Đo khối lượng riêng của chất lỏng bằng kỹ thuật gamma tán xạ ngược

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Hồ Thị Tuyết Ngân ĐO KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA CHẤT LỎNG BẰNG KỸ THUẬT GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tp Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Hồ Thị Tuyết Ngân ĐO KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA CHẤT LỎNG BẰNG KỸ THUẬT GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC Ngành: VẬT LÝ HỌC Mã số: 105 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG ĐỨC TÂM Tp Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Hoàng Đức Tâm Thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thành viên nhóm nghiên cứu Trường Đại học Khoa học tự nhiên nhiệt tình đóng góp lời nhận xét suốt trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn chị Nguyễn Thị Mỹ Lệ, sinh viên khóa 37 tận tình giúp đỡ, động viên hướng dẫn bước để hoàn thành luận văn thật tốt Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè hỗ trợ động viên toàn thời gian thực luận văn ii MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt .iv Danh mục hình vẽ, đồ thị v Danh mục bảng vi MỞ ĐẦU vi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ GAMMA 1.1 Tán xạ Compton 1.2 Tán xạ nhiều lần 1.3 Kỹ thuật gamma tán xạ ngược 1.3.1 Khái niệm gamma tán xạ ngược 1.3.2 Hiệu chỉnh suy giảm tán xạ nhiều lần 12 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO 17 2.1 Giới thiệu chung phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP5 17 2.1.1 Phương pháp Monte Carlo 17 2.1.2 Chương trình MCNP 18 2.2 Đặc điểm chương trình MCNP5 19 2.2.2 Định nghĩa ô mạng (cell card) 20 2.2.3 Định nghĩa mặt (surface card) 21 2.3 Định nghĩa liệu (Data card) 23 2.3.1 Mode Cards 23 2.3.2 Source Cards (Nguồn) 23 2.3.3 Tally 24 2.3.4 Mn Cards (Material Cards) 26 2.3.5 Chuyển trục tọa độ 26 2.3.6 Các kiểu định nghĩa nguồn 27 2.4 Output file 29 iii 2.5 Đánh giá sai số 30 2.6 Phương pháp Monte Carlo mô tương tác photon với vật chất chương trình MCNP5 31 2.6.1 Mô hình tán xạ Compton (không kết hợp) 33 2.6.2 Hiệu ứng quang điện 34 2.6.3 Quá trình tạo cặp 35 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA CHẤT LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 36 3.1 Nguồn phóng xạ 36 3.2 Vật liệu 37 3.3 Đầu dò 38 3.4 Mô hình mô 39 3.5 Kỹ thuật xử lí phổ cải tiến phân tích phổ tán xạ 41 3.6 Kết mô 42 KẾT LUẬN 48 Kiến nghị hướng phát triển đề tài 49 Tài liệu tham khảo 50 PHỤ LỤC 51 Phụ lục A Dữ liệu đầu vào MCNP5 51 Phụ lục B Cách sử dụng chương trình Colegram để khớp phổ 55 iv Danh mục chữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh NDT Kiểm tra không phá hủy mẫu Non Destructive Testing MCNP Chương trình mô Monte Carlo Monte Carlo N – Partical FWHM Bề rộng nửa đỉnh phổ Full Width at Half Maximum HPGe Germanium siêu tinh khiết High Purity Germanium MATLAB Chương trình mô lập trình Matrix Laborator RD Độ lệch tương đối Relative Deviation v Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Mô hình tán xạ Compton Hình 1.2 Quá trình tán xạ photon lên vật chất Hình 1.3 Mối quan hệ ∆N/∆m với thành phần Cu hợp kim Fe-Cu 12 Hình 1.4 Mối quan hệ ∆N/∆m với thành phần Cu chuỗi hỗn hợp bột Fe-Cu 12 Hình 1.5 Mối quan hệ ∆N/∆m với thành phần C chuỗi hỗn hợp bột Fe-C 13 Hình 3.1 Mô hình khối nguồn phóng xạ ống chuẩn trực 33 Hình 3.2 Mặt cắt ngang ống thủy tinh chứa chất lỏng 33 Hình 3.3 Các thông số kích thước loại vật liệu detector NaI(Tl) dùng mô 35 Hình 3.4 Bố trí mô hình đo mật độ chất lỏng mô 36 Hình 3.5 Bố trí thí nghiệm mô MCNP5 với nguồn Cs-137 37 Hình 3.6 Phổ tán xạ làm khớp Ethyl Alcohol sử dụng ống chuẩn trực đầu dò 3,0 cm 38 Hình 3.7 Sự phụ thuộc diện tích đỉnh tán xạ đơn vào mật độ 42 Hình 3.8 So sánh phổ dung môi trường hợp đường kính ống chuẩn trực đầu dò 9.5 cm 43 vi Danh mục bảng Bảng 2.1 Một số mặt thường dùng MCNP5 18 Bảng 2.2 Một số biến nguồn thông dụng 24 Bảng 2.3 Các đánh giá sai số tương đối R 27 Bảng 3.1 Hàm lượng nguyên tố cấu thành chất lỏng cần đo 34 Bảng 3.2 Sự phù hợp lượng photon tán xạ giá trị FWHM theo lý thuyết mô với kích thước ống chuẩn trực detector 3,0 cm 39 Bảng 3.3 Sự phù hợp lượng photon tán xạ giá trị FWHM theo lý thuyết mô với kích thước ống chuẩn trực detector 9,5 cm 39 Bảng 3.4 Số đếm đỉnh tán xạ đơn chất lỏng dùng xây dựng đường chuẩn – Trường hợp 3,0 cm 41 Bảng 3.5 Số đếm đỉnh tán xạ đơn chất lỏng dùng xây dựng đường chuẩn – Trường hợp 9,5 cm 41 Bảng 3.6 Sự phù hợp mật độ Benzen N-Hexane mô chuẩn 42 MỞ ĐẦU Ngày nay, kỹ thuật kiểm tra không hủy mẫu (Non Destructive Testing – NDT) kỹ thuật dùng phổ biển xem thiếu ngành công nghiệp đại sản xuất, chế tạo dịch vụ kiểm tra để đảm bảo tính toàn vẹn sản phẩm độ tin cậy, để kiểm soát trình sản xuất, chi phí sản xuất thấp để trì mức độ chất lượng đồng Kỹ thuật kiểm tra không phá hủy sử dụng để tối ưu hóa trình quy trình công nghệ chế tạo, gia công Quan trọng nữa, nhờ dò tìm khuyết tật sớm công trình, loại bỏ vật liệu, sản phẩm không đạt yêu cầu,… giúp đánh giá tính chất vật liệu trước chúng bị hư hỏng; dựa vào tiêu kỹ thuật quy định, để đảm bảo chất lượng sản phẩm tính làm việc công trình, thiết bị; hạn chế rủi ro khuyết tật nhằm tăng cường tính toàn vẹn kinh doanh tính an toàn xây lắp, tránh cố mong muốn tiết kiệm chi phí [8] Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phương pháp khác thường chia thành hai nhóm theo khả phát khuyết tật chúng, là: - Các phương pháp có khả phát khuyết tật nằm sâu bên bề mặt đối tượng kiểm tra như: chụp ảnh phóng xạ, siêu âm [8] - Các phương pháp có khả phát khuyết tật bề mặt gần bề mặt đối tượng kiểm tra như: kiểm tra thẩm thấu lỏng, kiểm tra bột từ, kiểm tra dòng xoáy [8] Trong đó, kỹ thuật kiểm tra không hủy mẫu ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp kỹ thuật gamma tán xạ ngược dựa tượng tán xạ Compton, xác đinh độ ăn mòn vật liệu, tìm khuyết tật đường ống, xác định bề dày vật liệu,… Kỹ thuật ứng dụng từ lâu [4] kể từ đến nay, ứng dụng liên quan đến kỹ thuật tiếp tục mở rộng nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm [1,2,4] Ưu điểm vượt trội kỹ thuật so với kỹ thuật gamma truyền qua phương pháp siêu âm cho độ xác cao đặc biệt hữu ích trường hợp đối tượng kiểm tra cần tiếp cận từ phía Nghiên cứu luận văn dựa vào phương pháp Monte Carlo kỹ thuật xử lý phổ cải tiến, từ đánh giá kỹ thuật việc xác định mật độ chất lỏng khác nhau, với mục đích làm cho phép đo trở nên đơn giản thuận tiện áp dụng trường Năm 2012, phép đo mật độ chất lỏng kỹ thuật gamma tán xạ ngược nhóm tác giả P.Priyada cộng thực [4] Bài báo cho thấy ưu điểm phương pháp gamma tán xạ với độ xác cao phương pháp gamma truyền qua thực phép đo mật độ chất lỏng đo mức chất lỏng – chất lỏng Nhưng luận văn này, nghiên cứu việc đo mật độ chất lỏng Trong công trình nghiên cứu mình, nhóm tác giả Priyada sử dụng nguồn 137 Cs với hoạt độ lớn (4,2 Ci) đầu dò HPGe Do hoạt độ lớn nên không đảm bảo mặt an toàn xạ người sử dụng Mặt khác, với độ phân giải lượng cao, HPGe loại detector cho kết đáng tin cậy nhiều phép đo, có phép đo mật độ chất lỏng [4] Tuy nhiên, nhược điểm đầu dò cần làm lạnh nhiệt độ thấp ni-tơ lỏng nên tính linh động không cao việc đo đạc đối tượng trường Để khắc phục vấn đề nghiên cứu Priyada, đề tài đặt mục tiêu thay đổi detector HPGe detector khác tiện lợi hơn, detector nhấp nháy NaI(Tl) Vì loại detector gọn nhẹ, hoạt động nhiệt độ phòng cấp điện từ nguồn điện trực tiếp qua cổng USB máy tính xách tay nên mang trường để thực việc đo đạc 41 Đầu dò NaI(Tl) Ống chuẩn trực đầu dò Ống chuẩn Nguồn 137Cs trực nguồn 1200 1200 Ống chất lỏng (a) (b) Hình 3.5 Cấu hình hệ đo mật độ chất lỏng MCNP5 với nguồn 137Cs: a) Đường kính ống chuẩn trực đầu dò: 3,0 cm; b) Đường kính ống chuẩn trực đầu dò: 9,5 cm 3.5 Kỹ thuật xử lí phổ cải tiến phân tích phổ tán xạ [1] Từ phổ tán xạ thu sau mô phỏng, để lấy diện tích đỉnh tán xạ đơn, áp dụng kỹ thuật xử lí phổ cải tiến chương trình Colegram [1] Từ đó, đánh giá khả áp dụng kỹ thuật gamma tán xạ ngược cách so sánh giá trị lượng tán xạ đơn hàm bề rộng nửa (FWHM) tính toán từ mô với lý thuyết Trên sở này, tính giá trị mật độ chất lỏng so sánh với mật độ chuẩn (được tra NIST) từ đó, đánh giá sai số độ lệch tương đối phương pháp trình mô Trong luận văn này, để phân tích phổ tán xạ, áp dụng kỹ thuật xử lí phổ cải tiến sử dụng chương trình Colegram Cụ thể, đỉnh tán xạ đơn (đóng góp chủ yếu tán xạ lần), sử dụng hàm Gauss để khớp, thành phần lại, phông gây nhiễu tín hiệu (đóng góp chủ yếu tán xạ nhiều lần) khớp hàm đa thức Các hàm có dạng sau: 42 (3.2) (3.3) G(x) =  (x - x )2  A exp   2σ  σ 2π  Poly(x) = a + a (x – x ) + a (x – x )2 + a (x – x )3 + … Với phổ thu được, xác định đỉnh tán xạ đơn Sau xử lí phổ xong, lấy giá trị diện tích đỉnh tán xạ lần, làm sở cho việc tính toán mật độ Phổ sau xử lí thể hình 3.6 Đỉnh tán xạ đơn (đóng góp chủ yếu tán xạ lần) Đỉnh tán xạ đơn phông Nền phổ (đóng góp chủ yếu tán xạ nhiều lần) Hình 3.6 Phổ tán xạ làm khớp Ethyl Alcohol sử dụng ống chuẩn trực đầu dò 3,0 cm 3.6 Kết Để đánh giá ảnh hưởng nhiều hay tán xạ nhiều lần, tiến hành đo thu kết mật độ chất lỏng hai trường hợp: đường kính ống chuẩn trực detector 3,0 cm 9,5 cm Kết bảng 3.2 bảng 3.3 cho biết phù hợp lượng photon tán xạ tính theo lý thuyết sử dụng công thức 43 (1.7), giá trị hàm FWHM theo lý thuyết (áp dụng công thức 3.1) với mô hình mô MCNP5 Bảng 3.2 Sự phù hợp lượng photon tán xạ giá trị FWHM theo lý thuyết mô với kích thước ống chuẩn trực detector 3,0 cm Chất lỏng Nước Methanol Ethyl Alcohol Hexane Glyxerol Cyclohexane Mật độ chuẩn (kg/m3) (NIST) 1000,0 791,4 789,3 672,0 1261,3 779,0 Năng lượng photon tán xạ (keV) Lý RD MCNP5 thuyết (%) 224,9 223,4 0,7 224,9 223,3 0,7 224,9 223,3 0,7 224,9 223,3 0,7 224,9 223,4 0,7 224,9 223,3 0,7 FWHM (keV) Lý MCNP5 thuyết 20,7 21,1 20,7 21,0 20,7 21,1 20,7 21,1 20,7 20,8 20,7 21,1 RD (%) 1,8 1,7 1,7 1,9 0,5 1,7 Trong bảng 3.2, nhận thấy, độ lệch tương đối giá trị tính theo lý thuyết mô lượng (0,7%) FWHM (trung bình khoảng 1,55%) 5% Điều cho thấy rằng, phổ lượng tán xạ thu từ nguồn Cs 137 loại chất lỏng khác có hình dạng gần như có phù hợp tốt giá trị lý thuyết với mô hình mô Bảng 3.3 Sự phù hợp lượng photon tán xạ giá trị FWHM theo lý thuyết mô với kích thước ống chuẩn trực detector 9,5 cm Chất lỏng Nước Methanol Mật độ chuẩn (kg/m3) (NIST) 1000,0 791,4 Năng lượng photon tán xạ (keV) Lý MCNP5 thuyết 224,9 223,5 224,9 223,5 RD (%) 0,6 0,6 FWHM (keV) Lý thuyết 20,7 20,7 MCNP5 22,7 22,8 RD (%) 8,9 9,0 44 Ethyl Alcohol Hexane Glyxerol Cyclohexane 789,3 672,0 1261,3 779,0 224,9 224,9 224,9 224,9 223,5 223,5 223,5 223,5 0,6 0,6 0,6 0,6 20,7 20,7 20,7 20,7 23,0 22,8 22,6 22,8 9,9 9,2 8,5 9,1 Từ bảng 3.2 bảng 3.3 cho thấy, giá trị lượng photon tán xạ xác định mô sai lệch không nhiều so với tính toán lý thuyết, độ lệch tương đối từ 0,6 % đến 0,7 % Mặt khác, giá trị bề rộng nửa đỉnh phổ (FWHM) trường hợp đường kính ống chuẩn trực đầu dò 3,0 cm lại xác, với sai số tương đối cao 1,9 % Điều do, kích thước ống chuẩn trực nhỏ hạn chế ảnh hưởng tán xạ nhiều lần, số đếm ghi nhận Vì vậy, phổ thu bị dãn rộng Trong đó, đường kính ống chuẩn trực 9,5 cm độ lệch tương đối lại lớn, độ lệch tương đối cao 9,9 %, gần 10% Điều giải thích sau, detector NaI(Tl) có độ phân giải nên đỉnh tán xạ đơn có số đếm đóng góp tán xạ nhiều lần, làm cho số đếm đỉnh nhiều hơn, phổ nở rộng Tuy nhiên, để xác định xác khối lượng riêng chất lỏng, ta lại sử dụng đường kính ống chuẩn trực 9,5 cm, FWHM trường hợp lớn Bởi vì, giá trị FWHM kích thước ống chuẩn trực 9,5 cm gần chênh lệch chất lỏng khác Điều chứng tỏ rằng, trường hợp này, phổ ta thu nhận ổn định cho kết phép đo xác Hơn nữa, đỉnh tán xạ có đóng góp tạn xạ nhiều lần đường kính ống chuẩn trực lớn, số đếm tán xạ đơn ghi nhận nhiều hơn, đảm bảo tốt mặt thống kê so với đường kính ống chuẩn trực 3,0 cm Tiếp theo, sau thu phổ xử lí chương trình Colegram, sử dụng chất lỏng: Nước, Methanol, Ethyl Alcohol, Hexane, Glycerol Cyclohexane để làm khớp dạng hàm phụ thuộc diện tích đỉnh tán xạ đơn theo mật độ chuẩn Để làm điều đó, từ phổ xử lí, lấy giá trị diện tích đỉnh tán xạ đơn trình bày bảng 3.4 bảng 3.5 45 Bảng 3.4 Số đếm đỉnh tán xạ đơn chất lỏng dùng xây dựng đường chuẩn – Trường hợp 3,0 cm Dung môi Diện tích đỉnh tán xạ đơn Kênh Mật độ (g/cm3) Water 1969,256 1161,065 1,0000 Methanol 1827,399 1160,804 0,7914 Ethyl Alcohol 1825,459 1160,802 0,7893 Hexane 1782,825 1160,780 0,6720 Glyxerol 2123,021 1161,092 1,2613 Cyclohexane 1824,912 1160,673 0,7790 Bảng 3.5 Số đếm đỉnh tán xạ đơn chất lỏng dùng xây dựng đường chuẩn – Trường hợp 9,5 cm Dung môi Diện tích đỉnh tán xạ đơn Kênh Mật độ (g/cm3) Water 11245,79 1161,669 1,0000 Methanol 10460,13 1161,637 0,7914 Ethyl Alcohol 10461,64 1161,646 0,7893 Hexane 10048,91 1161,550 0,6720 Glyxerol 12189,05 1161,675 1,2613 Cyclohexane 10432,86 1161,565 0,7790 Sau thu kết bảng 3.4 bảng 3.5, với mật độ chuẩn biết (theo NIST), tiến hành làm khớp hàm biểu diễn phụ thuộc diện tích đỉnh tán xạ đơn vào mật độ theo công thức (1.14) Kết làm khớp biểu diễn hình 3.7 46 Mô – 9,5 cm Diện tích đỉnh tán xạ đơn Diện tích đỉnh tán xạ đơn Mô – 3,0 cm Mật độ (kg/m3) Mật độ (kg/m3) b) a) Hình 3.7 Sự phụ thuộc diện tích đỉnh tán xạ đơn vào mật độ: a) Đường kính ống chuẩn trực đầu dò 3,0 cm; b) Đường kính ống chuẩn trực đầu dò 9,5 cm Theo đồ thị hình 3.7, ta thấy, thay đổi diện tích đỉnh tán xạ đơn theo mật độ gần tuyến tính với hệ số tương quan R2 = 0,997 (Mô – 3,0 cm) R2 = (Mô – 9,5 cm) Cả trường hợp R2 gần với 1, điều cho thấy phù hợp tốt với lý thuyết ban đầu mà trình bày theo công thức (1.14) Mặt khác, trường hợp mô – 9,5 cm R2 = chứng tỏ rằng, đường kính chuẩn trực detector lớn kết xác Từ kết khớp hàm số đếm theo mật độ tốt, tiến hành kiểm tra mật độ Benzene N – hexane thu kết bảng 3.6 Bảng 3.6 Sự phù hợp mật độ Benzene N – Hexane mô chuẩn Chất lỏng Mật độ chuẩn (kg/m3) Benzene 878,65 3,0 cm 9,5 cm Mật độ tính toán RD (%) Mật độ tính toán RD (%) 817,05 7,0 878,65 4,9 47 N – Hexane 660,3 632,81 4,2 660,30 0,3 Kết bảng 3.6 cho thấy, độ lệch tương đối Benzene (7,0%) N – Hexane (4,2%) trường hợp kích thước ống chuẩn trực đầu đò 3,0 cm nhỏ 10% Tuy nhiên, nhìn chung, độ lệch tương đối trường hợp lớn giá trị trường hợp đường kính ống chuẩn trực đầu đò 9,5 cm Cụ thể, Benzene RD 4,9%, N – Hexane RD 0,3 % Kết lần chứng minh rằng, sử dụng detector có kích thước ống chuẩn trực lớn, kết thu xác Do đó, sau, tiến hành khảo sát đường kính ống chuẩn trực 9,5 cm thu phổ hình 3.8 Hình 3.8 So sánh phổ dung môi trường hợp đường kính ống chuẩn trực đầu dò 9,5 cm Từ đồ thị hình 3.8, ta nhận thấy, phổ số đếm/kênh Glycerol cao nhất, Glycerol có mật độ lớn chất lỏng mà khảo sát Vì phổ 48 thu tán xạ gamma với vật chất nên chất lỏng có mật độ lớn cho số đếm nhiều KẾT LUẬN Như vậy, với đề tài: “Đo mật độ chất lỏng kỹ thuật gamma tán xạ ngược sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl)”, mô toàn phép đo chương trình MCNP5 sử dụng phương pháp Monte Carlo Kết mà đạt bao gồm: • Mô phổ gamma chương trình MCNP5 nguồn 137Cs; • Thay thành công đầu dò HPGe đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) việc đo khối lượng riêng chất lỏng; • Áp dụng thành công kỹ thuật xử lí phổ cải tiến việc đo mật độ chất lỏng; • Chứng minh rằng, với kích thước ống chuẩn trực đầu dò 9,5 cm cho kết xác dựa vào giá trị hàm FWHM kết kiểm chứng lại mật độ Benzene (với RD = 4,9 %) N-Hexane (với RD = 0,3 %) Các kết sở để xác định thêm mật độ nhiều loại chất lỏng việc áp dụng kỹ thuật gamma tán xạ ngược Đặc biệt, chúng động lực lớn cho việc tiến hành thực nghiệm Việc sử dụng đầu dò có kích thước ống chuẩn trực lớn giúp cho kết mật độ chất lỏng xác rút ngắn thời gian đo, tạo điều kiện thuận lợi làm thí nghiệm Mặc dù phép đo thực mô ít, khẳng định rằng, hoàn toàn thay detector nhấp nháy NaI(Tl) để việc xác định mật độ chất lỏng 49 Kiến nghị hướng phát triển đề tài Trong trình thực đề tài, nhận thấy mở rộng hướng nghiên cứu sau: • Tiếp tục phép đo với kích thước đường kính ống đựng chất lỏng khác nhau, để xét xem kết có tốt hay không khảo sát xem yếu tố ảnh hưởng đến phép đo; • Tiến hành thực nghiệm với chất lỏng sử dụng mô để tạo thêm tin cậy 50 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Hoàng Đức Tâm (2015), Nghiên cứu xác định bề dày thép C45 phương pháp gamma tán xạ sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) – Luận án Tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Tp.HCM [2] Nguyễn Mỹ Lệ (2015), Sử dụng kỹ thuật gamma tán xạ ngược để xác định độ dày thành bình phương pháp Monte Carlo – Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM [3] Đặng Nguyên Phương (2015), Hướng dẫn sử dụng MCNP cho hệ điều hành Windows – Tài liệu lưu hành nội Tiếng Anh [4] Priyada P., Magret M., Ramar R., Shivaramu (2012), “Intercomparison of gamma ray scattering and transmission techniques for fluid–fluid and fluid–air interface levels detection and density measurements”, Applied Radiation and Isotopes 70, 462 – 469 [5] Guang Luo, Guangyu Xiao (2015), “Analysis of the factors that affect photon counts in Compton scattering”, Applied Radiation and Isotopes 95, 208 – 213 [6] Priyada P., Margret M., Ramar R., Shivaramu, Menaka M., Thilagam L., Venkataraman B., Raj B (2011), “Intercomparison of gamma scattering, gammatography, and radiography techniques for mild steel nonuniform corrosion detectrion”, Review of Scientific Instruments 82, 035115 (1 – 8) [7] Hoang Duc Tam, Huynh Dinh Chuong, Tran Thien Thanh, Vo Hoang Nguyen, Hoang Thi Kieu Trang & Chau Van Tao (2014), “Advanced gamma spectrum 51 processing technique applied to the analysis of scattering spectra for determining material thickness”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 303, 693 – 699 [8] https://www.asnt.org/MinorSiteSections/AboutASNT/Intro-to-NDT PHỤ LỤC Phụ lục A Dữ liệu đầu vào MCNP5 C INPUT FILE SIMULATE COMPTON SCATTERING SYSTEM C COMPTON SCATTERING SYSTEM INCLUDING: SOURCE BOX + TARGET + DETECTOR 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 -0.001205 (4 -5 -10 9) IMP:P=1 C CELL CARDS OF THE PIPE 11 -0.7893 (25 -24 -23) IMP:P=1 $ VAT LIEU BEN TRONG BINH - ETHYL ALCOHOL 10 -6.220 (20 -21 -22) (24:23:-25) IMP:P=1 $ GLASS C CELL CARDS OF DETECTOR 10 -3.67 (42 -43 -50) IMP:P=1 $ CRYSTAL NaI OF DETECTOR 11 -3.95 (42 -44 -51) (50:43) IMP:P=1 $ ALUMINIUM OXIDE REFLECTOR 12 -2.329 (44 -45 -51) IMP:P=1 $ SILICON PAD 13 -2.648 (41 -42 -51) IMP:P=1 $ GLASS WINDOW 14 -2.699 (41 -46 -52) (45:51) IMP:P=1 $ ALUMINIUM BODY WALL 15 -2.699 (40 -41 -53) IMP:P=1 16 -0.001205 (41 -46 -53 52) IMP:P=1 17 -11.35 (57 -48 -54 53) IMP:P=1 $ LEAD WALL C 18 -11.35 (46 -48 -53 55) IMP:P=1 $ LEAD COLLIMATOR 52 19 -0.001205 (57 -40 -53) IMP:P=1 20 -0.001205 (46 -48 -53) IMP:P=1 C OTHERS 21 -0.001205 (-70) (-1:5:10) (-20:21:22) & (-57:48:54) IMP:P=1 22 (70) IMP:P=0 C ********** BLOCK 2: SURFACE CARDS ********** C SURFACE CARDS OF SOURCE BOX 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 10 CZ 11.0 11 CZ 0.25 C SURFACE CARDS OF THE PIPE 20 PZ -7.5 21 PZ 7.5 22 CZ 0.8 23 CZ 0.7 $ THAY DOI BE DAY THANH BINH 24 PZ 7.4 $ THAY DOI BE DAY CUA DAY 25 PZ -7.4 $ THAY DOI BE DAY HAI DAY C SURFACE CARDS OF DETECTOR 53 40 PZ -11.0 41 PZ -8.0 42 PZ -7.4 43 PZ 0.2 44 PZ 0.3 45 PZ 0.5 46 PZ 0.65 47 PZ 15.65 48 PZ 20.65 50 CZ 3.8 51 CZ 4.0 52 CZ 4.15 53 CZ 4.75 54 CZ 7.75 C 55 CZ 1.5 $ RADIUS OF DETECTOR COLLIMATOR 57 PZ -20.0 C OTHERS 70 SO 150.0 C ********** BLOCK 3: DATA CARDS ********** MODE P *TR1 0 42.8 90 90 0 90 90 90 90 *TR2 36.37306696 21 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 54 SP2 -21 SI3 -0.2 0.0 SP3 -21 SI4 -1.0 0.998752338 1.0 SP4 0.0 0.999376169 0.000623831 SB4 0.0 0.0 1.0 E0 1E-5 0.00013621 8124I 1.658205 FT8 GEB -0.0137257 0.0739501 -0.152982 F8:P 10 RAND GEN=2 SEED=9219741426499971445 STRIDE=152917 HIST=1 NPS 6000000000 M1 82204 -0.015 82206 -0.236 82207 -0.226 82208 -0.523 $ LEAD M2 17035 -0.210579 55137 -0.789421 $ CESIUM CHLORIDE SOURCE M3 13027 -1.000 $ ALUMINIUM M4 6012 -0.000124 7014 -0.755268 8016 -0.231781 18040 -0.012827 $ DRY AIR M5 11023 -0.153373 53127 -0.846627 $ NaI 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 8016 -0.156453 14028 -0.080866 22048 -0.008092 33075 -0.002651 & 82207 -0.751938 $ GLASS M11 1001 -0.131269 8016 -0.347294 6012 -0.521438 $ ETHYL ALCOHOL 55 Phụ lục B Cách sử dụng chương trình Colegram để khớp phổ Các bước xử lý phổ chương trình Colegram: [1] Lưu số đếm dạng file có đuôi "name.asc" [2] Mở chương trình Colegram [3] Chọn file -> Open -> Chọn đường dẫn đến vị trí file vừa lưu bước [4] Chọn vùng giới hạn để fit hàm Lưu ý: Để đảm bảo tính đồng trình xử lý tất phổ xử lý từ vị trí kênh giống [5] Trên bảng "Palette" chọn nút "Extract a ROI" (Region Object Important) để phóng to vùng cần quan tâm [6] Trên bảng "Palette" chọn nút "Select peak shape" chọn hàm cần khớp thẻ "Peaks preference" nhấn "OK" [7] Nhấn nút "Least square method (10 times)" bảng "Palette" để thực việc khớp phổ Từ đó, ghi nhận thông số cần quan tâm bảng "Peak imformation" Giao diện chương trình Colegram [...]... phần tán xạ nhiều lần, chúng tôi áp dụng kỹ thuật xử lí phổ cải tiến Điều này sẽ được trình bày trong chương 3 9 1.3 Kỹ thuật gamma tán xạ ngược 1.3.1 Khái niệm gamma tán xạ ngược Tán xạ ngược là hiện tượng tán xạ Compton mà trong đó, tia tán xạ bay ngược trở lại so với phương ban đầu (tức góc tán xạ θ > 90o) Cường độ chùm tia tán xạ ngược phụ thuộc vào nhiều thành phần: mật độ vật chất lớp tán xạ, ... góp của tán xạ nhiều lần Từ đó, chúng tôi tính được mật độ của chất lỏng chính xác hơn Nội dung luận văn bao gồm các chương: Chương 1 Tổng quan về tán xạ gamma Chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về một dạng tương tác của bức xạ gamma với vật chất, đó là tán xạ Compton Đây chính là cơ sở của kỹ thuật gamma tán xạ ngược Tiếp theo là trình bày về các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tia gamma tán xạ ngược. .. GAMMA 1.1 Tán xạ Compton Nếu năng lượng của lượng tử gamma lớn hơn so với năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử, thì có thể xem electron là tự do trong quá trình xét sự va chạm đàn tính của lượng tử gamma với nó Khi đó, từ định luật bảo toàn năng lượng và động lượng có thể nhận được mối liên quan giữa năng lượng hν’ của lượng tử tán xạ với năng lượng hν của lượng tử tới và góc tán xạ θ, cũng... lượng chùm tia tới (E 0 ), hoạt độ nguồn phóng xạ, góc tán xạ (θ; góc tán xạ thứ cấp:θ s ), bề dày lớp vật chất tán xạ, mật độ khối của vật chất, bậc số nguyên tử Z của vật chất tán xạ và cách bố trí hình học của phép đo (tham số d) theo công thức tổng quát (1.8): I = a(E 0 ,θ 0 , E,θ,θ s , x, y,d) I0 Trong đó: a: (1.8) được gọi là Albedo gamma I 0 , I: lần lượt là cường độ bức xạ tới và cường độ tán. .. như đo độ dày vật liệu, đo độ dày phim, kiểm tra độ khuyết tật, đo độ ăn mòn, đo mật độ vật chất chứng tỏ đây là một kỹ thuật được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm và ứng dụng rộng rãi Nghiên cứu của luận văn dựa vào phương pháp Monte Carlo và kỹ thuật xử lý phổ cải tiến [1], từ đó đánh giá kỹ thuật này trong việc xác định mật độ của các chất lỏng khác nhau 5 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ GAMMA 1.1 Tán. .. tán xạ θ0: góc tới E: năng lượng gamma tán xạ x: khoảng cách từ nguồn đến vật liệu y: khoảng cách từ vật liệu đến detector • Sự phụ thuộc cường độ tán xạ vào cường độ bức xạ tới: Khi tăng I 0 , mức độ xuyên sâu của chùm tia tăng Vì thế, độ hấp thụ chùm tia tán xạ cũng tăng Khi đó, tán xạ Compton về phía trước chiếm ưu thế, làm giảm xác suất tán xạ ngược, nghĩa là I giảm • Sự phụ thuộc cường độ tán xạ. .. E E' = 1+ E me c 2 (1.7) (1- cosθ) Vậy năng lượng gamma tán xạ sẽ phụ thuộc vào góc tán xạ θ 1.2 Tán xạ nhiều lần [4] Thông tin liên quan đến việc tính toán mật độ chất lỏng được cung cấp bởi thành phần tán xạ đơn Nhưng thực tế, phổ năng lượng thu được bao giờ cũng có nhiều thành phần, trong đó có những sự kiện tán xạ lần hai Chúng xảy ra khi photon tán xạ từ những tương tác sơ cấp tương tác lần nữa... thông lượng gamma tới và thông lượng gamma truyền qua; 11 ρ: mật độ của vật liệu; E 0 : Năng lượng photon tới Giai đo n 2: Thông lượng khi bị tán xạ tại điểm P: I2 = I1 Với: dσ(E 0 ,Ω) S(E 0 ,θ, Z).dΩ.ρe V dΩ (1.10) dσ(E 0 ,Ω) : tiết diện tán xạ vi phân được tính theo công thức Klein-Nishina [6]; dΩ S(E 0 ,θ, Z) : Hàm tán xạ không kết hợp; ρe = ρ.N Z : Mật độ electron tại P; A V: thể tích tán xạ Giai đo n... tài Đo khối lượng riêng của chất lỏng bằng kỹ thuật gamma tán xạ ngược làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Vì thế, kết quả thu được từ nghiên cứu này rất được chúng tôi mong đợi vì nó giúp cải thiện rất nhiều nhược điểm từ các công trình đi trước Mục đích nghiên cứu đề tài: Đo mật độ một số dung môi có sẵn trong phòng thí nghiệm như nước, methanol, glycerin,… sử dụng chương trình mô phỏng MCNP5 bằng. .. triển của đề tài Ý nghĩa khoa học: Dựa vào hiện tượng tán xạ Compton, kỹ thuật gamma tán xạ ngược đã được phát triển và ứng dụng nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật kiểm tra không hủy mẫu, cho độ chính xác cao và đặc biệt hữu ích trong trường hợp đối tượng kiểm tra chỉ tiếp cận từ một phía Ý nghĩa thực tiễn: Đã có nhiều ứng dụng liên quan đến kỹ thuật