nghiên cứu sử dụng hiệu quả chương trình mcnp5 trong bài toán mô phỏng gama

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN BÌNH TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thành phố Hồ Chí Minh – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN BÌNH TRANG Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ XUÂN ÂN Thành phố Hồ Chí Minh - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành luận văn này, nhận quan tâm giúp đỡ lớn từ Thầy cô gia đình Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: Thầy TS Võ Xuân Ân, người hướng dẫn khoa học, người mang đến cho kiến thức phong phú, định hướng phương pháp nghiên cứu khoa học, truyền đạt tinh thần học hỏi, tìm tòi tận tình dẫn tôi, giúp vượt qua trở ngại, vướng mắc suốt trình thực luận văn Thầy TS Nguyễn Văn Hoa, Thầy PGS TS Lê Văn Hoàng, hai người Thầy giúp đỡ vượt qua giai đoạn khó khăn, đóng góp ý kiến động viên từ ngày đầu thực luận văn Thầy TS Nguyễn Mạnh Hùng, Trưởng khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm TPHCM tạo điều kiện cho thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình tôi, bạn bè bên cạnh động viên giúp đỡ lúc khó khăn MỤC LỤC BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh ACTL Thư viện số liệu ACTL ACTivation Library ENDF Thư viện số liệu ENDF Evaluated Nuclear Data File ENDL Thư viện số liệu ENDL Evaluated Nuclear Data Library Ge Germanium Germanium HPGe Detector germanium siêu tinh khiết High Purity Germanium KHTN Khoa học tự nhiên MCA Khối phân tích biên độ đa kênh Chương trình mô Monte Carlo MCNP Hãng cung cấp nguồn phóng xạ MCNP NAS NEA NJOY Cơ quan lượng hạt nhân Mã định dạng thư viện số liệu hạt nhân MCNP NSS Hãng cung cấp nguồn phóng xạ TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh Multi Channel Analyzer Monte Carlo N – Particle North American Scientific, Inc Nuclear Energy Agency Nuclear Services & Supplies Rost GmbH - MỞ ĐẦU Vật lý hạt nhân ngày có bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt lĩnh vực khoa học hạt nhân ứng dụng Từ phát tượng phóng xạ, việc nghiên cứu tượng vật lý hạt nhân dựa đo đạc phổ phóng xạ ngày trở nên phổ biến Trong đó, lĩnh vực đo phổ gamma tập trung nghiên cứu đem lại nhiều kết thực tiễn quan trọng Hiện nay, công nghệ đo phổ gamma phát triển mức độ cao sử dụng phổ biến phòng nghiên cứu Tại Việt Nam, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) số phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân thuộc trường đại học trang bị hệ phổ kế gamma để phục vụ nghiên cứu đo đạc, khảo sát mẫu môi trường Có hai cách để tiến hành khảo sát phổ gamma, đo đạc trực tiếp sử dụng chương trình mô Một chương trình mô sử dụng rộng rãi để giải vấn đề vật lý hạt nhân chương trình MCNP5 Đây chương trình mô có độ tin cậy cao kiểm chứng sử dụng nhiều năm qua nhiều phòng thí nghiệm nước giới Đã có nhiều nghiên cứu nước giới sử dụng chương trình MCNP5 để xây dựng đường cong hiệu suất, phân bố suất liều, nghiên cứu lò phản ứng … tiến hành riêng lẻ (chạy đơn) Một số công trình nghiên cứu nước gần “tính toán tối ưu hộp chứa mẫu phóng xạ” [8], “xây dựng ma trận đáp ứng nhờ phổ gamma đơn năng” [5] nhiều công trình nghiên cứu khác sử dụng chương trình MCNP5 mô phổ gamma để giải toán Tuy nhiên, khó khăn mà tác giả gặp phải trình mô phải tính MCNP5 liên tục nhiều lần, chưa có công cụ giúp kết nối MCNP5 chương trình tính toán Do công việc buộc phải thực rời rạc tốn nhiều thời gian để thiết lập input triển khai chạy chương trình MCNP5 Việc nghiên cứu để kết nối MCNP5 với chương trình tính toán giúp gia tăng đáng kể hiệu chương trình MCNP5 toán mô phổ gamma, nhờ rút ngắn thời gian giảm bớt khối lượng công việc cho nhà nghiên cứu Không vậy, tự động hóa trình tính toán giúp giảm thiểu sai sót, đảm bảo tính xác kết Việc xây dựng chương trình tính toán kết nối với MCNP5 tích hợp modun tính toán xử lý phổ gamma hỗ trợ người dùng MCNP5 việc giải toán vật lý hạt nhân, giảm thiểu thời gian công sức thực trình tính toán lặp lại Nhờ chương trình MCNP5 khai thác hiệu hơn, đặc biệt toán phải mô số lượng lớn phổ gamma Từ phân tích chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hiệu chương trình MCNP5 toán mô phổ gamma” làm luận án tốt nghiệp Mục tiêu luận án là: (1) Dựa phương pháp mô Monte Carlo để xây dựng modun tính toán toán mô phổ gamma; (2) Thiết lập chương trình tính toán ngôn ngữ lập trình Fortran; (3) Kết nối chương trình MCNP5 chương trình tính toán, đảm bảo trình tính toán liền mạch, không rời rạc, đơn lẻ; (4) Đánh giá kết thu đưa kiến nghị liên quan Đối tượng nghiên cứu luận án chương trình MCNP5, chương trình mô Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Hoa Kỳ xây dựng MCNP5 công cụ tính toán mạnh, mô trình vận chuyển neutron, photon, electron môi trường vật chất Phần mềm xây dựng dựa phương pháp mô Monte Carlo Phương pháp nghiên cứu luận án sử dụng ngôn ngữ lập trình Fortran để xây dựng chương trình tính toán kết nối với MCNP5 toán mô phổ gamma Với nội dung đó, luận văn trình bày thành bốn phần sau: + Chương 1: TỔNG QUAN, giới thiệu cách khái quát vấn đề tương tác photon với vật chất, phương pháp mô Monte Carlo với chương trình MCNP5, ngôn ngữ lập trình Fortran + Chương 2: MÔ HÌNH HÓA HỆ PHỔ KẾ GAMMA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5, mô tả hệ phổ kế gamma, trình bày cách thiết lập input bước thực toán mô chương trình MCNP5 + Chương 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN, xây dựng modun tính toán để sử dụng hiệu chương trình MCNP5 toán mô phổ gamma ngôn ngữ lập trình Fortran + Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ, tổng kết đánh giá kết đạt được, đưa kiến nghị hướng nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TƯƠNG TÁC GIỮA PHOTON VỚI MÔI TRƯỜNG VẬT CHẤT – PHỔ GAMMA 1.1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất Bức xạ gamma tương tác với môi trường vật chất thông qua trình hấp thụ tán xạ Trong trình hấp thụ, tia gamma truyền toàn lượng cho hạt vật chất, sau tia gamma biến Còn trình tán xạ, tia gamma truyền cho hạt vật chất phần lượng bị tán xạ góc (phương chuyển động ban đầu bị thay đổi) Quá trình tương tác tia gamma vật chất gọi ion hóa gián tiếp sản phẩm tạo sau va chạm (các hạt vi mô tích điện hay photon thứ cấp) tác dụng tiếp với hạt môi trường vật chất tạo phần lớn ion Các tia gamma tương tác với vật chất theo nhiều chế khác nhau, nhiên, ghi đo phóng xạ, người ta dựa vào ba trình đóng vai trò quan trọng nhất: hấp thụ quang điện, tán xạ Compton hiệu ứng tạo cặp [15] Một số hiệu ứng khác tán xạ Thomson, phản ứng quang hạt nhân,… có xác suất thấp nên bỏ qua 1.1.1.1 Hấp thụ quang điện Hấp thụ quang điện tượng photon tới bị electron nguyên tử hấp thụ hoàn toàn lượng, sau photon biến mất, electron bứt khỏi lớp vỏ nguyên tử Các electron gọi electron quang điện Mỗi electron quỹ đạo ứng với giá trị lượng liên kết xác định ε lk , tùy thuộc quỹ đạo chuyển động (K, L, M, N,…) số nguyên tử Z hạt nhân Năng lượng liên kết nguyên tử lớn electron vỏ nguyên tử sâu với nguyên tử có số Z lớn Hiệu ứng quang điện mạnh xảy lượng tử gamma có lượng so sánh với lượng liên kết nguyên tử Năng lượng photon tới E phải lớn ε lk electron để phá vỡ liên kết electron với hạt nhân Phần lượng dư thừa động cho quang electron: E = hν = ε lk + E e R R (1.1) Với động E e đó, quang electron có khả ion hóa nguyên tử phân tử khác R R Phần động E e quang electron lớn nhiều so với phần lượng để bứt electron R R khỏi quỹ đạo ε lk Về phía nguyên tử vật chất, electron bị bật khỏi quỹ đạo, electron khác vành đến chỗ Năng lượng dư thừa chênh lệch ε lk hai quỹ đạo phát dạng photon Giá trị lượng ε lk phụ thuộc vào quỹ đạo vào số nguyên tử Z nên photon thứ cấp có giá trị xác định gọi xạ đặc trưng Nếu E < ε lk = ε K hiệu ứng quang điện không xảy với electron lớp K mà xảy với electron lớp L, M, N,… E < ε lk = ε L hiệu ứng quang điện không xảy với electron lớp K, L mà xảy với electron lớp M, N, O,… (Vì ε K > ε L > ε M ) Hiệu ứng quang điện không xảy với electron không bảo đảm quy luật bảo toàn lượng động lượng Như muốn có hiệu ứng quang điện thì: • Electron phải liên kết nguyên tử • Năng lượng tia gamma phải lớn lượng liên kết electron không lớn electron coi gần tự Nhận xét thể hình mô tả phụ thuộc tiết diện hiệu ứng quang điện vào lượng gamma 1/E7/2 E Hình 1.1: Tiết diện hiệu ứng quang điện phụ thuộc lượng gamma E Ở miền lượng gamma lớn tiết diện bé gamma coi electron liên kết yếu Khi giảm lượng gamma, tức tăng tỉ số εK E , tiết diện tăng theo quy luật Khi E tiến E dần đến ε K , tiết diện tăng theo hàm tăng E = ε K Khi lượng gamma vừa E 7/2 giảm xuống giá trị ε K hiệu ứng quang điện xảy với electron lớp K nên tiết diện giảm đột ngột Tiếp tục giảm lượng gamma, tiết diện tăng trở lại hiệu ứng quang điện electron lớp L Nó đạt giá trị lớn E = ε L lại giảm đột ngột E giảm xuống thấp ε L Sau hiệu ứng quang điện xảy electron lớp M,… Do lượng liên kết thay đổi theo số nguyên tử Z nên tiết diện tương tác quang điện phụ thuộc vào Z, theo quy luật Z5 P P Sự đóng góp hiệu ứng quang điện lớp L, M,… bé so với electron lớp K Các nghiên cứu cho thấy hiệu ứng quang điện xảy chủ yếu với electron lớp K với tiết diện lớn nguyên tử nặng, chẳng hạn chì, vùng lượng cao Còn nguyên tử nhẹ, chẳng hạn thể sinh học, hiệu ứng quang điện xuất vùng lượng thấp 1.1.1.2 Hiệu ứng Compton Khi tăng lượng gamma đến giá trị lớn nhiều so với lượng liên kết electron K nguyên tử vai trò hiệu ứng quang điện không đáng kể bắt đầu hiệu ứng Compton Khi bỏ qua lượng liên kết electron so với lượng gamma tán xạ gamma lên electron coi tán xạ với electron tự do, gọi tán xạ Compton Hiệu ứng Compton tán xạ đàn hồi gamma vào electron chủ yếu quỹ đạo nguyên tử Sau trình tán xạ, lượng tử gamma thay đổi phương bay bị phần lượng electron giải phóng khỏi nguyên tử Hình 1.2: Hiệu ứng Compton Trên sở tính toán động học trình tán xạ đàn hồi hạt gamma chuyển động với lượng E lên electron đứng yên Gọi lượng gamma sau tán xạ E’, lượng electron sau tán xạ E e θ góc bay gamma sau tán xạ, ta có R R Hình 3.31: Cửa sổ chương trình “Tính diện tích đỉnh phổ hiệu suất”- Nhập bề rộng đỉnh lượng Nhập bề rộng đỉnh lượng cần tính diện tích, bề rộng đỉnh thường chọn 12 (khoảng 12 kênh lượng), bề rộng vừa đủ để tính diện tích đỉnh quan tâm mà không bị ảnh hưởng đỉnh lượng khác liền kề Hình 3.32: Cửa sổ chương trình “Tính diện tích đỉnh phổ hiệu suất”- Nhập tên file trích xuất liệu từ output Nhập tên file output trích xuất xếp liệu (file kết thu từ modun 2) Hình 3.33: Cửa sổ chương trình “Tính diện tích đỉnh phổ hiệu suất”- Nhập tên file kết xuất Nhập tên file kết xuất Trong trường hợp phổ gamma có hai đỉnh lượng, chương trình yêu cầu nhập thêm suất phát tương ứng đỉnh Số liệu lấy từ thư viện số liệu vật lý hạt nhân Hình 3.34: Cửa sổ chương trình “Tính diện tích đỉnh phổ hiệu suất”- Nhập suất phát tương ứng với đỉnh lượng Khi nhập suất phát, nên nhập số với độ xác cao hình lúc tính toán hiệu suất đỉnh lượng phải tính tích tổng số hạt đầu vào để khảo sát suất phát, tổng số hạt đầu vào để khảo sát thường có giá trị lớn (vài trăm triệu đến vài trăm tỷ), thay đổi nhỏ suất phát làm thay đổi đáng kể hiệu suất tính 2.3.6 Modun - Chương trình vẽ hệ phổ kế Modun có chức kết nối chương trình Fortran với phần mềm vẽ hệ phổ kế MCNP5 Khi lựa chọn modun này, cửa sổ chương trình Vised MCNP5 xuất hiện, việc vẽ phổ tiến hành cửa sổ Đoạn chương trình U Program Vehephoke logical result6 result6 = systemqq('D:\vised') goto 10 Cửa sổ chương trình U Hình 3.35: Cửa sổ chương trình “Vẽ hệ phổ kế” Trong cửa sổ này, người sử dụng mở file input cần vẽ hệ phổ kế chọn Update, sau kết hình 3.36 Hình 3.36: Cửa sổ chương trình “Vẽ hệ phổ kế”- hình ảnh mặt cắt dọc hệ phổ kế Có nhiều chức cho người sử dụng lực chọn để chỉnh sửa hình ảnh theo mong muốn 2.3.7 Modun - Hình ảnh phổ gamma Modun kết nối chương trình MCNP5 với số phổ gamma dựng sẵn Đoạn chương trình U Program Hinhanhphogamma logical result3 result3 = systemqq('D:\Phogamma.xls') goto 10 Khi lựa chọn modun này, người sử dụng nhận file định dạng Excel, file chứa (241Am, P P liệu phổ mô 60 137 54 232 238 P P P P P Co, P Cs, P Mn, P Th, P số nguồn phóng xạ thường gặp U) Đây nguồn điểm đặt dọc detector cách detector P 15cm Các liệu kết thu sau trình tiến hành mô (trên hệ phổ kế Trung tâm hạt nhân TPHCM) xử lý phổ gamma (lập input, chạy MCNP5, xử lý output, tính toán diện tích đỉnh lượng, hiệu suất, vẽ phổ gamma…) Hình sau minh họa phổ gamma mô 60Co P P 2000 1332 keV 1173 keV Số đếm 1600 1200 800 BS DE 400 511 keV SE 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Năng lượng (MeV) Hình 3.37 : Phổ gamma mô 60Co P Nguồn nguồn 60 P 60 P P Co nguồn sử dụng nhiều thực tế, đồng thời lượng gamma P Co gây hầu hết hiệu ứng đại diện cho tương tác xạ gamma với P detector Nguồn đo khoảng cách 15 cm so với bề mặt detector thời gian 14400 giây, số lịch sử hạt 900000000 nhằm loại bỏ thăng giáng thống kê phổ gamma Trong phổ gamma trên, trục hoành biểu thị lượng, đơn vị MeV, trục tung số đếm detector ghi nhận (dưới dạng phân bố độ cao xung) Trên Compton liên tục có đỉnh lượng sau: Đỉnh lượng toàn phần 1173 keV 1332 keV hình thành tương tác mà tia gamma toàn lượng hiệu ứng quang điện hay chuỗi tán xạ Compton kết thúc hiệu ứng quang điện Đỉnh nhỏ vị trí 310 keV đỉnh thoát đôi (DE) đỉnh nhỏ vị trí 830 keV đỉnh thoát đơn (SE) Ở hai đỉnh đỉnh xạ hủy (511 keV) Các đỉnh hình thành trình tạo cặp CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG Từ mục tiêu đặt ban đầu, đạt kết cụ thể sau đây: - Đã kết nối chương trình MCNP5 chương trình Fortran để chạy tự động file input liệt kê, thành công quan trọng bước để thực bước trình dùng ngôn ngữ lập trình Fortran tăng tính hiệu việc sử dụng chương trình MCNP5 Đối với mục tiêu này, đạt yêu cầu đặt ban đầu, chương trình chạy tự động file input nhiều file input ý muốn mà không gặp khó khăn - Đã xử lý thông tin từ file output cách tự động, trích xuất liệu cần thiết cách đầy đủ xác Trong phần này, trích xuất liệu từ file nhiều file theo ý muốn Đối với liệu có từ chương trình thực nghiệm, dùng Fortran để xử lý nhanh chóng file kết thực nghiệm từ Trung tâm Hạt nhân TPHCM từ Phòng thí nghiệm môn Vật lý hạt nhân Đại học Khoa học tự nhiên TPHCM - Đã thiết lập chương trình chuẩn phổ thực nghiệm phổ lý thuyết, từ so sánh độ tin cậy kết có từ chương trình mô MCNP5, số liệu sở để tiến hành vẽ so sánh phổ gamma mô phổ gamma thực nghiệm - Xác định diện tích đỉnh phổ gamma hiệu suất Đây ứng dụng chương trình “AUT-MCNP5” Diện tích đỉnh phổ hiệu suất tính dựa vào lượng đỉnh, bề rộng đỉnh, suất phát nhập vào Chương trình tính hiệu suất hai trường hợp phổ gamma đơn phổ gamma đa với hai đỉnh lượng - Kết nối nhanh với ứng dụng vẽ hình MCNP5 modun vẽ hình hệ phổ kế Đây modun biểu diễn hình ảnh trực quan, giúp người sử dụng chương trình tiện lợi việc mô hình hóa hệ phổ kế bao gồm thiết lập, sửa chữa cập nhật input MCNP5 Chương trình Fortran có nhiệm vụ gọi cửa sổ vẽ hình này, thao tác tiến hành trực tiếp cửa sổ chương trình Vised MCNP5 - Đã xây dựng modun truy xuất số phổ gamma điển hình Phần hình ảnh phổ gamma kết sau phân tích trích xuất liệu từ output KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Chương trình AUT-MCNP5 phát triển đạt số kết định giúp cho người sử dụng MCNP5 lĩnh vực mô phổ gamma giảm bớt thao tác xử lý, tiết kiệm thời gian, nâng cao độ tin cậy kết tính toán Tuy nhiên, thời gian thực luận văn có hạn nên chương trình AUT-MCNP5 số hạn chế: - Các modun có chương trình MCNP5 giải số vấn đề trình mô phổ gamma cách tổng quát Còn nhiều vấn đề khác như: “thiết lập input tự động”, “tính toán phân tích biến đổi hiệu suất theo yếu tố khác nhau”…chúng chưa có điều kiện xử lý - Việc sử dụng modun chương trình AUT-MCNP5 phải tiến hành riêng lẻ modun - Cửa sổ chương trình AUT-MCNP5 cửa sổ DOS, giao diện chưa bắt mắt thuận tiện Do đó, để hoàn thiện chương trình MCNP5 nên tiếp tục bổ sung: - Một số modun nghiên cứu sâu nhằm xử lý vấn đề cách tổng quát Bên cạnh đó, người nghiên cứu tiếp tục xây dựng modun khác, xử lý vấn đề khác - Một hướng khác đặt hoàn thiện chương trình để tạo nên chương trình xử lý liền mạch hoàn chỉnh, với yêu cầu cụ thể với file input ban đầu, chương trình tiến hành tự động tất bước xuất kết mong muốn người sử dụng - Cũng thiết kế giao diện đẹp mắt, dễ sử dụng nâng cấp thành phần mềm ứng dụng nhiều chức dành cho người cần sử dụng MCNP5 nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt U [1] Ngô Quang Huy (2006) Cơ sở vật lý hạt nhân Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2006) Mô phổ gamma phức tạp đo hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe chương trình MCNP Tạp chí phát triển KH & CN, ĐHQG TPHCM, Tập 9, Số 9, Trang 63-70 [3] Ngô Quang Huy, Trần Văn Luyến Nguyễn Văn Mai (1999) Khảo sát phông phóng xạ số đặc trưng môi trường TP Hồ Chí Minh Báo cáo kết nghiên cứu đề tài cấp Bộ năm 1996 – 1998, Trung tâm Hạt nhân TPHCM, Viện NLNT Việt Nam [4] Trần Văn Luyến (2005) Nghiên cứu phông phóng xạ vùng Nam Việt Nam Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia TPHCM [5] Trương Thị Hồng Loan (2010) Áp dụng phương pháp mô Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn HPGe Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TPHCM [6] Võ Văn Hoàng (2004) Mô Vật lý Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [7] Võ Văn Hoàng (2007) Ngôn ngữ lập trình Fortran Nhà xuất Giáo dục [8] Võ Xuân Ân (2008) Nghiên cứu hiệu suất ghi nhận detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) phổ kế gamma phương pháp Monte Carlo thuật toán di truyền Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TPHCM [9] Võ Xuân Ân, Mai Văn Nhơn (2002) Phương pháp Monte Carlo mô tương tác xạ gamma với vật chất Hội nghị Khoa học Trường Đại học Khoa học tự nhiên lần thứ III, ĐHQG TPHCM, Tóm tắt, Trang 99 [8] Tiếng Anh U [10] Canberra Industries, Inc (1995) Ultra Low Background Detector Systems Canberra Industries, Inc., Connecticut [11] Canberra Industries, Inc (2000) Germanium Detectors - User's Manual, 12th P P Edition Canberra Industries, Inc., Connecticut [12] DIGITAL Visual Fortran Language Reference (1998) DIGITAL Visual Fortran Version 6.0 Standard and Professional Editions [13] G Haase, D.Tait, A Wiechen (1995) Determination of full energy peak efficiency for cylindrical volume sources by the use of a point source standard in gamma spectrometry Nucl Instrum and Methods in Phys Res A361, 240-244 [14] J F Briesmeister (2000) MCNP – A General Purpose Monte Carlo N – Particle Transport Code Version 4C2, Los Alamos, LA [15] Knoll G.F (1999) Radiation Detection and Measurement, Third Edition John Wiley & Sons, Inc., New York [16] M.A Ludington, R.G Helmer (2000) High accuracy measurememt and Monte Carlo calculations of the relative efficiency curve of an HPGe detector from 433 to 2754 keV Nucl Instrum and Methods in Phys Res A446, 506-521 [17] R.D.Evans (1955) The Atomic Nuclear [18] 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-UR03-1987 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Ảnh chụp hệ phổ kế gamma phông thấp Trung tâm Hạt nhân TPHCM U U Phụ lục 2: Một input điển hình chương trình MCNP5 U U - Problem - HPGe coaxial detector efficiencies and pulse height distribution 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) imp:p,e=1 -2.6989 (-5 -26 25):(4 -5 -25 16):(-5 -16 15) imp:p,e=1 11 -0.00129((-13 -31 30):(-11 -30 26):(5 -9 -26 19)) -#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 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 - 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 34 15 -2.31 (1 -54 -23 22):(-54 -56 23) imp:p,e=1 $ dien cuc cay ion B 35 17 -5.05 (-55 -24 64):(55 -2 -24 22) imp:p,e=1 $ dien cuc khuech tan Li th22a25 36 18 -1.435 -3 -81 24 imp:p,e=1 $ cua so IR mylar - cs40e 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 - cs40e 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 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 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 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 - 86 87 88 89 - 25 pz 24.55 26 pz 24.7 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 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 64 pz 23.98 $ dien cuc cua so Li - cs36a 76 cz 0.05 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 77 cz 1.27 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40e 78 pz 39.7 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40f 79 pz 39.8 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40f 80 pz 40.34 $ hinh hoc nguon Co (2) - co40f 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 $ Atmosphere m6 29000 -1.0 $ Cu m7 1000 -0.1549 6000 -0.8451 $ Paraffin C9H20 m8 50000 -1.0 $ Sn m9 82000 -1.0 $ Pb m10 26000 -1.0 $ Fe m12 27000 -1.0 $ Co m13 1000 -0.06 6000 -0.721 8000 -0.219 $ Epoxy - cs40e m15 5000 -1.0 $ B m17 32000 -0.9 3000 -0.1 $ Ge Li - th22a24 m18 1000 -0.053 6000 -0.526 8000 -0.421 $ Mylar C10H12O6 - cs40e m20 1000 -0.028 6000 -0.720 7000 -0.077 8000 -0.175 $ Kapton C22H10N2O4 cs40e sdef cel=45 pos=0 0 axs=0 ext=d1 rad=d2 erg=d3 par=2 wgt=10 ft8 geb 0.00071 0.00075 0.46493 si1 h 39.7 39.8 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 - 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 distributions cut:e nps 900000000 ctme 240 [...]... thích hợp để mô phỏng bài toán Phương pháp này được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thống kê, lượng tử, mô phỏng cấu trúc vật liệu và cả trong kinh tế nữa Trên thực tế, nó được sử dụng trong nghiên cứu sự vận chuyển bức xạ, tính toán và thiết kế lò phản ứng … 1.2.2 Chương trình MCNP5 1.2.2.1 Tổng quan về MCNP MCNP (Monte Carlo N-Particle) là chương trình phổ biến để mô phỏng tương tác... được tiến hành trong môi trường nguy hiểm Hơn nữa, các kỹ thuật tính trong các chương trình này cũng nhanh hơn và các máy tính cũng tốt hơn làm cho mô phỏng số trở nên đáng tin cậy Đa số các công trình nghiên cứu trên thế giới tập trung vào các vấn đề về mô phỏng đáp ứng phổ, sử dụng mô phỏng trong việc hỗ trợ tính toán hiệu suất đối với các dạng hình học nguồn và mẫu khác nhau, khảo sát hiệu suất theo... các nhà nghiên cứu, cùng với sự xuất hiện của máy tính thì việc mô phỏng các hiện tượng thí nghiệm trở nên hết sức cần thiết Mô phỏng là việc sử dụng máy tính kết hợp với các quy luật toán học, vật lý, dựa trên phép tính định lượng, tương đối hoá các tham số để giải các bài toán, nghiên cứu kết cấu hay quá trình, thực hiện tính toán hay dựng lên các mô hình của các thí nghiệm • Các loại mô phỏng Để... lại trong một cell N F8 Sự phân bố độ cao xung trong một cell P, E • Output Ngoài các thông tin về kết quả, output file của MCNP5 còn có các bảng chứa các thông tin tóm tắt cần thiết cho người sử dụng để biết rõ thêm về quá trình chạy mô phỏng của MCNP5 Các thông tin này làm sáng tỏ vấn đề vật lí của bài toán và sự thích ứng của mô phỏng Monte Carlo Nếu có xảy ra sai sót trong khi chạy chương trình, MCNP5. .. Để thực hiện một bài toán mô phỏng dù đơn giản hay phức tạp thì đều phải mô hình hóa và lựa chọn phương thức thích hợp để thực hiện trên máy tính Dựa trên nhiều tiêu chuẩn, mô phỏng có thể chia thành nhiều loại Dưới đây là vài loại cơ bản: - Mô phỏng ngẫu nhiên: còn gọi là mô phỏng Monte Carlo, nó áp dụng nguyên tắc gieo các số ngẫu nhiên để mô phỏng các hiện tượng ngẫu nhiên - Mô phỏng tất định: là... nguồn của chương trình (chương trình nguồn, hay lời chương trình) , tức là ngôn ngữ hoá các thuật giải, theo đúng trình tự đã lập và lưu vào một (hoặc một số) file với phần mở rộng là *.f90 (hoặc *.f, *.for, ngầm định đối với Fortran 77) 3) Tiến hành biên dịch chương trình Ở bước này nếu chương trình vẫn còn lỗi cú pháp thì quay lại bước 2 để chỉnh sửa rồi tiếp tục biên dịch lại chương trình Quá trình cứ... tính toán có thể đoán trước được Nếu nó chạy với một dữ liệu vào cụ thể thì các dữ liệu ra không đổi - Mô phỏng liên tục: bằng việc sử dụng các phương trình vi phân và giải tích số, máy tính sẽ giải phương trình một cách tuần hoàn và sử dụng kết quả thu được để thay đổi trạng thái, số liệu xuất ra - Mô phỏng rời rạc: người ta ghi lại một dãy các sự kiện đã được sắp xếp theo thời gian, khi mô phỏng. .. 2.4.0 ra đời - Năm 2003, MCNP5 xuất hiện với các mức năng lượng, chủng loại hạt được mở rộng Đây là phiên bản mới nhất của MCNP 1.2.2.2 Chương trình MCNP5 • Giới thiệu Chương trình MCNP5, cũng giống như các phiên bản khác, sử dụng việc gieo số ngẫu nhiên tuân theo các quy luật phân bố, ghi lại quá trình sống của một hạt khi nó được phát ra từ nguồn Chương trình có nhiều ứng dụng như thiết kế lò phản... detector thành xung điện 2.1 MÔ HÌNH HÓA HỆ PHỔ KẾ GAMMA Để xây dựng một input (bộ số liệu đầu vào của chương trình mô phỏng MCNP5) , trước hết cần mô hình hóa hệ phổ kế gamma Các hệ phổ kế được sử dụng trong các phòng thí nghiệm của các trường đại học và các trung tâm nghiên cứu hiện nay về cơ bản có cấu trúc giống nhau, chỉ khác nhau về thông số từng bộ phận Hệ phổ kế được mô tả trong luận văn này là hệ... gamma mô phỏng [6], do đó chỉ cần mô tả cấu trúc hình học và thành phần vật liệu của buồng chì, detector và nguồn phóng xạ Trong quá trình mô phỏng mode p được sử dụng bởi vì nguyên tố germanium có bậc số nguyên tử Z lớn cho nên sự khác nhau giữa mode p và mode p e là không đáng kể [2] Mặt khác mô hình chi tiết về tương tác của photon với vật chất cũng được áp dụng, trong mô hình này ngoài việc tính toán