Xác định bề dày bão hòa của vật liệu nhôm bằng chương trình geant4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN   KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: XÁC ĐỊNH BỀ DÀY BÃO HÕA CỦA VẬT LIỆU NHÔM BẰNG CHƯƠNG TRÌNH GEANT4 SVTH: Nguyễn Thị Trâm CBHD: TS.Trần Thiện Thanh CBPB: TS.Võ Hồng Hải TP HỒ CHÍ MINH - 2013 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực khóa luận, em nhận nhiều hướng dẫn, giúp đỡ, ủng hộ từ quý Thầy Cô, bạn bè gia đình Với tình cảm chân thành, em xin gửi lời tri ân đến:  TS Trần Thiện Thanh – giảng viên hướng dẫn khoa học, người thầy nhiệt tình truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm, quan tâm hướng dẫn đóng góp ý kiến quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu  TS Võ Hồng Hải – giảng viên phản biện, dành thời gian đọc đóng góp ý kiến để em hoàn thành khóa luận cách tốt  Quý Thầy Cô Hội đồng Khoa học góp ý để khóa luận hoàn thiện  Quý Thầy Cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy lớp Vật lý Hạt nhân khóa 09 Những kiến thức Thầy Cô truyền đạt tảng để em nhận định giải vấn đề gặp phải khóa luận  Thầy Nguyễn Văn Khỏe – giảng viên phụ trách phòng Vật lý Tính toán khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật tạo điều kiện hỗ trợ em thực phần mô khóa luận  Anh Nguyễn Ngọc Lâm, anh Huỳnh Đình Chương chị Nguyễn Trang Phước Lộc chia sẻ giúp đỡ em tiếp cận với kiến thức tài liệu quan trọng  Bạn bè người thân giúp đỡ, chia sẻ ủng hộ suốt thời gian học tập thực khóa luận ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi LỜI MỞ ĐẦU vii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TÁN XẠ VÀ TÁN XẠ COMPTON 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.1.1 Hiệu ứng quang điện 1.1.2 Hiệu ứng tạo cặp 1.1.3 Hiệu ứng Compton 1.2 Các loại tán xạ 1.3 Tán xạ Compton (Hiệu ứng Compton) 1.3.1 Cơ chế tán xạ Compton 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phổ tán xạ 10 1.4 Ứng dụng tán xạ Compton 13 1.5 Kết luận 13 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4 14 2.1 Xây dựng mô hình hệ đo gamma tán xạ 14 iii 2.1.1 Bố trí hệ đo 14 2.1.2 Kiến thức liên quan 17 2.2 Giới thiệu chung chương trình mô Geant4 thuật toán Monte Carlo dùng Geant4 21 2.2.1 Giới thiệu chung Geant4 21 2.2.2 Phương pháp Monte Carlo sử dụng Geant4 22 2.3 Chương trình mô tán xạ gamma 24 2.3.1 Cấu trúc chương trình 24 2.3.2 Các lớp khởi tạo thực thi 26 2.3.3 Chương trình mô 34 2.4 Kết luận 37 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Dạng phổ gamma tán xạ 38 3.2 Vị trí đỉnh, độ cao đỉnh, FWHM, diện tích đỉnh tán xạ 40 3.3 Đường cong bão hòa 43 3.4 Kết luận 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CERN FWHM Geant4 HPGe LARA NDT NIST PMT Tiếng Anh European Organization for Nuclear Research Full Width at Half Maximum GEometry ANd Tracking High Purity Germanium NUCLÉIDE-LARA Non Destructive Testing National Institute of Standards and Technology, USA PhotoMultiplier Tube Tiếng Việt Tổ chức nghiên cứu Hạt nhân châu Âu Bề rộng nửa giá trị cực đại Chương trình mô Geant4 Germanium siêu tinh khiết Phòng thí nghiệm quốc gia Henri Becquerel, Pháp Kỹ thuật không phá hủy mẫu Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia, Hoa Kỳ Ống nhân quang điện v DANH MỤC CÁC BẢNG STT Chỉ số bảng Nội dung 2.1 Giá trị FWHM theo lượng có từ thực nghiệm nội suy 2.2 Các tương tác gamma 2.3 Các tương tác electron/positron Trang 19 29 30 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Chỉ số hình 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 10 11 2.5 2.6 2.7 2.8 12 13 3.1 3.2 14 3.3 15 3.4 Nội dung Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng tạo cặp Tán xạ Compton Sơ đồ bố trí thí nghiệm phép đo tán xạ ngược Cấu trúc hình học nguồn phóng xạ Phép đo thực nghiệm chuẩn FWHM Sự ảnh hưởng bề dày vật liệu bia phép đo tán xạ Sơ đồ cấu tạo chương trình Geant4 Hình chụp hệ mô thực thi chương trình Phổ gamma tán xạ vẽ phần mềm Originlab 9.0 Phổ gamma sau làm khớp giá trị thông số hai đỉnh Phổ gamma tán xạ, bia nhôm dày 1cm Phổ gamma tán xạ bia nhôm dày 1cm sau làm khớp So sánh phổ lượng mô tán xạ theo bề dày Đường cong bão hòa bia tán xạ nhôm với góc tán xạ 1000, nguồn Co60, ghi nhận đầu dò NaI(Tl) 7,6cm×7,6cm Trang 14 15 19 21 26 35 36 37 39 40 42 44 vii LỜI MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nay, Vật lý Hạt nhân ngày có vai trò vị trí quan trọng lĩnh vực có liên quan nhiều ngành khoa học khác như: địa chất, hóa học, sinh học… Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, nguồn xạ sử dụng ngày nhiều hàng loạt lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp, sinh học, y học, khảo cổ, v.v… Trong công nghiệp, xạ sử dụng để kiểm tra khuyết tật, đo chiều dày vật liệu, đo mật độ kỹ thuật xây dựng, ứng dụng khai thác dầu khí, xử lý nâng cao chất lượng sản phẩm, Vì vậy, việc sử dụng nguồn xạ công nghiệp ngày trở nên thường xuyên phổ biến Hiện nay, có nhiều phương pháp kiểm tra khuyết tật nằm sâu bên sản phẩm hay đo chiều dày sản phẩm mà không cần phá hủy mẫu (Non-Destructive Testing – NDT) cho kết nhanh chóng với độ xác cao phương pháp truyền qua, chụp ảnh phóng xạ, nội soi, thẩm thấu, bột từ, siêu âm,… Tuy nhiên, số trường hợp thực tế phương pháp gamma tán xạ áp dụng thay cho phương pháp ưu điểm phương pháp đặt nguồn phóng xạ đầu dò phía so với vật liệu mang lại độ xác cao không phương pháp khác; ưu điểm thứ hai phương pháp tán xạ thực đối tượng cần đo điều kiện môi trường khắc nghiệt nhiệt độ cao, áp suất lớn gây khó khăn cho việc đo đạc Phương pháp gamma tán xạ ứng dụng nhiều ngành công nghiệp để kiểm tra chất lượng đường lộ, kiểm tra độ ăn mòn bề mặt vật liệu dùng làm thùng chứa hay thành lò, đo mực chất lỏng, đo chiều dày hay khối lượng mặt vật liệu… Trong năm qua, Việt Nam, phương pháp tán xạ nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp vào công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ việc bố trí thực nghiệm để đạt đến điều kiện tối viii ưu khó khăn tốn Do để hỗ trợ cho trình khảo sát thực nghiệm, khóa luận thực mô tán xạ gamma chương trình Geant4 Geant4 chương trình mô tương tác hạt với vật chất, có mã nguồn mở, độ tin cậy cao nghiên cứu phát triển đội ngũ nhà nghiên cứu CERN (European Organization for Nuclear Research) Mục tiêu khóa luận xây dựng mô hình cho hệ đo tán xạ gamma chương trình mô Geant4, sau khảo sát biến thiên đặc trưng phổ tán xạ theo bề dày bia Từ kết khảo sát đó, ta xây dựng đường cong bão hòa nhằm ứng dụng khảo sát bề dày vật liệu Đối tượng nghiên cứu khóa luận bề dày vật liệu nhôm có dạng phẳng, với kích thước bề mặt 10cm×10cm, xác định dựa phép đo tán xạ ngược gamma sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 7,62cm×7,62cm nguồn phóng xạ Co60 Phương pháp nghiên cứu sử dụng chương trình Geant4 áp dụng thuật toán Monte Carlo để mô vận chuyển photon bên mô hình hệ đo gamma tán xạ xây dựng trước Nội dung khóa luận phân làm chương: Chương 1: Tổng quan lý thuyết tán xạ giới thiệu tán xạ Compton Chương 2: Xây dựng mô hình hệ đo tán xạ gamma giới thiệu chương trình mô Geant4 Chương 3: Trình bày thảo luận số kết mô đạt CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TÁN XẠ VÀ TÁN XẠ COMPTON 1.1 Tƣơng tác xạ gamma với vật chất Bức xạ gamma, gọi tia gamma, ký hiệu γ, xạ điện từ có tần số cao thường 10 exahertz (10 19Hz), hay bước sóng nhỏ 10 picomet Ở độ cao mực nước biển, xạ gamma phức tạp, tuỳ thuộc vào vùng lượng khảo sát Dưới 3MeV chủ yếu xạ gamma đồng vị phóng xạ tự nhiên môi trường Trong vùng lượng từ đến 10MeV xạ gamma sinh từ trình hấp thụ nơtron từ phản ứng (α, n) Trên 10MeV xạ gamma có nguồn gốc chủ yếu từ tia vũ trụ Bức xạ gamma tự nhiên trái đất tạo từ chuyển dịch trạng thái lượng hạt nhân nguyên tử Xét chế truyền lượng chế hấp thụ có ba hiệu ứng ta cần quan tâm gamma tương tác với vật chất: - Hiệu ứng quang điện - Tán xạ Compton - Hiệu ứng tạo cặp 1.1.1 Hiệu ứng quang điện [10] Là tượng photon tới có lượng E  h tương tác với electron nguyên tử truyền toàn lượng cho electron Khi photon tới, bị hấp thụ hoàn toàn electron không đảm bảo định luật bảo toàn xung lượng Đó lý hiệu ứng quang 49 KIẾN NGHỊ Khóa luận dừng lại việc khảo sát đặc trưng phổ tán xạ đường cong bão hòa cho vật liệu nhôm ghi nhận đầu dò NaI(Tl) chương trình mô Geant4, mà tác giả xin phép kiến nghị vài công việc sau: - Sử dụng nhiều loại vật liệu bia sắt, thép, thép chịu nhiệt,… để xây dựng đường cong bão hòa cho vật liệu nhằm ứng dụng công nghiệp công trình khoa học liên quan - Tiến hành khảo sát chương trình mô khác, so sánh đưa đánh giá chương trình mô - Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng gây sai khác trình mô với lý thuyết thực nghiệm nhằm xây dựng mô hình hệ đo thực nghiệm gamma tán xạ đạt chuẩn 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu tiếng Việt [1] Huỳnh Đình Chương (2013), Khảo sát bề dày thép C45 phương pháp tán xạ ngược Gamma sử dụng chương trình MCNP5, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh [2] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] 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, tập 11, (06), 61-66 [4] Trương Thị Hồng Loan (2010), Xử lý số liệu, Lưu hành nội bộ, Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh [5] Lê Kim Ngọc (2012), Nghiên cứu tán xạ gamma theo góc bề dày vật liệu nhôm, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh [6] Trần Thiện Thanh (2013), Hiệu chỉnh phổ gamma phương pháp Monte Carlo, Luận văn Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh  Tài liệu tiếng Anh [7] J.E Fernández (1991), “Compton and Rayleigh double scattering of unpolarized radiation”, Physical Review A, 44, (7), 4232-4248 [8] Geant4 Collaboration (2012), Geant4 User's Guide for Application Developers, version Geant4.9.6 [9] Geant4 Collaboration (2012), Physics Reference Manual, version Geant4.9.6 51 [10] D K Jha (2004), Elements of Nuclear Reactor, Discovery Publishing House, 21-25 [11] Sy Minh Tuan Hoang, Sangho Yoo, Gwang Min Sun (2010), “Experimental validation of the backscattering gamma-ray spectra with the Monte Carlo code”, Nuclear engineering and technology, 43, (1), 13-18 [12] S Ashrafi,* S Anvarian, S Sobhanian (2006), “Monte-Carlo modeling of a NaI(Tl) scintillator”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol 269, (No.1), 95–98  Trang web [13] http://Geant4.web.cern.ch/Geant4/G4UsersDocuments/UsersGuides/ForApplicationDeveloper/html/TrackingAndPhysics/particle.html [14] http://laraweb.free.fr [15] http://originlab.com 52 PHỤ LỤC  Phụ lục 1: Số liệu mô tán xạ gamma dùng bia nhôm, nguồn Co60 Bảng P.1: Vị trí đỉnh, FWHM diện tích đỉnh đỉnh tán xạ lần Bề dày (cm) Vị trí đỉnh (MeV) FWHM (MeV) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 5,4 5,6 5,8 6,0 6,6 6,8 7,0 7,2 0,315 0,312 0,311 0,309 0,307 0,304 0,302 0,302 0,302 0,301 0,301 0,301 0,301 0,301 0,301 0,028 0,028 0,028 0,028 0,029 0,029 0,030 0,030 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 Diện tích đỉnh Giá trị Sai số 23,824 0,095 32,020 0,110 38,587 0,125 43,783 0,143 47,934 0,158 53,561 0,186 56,780 0,221 57,771 0,221 57,878 0,227 57,955 0,235 58,189 0,236 58,237 0,237 57,880 0,239 57,701 0,247 57,460 0,245 53  Phụ lục 2: Chương trình Geant4 mô tán xạ gamma DetectorConstruction.cc #include "DetectorConstruction.hh" #include "G4LogicalVolume.hh" #include "G4PVPlacement.hh" #include "globals.hh" #include "G4Material.hh" #include "G4NistManager.hh" DetectorConstruction::DetectorConstruction() { DistanceTargetandDetector = 200.*mm; ScatteringAngle = 100.*deg; DistanceTargetandBottomLeadChamber = 495.*mm; // Distance among the Scattering Target and the Bottom of Lead Chamber //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Definition of World~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// G4double WorldSizeX, WorldSizeY, WorldSizeZ; WorldSizeX = WorldSizeY = WorldSizeZ = 3.*m; G4VSolid* worldSolid = new G4Box("world",WorldSizeX/2,WorldSizeY/2,WorldSizeZ/2); G4LogicalVolume* worldLogical = new G4LogicalVolume(worldSolid,Air,"World"); worldPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(),worldLogical,"World",0,false,0); //~~~~~~~~~~~~~~~~~~Definition of Scattering target:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// G4double heightTargetScat, widthTargetScat, thicknessTargetScat; heightTargetScat = 10.*cm; widthTargetScat = 10.*cm; 54 thicknessTargetScat = 3*cm; G4VSolid* ScatteringTargetSolid = new G4Box("ScatteringTarget", widthTargetScat/2,heightTargetScat/2,thicknessTargetScat/2); G4LogicalVolume* ScatteringTargetLog = new G4LogicalVolume (ScatteringTargetSolid, Aluminium,"Scattering Target"); // Position and Rotation of Scattering Target G4double rotangleScatteringTarget = 45.*deg; G4double ScatteringTargetposix, ScatteringTargetposiy, ScatteringTargetposiz; ScatteringTargetposix = -(thicknessTargetScat/2)*std:: sin(rotangleScatteringTarget); ScatteringTargetposiy = 0.*cm; ScatteringTargetposiz = -(thicknessTargetScat/2)*std:: cos(rotangleScatteringTarget); G4RotationMatrix* rotScatteringTarget = new G4RotationMatrix(); rotScatteringTarget->rotateY(-rotangleScatteringTarget); ScatteringTargetPhys = new G4PVPlacement(rotScatteringTarget,G4ThreeVector (ScatteringTargetposix,ScatteringTargetposiy,ScatteringTargetposiz),ScatteringTar getLog,"ScatteringTarget",worldLogical,false,0); //~~~~~~~~~~~~~~~~Definition of lead chamber (for source)~~~~~~~~~~~~~~// G4double CHAMphiStart = 0.*deg; // Start angle G4double CHAMphiTotal = 360.*deg; // Total angle G4int CHAMnumPlanes = 8; // Number of Planes in lead chamber // Declaring dimension of Photomultiplier Tube (PMT) G4double indiameterPMT, outdiameterPMT, lengthPMT; indiameterPMT = 0.*mm; outdiameterPMT = 83.*mm; lengthPMT = 253.5*mm; 55 //~~~~~~~~~~~~~~Definition of Scintillation Detector (NaI)~~~~~~~~~~~~~~~// G4Tubs* detSolid = new G4Tubs("Solid detector",indiameterDetectorcrystal, outdiameterDetectorcrystal/2,lengthDetectorcrystal/2,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* detLog = new G4LogicalVolume(detSolid,NaI,"Logicaldetector"); // Position of detector G4double detposix, detposiy, detposiz; detposix = 0.*mm; detposiy = 0.*mm; detposiz = -(lengthDetectorcrystal/2 + lengthPMT - lengthOCC/2 + lengthSiO2Layer); detPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(detposix,detposiy,detposiz), detLog,"NaI Physical",OCClog,false,0); //~~~~~~~~~~~~~~~Definition of Photomultiplier Tube (PMT)~~~~~~~~~~~~// G4Tubs* PMTSolid = new G4Tubs("Photomultiplier Tube (PMT)", indiameterPMT,outdiameterPMT/2,lengthPMT/2,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* PMTLog = new G4LogicalVolume(PMTSolid,Aluminium,"Photomultiplier Tube (PMT)"); // Position of Photomultiplier Tube (PMT) G4double PMTposix, PMTposiy, PMTposiz; PMTposix = PMTposiy = 0.*mm; PMTposiz = (lengthOCC-lengthPMT)/2; PMTPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(PMTposix,PMTposiy, PMTposiz),PMTLog,"Photomultiplier Tube (PMT)",OCClog,false,0); return worldPhys; } 56 PhysicsList.cc: #include "PhysicsList.hh" #include "G4ParticleDefinition.hh" #include "G4ParticleTypes.hh" #include "G4ProcessManager.hh" #include "G4LeptonConstructor.hh" #include "G4BosonConstructor.hh" #include "G4IonConstructor.hh" #include "G4BaryonConstructor.hh" #include "G4StepLimiter.hh" #include "G4Region.hh" #include "G4EmProcessOptions.hh" PhysicsList::PhysicsList(): G4VUserPhysicsList() void PhysicsList::ConstructParticle() { ConstructBosons(); ConstructLeptons(); ConstructBarions(); ConstructIons(); } // gamma from standard #include "G4PhotoElectricEffect.hh" #include "G4ComptonScattering.hh" #include "G4GammaConversion.hh" #include "G4RayleighScattering.hh" // gamma from Lowenergy #include "G4LivermorePhotoElectricModel.hh" 57 #include "G4LivermoreComptonModel.hh" #include "G4LivermorePolarizedComptonModel.hh" #include "G4LivermoreGammaConversionModel.hh" #include "G4LivermoreRayleighModel.hh" #include "G4LivermorePolarizedRayleighModel.hh" // e+ - e- from standard #include "G4eMultipleScattering.hh" #include "G4eIonisation.hh" #include "G4eBremsstrahlung.hh" #include "G4UniversalFluctuation.hh" #include "G4eplusAnnihilation.hh" // e+ - e- from Lowenergy #include "G4LivermoreIonisationModel.hh" #include "G4LivermoreBremsstrahlungModel.hh" // protons from standard #include "G4hLowEnergyIonisation.hh" #include "G4hMultipleScattering.hh" // options #include "G4LossTableManager.hh" #include "G4EmProcessOptions.hh" #include "G4hIonisation.hh" void PhysicsList::ConstructEM() { theParticleIterator->reset(); while( (*theParticleIterator)() ){ G4ParticleDefinition* particle = theParticleIterator->value(); G4ProcessManager* pmanager = particle->GetProcessManager(); 58 G4String particleName = particle->GetParticleName(); if (particleName == "gamma") { // gamma G4ComptonScattering* theComptonScattering = new G4ComptonScattering(); G4LivermoreComptonModel* theLivermoreComptonModel = new G4LivermoreComptonModel(); theComptonScattering->SetModel(theLivermoreComptonModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theComptonScattering); G4PhotoElectricEffect* thePhotoElectricEffect = new G4PhotoElectricEffect(); G4LivermorePhotoElectricModel* theLivermorePhotoElectricModel = new G4LivermorePhotoElectricModel(); theLivermorePhotoElectricModel->ActivateAuger(true); thePhotoElectricEffect->SetModel(theLivermorePhotoElectricModel); pmanager->AddDiscreteProcess(thePhotoElectricEffect); G4GammaConversion* theGammaConversion = new G4GammaConversion(); G4LivermoreGammaConversionModel* theLivermoreGammaConversionModel = new G4LivermoreGammaConversionModel(); theGammaConversion->SetModel(theLivermoreGammaConversionModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theGammaConversion); G4RayleighScattering* theRayleigh = new G4RayleighScattering(); G4LivermoreRayleighModel* theRayleighModel = new G4LivermoreRayleighModel(); theRayleigh->SetModel(theRayleighModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theRayleigh); pmanager->AddProcess(new G4StepLimiter(), -1, -1, 5); } else if (particleName == "e-") { 59 // electron G4eMultipleScattering* msc = new G4eMultipleScattering(); msc->SetStepLimitType(fUseDistanceToBoundary); pmanager->AddProcess(msc, -1, 1, 1); G4eIonisation* eIoni = new G4eIonisation(); G4LivermoreIonisationModel* theLivermoreIonisationModel = new G4LivermoreIonisationModel(); theLivermoreIonisationModel->ActivateAuger(true); eIoni->SetEmModel(theLivermoreIonisationModel); // eIoni->SetStepFunction(0.2, 100*um); pmanager->AddProcess(eIoni, -1, 2, 2); G4eBremsstrahlung* eBrem = new G4eBremsstrahlung(); eBrem->SetEmModel(new G4LivermoreBremsstrahlungModel()); pmanager->AddProcess(eBrem, -1,-3, 3); pmanager->AddProcess(new G4StepLimiter(), -1, -1, 4); // Ionisation } else if (particleName == "e+") { // positron G4eMultipleScattering* msc = new G4eMultipleScattering(); msc->SetStepLimitType(fUseDistanceToBoundary); pmanager->AddProcess(msc, -1, 1, 1); pmanager->AddProcess(new G4eIonisation(), -1, 2, 2); pmanager->AddProcess(new G4eBremsstrahlung, -1,-1,3); pmanager->AddProcess(new G4eplusAnnihilation, 0,-1,4); } else if (particleName == "proton") { 60 // proton G4hLowEnergyIonisation* hIoni = new G4hLowEnergyIonisation(); hIoni->SetFluorescence(true); hIoni->SelectShellIonisationCS("analytical"); pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); pmanager->AddProcess(hIoni,-1, 2,2); } else if ( particleName == "alpha" ) { pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); G4hLowEnergyIonisation* hIoni = new G4hLowEnergyIonisation(); hIoni->SetFluorescence(true); pmanager->AddProcess(hIoni,-1,2,2); } } //############ GEANT4 4.9.4 Atomic Deexcitation Process ###############// G4EmProcessOptions emOptions; emOptions.SetDeexcitationActive(true); } void PhysicsList::SetCuts() { defaultCutValue = 10.*mm; const G4double cutForGamma = 10e-3*mm; const G4double cutForElectron = defaultCutValue; const G4double cutForPositron = defaultCutValue; SetCutValue(cutForGamma, "gamma"); SetCutValue(cutForElectron, "e-"); 61 SetCutValue(cutForPositron, "e+"); // Set the secondary production cut lower than 990 eV // Very important for high precision of lowenergy processes at low energies G4double lowLimit = 250 * eV; G4double highLimit = 100 * GeV; G4ProductionCutsTable::GetProductionCutsTable()->SetEnergyRange(lowLimit, highLimit); if (verboseLevel>0) DumpCutValuesTable(); } PrimaryGeneratorAction.cc: #include "PrimaryGeneratorAction.hh" #include "DetectorConstruction.hh" #include "G4Event.hh" #include "Randomize.hh" #include "G4ParticleGun.hh" #include "G4ParticleTable.hh" #include "G4ParticleDefinition.hh" PrimaryGeneratorAction::PrimaryGeneratorAction(DetectorConstruction* det):detector(det) { G4int n_particle = 1; particleGun = new G4ParticleGun(n_particle); energySpectrum.push_back(0.5); energySpectrum.push_back(0.5); } void PrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event* anEvent) 62 { // Define the primary particle type G4ParticleTable* particleTable = G4ParticleTable::GetParticleTable(); G4String ParticleName = "gamma"; G4ParticleDefinition* particle = particleTable->FindParticle(ParticleName); particleGun->SetParticleDefinition(particle); // Position of the source G4double x,y,z; x = y = 0.*mm; z = detector->GetdistanceRadioSourceandScatteringTarget(); G4ThreeVector position(x,y,z); particleGun -> SetParticlePosition(position); // Random generation of the impulse direction of primary particles G4double generatingAngleofsource = detector->GetGeneratingAngleofSource(); std::srand((unsigned int) time(NULL)); G4int k = std::rand() % 3; G4double a,b,c; G4double n; do{ a = (-1^k)*std::sin((G4UniformRand()-0.5)*generatingAngleofsource/0.5); b = (-1^(k+1))*std::sin((G4UniformRand()-0.5)*generatingAngleofsource/0.5); c = -std::cos((G4UniformRand()-0.5)*generatingAngleofsource/0.5); n = a*a+b*b+c*c; }while(n > || n == 0.0); n = std::sqrt(n); a /= n; b /= n; 63 c /= n; G4ThreeVector direction(a,b,c); particleGun -> SetParticleMomentumDirection(direction); // Generate the primary particles with a defined energy spectrum G4double random = G4UniformRand(); G4double sum = 0; G4int i = 0; while(sumSetParticleEnergy(primaryParticleEnergy); particleGun->GeneratePrimaryVertex(anEvent); } [...]... thuộc của cƣờng độ gamma tán xạ vào bề dày vật chất Bề dày bia tán xạ càng mỏng thì sự đóng góp tương đối của gamma tán xạ một lần vào phổ tán xạ càng lớn Đối với một loại vật chất tán xạ xác định (Z không đổi), khi bề dày tăng lên thì cường độ tán xạ tăng lên Đến một bề dày nào đó, khi tăng thêm bề dày thì cường độ tán xạ không đổi Bề dày mà cường độ tán xạ không đổi được gọi là bề dày bão hòa Công... thông số liên quan đến nguyên tố, vật liệu từ các cơ sở dữ liệu uy tín và chất lượng như LARA, NIST,… Cách khai báo này giúp người lập trình linh động hơn trong quá trình khai báo vật liệu mô phỏng - Thư viện dữ liệu của NIST cung cấp những nguyên tố, vật liệu, hợp chất đã được thiết lập sẵn bởi chương trình Geant4 Các nguyên tố, vật liệu này thường là những nguyên tố, vật liệu, hợp chất phổ biến, thường... đơn giản của một chương trình Geant4 Trong đó, từ dưới lên, gồm ba lớp: lớp Geant4 là lớp có sẵn trong chương trình; lớp chương trình người dùng do người dùng thiết lập tùy theo từng mô hình và mục đích mô phỏng; lớp mô phỏng là lớp Geant4 biên dịch mã nguồn, khởi tạo sự kiện, chạy chương trình mô phỏng và truy xuất dữ liệu Khóa luận sẽ chỉ tập trung làm rõ phương diện vật lý của lớp chương trình người... hệ giữa cường độ tán xạ và bề dày vật liệu: I(x)  I0  Is 1  exp  x   Với: I 0 : cường độ tán xạ trong không khí Is : cường độ tán xạ trong vật liệu (1.26) 12  : hệ số hấp thụ tuyến tính x: bề dày vật liệu  : khối lượng riêng của vật liệu (g/cm3) Hệ số hấp thụ khối được định nghĩa:     (cm2/g) (1.27) 1.3.2.6 Sự phụ thuộc của cƣờng độ gamma tán xạ vào mật độ vật chất Một trong những vấn... hƣởng của bề dày vật liệu bia trong phép đo tán xạ Theo nghiên cứu về phổ gamma tán xạ ngược của tác giả Trương Thị Hồng Loan và các cộng sự [3] đã cho thấy rằng: Khi bề dày vật chất tăng, sự tán xạ ngược cũng tăng theo và đạt đến giá trị bão hòa Điều này được giải thích là do khi tăng bề dày bia tán xạ, thì tia gamma sẽ có cơ hội gây tán xạ nhiều hơn, tuy nhiên quãng đường để gamma tán xạ ra khỏi bề dày. .. hưởng của bề dày vật liệu bia trong phép đo tán xạ 2.2 Giới thiệu chung về chƣơng trình mô phỏng Geant4 và thuật toán Monte Carlo dùng trong Geant4 2.2.1 Giới thiệu chung về Geant4 [8] Geant4 (GEometry ANd Tracking) là phần mềm được nghiên cứu và phát triển bởi trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN) Phần mềm này được dùng để mô phỏng tương tác của hạt với môi trường vật chất mà nó đi qua 22 Geant4. .. mức vật liệu trong các bồn chứa vật liệu trong nhà máy xi măng Đo mức các dung dịch hóa chất trong các nhà máy hóa chất Đo mức chất lỏng CO2 trong bình cứu hỏa - Dò tìm bom, mìn, vật nổ trong lòng đất - Kiểm tra hành lý tại các cửa khẩu, sân bay, bến tàu - Xác định các đặc trưng chủ yếu của các tầng địa chất trong giếng khoan như cấu trúc của các tầng đất đá, xác định cấu trúc địa tầng 1.5 Kết luận Chương. .. Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo một chương trình Geant4 Các điều kiện ban đầu của mỗi thành phần sẽ được đề cập ngay trong phần tìm hiểu về thành phần đó 2.3.2 Các lớp khởi tạo và thực thi a) DetectorConstruction: Mô tả toàn bộ cấu trúc của “detector” gồm tính chất của vật liệu và thiết kế hình học Cần lưu ý rằng trong mô phỏng Geant4 mọi đối tượng hình học được xây dựng của một chương trình đều có thể ghi nhận... học của một “detector” gồm 3 thành phần chính: 27 - GeometricalVolume (SolidVolume): được xây dựng từ những hình khối đơn giản như: hình hộp, đa diện lồi, hình ống, hình trụ,… mô tả thể tích hình học của vật thể - LogicalVolume: là sự kết hợp của hình thể và vật liệu, chỉ rõ các thuộc tính có thể thấy được của vật thể như: màu sắc, độ đậm - nhạt, đặc - rỗng,… - PhysicalVolume: xác định vị trí của vật. .. nhiều lĩnh vực như vật lý hạt nhân, vật lý máy gia tốc, nghiên cứu trong y học, khoa học vũ trụ… Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng Geant4 để mô phỏng tán xạ của gamma khi đi qua vật liệu nhôm nhằm nghiên cứu sự ảnh hưởng của bề dày vật chất vào cường độ gamma tán xạ thông qua sự đóng góp số đếm diện tích đỉnh theo năng lượng gamma bỏ lại 2.2.2 Phƣơng pháp Monte Carlo sử dụng trong Geant4 2.2.2.1 Phƣơng ... tán xạ tăng lên Đến bề dày đó, tăng thêm bề dày cường độ tán xạ không đổi Bề dày mà cường độ tán xạ không đổi gọi bề dày bão hòa Công thức liên hệ cường độ tán xạ bề dày vật liệu: I(x)  I0  Is... lập trình linh động trình khai báo vật liệu mô - Thư viện liệu NIST cung cấp nguyên tố, vật liệu, hợp chất thiết lập sẵn chương trình Geant4 Các nguyên tố, vật liệu thường nguyên tố, vật liệu, ... tán xạ gamma chương trình mô Geant4, sau khảo sát biến thiên đặc trưng phổ tán xạ theo bề dày bia Từ kết khảo sát đó, ta xây dựng đường cong bão hòa nhằm ứng dụng khảo sát bề dày vật liệu Đối tượng