hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật của đầu dò nai(tl) bằng phương pháp monte carlo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  NGUYỄN THỊ TIÊN HIỆU CHỈNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐẦU DỊ NaI(Tl) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  HIỆU CHỈNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐẦU DỊ NaI(Tl) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO Chun ngành: Vật lý học Mã số: 52440102 Giảng viên hướng dẫn: TS HỒNG ĐỨC TÂM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ TIÊN Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn thân tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ động viên từ q thầy cơ, gia đình bạn bè Tơi xin gửi lời cảm ơn đến TS Hồng Đức Tâm trực tiếp hướng dẫn tơi thực đề tài luận văn Trong q trình thực luận văn, thầy khơng truyền cho tơi ý tưởng, cung cấp định hướng mà đưa nhận xét q giá giúp tơi gỡ bỏ khó khăn, giúp tơi chỉnh sửa hồn thành luận văn cách tốt Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cơ Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh cung cấp cho tơi kiến thức q trình học để tơi có khả hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn ba mẹ tơi hi sinh đời ni nấng cho học hành, ba mẹ chỗ dựa tinh thần vững chắc, nguồn động viên mạnh mẽ tơi Tơi xin cảm ơn người bạn tơi, người ln cổ vũ, giúp đỡ tơi lúc khó khăn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành đến tất người Tp.Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng năm 2016 Nguyễn Thị Tiên MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt thuật ngữ i Danh mục bảng iii Danh mục hình vẽ, đồ thị iv MỞ ĐẦU vi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tương tác xạ gamma vật chất 1.1.1 Một số tính chất xạ gamma 1.1.2 Các chế tương tác xạ gamma với vật chất 1.1.3 Các đặc trưng phổ gamma 10 1.2 Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò nhấp nháy 11 1.2.1 Giới thiệu chung hệ phổ kế gamma 11 1.2.2 Cấu tạo ngun tắc hoạt động phận đầu dò nhấp nháy 13 1.2.3 Khả phân giải hiệu suất ghi đầu dò nhấp nháy 16 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG MCNP 19 2.1 Giới thiệu chung phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP 19 2.2 Các đặc trưng chương trình mơ MCNP 21 CHƯƠNG KHẢO SÁT VÀ HIỆU CHỈNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐẦU DỊ NHẤP NHÁY 29 3.1 Xây dựng số liệu đầu vào 29 3.1.1 Mơ tả hệ đo 29 3.1.2 Kiểm tra khả mơ tệp đầu vào 32 3.2 Khảo sát, đánh giá hiệu chỉnh thơng số kỹ thuật đầu dò 35 KẾT LUẬN 46 Tài liệu tham khảo 47 Phụ lục 49 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt thuật ngữ Danh mục ký hiệu Ký hiệu c E, E ' i Ee Chú giải Tốc độ ánh sáng (c=3108 m/s) Năng lượng gamma tới, gamma sau tán xạ Năng lượng liên kết electron lớp ngun tử (với i = K, L, M,…) Động electron  Góc tán xạ electron  Góc tán xạ gamma p Xung lượng  Bước sóng gamma h Hằng số Planck (h=6,62510-34J.s) re Bán kính electron cổ điển ( re   Tiết diện tồn phần σC Tiết diện Compton σPair Tiết diện tạo cặp σP Tiết diện quang điện σTh Tiết diện tán xạ Thomson ( σ Th  me Khối lượng nghỉ electron ( m e =9,110-31 hay m e c =0,511MeV )   Simul  Exp e2  2,82  1015 m ) mec 8π e     re  6,65  1025 cm2) mec Hiệu suất đỉnh lượng tồn phần Hiệu suất đỉnh lượng tồn phần mơ Hiệu suất đỉnh lượng tồn phần thực nghiệm i Z Số hiệu ngun tử  Độ lệch chuẩn phân bố đỉnh Danh mục chữ viết tắt thuật ngữ Chữ Tiếng Anh viết tắt HPGe High pure Germanium Tiếng Việt Germanium siêu tinh khiết Bề rộng tồn phần nửa chiều cao đỉnh FWHM Full width at half maximum FWTM Full width at tenth maximum Độ phân giải 1/10 chiều cao cực đại lượng tồn phần FEPE Full- energy peak efficiency Hiệu suất đỉnh lượng tồn phần MCNP Monte Carlo N-Particle Chương trình mơ Monte Carlo NPS Number of particle histories Số lịch sử hạt PMT Photomultiplier tube Ống nhân quang điện Relative error Sai số tương đối Relative deviation Độ lệch tương đối R RD Anode Là điện cực dương đóng vai trò thu góp điện tích Là điện cực thực q trình Dynode nhân electron quang điện thơng qua phát xạ thứ cấp Là cảm quang âm cực đóng vai trò điện cực tích điện âm có phủ lớp Photocathode hợp chất cảm quang, có một lượng tử ánh sáng có lượng đủ lớn đập vào lượng hấp thụ gây phát xạ điện tử theo hiệu ứng quang điện ii Danh mục bảng Bảng 2.1 Một số loại mặt định nghĩa MCNP 23 Bảng 2.2 Một số hàm dựng sẵn cho phân bố xác suất nguồn 25 Bảng 2.3 Chú giải sai số tương đối R 28 Bảng 3.1 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ thực nghiệm với thơng số nhà sản xuất lớp Al2O3 dày 1mm 34 Bảng 3.2 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ với giá trị bề dày PMT khác đầu dò 35 Bảng 3.3 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày PMT 36 Bảng 3.4 So sánh hiệu suất mơ thực nghiệm [8] mơ đầu dò với khối tinh thể NaI(Tl) 38 Bảng 3.5 So sánh hiệu suất mơ thực nghiệm [8] mơ đầu dòvới khối tinh thể NaI(Tl) lớp Al2O3 dày 1mm 39 Bảng 3.6 So sánh hiệu suất mơ thực nghiệm [8] mơ đầu dò với khối tinh thể NaI(Tl), lớp Al2O3 lớp silicon dày 2mm 40 Bảng 3.7 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ với giá trị bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 41 Bảng 3.8 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 42 Bảng 3.9 Hiệu suất mơ đầu dò với giá trị bề dày lớp silicon 43 Bảng 3.10 Độ lệch tương đối mơ thực nghiệm thay đổi bề dày lớp silicon 44 iii Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Minh họa hiệu ứng quang điện Hình 1.2 Minh họa phát tia X electron Auger Hình 1.3 Tiết diện hiệu ứng quang điện phụ thuộc lượng gamma [2] Hình 1.4 Sơ đồ tán xạ gamma lên electron tự Hình 1.5 Phân bố tiết diện tán xạ Compton theo góc tán xạ tính theo cơng thức KleinNishina với giá trị lượng gamma tới từ 1keV đến 10MeV [7] Hình 1.6 Minh họa hiệu ứng tạo cặp electron-positron Hình 1.7 Xác suất tương tác xảy ngun tử theo lượng gamma tới [14] Hình 1.8 Xác suất tương đối xảy hiệu ứng theo lượng gamma số ngun tử Z [7] Hình 1.9 Minh họa đỉnh đặc trưng phổ gamma 10 Hình 1.10 Minh họa q trình hoạt động hệ đo dùng đầu dò nhấp nháy 13 Hình 1.11 Ngun tắc nhấp nháy [5] 15 Hình 1.12 Các đại lượng độ phân giải đỉnh FWHM FWTM [7] 16 Hình 1.13 Diện tích đỉnh hấp thụ lượng tồn phần phổ gamma phân bố độ cao xung [7] 17 Hình 2.1 Minh họa ngun tắc hoạt động phương pháp Monte Carlo 19 Hình 3.1 Cấu tạo mặt kĩ thuật Gamma-Rad5 76  76mm [14] 29 Hình 3.2 Cấu tạo chi tiết đầu dò [8] 30 Hình 3.3 Bộ nguồn chuẩn 30 Hình 3.4 Minh họa mặt cắt đầu dò nguồn vẽ MCNP5 31 Hình 3.5 So sánh phổ thực nghiệm mơ nguồn 22Na, 137Cs, 60Co, 152 Eu 33 Hình 3.6 Tỉ số hiệu suất đỉnh lượng tồn phần tính theo mơ thực nghiệm 34 Hình 3.7 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ với giá trị bề dày PMT khác đầu dò 36 Hình 3.8 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày PMT đầu dò 37 iv Hình 3.9 Tỉ số hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần tình theo mơ đẩu dò với khối tinh thể thực nghiệm [8] 37 Hình 3.10 Tỉ số hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần tính theo mơ đẩu dò với khối tinh thể, lớp Al2O3 thực nghiệm [8] 38 Hình 3.11 Tỉ số hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần tính theo mơ đẩu dò với khối tinh thể, lớp Al2O3 , lớp silicon thực nghiệm [8] 39 Hình 3.12 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 40 Hình 3.13 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 41 Hình 3.14 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ thay đổi lớp silicon trước tinh thể 42 Hình 3.15 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp silicon trước tinh thể đầu dò 45 v Bảng 3.6 So sánh hiệu suất mơ thực nghiệm [8] mơ đầu dò với khối tinh thể NaI(Tl), lớp Al2O3 lớp silicon dày 2mm Năng FEPE 103 FEPE 103 lượng (mơ phỏng) (thực nghiệm [8]) (keV) Độ lệch tương đối (%)  Simul   Exp Tỉ số  Simul  Exp  Simul  Exp 88,03 4,86 5,96 18,38 0,82 511 3,31 3,63 8,94 0,91 661,66 3,29 2,98 10,33 1,10 834,84 2,18 2,49 12,52 0,87 1115,54 2,06 1,97 4,61 1,05 1173,23 1,80 1,85 2,95 0,97 1274,34 1,60 1,75 8,72 0,91 1332,49 1,64 1,69 2,88 0,97 RD (%) =  Exp  100 Từ bảng 3.6 cho thấy độ lệch lớn hiệu suất mơ thực nghiệm đỉnh 88,03 keV 18,38%, đỉnh 661,66 keV 10,33% đỉnh 834,84 keV có độ lệch tương đối 12,52% Và độ lệch thể thơng qua hình 3.11 Vậy lớp vật chất bao quanh tinh thể có ảnh hưởng đến hiệu suất ghi đầu dò  Khảo sát lớp vỏ nhơm Hình 3.12 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 40 Bảng 3.7 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ với giá trị bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò Bề dày lớp vỏ nhơm 88,03 (cm) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 5,90 6,06 5,97 5,90 5,81 5,74 5,66 5,60 5,54 5,48 5,41 5,32 5,24 E (keV) 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49  103 3,70 3,68 3,67 3,65 3,62 3,60 3,58 3,56 3,53 3,50 3,47 3,43 3,39 3,03 3,02 3,01 2,99 2,97 2,96 2,94 2,93 2,91 2,89 2,86 2,84 2,81 2,52 2,50 2,50 2,49 2,48 2,46 2,45 1,79 2,42 2,41 2,39 2,37 2,35 2,00 2,00 1,99 1,98 1,97 1,96 1,95 1,94 1,94 1,93 1,91 1,90 1,89 1,89 1,89 1,88 1,87 1,86 1,85 1,84 1,83 1,82 1,82 1,81 1,80 1,78 1,80 1,79 1,78 1,78 1,77 1,77 1,76 1,76 1,75 1,74 1,73 1,71 1,70 1,73 1,72 1,72 1,71 1,71 1,70 1,69 1,68 1,68 1,67 1,66 1,64 1,63 Từ bảng 3.7 kết thể thơng qua hình 3.12 cho thấy, thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể từ đến 0,6 cm ( lần mơ tăng 0,05 cm) hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần giảm Hình 3.13 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò 41 Bảng 3.8 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp nhơm trước tinh thể đầu dò Bề dày lớp vỏ nhơm (cm) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 88,03 511 E (keV) 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49 RD (%) = 1,03 1,62 0,23 1,09 2,47 3,69 5,00 6,09 6,98 8,05 9,20 10,71 12,12 1,92 1,50 1,02 0,42 0,19 0,81 1,43 2,03 2,62 3,47 4,47 5,57 6,61 1,60 1,19 0,91 0,31 0,25 0,84 1,35 1,80 2,45 3,12 3,95 4,62 5,70 1,13 0,60 0,34 0,06 0,57 1,07 1,63 1,87 2,63 3,18 4,15 4,78 5,61  Simul   Exp  Exp 1,58 1,43 1,12 0,53 0,09 0,33 0,77 1,37 1,67 2,15 2,97 3,40 4,14  100 2,19 2,25 1,85 0,93 0,44 0,01 0,46 0,95 1,41 1,37 2,16 2,92 3,69 2,89 2,20 1,84 1,86 1,41 1,15 0,63 0,42 0,14 0,31 1,39 2,42 2,89 2,40 2,05 1,69 1,33 0,91 0,49 0,06 0,35 0,75 1,15 1,87 2,68 3,39 Bảng 3.8 cho thấy lớp vỏ nhơm có bề dày nhỏ 0,1cm lớn 0,15 cm độ lệch tương đối 2% Với bề dày lớp vỏ nhơm 0,1 cm 0,15 cm có độ lệch tương đối 2% Và kết thể qua hình 3.13 Và bề dày lớp nhơm trước tinh thể chúng tơi đề nghị 0,15 cm  Khảo sát lớp Silicon Hình 3.14 Hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần theo mơ thay đổi lớp silicon trước tinh thể 42 Bảng 3.9 Hiệu suất mơ đầu dò với giá trị bề dày lớp silicon E (keV) Bề dày lớp silicon (cm) 88,03 6,25 3,70 3,03 2,52 0,02 6,19 3,70 3,03 0,04 6,17 3,69 0,06 6,13 0,08 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49 2,00 1,89 1,80 1,73 2,52 2,00 1,86 1,79 1,71 3,03 2,51 2,00 1,90 1,79 1,73 3,69 3,02 2,51 2,00 1,89 1,79 1,73 6,09 3,68 3,02 2,51 2,00 1,89 1,79 1,72 0,1 5,91 3,58 3,01 2,50 2,00 1,89 1,78 1,72 0,12 6,04 3,67 3,01 2,50 1,99 1,89 1,79 1,72 0,14 6,00 3,67 3,01 2,50 1,99 1,88 1,78 1,72 0,16 5,94 3,66 3,00 2,49 1,99 1,88 1,78 1,72 0,18 5,92 3,65 3,00 2,49 1,98 1,88 1,77 1,71 0,2 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71 0,22 5,86 3,64 2,99 2,49 1,98 1,86 1,78 1,71 0,24 5,84 3,63 2,98 2,48 1,98 1,86 1,78 1,71 0,26 5,80 3,62 2,98 2,48 1,97 1,86 1,78 1,71 0,28 5,78 3,62 2,97 2,48 1,97 1,86 1,77 1,70 0,3 5,75 3,61 2,97 2,47 1,96 1,85 1,77 1,70 0,32 5,72 3,60 2,96 2,47 1,97 1,85 1,78 1,70 0,34 5,70 3,59 2,96 2,46 1,96 1,85 1,77 1,70 0,36 5,67 3,59 2,95 2,46 1,96 1,84 1,76 1,69 0,38 5,64 3,58 2,94 2,45 1,96 1,84 1,77 1,69 0,4 5,70 3,57 2,93 2,45 1,95 1,84 1,76 1,69  103 Từ hình 3.14 cho thấy hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần giảm thay đổi 0,02 cm cho lần mơ phỏng, kết cụ thể thể thơng qua bảng 3.9 cho thấy thay đổi bề dày lớp silicon trước tinh thể từ đến 0,4 cm hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần có giảm 43 Bảng 3.10 Độ lệch tương đối mơ thực nghiệm thay đổi bề dày lớp silicon Bề dày 88,03 lớp silicon (cm) 511 661,66 E (keV) 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49 RD (%) =  Simul   Exp  Exp  100 4,84 1,96 1,75 1,26 1,68 2,26 2,93 2,41 0,02 3,84 1,90 1,67 1,01 1,55 0,74 2,50 1,19 0,04 3,51 1,70 1,55 0,93 1,66 2,45 2,39 2,21 0,06 2,83 1,55 1,44 0,82 1,58 2,32 2,09 2,10 0,08 2,25 1,39 1,30 0,72 1,48 2,20 2,01 2,00 0,1 0,90 1,50 1,16 0,51 1,33 2,06 1,83 1,90 0,12 1,35 1,11 1,01 0,48 1,20 1,94 2,10 1,78 0,14 0,74 0,96 0,90 0,36 0,90 1,81 1,65 1,68 0,16 0,32 0,81 0,77 0,15 0,90 1,68 1,49 1,56 0,18 0,70 0,66 0,58 0,05 0,65 1,56 1,36 1,45 0,2 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33 0,22 1,62 0,22 0,21 0,10 0,45 0,75 1,65 1,19 0,24 2,06 0,00 0,07 0,26 0,37 0,60 1,59 1,05 0,26 2,62 0,20 0,13 0,35 0,23 0,44 1,54 0,91 0,28 3,09 0,40 0,30 0,49 0,23 0,29 1,23 0,78 0,3 3,47 0,60 0,46 0,71 0,29 0,15 1,40 0,65 0,32 3,97 0,80 0,59 0,92 0,19 0,01 1,51 0,50 0,34 4,41 0,99 0,78 1,08 0,57 0,14 1,15 0,37 0,36 4,91 1,19 0,99 1,23 0,47 0,32 0,79 0,22 0,38 5,29 1,40 1,22 1,41 0,61 0,49 1,06 0,08 0,4 4,31 1,60 1,55 1,57 0,77 0,64 0,62 0,05 Kết từ bảng 3.10 cho thấy với bề dày lớp silicon khoảng 0,14 cm đến 0,22 cm, độ lệch tương đối hiệu suất đỉnh hấp thụ lượng tồn phần 2% cho tất lượng khảo sát, với bề dày khác có độ lệch tương đối 2% Kết biểu diễn thơng qua hình 3.15 Chúng tơi đề nghị bề dày lớp silicon cần khai báo cho tệp đầu vào mơ đầu dò 0,2 cm 44 Hình 3.15 Độ lệch tương đối thay đổi bề dày lớp silicon trước tinh thể đầu dò 45 KẾT LUẬN Trong đề tài này, chúng tơi tiếp cận chương trình MCNP5 để mơ đầu dò NaI(Tl) với thay đổi thơng số kỹ thuật đầu dò, theo thời gian thơng số bị thay đổi làm cho hiệu suất ghi đầu dò giảm so với ban đầu Đại lượng dùng đánh giá thay đổi thơng số hiệu suất đỉnh lượng tồn phần Từ kết thu đề tài, chúng tơi đưa số kết luận sau: - Trong q trình mơ phỏng, ống nhân quang điện thay khối nhơm hình trục đặc Khác với đề xuất Shi bề dày ống nhơm 3cm, kết nghiên cứu chúng tơi ra, việc chọn độ dày khơng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất đỉnh lượng tồn phần dạng hàm đáp ứng Do vậy, chọn độ dày cho phù hợp với u cầu mơ - Khi chúng tơi mơ với khối tinh tinh thể NaI(Tl) kết tính tốn hiệu suất đỉnh lượng tồn phần có độ lệch tương đối lớn mơ với thực nghiệm lên đến 17,76% Ngồi ra, thêm lớp Al2O3 dày 1mm, lớp silicon dày 2mm độ lệch tương đối mơ thực nghiệm lớn số nguốn Điều khẳng định việc thực mơ phải khai báo đầy đủ thơng số kỹ thuật - Khi mơ đầu dò với thay đổi bề dày lớp vỏ nhơm trước tinh thể lớp silicon kết tính tốn bề dày lớp nhơm 0,15 cm lớp silicon dày 0,2 cm có độ lệch tương đối hiệu suất đỉnh lượng tồn phần theo mơ thực nghiệm 2% Vì chúng tơi để nghị với hai thơng số khơng cần phải hiệu chỉnh khai báo thơng số kỹ thuật đầu dò 46 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Ngơ Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, Nxb Khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Xn Hải (2010), Đầu dò bán dẫn ứng dụng [3] Ngơ Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xn Ân (2007), “Khảo sát ảnh hưởng thơng số vật lý đến hiệu suất ghi Detector bán dẫn siêu tinh khiết chương trình MCNP4C2”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Cơng nghệ, Tập 10Số 05/2007, 21-25 [4] Trần Phong Vũ – Châu Văn Tạo – Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Tiếng Anh [5] M Noguchi (2006), Introduction to Nuclear Radiation [6] E Nardi (1970), “A note on Monte Carlo calculations in NaI crystals”, Nuclear Instruments and Methods 83 (1970), 331-332 [7] Glenn F Knoll (1999), Radiation Detection and Measurement, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY USA [8] Hoang Duc Tam, Huynh Dinh Chuong, Tran Thien Thanh, Chau Van Tao (2016), “A Study of the effect of Al2O3 reflector on response function of NaI(Tl) detector”, Radiation Physics and Chemistry 125 (2016), 88-93 [9] Hu-Xia Shi, Bo-Xian Chen, Ti-Zhu Li, Pi Yun (2002), “Precise Monte Carlo simulation of gamma-ray response functions for an NaI(Tl) detector”, Appied Radiation and isotopes 57 (2002), 517-524 [10] Hoang Duc Tam, Tran Thien Thanh, Chau Van Tao (2013), “ Evaluation of the total and intrinsic efficiencies of a 3in3in NaI(Tl) crystal by using the hybrid Monte Carlo method”, Science & Technology development journal, Volume 1615/2013, 26-34 47 [11] P.De Biever and P D P Taylor, Int J Mass Spectrom.Ion Phys.123, 149 (1993) [12] William K Leo (1987), Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlag, Germany [13] X-5 Monte Carlo team (2003), MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory, LA-UR-03-1987 Los Alamos National Laboratory [14] http://Amptek.com [15] http://www.gammaspectrometry.co.uk [16] http://laraweb.free.fr [17] http://physics.nist.gov/cgi-bin/Star/compos.pl?matno=153 [18] http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html 48 PHỤ LỤC Phụ lục Đặc trưng số nguồn phóng xạ Nguồn Chu kì bán rã Tia Năng lượng Hệ số phát gamma (keV) (%) 511 (-) 180,7 (2) 1274,537 (7) 99,94 (13) 834,848 (3) 99,9752 (5) 1173,228 (3) 99,85 (3) 1332,492 (4) 99,9826 (6) 1115,539 (2) 50,22 (11) 511 (-) 2,842 (13) (T1/2) Na 2,6 năm γ Mn 313 ngày γ, β 5,27 năm γ, β 244 ngày γ 463 ngày γ 88,0336 (10) 3,66 (5) 30,05 năm γ, β 661,657 (3) 84,99 (20) 121,7817 (3) 28,41 (13) 244,6974 (8) 7,55 (4) 344,2785 (12) 26,59 (12) 22 54 60 Co 65 Zn 109 Cd 137 152 Cs Eu 13,522 năm γ, β Phụ lục Tính chất số ngun tố Z Ngun tố Z/A 13 Al: Aluminum 0,48181 14 Si: Silicon 0,49848 49 Mật độ Thành phần (g/cm3) (tỉ lệ khối lượng) 2,699E+00 2,33E+00 28: 0,922297 29: 0,046832 30: 0,030871 Phụ lục Tính chất số hợp chất Ngun tố vật liệu Z/A Mật độ (g/cm3) Thành phần (tỉ lệ khối lượng) Air, Dry (near sea level) 0,49919 1,21E-03 6: 0,000124 7: 0,755268 8: 0,231781 18: 0,012827 Plastic Scintillator, Vinyltoluene 0,54141 1,03E+00 1: 0,085000 6: 0,915000 Polyethylene Terephthalate, (Mylar) 0,52037 1,38E+00 1: 0,041960 6: 0,625016 8: 0,333024 Polymethyl Methacrylate 0.53937 1,19E+00 1: 0,080541 6: 0,599846 8: 0,319613 Aluminum oxide - 3,97E+00 13: 0,529251 8: 0,470749 Silicon dioxide - 2,32E+00 8: 0,532565 14: 0,467435 Các thơng tin tinh thể NaI(Tl) cung cấp nhà sản xuất có mật độ vật chất 3.67 g/cm3 thành phần vật chất tính theo tỉ lệ số ngun tử 11: 0,499; 53: 0,500; 81: 0,001 50 Phụ lục Tệp đầu vào điển hình chương trình MCNP mơ xác định hiệu suất ghi đầu dò nhấp nháy C INPUT FILE SIMULATE GAMMA SPECTROMETRY BY NAI(T1) DETECTOR C THIS SYSTEM INCLUDING: SOURCE + DETECTOR C SOURCE: 22Na DISTANCE OF SOURCE-DETECTOR: 20 CM C *********** BLOCK 1: CELL CARDS ************ C CELL OF DETECTOR 1 -3.670 (2 -3 -7) IMP:P=1 $ CRYSTAL NaI(T1) OF DETECTOR 2 -3.970 (2 -3 -8):(3 -4 -8) IMP:P=1 $ ALUMINIUM OXIDE REFLECTOR 3 -2.330 (4 -5 -8) IMP:P=1 $ SILICON PAD 4 -2.699 (2 -5 -9):(5 -6 -9) IMP:P=1 $ ALUMINIUM BODY WALL -2.699 (1 -2 -9) IMP:P=1 $ PMT (ALUMINIUM) C CELL OF SOURCE (12 -13 -17) IMP:P=1 $ ACTIVE SOURCE -1.380 (13 -15 -17) IMP:P=1 $ MYLAR REPLACE EPOXY PLUG -1.190 (15 -16 -19) IMP:P=1 $ REPLACE DECAL LAYER -1.032 (11 -12 -20):(12 -15 17 -20):(15 -16 19 -20) IMP:P=1 $ SOURCE CAPSULE 10 -1.190 (10 -11 18 -21):(11 -14 20 -21) IMP:P=1 SUPPORT 11 -0.001205 (10 -11 -18) IMP:P=1 12 -0.001205 (14 -16 20 -21) IMP:P=1 $ AIR $ AIR C OTHERS 13 -0.001205 (-99) (-1:9:6) (-10:21:16) IMP:P=1 $ AIR 14 (99) IMP:P=0 C ********** BLOCK2 2: SURFACE CARDS ********** C SURFACE OF DETECTOR 51 $ SOURCE PZ -10.4 $ PMT_3CM PZ -7.4 PZ 0.2 $ GOC TOA DO PZ 0.3 $ Al2O3_01CM PZ 0.5 $ SI_02CM PZ 0.65 $ Al_015CM CZ 3.8 $ RADIUS OF NaI(T1) CZ 4.0 CZ 4.16 C SURFACE OF SOURCE 10 PZ 20.55 11 PZ 20.65 12 PZ 20.927 13 PZ 20.928 14 PZ 21.05 15 PZ 21.245 16 PZ 21.285 17 CZ 0.25 $ RADIUS OF SOURCE 18 CZ 1.17 19 CZ 1.20 20 CZ 1.27 21 CZ 3.50 C OTHERS 99 SO 30.0 C ************** BLOCK 3: DATA CARD *********** MODE P SDEF ERG=D1 PAR=2 POS=0 20.927 AXS=0 RAD=D2 EXT=D3 SI1 L 0.511 1.274537 SP1 0.643885405 0.356114595 52 SI2 0.25 SP2 -21 SI3 0.0 0.001 SP3 -21 E0 1E-5 0.00013621 8124I 1.658205 FT8 GEB -0.0137257 0.0739501 -0.152982 F8:P RAND GEN=2 SEED=9219741426499971445 STRIDE=152917 HIST=1 NPS 10E8 M1 11023 0.499 53127 0.500 81205 0.001 $ NaI(Tl) M2 13027 -0.529251 8016 -0.470749 $ ALUMINIUM OXIDE M3 14028 -0.922297 14029 -0.046832 14030 -0.030871 $ SILICON M4 13027 -1.000 $ ALUMINIUM M5 1001 -0.041960 6012 -0.625016 8016 -0.333024 $ MYLAR M6 1001 -0.080541 6012 -0.599846 8016 -0.319613 $ POLYMETHYL METHACRYLATE M7 1001 -0.085 6012 -0.915 $ PLASTIC VINYLTOLUENE M8 6012 -0.000124 7014 -0.755268 8016 -0.231781 18040 -0.012827 $ DRY AIR 53 Phụ lục So sánh phổ thực nghiệm mơ nguồn 65Zn, 109Cd, 137 Cs 10000 65 3000 Mô Thực nghiệm 1000 109 Zn Cd MCNP5 Thực nghiệm 2500 Số đếm/kênh 100 1500 1000 10 500 1500 3000 4500 6000 Kênh 7500 200 9000 300 100000 54 400 Mn MCNP5 Thực nghiệm 10000 1000 Số đếm/kênh Số đếm/Kênh 2000 100 10 1500 3000 4500 Kênh 54 6000 7500 9000 Kênh 500 600 700 [...]... hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp Tìm hiểu một số đặc trưng của phổ gamma, khả năng phân giải và hiệu suất ghi của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) - Chương 2: Trình bày về phương pháp Monte Carlo và một số kiến thức cơ bản về chương trình mơ phỏng MCNP - Chương 3: Khảo sát, đánh giá và hiệu chỉnh các thơng số kĩ thuật của đầu dò NaI(Tl) Mơ phỏng đầu dò nhấp nháy với các thơng số kỹ thuật. .. suất ghi nhận bức xạ vi của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) Dựa trên kết quả thu được sẽ hiệu chỉnh các thơng số kĩ thuật của đầu dò Có thể nói hiện nay, các loại đầu dò nhấp nháy được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm riêng của nó, sau khoảng thời gian hoạt động có sự thay đổi các thơng số kỹ thuật của đầu dò Vì vậy, u cầu phải tiến hành khảo sát, đánh giá và hiệu chỉnh các thơng số kĩ thuật do nhà sản xuất... để hiệu chỉnh các thơng số này 18 CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG MCNP 2.1 Giới thiệu chung về phương pháp Monte Carlo và chương trình MCNP  Phương pháp Monte Carlo Là phương pháp thử thống kê sử dụng một loạt các thuật tốn lấy mẫu ngẫu nhiên để thu được kết quả số, được đặt theo tên của một thành phố ở Monaco, nơi nổi tiếng với các sòng bạc Việc sử dụng phương pháp này để mơ hình hóa các q trình vật... kiện của định lý là cả giá trị trung bình và phương sai của phân bố phải hữu hạn.Một số thành phần chính trong phương pháp Monte Carlo Monte Carlo Lấy mẫu Số ngẫu nhiên Ghi nhận Kết quả Ước lượng sai số Giảm phương sai Phân bố xác suất Hình 2.1 Minh họa ngun tắc hoạt động của phương pháp Monte Carlo 19 Các bước cần thực hiện trong một bài tốn mơ phỏng là mơ hình hóa, tìm phương thức để thể hiện các. .. đổi các thơng số kỹ thuật của đầu dò Theo nghiên cứu [3] chỉ ra rằng sự thay đổi bề dày lớp germanium bất hoạt có ảnh hưởng đến hiệu suất của đầu dò bán dẫn HPGe và đây là thơng số được đề nghị hiệu chỉnh để làm phù hợp giữa tính tốn mơ phỏng và thực nghiệm Ngồi ra, theo nghiên cứu [8] thì lớp phản xạ Al2O3 của đầu dò NaI(Tl) đã được khảo sát và kết quả chỉ ra rằng bề dày lớp Al2O3 có ảnh hưởng đến hiệu. .. định hiệu suất đỉnh năng lượng tồn phần Khảo sát, đánh giá và hiệu chỉnh các thơng số kĩ thuật của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) để kết quả mơ phỏng phù hợp tốt với thực nghiệm từ đó có thể sử dụng kết quả hiệu chỉnh này phục vụ cho cơng việc mơ phỏng và tính tốn sau này Để thực hiện nghiên cứu này, chúng tơi dựa vào phương pháp Monte Carlo và sử dụng chương trình mơ phỏng MCNP5 để tính tốn và khảo sát hiệu. .. chia hiệu suất ghi (xác suất ghi nhận bức xạ) của đầu dò thành hai loại là hiệu suất tồn phần và hiệu suất đỉnh Hiệu suất tồn phần là xác suất các photon phát ra từ nguồn để lại bất cứ năng lượng khác khơng trong thể tích vùng hoạt động của đầu dò Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng tồn phần là xác suất một photon để lại tồn bộ năng lượng của nó trong vùng thể tích hoạt động của đầu dò, được tính bằng. .. hưởng đến hiệu suất ghi của đầu dò và bề dày được đề nghị là 1,0 mm Vì vậy việc hiệu chỉnh lại các thơng số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp là cơng việc hết sức quan trọng Trong đề tài này chúng tơi sẽ nghiên cứu tập trung vào đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) bởi nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu Đại lượng được dùng cho cơng việc tính tốn này là hiệu suất ghi của đầu dò bởi đây là đại lượng... -7) IMP: P=1 $ Crystal NaI(Tl) of detector 2 2 -3.970 (2 -3 7 -8): (3 -4 -8) IMP: P=1 $ Aluminium oxide reflector Chỉ số Chỉ số Mật Khơng cell vật liệu độ gian cell Độ quan trọng của cell  Surface Card Là khối định nghĩa các mặt tạo nên cell bằng cách cung cấp các hệ số của các phương trình giải tích mặt hay các thơng tin về các điểm đã biết trên mặt Để xác định về phương, chiều của loại mặt đơn giản... trình phát triển của đầu dò ghi bức xạ tia gamma và tia X Trong vật lý hạt nhân thực nghiệm, các đầu dò ghi bức xạ đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định năng lượng và cường độ gamma Ngày nay, nhiều loại đầu dò đã ra đời chẳng hạn ống đếm khí, đầu dò nhấp nháy, đầu dò bán dẫn,… có thể dùng để 11 đo gamma, electron, các hạt nặng mang điện Nhìn lại các giai đoạn phát triển của thiết bị ghi nhận