NGHIÊN CỨU HIỆU XUẤT GI NHÂN CỦA DETECTOR BÁN DẪN SIÊU TINH KHIẾT (HPGe) TERONG PHỔ KẾ GAMMABẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ THUẬT TOÁN DI TRUYỀN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o  VÕ XUÂN ÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o  VÕ XUÂN ÂN Chuyên ngành: Vật lý Hạt nhân Mã số: 1.02.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Ngô Quang Huy TS Đỗ Quang Bình TP Hồ Chí Minh - 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng người hướng dẫn khoa học Kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Võ Xuân Ân LỜI CẢM ƠN Trong suốt nhiều năm học tập - nghiên cứu phương pháp Monte Carlo, thuật toán di truyền ứng dụng phương pháp để nghiên cứu đặc trưng hệ phổ kế gamma dùng detector germanium siêu tinh khiết tính toán kích thước tối ưu hộp chứa mẫu dạng Marinelli Bộ môn Vật lý hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Phòng An toàn Bức xạ Môi trường, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình chu đáo Thầy Cô, Cơ quan bạn đồng nghiệp, cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS TS Ngô Quang Huy, người Thầy kính mến, đem đến cho kiến thức khoa học phương pháp nghiên cứu khoa học mà dạy bảo đạo đức nghiên cứu khoa học, lòng nhiệt tình, tính trung thực có trách nhiệm TS Đỗ Quang Bình, người hướng dẫn khoa học, hướng dẫn, gợi ý giúp tháo gỡ vướng mắc suốt trình thực luận án PGS TS Mai Văn Nhơn, người Thầy kính mến, thường xuyên nhắc nhở tiến độ hoàn thành luận án có ý kiến phản biện bổ ích CN Nguyễn Văn Mai, TS Trần Văn Luyến, ThS Thái Mỹ Phê CN Đào Văn Hoàng, Phòng An toàn Bức xạ Môi trường, Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh, nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho phép tiến hành thí nghiệm hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe, ý kiến thảo luận bổ ích TS Nguyễn Văn Hùng, Trung tâm Đào tạo, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện thuận lợi để sử dụng nguồn phóng xạ chuẩn PGS TS Hoàng Dũng, Phụ trách Phòng Vật lý Tính toán, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, tạo điều kiện tốt để thực thi chương trình tính toán PGS TS Nguyễn Minh Cảo, PGS TS Châu Văn Tạo TS Nguyễn Đơng Sơn có ý kiến đóng góp q báu để tơi hồn thiện luận án cách đầy đủ sâu sắc Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM, quan tâm tạo điều kiện sở vật chất phòng thí nghiệm có để hoàn thành chuyên đề, seminar luận án Khoa Công nghệ Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh động viên chia sẻ công việc để thực phần công việc luận án Không thể quên Ba Má dành suốt đời tần tảo, không quản ngại nắng mưa lo lắng cho Các công trình thuộc nội dung luận án thực khuôn khổ đề tài Nghiên cứu Khoa học tự nhiên năm 2007 Bộ Khoa học Công nghệ (Mã số 409406) - vi - BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VỊ ĐO Chữ viết tắt Tiếng Việt ACTL ANSI thư viện số liệu ACTL ACTivation Library Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa American National Standards Kỳ Institute buồng chì Broad Energy Germanium Detector Bismuth Germanate Bi4Ge3O12 thiết kế máy tính Computer Aided Design chụp ảnh phương pháp Computerized Axial Tomocắt lớp graphy Standard Electrode Coaxial Germanium Detector BC BEGe BGO CAD CAT Coaxial Ge CYLTRAN DET DETEFF E&Z EGS Tiếng Anh chương trình mô Monte CYLTRAN Carlo CYLTRAN An electron/photon transport code detector detector chương trình mô Monte DETector EFFiciency Carlo DETEFF A Monte Carlo code developed for the computation of the full energy peak efficiency in detectors hãng cung cấp nguồn phóng xạ Eckert & Ziegler, Co chương trình mô Monte Electron Gamma A computer code system is a Carlo EGS general purpose package for the Monte Carlo simulation of the coupled transport of electrons and photons in an arbitrary geometry for particles with energies from a few keV up to several TeV ENDF ENDL thư viện số liệu ENDF thư viện số liệu ENDL Evaluated Nuclear Data File Evaluated Nuclear Data Library - vii - FWHM Ge GEANT GESPECOR HCM HĐM HPGe IAEA IEEE INAA INST k/c KHKT KHTN LD LEGe LN2 max MCNP MPX độ rộng đỉnh lượng toàn phần nửa chiều cao cực đại germanium chương trình mô Monte Carlo GEANT full width at half maximum Germanium GEANT A toolkit for the simulation of the passage of particles through matter chương trình mô Monte GErmanium SPEctroscopy Carlo GESPECOR CORrection Factors Hồ Chí Minh hộp đựng mẫu detector germanium siêu tinh High Purity Gemanium khiết Cơ quan lượng nguyên tử International Atomic Energy quốc tế Agency Viện Tiêu chuẩn kỹ thuật điện Institute of Electrical and điện tử Electronics Engineers Phân tích kích hoạt neutron Instrumental Neutron dụng cụ Activation Analysis Viện Khoa học Kỹ thuật Institue of Nuclear Sciences & Hạt nhân Techniques khoảng cách Khoa học Kỹ thuật Khoa học Tự nhiên hãng cung cấp nguồn phóng xạ Leybold Didactic GmbH Low Energy Germanium Detector Liquid Nitrogen cực đại maximum chương trình mô Monte Monte Carlo N-Particle Carlo MCNP A general-purpose, continuousenergy, generalized-geometry, time-dependent, coupled neutron/photon/electron Monte Carlo transport code cực tiểu minimum mẫu phóng xạ - viii - NAS ĐHQG ĐL NCHN NPX NSS hãng cung cấp nguồn phóng xạ Đại học Quốc gia Đà Lạt Nghiên cứu Hạt nhân nguồn phóng xạ hãng cung cấp nguồn phóng xạ PE polyethylene PHOTON chương trình mô Monte PHOTON Carlo PHOTON A Monte Carlo code is designed for any beamline Its ability to calculate power deposited and spectra transmitted through nearly arbitrary beamline configurations as well as the scattered radiation doses through shielding walls make it a very powerful tool phòng thí nghiệm Reverse Electrode Coaxial Germanium Detector Phân tích kích hoạt neutron kết Radiochemical Neutron hợp tách hoá Activation Analysis silicon Silicon Surface Source Read Card Surface Source Write Card tiêu chuẩn Standard số thứ tự chu kì bán rã Thành phố Ultra Low Energy Germanium Detector Hợp chủng quốc Hoa Kỳ The United State of America Germanium Well Detector Extended Range Germanium Detector PTN REGe RNAA Si SSR SSW Std STT T½ TP Ultra LEGe USA Well XtRa North American Scientific, Inc Nuclear Services & Supplies Rost GmbH polyethylene - ix - Bội số ước số Kí hiệu E P T G M k m µ n p f a Các đơn vò đo lượng eV (electron-Volt) J (Joule) m0c2 mpc2 mnc2 Các đơn vò đo xạ Bq (Becquerel) Ci (Curi) Gy (Grey) Rad (Rad) Rem (Rem) Sv (Sievert) Thang đo 1018 1015 1012 109 106 103 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 Cách đọc exa penta tera giga mega kilo mil micro nano pico femto atto = = = = = 1,602×10-19 J (Joule) 6,241×1018 eV (electron-Volt) 0,511 MeV electron 938,3 MeV proton 939,6 MeV neutron = = = = = = 2,7×10-11 Ci (Curi) 3,7×1010 Bq (Becquerel) 100 Rad (Rad) 0,01 Gy (Grey) 0,01 Sv (Sievert) 100 Rem (Rem) Hằng số vật lý AV = 6,02×1023 mol-1 - số Avogadro h = 6,626×10-34 J⋅s = 4,135×10-15 eV⋅s - số Plank k = 1,38×10-23 J/K = 8,617×10-5 eV/K - số Boltzmann e = 1,602×10-19 C - điện tích electron me = 9,109×10-31 kg = 0,511 MeV - khối lượng electron mp = 1,673×10-27 kg = 938,3 MeV - khối lượng protron mn = 1,675×10-27 kg = 939,6 MeV - khối lượng neutron - x - DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Diễn giải Trang 232 2.1 Thành phần hàm lượng mẫu chuẩn Th 52 238 U 2.2 Các giá trò lượng photon E độ rộng đỉnh 57 lượng toàn phần nửa chiều cao cực đại FWHM 2.3 Các giá trò danh đònh với dung sai thông số 66 vật lý detector nhà sản xuất cung cấp 2.4 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 70 vào bề dày vỏ nhôm detector 2.5 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 70 vào khoảng cách vỏ detector mặt tinh thể germanium 2.6 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 71 vào bề dày vỏ hộp chứa tinh thể germanium 2.7 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 71 vào đường kính tinh thể germanium 2.8 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 72 vào chiều cao tinh thể germanium 2.9 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 72 vào độ sâu hốc tinh thể germanium 10 2.10 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 73 vào bề dày lớp boron 11 2.11 Kết tính toán phụ thuộc hiệu suất detector 73 vào bề dày lớp germanium bất hoạt 12 2.12 Kết tính toán độ thay đổi tương đối hiệu suất 74 detector 13 2.13 Sự phụ thuộc tỉ số hiệu suất detector vào lượng 77 tia gamma đo ngày 24/8/2005 so với ngày 29/10/1999 mẫu ziricon-1 ziricon-2 14 2.14 Hiệu suất thực nghiệm detector số vạch 78 lượng từ 511 keV đến 1332 keV 15 2.15 Hiệu suất tính toán detector 81 16 2.16 Hiệu suất tính toán detector độ suy giảm hiệu suất 81 tương đối - 136 - [41] César Marques Salgado, Claudio C Conti and Paulo H.B Becker (2006), "Determination of HPGe Detector Response using MCNP5 for 20-150 keV Xrays", Appl Rad and Isot., 64 700-705 [42] Chapot J.L., Silva F.C.D., Schirru R (1999), "A New Approach to the Use of Genetic Algorithms to Solve the Pressurized Water Reactors Fuel Management Optimization Problem", Annals of Nuclear Energy, 26 624-655 [43] Claudio M.N.A Pereira, Roberto Schirru and Aquilino Senra Martinez (1999), "Basic Investigation Related to Genetic Algorithm in Core Design", Annals of Nuclear Energy, 26 173-193 [44] Cramer N.L (1985), "A Representation for the Adaptive Generation of Simple Sequential Programs", Univ of Grefenstett Press [45] de Castro Faria N.V and Lévesque R.J.A (1967), "Photopeak and Double- Escape Peak Efficiencies of Germanium Lithium Drift Detectors", Nucl Instrum Methods., 46 325-332 [46] Debertin K and Helmer R.G (1988), "Gamma and X-Ray Spectrometry with Semiconductor Detectors", North-Holland, Amsterdam [47] Dianati M., Song I and Treiber M (2002), "An Introduction to Genetic Algorithms and Evolution Strategies", Univ of Waterloo Press, Canada [48] Digital Equipment Corporation (1998), "DIGITAL Visual Fortran - Version 6.0A: Language Reference", Digital Equipment Corporation, Maynard, Massachusetts [49] Diver D.A and Ireland D.G (1997), "Spectral Decomposition by Genetic Algorithm", Nucl Instrum Methods., A 399 414-420 [50] Do Q.B., Rho G and Choi H (2006), "Optimal Refueling Pattern Search for a CANDU Reactor using a Genetic Algorithm", Proceedings of the ICAPP, Reno, NV USA - 137 - [51] Ewa I.O.B, Bodizs D., Czifrus Sz and Molnar Zs (2001), "Monte Carlo Determination of Full Energy Peak Efficiency for a HPGe Detector", Appl Rad and Isot., 55 103-108 [52] Fogel L.J (1999), "Artificial Intelligence through Simulated Evolution - Forty Years of Evolutionary Programming", John Wiley & Son, Inc., New York [53] François Bochud, Claude J Bailat, Thierry Buchillier, François Byrde, Eenst Schmid and Jean Pascal Laedermann (2006), “Simple Monte Carlo Method to Calibrate Well type HPGe Detectors”, Nucl Instrum Methods., A 569 790-795 [54] Fraser Alex S (1957), "Simulation of Genetic Systems by Automatic Digital Computers", Australian Journal of Biological Sciences, 10 484-491 [55] Friedberg R.M (1958), "A Learning Machine - Part I", IBM J Res Dev., 2-13 [56] Friedberg R.M., Duham B and North J.H (1959), "A Learning Machine - Part II", IBM Res Dev., 282-287 [57] Gaggero G (1971), "Monte Carlo Calculations for the Photofractions and Energy Loss Spectra of Ge(Li) Semiconductor Detectors", Nucl Instrum Methods., 94 481-492 [58] García-Talavera M and Ulicny B (2003), "A Genetic Algorithm Approach for Multiplet Deconvolution in Gamma-ray Spectra", Nucl Instrum Methods., A 512 585-594 [59] García-Talavera M., Neder H., Daza M.J and Quintana B (2000), "Towards a Proper Modeling of Detector and Source Characteristics in Monte Carlo Simulations", Appl Rad and Isot., 52 777-783 - 138 - [60] Ghanem S.A (2000), "Monte Carlo Calculations of the Response Features for NaI Detectors", Appl Rad and Isot., 53 877-880 [61] Goldberg D.E (1989), "Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning", Addison Wesley [62] Grosswendt B (1974), "Berechnung der Elektronen-Bremsstrahlspektren in NaJ, CsJ, Si und Ge", Nucl Instrum Methods., 116 97-104 [63] Grosswendt B and Waibel E (1975), "Determination of Detector Efficiencies for Gamma Ray Energies up to 12 MeV", Nucl Instrum Methods., 131 143-156 [64] Hardy J.C., Iacob V.E., Sanchez-Vega M., Effinger R.T., Lipnik P., Mayes V.E., Willis D.K and Helmer R.G (2002), "Precise Efficiency Calibration of an HPGe Detector: Source Measurements and Monte Carlo Calculations with Sub-percent Precision", Appl Rad and Isot., 56 65-69 [65] Helmer R.G., Nica N., Hardy J.C and Iacob V.E (2004), "Precise Efficiency Calibration of an HPGe Detector up to 3.5 MeV, with Measurements and Monte Carlo Calculations", Appl Rad and Isot., 60 173177 [66] Hemingway J.D (1986), "Investigations Towards an Improved Marinelli for Gamma Detectors", Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Articles, Vol 99, No 2, 299-306 [67] Hendricks J.S., Adams K.J., Booth T.E., Briesmeister J.F., Carter L.L., Cox L.J., Favorite J.A., Forster R.A., McKinney G.W and Prael R.E (2000), "Present and Future Capacities of MCNP", Appl Rad and Isot., 53 857-861 [68] Hendricks John S (1994), "A Monte Carlo Code for Particle Transport - An Algorithm for All Reasons", Los Alamos Science, 22 31-43 - 139 - [69] Hendricks John S and Court John D (1996), "MCNP4BTM Verification and Validation", Los Alamos National Laboratory, LA-13181, 1-43 [70] Hendriks P.H.G.M., Maucêec M and de Meijer R.J (2002), "MCNP Modelling of Scintillation-detector Gamma-ray Spectra from Natural Radionuclides", Appl Rad and Isot., 57 449-457 [71] Herbert L Anderson (1986), "Metropolis, Monte Carlo, and the MANIAC", Los Alamos Science, LAUR-86-2600, 96-108 [72] Hill R.F., Hine G.J and Marinelli L.D (1950), "The Quantitative Determination of Gamma Radiation in Biological Research", Am J Roentgenol Radium Therapy, 63 160-169 [73] Holland J.H (1968), "Adaptation in Natural and Artificial Systems", Univ of Michigan Press, Dept of Computer and Communication Sciences, Ann Arbor [74] Hurtado S., García - León M and García - Tenorio R (2004), "Monte Carlo Simulation of the Response of a Germanium Detector for Low-level Spectrometry Measurements using GEANT4", Appl Rad and Isot., 61 139143 [75] Hurtado S., García - León M and García - Tenorio R (2004), "GEANT4 Code for Simulation of a Germanium Gamma-Ray Detector and its Application to Efficiency Calibration", Nucl Instrum Methods., A 518 764774 [76] Huy N.Q and Luyen T.V (2004), "A Method to Determine 238U Activity in Environmental Soil Samples by using 63.3 keV-Photopeak-Gamma HPGe Spectrometer", Appl Rad and Isot., 61 1419-1224 - 140 - [77] IAEA (2002), "IAEA Analytical Quality Control Services Reference Materials Catalogue 2002 - 2003", IAEA, 2.1 Biological 25-36, A-1400 Vienna Austria [78] IEEE Standards Determination of Board (1978), Germanium "IEEE Standard Semiconductor Techniques Detector for Gamma-Ray Efficiency using a Standard Marinelli (Re-entrant) Beaker Geometry", ANSI/IEEE Std 680-1978 [79] Internet, "Genetic programming - Bibliography", Source: http://en.wikipe- dia.org/wiki/Genetic_programming [80] Internet, "History of Mathematics: Chronological of Mathematicians", Source: http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/mathhist/chronology.html [81] Internet, "The Monty Hall Problem", Source: http://mathworld.wolfram.- com/MontyHallProblem.html [82] Jurado Vargas M., Cornejo Diaz N and Perez Sanchez D (2003), "Efficiency Transfer in the Calibration of a Coaxial p-type HPGe Detector using the Monte Carlo Method", Appl Rad and Isot., 58 707-712 [83] Jurado Vargas M., Fernández Timón A., Cornejo Díaz N and Pérez Sánchez D (2002), "Monte Carlo Simulation of the Self-absorption Corrections for Natural Samples in Gamma-ray Spectrometry", Appl Rad and Isot., 57 893-898 [84] Kalos M.H and Whitlock P.A (1986), "Monte Carlo Methods", John Wiley and Sons, USA [85] Knoll G.F (2000), "Radiation Detection and Measurement, 3rd Edition", John Wiley & Son, Inc., New York [86] Korun M and Vidmar T (2000), "Monte Carlo Calculations of the Total- to-Peak Ratio in Gamma-ray Spectrometry", Appl Rad and Isot., 52 785-789 - 141 - [87] Kotani M., Ochi M., Ozawa S and Akazawa K (2001), "Evolutionary Discriminant Functions using Genetic Algorithms with Variable-Length Chromosome", Proceedings of the International Joint Conference, 198-105 [88] Koza J.R (1990), "Genetic Programming: A Paradigm for Genetically Breeding Populations of Computer Programs to Solve Problems", Technical Report, STAN-CS-90-1314, Dept of Computer Science, Stanford University, Stanford, CA 94305 [89] Kenneth A De Jong (1975), "An Analysis of Behavior of a Class of Genetic Adaptive Systems", Ph.D Thesis, University of Michigan [90] Laborie J.M., Le Petit G., Abt D and Girard M (2000), "Monte Carlo Calculations of the Efficiency Calibration Curve and Coincidence-summing Corrections in Low-level Gamma-ray Spectrometry using Well-type HPGe Detectors", Appl Rad and Isot., 53 57-62 [91] Lal B and Iyengar K.V.K (1970), "Monte Carlo Calculations of Gamma Ray Response Characteristics of Cylindrical Ge(Li) Detectors", Nucl Instrum Methods., 79 19-28 [92] Lavi N and Alfassi Z.B (2005), “Development of Marinelli Beaker Standards Containing Thorium Oxide and Application for Measurement of Radioactive Environmental Samples”, Radiation Measurements, 39 15-19 [93] Mahmoud I Abbas (2001), "HPGe Detector Photopeak Efficiency Calculation Including Self-absorption and Coincidence Corrections for Marinelli Beaker Sources using Compact Analytical Expressions", Appl Rad and Isot., 54 761-768 [94] Mark Dowdall (2000), "Practicable Monte Carlo Calibration of HPGe Detectors for Environmental Measurements", Technical Report of Norwegian Radiation Protection Authority, Tromsey - 142 - [95] Marsegurra M., Zio E and Cadini F (2005), "Genetic Algorithm Optimization of a Model-Free Fuzzy Control System", Annals of Nuclear Energy, 32 712-728 [96] Martin Schlager (2007), "Precise Modelling of Coaxial Germanium Detectors in Preparation for a Mathematical Calibration", Nucl Instrum Methods., A 580 137-140 [97] Marzio Marsegurra, Enrico Zio and Raffaele Canetta (2004), "Using Genetic Algorithms for Calibrating Simplified Models of Nuclear Reactor Dynamics", Annals of Nuclear Energy, 31 1219-1250 [98] McDonald Kirk T (1998), "Higher-Order QED Effects and Nonlinear QED", Conference Proceedings of the 18th Physics in Collision, Frascati [99] Metropolis N (1987), "The Beginning of the Monte Carlo Method", Los Alamos Science, Special Issue, 125-130 [100] Metropolis N and Ulam S (1949), "The Monte Carlo Method", Journal of The American Statistical Association, 44 335-341 [101] North American Scientific, Inc (2001), "Certificate of Calibration", North American Scientific, Inc., CA 91605, California [102] Orion I and Wielopolski L (2000), "Response Function of the BGO and NaI(Tl) Detectors using Monte Carlo Simulations", Annals of the New York Academy of Science, p 271-275 [103] Osorio V and Peraza H (1995), "Chart of the Nuclides", Physics Section, IAEA, Vienn [104] Parks G.T (1996), "Multiobjective Pressurized Water Reactor Reload Core Design by Nondominated Genetic Algorithm Search", Nucl Sci Eng., 124 178-187 - 143 - [105] Pavel Dryak and Petr Kovar (2006), “Experimental and MC Determination of HPGe Detector Efficiency in the 40 - 2754 keV Energy Range for Measuring Point Source Geometry with the Source-to-Detector Distance of 25 cm”, Appl Rad and Isot., 64 1346-1349 [106] Peterman B.F., Hontzeas S and Rystephanick R.G (1972), "Monte Carlo Calculations of Relative Efficiencies of Ge(Li) Detectors", Nucl Instrum Methods., 104 461-468 [107] Prugel-Bennett A and Shaprio J.L (1994), "An Analysis of Genetic Algorithms using Statistical Mechanics", Physical Review Letters, 13051309 [108] Ratzlaff S.A., Aral M.M and Al-Khazyal F (1992), "Optimal Design of Groundwater Capture Systems using Segmented Velocity-Direction Constraints", Groundwater, 30 607-612 [109] Rechenberg I (1973), "Evolution Strategy: Optimization Technical System based on Principle of Biological Evolution", Univ of Stuttgart Press [110] Ródenas J., Pascual A., Zarza I., Serradell V., Ortiz J and Ballesteros L (2003), "Analysis of the Influence of Germanium Dead Layer on Detector Calibration Simulation for Environmental Radioactive Samples using the Monte Carlo Method", Nucl Instrum Methods., A 496 390-399 [111] Schaffer J.D (1985), "Multiple-Objective Optimization using Genetic Algorithm", Proceedings of the 1st International Conference on Genetic Algorithms, 93-100 [112] Schwefel H.P (1975), "Evolution Strategy and Numerical Optimization Dissertation", Technique University Press, Berlin [113] Seppo Klemola (1996), "Optimization of Sample Geometries in Low-level Gamma Spectroscopy", Nucl Instrum Methods., A 369, 578-581 - 144 - [114] Sima O and Arnold D (2002), "Transfer of the Efficiency Calibration of Germanium Gamma-Ray Detectors using the GESPECOR Software", Appl Rad and Isot., 56 71-75 [115] Snyder B.J and Knoll G.F (1966), "Calculated Gamma Ray Photofractions for Well-Type Scintillation Detectors", Nucl Instrum Methods., 40 261-266 [116] Spamer J and Gelbard E.M (1969), "Monte Carlo Principles and Neutron Transport", Addison-Wesley, Massachusetts [117] Tawara H., Sasaki S., Saito K and Shibamura E (2000), "A Monte Carlo Method for Determining Absolute Scintillation-Photon Yields and Energy Resolution of Scintillators for Gamma-rays", Proceedings of the 2nd International Workshop on EGS, p 152-160 [118] Tsutsumi M., Oishi T., Kinouchi N., Sakamoto R and Yoshida M (2001), "Simulation of the Background for Gamma Detection System in the Indoor Environments of Concrete Buildings", Journal of Nucl Sci and Techno., Vol 38, No 12, p 1109-1114 [119] Tsutsumi M., Oishi T., Kinouchi N., Sakamoto R and Yoshida M (2002), "Design of an Anti-Compton Spectrometer for Low-level Radioactive Wastes using Monte Carlo Techniques", Journal of Nucl Sci and Techno., Vol 39, No 9, p 957-963 [120] Vitorelli J.C., Silva A.X., Crispim V.R., da Fonseca E.S and Pereira W.W (2005), "Monte Carlo Simulation of Response Function for a NaI(Tl) Detector for Gamma-rays from 241Am/Be Source", Appl Rad and Isot., 62 619-622 [121] Wainio K.M and Knoll G.F (1966), "Calculated Gamma Ray Response Characteristics of Semiconductor Detectors", Nucl Instrum Methods., 44 213223 - 145 - [122] Winoto P (2002), "Genetic Algorithms and Social Simulation", SpringerVerlag [123] Wu Hongchum (2001), "Pressurized Water Reactor Reloading Optimization using Genetic Algorithms", Annals of Nuclear Energy, 28 13291341 [124] X-5 Monte Carlo Team (2003), "MCNP - A General Purpose Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory", Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987 [125] Ya-Zhong Luo, Yan-Gang Liang and Li-Ni Zhou (2004), "Multi-level, Multi-objective and Multisplinary Optimization Design of a Series of Launch Vehicles", Proceedings of the 55th International Astronautical Congress, Vancouver, Canada [126] Zerby C.D and Moran H.S (1960), "Calculation of the Pulse-Height Response of NaI(Tl) Scintillation Counters", Oak Ridge National Laboratory Report, ORNL-3169 - 146 - PHỤ LỤC Phụ lục Các tính chất đặc trưng nguồn phóng xạ sử dụng Tên nguồn T½ 241 Am 432,2 năm 40 Cd 462,9 ngày Co 271,8 ngày 57 60 Co 5,3 năm 60 Co 5,3 năm 137 Cs 30,04 năm 137 Cs 30,04 năm 131 I 8,0207 ngày 40 K 1,3⋅109 năm 54 Mn 312,12 ngày 22 Na 2,608 năm 226 Ra 1602 năm Th 1,4⋅1010 năm 232 Năng lượng (keV) 59,5 Cường độ Hoạt độ phát xạ (kBq) (%) 35,7 40,15 88,0 122,1 136,5 1173,2 1332,5 1173,2 1332,5 661,6 3,61 85,60 10,68 99,90 99,9824 99,90 99,9824 85,21 38,21 661,6 85,21 370 80,183 177,21 284,298 325,781 364,48 502,991 636,973 642,703 722,893 1460,8 2,62 0,26 6,06 0,25 81,21 0,36 7,27 0,22 1,80 10,67 - - 834,8 99,975 43,57 511,0 1274,5 - 178,8 99,937 - 36,55 370 40,81 37,89 - Nơi sản xuất NAS, USA India Ngày sản xuất 01-09-2001 20-12-2000 NAS, USA E&Z, USA NAS, USA NSS, USA ĐL, VN 01-10-2001 INST, VN NAS, USA NAS, USA LD INST - 15-01-2005 01-10-2001 30-11-1990 - 01-10-2001 01-10-2001 1968 - - 147 - 235 U 7,1⋅108 năm 238 U 4,5⋅109 năm 88 Y 106,5 ngày 898,1 1836,1 92,7 99,35 40,90 INST INST NAS, USA 01-10-2001 Phụ lục Hệ đo gamma hoạt độ thấp Trung tâm Hạt nhân TPHCM Phụ lục Một input điển hình chương trình MCNP4C2 để mô phổ gamma nguồn phóng xạ 12345678910111213- Problem - HPGe coaxial detector efficiencies and pulse c Cell cards -8.94 -1 -23 21 imp:p,e=1 -5.35 (-55 -64 22)#1 imp:p=1 imp:e=0 $ cell detector 3 -0.00129 (1 -2 -22 21)#1 imp:p,e=1 -2.6989 (2 -3 -24 21):(-3 -21 20) imp:p,e=1 -0.00129 (-4 -25 24):(3 -4 -24 20):(-4 -20 16) -2.6989 (-5 -26 25):(4 -5 -25 16):(-5 -16 15) c -0.92 (-6 -27 26):(5 -6 -26 38) imp:p,e=1 $ coc c -1.514 -7 -27 38 imp:p,e=1 $ coc Marinelli c -1.514 -7 -28 27 imp:p,e=1 $ coc Marinelli c 10 -0.92 (-8 -29 28):(7 -8 -28 38):(5 -8 -38 37) 11 -0.00129((-13 -31 30):(-11 -30 26):(5 -9 -26 19)) & - 148 - 14151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768- #45#46 imp:p,e=1 $ - cs40e 12 -8.94 -10 -26 19 imp:p,e=1 13 -0.88 (11 -12 -30 26):(10 -12 -26 19) imp:p,e=1 14 -7.28 12 -13 -30 19 imp:p,e=1 15 -11.34 (13 -14 -31 17):(5 -14 -17 16) imp:p,e=1 16 -0.00129 (-13 -32 31):(13 -14 -34 31) imp:p,e=1 17 -7.28 -13 -33 32 imp:p,e=1 18 -8.94 -13 -34 33 imp:p,e=1 19 10 -7.86 13 -14 -35 34 imp:p,e=1 20 -11.34 (-14 -36 35):(-13 -35 34) imp:p,e=1 21 10 -7.86 -14 -16 15 imp:p,e=1 22 -7.28 -13 -18 17 imp:p,e=1 23 -8.94 -13 -19 18 imp:p,e=1 24 14:36:-15 imp:p,e=0 c 25 -0.00129 -39 -42 41 imp:p,e=1 $ hoc khoan cua c 26 11 -1.879 -39 -43 42 imp:p,e=1 $ nguon Cs c 27 10 -7.86 (-40 -44 41)#25#26 imp:p,e=1 $ holder thep c 28 12 -8.92 -45 -48 47 imp:p,e=1 $ nguon Co c 29 13 -1.15 (-46 -49 47)#28 imp:p,e=1 $ holder epoxy c 30 -0.00129 -51 imp:p,e=1 $ hop nam ngang c 31 14 -0.45 -50 51 imp:p,e=1 $ hop nam ngang - cs40e c 32 -0.00129 -53 imp:p,e=1 $ hop thang dung c 33 14 -0.45 -52 53 imp:p,e=1 $ hop thang dung - cs40e 34 15 -2.31 (1 -54 -23 22):(-54 -56 23) imp:p,e=1 $ dien 35 17 -5.05 (-55 -24 64):(55 -2 -24 22) imp:p,e=1 $ dien 36 18 -1.435 -3 -81 24 imp:p,e=1 $ cua so IR mylar - cs40e c 37 -0.00129 -58 -63 62 imp:p,e=1 $ collimator c 38 -11.34 58 -59 -63 62 imp:p,e=1 $ collimator c 39 -2.6989 -60 -62 61 imp:p,e=1 $ mieng nhom c 40 -0.00129 (-68 -73 63)#41 imp:p,e=1 $ hoc kk cua c 41 19 -5.8 -68 -72 71 imp:p,e=1 $ nguon Ra c 42 -2.6989 -68 58 -73 63 imp:p,e=1 $ vanh Al cua c 43 -2.6989 -67 -74 73 imp:p,e=1 $ tru Al cua holder Ra c 44 -8.94 -66 -75 74 imp:p,e=1 $ tru Cu cua holder Ra 45 12 -8.92 -76 -79 78 imp:p,e=1 $ nguon Co - co40e 46 13 -1.15 (-77 -80 78)#45 imp:p,e=1 $ holder epoxy 47 20 -1.11 -3 -57 81 imp:p,e=1 $ cua so IR kapton - cs40e c Surface cards cz 0.35 cz 2.7 $ cs36a cz 2.93 cz 3.66 cz 3.81 c cz 3.91 $ mat ben coc Marinelli c cz 4.91 $ mat ben coc Marinelli c cz 5.01 $ mat ben coc Marinelli cz 7.35 10 cz 7.95 11 cz 9.45 12 cz 14.2 13 cz 15.0 14 cz 25.0 15 pz 0.0 16 pz 1.6 - 149 - 69707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123- 17 pz 10.0 18 pz 10.8 19 pz 11.6 20 pz 19.715 21 pz 19.815 22 pz 20.815 23 pz 22.515 24 pz 24.015 25 pz 24.55 26 pz 24.7 c 27 pz 24.8 $ mat ngang coc Marinelli c 28 pz 25.2 $ mat ngang coc Marinelli c 29 pz 25.3 $ mat ngang coc Marinelli 30 pz 35.8 31 pz 43.6 32 pz 44.1 33 pz 44.5 34 pz 44.6 35 pz 46.2 36 pz 54.2 c 37 pz 23.2 $ day coc Marinelli c 38 pz 23.3 $ day coc Marinelli c 39 cz 0.1 $ hinh hoc nguon Am c 40 cz 0.4 $ hinh hoc nguon Am c 41 pz 29.71 $ hinh hoc nguon Am c 42 pz 30.71 $ hinh hoc nguon Am c 43 pz 30.81 $ hinh hoc nguon Am c 44 pz 35.91 $ hinh hoc nguon Am c 45 cz 0.25 $ hinh hoc nguon Co c 46 cz 1.27 $ hinh hoc nguon Co c 47 pz 29.71 $ hinh hoc nguon Co c 48 pz 29.725 $ hinh hoc nguon Co c 49 pz 30.335 $ hinh hoc nguon Co c 50 rpp -5 -5 24.71 29.71 $ hop nam ngang c 51 rpp -4.9 4.9 -4.9 4.9 24.81 29.61 $ hop nam ngang c 52 rpp -5 -2.5 2.5 24.71 34.7 $ hop thang dung c 53 rpp -4.9 4.9 -2.4 2.4 24.8 34.6 $ hop thang dung 54 cz 0.3503 $ dien cuc khuech tan Li - i42 55 cz 2.665 $ dien cuc khuech tan Li - cs36a 56 pz 22.5153 $ dien cuc loi B - i42 57 pz 24.026 $ cua so IR - cs36a c 58 cz 0.45 $ collimator c 59 cz 2.5 $ collimator c 60 cz 7.5 $ collimator c 61 pz 25.7 $ collimator c 62 pz 25.8 $ collimator c 63 pz 35.81 $ collimator 64 pz 23.98 $ dien cuc cua so Li - cs36a c 65 $ - cs40e c 66 cz 0.15 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 67 cz 0.25 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 68 cz 0.325 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 69 cz 0.45 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 70 pz 35.81 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 71 pz 36.11 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e - 150 - 124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172- c 72 pz 36.16 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 73 pz 36.61 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 74 pz 38.91 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e c 75 pz 41.11 $ hinh hoc nguon Ra - cs40e 76 cz 0.05 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 77 cz 1.27 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 78 pz 29.7 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 79 pz 29.8 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 80 pz 30.34 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 81 pz 24.016 $ split mylar and kapton - cs40e c Data cards mode p m1 32000 -1.0 $ Ge m2 13000 -1.0 $ Al m3 7000 -0.755 8000 -0.232 18000 -0.013 c m4 1000 -0.14372 6000 -0.85628 c m5 20000 -0.2963 12000 -0.0721 6000 -0.1244 8000 -0.4972 m6 29000 -1.0 $ Cu m7 1000 -0.1549 6000 -0.8451 m8 50000 -1.0 $ Sn m9 82000 -1.0 $ Pb m10 26000 -1.0 $ Fe c m11 55000 -1.0 $ Cs m12 27000 -1.0 $ Co m13 1000 -0.06 6000 -0.721 8000 -0.219 c m14 1000 -0.062 6000 -0.444 8000 -0.494 m15 5000 -1.0 $ B c m16 3000 -1.0 $ Li m17 32000 -0.9 3000 -0.1 m18 1000 -0.053 6000 -0.526 8000 -0.421 c m19 91000 -1.0 $ Am m20 1000 -0.028 6000 -0.720 7000 -0.077 8000 -0.175 sdef cel=45 pos=0 0 axs=0 ext=d1 rad=d2 erg=d3 par=2 ft8 geb 0.00071 0.00075 0.46493 si1 h 29.7 29.8 sp1 d -21 si2 h 0.0 0.05 sp2 -21 si3 l 1.17324 1.33250 sp3 d 0.999 0.999824 $ co40e f8:p e8 0001 005471 8190i 1.942341 $ cs40e phys:p $ produce bremsstrahlung radiations - cs40e phys:e cut:p 2j 0 $ because of taking a tally of pulse height cut:e nps 900000000 ctme 240 [...]... tác và tạo ra hai photon có cùng năng lượng 0,511 MeV nhưng có hướng ngược nhau 1.2.3 Phương pháp Monte Carlo trong nghiên cứu hệ phổ kế gamma và các đặc trưng của detector Trong nghiên cứu hệ phổ kế gamma và các đặc trưng của detector đã có nhiều công trình ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng và tính toán - 18 - phổ gamma đo trên các hệ phổ kế dùng detector nhấp nháy và detector bán dẫn* ... polyacrylic Các tấm vật liệu này được gia công bằng máy cắt laser và sau đó lắp ráp chúng với nhau bằng chất kết dính cyanoacrylate với sai số tuyệt đối tổng cộng khoảng 0,5 mm Phương pháp nghiên cứu của đề tài luận án này là kết hợp thực nghiệm đo phổ gamma với tính toán bằng phương pháp Monte Carlo và thuật toán di truyền Trong tính toán phổ gamma bằng phương pháp Monte Carlo, chương trình MCNP4C2* được... biểu trên thế gi i trong những năm gần đây ứng dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để nghiên cứu detector nhấp nháy và bán dẫn, đáng chú ý là detector bán dẫn germanium siêu tinh khiết * Chúng tôi cũng đã xây dựng một chương trình mô phỏng Monte Carlo về tương tác của photon với vật chất bằng ngôn ngữ lập trình Turbo Pascal 7.0 để mô phỏng phổ gamma và nghiên cứu các đặc trưng của detector Ge(Li)... Các gi trò thực nghiệm và tính toán với các bề dày lớp germanium bất hoạt khác nhau của hiệu suất detector Các bình phương độ lệch tương đối gi a hiệu suất tính toán và hiệu suất thực nghiệm Kết quả thực nghiệm và tính toán đối với các quang đỉnh của mẫu dung dòch 131I Kết quả thực nghiệm và tính toán đối với các quang đỉnh của mẫu 238U Kết quả thực nghiệm và tính toán đối với các quang đỉnh của mẫu... bài toán dựa trên cơ sở thuật toán di truyền Xác đònh các thông số vào/ra cần thiết của chương trình MCNP4C2 để kết nối với thuật toán di truyền Nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng các tia gamma, mật độ và thành phần hoá học của mẫu đo lên kích thước tối ưu của hộp chứa mẫu dạng Marinelli Nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ đếm vào thể tích mẫu đo Cuối cùng là thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng kết quả... sự gi m hiệu suất detector này là một ý tưởng mới trong thiết kế thí nghiệm để theo dõi quá trình lão hoá của detector Việc tính toán mô phỏng phổ gamma bằng phương pháp Monte Carlo để nghiên cứu sự tăng bề dày lớp germanium bất hoạt - 6 - sẽ là một đóng góp có ý nghóa trong lónh vực mô phỏng phổ gamma của các nguồn phóng xạ đo trên detector HPGe bằng phương pháp Monte Carlo - Dựa trên cơ sở thuật toán. .. hộp chứa mẫu dạng Marinelli dựa trên cơ sở thuật toán di truyền kết hợp với phương pháp mô phỏng Monte Carlo và nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ đếm vào thể tích mẫu đo chứa trong hộp đựng mẫu dạng Marinelli • Chương 4 là phần kết luận, trình bày các nhận đònh về phương pháp luận khoa học và ý tưởng vật lý đã đề xuất cùng với các kết quả nghiên cứu mới của luận án đã đạt được - 7 - Chương 1 TỔNG... tích phân bằng phương pháp số trên máy tính điện tử [71, 99] Cho đến nay phương pháp Monte Carlo đã và đang được sử dụng rộng rãi để gi i quyết nhiều bài toán khoa học và kỹ thuật khác nhau [68] Trong vật lý hạt nhân phương pháp Monte Carlo đã được sử dụng rộng rãi để mô hình hoá các cấu hình phức tạp nhằm mục đích gi i các bài toán tương tác [40, 84, 100, 116] 1.2.2 Phương pháp Monte Carlo trong mô... chụp của mẫu ziricon-2 Sự phụ thuộc tỉ số hiệu suất trung bình của detector vào năng lượng tia gamma của hai mẫu ziricon-1 và ziricon-2 Sự phụ thuộc của bề dày lớp germanium bất hoạt vào hiệu suất tính toán của detector Các gi trò hiệu suất thực nghiệm và họ đường cong hiệu suất tính toán bằng chương trình MCNP4C2 theo bề dày Sự phụ thuộc của trung bình các bình phương độ lệch tương đối gi a hiệu. .. Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội, Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh đã trang bò và ứng dụng hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe trong nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng Để sử dụng hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe một cách có hiệu quả, có hai vấn đề quan trọng cần phải nghiên cứu đó là hiệu suất detector và độ ... gamma dùng detector HPGe nghiên cứu khoa học triển khai ứng dụng Để sử dụng hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe cách có hiệu quả, có hai vấn đề quan trọng cần phải nghiên cứu hiệu suất detector. .. buồng chì nghiên cứu chi tiết [20] độ nhiễm bẩn phóng xạ kiểm tra đònh kì cách đo phông bên buồng chì Vấn đề quan trọng lại nghiên cứu hiệu suất detector có hai khả sau: Thứ nhất, hiệu suất detector. .. 1962, Pell số nhóm nghiên cứu khác chế tạo thành công detector Ge(Li) mở cách mạng lónh vực nghiên cứu ứng dụng vật liệu bán dẫn để chế tạo detector ghi xạ tia X tia gamma loại detector phát hạt