Khảo sát khuyết tật bên trong khối bê tông bằng phương pháp gamma tán xạ ngược

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN   - THẠCH TRUNG KHẢO SÁT KHUYẾT TẬT BÊN TRONG KHỐI BÊ TÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN   - THẠCH TRUNG KHẢO SÁT KHUYẾT TẬT BÊN TRONG KHỐI BÊ TÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THIỆN THANH TP Hồ Chí Minh – 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tác giả nhận nhiều góp ý chân thành, quý báu giúp đỡ nhiệt tình từ phía thầy cô, bạn bè gia đình Để đáp lại tình cảm quý báu đó, tác giả xin bày tỏ lòng tri ân xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: - TS Trần Thiện Thanh – người thầy đầy nhiệt huyết truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm phương pháp làm việc mang tính khoa học Thầy đưa lời khuyên, ý kiến có tính chất định hướng tận tình dẫn cho tác giả điều thiếu sót Từ đó, giúp tác giả có nhìn toàn diện xác vấn đề nghiên cứu - Quý Thầy Cô hội đồng khoa học dành thời gian quý báu để đọc cho ý kiến đánh giá giúp luận văn hoàn thiện hơn, giúp tác giả có thêm nhiều kinh nghiệm trình học tập nghiên cứu sau - Quý Thầy Cô môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG – TP.HCM giảng dạy suốt trình tác giả theo học chương trình cao học trường Những kiến thức mà Thầy Cô truyền đạt tảng vững để tác giả giải vấn đề luận văn công việc - Bộ môn Vật lý Hạt nhân phòng Kỹ thuật hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG – TP.HCM đáp ứng điều kiện sở vật chất trang thiết bị cần thiết - Anh Huỳnh Đình Chương, anh Võ Hoàng Nguyên bạn lớp cao học khóa K23 hỗ trợ để luận văn sớm hoàn thành - Cha mẹ thành viên gia đình động viên tạo điều kiện tốt để giúp thực luận văn Tp Hồ chí Minh, ngày 25 tháng năm 2015 Học viên Thạch Trung MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt Danh mục biểu bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Tình hình nghiên cứu phương pháp gamma tán xạ ngược 10 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 10 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.2 Lý thuyết tán xạ ngược gamma 14 1.2.1 Một số vấn đề 14 1.2.1.1 Tán xạ Rayleigh tán xạ Compton 14 1.2.1.2 Tán xạ lần tán xạ nhiều lần 15 1.2.2 Sự phân bố lượng chùm tia gamma tán xạ 15 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chùm tia gamma tán xạ ngược 16 1.2.4 Phương pháp khảo sát lỗ rỗng 17 1.3 Phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP 20 1.3.1 Phương pháp Monte Carlo 20 1.3.2 Chương trình MCNP 21 1.3.2.1 Giới thiệu 21 1.3.2.2 Cấu trúc chương trình MCNP 22 1.3.2.3 Đánh giá phân bố độ cao xung F8 23 1.3.2.4 Sai số đánh giá sai số chương trình MCNP 25 1.4 Nhận xét chương 27 Chương 2: HỆ ĐO GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC 28 2.1 Hệ đo thực nghiệm tán xạ ngược 28 2.1.1 Khối nguồn 28 2.1.2 Khối đầu dò 31 2.1.2.1 Đầu dò NaI(Tl) 31 2.1.2.2 Hệ điện tử ghi nhận xạ 32 2.1.3 Bia tán xạ 33 2.2 Bố trí thí nghiệm gamma tán xạ ngược 34 2.2.1 Bố trí hệ đo 34 2.2.2 Bố trí thí nghiệm 34 2.2.2.1 Nghiên cứu thay đổi mật độ bia tán xạ 34 2.2.2.2 Nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 35 2.2.2.3 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước 36 2.2.2.4 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu 37 2.3 Mô hệ đo gamma tán xạ ngược 38 2.4 Nhận xét chương 39 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Xác định cường độ tán xạ lần 40 3.1.1 Trừ phông 40 3.1.2 Tách đỉnh tán xạ lần 41 3.2 Kết thực nghiệm 42 3.2.1 Nghiên cứu thay đổi mật độ bia 42 3.2.2 Nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 43 3.2.3 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước 44 3.2.4 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu 45 3.3 Kết mô 46 3.3.1 Nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 46 3.3.2 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước 47 3.3.3 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu 48 3.4 So sánh kết thực nghiệm mô 49 3.4.1 Nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 49 3.4.2 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước 52 3.4.3 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu 54 3.3 Nhận xét chương 55 Kết luận kiến nghị 56 Danh mục công trình 58 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 62 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt FWHM Full Width at Half Maximum Bề rộng nửa giá trị cực đại HPGe High Purity Germanium Germanium siêu tinh khiết MCNP Monte Carlo N Particles Chương trình mô MCNP NDT Non Destructive Testing Kiểm tra không phá hủy mẫu NJOY Mã định dạng số liệu hạt nhân MCNP TN Thực nghiệm MP Mô PMT PhotoMultiplier Tube Ống nhân quang điện SIMPHO Simulation of photons Chương trình mô Monte Carlo cho photon DANH MỤC CÁC BẢNG STT Chỉ số bảng 1.1 Các đánh giá sai số tương đối R MCNP 26 3.1 42 3.2 Kết khảo sát thay đổi mật độ bia Kết thực nghiệm nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 3.3 Kết thực nghiệm nghiên cứu kích thước lỗ rỗng bia 45 3.4 Kết thực nghiệm nghiên cứu độ sâu lỗ rỗng bia 46 3.5 Kết mô nghiên cứu phân bố lỗ rỗng bia 47 3.6 Kết mô nghiên cứu kích thước lỗ rỗng bia 48 3.7 Kết mô nghiên cứu độ sâu lỗ rỗng bia 49 3.8 So sánh vị trí lỗ rỗng thực nghiệm, mô thực tế 51 10 3.9 11 3.10 Nội dung So sánh đặc điểm khuyết tật nghiên cứu kích thước lỗ rỗng So sánh đặc điểm khuyết tật nghiên cứu độ sâu khuyết tật Trang 44 53 55 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Chỉ số hình 1.1 1.2 STT Nội dung Trang Mô hình tán xạ Compton Dạng đặc trưng phân bố cường độ tán xạ hai lần 14 16 1.3 Minh h a cho tán xạ lần chùm tia gamma 18 2.1 Mô hình nguồn phóng xạ 137Cs 28 2.2 Mô hình hộp chứa nguồn 29 2.3 Mô hình lắp đặt khối nguồn 30 2.4 Hình ảnh khối nguồn thực tế 30 10 2.5 Đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm 31 11 2.6 Khối Osprey 32 12 2.7 Các bia bê tông dùng thực nghiệm 33 13 2.8 Hệ đo tán xạ ngược gamma 34 14 2.9 15 2.10 16 2.11 17 2.12 Bố trí thực nghiệm nghiên cứu thay đổi mật độ bia tán xạ Bia tán xạ thực nghiệm nghiên cứu vị trí khuyết tật Bia tán xạ thực nghiệm nghiên cứu khuyết tật theo kích thước Bia tán xạ thực nghiệm nghiên cứu độ sâu khuyết tật 18 2.13 Mô hình gamma tán xạ ngược MCNP5 39 19 3.1 Phổ gamma tán xạ trước sau trừ phông 41 20 3.2 Tách đỉnh tán xạ lần chương trình Colegram 42 21 3.3 Đồ thị nghiên cứu vị trí khuyết tật bia 50 22 3.4 Sự phụ thuộc cường độ tán xạ vào vị trí tán xạ bia 51 23 3.5 Đồ thị nghiên cứu kích thước khuyết tật bia 52 24 3.6 Đồ thị nghiên cứu độ sâu khuyết tật bia 54 35 36 37 38 MỞ ĐẦU Hiện nay, theo xu hướng phát triển chung xã hội, việc xây dựng công trình kiến trúc, trường h c, nhà sinh hoạt… ngày gia tăng cách đáng kể Trong đó, bê tông loại vật liệu sử dụng chủ yếu Chất lượng bê tông góp phần quy định chất lượng công trình xây dựng nói Đặc biệt theo thời gian, độ bền bê tông ngày giảm dần, dẫn đến khả chịu lực Vấn đề đặt phải thực phép kiểm tra mật độ có hay không xuất lỗ rỗng khối bê tông để giảm thiểu cố ý muốn Kiểm tra không phá hủy mẫu (Non Destructive Testing - NDT) việc sử dụng phương pháp Vật lý để kiểm tra phát khuyết tật bên bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại đến khả sử dụng chúng Kiểm tra không phá hủy dùng để phát khuyết tật vết nứt, kiểm tra ăn mòn kim loại, kiểm tra độ ẩm bê tông, đo bề dày vật liệu, xác định kích thước định vị cốt thép bê tông… Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra khuyết tật sản phẩm mà không cần phá huỷ mẫu phương pháp truyền qua, chụp ảnh phóng xạ, phương pháp dùng sóng siêu âm, … cho kết nhanh chóng với độ xác cao Tuy nhiên, nhiều trường hợp thực tế, phương pháp không áp dụng mà thay vào phương pháp tán xạ ngược dùng nhờ vào ưu điểm sau: - Phương pháp đo gamma tán xạ ngược thực đối tượng cần đo điều kiện môi trường khắc nghiệt nhiệt độ cao, áp suất lớn, mà điều khó thực với phương pháp siêu âm kiểm tra từ tính - Trong điều kiện không gian hạn chế tiếp cận đối tượng cần đo từ phía đối tượng cần đo có kích thước lớn phương pháp tán xạ ngược gamma hoàn toàn có ưu phương pháp gamma truyền qua Dựa vào bảng số liệu, ta thấy vị trí cường độ tán xạ giảm mạnh (từ thực nghiệm mô phỏng) trùng với vị trí lỗ rỗng bia có sai lệch nhỏ Bởi bước dịch chuyển phép đo cm, nên đo vị trí 16cm mà đo vị trí lân cận Do đó, sai lệch chấp nhận 3.4.2 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước Từ bảng số liệu thu được, biểu diễn cường độ tán xạ lần theo vị trí ta đồ thị phân bố mật độ bên khối bê tông theo chiều quét hệ đo Hình 3.5 Từ đồ thị ta thấy cường độ tán xạ dao động quanh mức trung bình (khoảng 1,45.105 hạt) Tuy nhiên, cường độ tán xạ bị giảm mạnh vị trí: 7,0cm; 16,0cm; 24,0cm; 31,0cm 37cm Do đó, vị trí có thay đổi lớn mật độ ta dự đoán khuyết tật bia tán xạ Cường độ tán xạ Thực nghiệm Mô Vị trí đo (cm) Hình 3.5: Đồ thị nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước 52 Kết thu từ thực nghiệm, mô thực tế trình bày Bảng 3.9 Các vị trí cường độ tán xạ giảm mạnh (từ thực nghiệm mô phỏng) gần trùng với vị trí lỗ rỗng bia với sai lệch nhỏ Tuy nhiên, chênh lệch cường độ tán xạ so với mức trung bình vị trí có khuyết tật không giống Ta thấy chênh lệch cường độ tán xạ giảm dần đường kính lỗ rỗng giảm Điều hoàn toàn trùng khớp với kết suy từ lý thuyết Nghĩa kích thước lỗ rỗng giảm thay đổi mật độ bia dẫn tới cường độ tán xạ lần giảm Theo lý thuyết, độ sai biệt cường độ tán xạ lỗ rỗng 3,0cm phải lớn vị trí khác Tuy nhiên, theo Bảng 3.7 giá trị lại nhỏ vị trí lỗ rỗng 3,0cm gần sát mép bia, từ chịu ảnh hưởng lớn yếu tố thể tích tán xạ (được trình bày mục 3.2.3.1) nên có suy giảm không tuân theo suy luận từ lý thuyết Tại vị trí lỗ rỗng đường kính 1,0cm, độ sai biệt cường độ tán xạ tương đối thấp Vì kích thước lỗ rỗng nhỏ suy giảm cường độ tán xạ coi không đáng kể Bảng 9: Bảng so sánh nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước Đường kính lỗ rỗng (cm) Vị trí khuyết tật từ thực nghiệm (cm) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 7,0 (0,002) 16,0 (0,002) 24,0 (0,002) 31,0 (0,002) 37,0 (0,002) Độ sai biệt Vị trí khuyết Cường độ tán tật từ mô xạ TN (%) (cm) -17,58 -23,98 -14,42 -12,74 -9,05 7,0 16,0 24,0 30,0 37,0 Độ sai biệt Cường độ tán xạ MP (%) Vị trí lỗ rỗng thực tế (cm) -15,58 -19,8 -18,61 -9,72 -8,13 6,5 (0,002) 15,4 (0,002) 24,0 (0,002) 30,0 (0,002) 36,4 (0,002) Kết thí nghiệm cho thấy: Hệ đo phát vị trí khuyết tật bia; cường độ tán xạ giảm kích thước lỗ rỗng tăng lên; đường kính lỗ rỗng giảm xuống 1cm hệ đo phát chưa thể phân biệt cách rõ ràng 53 3.4.3 Nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu Từ bảng số liệu thu được, biểu diễn cường độ tán xạ lần theo vị trí ta đồ thị phân bố mật độ bên khối bê tông theo chiều quét hệ đo Hình 3.5 Từ đồ thị ta thấy cường độ tán xạ dao động quanh mức trung bình (khoảng 1,45.105 hạt) Tuy nhiên, cường độ tán xạ bị giảm mạnh vị trí: 7,0cm; 13,0cm; 20,0cm; 27,0cm 35cm Do đó, vị trí có thay đổi lớn mật độ ta dự đoán khuyết tật bia tán xạ Cường độ tán xạ Thực nghiệm Mô Vị trí đo (cm) Hình 3.6: Đồ thị nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu Dựa vào Bảng 3.10, ta thấy vị trí cường độ tán xạ giảm mạnh (từ thực nghiệm mô phỏng) gần trùng với vị trí lỗ rỗng bia với sai lệch nhỏ Tuy nhiên, chênh lệch cường độ tán xạ so với mức trung bình vị trí có khuyết tật không giống Từ bảng số liệu ta thấy chênh lệch cường độ tán xạ giảm dần độ sâu lỗ rỗng tăng lên, lỗ rỗng nằm sâu bia bề dày bia mà 54 chùm gamma tán xạ phải qua trước đến đầu dò lớn, suy giảm cường độ xạ nhiều Bảng 10: So sánh đặc điểm khuyết tật nghiên cứu vị trí lỗ rỗng theo độ sâu Độ sâu lỗ rỗng (cm) Vị trí khuyết tật từ thực nghiệm (cm) 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 7,0 (0,002) 13,0 (0,002) 20,0 (0,002) 27,0 (0,002) 35,0 (0,002) Độ sai biệt Vị trí khuyết Cường độ tán tật từ mô xạ TN (%) (cm) -6,7 -11,2 -10,6 -8,5 -6,1 6,0 13,0 20,0 27,0 34,0 Độ sai biệt Cường độ tán xạ MP (%) Vị trí lỗ rỗng thực tế (cm) -6,7 -9,4 -7,5 -6,2 -6,1 6,5 (0,002) 13,0 (0,002) 20,0 (0,002) 27,0 (0,002) 34,6 (0,002) Theo Bảng 3.10, chênh lệch cường độ tán xạ giảm lỗ rỗng nằm sâu bên bia Độ sai biệt cường độ tán xạ lỗ rỗng 3,0 cm nhỏ lỗ rỗng 3,5 cm lỗ rỗng 3,0 cm nằm gần mép bia nên chịu ảnh hưởng mạnh yếu tố thể tích tán xạ Đối với lỗ rỗng độ sâu 5,0cm, độ sai biệt cường độ tán xạ tương đối thấp Do đó, khuyết tật nằm sâu bên bia khả phát khuyết tật hệ đo giảm Kết thí nghiệm cho thấy: Hệ đo phát vị trí khuyết tật bia, sai lệch nhỏ vị trí lỗ rỗng thực tế vị trí lỗ rỗng mô thực nghiệm thí nghiệm (mô phỏng) thực bước dịch chuyển cm Cường độ tán xạ tỉ lệ nghịch với độ sâu lỗ rỗng bia, lỗ rỗng độ sâu 5cm hệ đo phát chưa thể phân biệt cách rõ ràng 3.5 Nhận xét chương Trong chương này, luận văn trình bày bước xử lý phổ tán xạ để thu cường độ tán xạ lần Đồng thời trình bày giải thích kết ghi nhận từ thực nghiệm mô cho mô hình khảo sát So sánh kết thực nghiệm mô cho thấy có phù hợp tốt 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau nghiên cứu trình gamma tán xạ ngược thực nghiệm với nguồn 137 Cs hoạt độ mCi, đầu dò NaI(Tl) góc tán xạ 120o kết hợp với mô chương trình MCNP5, nhằm xác định vị trí khuyết tật bên khối bê tông, luận văn đạt số kết sau: Kết nghiên cứu vị trí khuyết tật - Vị trí khuyết tật xác định từ thực nghiệm mô 8,0cm, 16,0cm, 24,0cm 32,0cm So sánh với vị trí thực tế khuyết tật 7,5cm, 15,8cm, 24,1cm 32,1cm cho thấy kết thực nghiệm mô trùng khớp xác với kết thực tế Kết nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo kích thước - Vị trí khuyết tật xác định từ thực nghiệm 7,0cm, 16,0cm, 24,0cm, 31,0cm 37,0cm Vị trí khuyết tật xác định từ mô 7,0cm, 16,0cm, 24,0cm, 30,0cm 37,0cm So sánh với vị trí thực tế khuyết tật 6,5cm, 15,4cm, 24,0cm, 30,0cm 36,4cm cho thấy kết thực nghiệm mô có trùng khớp với xác với kết thực tế - Kết thực nghiệm mô cho thấy độ sâu, độ sai biệt cường độ tán xạ giảm đường kính lỗ rỗng giảm Trong thực nghiệm, cường độ tán xạ giảm từ 24% lỗ rỗng đường kính 2,5cm xuống 9% lỗ rỗng đường kính 1cm Trong mô phỏng, cường độ tán xạ giảm từ 19,8% lỗ rỗng đường kính 2,5cm xuống 8,1% lỗ rỗng đường kính 1cm Hệ đo phát lỗ rỗng đường kính 1cm chưa rõ ràng Kết nghiên cứu vị trí lỗ rỗng bia theo độ sâu - Vị trí khuyết tật xác định từ thực nghiệm 7,0cm, 13,0cm, 20,0cm, 27,0cm 35,0cm Vị trí khuyết tật xác định từ mô 6,0cm, 13,0cm, 20,0cm, 27,0cm 34,0cm So sánh với vị trí thực tế khuyết tật 6,5cm, 13,0cm, 56 20,0cm, 27,0cm 34,6cm cho thấy kết thực nghiệm, mô thực tế trùng khớp với - Kết thực nghiệm mô cho thấy với kích thước lỗ rỗng, độ sai biệt cường độ tán xạ giảm độ sâu lỗ rỗng tăng Trong thực nghiệm, cường độ tán xạ giảm từ 11,2% lỗ rỗng độ sâu 3,5cm xuống 6,1% lỗ rỗng độ sâu 5cm Trong mô phỏng, cường độ tán xạ giảm từ 9,4% lỗ rỗng độ sâu 3,5cm xuống 6,1% lỗ rỗng độ sâu 5cm Hệ đo phát lỗ rỗng độ sâu 5cm chưa rõ ràng Từ kết luận cho thấy kết mà luận văn thu từ thực nghiệm mô đáng tin cậy sử dụng nghiên cứu có liên quan sau Kiến nghị Với mong muốn hoàn thiện công trình nghiên cứu này, tác giả xin phép kiến nghị vài công việc sau: o Tiến hành phép thí nghiệm (mô phỏng) với thời gian đo (thời gian mô phỏng) dài nhằm đạt số thống kê đủ lớn giúp kết thu xác o Tiến hành thí nghiệm với nguồn phóng xạ phát gamma có lượng lớn 60Co, 65Zn, … o Nghiên cứu khả phát khuyết tật, xác định vị trí kích thước khuyết tật số vật liệu khác 57 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ [1] DETERMINATION OF VOID IN CONCRETE SAMPLE BY GAMMA SCATTERING TECHNIQUE T.T Thanh, T Trung, D C Khuong, B.P Nam, L.B Tran, V H Nguyen, H D Chuong, H.D.Tam, C V Tao Abstract Gamma scattering technique allows a same-side arrangement of the source and the detector and provides highly precise measurements, inexpensive and can be portable In this work, we used the gamma scattering technique with a low activity source (137Cs5mCi) and NaI(Tl) detector to locate and measure air void inside concrete The first, the experimental set-up is a gamma spectrometer including an NaI(Tl) detector, which the geometrical characteristics provided by the detector supplier was evaluated with MCNP5 code for response function and predict of saturation curve for this experiment In a next step, the experiment will measure for three concrete samples of size 40x20x10 cm3 embedded with four air cavities of diameter cm, a next one with five air cavities of depth cm; 3.5 cm; cm; 4.5 cm; cm, and an another one with air voids of diameters cm; 1.5 cm; 2cm; 2.5 cm; and cm The results show that voids scanned from left to right dimensions can be detected and located good agreement with real positions Dear Author Your contribution to the iCAEP2015 has been accepted and will be presented at the conference as: contributed talk Just to your information, the early bird registration will get discount for the conference’s fee as you can see from the table below and also in our website at http://www.iop.vast.ac.vn/activities/hnvlktud_caep/2015/index_e.html 58 [2] NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TÁN XẠ NHIỀU LẦN THEO KHOẢNG CÁCH TỪ NGUỒN ĐỀN ĐẦU DÒ TRÊN VẬT LIỆU NHÔM Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ XI, Đà Nẵng 6-7/8/2015 Huỳnh Đình Chương, Võ Hoàng Nguyên, Trần Thiện Thanh, Hứa Tuyết Lê, Lê Bảo Trân, Phạm Việt Dũng, Thạch Trung, Lê Thúy Ngân, Hoàng Đức Tâm, Nguyễn Văn Thái Bình, Châu Văn Tạo Tóm tắt: Trong công trình này, ảnh hưởng góc khối phổ tán xạ vật liệu xác định Mô hình thực nghiệm bao gồm: nguồn phóng xạ 137 Cs(662keV), detector NaI(Tl) ống chuẩn trực để ghi nhận phổ tán xạ, vật liệu Nhôm dạng phẳng 10 cm x 30 cm có bề dày khác Kết thực nghiệm cho thấy, biến thiên tán xạ nhiều lần không thay đổi nhiều tăng khoảng cách từ đầu dò đến bia Kết cho thấy giá trị bão hòa khoảng 80 mm ba khoảng cách từ đầu dò đến bia bố trí thí nghiệm 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu tiếng Việt: [1] Nguyễn Thị Bình (2014), Xác định đặc trưng bão hòa thép C45 hình trụ thực nghiệm tán xạ ngược gamma kết hợp mô MCNP5, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại h c Sư phạm Tp Hồ Chí Minh [2] Trương Thị Hồng Loan, Phan Thị Quý Trúc, Đặng Nguyên Phương, Trần Thiện Thanh, Trần Ái Khanh, Trần Đăng Hoàng (2008), Nghiên cứu phổ gamma tán xạ ngược đầu dò HPGe chương trình MCNP, Tạp chí phát triển KH&CN Đại h c Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tập 11, (06), 61-66 [3] Võ Hoàng Nguyên (2014), Kiểm tra khuyết tật vật liệu thép C45 dạng thực nghiệm đo gamma tán xạ ngược, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại h c Khoa h c Tự nhiên, ĐHQG Tp.HCM [4] Hoàng Sỹ Minh Phương, Nguyễn Văn Hùng (2010), Mô Monte Carlo chương trình MCNP kiểm chứng thực nghiệm phép đo chiều dày vật liệu hệ chuyên dụng MYO-101, Tạp chí phát triển KH&CN Đại h c Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tập 13, (02), 83-91 [5] Châu Văn Tạo (2013), Vật lý hạt nhân đại cương, Nxb Đại h c Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [6] Hoàng Đức Tâm, Huỳnh Đình Chương, Dương Thái Đương, Lê Tấn Phúc, Trần Thiện Thanh Châu Văn Tạo (2013), Nghiên cứu phụ thuộc cường độ chùm tia gamma tán xạ ngược vào thể tích tán xạ phương pháp Monte Carlo, Tạp chí Khoa h c ĐHSP TP.HCM, Số 51, 138-147 [7] Phạm Thị Vi (2013), Khảo sát tán xạ ngược chùm tia gamma lên vật liệu thép CT3 thép C45 chương trình MCNP5, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại h c Khoa h c Tự nhiên, Đại h c Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 60  Tài liệu tiếng Anh: [8] Appoloni C.R., Boldo E.M (2014), Inspection of reinforced concrete samples by backscattering technique, Radiation Physics and Chemistry 95, 392 – 395 [9] Fernández J.E (1991), “Compton and Rayleigh double scattering of unpolarized radiation”, Physical Review A, 44, (7), 4232-4248 [10] Hussein E.M.A., Whynot T.M (1989), A Compton scattering method for inspecting concrete structures, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 283, 100-106 [11] Sharma A., Sandhu B.S., Singh B (2010), Incoherent scattering of gamma photons for non-destructive tomographic inspection of pipeline, Applied Radiation and Isotopes 68, 2181 – 2188 [12] Shengli N., Jun Z., Liuxing H (2000), EGS4 Simulation of Compton Scattering for Nondestructive Testing, KEK Proceedings 200-20, 216 - 223 [13] Tavora L.M.N., Gilboy W.B (2004), Study of Compton scattering signals in single-sided imaging applications using Monte Carlo methods, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 213, 155 – 161  Trang web: [14] http://laraweb.free.fr/ 61 PHỤ LỤC *** Số liệu đầu vào chương trình MCNP C THE INPUT FILE SIMULATE GAMMA SCATTERING SPECTROMETER C IT INCLUDE: SOURCE BLOCK + TARGET + DETECTOR BLOCK C SOURCE: 137Cs C TARGET: BETONG COL DIAMETER: CM COL LENGTH: 20 CM DIMENSIONS: 20 x 40 CM THICKNESS: 10 CM C DETECTOR: 802 NaI(Tl) - NO COLLIMATOR C SOURCE-TARGET DISTANCE: 34 CM $ K/cach nguon - bia C TARGET-DETECTOR DISTANCE: 16 CM $ K/cach bia - detector C SCATTERING ANGLE: 120 TARGET ANGLE: 90 C ********** BLOCK 1: CELL CARDS ********** C CELL CARDS OF SOURCE BOX 1 -11.35 (2 -3 -10 8):(3 -4 -10 9) IMP:P=1 -11.35 (3 -5 -9 7) IMP:P=1 10 -7.850 (1 -3 -8) (-6:11) IMP:P=1 $ CAPSULE OF SOURCE C45 STEEL -3.990 (6 -3 -11) IMP:P=1 $ SOURCE CELL -0.001205 (3 -5 -7) IMP:P=1 -0.001205 (1 -2 -10 8) IMP:P=1 C CELL CARDS OF TARGET 11 -2.300 (20 -21 22 -23 24 -25) 26 27 28 29 30 IMP:P=1 21 -0.001205 (22 -23 -26) IMP:P=1 $ lo rong thu 22 -0.001205 (22 -23 -27) IMP:P=1 $ lo rong thu 23 -0.001205 (22 -23 -28) IMP:P=1 $ lo rong thu 24 -0.001205 (22 -23 -29) IMP:P=1 $ lo rong thu 25 -0.001205 (22 -23 -30) IMP:P=1 $ lo rong thu 62 C CELL CARDS OF DETECTOR -3.67 (42 -43 -50) IMP:P=1 $ CRYSTAL NaI OF DETECTOR 10 -0.55 (42 -44 -51) (50:43) IMP:P=1 $ ALUMINIUM OXIDE REFLECTOR 11 -2.329 (44 -45 -51) IMP:P=1 $ SILICON PAD 12 -2.648 (41 -42 -51) IMP:P=1 $ GLASS WINDOW 13 -2.699 (41 -46 -52) (45:51) IMP:P=1 $ ALUMINIUM BODY WALL 14 -2.699 (40 -41 -53) IMP:P=1 15 -0.001205 (41 -46 -53 52) IMP:P=1 16 -11.35 (57 -47 -54 53) IMP:P=1 $ LEAD WALL 17 -0.001205 (57 -40 -53) IMP:P=1 18 -0.001205 (46 -47 -53) IMP:P=1 C OTHERS 19 -0.001205 (-70) (-1:4:10) (-4:5:9) (-20:21:-22:23:-24:25) & (-57:47:54) IMP:P=1 20 (70) IMP:P=0 C ********** BLOCK 2: SURFACE CARDS ********** C SURFACE CARDS OF SOURCE BLOCK PZ -18.0 PZ -14.0 PZ 0.0 PZ 10.0 PZ 20.0 PZ -0.2 CZ 0.5 $ RADIUS OF SOURCE COLLIMATOR CZ 1.5 CZ 2.5 63 10 CZ 11.0 11 CZ 0.25 C SURFACE CARDS OF TARGET 20 PX -39.0 21 PX 1.0 22 PY -10.0 23 PY 10.0 24 PZ 0.0 25 PZ 10.0 $ THICKNESS OF TARGET 26 C/Y -5.5 4.0 1.6 $ lo rong thu 27 C/Y -14.4 3.5 1.3 $ lo rong thu 28 c/y -23.0 3.0 1.0 $ lo rong thu 29 c/y -29.0 2.8 0.8 $ lo rong thu 30 c/y -35.4 2.7 0.5 $ lo rong thu C SURFACE CARDS OF DETECTOR BLOCK 40 PZ -11.24 41 PZ -8.24 42 PZ -7.94 43 PZ -0.32 44 PZ -0.16 45 PZ -0.05 46 PZ 0.0 47 PZ 0.01 50 CZ 3.81 51 CZ 4.0 52 CZ 4.05 53 CZ 4.13 64 54 CZ 7.13 57 PZ -35.0 C OTHERS 70 SO 100.0 C ********** BLOCK 3: DATA CARDS ********** MODE P *TR1 0 34 90 90 90 90 90 90 *TR2 13.85640646 26 60 90 30 90 90 150 90 60 SDEF ERG=D1 PAR=2 POS=0 0 AXS=0 RAD=D2 EXT=D3 CEL=4 & VEC=0 DIR=D4 SI1 L 0.661657 0.2835 0.0318174 0.0321939 0.0363786 0.037312 SP1 0.925297093 0.000006311 0.021229902 0.039084793 0.011485921 0.00289598 SI2 0.25 SP2 -21 SI3 -0.2 0.0 SP3 -21 SI4 -1.0 0.9149178 1.0 SP4 0.0 0.9574589 0.0425411 SB4 0.0 0.0 1.0 E0 1E-5 0.0002019 2021I 0.41963 FT8 GEB -0.00362515 0.0620817 0.314561 F8:P RAND GEN=2 SEED=9219741426499971445 STRIDE=152917 HIST=1 NPS 2000000000 M1 82204 -0.015 82206 -0.236 82207 -0.226 82208 -0.523 $ LEAD M2 17035 -0.210579 55137 -0.789421 $ CESIUM CHLORIDE SOURCE 65 M3 13027 -1.000 $ ALUMINIUM M4 6012 -0.000124 7014 -0.755268 8016 -0.231781 18040 -0.012827 $ DRY AIR M5 11023 0.499 53127 0.500 81205 0.001 $ NaI(Tl) M6 13027 -0.529411 8016 -0.470589 $ ALUMINIUM OXIDE M7 14028 -0.922297 14029 -0.046832 14030 -0.030871 $ SILICON M8 8016 -0.532565 14028 -0.467435 $ SILICA SIO2 M10 26056 -0.9781 6012 -0.0045 14028 -0.0037 25055 -0.0065 15031 -0.00045 & 16032 -0.00045 28058 -0.0025 24052 -0.0028 42098 -0.001 $ STEEL C45 M11 1000 -0.02210 6000 -0.002484 8000 -0.574930 11000 -0.015208 & 12000 -0.001266 13000 -0.019953 14000 -0.304627 19000 -0.010045 & 20000 -0.042951 26000 -0.006435 $ MATERIAL OF TARGET - BETONG 66 [...]... luận văn là khảo sát khả năng phát hiện ra các lỗ rỗng bên trong bê tông đối với hệ đo gamma tán xạ ngược (sự phân bố của các lỗ rỗng bên trong kết cấu bê tông) Đồng thời, xác định khả năng phát hiện của hệ đo khi các lỗ rỗng trong khối bê tông có kích thước và độ sâu thay đổi 13 1.2 Lý thuyết tán xạ ngược gamma 1.2.1 Một số vấn đề cơ bản 1.2.1.1 Tán xạ Rayleigh và tán xạ Compton Tán xạ ngược gamma là... pháp mô phỏng Monte Carlo trong bài toán khảo sát bức xạ gamma tán xạ ngược Qua đó, xây dựng một mô hình cho hệ đo tán xạ ngược gamma bằng chương trình MCNP5, bia là các khối bê tông có hình dạng và cấu trúc khác nhau Từ các kết quả khảo sát sự thay đổi của phổ tán xạ đặc trưng, ta có thể đưa ra nhận xét về việc phát hiện và tính toán đường kính các khuyết tật bên trong khối bê tông Đặc biệt, ta còn có... cũng như trong nước đều tập trung vào hai nội dung chính, đó là ứng dụng của phương pháp tán xạ ngược gamma và khảo sát sự ảnh hưởng từ điều kiện làm việc của hệ đo tán xạ ngược tới các sự kiện tán xạ một lần và tán xạ nhiều lần Ứng dụng tiêu biểu nhất của phương pháp tán xạ ngược gamma là thực hiện các kiểm tra không hủy mẫu như: phát hiện các lỗ rỗng, vết nứt hoặc sự không đồng nhất bên trong mẫu;... năng lượng E Electron sau tán xạ Hình 1.1 Mô hình tán xạ Compton Năng lượng gamma sau tán xạ được xác định bằng công thức (1.1): E'  E E 1  2 1  cosθ  mc 14 (1.1) Trong đó: E, E’ lần lượt là năng lượng của gamma tới và gamma tán xạ; m là khối lượng electron; c là vận tốc ánh sáng; θ là góc tán xạ 1.2.1.2 Tán xạ một lần và tán xạ nhiều lần Trong bố trí của hệ đo tán xạ ngược gamma, ta sẽ thu được dạng... đo tán xạ ngược gamma; cách bố trí hệ đo tán xạ ngược gamma trong phòng thí nghiệm và mô hình của hệ đo tán xạ ngược gamma được xây dựng bằng chương trình MCNP5 - Chương 3: Trình bày các kết quả thực nghiệm và mô phỏng đã đạt được Đồng thời đưa ra những thảo luận về các kết quả này 9 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu về phương pháp gamma tán xạ ngược Hầu hết các nghiên cứu về gamma tán xạ ngược. .. các tia gamma tới sau khi va chạm với các electron bên trong vật chất bị tán xạ ngược trở lại so với hướng tới ban đầu Chùm tia gamma tán xạ được phân chia thành hai loại, đó là tán xạ Rayleigh và tán xạ Compton Tán xạ Rayleigh (tán xạ đàn hồi) là quá trình tia gamma tương tác với các electron liên kết, sau đó bị tán xạ mà không gây nên sự ion hóa hay kích thích nguyên tử Do đó, quá trình tán xạ Rayleigh... thể tích tán xạ Điều này có nghĩa là nếu Z cường độ tán xạ một lần có sự thay đổi thì mật độ tại vùng khảo sát thì cũng sẽ có thay đổi Trên cơ sở quan tr ng đó, luận văn dựa vào sự thay đổi cường độ tán xạ một lần để khảo sát lỗ rỗng và vết nứt bên trong khối bê tông Trong quá trình thực nghiệm, mật độ bia tại vùng khảo sát được thay đổi trong khi cấu hình của hệ đo được giữ không đổi Vùng khảo sát hay... thiệu về cách giải quyết bài toán bằng chương trình mô phỏng MCNP 27 Chương 2 HỆ ĐO GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC 2.1 Hệ đo thực nghiệm tán xạ ngược Một hệ đo gamma tán xạ ngược đều gồm có 3 thành phần chính: khối nguồn, khối đầu dò và bia tán xạ 2.1.1 Khối nguồn Khối nguồn được thiết kế gồm nguồn phóng xạ, thanh thép gắn nguồn, ống chuẩn trực và hộp chứa nguồn  Nguồn phóng xạ: Trong luận văn này, các thí nghiệm... ngược gamma, ta sẽ thu được dạng phổ đặc trưng của các gamma tán xạ mà đầu dò ghi nhận được Trong phổ này có hai thành phần tán xạ là tán xạ một lần và tán xạ nhiều lần Tán xạ một lần là quá trình mà tia gamma chỉ xảy ra duy nhất một lần tán xạ (Compton hoặc Rayleigh) với bia trước khi được ghi nhận bằng detector Tán xạ nhiều lần là quá trình mà tia gamma đã trải qua nhiều lần tương tác (Compton hoặc... nhận bằng detector 1.2.2 Sự phân bố năng lượng của chùm tia gamma tán xạ Các tia gamma tán xạ nhiều lần có năng lượng nằm trong miền liên tục từ năng lượng của tia gamma tới trở xuống Điều này dễ dàng có được vì theo lý thuyết tán xạ Compton, gamma tới đã truyền một phần năng lượng cho electron trong quá trình tương tác Theo nghiên cứu của Fernández [9], các sự kiện tán xạ hai lần trong phổ gamma tán xạ ... hình nghiên cứu phương pháp gamma tán xạ ngược Hầu hết nghiên cứu gamma tán xạ ngược giới nước tập trung vào hai nội dung chính, ứng dụng phương pháp tán xạ ngược gamma khảo sát ảnh hưởng từ... 1.2 Lý thuyết tán xạ ngược gamma 1.2.1 Một số vấn đề 1.2.1.1 Tán xạ Rayleigh tán xạ Compton Tán xạ ngược gamma tượng mà tia gamma tới sau va chạm với electron bên vật chất bị tán xạ ngược trở lại... lần tán xạ nhiều lần Trong bố trí hệ đo tán xạ ngược gamma, ta thu dạng phổ đặc trưng gamma tán xạ mà đầu dò ghi nhận Trong phổ có hai thành phần tán xạ tán xạ lần tán xạ nhiều lần Tán xạ lần