Khóa luận tốt nghiệp Khảo sát ảnh hưởng của Matrix và hiệu ứng mật độ lên hiệu suất đỉnh của phổ kế Gamma đầu dò hpge bằng chương trình MCNP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MATRIX VÀ HIỆU ỨNG MẬT ĐỘ LÊN HIỆU SUẤT ĐỈNH CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA ĐẦU DÒ HPGe BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP SVTH : ĐỖ PHẠM HỮU PHONG CBHD : Th.S TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN CN ĐẶNG NGUYÊN PHƯƠNG CBPB : Th.S HUỲNH TRÚC PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH - 2008 Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật Lý Hạt nhân, thầy cô Khoa Vật Lý – Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh giảng dạy, truyền đạt cho em nhiều kiến thức bổ ích suốt thời gian qua Em xin cảm ơn cô Trương Thò Hồng Loan, người hướng dẫn em hoàn thành khoá luận anh Đặng Nguyên Phương, người dạy em nhiều kiến thức quý giá Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình tất bạn bè, người giúp đỡ khó khăn Tôi xin chân thành cảm ơn ! Đỗ Phạm Hữu Phong -1- MỤC LỤC Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thò Lời mở đầu Chương PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 1.1 Giới thiệu mô 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các loại mô 1.1.3 Vai trò mô 1.2 Phương pháp mô Monte Carlo 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Tổng quan MCNP 1.3 Code MCNP4C2 10 1.3.1 Giới thiệu 10 1.3.2 Cấu trúc file input 10 1.3.2.1 Cell card 10 1.3.2.2 Surfaces Card 11 1.3.2.3 Mn Card 12 1.3.2.4 Source Card 13 1.3.3 Tally 13 1.3.4 Ví dụ 15 Khoá luận tốt nghiệp -2- Chương GIỚI THIỆU BỨC XẠ GAMMA VÀ HỆ ĐO HPGE 2.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 18 2.1.1 Khái quát tia gamma 18 2.1.2 Hiệu ứng quang điện 19 2.1.3 Tán xạ Compton 20 2.1.4 Hiệu ứng tạo cặp 21 2.1.5 Hệ số suy giảm 22 2.2 Hệ đo Germanium siêu tinh khiết (HPGe) 23 2.2.1 Cấu tạo detector HPGe môn Vật lý Hạt nhân 23 2.2.2 Buồng chì 25 2.2.3 Hiệu suất ghi 26 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi 27 Chương KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MATRIX LÊN HIỆU SUẤT GHI 3.1 Mô hình hoá hệ phổ kế gamma với hình học mẫu Marinelli 28 3.2 Khảo sát ảnh hưởng matrix lên hiệu suất ghi 30 3.2.1 Kết mô 30 3.2.1.1 Mẫu có matrix không khí 30 3.2.1.2 Mẫu có mật độ 0,5 g/cm3 31 3.2.1.3 Mẫu có mật độ g/cm3 33 3.2.1.4 Mẫu có mật độ g/cm3 35 3.2.2 Nhận xét 37 Chương KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU SUẤT GHI VÀO MẬT ĐỘ 4.1 Phương pháp xác đònh 38 Khoá luận tốt nghiệp -3- 4.1.1 Hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ 38 4.1.2 Khảo sát thay đổi hiệu suất theo mật độ 38 4.2 Kết tính 40 4.3 Kiểm đònh kết 44 4.3.1 Kiểm đònh hệ số tương quan R 44 4.3.2 So sánh với mẫu chuẩn ‘Soil IAEA-375’ 45 4.3.2.1 Phương pháp so sánh 45 4.3.2.2 Kết tính so sánh 47 Kết luận 50 Tài liệu tham khảo 51 Phụ lục 52 Khoá luận tốt nghiệp -4- DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các kiểu tally 14 Bảng 3.1 Hiệu suất ghi mẫu không khí 30 Bảng 3.2 Hiệu suất ghi mật độ 0,5 g/cm3 31 Bảng 3.3 Hiệu suất ghi mật độ g/cm3 33 Bảng 3.4 Hiệu suất ghi mật độ g/cm3 35 Bảng 4.1 Hiệu suất ghi đất 0,8 1,2 g/cm3 40 Bảng 4.2 Hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ mẫu đất 41 Bảng 4.3 Các hệ số a b theo mật độ mẫu đất 43 Bảng 4.4 Các P-giá trò phép kiểm đònh 44 Bảng 4.5 Hiệu suất ghi thực đồng vò khảo sát 47 Bảng 4.6 Hoạt độ đồng vò khảo sát 48 Bảng 4.7 So sánh hoạt độ đồng vò khảo sát 48 Khoá luận tốt nghiệp -5- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ, đồ thò Trang Hình 1.1 Hệ toạ độ Descartes 12 Hình 1.2 Mẫu mô 15 Hình 2.1 Hiệu ứng quang điện 19 Hình 2.2 Tán xạ Compton 20 Hình 2.3 Hiệu ứng tạo cặp 21 Hình 2.4 Cấu trúc detector HPGe 24 Hình 2.5 Cấu trúc detector HPGe mô MCNP 24 Hình 2.6 Sơ đồ cắt dọc buồng chì 25 Hình 3.1 Kích thước hộp đựng mẫu dạng Marinelli 28 Hình 3.2 Mẫu đo mô MCNP 29 Hình 3.3 Đồ thò đường cong hiệu suất mật độ 0,5 g/cm3 32 Hình 3.4 Đồ thò đường cong hiệu suất mật độ g/cm3 34 Hình 3.5 Đồ thò đường cong hiệu suất mật độ g/cm3 36 Hình 4.1 Đồ thò hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ đất 42 Hình 4.2 Phổ gamma mẫu chuẩn ‘Soil IAEA-375’ 45 Khoá luận tốt nghiệp -6- LỜI MỞ ĐẦU Khi trình độ khoa học công nghệ ngày cao yêu cầu người việc khám phá giới lớn mà thiết bò nghiên cứu đại chưa thể đáp ứng Vì vậy, phương pháp mô máy tính xem công cụ cần thiết để giải toán phức tạp Trong khoá luận này, chương trình mô MCNP4C2 sử dụng để mô tương tác hạt gamma Nội dung khoá luận mô khảo sát hiệu suất ghi đầu dò HPGe tia gamma phát từ mẫu môi trường Khi tiến hành đo mẫu môi trường, thường có khó khăn việc tạo mẫu chuẩn cho thành phần hoá học mật độ nhiều yếu tố khác phải giống với mẫu so sánh Mục đích khoá luận tìm hiểu ảnh hưởng matrix (chất nền) khác lên hiệu suất ghi đưa phương pháp để thông qua mật độ mà hiệu chỉnh hiệu suất ghi mẫu có matrix Khoá luận bao gồm bốn chương : - Về lý thuyết, gồm có hai chương Chương giới thiệu chương trình MCNP , chương trình bày lý thuyết tia gamma đối tượng mô detector HPGe Bộ môn Vật lý Hạt nhân - Về mô tính toán kết quả, gồm hai chương Chương mô hiệu suất ghi ba loại matrix khác đất, nước nhựa epoxy, chương khảo sát hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ đưa phương pháp tính hiệu suất ghi theo mật độ cho matrix đất Khoá luận tốt nghiệp -7- Chương PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 1.1 Giới thiệu mô 1.1.1 Giới thiệu Trên giới, nhiều lónh vực khoa học, để đáp ứng nhu cầu tìm hiểu khám phá nhà nghiên cứu, với xuất máy tính việc mô hiên tượng thí nghiệm trở nên cần thiết Mô sử dụng máy tính kết hợp với quy luật toán học, vật lý, dựa phép tính đònh lượng tương đối hoá tham số để giải toán, nghiên cứu kết cấu hay trình, thực tính toán hay dựng lên mô hình thí nghiệm 1.1.2 Các loại mô [4] Để thực toán mô dù đơn giản hay phức tạp, ta phải mô hình hoá lựa chọn phương thức thích hợp để thực máy tính Dựa nhiều tiêu chuẩn, mô chia thành nhiều loại Dưới vài loại : - Mô ngẫu nhiên : gọi mô Monte Carlo, áp dụng nguyên tắc gieo số ngẫu nhiên để mô tượng ngẫu nhiên - Mô tất đònh : phương pháp tính toán đoán trước Nếu chạy với liệu vào cụ thể liệu không đổi - Mô liên tục : việc sử dụng phương trình vi phân giải tích số, máy tính giải phương trình cách tuần hoàn sử dụng kết thu để thay đổi trạng thái, số liệu xuất Khoá luận tốt nghiệp -8- - Mô rời rạc : người ta ghi lại dãy kiện xếp theo thời gian, mô kiện tạo kiện 1.1.3 Vai trò mô Mô có vai trò quan trọng thực tế Nó không giúp nhà khoa học kiểm tra lại kết thí nghiệm mà giúp họ đưa dự đoán cho thí nghiệm Mô sử dụng để giải toán lớn, có nhiều thông số bất ổn đònh nhiều yếu tố ngẫu nhiên, không theo quy luật Mô phương pháp tối ưu để tiết kiệm chi phí thời gian Để tiến hành mô phải trải qua nhiều giai đoạn : - Xác đònh vấn đề hay hệ thống cần mô - Xác đònh mô hình mô thông số mô hình - Chạy mô phân tích kết - Kiểm tra tính xác kết so với thực tế 1.2 Phương pháp mô Monte Carlo [4] 1.2.1 Giới thiệu Phương pháp Monte Carlo phương pháp giải số, áp dụng cho việc mô tương tác vật thể hay vật thể với môi trường nhờ lý thuyết học động lực học, dựa theo yêu cầu hệ cần mô Đây phương pháp ngẫu nhiên, nhờ phát sinh số ngẫu nhiên để tính toán Phương pháp thường dùng để mô trình ngẫu nhiên hệ, không liên quan đến thời gian nên sử dụng để mô đại lượng phụ thuộc thời gian Khoá luận tốt nghiệp - 39 - điều kiện hình học mẫu Dựa vào đó, với số mẫu, ta xác đònh quy trình chung để hiệu chỉnh cho mẫu lại chúng khác mật độ Giả sử hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ f phụ thuộc tuyến tính vào lượng E theo hàm có dạng y = a.x + b , với a, b hai hệ số x, y hai thông số giá trò E f có nhờ mô p dụng công thức bình phương tối thiểu để tính a b : N a i 1 N i 1 N i 1 N i 1  xi i 1 i 1 N N i 1 N i 1 ( 4.2 ) N  y i   x i  (x i y i ) i 1 N N  x i  ( x i ) i 1 Trong N N  x i  ( x i ) N b N N  (x i y i )   x i  y i i 1 : số lần mô xi , yi : giá trò f E lần mô thứ i Sau xác đònh a b, tiếp tục sử dụng công thức 4.2 để xác đònh phụ thuộc a, b vào mật độ mẫu đo ρ theo dạng hàm tuyến tính : a = A1 ρ + B ( 4.3 ) b = A2 ρ + B ( 4.4 ) Kết cuối thu công thức 4.3 4.4 Nhờ công thức này, có mẫu môi trường với mật độ bất kì, ta tính hai hệ số a, b sau tính hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ hiệu suất ghi mẫu Khoá luận tốt nghiệp - 40 - 4.2 Kết khảo sát Trong phần tiến hành khảo sát mẫu đất với mật độ 0,5 g/cm3, 0,8 g/cm3, g/cm3, 1,2 g/cm3 g/cm3 Kết mô hiệu suất ghi ba mẫu 0,5 g/cm3, g/cm3 g/cm3 lấy bảng 3.2 , bảng 3.3 bảng 3.4, hai mẫu 0,8 g/cm3, 1,2 g/cm3 mô thêm (bảng 4.1) Bảng 4.1 E ( keV ) Hiệu suất ghi đất 0,8 1,2 g/cm3 Hiệu suất ghi ε ρ = 0,8 g/cm3 ρ = 1,2 g/cm3 59,6 0,015352 0,0140502 63,3 0,0188011 0,0172695 88,2 0,0368384 0,0344389 93,3 0,039024 0,036553 122 0,0451303 0,0426226 295 0,0291077 0,0279289 352 0,0248375 0,0239097 661,2 0,0142643 0,0138529 834,8 0,0117614 0,011455 1173,3 0,0089955 0,0087948 1332,5 0,0081458 0,0079752 Hiệu suất ghi mẫu đất hiệu suất ghi có tự hấp thụ, hiệu suất ghi không khí (bảng 3.1) xem hiệu suất ghi tự hấp thụ Khoá luận tốt nghiệp - 41 - Hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ mẫu đất tính theo công thức 4.1 Bảng 4.2 E (keV) Hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ mẫu đất Hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ f theo mật độ ρ 0,5 g/cm3 0,8 g/cm3 g/cm3 1,2 g/cm3 g/cm3 59,6 0,89 0,83 0,79 0,76 0,64 63,3 0,89 0,83 0,80 0,77 0,65 88,2 0,92 0,87 0,84 0,81 0,72 93,3 0,92 0,87 0,85 0,82 0,72 122 0,93 0,89 0,86 0,84 0,75 295 0,95 0,92 0,90 0,88 0,81 352 0,95 0,92 0,91 0,89 0,83 661,2 0,96 0,94 0,93 0,91 0,86 834,8 0,97 0,95 0,93 0,92 0,88 1173,3 0,97 0,95 0,94 0,93 0,89 1332,5 0,97 0,96 0,95 0,94 0,90 Khoá luận tốt nghiệp - 42 - f 1.00 , 1,00 0.80 , 0,80 0.5 0,5 g/cm3 0.8 0,8 g/cm3 1.0 1,0 g/cm3 1.2 1,2 g/cm3 2.0 2,0 g/cm3 , 0.60 0,60 Ln ( E ) Hình 4.1 Đồ thò hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ đất Qua trình khảo sát tính toán, cho thấy phụ thuộc f theo E có dạng hàm logarithmic : f = a ln(E) + b ( 4.5 ) p dụng công thức 4.2 để tính cho mật độ cụ thể, kết thu : - Khi ρ = 0,5 g/cm3 f = 0,0255 ln(E) + 0,7958 ; R2 = 0,9339 ( 4.6 ) - Khi ρ = 0,8 g/cm3 f = 0,0387 ln(E) + 0,6881 ; R2 = 0,939 ( 4.7 ) - Khi ρ = g/cm3 f = 0,0467 ln(E) + 0,6221 ; R2 = 0,9434 ( 4.8 ) Khoá luận tốt nghiệp - 43 - - Khi ρ = 1,2 g/cm3 f = 0,0539 ln(E) + 0,5613 ; R2 = 0,9483 ( 4.9 ) - Khi ρ = g/cm3 f = 0,0783 ln(E) + 0,3512 ; R2 = 0,9573 (4,10) Từ kết trên, ta có : Bảng 4.3 Các hệ số a b theo mật độ mẫu đất Mật độ ρ (g/cm3) Hệ số a Hệ số b 0,5 0,0255 0,7958 0,8 0,0387 0,6881 0,0467 0,6221 1,2 0,0539 0,5613 0,0783 0,3512 Tiếp tục sử dụng công thức 4.2 để tìm phụ thuộc a b vào ρ công thức 4.3 4.4 Cuối cùng, sau tính toán kết thu : a = 0,0346 ρ + 0,0106 ; R2 = 0,9912 b = - 0,2921 ρ + 0,925 R2 = 0,9937 (4.11) ; (4.12) Khoá luận tốt nghiệp - 44 - Vậy phụ thuộc a b vào mật độ ρ xác đònh Kết hợp với mức lượng yêu cầu ta tính hệ số tự hấp thụ mẫu đất có mật độ theo công thức 4.5 mà tốn nhiều thời gian, dựa vào suy hiệu suất ghi thực nhờ công thức 4.1 4.3 Kiểm đònh kết 4.3.1 Kiểm đònh hệ số tương quan R [3] Sử dụng phân bố F để kiểm đònh thống kê cho hệ số tương quan R Đầu tiên, phải xác đònh hệ số hồi quy bội FR R2 Nm FR   1 R m 1 (4.13) Với m số tham số Ta sử dụng hàm Fdist ( FR , N – m , m – ) Microsoft Office Excel để xác đònh P-giá trò phép kiểm đònh Kết kiểm đònh số trường hợp cho bảng 4.4 Bảng 4.4 Các P-giá trò phép kiểm đònh Số hiệu công thức R2 FR P-giá trò ( 4.6 ) 0,9339 127,157 0,069 ( 4.9 ) 0,9483 165,081 0,060 (4.11) 0,9912 1013,727 0,024 (4.12) 0,9937 1419,571 0,021 Từ kết cho thấy việc làm khớp mối quan hệ hệ số hiệu chỉnh f theo mật độ phù hợp với mức ý nghóa α 7% (độ tin cậy 93%) Khoá luận tốt nghiệp - 45 - 4.3.2 So sánh với mẫu chuẩn ‘ Soil IAEA-375 [6] ‘ 4.3.2.1 Phương pháp so sánh Mẫu chuẩn ‘ Soil IAEA-375 ‘ Cơ quan lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA) gửi cho phòng thí nghiệm môn Vật lý Hạt nhân mẫu đất lấy trang trại vùng Novozybkov, Brjansk, Liên bang Nga vào tháng năm 1990 Tại phòng thí nghiệm, mẫu có khối lượng 760 g chứa hộp dạng Marinelli, kích thước thể tích mẫu với mẫu mô (hình 3.1) Mẫu đo ngày detector HPGe Hình 4.2 Phổ gamma mẫu chuẩn ‘Soil IAEA-375’ Hiệu suất ghi nhận đồng vò xác đònh cách tính toán nêu mục 4.1 mục 4.2 Khoá luận tốt nghiệp - 46 - Khi có hiệu suất ghi, kết hợp với phổ gamma thực nghiệm tính hoạt độ nguyên tố mẫu đất IAEA-375, so sánh với tiêu chuẩn IAEA đưa Hoạt độ nguyên tố tính theo phương pháp tuyệt đối : A S ..m.t (4.14) A : hoạt độ (Bq/kg) Với S : diện tích đỉnh ε : hiệu suất ghi t : thời gian đo mẫu (s) m : khối lượng mẫu (kg) θ : hệ số phát gamma (%) Công thức truyền sai số : 2 2  A   A   A   A   A  A    S2    t    2    2    m2  S   t         m  (4.15) Rút gọn công thức trên, ta : 2 2 A  A  A  A A A    S2    t    2    2    m2 S t    m (4.16) Trong phần khảo sát so sánh hoạt độ bốn đồng vò : - Đồng vò Cs137, chu kì bán huỷ T1/2 = 30,03 năm Hoạt độ đồng vò cần phải hiệu chỉnh thời gian mà IAEA yêu cầu 31/12/1991 - Đồng vò K40, chu kì bán huỷ lớn (T1/2 = 4,66  1011 năm) - Đồng vò Ra226 (T1/2 = 1602 năm), hoạt độ xác đònh thông qua Pb214 (T1/2 = 26,8 phút) chuỗi U238 có cân kỉ Khoá luận tốt nghiệp - 47 - - Đồng vò Th232 (T1/2 = 1,4  1010 năm), hoạt độ xác đònh thông qua Pb212 (T1/2 = 10,64 giờ) chuỗi Th232 có cân kỉ 4.3.2.2 Kết tính so sánh Thời gian đo : t = 259200 s Mẫu đo có khối lượng 760 ± g, thể tích mẫu đo 505,63 cm3 Vậy mật độ mẫu : ρ = 1,50 g/cm3 Sử dụng công thức 4.11 4.12 để tính hai hệ số a b : a = 0,0346  1,5 + 0,0106 = 0,0625 b = - 0,2921  1,5 + 0,925 = 0,4869 Sau đó, dùng công thức 4.5 để tính hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ f p dụng công thức 3.1 để tính hiệu suất ghi tự hấp thụ ε0 dùng công thức 4.1 để tính hiệu suất ghi thực ε Kết tính cho bảng 4.5 Bảng 4.5 Hiệu suất ghi thực đồng vò khảo sát Đồng vò E (keV) K40 Hiệu suất ghi Hệ số hiệu chỉnh f ε0 ε 1460,8 0,94 0,0066701 0,006285 Cs137 661,2 0,89 0,0136926 0,0122238 Pb212 238,6 0,83 0,0360713 0,029904 242 0,83 0,0356443 0,0295815 295,2 0,84 0,0298795 0,0251685 351,9 0,85 0,0252725 0,0215653 Pb214 Khoá luận tốt nghiệp - 48 - Sau đó, dùng công thức 4.14 4.16 để tính hoạt độ đồng vò sau trừ phông Bảng 4.6 Hoạt độ đồng vò khảo sát Diện tích đỉnh Hệ số phát Hoạt độ A S gamma θ (%) (Bq/kg) 1460,8 54790 ± 236 11 402 ± Cs137 661,2 7309684 ± 2924 85,1 5196 ± Pb212 238,6 52289 ± 993 43,6 20,4 ± 0,4 242 8855 ± 850 7,43 20 ± 295,2 19278 ± 790 19,3 20,3 ± 0,8 351,9 30603 ± 826 37,6 19,4 ± 0,5 Đồng vò E (keV) K40 Pb 214 Hoạt độ trung bình Pb214 : A = 20,0 ± 0,4 Bq/kg Cuối cùng, so sánh kết với tiêu chuẩn IAEA đưa Bảng 4.7 So sánh hoạt độ đồng vò khảo sát Đồng vò Hoạt độ A (Bq/kg) Tính toán (α =0,05) IAEA [6] Cs137 5182 – 5210 5200 – 5360 Ra226 19,6 – 21,2 18 – 22 Th232 19,1 – 20,9 19,2 – 21,9 K40 398 – 406 417 – 432 Khoá luận tốt nghiệp - 49 - Từ bảng 4.7, cho thấy hoạt độ tính ba đồng vò Cs137, Ra226, Th232 hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn mà IAEA đề nghò cho mẫu đất IAEA-375 Riêng đồng vò K40 có hoạt độ nhỏ hơn, điều cần phải nghiên cứu thêm giải thích rõ ràng Như vậy, hoàn toàn chấp nhận cách tính hiệu suất ghi mẫu môi trường tính toán nhiều mật độ khác thông qua hệ số hiệu chỉnh tự hấp thụ Ưu điểm phương pháp tiết kiệm thời gian, phép tính đơn giản mà cho kết chấp nhận Hạn chế cách tính khoá luận giới hạn cho mẫu môi trường trường hợp yêu cầu độ xác không cao Khoá luận tốt nghiệp - 50 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hiện nay, lónh vực Vật lý Hạt Nhân nói riêng nhiều lónh vực khác, phương pháp mô MCNP có vai trò quan trọng Nó sử dụng cho nhiều mục đích công cụ hữu hiệu để giải vấn đề phức tạp mô hình hoá mẫu hạt nhân, mô tương tác xạ với vật chất nhiều vùng lượng khác Trong giới hạn khoá luận này, với chương trình MCNP4C2, thông qua việc mô lại trình đo mẫu môi trường hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe phòng thí nghiêm môn Vật lý Hạt nhân, người thực khảo sát ảnh hưởng matrix mật độ lên hiệu suất đỉnh Dựa vào mà đưa cách hiệu chỉnh để tính hiệu suất ghi cho đồng vò mẫu môi trường Tuy nhiên, khoá luận nhiều hạn chế : - Chỉ tiến hành mô mẫu môi trường mẫu đất, nước nhựa epoxy - Phương pháp tính người thực đưa chưa thể áp dụng cho hộp chứa mẫu có kích thước hình dạng Bên cạnh đó, độ xác kết chưa cao, nên sử dụng trường hợp khảo sát tương đối Nếu có điều kiện nghiên cứu tiếp, cố gắng giải hạn chế đồng thời so sánh với kết thực nghiệm nhiều nhằm nâng cao độ tin cậy phương pháp Khoá luận tốt nghiệp - 51 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hoá , Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh [2] Trần i Khanh (2007), Khảo sát hiệu suất detector HPGe với hình học mẫu lớn phương pháp Monte Carlo , Luận văn Thạc só Vật lý [3] Trương Thò Hồng Loan (2007), Các phương pháp thống kê đánh giá số liệu thực nghiệm hạt nhân, Bộ môn Vật lý Hạt nhân [4] Đặng Nguyên Phương (2006), Khảo sát đường cong hiệu suất detector HPGe chương trình MCNP , Khoá luận tốt nghiệp Tiếng Anh [5] MCNP–A General Monte Carlo N–Praticle Transport Code, Version (2005), X–5 Monte Carlo Team, Diagnostics Applications Group, Los Alamos National Laboratory [6] http://www-naweb.iaea.org/naml/AQCS.asp Khoá luận tốt nghiệp - 52 - PHỤ LỤC Kí hiệu loại mặt MCNP [5] Kí hiệu Đònh dạng Phương trình Hệ số Mặt phẳng (plane) P Tổng quát Ax + By + Cz = D ABCD PX Vuông góc với Ox x = D D PY Vuông góc với Oy y = D D PZ Vuông góc với Oz z = D D x2  y2  z2  R2 R ( x  x )  ( y  y)  ( z  z )  R x y z R Mặt cầu (sphere) SO Tâm gốc O S Dạng tổng quát SX Tâm  Ox (x  x)2  y  z  R2 x R SY Tâm  Oy x  ( y  y)  z  R y R SZ Tâm  Oz x  y  (z  z)2  R z R Mặt trụ (cylinder) C/ X Trục song song Ox ( y  y)  (z  z )  R y z R C/ Y Trục song song Oy (x  x)2  (z  z )2  R x z R C/ Z Trục song song Oz ( x  x )  ( y  y)  R x y R CX Trục  Ox y2  z2  R2 R CY Trục  Oy x2  z2  R2 R CZ Trục  Oz x2  y2  R2 R Khoá luận tốt nghiệp - 53 - Ellipsoid , Hiperboloid , Paraboloid SQ Trục song song với Ox, Oy Oz A( x  x )  B( y  y )  C ( z  z )  D( x  x )  E ( y  y ) x y z ABC DEFG  2F ( z  z )  G  Cylinder , Cone , Ellipsoid , Hiperboloid , Paraboloid Trục không song GQ song với Ox, Oy, Ax  By  Cz  Dxy  Eyz  Fzx ABCDEF  Gx  Hy  Jz  K  GHJK Oz Mặt nón (cone) K/ X Trục song song Ox ( y  y)2  (z  z )2  t(x  x)  x y z t2 1 K/ Y Trục song song Oy (x  x )2  (z  z )2  t( y  y)  x y z t2 1 K/ Z Trục song song Oz (x  x )2  ( y  y)2  t(z  z )  x y z t2 1 KX Trục  Ox y  z  t(x  x )  x t2 1 KY Trục  Oy x  z  t( y  y)  y t2 1 KZ Trục  Oz x  y  t(z  z )  z t2 1 Ellip hay đường tròn có trục song song với Ox, Oy Oz TX ( x  x ) / B  ( ( y  y )  ( z  z )  A) / C   x y zABC TY ( y  y ) / B  ( ( x  x )  ( z  z )  A) / C   x y zABC TZ ( z  z ) / B  ( ( x  x )  ( y  y )  A) / C   x y zABC Khoá luận tốt nghiệp [...]... Marinelli Hệ phổ kế bao gồm detector HPGe và hộp đựng mẫu ở bên trong buồng chì Chương trình MCNP4 C2 có thể mô phỏng lại các đối tượng này một cách chính xác (xem hình 3.2) Khoá luận tốt nghiệp - 29 - Hộp đựng mẫu Detector Hình 3.2 Mẫu đo trong mô phỏng MCNP 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của matrix lên hiệu suất ghi Để khảo sát sự ảnh hưởng của matrix (chất nền) lên hiệu suất ghi, cần phải có hiệu suất ghi của detector... : do hai yếu tố là thời gian chết và tổng ngẫu nhiên Hai hiệu ứng này dẫn đến mất số đếm ở đỉnh năng lượng toàn phần - Bố trí hình học của hệ đo (dạng hình học của hộp chứa, góc khối và bề dày của mẫu đo), ảnh hưởng đến sự tự hấp thụ tia gamma của mẫu Khoá luận tốt nghiệp - 28 - KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MATRIX Chương 3 LÊN HIỆU SUẤT GHI 3.1 Mô hình hóa hệ phổ kế gamma với hình học mẫu Marinelli Các... Hiệu suất ghi danh đònh của detector HPGe ở phòng thí nghiệm bộ môn Vật lí Hạt nhân là 20% (chính xác 22,4 %) so với đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) có kích thước 3” x 3” tại vạch năng lượng 1332 keV của Co60 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi Hiệu suất ghi của detector bò ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như : - Năng lượng của tia gamma tới : hiệu suất giảm ở vùng năng lượng thấp do sự hấp thụ tia gamma. .. 0,008269 Khi mô phỏng với mật độ 0,5 g/cm3 , kết quả cho thấy hiệu suất ghi của ba loại matrix trên là gần như nhau, đặc biệt là ở vùng năng lượng trên 100 keV Khoá luận tốt nghiệp - 32 - Để so sánh sự khác biệt này, ta dùng hiệu suất ghi của mẫu không khí làm chuẩn và tính sự chênh lệch về hiệu suất ghi của các matrix khác so với nó - ở 59,6 keV, sự chênh lệch hiệu suất ghi của đất, nước, nhựa epoxy... giật lùi của hạt nhân là không đáng kể) : Te  h   E i Trong đó ( 2.2 ) Te : động năng của quang electron hυ : năng lượng tia gamma tới Ei : năng lượng liên kết của electron lớp i e- quang điện hυ K L Hình 2.1 Hiệu ứng quang điện Khoá luận tốt nghiệp - 20 - Tiết diện của hiệu ứng quang điện phụ thuộc vào năng lượng của tia gamma tới và điện tích Z của hạt nhân môi trường Tiết diện hấp thụ lớn và tăng... Tia gamma sẽ giảm năng lượng đồng thời phương chuyển động cũng thay đổi Khoá luận tốt nghiệp - 19 - Để ghi nhận sự tương tác của bức xạ gamma với vật chất, người ta dựa vào các hiệu ứng cơ bản mà tia gamma gây ra trong môi trường vật chất : - Hiệu ứng quang điện - Tán xạ Compton - Hiệu ứng tạo cặp Ngoài ra còn có một số hiệu ứng khác như tán xạ Thomson (có xác suất thấp nên có thể được bỏ qua), phản ứng. .. keV) Khoá luận tốt nghiệp - 26 - sẽ bò Cu hấp thụ còn các tia X do Cu phát ra có năng lượng thấp (khoảng 8 keV) nên không gây ảnh hưởng đến hiệu suất ghi của detector 2.2.3 Hiệu suất ghi Người ta chia hiệu suất ghi của detector thành hai loại là : - Hiệu suất tuyệt đối (εabs ) : là tỉ số giữa số xung ghi nhận được trên số bức xạ phát ra từ nguồn Hiệu suất tuyệt đối phụ thuộc vào tính chất của detector,... Code MCNP4 C2 1.3.1 Giới thiệu Chương trình MCNP4 C2, cũng giống như các phiên bản khác, sử dụng việc gieo số ngẫu nhiên tuân theo các quy luật phân bố, ghi lại quá trình sống của một hạt khi nó được phát ra từ nguồn Chương trình có nhiều ứng dụng như thiết kế lò phản ứng, an toàn tới hạn, che chắn và bảo vệ, vật lý trò liệu … Trong phạm vi của khoá luận chỉ giới hạn sử dụng chương trình này để tính hiệu. .. thể tích của detector - Hiệu suất đỉnh (εp ) : là xác suất của một bức xạ phát ra từ nguồn và để lại toàn bộ năng lượng của nó trong detector Khoá luận tốt nghiệp - 27 - Hai loại hiệu suất này liên hệ với nhau bởi tỉ số đỉnh- tổng” r : r p (2.12) t Hiệu suất đỉnh được dùng nhiều trong thực nghiệm do có thể được áp dụng trong những điều kiện thí nghiệm khác nhau, còn hiệu suất tổng sẽ thay đổi khi... hạt nhân… 2.1.2 Hiệu ứng quang điện Đây là quá trình mà photon tới bò electron hấp thụ hoàn toàn năng lượng, sau đó electron bò bứt ra khỏi nguyên tử Hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi năng lượng của tia gamma tới lớn hơn năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử Electron bò bứt ra được gọi là quang electron, có động năng bằng hiệu của năng lượng gamma tới và năng lượng liên kết của electron đó