báo cáo đánh giá hiệu suất đỉnh toàn phần của đầu dò nai tl bằng chương trình penelope

L/O/G/O www.trungtamtinhoc.edu.vn ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT ĐỈNH NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN CỦA ĐẦU DÒ NaI(Tl) BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE 1 SVTH : TRẦN TRUNG TÍN CBHD: TS. TRẦN THIỆN THANH CBPB : ThS. NGUYỄN QUỐC HÙNG TP. HỒ CHÍ MINH - 2014 BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP www.trungtamtinhoc.edu.vn NỘI DUNG: Tình hình nghiên cứu Bố trí thí nghiệm Kết quả thực nghiệm và mô phỏng Kết luận và kiến nghị 2 www.trungtamtinhoc.edu.vn Tình hình nghiên cứu Hu-Xia Shi và các cộng sự [8]: khảo sát detector NaI(Tl) bằng thực nghiệm và một số chương trình mô phỏng. Ashrafi và các cộng sự [9]: đã mô phỏng hàm đáp ứng của detector NaI(Tl) đối với tia gamma phát ra từ nguồn điểm và nguồn có thể tích. Trần Thiện Thanh và các cộng sự [6]: đã sử dụng chương DETEFF để xác định hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của nguồn 152 Eu với detector HPGe. 3 Từ một số công trình: www.trungtamtinhoc.edu.vn . 4 Trong khóa luận này sẽ đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của detector NaI(Tl) bằng thực nghiệm và so sánh với chương trình PENELOPE Tình hình nghiên cứu www.trungtamtinhoc.edu.vn Bố trí thí nghiệm 5 Giá đỡ detector Detector NaI(Tl) Hệ điện tử (Osprey) Máy tính Chương trình ghi nhận và xử lý phổ (Genie-2K) Thực nghiệm Hình 1. Hệ đo Hình 2. Bộ nguồn dùng trong thực nghiệm Nguồn E (keV) Hoạt độ (µCi) Sai số Chu kì bán rã (s) 60 Co 1173 1,011 3% 166,34.10 6 1332 54 Mn 835 1,03 3% 26,97.10 6 22 Na 1275 1,009 3% 82,14.10 6 511 133 Ba 81 1,08 3% 332,61.10 6 356 57 Co 122 1,015 3% 23,48.10 6 137 Cs 662 1,034 3% 948,3.10 6 109 Cd 88 0,9809 3% 39,86.10 6 65 Zn 1115 1,015 3% 211,08.10 6 Bảng 1. Thông số của bộ nguồn www.trungtamtinhoc.edu.vn 6 Bố trí thí nghiệm Mô phỏng Hình 3. Cấu hình mô phỏng Nguồn Giá đỡ detector Không khí Detector NaI(Tl) www.trungtamtinhoc.edu.vn Khi photon tương tác với vật chất có 3 hiệu ứng chính là hiệu ứng quang điện, tán xạ compton và hiệu ứng tạo cặp. 7 Bố trí thí nghiệm Trong khóa luận này, 3 quá trình vật lý trên cũng được thể hiện đầy đủ bằng chương trình mô phỏng PENELOPE. www.trungtamtinhoc.edu.vn 8 Kết quả thực nghiệm và mô phỏng Kết quả thực nghiệm Hình 4. Phổ thực nghiệm của 137 Cs, 60 Co ở vị trí 10cm Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm Sai số(%) 60 Co 1173 458426 0,29 710087 0,33 1332 422155 0,25 600703 0,29 54 Mn 835 211637 0,25 572502 0,21 22 Na 1275 185527 0,35 598103 0,28 511 756549 0,15 2243853 0,12 133 Ba 81 272951 0,26 928730 0,14 356 422536 0,34 1351731 0,19 57 Co 122 507962 0,21 1195667 0,12 137 Cs 662 347679 0,19 1013173 0,19 109 Cd 88 20171 1,08 66981 0,48 65 Zn 1115 71676 0,49 215148 0,31 Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm Sai số (%) 60 Co 1173 0,00192 3,2 0,00575 3,2 1332 0,00172 3,2 0,00513 3,2 54 Mn 835 0,00255 4,8 0,00762 4,8 22 Na 1275 0,00179 3,5 0,00533 3,5 511 0,00380 3,5 0,01158 3,5 133 Ba 81 0,00593 3,3 0,02026 3,3 356 0,00493 3,1 0,01544 3,1 57 Co 122 0,00662 5,1 0,02246 6,6 137 Cs 662 0,00311 3,1 0,00938 3,1 109 Cd 88 0,00601 4,2 0,02234 4,8 65 Zn 1115 0,00201 5,4 0,00601 5,4 Bảng 2. Diện tích đỉnh của 8 nguồn ở vị trí 20cm và 10cm Bảng 3. Hiệu suất ghi của detector trong thực nghiệm ở vị trí 20cm và 10cm TN S = y.A.t ε www.trungtamtinhoc.edu.vn Do ảnh hưởng của ba hiệu ứng là: sự giãn nở thống kê số lượng các hạt mang điện, hiệu ứng tập hợp điện tích và sự đóng góp của nhiễu tín hiệu từ hệ điện tử làm cho các đỉnh năng lượng toàn phần của phổ gamma thực nghiệm có dạng Gauss. [5] Tuy nhiên trong mô phỏng không có 3 hiệu ứng nói trên nên phổ mô phỏng sẽ không có dạng Gauss, vì thế cần mở rộng phổ mô phỏng thành dạng Gauss cho giống thực nghiệm. 9 Kết quả thực nghiệm và mô phỏng Kết quả mô phỏng 2 FWHM = a + b E+c.E được khớp từ Maple từ các giá trị thực nghiệm 2 FWHM = -0,002 + 0,0656 E -0,064.E Tác động hàm bằng code C ++ Hình 5. Phổ mô phỏng trước và sau khi mở rộng www.trungtamtinhoc.edu.vn 10 Kết quả thực nghiệm và mô phỏng Kết quả mô phỏng Hình 6. Phổ mô phỏng của 137 Cs, 60 Co ở vị trí 10cm Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm Sai số (%) 60 Co 1173 479218 0,14 717883 0,12 1332 429972 0,15 639790 0,13 54 Mn 835 246328 0,20 731924 0,12 22 Na 1275 207897 0,22 617151 0,13 511 785932 0,11 2384650 0,06 133 Ba 81 280490 0,19 926042 0,10 356 416254 0,15 1302344 0,09 57 Co 122 446421 0,15 1177154 0,09 137 Cs 662 357519 0,17 1078732 0,10 109 Cd 88 20519 0,70 56855 0,42 65 Zn 1115 79506 0,35 237640 0,21 Bảng 4. Diện tích đỉnh của 8 nguồn ở vị trí 20cm và 10cm Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm Sai số (%) 60 Co 1173 0,00192 0,72 0,00575 0,42 1332 0,00172 0,76 0,00513 0,44 54 Mn 835 0,00255 0,45 0,00762 0,26 22 Na 1275 0,00179 0,89 0,00533 0,53 511 0,00380 0,47 0,01158 0,28 133 Ba 81 0,00593 1,22 0,02026 1,01 356 0,00493 0,72 0,01544 0,48 57 Co 122 0,00662 0,38 0,02246 0,22 137 Cs 662 0,00311 0,48 0,00938 0,34 109 Cd 88 0,00601 1,72 0,02234 1,08 65 Zn 1115 0,00201 0,71 0,00601 0,45 Bảng 5. Hiệu suất ghi của detector trong mô phỏng ở vị trí 20cm và 10cm MP S ε= N [...]... phỏng không hoàn toàn giống với cấu hình thực nghiệm Hiệu ứng trùng phùng www.trungtamtinhoc.edu.vn Kết luận và kiến nghị Kết luận  Thực nghiệm đo hiệu suất đỉnh năng lượng của các nguồn: 60Co, 54Mn, 22Na, 133Ba, 57Co, 137Cs, 109Cd, 65Zn với 5 khoảng cách: 20cm, 15cm, 10cm, 5cm và 0cm; sử dụng detector NaI( Tl)  Mô phỏng hệ đo trên bằng chương trình PENELOPE  So sánh diện tích đỉnh, hiệu suất ghi nhận... tra lại những kết quả có độ sai biệt lớn Mô phỏng bằng các chương trình mô phỏng khác nhằm đánh giá sự khác nhau giữa các chương trình Thực hiện với các nguồn đa năng và các cấu hình che chắn khác nhau 15 www.trungtamtinhoc.edu.vn Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Bùi Hải Âu (2009), “Xây dựng chương trình mô phỏng hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của detector”, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại Học... Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp.HCM [5] Trần Thiện Thanh (2013), Hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp Monte Carlo”, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại Học KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM [6] Trần Thiện Thanh, Châu Văn Tạo, Trương Thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn (2012), “Nghiên cứu đường cong hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần sử dụng chương trình DETEFF”, Tạp chí Khoa Học, Trường Đại Học Sư Phạm Tp.HCM Số 10... thực nghiệm và mô phỏng của 60Co,137Cs,133Ba www.trungtamtinhoc.edu.vn ở vị trí 10cm và 22Na ở vị trí 5cm Kết quả thực nghiệm và mô phỏng So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng Hình 8 Hiệu suất ghi của thực nghiệm và mô phỏng của 8 nguồn ở các vị trí khác nhau 12 www.trungtamtinhoc.edu.vn Kết quả thực nghiệm và mô phỏng So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng Bảng 6 Độ sai biệt về hiệu suất ghi nhận giữa thực... diện tích đỉnh, hiệu suất ghi nhận và phổ thu được giữa thực nghiệm và mô phỏng  Hiệu suất ghi nhận của detector giữa thực nghiệm và mô phỏng khá phù hợp, chỉ có 60Co ở vị trí 0cm và 5cm; 22Na ở vị trí 0cm, 5cm, 15cm, 20cm; 54Mn ở vị trí 5cm và 10cm; 57Co ở vị trí 20cm ở có sự sai biệt khá lớn  Mặc dù vậy chương trình PENELOPE vẫn mô phỏng khá tốt và đầy đủ các hiện tượng vật lý 14 www.trungtamtinhoc.edu.vn... J.Sempau (2008), PENELOPE- 2008: A code system for Monte Carlo simulation of electron and photon transport, Publisher OECD, Spain [8] Hu-Xia Shi, Bo-Xian Chen, Ti-Zhu Li, Di Yun (2002), Precise Monte Carlo Simulation of gamma-ray response function for an NaI( Tl) detector, Applied Radiation and Isotopes; 517-524 [9] S.Ashrafi, S.Anvarian, S.Sobhanian (2005), Monte-Carlo Modeling of a NaI( Tl) scintillator,... S.Anvarian, S.Sobhanian (2005), Monte-Carlo Modeling of a NaI( Tl) scintillator, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.269, 95-98 [10] U.Akar Tarim, E.N.Ozmutlu, O.Gurler, S.Yalcin (2012), The Effect of the housing material on the NaI( Tl) detector response function, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.293, 425-429 Các trang web [11] Http://laraweb.free.fr/ 16 www.trungtamtinhoc.edu.vn . NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT ĐỈNH NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN CỦA ĐẦU DÒ NaI( Tl) BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE 1 SVTH : TRẦN TRUNG TÍN CBHD: TS. TRẦN THIỆN. dụng chương DETEFF để xác định hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của nguồn 152 Eu với detector HPGe. 3 Từ một số công trình: www.trungtamtinhoc.edu.vn . 4 Trong khóa luận này sẽ đánh giá hiệu suất. giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của detector NaI( Tl) bằng thực nghiệm và so sánh với chương trình PENELOPE Tình hình nghiên cứu www.trungtamtinhoc.edu.vn Bố trí thí nghiệm 5 Giá đỡ detector Detector