Áp dụng phương pháp mô phỏng monte carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG ĐẦU DÒ BÁN DẪN HPGe Chuyên ngành: Vật lý Hạt nhân Mã số: 1.02.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS MAI VĂN NHƠN Thành phố Hồ Chí Minh - 2009 MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Bảng chữ viết tắt ix Danh mục bảng xiii Danh mục hình vẽ .xvii Mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Tình hình nghiên cứu giới nước liên quan đến ứng dụng phương pháp Monte Carlo nghiên cứu đặc trưng hệ phổ kế gamma 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.1.2 Tình hình ứng dụng phương pháp Monte Carlo mô vận chuyển xạ Việt Nam 22 1.1.3 Những vấn đề liên quan đến luận án 24 1.2 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe – đặc trưng lượng, đáp ứng phổ hiệu suất 28 1.2.1 Đầu dò germanium siêu tinh khiết 29 1.2.2 Dạng đáp ứng đầu dò xạ gamma đơn 32 1.2.3 Hiệu suất 37 1.3 Chương trình MCNP 39 1.3.1 Giới thiệu 39 1.3.2 Các đặc trưng phần mềm mô vận chuyển xạ đa MCNP 41 1.4 Kết luận chương 44 Chương Mô hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe chương trình MCNP 45 2.1 Mô tả hệ phổ kế gamma HPGe dùng thực nghiệm mô 45 2.1.1 Đầu dò 46 2.1.2 Buồng chì 47 2.1.3 Nguồn chuẩn 48 2.2 Mô hình hóa hệ phổ kế gamma 51 2.2.1 Đánh giá độ cao xung hiệu suất đầu dò – Tally F8 51 2.2.2 Mô Monte Carlo hệ phổ kế gamma HPGe dùng MCNP 52 2.2.3 Kiểm tra độ tin cậy bước đầu mô hình 55 2.3 Khảo sát hàm đáp ứng hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe chương trình MCNP 58 2.3.1 Giới thiệu 58 2.3.2 Mô hàm đáp ứng đầu dò HPGe nguồn 60Co đặt khoảng cách 10,6 cm so với mặt đầu dò 58 2.3.3 Khảo sát hấp thụ tia đặc trưng lớp thiếc đồng lót mặt buồng chì 63 2.3.4 So sánh phổ mô có buồng chì 65 2.3.5 So sánh phổ mô nguồn 60Co đặt buồng chì khoảng cách gần 2,4 cm khoảng cách xa 10,6 cm 67 2.3.6 Nghiên cứu đáp ứng đầu dò HPGe với gamma lượng thấp 100 keV MCNP5 với kỹ thuật SSW-SSR 68 2.4 Kết luận chương 77 Chương Hiệu chuẩn hiệu suất ghi hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe sử dụng chương trình MCNP 78 3.1 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma nguồn 60Co dạng điểm chương trình MCNP 78 3.1.1 Thuật toán kết hợp phổ mô đỉnh đơn thành phổ mô có trùng phùng 79 3.1.2 Các phương pháp xác định hệ số trùng phùng 80 3.1.3 Mô phổ đỉnh đơn phổ trùng phùng nguồn 60Co 81 3.1.4 ác định hệ số trùng phùng nguồn 60Co 83 3.2 Khảo sát hiệu suất hệ phổ kế gamma HPGe hình học mẫu thể tích MCNP - Đánh giá ảnh hưởng matrix mật độ lên hiệu suất 84 3.2.1 Giới thiệu 85 3.2.2 Hình học mẫu khảo sát 85 3.2.3 Mô đường cong hiệu suất đỉnh theo matrix theo mật độ 85 3.2.4 Áp dụng xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ số mẫu chuẩn IAEA 95 3.3 Kết luận chương 101 Chương Khử miền liên tục phổ gamma sử dụng thuật toán ML-EM chương trình mô MCNP 103 4.1 Giới thiệu 103 4.2 Các phương pháp thực 105 4.2.1 Phương pháp giải cuộn dùng thuật toán ML-EM 105 4.2.2 Mô ma trận đáp ứng chương trình MCNP 107 4.2.3 Nội suy đáp ứng 108 4.2.4 ây dựng chương trình giải cuộn phổ gamma 113 4.3 Khử miền liên tục phổ gamma số nguồn gamma dạng điểm thuật toán ML-EM chương trình MCNP – Đánh giá hiệu việc giải cuộn 114 4.3.1 ây dựng ma trận đáp ứng 114 4.3.2 Giải cuộn phổ đo 115 4.4 Thử nghiệm khử miền liên tục phổ gamma phân tích mẫu môi trường hình học mẫu Marinelli thuật toán ML-EM chương trình MCNP 119 4.4.1 Mẫu môi trường - Mẫu chuẩn – Hình học mẫu 119 4.4.2 Kết thảo luận 120 4.5 Kết luận chương 124 Kết luận chung 126 Kiến nghị hướng nghiên cứu 130 Danh mục công trình 131 Tài liệu tham khảo 134 Phụ lục 146 Phụ lục 1: Các đặc trưng nguồn phóng xạ dạng điểm 146 Phụ lục 2: Thông tin đầu dò HPGe GC2018 148 - ix - BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh ACTL Thư viện kích hoạt từ Livemore BEGe Đầu dò germanium lượng mở Broad Energy Germanium rộng BGO ACTivation Library detector Đầu dò thiết bị triệt Compton Bismuth Germanate Bi4Ge3O12 BS Tán xạ ngược CSSIM Chương trình mô phổ trùng Coincidence Spectra Back Scattering phùng tác giả luận án cộng SIMulation CSS Hệ phổ kế triệt Compton Compton Suppression Spectrometer CYLTRAN Chương trình mô Monte Carlo CYLTRAN nhóm Halbleib Mehlhorn, 1986 DE Đỉnh thoát đôi DETEFF Chương trình mô Monte DETector EFFiciency Double Escape Carlo DETEFF nhóm Cornejo Diaz D Pérez Sánchez,1998; Jurado Vargas, 2002) DET Đầu dò EGS4 Chương trình mô Monte DETector Carlo EGS4 nhóm Nelson 1985, Stanford Linear Accelerator Center ENDF Thư viện số liệu hạt nhân ENDF Evaluated Nuclear Data File -x- ENDL Thư viện số liệu hạt nhân ENDL Evaluated Nuclear Data Library E&Z Hãng sản xuất nguồn phóng xạ FOM Thông số đánh giá độ tin cậy Figure Of Merit Eckert & Ziegler, Co phương pháp Monte Carlo FWHM Độ rộng nửa chiều cao cực đại Full Width at Half Maximum Ge(Li) Đầu dò germanium “khuếch tán lithium” GEANT Chương trình mô Monte Carlo GEANT nhóm R Brun 1986, CERN Data Handling Division, Geneva GEB Mở rộng lượng dạng Gauss Gaussian Energy Broadenning GESPECOR Chương trình mô Monte Germanium SPEctroscopy Carlo GESPECOR nhóm O CORrection Factors Sima D Arnold, 2000 HPGe IAEA High Purity Germanium Cơ quan lượng nguyên tử International Atomic Energy quốc tế IPRES Agency Chương trình nội suy hàm đáp ứng InterPolated RESponse tác giả luận án cộng IRE Viện phóng xạ quốc gia Institut National des Radio Elements, Belgium LEGe LR Đầu dò germanium lượng Low Energy Germanium thấp Detector Phương pháp hồi quy tuyến tính Linear Regularisation - xi - LS curves Phương pháp đường cong thứ ba MCG Chương trình Monte Carlo gamma Monte Carlo Gamma Linear to Squared curves xử lý photon lượng cao MCNG Chương trình Monte-Carlo ghép Monte Carlo Neutron cặp neutron-gamma MCN Gamma Chương trình Monte-Carlo xử lý Monte Carlo Neutron toán vận chuyển neutron MCNP Chương trình Monte-Carlo mô Monte Carlo N Particle vận chuyển hạt N nhóm J.F Briesmeister, Alamos 1997, National Los Laboratory Report, LA-12625-M MEM Phương pháp entropy cực đại ML-EM Phương pháp hội cực đại sử Maximum Likelihood Maximum Entropy Method dụng cực đại hóa kỳ vọng Estimation using Expectation Maximisation NAS Hãng sản xuất nguồn phóng xạ North American Scientific, Inc NEA Cơ quan lượng hạt nhân NJOY Mã định dạng thư viện số liệu Nuclear Energy Agency hạt nhân MCNP NPPs Nhà máy điện hạt nhân Nuclear Power Plants at Cofrentes, Tây Ban Nha Cofrentes, Valencia, Spain PD Đầu dò Primary Detector P/C Tỉ số đỉnh/Compton Peak/Compton P/T Tỉ số đỉnh / toàn phần Peak/Total - xii - PENELOPE Chương trình mô Monte- PENetration and Energy Carlo PENELOPE nhóm LOss of Photon and Salvat, 2003 Electrons PHD Phân bố độ cao xung Pulse Height Distribution QUADOS Tổ chức kiểm tra chất lượng QUality Assurance of công cụ tính toán liều Computation Tools for DOSimetry REGe Đầu dò germanium điện cực ngược Reverse Electrode Coaxial Germanium Detector SD Đầu dò triệt Compton Suppression Detector SE Đỉnh thoát đơn Single Escape SEM Vi phổ quét electron Scanning Electron Microscopy SPECDEC Chương trình giải cuộn phổ gamma SPECtra DEConvolution tác giả luận án SSNTD Đầu dò alpha Solid State Nuclear Track Detector SSR Thẻ đọc nguồn mặt Surface Source Read Card SSW Thẻ viết nguồn mặt Surface Source Write Card TCS Trùng phùng tổng True Coincidence Summing TRIPOLI Chương trình Monte Carlo TRIPOLI nhóm J.C Nimal XtRa Đầu dò germanium dải đo rộng eXtended Range germanium detector - xiii - DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng 2.1 Diễn giải Trang Hoạt độ theo Bq/kg đồng vị phóng xạ có 50 chuẩn IAEA – 375 2.2 Thông tin hoạt độ phóng xạ (Bq/kg) mẫu RGU1, 51 RGTh1, RGK1 2.3 Thông tin mật độ mẫu 51 2.4 Dữ liệu đo phổ nguồn 137Cs 22Na theo khoảng cách 56 2.5 So sánh hiệu suất mô hiệu suất thực nghiệm đối 57 với 137Cs 2.6 So sánh hiệu suất mô thực nghiệm 22 Na 57 ánh giá t lệ iện t ch đ nh tán xạ, đ nh toàn ph n phổ 63 (1274 keV) 2.7 thực nghiệm so với phổ mô nguồn 60Co 2.8 So sánh iện t ch đ nh tán xạ, đ nh toàn ph n phổ mô nguồn 60 64 o uồng ch có hai lớp thi c (Sn) đồng ( u) ánh giá t lệ hấp th trung 2.9 nh tia đ c tr ng ch 65 t lớp thi c 1mm đồng 1, mm 10 ánh giá t lệ tham gia đ nh phổ nguồn 2.10 60 Co 66 có uồng ch với khoảng cách nguồn - đ u ò 10,6cm 11 ánh giá t lệ tham gia đ nh phổ mô nguồn 2.11 60 12 2.12 68 o hai khoảng cách 2,4cm 10,6cm ánh giá hiệu suất đ nh, hiệu suất toàn ph n t số P/T phổ mô nguồn 241 73 Am với tr ờng hợp khác 13 2.13 ánh giá sai iệt % t số P/T phổ mô nguồn 73 - 134 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Nguyên Phương, Nguyễn Võ Hoài Thơ, Trương thị Hồng Loan (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma”, Hội nghị khoa học lần thứ 6, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, trang 53 [2] Hồ Hữu Thắng, Nguyễn Xuân Hải, Trần Tuấn Anh, Nguyễn Kiên Cường (2007), “Ứng dụng MCNP4C2 xác định cấu hình che chắn tối ưu cho hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng”, Báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VII, Đà Nẵng, trang 55 [3] Mai Văn Nhơn, Lê Văn Ngọc, Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương (2009), “Bước đầu nghiên cứu phổ gốc hệ phổ kế gamma thuật toán ML-EM mô MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học &Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, chuẩn bị in [4] Mai Văn Nhơn, Trương thị Hồng Loan, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương (2008), “Nghiên cứu ảnh hưởng tán xạ nhiều lần từ vật liệu xung quanh đầu dò lên phổ lượng gamma đầu dò HPGe chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học &Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tập 11, số 10, trang 66-76 [5] Mai Văn Nhơn, Trương thị Hồng Loan, Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương, Lê Văn Ngọc, Trần văn Hùng (2009), “Nghiên cứu hàm đáp ứng đầu dò HPGe với gamma lượng thấp 100 keV chương trình MCNP5 với kỹ thuật SSW-SSR”, Báo cáo oral Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, Nha Trang, trang 10 [6] Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2005), “Nghiên cứu tăng bề dày lớp germanium bất hoạt detector bán dẫn siêu tinh khiết chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tập 8, số 12, trang 35-43 - 135 - [7] 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 Khoa học & Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tập 9, số 9, trang 63-70 [8] Trần Khắc Ân, Cao Văn Chung, Trần Văn Hùng (2007), “Sử dụng code MCNP4C xác định vị trí liều cực tiểu thùng hàng tỷ trọng hàng chiếu khác phục vụ công tác vận hành máy chiếu xạ STSV-Co60/B trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ xạ”, Báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VII, Đà Nẵng, trang 39 [9] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Khảo sát ảnh hưởng việc trừ phông có che chắn mẫu hệ phổ kế gamma HPGe”, Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh, trang 54 [10] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Làm khớp miền liên tục phổ gamma kỹ thuật B-Spline”, Báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh, trang 54 [11] Trương thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh Trần Thiện Thanh (2007), “Mô Monte Carlo đường cong hiệu suất đỉnh đầu dò HPGe hệ phổ kế gamma môi trường sử dụng chương trình MCNP4C2”, Tạp chí phát triển Khoa học &Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, tập 10, số 5, trang 33-40 [12] Trương Thị Hồng Loan, Phan Quý Trúc, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh, Trần Đăng Hoàng (2008), “Nghiên cứu phổ gamma tán xạ ngược đầu dò HPGe phương pháp Monte Carlo”, Tạp chí phát triển Khoa học &Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, tập 11, số 6, trang 61-66 [13] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Mô hàm đáp ứng cho hệ phổ kế gamma phương pháp Monte Carlo kết - 136 - hợp với kỹ thuật nội suy”, Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh, trang 54 [14] Trương Thị Hồng Loan, Trần Ái Khanh, Đặng Nguyên Phương, Đỗ Phạm Hữu Phong (2008), “Chuẩn hiệu suất đầu dò HPGe với hình học mẫu lớn phương pháp Monte Carlo”, Báo cáo tổng kết kết đề tài KHCN cấp ĐHQG, Mã số B2007-18-08, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh [15] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai Văn Nhơn, Lê Văn Ngọc (2009), “Giải cuộn phổ gamma hệ đầu dò HPGe số nguồn dạng điểm”, Báo cáo oral Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, Nha Trang, trang 12 [16] Trương thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn, Đặng Nguyên Phương, Nguyễn thị Hoàng Oanh (2009), “Nâng cao khả phát phép đo hoạt độ thấp hệ phổ kế gamma phương pháp giải cuộn”, Báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, Nha Trang, trang 14 Tiếng Anh [17] An Eckert & Ziegler, Co (2003), “Reference & Calibration Sources, Isotope Products Laboratories”, An Eckert & Ziegler, Co., Valencia, CA 91355, USA [18] Arcos José M Los (1996), “Gamma – ray spectra deconvolution by maximum – entropy methods ”, Nucl Instr and Meth A369, 634-636 [19] Avneet Sood and Robin P Gardner (2004), “A New Monte Carlo Assised Approach to Detector Response Functions”, Nucl Instr and Meth B213 100104 [20] Boshkova T., Minev L (2001), “Corrections for self attenuation in gamma ray spectrometry of bulk samples”, Appl Radiat Isot., 54, 777-783 [21] Briesmeister J.F., Ed (2001), “MCNP4C2- Monte Carlo N-particle Transport Code System”, Los Alamos National Laboratory, LA-13709-M [22] Bui Thanh Lan, Lê Hong Khiem, Chu Đinh Thuy, Nguyen Quang Hung (2002), “Inversion of the Monte Carlo simulation for determination of - 137 - absorbtion and scattering properties”, Communication in Physics, Vol 12, No 2, p 124-128 [23] Canberra Industries, Inc (2004), “Genie 2000 version 3.0- Customization Tools Manual”, Canberra Industries, Inc., USA [24] Canberra Industries, Inc (2004), “Germanium Detectors – User’s Manual”, Canberra Industries, Inc., USA [25] Debertin K and Helmer R.G (1988), “Gamma And X-Ray Spectrometry With Semiconductor Detector”, Amsterdam, North-Holland [26] Décombaz M, Gostely J.-J and Laedemann J.-P (1992), “Coincidence – summing corrections for extended sources in gamma ray spectrometry using Monte Carlo simulation”, Nucl Instr and Meth A312, 152-159 [27] Dias Mauro S., Takeda Mauro N., Koskinas Marina F (2006), “Application of Monte Carlo simulation to the prediction of extrapolation curves in the coincidence technique”, Appl Radiat Isot., 64, 1186-1192 [28] Dryak Pavel and Kovar Petr (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 25cm”, Appl Radiat Isot., 64, 1346-1349 [29] ENEA, European Commission, Quados (2003), “Intercomparison on the usage of computational codes in radiation dosimetry”, Bologna-Italy International Workshop Proceedings July 14-16, p 289-320 [30] Gardner R.P and Doster J.M (1982), “Treatment of the Si(Li) detector response as a probability density function”, Nucl Instr and Meth., 198 381390 [31] Gelsema Sjoerd J (2001), “Advanced -ray spectrometry dealing with coincidence and attenuation effects”, Delft University Press, The Netherlands [32] George Kontaxakis, Ludwig G Strauss (1998), “Maximum Likelihood Algorithms for Image Reconstruction in Positron Emission Tomography”, Mediterra Publishers, Athens, p.73-106 - 138 - [33] Golovkin I.E., Mancini R.C., Louis S.J., Lee R.W., Klein L (2002), “Analysis of X-ray spectral data with genetic algorithms”, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, Vol 75, No 5, 625-636 [34] Goton Hiroshi (1973), “Calculation of the self absorption of gamma rays in a disc shaped source”, Nucl Instrum Meth., 107 199 [35] Graham J McCallum and Graeme E.Coote (1975), “Influence Of Source – Detector Distance On Relative Intensity and Angular Correlation Measurements With Ge(Li) Spectrometers”, Nucl Instr and Meth., A130 189-197 [36] Hasse G., Tail D and Wiechen A (1993), “Monte Carlo simulation of several gamma – emitting source and detector arrangements for determining corrections of self attenuation and coincidence summation in gamma spectrometry”, Nucl Instr and Meth., A329 483-492 [37] Hardy J.C., Iacob V.E., Vega M.Sanchez, Effinger R.T., Lipnik P., Mayes V.E., Willis D.K., Helmer R.G (2002), “Precise efficiency calibration of an HPGe detector: source measurements and Monte Carlo calculations with subpercent precision”, Appl Radiat Isot., 56 65-69 [38] He T., Gardner R.P and Verghese K (1990), “An improved Si(Li) detector response function”, Nucl Instr and Meth , A299 354-366 [39] Helmer R.G and Gehrke R.J (1997), “Calculation of coincidence summing correction for a specific small soil sample geometry”, Radioact Radiochem., vol 8, No 1, 18-29 [40] Hoang Hoa Mai, Le Van Ngoc, Nguyen Dinh Duong (2007), “Investigation of gamma dose field of irradiation facility at Hanoi irradiation center using MCNP code and Monte Carlo Method”, 7th National Conference on Nuclear Science and Technology at Da Nang, VAEC, p.63 [41] Hoover A.S (2007), “Characterization of the virtual point detector effect for coaxial HPGe detectors using Monte Carlo simulation”, Nucl Instr and Meth., A572 839-843 - 139 - [42] Hu-Xia Shi, Bo-Xian Chen, Ti-Zhu Li, Di Yun (2002), “Precise Monte Carlo simulation of gamma ray response functions for an NaI(Tl) detector”, Appl Radiat Isot., 57 517-524 [43] Huy N.Q., Binh D.Q., An V.X (2007), “Study on the increase of inactive germanium layer in a high purity germanium detector after a long time operation applying MCNP code”, Nucl Instr and Meth., A573 384-388 [44] IAEA (2002), “IAEA Analytical Quality Control Services Reference Materials Catalogue 2002-2003”, IAEA, 2.1 Biological 25-36, A-1400 Vienna Austria    [45] Jandel M., Morhá c M., Kliman J., Krupa L , Matou s ek V., Hamilton J.H., Ramayya A.V (2004), “Decompostion of continuum  -ray spectra using synthesized response matrix”, Nucl Instr and Meth., A 516 172-183 [46] Jutier C., Le Petit G (2006), “Activity measurement of a 176 Lu sample using coincidence peaks and Monte Carlo simulations”, Appl Radiat Isot., 64, 12921296 [47] Kafala S.I (1995), “Simple method for true coincidence summing correction”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol 191, No 1, 105-114 [48] Kai Seigbahn (1965), “Alpha, Beta- and Gamma-ray Spectroscopy, Vol II”, Amsterdam, North-Holland [49] Knoll G.F (1999), “Radiation Detection and Measurement, Third Edition”, John Wiley & Sons, Inc., New York [50] Korun M and Martin cic R (1993), Coincidence summing in gamma and Xray spectrometry”, Nucl Instr and Meth., A325 478-484 [51] Korun M., Likar A., Vidmar T (1997), “Monte Carlo calculation of the spatial depenence of the coaxial HPGe detector efficiency for point sources”, Nucl Instr and Meth A390, 203-208 [52] Kozma P (1991), “Application of a simple Monte Carlo model to determine efficiencies of BaF2 and Ge(Li) detectors”, Czechoslovak Journal of Physics, Vol.41, No.6, p 530-535 - 140 - [53] Laborie J.M., Le Petit G., Abt D., Girard M (2000), “Monte Carlo calculation of the efficiency calibration curve and coincidence summing corrections in low level gamma ray spectrometry using well type HPGe detectors”, Appl Radiat Isot., 53 57-62 [54] Le Hong Khiem, Nguyen Tuan Khai (2001), “Monte Carlo simulation for reproducing image of an object using Compton back scattering effect”, Proceedings of 15th World Conference on Non –Destructive Testing, October 2000 in Rome, p 15-21 [55] Le Hong Khiem, Nguyen Van Do, Pham Duc Khue (1995), “The calibration method for large sample in radiation measurements”, International J Radiational Nucl Chem., Lett 200/4, p.299 [56] Le Van Ngoc (2005), “Study on determination of the detector’s registering characteristics by MCNP4C2”, Internal Report, CD/05/04-13, VAEC [57] Le Van Ngoc, Nguyen thi Thanh Huyen and Nguyen Hao Quang (2007), “Study on Monte Carlo calculation of peak efficiencies of the superpure HPGe detector (GMX) in environmental gamma spectrometry with using MCNP4C2”, VNU Journal of Science, Hanoi, Vol 23, No.2, 99-104 [58] Ludington M.A and Helmer R.G (2000), “High accuracy measurements and Monte Carlo calculations of the relative efficiency curve of an HPGe detector from 433 to 2754 keV”, Nucl Instr and Meth A446 506-521 [59] Martin Schlager (2007), “Precise modelling of coaxial germanium detectors in preparation for a mathematical calibration”, Nucl Instr and Meth., A580 137140 [60] Meng L.J and Ramsden D (2000), “An Inter-comarision of Three Spectral – Deconvolution Algorithms for Gamma ray Spectroscopy”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol.47, No.4, 1329-1336 [61] Mertens C., De Lellis C., Van Put P., Tondeur F (2007), “MCNP simulation and spectrum unfolding for an NaI monitor of radioactivity in aquatic system” , Nucl Instr and Meth., A580 118-122 - 141 - no (1996), “An evaluation of the [62] Miguel Roteta and Eduardo García Tora~ influence of    angular correlation on the coincidence summing corrections in  -ray spectrometry ”, Nucl Instr and Meth A369 665-670    [63] Morhá c M., Matou s ek V., Kliman J., Krupa L , Jandel M (2003), “Analysis of coincidence  -ray spectra using advanced background elimination, unfolding and fitting algorithms”, Nucl Instr and Meth., A 502 784-786 [64] Nachab A., Nourreddine A., Benjelloun M., Kihel S., Oster D., Pape A (2004), “Uranium analysis of sediments by  -ray spectrometry with corrections for self-absorption”, Nucl Instr and Meth., B 215 228-234 [65] Namito Y., Ban S and Hirayama H (1994), “Implementation of the Doppler broadening of a Compton-scattered photon into the EGS4 code”, Nucl Instr and Meth., A349 489–494 [66] Namito Y., Ban S and Hirayama H (1993), “Implementation of LinearlyPolarized Photon Scattering into the EGS4 Code”, Nucl Instr and Meth., A332 277–283 [67] Nguyen thi Bich Loan, Nguyen Đong Son, Tran Cuong (2008), “Calculation of dose distribution in a water phantom for 6MV photon beam from the linear accelerator in Choray hospital using Monte Carlo code BEAMnrc and DODXYnrx”, 6th South –East Asian Congress of Medical Physics, 8th Asia – Oceania Congress of Medical Physics., Choray Hospital, Ho Chi Minh city [68] Ronald M.W Overwater, Peter Bode and Jeroen J.M de Goeij (1993), “Gamma ray spectroscopy of voluminous sources – Corrections for source geometry and self – attenuation”, Nucl Instr and Meth A324 209-218 [69] Peterman B.F (1972), “Monte Carlo calculation of the self-absorption of gamma rays in the disc shaped source”, Nucl Instrum Meth 101, 611-612 [70] Rieppo R (1976), “Monte Carlo Calculation of the Self Absorption of gamma rays in a Volume Shaped Source Connecting a Face – Type and a Well – Type NaI- Detector” , International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 27, p 605-607 - 142 - [71] Ródenas J., Gallardo S., Ortiz J (2007), “Comparison of laboratory spectrum of Eu-152 with results of simulation using the MCNP code”, Nucl Instr and Meth., A580 303-305 [72] Ródenas J., Martinavarro A and Rius V (2000), “Validation of the MCNP code for the simulation of GE-detector calibration”, Nucl Instr and Meth A450 88-97 [73] Roet D., Ceballos C., Espen P Van (2006), “Comparison between MCNP and PENELOPE for the simulation of X-ray spectra in electron microscopy in the keV range”, Nucl Instr and Meth., B251 317-325 [74] RoosBroeck J.V (2002), “Systematic Nuclear – Structure Study of Even – Mass Zn and Cu Isotopes Between N = 40 and 50”, Thesis Doctor, Katholieke Universiteit Leuven [75] Salgado C.M., Conti C.C., Becker P.H.H (2006), “Determination of HPGe detector response using MCNP5 for 20-150 keV X-rays”, Appl Radiat Isot., 64 700-705 [76] Sánchez F., Navarro E., Ferrero J.L., Moreno A and Roldán C., Baeza A and Paniagua J (1991), “A Monte Carlo based method of including gamma self absorption for the analysis of environmental samples”, Nucl Instr and Meth B61 535-540 [77] Scates W., Hartwell J.K., Aryaeinejad R., McIlwain M.E (2006), “Optimization studies of a Compton suppression spectrometer using experimentally validated Monte Carlo simulations”, Nucl Instr and Meth., A556 498-504 [78] Sima O and Dovlete C (1997), “Matrix Effects in the Activity Measurement of Environmental Samples – Implementation of Specific Corrections in a Gamma ray Spectrometry Analysis Program”, Appl Radiat Isot., Vol 48, No 1, p 59-69 - 143 - [79] Sima O and Arnold D (2000), “Accurate computation of coincidence summing corrections in low level gamma ray spectrometry”, Appl Radiat Isot., 53 51-56 [80] Sima O and Arnold D (2002), “Transfer of the efficiency calibration of Germanium gamma ray detectors using the GESPECOR sofware”, Appl Radiat Isot., 56 71-75 [81] Sukosd C., Galster W et al (1955), “Spectrum unfolding in high energy gamma ray detection with scintillation detectors”, Nucl Instr and Meth A5 552-558 [82] Talavera M García, Neder H., Daza M.J., Quintana B (2000), “Towards a proper modeling of detector and source characteristics in Monte Carlo simulations”, Appl Radiat Isot., 52 , 777-783 [83] Thomas.M.Semkow, Ghazala Methmood, Pravin P Parekh and Mark Virgil (1990), “Coincidence summing in gamma-ray spectroscopy”, Nucl Instr and Meth., A20 437-444 [84] Truong Thi Hong Loan, Dang Nguyen Phuong, Tran Ai Khanh, Tran Thien Thanh and Mai Van Nhon (2007), “Monte – Carlo simulation of HPGe detector response function with using MCNP code”, Communication in Physics, Vol 17, No 1, p 59 – 64 [85] Truong thi Hong Loan, Mai Van Nhon, Le Van Ngoc, Tran Ai Khanh, Tran Thien Thanh and Dang Nguyen Phuong (2007), “Study on the peak efficiency curve of HPGe detector with Marinelli beakers by Monte Carlo method”, The 7th National Conference on Nuclear Science and Technology, Da Nang, p 50 [86] Truong Thi Hong Loan, Tran Thien Thanh, Mai Van Nhon, Le Van Ngoc, Dang Nguyen Phuong, Tran Ai Khanh (2007), “Gamma spectrum simulation and coincidence summing factor calculation for point sources with using MCNP code”, Communication in Physics, Vol 17, No 2, p 110-116 [87] Truong thi Hong Loan, Dang Nguyen Phuong, Do Pham Huu Phong, Tran Ai Khanh (2009), “Investigating the effect of matrices and density on the - 144 - efficiency of the HPGe gamma spectroscopy using MCNP code”, Communication in Physics, Vol 19, No 1, p 45-52 [88] Vargas M Jurado, Guerra A.L (2006), “Application of PENELOPE code to the efficiency calibration of coaxial germanium detectors”, Appl Radiat Isot., 64 1319-1322 [89] Vargas M Jurado, Timón A Fernández, Diaz N Cornejo Sánchez D Pérez (2002), “Monte Carlo simulation of the self – absorption corrections for natural samples in gamma ray spectrometry ”, Appl Radiat Isot., 57 893-898 [90] Venkataraman R., Croft S., Russ W R (2004), “Calculation of peak –to- total ratios for high purity germnium detectors using Monte Carlo modeling”, J Radioanal Nucl Chem., Vol 264, No.1, 183-191  [91] Vidmar T., Korun M., Likar A., Martincic R (2001), “A semi-empirical model of the efficiency curve for extended sources in gamma-ray spectrometry”, Nucl Instr and Meth A470 533-547 [92] Vidmar Tim (2005), “EFFTRAN – A Monte Carlo efficiency transfer code for gamma ray spectrometry”, Nucl Instr and Meth., A 550 603-608 [93] Vlastou R., Ntziou I.Th., Kokkoris M., Papadopoulos C.T., Tsabaris C (2006), “Monte Carlo simulation of  -ray spectra from natural radionuclides recorded by a NaI detector in the marine environment”, Appl Radiat Isot., 64 116-123 [94] X-5 Monte Carlo Team (2005), “MCNP5 - Monte Carlo N-Particle Transport Code System”, Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987 [95] Yoo G.H., Chunand K.J., Ha S.H (2001), “Measurement of Gamma ray spectra with HPGe detector and Unfolding of the Spectra with EGS4 code Using Monte Carlo Simulations”, Department of Electrical Engineering, Daebul University, Chonnam, Korea [96] Zhonglu Wang, Bernd Kahn and John D Valentine (2002), “Efficiency Calculation and Coincidence Summing Correction For Detector By Monte Carlo Simulation”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol 49, No p 1925-1931 - 145 - [97] http://www.canberra.com [98] http://www-naweb.iaea.org/naml/AQCS.asp - 146 - PHỤ LỤC Phụ lục Các đặc trưng nguồn phóng xạ dạng điểm Tên Năng lượng nguồn (keV) Hiệu suất phát (%) Hoạt độ Nơi Ngày sản (kBq) sx xuất 1925,28±0,27 40,81±3,68% NAS 01/10/2001 T1/2 (ngày) 60 Co 1173,228±0,003 0,9985±0,0003 60 Co 1332,492±0,004 0,999826±0,000006 Cs 661,657±0,003 0,8499±0,0020 (1,099±0,004)E4 38,21±3,12% NAS 22 Na 1274,537±0,003 0,9994±0,00014 950,57±0,23 36,55±3,19% NAS 60 Co 1173,228±0,003 0,9985±0,0003 1925,28±0,27 37,89 E&Z, 60 Co 1332,492±0,004 0,999826±0,000006 121,7817±0,0003 0,2841±0,0013 244,6974±0,0008 0,0755±0,0004 344,2785±0,0012 0,2658±0,0012 411,1165±0,0012 0,02237±0,00010 443,965±0,003 0,03125±0,00014 778,9045±0,0024 0,1296±0,0006 867,38±0,003 0,04241±0,00023 964,072±0,018 0,1462±0,0006 1085,837±0,010 0,1013±0,0006 1089,737±0,005 0,01731±0,00010 137 01/10/2001 01/10/2001 15/01/2005 USA 152 152 152 152 152 152 152 152 152 152 Eu Eu Eu Eu Eu Eu Eu Eu Eu Eu 4941±7 407,6E3±2% 04/01/1982 - 147 - 152 152 152 152 Eu Eu Eu Eu 1112,076±0,003 0,134±0,0006 1212,948±0,011 0,01415±0,00009 1299,142±0,008 0,01632±0,00009 1408,013±0,003 0,2085±0,0009 - 148 - Phụ lục Thông tin đầu dò HPGe GC2018 Hình PL.2 Mặt cắt dọc đầu dò HPGe GC2018 thông tin kích thước, vật liệu cung cấp nhà sản xuất Canberra Industries, Inc [...]... TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO TRONG NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA Cùng với sự phát triển của các máy tính điện tử, các phương pháp MonteCarlo ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khoa học và công nghệ hạt nhân Các phương pháp Monte Carlo rất khác với các phương pháp vận chuyển tất định Các phương pháp tất định giải phương trình vận chuyển đối với... Marinelli Đầu dò được đặt trong buồng chì được thiết kế bởi hãng Canberra cho hệ đo tương ứng Phương pháp nghiên cứu của đề tài luận án là sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo với chương trình MCNP để nghiên cứu thử nghiệm các vấn đề liên - 4 - quan đến việc ứng dụng hiệu quả hệ phổ kế gamma HPGe Hiệu lực của mô hình được kiểm tra liên tục bởi thực nghiệm tương ứng Từ đó khai thác khả năng mô hình... của phổ, tỷ số P/C, tỷ số - 2 - P/T; nghiên cứu các phương pháp xử lý phổ tinh tế để đạt được độ chính xác ngày càng cao, đặc biệt trong phân tích hoạt độ thấp… Có nhiều phương pháp để tiếp cận và giải quyết các vấn đề này như: thực nghiệm, giải tích, bán thực nghiệm và mô phỏng Các thuật toán được sử dụng để xử lý phổ như phương pháp truyền thống làm khớp bình phương tối thiểu phi tuyến (phương pháp. .. này được sử dụng trong việc chuẩn hiệu suất đầu dò HPGe để giảm số nguồn chuẩn Đó là việc kết hợp các phổ mô phỏng đỉnh đơn thành phổ mô phỏng có trùng phùng, xây dựng đường cong hiệu suất dựa vào phổ mô phỏng, từ đó tính toán hệ số trùng phùng đối với hai tia gamma của nguồn 60Co  Năm 2003, Morhá c và cộng sự [63] đã phân tích phổ trùng phùng gamma bằng cách sử dụng phương pháp triệt phông cao cấp,... mẫu thể tích - 8 - Một ứng dụng khác của việc mô phỏng áp ứng phổ được sử dụng bởi tác giả là xây dựng ma trận áp ứng bằng mô phỏng cho bài toán khử miền liên tục phổ gamma thực hiện trong luận án này Dưới đây liệt kê vắn tắt một số công trình trên thế giới cũng như tại Việt Nam liên quan đến vấn đề áp dụng phương pháp Monte Carlo trong nghiên cứu ứng dụng hệ phổ kế gamma và những vấn đề liên quan... xác cao trong bài toán vận chuyển bức xạ của MCNP để nghiên cứu sâu hơn trong vấn đề đánh giá và xử lý phổ gamma Nội dung của Luận án bao gồm bốn chương: Chương 1 là phần tổng quan, trình bày tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam liên quan đến áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo trong nghiên cứu đặc trưng của hệ phổ kế gamma môi trường có hoạt độ thấp sử dụng đầu dò HPGe; giới thiệu về hệ. .. cuộn phổ đo Mục tiêu của luận án này là nghiên cứu ứng dụng hiệu quả hệ phổ kế gamma trong phân tích hoạt độ thấp của mẫu môi trường Để hỗ trợ việc nghiên cứu một cách nhanh chóng tiện lợi, các thử nghiệm mô phỏng Monte Carlo với chương trình MCNP được áp dụng Nó bao gồm các phần chính như sau: Thứ nhất, để sử dụng hệ phổ kế gamma trong phân tích hoạt độ thấp cần hiệu chuẩn hiệu suất của đầu dò theo... phép triển khai mô hình Monte Carlo đối với hình học và mật độ mẫu bất kỳ trong phạm vi đã khảo sát Năm 1992, nhóm tác giả Décombaz, Gostely và Laedermann [26] đã đề nghị một cách mới để hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng tổng trong hệ phổ kế gamma với nguồn thể tích bằng mô phỏng Monte Carlo Ở đây nhóm tác giả sử dụng GEANT để mô phỏng phổ gamma của hệ phổ kế Ge loại p, xây dựng công thức mô tả giản đồ... trình mô phỏng tổng quát như MCNP, EGS4, hay chương trình mô phỏng chuyên dụng MARTHA, và phương pháp Berger – Seltzer cho thấy áp ứng từ PETRANS phù hợp tốt hơn với phổ thực nghiệm, đặc biệt ở vùng năng lượng thấp và cạnh Compton Zhonglu Wang và cộng sự [96] đã đưa ra một phương pháp xác định hệ số hiệu chỉnh trùng phùng tổng của đầu dò HPGe bằng mô phỏng sử dụng chương trình MCNP Kỹ thuật này được sử. .. trong luận án 2 1.2 Các đặc trưng về năng lượng của các loại đầu dò Ge khác 31 nhau 3 1.3 Mặt cắt ngang đầu dò Ge đồng trục 32 4 1.4 Sơ đồ những bức xạ từ vật liệu che chắn vào đầu dò 36 5 1.5 Dạng áp ứng của đầu dò HPGe đối với nguồn 60Co 37 6 2.1 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe 2018 46 7 2.2 Cấu trúc đầu dò GC2018 ( kích thước theo mm) 47 8 2.3 Mặt cắt dọc hệ đầu dò - buồng chì (kích thước theo cm) 48 ... dụng hiệu hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe phép đo hoạt độ thấp phương pháp mô Monte Carlo sử dụng chương trình MCNP Có năm vấn đề thực luận án này: (1) Sử dụng chương trình MCNP để mô hệ phổ kế gamma. .. CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA Cùng với phát triển máy tính điện tử, phương pháp MonteCarlo ngày áp dụng rộng rãi nghiên cứu khoa học công nghệ hạt nhân Các phương pháp Monte Carlo khác với phương pháp vận... đưa phương pháp xác định hệ số hiệu chỉnh trùng phùng tổng đầu dò HPGe mô sử dụng chương trình MCNP Kỹ thuật sử dụng việc chuẩn hiệu suất đầu dò HPGe để giảm số nguồn chuẩn Đó việc kết hợp phổ mô