gamma truyền qua tìm hệ số suy giảm tuyến tính Io và I cường độ của chùm tia gamma trước và sau khi đi qua lớp vật liệu có bề dày x No(Eγ) và N(Eγ) là diện tích đỉnh phổ của phép đo không bia và phép đo có gắn bia ở năng lượng Eγ. Cơ sở lý thuyết (9) (10) (11) 0 I ln I x µ = 0 N (E ) ln N(E ) x γ γ µ = 2 2 2 2 0 2 2 2 2 0 0 2 u [N (E )] u [N(E )] u ( ) u (x) 1 x N (E ) N (E ) N (E ) ln N(E ) γ γ γ γ γ γ   µ = + +  ÷  ÷ µ      ÷  ÷   [...]... 4,02 1,39 Hình 4 So sánh tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức lý thuyết so với NIST, MCNP5 và thực nghiệm của thép C45 16 Kết quả Bảng 4 Tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức số (8), theo NIST, mô phỏng bằng MCNP5 và thực nghiệm của thép CT3 Tiết diện tán xạ Compton của thép CT3 (barn) MCNP5 Thực nghiệm E (MeV) σTT σNIST [16] σMCNP 5 Sai số (%) σTN Sai số (%) 0,6617 1,1732 1,3325... Tính tiết diện tán xạ Compton của gamma cho các vật liệu sắt, thép C45 và thép CT3 ở các mức năng lượng từ 0,25 MeV đến 2,6 MeV • So sánh và giải thích độ sai biệt kết quả tính toán từ công thức (8) với  Số liệu từ NIST (dưới 0,32%)  Kết quả từ chương trình MCNP5 (dưới 2,56%)  Kết quả đo từ thực nghiệm (dưới 6,41%) 22 Kết luận và kiến nghị Kiến nghị • Tiết diện tán xạ Compton  Những vật liệu có... Tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức (8), theo NIST, mô phỏng bằng MCNP5 và thực nghiệm của sắt E Tiết diện tán xạ Compton của sắt (barn) MCNP5 Thực nghiệm σNIST σMCN Sai số (%) σTN Sai số (%) [16] P5 (MeV) 0,6617 6,66 6,64 6,80 0,43 6,66 1,05 1,1732 5,07 5,08 5,17 0,51 5,07 1,34 1,3325 4,75 4,75 4,82 0,56 4,74 1,41 1,7645 13 σTT 4,08 4,09 4,19 0,68 4,07 1,39 Hình 3 So sánh tiết diện tán. .. 1,39 Hình 3 So sánh tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức lý thuyết so với NIST, MCNP5 và thực nghiệm của sắt 14 Kết quả Bảng 3 Tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức (8), theo NIST, mô phỏng bằng MCNP5 và thực nghiệm của thép C45 Tiết diện tán xạ Compton của thép C45 (barn) MCNP5 E (MeV) σTT σNIST [16] σMCNP5 Sai số (%) Thực nghiệm σTN Sai số (%) 0,6617 6,52 6,67 0,43 6,29 1,05... keV gamma rays in some metals”, Tuyển tập báo cáo hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Đà Lạt, 51-55 [5].Trần Đại Nghiệp, Nguyễn Thành Công (2011), “Mối tương quan giữa tiết diện tán xạ vi phân của photon gamma và góc tán xạ trong tán xạ gamma một lần và nhiều lần”, Báo cáo hội nghị chuyên ngành Vật lý hạt nhân, Vật lý năng lượng cao và Vật lý vũ trụ, Hà Nội, 243-247 25 Tài liệu. .. by gamma spectrometer with anti cosmic shielding”, Journal of Environmental Radioactivity 101, 780-783  Trang web [16] http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html 27 XIN CẢM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN 1.Tương tác gamma với vật chất  Tiết diện tổng cộng σ total =σ photo +σ Compton +σ pair Hệ số suy giảm tuyến tính μ = nσtotal Hệ số suy giảm khối 2 .Tiết diện tán xạ Compton Tiết. .. 0,56 6,52 5,35 4,74 1,06 1,33 1,40 1,7645 17 6,61 5,03 4,71 4,05 4,05 4,15 0,69 3,98 1,42 Hình 5 So sánh tiết diện tán xạ Compton tính toán theo công thức lý thuyết so với NIST, MCNP5 và thực nghiệm của thép CT3 18 So sánh kết quả tính toán với số liệu từ NIST Bảng 5 Độ sai biệt về tiết diện tán xạ Compton tính toán theo lý thuyết so với NIST (%) ∆σTT/NIST (%) E (MeV) Sắt 0,6617 1,1732 1,3325 1,7645... tính từ chương trình MCNP5 Bảng 6 Độ sai biệt về tiết diện tán xạ Compton tính toán theo lý thuyết so với chương trình MCNP5 (%) ∆σTT/MCNP (%) E (MeV) Sắt 0,6617 1,1732 1,3325 1,7645 20 Thép C45 Thép CT3 2,04 1,91 1,47 2,56 2,04 1,87 1,41 2,52 2,06 1,84 1,42 2,50 So sánh kết quả tính toán với kết quả đo từ thực nghiệm Bảng 7 Độ sai biệt về tiết diện tán xạ Compton tính toán theo lý thuyết so với thực nghiệm... trình của tác giả 1 Nguyễn Thảo Ngân, Lê Quang Vương, Nguyễn Thị Bình, Hoàng Đức Tâm, Trần Thiện Thanh, Châu Văn Tạo, “Tính toán tiết diện tán xạ Compton của nhôm, sắt, đồng, thép C45 và thép CT3 trong vùng năng lượng 250keV – 2600 keV ”, Hội nghị khoa học lần 9, 21/11/2014, trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh 24 Tài liệu tham khảo  Tài liệu tiếng Việt [1] Đinh Thị Minh Hương (2013), Khảo sát tiết. .. tiếng Việt [1] Đinh Thị Minh Hương (2013), Khảo sát tiết diện tán xạ Compton của gamma có năng lượng 63,5 keV – 2 MeV bằng phương pháp mô phỏng MCNP, luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ [2] Mai Văn Nhơn (2001), Giáo trình hạt nhân đại cương, Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [3] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản Khoa Học Và Kỹ Thuật [4] Trần . <0, 05 0,0 25 Mn 0 ,50 ~0,80 0, 65 0,4~0, 65 0 ,52 5 Ni <0, 25 0,1 25 < 0,4 0,2 Cr <0, 25 0,1 25 < 0,4 0,2 Mo < 0,02 0,01 < 0,4 0,2 V < 0,00 05 0,000 25 0 0 Cu < 0, 25 0,1 25 0 0 W. σNIST [16] MCNP5 Thực nghiệm σMCN P5 Sai số (%) σTN Sai số (%) 0,6617 6,66 6,64 6,80 0,43 6,66 1, 05 1,1732 5, 07 5, 08 5, 17 0 ,51 5, 07 1,34 1,33 25 4, 75 4, 75 4,82 0 ,56 4,74 1,41 1,76 45 4,08 4,09 4,19. (%) 0,6617 6,61 6 ,59 6,74 0,44 6 ,52 1,06 1,1732 5, 03 5, 03 5, 12 0 ,51 5, 35 1,33 1,33 25 4,71 4,71 4,78 0 ,56 4,74 1,40 1,76 45 4, 05 4, 05 4, 15 0,69 3,98 1,42 18 Hình 5. So sánh tiết diện tán xạ Compton tính