đánh giá hiệu suất năng lượng đỉnh toàn phần và hiệu suất tổng bằng phương pháp monte carlo

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ …o0o… ĐỖ THỊ ÁNH TUYẾT ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG ĐỈNH TOÀN PHẦN VÀ HIỆU SUẤT TỔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE-CARLO Ngành: VẬT LÍ Mã số: 105 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2012 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ ĐỖ THỊ ÁNH TUYẾT ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG ĐỈNH TOÀN PHẦN VÀ HIỆU SUẤT TỔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE-CARLO Ngành: VẬT LÍ Mã số: 105 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ths.TRẦN THIỆN THANH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2012 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, cố gắng thân, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô, gia đình, bạn bè, sát cánh bên em hoàn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths.Trần Thiện Thanh, thầy truyền cho em kiến thức chuyên môn, tận tình bảo đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành khóa luận Xin cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths.Lê Công Hảo kiến thức bổ ích thầy truyền cho em, thầy giúp em chỉnh sửa lại luận văn để luận văn hoàn chỉnh Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Vật Lý trường ĐH Sư Phạm TPHCM dìu dắt, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập trường Cảm ơn bạn quan tâm, giúp đỡ, sát cánh bên suốt thời gian qua Con xin gửi lời cảm ơn, lời tri ân đến ba mẹ, gia đình, người thân tình yêu thương mà người dành cho con, tiếp thêm sức mạnh cho đường tri thức sống Chân thành cảm ơn MỤC LỤC Danh mục kí hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN VỀ ĐẦU DÒ GERMANIUM BÁN DẪN SIÊU TINH KHIẾT (HPGe) 10 1.1 Giới thiệu đầu dò HPGe [1] 10 1.2 Cơ chế hoạt động đầu dò để ghi nhận gamma [1, 2] 10 1.3 Phổ biên độ xung [2] 10 1.4 Độ phân giải lượng 12 1.5 Hiệu suất đo [3] 14 1.5.1 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần (εp) 15 1.5.2 Hiệu suất tổng (εt) 16 1.5.3 Tỉ số P/T 17 1.5.4 Đường cong hiệu suất 18 1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất detector [3] 19 1.6.1 Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh 19 1.6.2 Yếu tố hình học đo 19 1.6.3 Hiệu ứng trùng phùng tổng 20 1.6.4 Hiệu chỉnh phân rã phóng xạ 21 1.6.5 Hệ điện tử 21 1.6.6 Sự tự hấp thụ 22 1.7 Nhận xét 22 Chương - TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI MÔI TRƯỜNG VẬT CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 23 2.1 Các chế tương tác gamma với vật chất [1, 4] 23 2.1.1 Hấp thụ quang điện 23 2.1.2 Tán xạ Compton 25 2.1.3 Hiệu ứng tạo cặp 26 2.2 Phương pháp Monte Carlo [2] 27 2.2.1 Giới thiệu 27 2.2.2 Phương pháp Monte Carlo 28 2.3 Chương trình MCNP [3, 5, 8] 28 2.3.1 Giới thiệu chương trình MCNP 28 2.3.2 Các bước thực trình mô MCNP4C2 29 Chương - KẾT QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG 33 3.1 Dạng hình học đầu dò HPGe 33 3.2 Mô kết trình mô 35 3.2.1 Mô 35 3.2.2 Kết trình mô 37 3.3 So sánh kết mô loại đầu dò MCNP4C2 với kết mô chương trình khác GEANT3, GEANT4, MCNP, PENELOPE [7] 39 3.4 Đánh giá tự hấp thụ thành phần hóa học nguồn 46 3.5 Nhận xét 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT  Các kí hiệu ε abs : Hiệu suất tuyệt đối Ω góc khối nguồn đầu dò εt : Hiệu suất tổng ε int: Hiệu suất nội εp : Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần NP : diện tích đỉnh lượng toàn phần A : hoạt độ thời điểm đo (Bq) I γ : xác xuất phát gamma t: thời gian đo (s) R t : Tốc độ phân rã thời điểm t R : Tốc độ phân rã thời gian lúc đầu η , η , η s hiệu suất ghi nhận tia γ , γ đỉnh tổng λ số phân rã E e tổng động electron positron E γ lượng tia gamma tới  Các chữ viết tắt AvgC ETZ : Số đếm trung bình DSBHS: Độ sai biệt hiệu suất MCNP: Monte-Carlo N-Particle HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium) P/T: Tỉ số hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiu suất tổng (Peak to total) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các kiểu tally 32 Bảng 3.1: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò 37 Bảng 3.2: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò 38 Bảng 3.3: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò 38 Bảng 3.4: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò với mật độ nước g/cm3 mô GEANT3, GEANT4 39 Bảng 3.5: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò với mật độ nước g/cm3 mô MCNP PENELOPE… 40 Bảng 3.6: So sánh hiệu suất đỉnh đầu dò mật độ nước g/cm3 code MCNP4C2 code GEANT3, GEANT4, MCNP, PENELOPE [7] 40 Bảng 3.7: So sánh hiệu suất tổng đầu dò mật độ nước g/cm3 code MCNP4C2 GEANT3, GEANT4, MCNP, PENELOPE [7] 41 Bảng 3.8: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đầu dò mật độ g/cm3 , g/cm3 , g/cm3 44 Bảng 3.9: Hiệu suất tổng đầu dò mật độ g/cm3 , g/cm3 , g/cm3 44 Bảng 3.10: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 47 Bảng 3.11: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 48 Bảng 3.12: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 48 Bảng 3.13: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 49 Bảng 3.14: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 50 Bảng 3.15: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 .50 Bảng 3.16: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 51 Bảng 3.17: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 51 Bảng 3.18: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 52 Bảng 3.19: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 53 Bảng 3.20: Độ sai biệt hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 54 Bảng 3.21: Độ sai biệt hiệu suất tổng đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 .55 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Phổ phân bố độ cao xung vi phân gamma theo lượng nguồn Eu-152 11 Hình 1.2: Hàm đáp ứng detector có độ phân giải tương đối tốt độ phân giải tương đối xấu 12 Hình 1.3: Định nghĩa độ phân giải detector 13 Hình 1.4: Giá trị lượng nguồn thường dùng trình xây dựng đường cong hiệu suất đỉnh thực nghiệm 15 Hình 1.5: Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh 19 Hình 1.6: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma Co60 21 Hình 2.1: Hiệu ứng quang điện 23 Hình 2.2: Tán xạ Compton .25 Hình 3.1: Dạng hình học đầu dò 33 Hình 3.2: Dạng hình học đầu dò 34 Hình 3.3: Dạng hình học đầu dò .35 Hình 3.4: Cấu trúc đầu dò vẽ MCNP 36 Hình 3.5: Cấu trúc nguồn đầu dò vẽ MCNP 36 Hình 3.6: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mô MCNP4C2 mô khác 41 Hình 3.7: Hiệu suất tổng mô MCNP4C2 mô khác 42 Hình 3.8: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần loại đầu dò 42 Hình 3.9: Hiệu suất tổng ba loại đầu dò 43 Hình 3.10: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đầu dò mật độ 2g/cm3 , 3g/cm3 , 4g/cm3 45 Hình 3.11: Hiệu suất tổng đầu dò mật độ g/cm3 , g/cm3 , g/cm3 .46 Hình 3.12: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần loại đất mật độ 1,5 g/cm3 53 Hình 3.13: Hiệu suất tổng loại đất mật độ 1,5g/cm3 54 Hình 3.14: ĐSBHS đỉnh lượng toàn phần đất 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/cm3 56 Hình 3.15: ĐSBHS tổng đất 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/cm3 56 Hình 3.11: Hiệu suất tổng đầu dò mật độ g/cm3 , g/cm3 , g/cm3 Nhận xét: Đối với hiệu suất đỉnh lượng toàn phần mật độ nguồn tăng hiệu suất giảm số lượng tia gamma đến detector giảm (do lượng nhiều tương tác với môi trường bị hấp thụ) Đối với hiệu suất tổng, lượng thấp, mật độ tăng hiệu suất giảm Còn lượng cao ngược lại, lượng cao tia gamma không bị nguồn hấp thụ nên đến detector dẫn đến hiệu suất tăng Kết mô cho thấy mật độ nguồn tăng chênh lệch hiệu suất vùng lượng thấp (45 keV-100 keV) lớn bị ảnh hưởng tự hấp thụ tia gamma nguồn vật liệu xung quanh detector 3.4 Đánh giá tự hấp thụ thành phần hóa học nguồn Trên sở nghiên cứu trên, tiếp tục theo dõi đánh giá tự hấp thụ thành phần hóa học nguồn cách thay chất nước thành loại đất khác Thành phần mẫu : - Mẫu đất (% tính theo khối lượng nguyên tử phân tử): 2,2% H + 57,5% O + 8,5% Al + 26,2% Si +5,6% Fe - Mẫu đất (% tính theo khối lượng nguyên tử phân tử): 1,1% H + 1,2% C + 55,8 %O + 7,2% Al + 31,6% Si + 3,1% Fe - Mẫu đất (% tính theo khối lượng nguyên tử phân tử): 10,0% H + 0,40% N + 11,4% C + 78 %O + 0,2% S - Mẫu đất (% tính theo khối lượng nguyên tử phân tử): 45,2% O + 2,5% Mg + 8,3 %Al + 25 %Si + 1,8% K + 4,1% Ca + 0,7% Ti + 0,2% Mn + 12,2% Fe - Mẫu đất (% tính theo khối lượng nguyên tử phân tử): 2,2% H + 58,2% O + 10,6% Al + 26,2% Si + 2,8% Fe Bảng 3.10: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất đỉnh lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0021 ± 0,0022 0,0016 ± 0,0025 0,0012 ± 0,0029 60 0,0128 ± 0,0009 0,0104 ± 0,0010 0,0087 ± 0,0011 80 0,0288 ± 0,0006 0,0245 ± 0,0006 0,0211 ± 0,0007 100 0,0380 ± 0,0005 0,0329 ± 0,0005 0,0289 ± 0,0006 120 0,0418 ± 0,0005 0,0366 ± 0,0005 0,0324 ± 0,0005 140 0,0424 ± 0,0005 0,0375 ± 0,0005 0,0333 ± 0,0005 160 0,0414 ± 0,0005 0,0368 ± 0,0005 0,0330 ± 0,0005 300 0,02870 ± 0,0006 0,0261 ± 0,0006 0,0238 ± 0,0006 500 0,0193 ± 0,0007 0,0178 ± 0,0007 0,0165 ± 0,0008 1000 0,0117 ± 0,0009 0,0110 ± 0,0009 0,0104 ± 0,0010 2000 0,0070 ± 0,0012 0,0067 ± 0,0012 0,0065 ± 0,0012 3000 0,0049 ± 0,0014 0,0048 ± 0,0014 0,0046 ± 0,0015 Bảng 3.11: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất tổng lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0025 ± 0,0020 0,0019 ± 0,0023 0,0015 ± 0,0026 60 0,0165 ± 0,0008 0,0141 ± 0,0008 0,0121 ± 0,0009 80 0,0405 ± 0,0005 0,0371 ± 0,0005 0,0338 ± 0,0005 100 0,0568 ± 0,0004 0,0541 ± 0,0004 0,0510 ± 0,0004 120 0,0656 ± 0,0004 0,0639 ± 0,0004 0,0616 ± 0,0004 140 0,0701 ± 0,0003 0,0693 ± 0,0003 0,0677 ± 0,0004 160 0,0722 ± 0,0003 0,0721 ± 0,0003 0,0712 ± 0,0003 300 0,0705 ± 0,0003 0,0722 ± 0,0003 0,0734 ± 0,0003 500 0,0651 ± 0,0003 0,0670 ± 0,0003 0,0687 ± 0,0003 1000 0,0563 ± 0,0003 0,0581 ± 0,0003 0,0597 ± 0,0003 2000 0,0473 ± 0,0003 0,0489 ± 0,0003 0,0504 ± 0,0003 3000 0,0437 ± 0,0003 0,0452 ± 0,0003 0,0467 ± 0,0003 Bảng 3.12: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất đỉnh lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0022 ± 0,0021 0,0017 ± 0,0024 0,0014 ± 0,0027 60 0,0132 ± 0,0009 0,0109 ± 0,0010 0,0091 ± 0,0010 80 0,0293 ± 0,0006 0,0250 ± 0,0006 0,0217 ± 0,0007 100 0,0384 ± 0,0005 0,0334 ± 0,0005 0,0293 ± 0,0006 120 0,0420 ± 0,0005 0,0370 ± 0,0005 0,0327 ± 0,0005 140 0,0426 ± 0,0005 0,0377 ± 0,0005 0,0336 ± 0,0005 160 0,0416 ± 0,0005 0,0370 ± 0,0005 0,0332 ± 0,0005 300 0,0288 ± 0,0006 0,0262 ± 0,0006 0,0239 ± 0,0006 500 0,0193 ± 0,0007 0,0179 ± 0,0007 0,0166 ± 0,0008 1000 0,0117 ± 0,0009 0,0110 ± 0,0009 0,0104± 0,0010 2000 0,0070 ± 0,0012 0,0067 ± 0,0012 0,0065 ± 0,0012 3000 0,0049 ± 0,0014 0,0048 ± 0,0014 0,0045 ± 0,0015 Bảng 3.13: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất tổng lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0027 ± 0,0019 0,0021 ± 0,0022 0,0017 ± 0,0024 60 0,0172 ± 0,0007 0,0150 ± 0,0008 0,0130 ± 0,0009 80 0,0413 ± 0,0005 0,0383 ± 0,0005 0,0352 ± 0,0005 100 0,0574 ± 0,0004 0,0550 ± 0,0004 0,0522 ± 0,0004 120 0,0661 ± 0,0004 0,0647 ± 0,0004 0,0626 ± 0,0004 140 0,0704 ± 0,0003 0,0699 ± 0,0003 0,0686 ± 0,0003 160 0,0724 ± 0,0003 0,0725 ± 0,0003 0,0718 ± 0,0003 300 0,0705 ± 0,0003 0,0723 ± 0,0003 0,0736 ± 0,0003 500 0,0650 ± 0,0003 0,0670 ± 0,0003 0,0687 ± 0,0003 1000 0,0562 ± 0,0003 0,0580 ± 0,0003 0,0597 ± 0,0003 2000 0,0473 ± 0.0003 0,0489 ± 0.0003 0,0504 ± 0,0003 3000 0,0437 ± 0.0003 0,0452 ± 0.0003 0,0467 ± 0,0003 Bảng 3.14: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất đỉnh lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0029 ± 0,0019 0,0024± 0,0020 0,0021 ± 0,0022 60 0,0145 ± 0,0008 0,0124 ± 0,0009 0,0107 ± 0,0010 80 0,0299 ± 0,0006 0,0258 ± 0,0006 0,0225 ± 0,0007 100 0,0383 ± 0,0005 0,0333 ± 0,0005 0,0293 ± 0,0006 120 0,0416 ± 0,0005 0,0364 ± 0,0005 0,0322 ± 0,0005 140 0,0420 ± 0,0005 0,0369 ± 0,0005 0,0328 ± 0,0005 160 0,0409 ± 0,0005 0,0362 ± 0,0005 0,0322 ± 0,0005 300 0,0283 ± 0,0006 0,0255 ± 0,0006 0,0232 ± 0,0006 500 0,0190 ± 0,0009 0,0175 ± 0,0007 0,0161 ± 0,0008 1000 0,0116 ± 0,0007 0,0109 ± 0,0010 0,0102 ± 0,0001 2000 0,0070 ± 0,0012 0,0067 ± 0,0012 0,0064 ± 0,0012 3000 0,0049 ± 0,0014 0,0047 ± 0,0015 0,0046 ± 0,0015 Bảng 3.15: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất tổng lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0037 ± 0,0019 0,0033 ± 0,0017 0,0029 ± 0,0018 60 0,0200 ± 0,0007 0,0186 ± 0,0007 0,0172 ± 0,0008 80 0,0443 ± 0,0005 0,0426 ± 0,0005 0,0405 ± 0,0005 100 0,0597 ± 0,0004 0,0585 ± 0,0004 0,0568 ± 0,0004 120 0,0678 ± 0,0004 0,0674 ± 0,0004 0,0663 ± 0,0004 140 0,0718 ± 0,0003 0,0721 ± 0,0003 0,0715 ± 0,0003 160 0,0735 ± 0,0003 0,0743 ± 0,0003 0,0743 ± 0,0003 300 0,0711 ± 0,0003 0,0733 ± 0,0003 0,0749 ± 0,0003 500 0,0566 ± 0,0003 0,0678 ± 0,0003 0,0698 ± 0,0003 1000 0,0655 ± 0,0003 0,0586 ± 0,0003 0,0605 ± 0,0003 2000 0,0475 ± 0,0003 0,0491 ± 0,0003 0,0508 ± 0,0003 3000 0,0437 ± 0,0003 0,0452 ± 0,0003 0,0467 ± 0,0003 Bảng 3.16: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất đỉnh lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0015 ± 0,0026 0,0011 ± 0,0030 0,0008 ± 0,0035 60 0,0111 ± 0,0009 0,0086 ± 0,0011 0,0070 ± 0,0012 80 0,0272 ± 0,0006 0,0227 ± 0,0007 0,0192 ± 0,0007 100 0,0371 ± 0,0005 0,0318 ± 0,0006 0,0276 ± 0,0006 120 0,0413 ± 0,0005 0,0361 ± 0,0005 0,0318 ± 0,0006 140 0,0422 ± 0,0005 0,0372 ± 0,0005 0,0331 ± 0,0005 160 0,0414 ± 0,0005 0,0368 ± 0,0005 0,0329 ± 0,0005 300 0,0288 ± 0,0006 0,0262 ± 0,0006 0,0240 ± 0,0006 500 0,0194 ± 0,0007 0,0179 ± 0,0007 0,0167 ± 0,0008 1000 0,0117 ± 0,0009 0,0111 ± 0,0009 0,0105 ± 0,0010 2000 0,0070 ± 0,0012 0,0067 ± 0,0012 0,0065 ± 0,0012 3000 0,0049 ± 0,0014 0,0048 ± 0,0014 0,0046 ± 0,0015 Bảng 3.17: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng Hiệu suất tổng lượng(kev) Mật độ g/cm Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0018 ± 0,0024 0,0013 ± 0,0028 0,0010 ± 0,0032 60 0,0139 ± 0,0008 0,0112 ± 0,0009 0,0092 ± 0,0010 80 0,0372 ± 0,0005 0,0328± 0,0005 0,0289 ± 0,0006 100 0,0540 ± 0,0004 0,0501± 0,0004 0,0461 ± 0,0004 120 0,0636 ± 0,0004 0,0608± 0,0004 0,0575 ± 0,0004 140 0,0686 ± 0,0003 0,0669 ± 0,0003 0,0644 ± 0,0004 160 0,0710 ± 0,0003 0,0701 ± 0,0003 0,0684 ± 0,0003 300 0,0701 ± 0,0003 0,0715 ± 0,0003 0,0723 ± 0,0003 500 0,0648 ± 0,0003 0,0666 ± 0,0003 0,0681 ± 0,0003 1000 0,0561 ± 0,0003 0,0578 ± 0,0003 0,0594 ± 0,0003 2000 0,0473 ± 0,0003 0,0488 ± 0,0003 0,0503 ± 0,0003 3000 0,0438 ± 0,0003 0,0453 ± 0,0003 0,0467 ± 0,0003 Bảng 3.18: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Hiệu suất đỉnh Năng lượng(keV) Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0023 ± 0,0021 0,0017 ± 0,0024 0,0014 ± 0,0027 60 0,0133 ± 0,0009 0,0152 ± 0,0009 0,0092 ± 0,0010 80 0,0293 ± 0,0006 0,0251 ± 0,0006 0,0217 ± 0,0007 100 0,0384 ± 0,0005 0,0333 ± 0,0005 0,0293 ± 0,0006 120 0,0420 ± 0,0005 0,0369 ± 0,0005 0,0327 ± 0,0005 140 0,0425 ± 0,0005 0,0376 ± 0,0005 0,0335 ± 0,0005 160 0,0415 ± 0,0005 0,0369 ± 0,0005 0,0331 ± 0,0005 300 0,0287 ± 0,0006 0,0261 ± 0,0006 0,0238 ± 0,0006 500 0,0193 ± 0,0007 0,0178 ± 0,0007 0,0165 ± 0,0008 1000 0,0117 ± 0,0009 0,0110 ± 0,0009 0,0104 ± 0,0010 2000 0,0070 ± 0,0012 0,0067 ± 0,0012 0,0065 ± 0,0012 3000 0,0049 ± 0,0014 0,0048 ± 0,0014 0,0046 ± 0,0015 Bảng 3.19: Hiệu suất tổng đất mật độ g/cm3, 1,5 g/cm3, g/cm3 Năng lượng Hiệu suất tổng Mật độ g/cm3 Mật độ 1,5 g/cm3 Mật độ g/cm3 45 0,0027 ± 0,0019 0,0022 ± 0,0021 0,0018 ± 0,0024 60 0,0174 ± 0,0007 0,0152 ± 0,0008 0,0133 ± 0,0009 80 0,0416 ± 0,0005 0,0386 ± 0,0005 0,0356 ± 0,0005 100 0,0576 ± 0,0004 0,0553 ± 0,0004 0,0526 ± 0,0004 120 0,0662 ± 0,0004 0,0649± 0,0004 0,0629 ± 0,0004 140 0,0705 ± 0,0003 0,0701 ± 0,0003 0,0688 ± 0,0003 160 0,0725 ± 0,0003 0,0727 ± 0,0003 0,0720 ± 0,0003 300 0,0706 ± 0,0003 0,0724 ± 0,0003 0,0737 ± 0,0003 500 0,0651 ± 0,0003 0,0671 ± 0,0003 0,0688 ± 0,0003 1000 0,0563 ± 0,0003 0,0581 ± 0,0003 0,0598 ± 0,0003 2000 0,0473 ± 0,0003 0,0489 ± 0,0003 0,0504 ± 0,0003 3000 0,0437 ± 0,0003 0,0452 ± 0,0003 0,0467 ± 0,0003 (keV) Hình 3.12: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần loại đất mật độ 1,5 g/cm3 Hình 3.13: Hiệu suất tổng loại đất mật độ 1,5g/cm3 Bảng 3.20: Độ sai biệt hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 Độ sai biệt hiệu suất đỉnh đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 Năng Đất so với Đất so đất với đất (%) (%) 29,68 55,48 9,68 46,29 16,75 19,06 4,72 80 2,49 7,36 5,60 2,29 100 1,21 3,43 1,18 1,31 120 0,68 1,58 0,57 0,87 140 0,43 0,67 1,39 0,67 160 0,27 0,14 1,79 0,52 lượng(keV) Đất so với Đất so với đất (%) đất (%) 45 12,26 60 300 0,61 2,15 0,27 500 0,62 1,85 0,22 1000 0,09 0,46 1,36 0,18 2000 0,30 0,89 0,15 3000 0,21 0,63 Bảng 3.21: Độ sai biệt hiệu suất tổng đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 Độ sai biệt hiệu suất tổng đất loại 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/ cm3 Năng lượng(kev) Đất so với Đất so với Đất so với Đất so với đất (%) đất (%) đất (%) 45 14,29 32,8 74,07 10,60 60 7,65 21,03 31,80 5,88 80 3,91 11,80 14,62 3,10 100 2,28 7,31 8,31 1,81 120 1,50 4,90 5,46 1,19 140 1,08 3,55 3,98 0,84 160 0,81 2,72 3,09 0,61 300 0,24 0,98 1,48 0,11 500 0,12 0,58 1,10 0,01 1000 0,05 0,38 0,91 0,03 2000 0,14 0,49 0,04 3000 0,04 0,16 0,06 0,04 đất (%) Hình 3.14: ĐSBHS đỉnh lượng toàn phần đất 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/cm3 Hình 3.15: ĐSBHS tổng đất 5, 4, 3, so với đất mật độ 1,5 g/cm3 Nhận xét: Với thành phần vật liệu nguồn, mật độ nguồn tăng hiệu suất giảm đáng kể Với mật độ nguồn, độ sai biệt hiệu suất cao vùng lượng thấp, không đáng kể vùng lượng cao Sự chênh lệch hiệu suất loại thành phần vật liệu tăng mật độ tăng Điều giải thích mật độ nguồn tăng, số lượng tia gamma có khả đến đầu dò giảm ( lượng nhiều tương tác với môi trường bị hấp thụ) làm hiệu suất ghi giảm theo 3.5 Nhận xét Trong chương trình bày ba cấu hình detector sử dụng luận văn, đồng thời nêu kết trình mô chương trình MCNP4C2, đánh giá hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng thông qua độ sai biệt kết mô kết code mô khác tác giả Tim Vidmar Dựa sở đánh giá hiệu suất đỉnh hiệu suất tổng theo mật độ nguồn, kết hợp với đánh giá tự hấp thụ tia gamma nguồn KẾT LUẬN Phương pháp mô nói chung phương pháp Monte-Carlo ứng dụng MCNP nói riêng công cụ hữu dụng, giải vấn đề hóc búa nảy sinh công việc mà số trường hợp trình thực nghiệm thực Chính nhờ ưu điểm mà phương pháp mô ứng dụng rộng rãi nghiên cứu khoa học, đặc biệt chương trình mô dựng sẵn MCNP góp phần thúc đẩy việc sử dụng mô nhiều Thông qua việc sử dụng chương trình mô MCNP thu kết quả, việc khảo sát đánh giá hiệu suất lượng đỉnh toàn phần hiệu suất tổng luận văn đạt vài kết đáng khích lệ nhiều hạn chế:  Thành công khóa luận: Xây dựng số liệu đầu vào kích thước hình học cấu trúc detector cấu trúc nguồn phóng xạ (nguồn điểm, nguồn hình trụ) hướng tới mô hình hóa chi tiết hệ phổ kế chương trình MCNP, từ làm sở để mô đánh giá đường cong hiệu suất cho nguồn có dạng hình học khác Trong luận văn mô dạng hình học khác detector Germanium siêu tinh khiết Thiết lập, đánh giá đường cong hiệu suất detector theo lượng nguồn điểm, nguồn hình trụ chương trình MCNP4C2 tương đối phù hợp với kết mô code khác GEANT3, GEANT4, MCNP, PENELOPE… tác giả Tim Vidmar [7] Trên sở đó, khảo sát ảnh hưởng mật độ nguồn chất đến hiệu suất ghi nhận detector Khi thay đổi mật độ nguồn hình học khoảng g/cm3-4 g/cm3 thấy mật độ nguồn tăng hiệu suất ghi nhận detector giảm đặc biệt vùng lượng thấp 100 keV chênh lệch hiệu suất ghi rõ rệt Và thay đổi chất nguồn loại đất với thành phần hóa học khác nhau, mật độ khảo sát 1g/cm32g/cm3 thấy vùng lượng thấp (dưới 100 keV), ảnh hưởng chất lên hiệu suất ghi rõ rệt vùng lượng 100 keV Kết khảo sát cho thấy mật độ mẫu môi trường khoảng (1 g/cm3-2 g/cm3) ảnh hưởng chất bỏ qua khảo sát tia gamma có lượng lớn 100 keV  Hạn chế khóa luận: Do mô cho cỡ 108 hạt nên sai số tương đối hiệu suất cao sai số mô khác tác giả Tim Vidmar Còn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất detector chưa khảo sát như: Bề dày lớp chết, vật liệu che chắn xung quanh,… Thời gian hạn hẹp hiểu biết hạn chế chúng tôi, khóa luận chưa đạt kết mong muốn, hi vọng hạn chế khóa luận khắc phục tiếp tục nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB khoa học kĩ thuật TPHCM [2] Trương Nhật Huy (2010), Đánh giá hiệu suất đỉnh lượng toàn phần phương pháp Monte-Carlo, Luận văn tốt nghiệp đại học, trường ĐHSP TPHCM [3] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sĩ vật lý, trường ĐHKHTN TPHCM [4] Nguyễn Thị Cẩm Thu (2010), Khảo sát phông tối ưu hóa hiệu suất cho hệ phổ kế gamma HPGe phép đo mẫu môi trường, Luận văn thạc sĩ vật lý, trường ĐHKHTN TPHCM Tiếng Anh [5] Rsicc computer code collection MCNP4C2 (2001), Los Alamos National Laboratory Los Alamos, New Mexico [6] J Carrazana Gonzalez (2010), “The effect of source chemical composition on the self-attenuation corrections for low-energy gamma-rays in soil samples”, Applied Radiation and lsotopes, 68(1), pp.360-363 [7] T.Vidmar (2008), “An intercomparison of Monte Carlo codes used in gammaray spectrometry” , applied radiation and isotopes, 66(1), pp 764-768 [8] Vi.wikipedia.org [...]... thành hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và hiệu suất tổng 1.5.1 Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần (εp) Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần (εp) được định nghĩa là xác suất của một photon phát ra từ nguồn mất mát toàn bộ năng lượng của nó trong thể tích hoạt động của đầu dò Trong phân bố độ cao xung vi phân, các hiện tượng mất năng lượng toàn phần này được thể hiện bởi một đỉnh xuất hiện ở vị trí... suất của đầu dò là năng lượng của tia gamma tới, bản thân đầu dò, hình học đo, hiệu ứng trùng phùng tổng, hệ điện tử và hiệu ứng tự hấp thụ 1.6.1 Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh được thể hiện trong hình 1.5 Hình 1.5: Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh Hiệu suất giảm ở vùng năng lượng thấp là do sự hấp thụ tia gamma năng lượng thấp trên lớp... các đỉnh thoát trên phổ, các đỉnh này sẽ nằm trước đỉnh năng lượng toàn phần và cách đỉnh năng lượng toàn phần một khoảng bằng chính năng lượng của tia X đó 2.1.2 Tán xạ Compton Khi tăng năng lượng gamma đến giá trị hơn nhiều so với năng lượng liên kết của các electron lớp K trong nguyên tử thì vai trò của hiệu ứng quang điện không còn đáng kể và bắt đầu hiệu ứng Compton Khi đó có thể bỏ qua năng lượng. .. mất một phần năng lượng của bức xạ tới sẽ xuất hiện xa hơn về phía trái của phổ Số các hiện tượng mất năng lượng toàn phần có thể được thu bởi một tích phân đơn giản diện tích toàn phần dưới đỉnh Phương pháp thực nghiệm thông thường được sử dụng là dùng một số nguồn phát gamma đơn năng để tính toán hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần theo năng lượng Tuy nhiên, năng lượng của gamma còn phụ thuộc vào khoảng... tích đỉnh năng lượng toàn phần, hoạt độ tại thời điểm đo (Bq), xuất phát gamma, thời gian đo (s) Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính, các đường cong hiệu suất tại các khoảng cách khác nhau có thể được tính bằng các phương pháp bán thực nghiệm hoặc phương pháp mô phỏng Trong phương pháp mô phỏng hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần mô phỏng được định nghĩa là: số gamma tại đỉnh năng lượng toàn phần chia... cong hiệu suất Điều này là rất mất thời gian và tốn kém trong quá trình đo đạc thực nghiệm Hình 1.4: Giá trị năng lượng của các nguồn thường được dùng trong quá trình xây dựng đường cong hiệu suất đỉnh thực nghiệm Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định bởi: N p (E) ε (E) = AI γ (E)t p (1.4) Với εp, NP, A, I γ , t lần lượt là hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần, diện tích đỉnh. .. detector Germanium nhằm đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và hiệu suất tổng của ba cấu hình nêu trên Khóa luận gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về đầu dò Germanium siêu tinh khiết (HPGe): Giới thiệu các đặc tính, cơ chế hoạt động của đầu dò để ghi nhận gamma, các khái niệm cơ bản của hiệu suất, phân loại hiệu suất, cách xác định và xây dựng đường cong hiệu suất theo các phương pháp khác nhau như... hệ số trùng phùng thì hiệu suất tổng là một nhân tố rất quan trọng Tuy nhiên, các nguồn phát gamma đơn năng không có sẵn vì thế các giá trị này sẽ được mô phỏng toàn bộ năng lượng gamma quan tâm 1.5.3 Tỉ số P/T Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và hiệu suất tổng có mối quan hệ với nhau bởi tỉ số P/T εP P/T= t ε (1.8) Bởi vì xác suất của mỗi cơ chế tương tác phụ thuộc vào năng lượng của photon tới... cả hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và tỉ số đỉnh năng lượng toàn phần trên tổng Tỉ số này phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách từ nguồn tới đầu dò vì thế có thể bỏ qua hiệu ứng khoảng cách Đối với detector HPGe, tỉ số P/T thông thường nằm trong khoảng giữa 40:1 và 60:1 ứng với đỉnh năng lượng 1332 keV của Co60 Các detector có kích thước lớn có thể đạt được tỉ số P/T gần 100:1 1.5.4 Đường cong hiệu suất. .. lại chút năng lượng nào trong cell thì chúng sẽ được ghi lại trong bin zero và bin epsilon (1E-5) Tally F8 có thể sử dụng cho photon và electron nhưng không sử dụng cho neutron vì quá trình biến đổi của neutron là không tương tự CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG 3.1 Dạng hình học của đầu dò HPGe Để đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và hiệu suất tổng bằng phương pháp Monte Carlo thì ... Bảng 3.1: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò 37 Bảng 3.2: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò 38 Bảng 3.3: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu... 3.5: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò với mật độ nước g/cm3 mô MCNP PENELOPE CODE MCNP PENELOPE Số người thực E(keV) Hiệu suất đỉnh Hiệu suất tổng Hiệu suất đỉnh Hiệu suất tổng. .. số tương đối hiệu suất 1%, việc mô với số lịch sử hạt cỡ 108 3.2.2 Kết trình mô Bảng 3.1: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng đầu dò Năng lượng Hiệu suất đỉnh Hiệu suất tổng (keV) 45