Vật lý Khảo sát hiệu suất của detector HPGe với hình học mẫu lớn bằng phương pháp Monte Carlo

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập Bộ môn Vật lý hạt nhân, hướng dẫn tận tình thầy cô giảng dạy Chính nơi giúp trưởng thành học TRẦN ÁI KHANH tập Tôi bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy hướng dẫn PGS.TS Mai Văn Nhơn hướng dẫn trình thực luận văn Nhân đây, xin chân thành biết ơn sâu sắc đến GVC ThS Trương Thò Hồng Loan, người theo dõi suốt trình thực Luận văn Cô người giảng dạy, hướng dẫn học phương pháp mô KHẢO SÁT HIỆU SUẤT CỦA DETECTOR HPGE VỚI HÌNH HỌC MẪU LỚN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO Monte Carlo gợi ý sử dụng chương trình MCNP (Monte Carlo N – Particle) nghiên cứu đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn đến TS Lê Văn Ngọc TS Trần Ngọc Hùng người thầy truyền đạt kiến thức chương trình MCNP Riêng TS Lê Văn Ngọc dành thời gian quý báu để đọc, sửa chữa đóng góp ý kiến cho đề tài Chân thành cảm ơn đến TS Châu Văn Tạo giảng dạy tận tình trình học tập Bộ môn Thầy giành thời gian để đọc đóng góp ý LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ kiến quý báu để luận văn hoàn thiện Xin phép gửi lời biết ơn chân thành đến Thầy Cô hội đồng đọc, nhận xét đóng góp ý kiến quý báu luận văn Xin cảm ơn đến ThS Phan Sơn Hải ThS Thái Mỹ Phê giúp đỡ việc cung cấp mẫu đo để thực thí nghiệm Cảm ơn đến thành viên nhóm MCNP Bộ môn Vật lý hạt nhân, Cô Trương Thò Hồng Loan, bạn Trần Thiện Thanh, Phan Thò Quý Trúc, Trần Đăng Hoàng đặc biệt bạn Đặng Nguyên Phương hỗ trợ, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2007 giúp đỡ giải vấn đề khó khăn suốt trình thực MỤC LỤC luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân động viên, nhắc nhở tạo điều kiện để hoàn thành tốt luận văn Đặc biệt, gửi lòng biết ơn sâu sắc đến ban lãnh đạo Trường Đại học Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thò Tiền Giang, nơi công tác tạo điều kiện thời gian, công việc tài MỞ ĐẦU trợ khoản kinh phí suốt trình học thực luận văn CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH Tôi xin gửi lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè ủng hộ, động viên để hoàn thành Khoá học MCNP 1.1 Phương pháp Monte Carlo 1.2 Giới thiệu chương trình MCNP 10 1.3 ðặc điểm chương trình MCNP 11 1.3.1 Cấu trúc input file MCNP 11 1.3.2 Hình học MCNP 11 1.3.3 Dữ liệu hạt nhân 13 1.3.4 Mô tả nguồn 13 1.3.5 Tally 14 1.3.6 Output 14 1.4 Sai số tương đối (Relative Error) 15 CHƯƠNG 2: HIỆU SUẤT CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 18 2.1 Hiệu suất ghi detector HPGe 18 2.1.1 Khái niệm hiệu suất 18 2.1.2 Các loại hiệu suất 18 2.2 Đường cong hiệu suất 20 2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất detector 21 2.3.1 Sự phụ thuộc lượng hiệu suất chỉnh 22 2.3.2 Yếu tố hình học đo 23 2.3.3 Hiệu ứng trùng phùng tổng 23 2.3.4 Hệ điện tử 24 2.3.5 Sự tự hấp thụ 25 2.4 Các phương pháp xác đònh hiệu suất 25 2.4.1 Phương pháp tương đối 26 2.4.2 Phương pháp Monte Carlo 27 2.4.3 Phương pháp bán thực nghiệm 30 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HOÁ MCNP HỆ PHỔ KẾ GAMMA DÙNG 4.2.2 Hiệu suất theo hình trụ rỗng thay đổi mật độ 64 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT CHO HÌNH HỌC MẪU LỚN 67 5.1 Xây dựng chương trình 67 5.1.1 Giới thiệu chương trình 67 5.1.2 Chức tính toán hiệu suất mẫu hình học dạng trụ 68 5.1.3 Chức tính toán hiệu suất mẫu hình học dạng Marinelli 69 5.1.4 Chức xây dựng đường cong hiệu suất cho hình học dạng trụ 69 5.1.5 Kết luận 69 5.2 Kiểm tra độ tin cậy chương trình 70 DETECTOR HPGE 34 5.2.1 Kiểm tra hiệu suất hình học dạng trụ 70 3.1 Mô tả hệ đo 34 5.2.2 Kiểm tra hiệu suất hình học dạng Marinelli 75 3.2 Mô hình hoá MCNP hệ phổ kế gamma 38 KẾT LUẬN 79 3.2.1 Xây dựng mô hình 38 KIẾN NGHỊ 81 3.2.2 Kiểm tra độ tin cậy bước đầu chương trình 39 Tài liệu tham khảo 82 3.3 Xác đònh hiệu suất nguồn trụ 40 Danh mục công trình 84 3.4 Xác đònh hiệu suất nguồn dạng Marinelli 43 Phụ lục 85 CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT ĐỈNH THEO HÌNH HỌC VÀ MẬT ĐỘ MẪU 47 4.1 Sự phụ thuộc hiệu suất đỉnh theo hình học mẫu đo dạng trụ 48 4.1.1 Hiệu suất đỉnh theo bề dày mẫu 48 4.1.2 Hiệu suất theo bề dày bán kính mẫu 51 4.1.3 Hiệu suất theo mật độ mẫu 57 4.2 Hiệu suất theo hình học mẫu đo dạng Marinelli 60 4.2.1 Hiệu suất theo hình trụ rỗng thay đổi bán kính chiều cao 62 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG Các ký hiệu γ : gamma µ : hệ số suy giảm vật liệu mẫu ε : hiệu suất đỉnh lượng toàn phần ρ : mật độ mẫu εr : hiệu suất tương đối E : lượng gamma h : bề dày mẫu (cm) N : neutron P : photon r : bán kính mẫu (cm) V : thể tích mẫu (cm3) Các chữ viết tắt AQCS : Analytical Quality Control Services fS : factor self-absorption (hệ số tự hấp thụ) HPGe : High pure Germanium (Germanium siêu tinh khiết) MCNP : Monte Carlo N – particle R : Relative error (sai số tương đối) Tally : đánh giá Bảng 1.1: Các kiểu đánh giá (tally) MCNP 14 Bảng 1.2: Chú giải sai số tương đối R 16 Bảng 3.1: Đồng vò phóng xạ cần xác đònh hoạt độ mẫu IAEA-375 40 Bảng 3.2: Các giá trò hiệu suất tính từ thực nghiệm MCNP với mẫu hình trụ IAEA-375 42 Bảng 3.3: Các giá trò hiệu suất tính từ thực nghiệm MCNP với mẫu dạng Marinelli (3π) IAEA-375 45 Bảng 5.1: So sánh giá trò hiệu suất tính chương trình MCNP chương trình CalEff với hình học dạng trụ 71 Bảng 5.2: Hoạt độ tính toán mẫu chuẩn IAEA – 375 73 Bảng 5.3: Hoạt độ tính toán mẫu Zirconium 74 Bảng 5.4: So sánh kết hiệu suất từ chương trình MCNP chương trình CalEff với hình học dạng Marinelli 76 Bảng 5.5: Hoạt độ tính toán mẫu chuẩn quặng Thori 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1: Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh 22 Hình 2.2: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma Co-60 24 Hình 3.1: Hệ đo gamma Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý hạt nhân 35 Hình 3.2: Mặt cắt dọc buồng chì, kích thước tính bằng cm 36 Hình 3.3: Mặt cắt dọc detector HPGe GC2018, kích thước tính Hình 4.7: Sự thay đổi hiệu suất theo mật độ mẫu hình trụ 57 Hình 4.8: Sự thay đổi tỉ lệ hiệu suất theo tỉ số mật độ hình trụ (r = 2.65 cm, h = 1.0 cm) 58 Hình 4.9: Hình 4.10: Hiệu suất theo bán kính mẫu hình học dạng trụ rỗng (h1 = 4.0 cm, ρ0 = 1.5 g/cm3) 63 Hình 4.11: Sự thay đổi tỉ lệ hiệu suất theo tỉ số mật mẫu hình học mm 37 Hình 3.4: Hình học kích thước hộp đựng mẫu hình trụ 41 Hình 3.5: Hiệu suất tính từ thực nghiệm MCNP số vạch gamma quan tâm mẫu IAEA-375 với hình trụ 42 Hình 3.6: Hình học kích thước hộp đựng mẫu hình học dạng Marinelli 44 Hình 3.7: Hiệu suất tính từ thực nghiệm MCNP số vạch gamma quan tâm mẫu IAEA-375 với hình học dạng Marinelli (3π) 46 Hình 4.1: Sự phụ thuộc hiệu suất đỉnh theo bề dày mẫu đo 49 Hình 4.2: So sánh thay đổi hiệu suất ghi tuyệt đối theo bề dày mẫu đo 49 Hình 4.3: Sự thay đổi hiệu suất × bề dày theo bề dày mẫu đo 51 Hình 4.4: Đường cong hiệu suất theo lượng bán kính mẫu khác ứng với bề dày mẫu cm 52 Hình 4.5: Sự thay đổi hiệu suất đỉnh 63.3 keV theo bán kính mẫu ứng với bề dày mẫu khác (1; 2; 3; 4; cm) 52 Hình 4.6: Sự thay đổi hiệu suất theo bán kính mẫu đo ứng với lượng khác với bề dày mẫu cm 54 Mặt cắt dọc kích thước mẫu hình học dạng Marinelli 61 dạng trụ rỗng 64 Hình 5.1: Hình học kích thước hộp đựng mẫu IAEA-375 Zirconium 72 MỞ ĐẦU Freeman Jenkin (1966) [6] (sau Sudarshan Singh (1991)) với công thức giải tích có tính đến tiết diện tương tác, Moens cộng (1983) [8] Nghiên cứu mẫu môi trường lónh vực quan tâm nghiên cứu hạt nhân ngày Có nhiều phương pháp sử dụng để nghiên cứu mẫu môi trường chẳng hạn phương pháp đo đạc phân rã alpha, beta, gamma, phương pháp huỳnh quang tia X, phương pháp phân tích kích hoạt neutron, Trong đó, phương pháp đo đạc hệ phổ kế gamma ứng dụng rộng rãi nhờ vào ưu điểm khả phân tích đa nguyên tố, việc xử lý mẫu không phức tạp đo alpha hay beta Sự phát triển kỹ thuật chế tạo tinh thể kỹ thuật điện tử ngày phát triển góp phần làm cho việc ứng dụng phổ kế gamma vào nghiên cứu môi trường ngày rộng rãi Trong trình khảo sát mẫu môi trường hệ phổ kế gamma, hoạt độ phóng xạ tự nhiên mẫu tương đối thấp (cỡ ppm), để số đếm ghi nhận đủ thống kê cần phải đo với lượng mẫu lớn thời gian đo phải dài Việc chuẩn hiệu suất cho hệ phổ kế với mẫu môi trường có hình học mẫu lớn vấn đề quan tâm hàng đầu Có nhiều phương pháp đưa để giải vấn đề Phương pháp thông thường xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm, nhiên phương pháp đòi hỏi mẫu chuẩn phải tương tự với mẫu đo thành phần hoá học, hình học mẫu cần thời gian đo dài để xây dựng đường cong hiệu suất Ngoài ra, thay đổi cấu hình đo phải xây dựng đường cong hiệu suất lại từ đầu Để làm điều phương pháp sử dụng thiết lập biểu thức giải tích tính hiệu suất theo tham số hình học mật độ mẫu dựa vào số liệu thực nghiệm để cung cấp cho người dùng công cụ tính hiệu suất tổng quát theo cấu hình đo mật độ mẫu Các công trình tiêu biểu kể đến với phương pháp góc khối hiệu dụng, Noguchi cộng (1981) [13] với phương pháp hiệu suất đỉnh riêng phần, Ngày nay, với phát triển máy tính, phương pháp mô phỏng, đặc biệt mô Monte Carlo ngày trở nên hữu dụng việc tính toán hiệu suất nguồn thể tích Do vậy, ứng dụng việc xây dựng công thức giải tích tính hiệu suất cho mẫu tích, công trình kể đến công trình Korun cộng (1993) [12], Garcia-Talavera Pena (2004) [10], Tại Việt Nam, mặt điều kiện Phòng thí nghiệm nhiều nơi khó khăn, mặt khác việc xác lập đường cong hiệu suất chuẩn thực nghiệm cho mẫu tốn Do vậy, việc thiết lập công thức giải tích cách tốt để giải vấn đề tính toán hiệu suất, mục tiêu lớn luận văn Tuy nhiên, việc xây dựng công thức giải tích đòi hỏi phải có liệu hiệu suất theo cấu hình đo lớn, khó thu phương pháp thực nghiệm thông thường Do đó, sử dụng phương pháp Monte Carlo để tạo liệu đủ phép xây dựng công thức giải tích Trong luận văn này, chương trình mô MCNP dùng để mô hệ phổ kế gamma với detector HPGe Bộ môn Vật lý Hạt nhân cho mẫu khối hình trụ Marinelli Đối với hình học dạng trụ, ảnh hưởng tự hấp thụ đến hiệu suất mẫu nghiên cứu dựa khảo sát bề dày bão hòa mẫu đo có thành phần dạng đất Trên sở số liệu thu giá trò hiệu suất phụ thuộc hình học, kích thước mật độ mẫu dải lượng quan tâm (60 – 1600 keV) chương trình MCNP, tiến hành xây dựng công thức giải tích cho mẫu hình học dạng trụ Marinelli cho hệ phổ kế Đây hai loại hình học Marinelli từ liệu có phương pháp mô Monte Carlo sử sử dụng phổ biến khảo sát mẫu môi trường Thực việc xây dụng chương trình MCNP dựng công thức bán thực nghiệm tính hiệu suất cho mẫu thể tích Chương 5: Một chương trình tính toán hiệu suất mang tên CalEff khảo sát nhiều tác giả trước Tuy nhiên, thông số khảo sát (Calculating Efficiency) viết dựa công thức giải tích cho hình học chiều cao, bán kính mẫu Chẳng hạn Noguchi (1981) [13] khảo sát theo dạng trụ Marinelli trình bày chương Sau thực việc kiểm chiều cao bán kính hình trụ, Zikovsky (1997) [9] khảo sát theo chiều cao đònh công thức giải tích thông qua việc sử dụng chương trình CalEff để tính mẫu Marinelli, Selim Abbas (2000) [16] khảo sát theo bề dày, bán kính toán hiệu suất suy hoạt độ đồng vò phóng xạ số mẫu mật độ hình trụ, Mostajaboddavati (2006) [11] khảo sát theo mật độ hình học chuẩn IAEA, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà lạt, mẫu môi trường Marinelli, Luận văn hy vọng mang đến công thức tổng quát để tính Trung Tâm Hạt nhân cung cấp, với nhiều hình học khác Kết hiệu suất hệ phổ kế gamma detector HPGe Bộ môn Vật lý Hạt nhân, so sánh với giá trò chuẩn hay giá trò tính từ mô MCNP Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp.HCM cho hai loại hình học dạng trụ Marinelli Bên cạnh đó, để giúp cho việc ứng dụng công thức giải tích dễ dàng nhanh chóng, chương trình tính toán viết ngôn ngữ lập trình C++ Builder Các kết hiệu suất thu từ chương trình áp dụng để tính hoạt độ có mẫu Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân TPHCM, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt cung cấp Với mục đích nêu trên, nội dung luận văn bố cục sau: Chương 1: Giới thiệu sơ lược phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP phiên 4C2 Chương 2: Phương pháp xác đònh hiệu suất yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Chương 3: Sử dụng chương trình MCNP để mô hình hoá hệ phổ kế gamma HPGe Bô môn Vật lý Hạt nhân Chương 4: Xác đònh bề dày bão hòa mẫu đo hình học dạng trụ Thiết lập biểu thức giải tích tính hiệu suất mẫu đo có hình học dạng trụ 10 CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO giá hệ thống phức tạp tổng thể Việc giải toán chuyển động VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP Giữa kỷ 20, phát triển lónh vực quan trọng vật lý hạt hay tương tác hay hai photon tương đối đơn giản, nhiên, giải với triệu hay tỉ hạt photon mà kỹ thuật Monte Carlo Đồng thời phương pháp loại bỏ nhiều hạn chế thực nghiệm nhân, lý thuyết nguyên tử, nghiên cứu vũ trụ, lượng, chế tạo cung cấp kết đáng tin cậy thiết bò phức tạp đòi hỏi phải tiến hành toán lớn phức tạp, giải 1.2 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH MCNP [5] kỹ thuật có vào lúc Cùng với phát triển máy tính điện MCNP (Monte Carlo N–Particle) chương trình ứng dụng phương pháp tử làm xuất khả nhận đầy đủ mô tả đònh lượng Monte Carlo để mô trình vật lí hạt nhân neutron, photon, tượng nghiên cứu phạm vi giải toán mở rộng Trên electron (các trình phân rã hạt nhân, tương tác tia xạ với vật sở hình thành nên việc thử nghiệm máy tính Việc thử nghiệm thực chất, thông lượng neutron, ) Chương trình công cụ mô chất áp dụng máy tính để giải toán, nghiên cứu kết cấu hay thiết lập tốt cho phép người sử dụng xây dựng dạng hình học phức tạp trình, thực tính toán dựa mô hình toán học vật lý tính toán mô dựa thư viện hạt nhân Sự phức tạp tương tác photon đònh lượng đối tượng nghiên cứu với tham số hóa xử lý chương trình MCNP Chương trình điều khiển Trong chương xin giới thiệu phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP 1.1 PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO trình cách gieo số theo quy luật thống kê cho trước mô phỏûng thực máy tính số lần thử cầàn thiết thường lớn MCNP ban đầu phát triển nhóm Monte Carlo sau Phương pháp Monte Carlo hay gọi phương pháp thử thống kê nhóm Radiation Transport (Nhóm X-6) phòng Vật lý Lý thuyết Ứng dụng đònh nghóa phương pháp tính cách biểu diễn nghiệm toán Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (Mỹ) Nhóm X-6 cải tiến MCNP dạng tham số đám đông lý thuyết sử dụng dãy số ngẫu hai ba năm họ lại cho phiên MCNP cung cấp tới nhiên để xây dựng mẫu đám đông mà từ ta thu ước lượng thống kê người dùng thông qua Trung tâm Thông tin Che chắn Bức xạ (RSICC) Oak tham số Nói cách khác, phương pháp Monte Carlo cung cấp lời giải Ridge, Tennessee (Mỹ) ngân hàng liệu OECD/NEA Pari (Pháp) gần cho toán cách thực thí nghiệm lấy mẫu thống kê sử dụng số ngẫu nhiên Việc sử dụng phương pháp Monte Carlo có từ năm 1873 giá trò số toán học Pi tính thực nghiệm Tuy nhiên, thực có ý nghóa với hỗ trợ máy tính Việc sử dụng phương pháp Monte Carlo để mô hình hoá trình vật lý để mô cho phép đánh 11 1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CHƯƠNG TRÌNH MCNP [4], [5] 1.3.1 Cấu trúc input file MCNP Phần input file chương trình MCNP xác đònh sau: 12 a Cell Card: Cell vùng không gian hình thành mặt biên (được đònh nghóa phần surface card) Nó hình thành cách thực toán Tiêu đề thông tin input file (nếu cần) tử giao, hội bù vùng không gian tạo mặt Mỗi mặt chia không Cell Cards gian thành hai vùng với giá trò dương âm tương ứng Khi cell xác đònh, vấn đề quan trọng xác đònh giá trò tất điểm Surface Cards nằm cell tương ứng với mặt biên Giả sử s = f(x,y,z) = phương trình mặt toán Đối với điểm (x,y,z) mà có s = điểm Data Cards mặt, s âm điểm gọi bên mặt gán dấu (Mode Cards, Material Cards, Source Cards, Tally Cards, ) âm Ngược lại, s dương, điểm bên mặt gán dấu dương 1.3.2 Hình học MCNP Cell xác đònh cell card Mỗi cell diễn tả số cell (cell Hình học MCNP thể hình học có cấu hình chiều tuỳ ý MCNP number), số vật chất (material number), mật độ vật chất (material density), xử lí hình học hệ toạ độ Descartes MCNP có chương trình dựng dãy mặt có dấu (âm dương) kết hợp thông qua toán tử sẵn để kiểm tra lỗi liệu đầu vào, thêm vào khả vẽ hình học giao, hội, bù để tạo thành cell MCNP giúp người dùng kiểm tra lỗi hình học Sử dụng mặt biên b Surface Card: xác đònh cell card surface card, MCNP theo dõi chuyển động Surface card xác đònh cách cung cấp hệ số phương hạt qua hình học, tính toán chỗ giao quỹ đạo vết trình mặt giải tích hay thông tin điểm biết mặt MCNP với mặt biên tìm khoảng cách dương nhỏ chỗ giao Nếu cung cấp các dạng mặt chẳng hạn mặt phẳng, mặt cầu, mặt trụ, khoảng cách tới lần va chạm lớn khoảng cách nhỏ nhất, hạt rời (có tất gần 30 loại mặt bản) kết hợp với thông qua khỏi cell Sau đó, điểm giao thu bề mặt, MCNP xác đònh toán tử giao, hội bù cell mà hạt vào cách kiểm tra giá trò điểm giao (âm Có hai cách để xác đònh thông số mặt MCNP: dương) mặt liệt kê cell Dựa vào kết đó, MCNP tìm – Cung cấp hệ số cần thiết thoả mãn phương trình mặt cell phía bên tiếp tục trình vận chuyển Ví dụ: P A B C D có nghóa xây dựng mặt phẳng Ax + By + Cz = D Hình học MCNP thể qua cell card surface card – Xác đònh điểm hình học biết mặt mà đối xứng quay trục toạ độ 13 1.3.3 Dữ liệu hạt nhân Các bảng liệu hạt nhân phần thiếu 14 dạng Gauss (dạng theo thời gian, dạng đẳng hướng, cosin dọc theo hướng đònh) chương trình MCNP Ngoài việc sử dụng bảng liệu có sẵn MCNP, 1.3.5 Tally người dùng sử dụng liệu tái tạo từ liệu gốc bên Trong MCNP có nhiều loại tally tính toán khác Người sử dụng thông qua chương trình chuyển đổi chẳng hạn NJOY dùng tally (đánh giá) khác liên quan đến dòng hạt, thông lượng hạt, liệu đưa vào MCNP thân người dùng Có tất lượng để lại Các tally MCNP chuẩn hoá hạt phát loại liệu hạt nhân MCNP: ra, ngoại trừ vài trường hợp nguồn tới hạn Các loại tally – Tương tác neutron có lượng liên tục MCNP cho bảng 1.1 – Tương tác neutron phản ứng rời rạc – Tương tác quang nguyên tử lượng liên tục – Tương tác quang hạt nhân lượng liên tục Bảng 1.1 : Các kiểu đánh giá (tally) MCNP Kí hiệu Tally Loại hạt – Các tiết diện để tính liều cho neutron F1 Cường độ dòng qua bề mặt N, P, E – Neutron S(α,β) nhiệt F2 Thông lượng trung bình qua bề mặt N, P, E F4 Thông lượng trung bình qua cell N, P, E F5 Thông lượng điểm hay vòng N, P F6 Năng lượng để lại trung bình qua cell N, P F7 Năng lượng phân hạch trung bình để lại cell N F8 Sự phân bố độ cao xung cell P, E – Tương tác neutron, cặp neutron/photon, hạt tích điện giả neutron – Tương tác photon – Tương tác electron Các liệu hạt nhân đưa vào MCNP qua phần khai báo material card 1.3.4 Mô tả nguồn MCNP cho phép người dùng mô tả nguồn dạng khác thông qua thông số nguồn lượng, thời gian, vò trí hướng phát nguồn hay thông số hình học khác cell surface Bên cạnh việc mô tả nguồn theo phân bố xác suất, người dùng sử dụng hàm dựng sẵn để mô tả nguồn Các hàm bao gồm hàm giải tích cho phổ lượng phân hạch nhiệt hạch chẳng hạn phổ Watt, Maxwell phổ 1.3.6 Output Ngoài thông tin kết quả, output file MCNP có bảng chứa thông tin tóm tắt cần thiết cho người sử dụng để biết rõ thêm trình chạy mô MCNP Các thông tin làm sáng tỏ vấn đề vật lí toán thích ứng mô Monte Carlo Nếu có xảy sai sót chạy chương trình, MCNP in chi tiết cảnh báo phần output để người 72 5.2.1.2 Xác đònh hoạt độ phóng xạ mẫu chuẩn IAEA-375 Trong phần tiếp tục kiểm tra chương trình cách tính toán hoạt độ nguyên tố phóng xạ mẫu IAEA – 375 thông qua giá trò hiệu suất từ chương trình CalEff Hình học, kích thước hộp đựng mẫu biểu diễn hình 5.1 Mẫu IAEA – 375 đo thời gian ngày sau mẫu nhốt tuần Hoạt độ số nhân phóng xạ có mẫu tính dựa hiệu Bảng 5.1: So sánh giá trò hiệu suất tính chương trình MCNP chương trình CalEff với hình học trụ Chiều cao h Bán kính r Mật độ ρ Năng lượng E Chương trình Chương trình Sai số tương đối (cm) (cm) (g/cm3) (keV) MCNP CalEff (%) 2.0 3.00 1.0 74.8 4.920E–02 4.700E–02 4.5 % 5.0 4.00 1.7 93.3 2.310E–02 2.290E–02 0.9 % 3.5 3.00 1.3 238.6 3.669E–02 3.570E–02 2.7 % 4.0 3.35 1.5 661.7 1.269E–02 1.226E–02 3.4 % 5.0 4.00 1.5 351.9 1.648E–02 1.623E–02 1.5 % 6.0 4.50 1.4 911.6 6.363E–03 6.433E–03 1.1 % 7.0 4.50 1.6 1377.7 4.140E–03 4.160E–03 0.5 % 1.0 5.00 1.2 1120.3 1.108E–02 1.140E–02 2.9 % 5.0 4.00 1.0 93.3 2.892E–02 2.880E–02 0.4 % 8.0 5.50 1.5 186.2 1.367E–02 1.402E–02 2.6 % suất thu từ chương trình tính toán diện tích đỉnh thu từ hệ phổ kế gamma sử dụng Từ đó, so sánh kết với kết nhà sản xuất cung cấp Kết trình bày bảng 5.2 7.64 cm 4.77 cm Hình 5.1: Hình học kích thước hộp đựng mẫu IAEA-375 Zirconium 71 Bảng 5.2 trình bày kết hoạt độ mẫu IAEA-375 từ tính toán so với kết hoạt độ IAEA cung cấp Sai lệch tương đối hai trò trung bình hoạt độ từ hai phương pháp 8% Giá trò nhìn chung thấp so với giá trò tương ứng trình bày phần 3.3 Lý việc nhỏ giải thích hình học mẫu sử dụng phần tính toán chuẩn so với hình học mẫu sử dụng phần 3.3 73 74 Bảng 5.2: Hoạt độ tính toán mẫu chuẩn IAEA-375 Bộ môn Vật lý hạt nhân Hiệu suất tính toán từ chương trình CalEff Sai Hạt nhân Năng lượng Hiệu suất (keV) Hoạt độ Hoạt độ Hoạt độ lệch Tính toán trung bình IAEA cung tương (Bq/kg) (Bq/kg) cấp (Bq/kg) đối giúp xác đònh hoạt độ mẫu cách nhanh chóng Bảng 5.3 trình bày kết hoạt độ mà tính toán kết Trung tâm kỹ thuật hạt nhân Tp HCM xác đònh Kết cho thấy sai lệch giá trò hiệu suất hai phương pháp lớn cỡ 10% Bảng 5.3: Hoạt độ tính toán mẫu Zirconium (%) 232 Th 212 74.8 1.97E-02 21.0 ± 3.0 212 Pb 238.6 2.49E-02 24.8 ± 0.8 Ac 911.6 8.33E-03 20.8 ± 0.8 Pb 228 226 22.2 20.5 8% Hạt Năng lượng nhân (keV) 232 Pb 226 Hoạt độ Hoạt độ Hoạt độ Sai lệch tính toán trung bình TT KTHN tương (Bq/kg) (Bq/kg) (Bq/kg) đối (%) Th 212 Ra Hiệu suất 238.6 2.50E-02 992 1024 3% 9032 8112 10% Ra 214 74.8 1.97E-02 21.0 ± 3.0 214 242.6 2.48E-02 8836 214 77.1 2.13E-02 18.9 ± 2.9 214 295.2 2.09E-02 9391 351.9 1.78E-02 16.2 ± 1.9 214 351.9 1.79E-02 9177 609.3 1.12E-02 17.9 ± 1.2 214 609.3 1.13E-02 8628 661.7 1.05E-02 4223.0 3910.0 7% 214 1764.5 4.88E-03 9127 1460.8 5.81E-03 441.0 424.0 4% 1001.0 7.86E-03 13449 12619 6% 1460.8 5.87E-03 125 120 4% Pb Pb 214 Pb 214 Bi 137 40 Cs K Pb 18.5 20.0 8% Pb Pb Bi Bi 238 U 234m 5.2.1.3 Tính toán hoạt độ mẫu Zirconium Cùng với hình học kích thước hình 5.1, tính toán hoạt độ mẫu quặng Zirconium cung cấp Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh Thành phần cho phụ lục A Mẫu đo có mật độ 1.77 g/cm3, khối lượng mẫu 250 g Mẫu đo thời gian 01 ngày với hệ phổ kế gamma 40 Pa K Ngoại trừ, hoạt độ phóng xạ 226 Ra có độ lệch lớn 10%, giá trò hoạt độ đồng vò khác phù hợp tốt với kết TTKTHN cung cấp (dưới 6%) 75 5.2.2 Kiểm tra hiệu suất hình học dạng Marinelli: Do hiệu suất hình học dạng Marinelli tính toán dựa hình học dạng trụ trụ rỗng Vì vậy, thực tế kiểm chứng hiệu suất từ chương trình CalEff hình học dạng phù hợp với giá trò hiệu suất từ chương trình MCNP thực nghiệm đầy đủ 5.2.2.1 Hiệu suất từ chương trình CalEff chương trình MCNP Tương tự phần 5.1.1, phần này, việc kiểm tra phù hợp biểu thức giải tích thực cách so sánh kết xác đònh Bảng 5.4: So sánh kết hiệu suất từ chương trình MCNP chương trình CalEff với hình học dạng Marinelli Chiều cao Chiều cao Bán kính r Mật độ ρ Năng lượng E Chương trình Chương trình h1 (cm) h2 (cm) (cm) (g/cm3) (keV) MCNP CalEff (%) 4.0 2.0 4.00 1.0 77.1 3.914E–02 3.851E–02 1.6 % Các kết trình bày bảng 5.5 cho thấy sai lệch tương đối kết 2.0 2.0 4.25 1.1 186.2 4.824E–02 4.847E–02 0.5 % hai chương trình thấp (dưới 5%) Rõ ràng, trình làm khớp để 5.0 3.0 4.50 1.3 911.9 1.1564E–02 1.1557E–02 0.1 % 4.0 4.0 5.00 1.5 238.6 2.813E–02 2.827E–02 0.5 % 3.0 5.0 4.75 1.6 93.3 2.467E–02 2.447E–02 0.8 % 6.0 3.0 5.50 1.4 661.7 1.303E–02 1.295E–02 0.6 % 4.5 5.0 5.75 1.7 1120.3 6.538E–03 6.579E–03 0.6 % 6.7 3.7 5.75 1.5 1460.8 6.322E–03 6.218E–03 1.6 % 3.0 4.5 5.00 1.2 609.3 1.181E–02 1.171E–02 0.8 % 5.0 5.0 5.25 1.4 63.3 3.246E–02 3.264E–02 0.6 % hiệu suất mẫu đo dạng Marinelli từ chương trình MCNP chương trình CalEff với 10 số liệu kích thước, mật độ lượng khác tìm dạng giải tích hình học dạng trụ rỗng hình trụ tốt, phù hợp với hiệu suất cho từ MCNP 76 Sai số tương đối 77 78 5.2.2.2 Xác đònh hoạt độ mẫu chuẩn Thorium có kết tốt chương trình giải thích hình Mẫu chuẩn Thorium nhóm Phan Sơn Hải, Trung tâm Phân tích Môi học mẫu chuẩn Thorium Nhóm Phan Sơn Hải chế tạo trường thuộc Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt chế tạo Mẫu có khối lượng chuẩn, chất liệu cung cấp chi tiết giúp mô tả xác 482.52 g với mật độ 1.95 g/cm , thành phần thành phần trình bày phụ lục A Kích thước mẫu sau: chiều cao h1 = 6.0 cm, h2 = 1.0 cm mẫu có bán kính r = 5.00 cm Mẫu tiến hành đo ngày Kết hoạt độ tính toán so sánh với hoạt độ cung cấp Phan Sơn Hải, sai lệch tương đối hai kết trình bày bảng 5.5 Bảng 5.5: Hoạt độ tính toán mẫu chuẩn Thorium Hạt nhân 232 Năng lượng Hiệu suất (keV) Hoạt độ (Bq/kg) Hoạt độ trung bình (Bq/kg) Hoạt độ cung cấp PSH (Bq/kg) Sai lệch tương đối (%) Th 228 93.3 4.52E-02 331.50 228 Ac 129.1 5.40E-02 351.96 212 Ac Pb 238.6 4.26E-02 396.17 228 Ac 463.0 2.36E-02 352.60 228 991.6 1.35E-02 353.23 228 969.1 1.30E-02 358.64 Ac Ac 357.35 368.05 3% Kết cho thấy mẫu chuẩn Thori có thành phần khác biệt so với mẫu đất sử dụng chương trình CalEff để cung cấp giá trò hiệu suất tìm hoạt độ mẫu Hoạt độ sai lệch 3% so với hoạt độ thật có mẫu cung cấp nhóm Phan Sơn Hải Góp phần vào việc cho số liệu đầu vào chương trình CalEff 79 KẾT LUẬN 80 Một thành công khác luận văn kết hợp hai phương pháp mô bán thực nghiệm để xây dựng biểu thức giải tích cho việc Trong nghiên cứu mẫu phóng xạ môi trường, hoạt độ mẫu tính thông qua mẫu chuẩn phát tia gamma với chúng hay xác đònh từ đường cong hiệu suất chuẩn Các đường chuẩn xây dựng từ mẫu chuẩn có điều kiện hình học, thành phần mật độ mẫu đo Trong thực tế, để làm điều không dễ dàng, phương pháp khác phương pháp mô hay bán thực nghiệm áp dụng để khảo sát hiệu suất mẫu với cấu hình đo thay đổi đặc biệt với hỗ trợ hệ thống máy tính mạnh Nhận thức tầm quan trọng khả ứng dụng hai phương pháp kể việc tính toán hiệu suất mẫu thể tích, luận văn cố gắng khai thác khả ứng dụng hai phương pháp điều kiện kết hợp Trước tiên phương pháp mô Monte Carlo mà cụ thể chương trình MCNP sử dụng để tính toán hiệu suất ứng với lượng khác theo cấu hình đo cụ thể Trên thực tế, mô Monte Carlo hoàn toàn thay thực nghiệm Tuy nhiên, cung cấp liệu cách dồi đáng tin cậy để dễ dàng ngoại suy hiệu suất dải lượng quan tâm làm giảm bớt thí nghiệm phải đo hàng nhiều tốn Dựa số liệu xây dựng phương pháp mô phỏng, luận văn đưa phương pháp xác đònh cấu hình đo tối ưu cho hình trụ thông qua việc xác đònh bề dày bão hoà Đây ứng dụng có ý nghóa, giúp người làm thực nghiệm xác đònh cấu hình đo đạt hiệu suất tốt đo mẫu hình trụ tính toán hoạt độ mẫu dạng trụ Marinelli Phương pháp mô có nhiệm vụ thay thực nghiệm tạo số liệu đủ lớn Sau biểu thức giải tích thành lập dựa số liệu giúp cho việc tính toán hiệu suất cách nhanh chóng cho cấu hình phạm vi khảo sát Bên cạnh đó, dựa vào biểu thức thu được, luận văn xây dựng chương trình CalEff giúp người sử dụng thực tính toán hiệu suất dựa vào hình học, kích thước mật độ mẫu Dựa vào người sử dụng hiệu chỉnh tự hấp thụ tương đối mẫu chuẩn (2.13) Để kiểm tra chương trình này, kiểm tra hiệu suất hình học với 10 kích thước mẫu bất kỳ, mật độ khoảng từ 1.0 – 1.7 g/cm3, dải lượng từ 60 – 1600 keV Các kết so sánh với hiệu suất từ chương trình MCNP Sự sai biệt chương trình không 5% Ngoài ra, hiệu suất đỉnh lượng mẫu IAEA – 375, mẫu chuẩn Thori Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt cung cấp, mẫu Zirconium Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp HCM cung cấp tính từ chương trình CalEff Giá trò hoạt độ tính toán so sánh với hoạt độ nhà sản xuất cung cấp cho thấy sai lệch tương đối không 10% Nhìn chung, cách kết hợp hai phương pháp mô Monte Carlo bán thực nghiệm, luận văn đem đến phương thức tính toán hiệu suất mẫu môi trường (thành phần đất) theo cấu hình đo mật độ mẫu cách tự động cho người sử dụng hệ đo Bộ môn Vật lý Hạt nhân 81 82 KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Hiện nay, biểu thức giải tích chương trình CalEff đem lại tiện lợi, nhanh chóng việc tính toán hiệu suất mẫu môi trường có Tiếng Việt: [1] Mai Văn Nhơn, Trương Thò Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái thành phần đất Tuy nhiên, thực tế mẫu môi trường khảo sát Khanh, Trần Thiện Thanh, Mô Monte – Carlo đường cong hiệu suất thành phần dạng Do đó, tương lai cần nghiên cứu đỉnh detector HPGe hệ phổ kế gamma môi trường sử dụng mở rộng việc xây dựng biểu thức giải tích cho mẫu có thành phần khác chương trình MCNP4C2, Đại học Quốc gia Tp HCM, Tạp chí khoa học phát triển công nghệ, tập 10 số 5, 33 – 40 chẳng hạn thành phần sữa, rau, gạch, trầm tích, Ngoài ra, bên cạnh việc thay đổi thành phần mẫu đo, cần phải để ý [2] chương trình MCNP, LVTN, 2006 tới việc mở rộng biên độ khảo sát (ví dụ: mật độ mẫu thay đổi khoảng từ Đặng Nguyên Phương, Khảo sát đường cong hiệu suất detector HPGe 0.5 – 2.0 g/cm , dải lượng thay đổi khoảng từ 60 – 2000 keV, ) để Tiếng nước ngoài: cho biểu thức giải tích có độ xác cao phù hợp với [3] mẫu môi trường thực tế Không vậy, việc thiết lập công thức giải tích cần phải tổng quát hoá để dễ dàng áp dụng cho Wiley & Sons, Inc., 1999 [4] detector có kích thước cấu hình khác với detector HPGe tai Bộ môn Vật lý hạt nhân detector khảo sát luận văn J Kenneth Shultis and Richard E Faw, An Introduction to the MCNP Code, 2005 [5] Cuối cùng, với khả tính toán hiệu suất cách nhanh chóng, chương trình CalEff hoàn toàn có khả cải tiến ứng dụng việc khảo Glenn F Knoll, Radiation Detection and Measurement, Third Edition, John J.F Briesmeister, A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 4C, Los Alamos, 2000 [6] J.M Freeman, J.G Jenkin, The accurate measurement of the relative sát hiệu ứng liên quan đến việc đo đạc mẫu môi trường chẳng hạn khảo efficiency of Ge(Li) gamma-ray detectors in the energy range 500 to 1500 sát tự hấp thụ mẫu, tính toán bề dày bão hoà với mật độ, keV, Nuclear Instruments and Methods, 1966 lượng khác nhau, [7] K Derbetin and R.G Helmer, Gamma and X–ray Spectrometry with Semiconductor Detectors, Elsevier Science Publishers B.V., 1988 [8] L Moens, J Hoste, Calculation of the peak efficiency of high-purity germanium detectors, International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 1983 83 [9] 84 L Zikovsky, Variation of detection efiiciency of the Ge detector with the DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH height of the sample in Marinelli beaker, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 1997 [10] [11] [12] Khanh, Trần Thiện Thanh, Trần Đăng Hoàng (2006) “Nghiên cứu phổ accurate efficiencies for volume samples in γ -ray spectrometry, Applied gamma tán xạ ngược detector HPGe phương Monte – Carlo” Hội Radiation and Isotopes, 2004 nghò khoa học trường ĐHKHTN Tp Hồ Chí Minh M Mostajaboddavati, S Hassanzadeh, H Faghihian, M R Abidi, M correction for environmental gamma-spectroscopy of soil samples using hiệu suất đỉnh detector HPGe hệ phổ kế gamma môi trường sử Marinelli beaker, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2006 dụng chương trình MCNP4C2”, Đại học Quốc gia Tp HCM, Tạp chí khoa học phát triển công nghệ, tập 10 số 5, 33 – 40 M Korun, A.Likar and T Vidmar, Monte-Carlo calculation of the spatial Mai Van Nhon, Truong Thi Hong Loan, Tran Ai Khanh, Dang Nguyen Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1997 Phuong, Tran Thien Thanh (2007) “Monte – Carlo simulation of HPGe Masayasu Noguchi, Kenji Takeda, Hideo Higuchi, Semi–Empirical γ–ray detector response function with using MCNP code”, Communication in Peak Efficiency Determination including Self–absorption Correction Based Physics, Vol 17, No 1, 59 – 64 Mai Van Nhon, Le Van Ngoc, Truong Thi Hong Loan, Tran Thien Thanh, Isotopes, 1981 Dang Nguyen Phuong, Tran Ai Khanh (2007) “Gamma spectrum simulation P Jodlowski, Self – absorption correction in gamma – ray spectrometry of and coincidence summing factor calculation for point sources with using environmental samples – an overview values obtained and correction MCNP code”, Communication in Physics, Vol 17, No Sjoerd J Gelsema, Advanced X–ray spectrometry dealing with coincidence and attenuation effects, Delft University Press, 2001 [16] Mai Văn Nhơn, Trương Thò Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh (2007) “Mô Monte – Carlo đường cong values obtained for the selected geometries, [15] Kamali, Efficiency calibration and measurement of self-absorption on Numerical Integration, International Journal of Applied Radiation and [14] Trương Thò Hồng Loan, Phan Quý Trúc, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái M Garcia-Talavera and V Pena (2004), A hybrid method to compute dependence of the coaxial HPGe detector efficiency for point sources, [13] Younis S Selim, Mahmoud I Abbas, Analytical calculations of gamma scinlillator efficiencies – II Total efficiency for wide coaxial circular disk sources, Radiation and Chemistry, 2000 85 86 PHỤ LỤC A PHỤ LỤC B GIAO DIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH Thành phần mẫu Zirconium: Thành phần % ZrO2 65.180 SiO2 31.500 TiO2 0.198 Fe2O3 0.067 Thành phần mẫu chuẩn Thori: Thành phần % ThO2 0.059 SiO2 0.605 Polyetylen 0.336 Giao diện chương trình CalEff 87 88 Form tính toán hiệu suất mẫu dạng trụ Form xây dựng đường cong hiệu suất theo số liệu tính toán Form xây dựng đường cong hiệu suất theo số liệu thực nghiệm Form tính toán hiệu suất mẫu dạng Marinelli (3π) 89 PHỤ LỤC C MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH CALEFF Tính toán hiệu suất theo hình học mẫu dạng trụ // #include #pragma hdrstop #include "calculate_efficiency.h" #include // #pragma resource "*.dfm" TfrmCalculate *frmCalculate; // double correct_density (double h, double r, double rho, double E) { double a,b,c,d,e,f,c1[5],c2[5],d1[4],d2[3],e1[5],e2[3],f1[4],f2[3]; double t,lnh,lnr,lnE,lnE2,lnE3,lnE4,x; /*****************************************/ c1[0] = -119.130108; c1[1] = 83.2903933; c1[2] = -22.0807161; c1[3] = 2.582295; c1[4] = -0.1126958; c2[0] = -3.68810308; c2[1] = 2.16160021; c2[2] = -0.505049602; c2[3] = 0.053461325; c2[4] = -0.002122897; d1[0] = 10.6088771; d1[1] = -6.510005196; d1[2] = 1.125982921; d1[3] = -0.066994263; d2[0] = 0.219200897; d2[1] = -1.251181418; d2[2] = 0.073294507; e1[0] = 86.88420008; e1[1] = -63.86637914; e1[2] = 17.13028088; e1[3] = -2.032552802; e1[4] = 0.089744641; 90 e2[0] = 1.271417654; e2[1] = -0.475498414; e2[2] = 0.022064063; f1[0] = 10.38726828; f1[1] = -6.390590946; f1[2] = 1.103770495; f1[3] = -0.065609708; f2[0] = 0.088586096; f2[1] = -1.208833939; f2[2] = 0.069556004; /*****************************************/ lnh = log(h); lnr = log(r); lnE = log(E); lnE2 = lnE * lnE; lnE3 = lnE2 * lnE; lnE4 = lnE2 * lnE2; /********** Tinh c **********/ t = c1[0] + c1[1] * lnE + c1[2] * lnE2 + c1[3] * lnE3 + c1[4] * lnE4; c = exp(t); t = c2[0] + c2[1] * lnE + c2[2] * lnE2 + c2[3] * lnE3 + c2[4] * lnE4; c += exp(t) * r; c = r / c; /********** Tinh d **********/ t = d1[0] + d1[1] * lnE + d1[2] * lnE2 + d1[3] * lnE3; d = exp(t); t = d2[0] + d2[1] * lnE + d2[2] * lnE2; d += exp(t) * r; /********** Tinh e **********/ t = lnE / (e1[0] + e1[1] * lnE + e1[2] * lnE2 + e1[3] * lnE3 + e1[4] * lnE4); e = exp(t); t = e2[0] + e2[1] * lnE + e2[2] * lnE2; e -= exp(t) * lnr; e = lnr / e; e = exp(e); /********** Tinh f **********/ t = f1[0] + f1[1] * lnE + f1[2] * lnE2 + f1[3] * lnE3; f = exp(t); t = f2[0] + f2[1] * lnE + f2[2] * lnE2; f += exp(t) * r; /********* Tinh a, b *********/ 91 a = c + d * lnh; b = e + f * lnh; /****** Tra ve ket qua *****/ return (a - b * rho / 1.5); } // double calculate_efficiency (double h, double r, double rho, double E) { double A,Aa[5],Ab[5],Ac[5]; double b,ba[5],bb[5],bc[5]; double t,efficiency,lnE,lnE2,lnE3,lnE4; /*****************************************/ Aa[0] = 145.3030075; Aa[1] = -96.13838531; Aa[2] = 23.56311488; Aa[3] = -2.521391182; Aa[4] = 0.100430817; Ab[0] = 140.8498336; Ab[1] = -92.43529485; Ab[2] = 22.43829506; Ab[3] = -2.381308298; Ab[4] = 0.094095662; Ac[0] = 178.0976578; Ac[1] = -122.3153584; Ac[2] = 30.50821144; Ac[3] = -3.342044227; Ac[4] = 0.136458104; ba[0] = 2.494437555; ba[1] = -1.171154349; ba[2] = 0.000886312; ba[3] = 0.024214192; ba[4] = -0.00180255; bb[0] = 11.2418024; bb[1] = -8.093353874; bb[2] = 2.047506511; bb[3] = -0.234157816; bb[4] = 0.009914786; bc[0] = 4.918755996; bc[1] = -3.59843529; bc[2] = 0.904847381; bc[3] = -0.10399593; 92 bc[4] = 0.004434253; /******************************************/ lnE = log(E); lnE2 = lnE * lnE; lnE3 = lnE2 * lnE; lnE4 = lnE2 * lnE2; /********** Tinh A **********/ t = Aa[0] + Aa[1] * lnE + Aa[2] * lnE2 + Aa[3] * lnE3 + Aa[4] * lnE4; A = exp(t); t = Ab[0] + Ab[1] * lnE + Ab[2] * lnE2 + Ab[3] * lnE3 + Ab[4] * lnE4; A += exp(t) * h; t = Ac[0] + Ac[1] * lnE + Ac[2] * lnE2 + Ac[3] * lnE3 + Ac[4] * lnE4; A += exp(t) * h * h; A = 1.0 / A; /********** Tinh b **********/ t = ba[0] + ba[1] * lnE + ba[2] * lnE2 + ba[3] * lnE3 + ba[4] * lnE4; b = exp(t); t = lnE / (bb[0] + bb[1] * lnE + bb[2] * lnE2 + bb[3] * lnE3 + bb[4] * lnE4); b -= exp(t) * h; t = lnE / (bc[0] + bc[1] * lnE + bc[2] * lnE2 + bc[3] * lnE3 + bc[4] * lnE4); b += exp(t) * h * h; /* Tinh hieu suat mat 1.5 */ efficiency = A * exp((-1) * b * r); /** Hieu chinh theo mat **/ if (rho != 1.5) { t = correct_density(h,r,rho,E); efficiency *= t; } /****** Tra ve ket qua *****/ return efficiency; } // fastcall TfrmCalculate::TfrmCalculate(TComponent* Owner) : TForm(Owner) { } // void fastcall TfrmCalculate::cmdCalculateClick(TObject *Sender) { double h,r,rho,E; sscanf(txtHeight->Text.c_str(), "%lf", &h); 93 sscanf(txtRadius->Text.c_str(), "%lf", &r); sscanf(txtDensity->Text.c_str(), "%lf", &rho); sscanf(txtEnergy->Text.c_str(), "%lf", &E); lblResult->Caption = calculate_efficiency(h,r,rho,E); } Tính toán hiệu suất mẫu đo hình học dạng Marinelli #include #pragma hdrstop #include "Unit3.h" #include "calculate_efficiency.cpp" #include // #pragma resource "*.dfm" TfrmMarinellibeaker *frmMarinellibeaker; double Volume1(double h, double r) { double v; v = 3.14159 * r * r * h; return v; } double Volume2(double h, double r) { double v; v = 3.14159 * h * (r * r - 3.95 * 3.95); return v; } double efficiencytrurong(double h, double r, double rho, double E) { double Aa[5], Ab[5], Ac[5], Ad[5]; double ba[5], bb[5], bc[5], bd[5]; double ca[5], cb[5], cc[5], da[5], db[5], dc[5]; double efficiency, E2, E3, E4, lnE, lnE2, lnE3, lnE4; double t, a1, a2, a3, a4, b1, b2, b3, b4; double c1, c2, c3, d1, d2, d3; double a, b, c, d; double epsilon0, epsilon; double lnr, lnh; /*****************************************/ Aa[0]= -1655.06743; Aa[1]= 31.2760811; 94 Aa[2]= -0.123714307; Aa[3]= 0.000179438961; Aa[4]= -0.0000000723335036; Ab[0]= -8.43138892; Ab[1]= 6.0462432; Ab[2]= -1.50990831; Ab[3]= 0.168399071; Ab[4]= -0.00699956749; Ac[0]= -4628.48939; Ac[1]= 3231.41335; Ac[2]= -842.298301; Ac[3]= 96.7685522; Ac[4]= -4.13117031; Ad[0]= -0.0583653567; Ad[1]= -0.000881939036; Ad[2]= 0.00000154126593; Ad[3]= -0.00000000143554753; Ad[4]= 4.59546411 * pow(10, -13); ba[0]= 15.1589201; ba[1]= 1.01821311; ba[2]= -0.00317085204; ba[3]= 0.0000049198192; ba[4]= -0.00000000207676418; bb[0]= 0.941272007; bb[1]= 0.0141949985; bb[2]= -0.0000247704021; bb[3]= 0.0000000230122444; bb[4]= -7.35722173 * pow(10, -12); bc[0]= -361.791206; bc[1]= 5.65148308; bc[2]= -0.0289526509; bc[3]= 0.0000384012187; bc[4]= -0.0000000152256387; bd[0]= 4.14190822; bd[1]= -2.7990552; bd[2]= 0.683270771; bd[3]= -0.0728136644; bd[4]= 0.00273325071; ca[0]= -164.84096; ca[1]= 102.448096; ca[2]= -23.9472603; 95 ca[3]= 2.45710882; ca[4]= -0.0940869119; cb[0]= -159.196678; cb[1]= 103.691539; cb[2]= -25.3498071; cb[3]= 2.71067028; cb[4]= -0.108027964; cc[0]= -167.101683; cc[1]= 107.395139; cc[2]= -26.2633453; cc[3]= 2.81064533; cc[4]= -0.112113254; da[0]= -188.664925; da[1]= 114.761472; da[2]= -26.5689786; da[3]= 2.70159139; da[4]= -0.102488811; db[0]= -158.298595; db[1]= 101.686707; db[2]= -24.8237368; db[3]= 2.65014965; db[4]= -0.105472745; dc[0]= -166.801076; dc[1]= 105.814999; dc[2]= -25.8505994; dc[3]= 2.76347757; dc[4]= -0.110142703; /*****************************************/ lnE = log(E); lnr = log(r); lnh = log(h); lnE2 = lnE * lnE; lnE3 = lnE2 * lnE; lnE4 = lnE2 * lnE2; E2 = E * E; E3 = E2 * E; E4 = E2 * E2; /*************** Tinh a1 **************************/ t = Aa[0] + Aa[1] * E + Aa[2] * E2 + Aa[3] * E3 + Aa[4] * E4; a1 = E/t; /*************** Tinh a2 **************************/ 96 a2 = Ab[0] + Ab[1] * lnE + Ab[2] * lnE2 + Ab[3] * lnE3 + Ab[4] * lnE4; /*************** Tinh a3 **************************/ t = Ac[0] + Ac[1] * lnE + Ac[2] * lnE2 + Ac[3] * lnE3 + Ac[4] * lnE4; a3 = lnE/t; /*************** Tinh a4 **************************/ a4 = Ad[0] + Ad[1] * E + Ad[2] * E2 + Ad[3] * E3 + Ad[4] * E4; /*************** Tinh b1 **************************/ t = ba[0] + ba[1] * E + ba[2] * E2 + ba[3] * E3 + ba[4] * E4; b1 = exp(E/t); /*************** Tinh b2 **************************/ b2 = bb[0] + bb[1] * E + bb[2] * E2 + bb[3] * E3 + bb[4] * E4; /*************** Tinh b3 **************************/ t = bc[0] + bc[1] * E + bc[2] * E2 + bc[3] * E3 + bc[4] * E4; b3 = exp(E/t); /*************** Tinh b4 **************************/ b4 = bd[0] + bd[1] * lnE + bd[2] * lnE2 + bd[3] * lnE3 + bd[4] * lnE4; /*************** Tinh c1 **************************/ t = ca[0] + ca[1] * lnE + ca[2] * lnE2 + ca[3] * lnE3 + ca[4] * lnE4; c1 = exp(t); /*************** Tinh c2 **************************/ t = cb[0] + cb[1] * lnE + cb[2] * lnE2 + cb[3] * lnE3 + cb[4] * lnE4; c2 = exp(t); /*************** Tinh c3 **************************/ t = cc[0] + cc[1] * lnE + cc[2] * lnE2 + cc[3] * lnE3 + cc[4] * lnE4; c3 = exp(t); /*************** Tinh d1 **************************/ t = da[0] + da[1] * lnE + da[2] * lnE2 + da[3] * lnE3 + da[4] * lnE4; d1 = exp(t); /*************** Tinh d2 **************************/ t = db[0] + db[1] * lnE + db[2] * lnE2 + db[3] * lnE3 + db[4] * lnE4; d2 = exp(t); /*************** Tinh d3 **************************/ t = dc[0] + dc[1] * lnE + dc[2] * lnE2 + dc[3] * lnE3 + dc[4] * lnE4; d3 = exp(t); /*************** Tinh a, b **************************/ t = exp(h)/(a1 + a2 * exp(h)); a = t + exp(h)/(r * r * (a3 + a4 * exp(h))); t = exp(h)/(b1 + b2 * exp(h)); b = t + exp(h)/(r * r * (-b3 + b4 * exp(h))); /*************** Tinh c, d **************************/ c = c1 + c2 * h - c3 * h * h; 97 d = d1 + d2 * h - d3 * h * h; epsilon0 = c - d * r; if (rho == 1.5) return epsilon0; else { epsilon = epsilon0 * (a - b * rho/1.5); return epsilon; } } double efficiencyMarinelli(double h1, double h2, double r, double rho, double E) { double tyle, efficiency; tyle = Volume1(h2,r)/(Volume1(h2,r) + Volume2(h1,r)); efficiency = calculate_efficiency(h2,r,rho,E) * tyle + efficiencytrurong(h1,r,rho,E)*(1 tyle); return efficiency; } // fastcall TfrmMarinellibeaker::TfrmMarinellibeaker(TComponent* Owner) : TForm(Owner) { } // void fastcall TfrmMarinellibeaker::cmdCalculationClick(TObject *Sender) { double h1,h2,r,rho,E; sscanf(txth1->Text.c_str(), "%lf", &h1); sscanf(txth2->Text.c_str(), "%lf", &h2); sscanf(txtRadius->Text.c_str(), "%lf", &r); sscanf(txtDensity->Text.c_str(), "%lf", &rho); sscanf(txtEnergy->Text.c_str(), "%lf", &E); txtEfficiency->Text = efficiencyMarinelli(h1,h2,r,rho,E); } // - Xây dựng đường cong hiệu suất hình học dạng trụ #include #pragma hdrstop #include #include 98 #include "efficiency_curve.h" #include "calculate_efficiency.cpp" #include "sample_geometry.h" #include "data.h" // #pragma resource "*.dfm" TfrmBuild *frmBuild; #define MAX // void polynomial_fit(double *x, double *y, unsigned order,double *c) { unsigned i,j,k; double t; double a[MAX][MAX],b[MAX],a_inversed[MAX][MAX]; /**** Xay dung ma tran a, b ****/ for (i = 0; i < order+1; i++) { for (j = 0; j < order+1; j++) a[i][j] = 0; b[i] = 0; } for (i = 0; i < order+1; i++) { for (j = 0; j < order+1; j++) for (k = 0; k < order+1; k++) a[i][j] += pow(x[k],i+j); for (k = 0; k < order+1; k++) b[i] += y[k] * pow(x[k],i); } /**** Xay dung ma tran don vi ****/ for (i = 0; i < order+1; i++) for(j = 0; j < order+1; j++) if (i == j) a_inversed[i][j] = 1; else a_inversed[i][j] = 0; /* Xay dung ma tran nghich dao cua a */ for (i = 0; i < order+1; i++) { t = a[i][i]; for (j = 0; j < order+1; j++) { a[i][j] /= t; a_inversed[i][j] /= t; } 99 for (k = 0; k < order+1; k++) if (k != i) { t = a[k][i] / a[i][i]; for (j = 0; j < order+1; j++) { a[k][j] -= a[i][j] * t; a_inversed[k][j] -= a_inversed[i][j] * t; } } } /* Tinh cac he so c cua da thuc */ for (i = 0; i < order+1; i++) { c[i] = 0; for (j = 0; j < order+1; j++) c[i] += a_inversed[i][j] * b[j]; } /****** Tra ve ket qua *****/ //return c; } // fastcall TfrmBuild::TfrmBuild(TComponent* Owner) : TForm(Owner) { } // void fastcall TfrmBuild::cmdOKClick(TObject *Sender) { if (butData->Checked == True) frmData->Show(); else if (butAuto->Checked == True) frmSampleGeometry->Show(); frmBuild->Hide(); } // - [...]... detector trở lên được xem như hình học dạng trụ thể tích V2 = πr2h2 Phần thứ hai tính từ mặt detector trở xuống được xem như dạng trụ rỗng với thể tích V 1 = πh1 ( r 2 − ro2 ) , ro = 3.95 cm Vậy thể tích toàn bộ của hình học mẫu Marinelli là: V = V1+ V2 (4.9) 61 62 Khi đó hiệu suất của hình học mẫu Marinelli được biểu diễn là tổng có trọng số của hiệu suất của hình học 2 dạng trụ và hiệu suất của hình. .. theo hình học mẫu, vấn đề còn lại là hiệu chỉnh hiệu suất theo các mật độ khác nhau Khảo sát hiệu suất của hệ phổ kế với hình học mẫu trụ đã nói ở trên với mật độ mẫu khác (4.6) Từ (4.6) ta có thể suy ra công thức tính hiệu suất đối với mẫu hình trụ có mật độ bất kì:  nhau từ 1.0 g/cm3 đến 1.7g/cm3 với năng lượng khác nhau Kết quả được trình ε (h, r , ρ ) = ε (h, r , ρ 0 )  a − b  bày trong hình 4.7... lập với cả hình học đo lẫn hình học mẫu và nó là đặc trưng toàn nào được đưa ra riêng của detector Nếu hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần εp của hình học Đề nghò bán thực nghiệm của Freeman và Jenkin (1966) [6] và Jenkin nguồn điểm được xác đònh bằng thực nghiệm, hiệu suất đỉnh năng lượng toàn (1970) có tính đến cả ba quá trình tương tác, sự phụ thuộc của hiệu suất đỉnh phần εv của dạng hình học bất... trình MCNP để khảo sát sự thay đổi hiệu suất theo các yếu tố này Trước tiên chúng tôi khảo sát sự thay đổi của hiệu suất theo hình học mẫu ứng với mật độ ρο = 1.5 g/cm3 của mẫu chuẩn IAEA-375 Từ hình 4.5 chúng ta có thể nhận thấy hiệu suất giảm khi tăng bán kính theo dạng hàm mũ exponential 55 56 Có nhiều đề nghò dạng hàm giải tích của hiệu suất ε(r, h) theo bán kính r và Lặp lại bước 1 với nhiều năng... phải lớn và thời gian đo mẫu cũng khá tích phù hợp cho hệ đo đang sử dụng 4.1 SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU SUẤT ĐỈNH THEO HÌNH HỌC MẪU ĐO DẠNG TRỤ 4.1.1 Hiệu suất đỉnh theo bề dày mẫu dài Khi đó, hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu đo môi trường là đáng kể, ảnh hưởng Mẫu chuẩn IAEA –375 được đo với hộp đựng mẫu có hình học và kích hình học và thành phần mẫu cần phải quan tâm Có nhiều phương pháp để đánh thước được... hoạt neutron, hình học mẫu là đa dạng và tùy theo nhu cầu của bài toán Vì vậy cần khảo sát chi tiết sự phụ thuộc của hiệu suất theo tham số hình học mẫu cũng như thành phần và mật độ mẫu Trong chương này chúng tôi dùng chương trình mô phỏng MCNP đã xây dựng và kiểm đònh ở trên để nghiên cứu sự phụ thuộc hiệu suất theo hình học và Để đánh giá sự thay đổi của hiệu suất theo bề dày mẫu đo ứng với các năng... mẫu đo ứng với bề dày mẫu 4 cm 4.1.2 Hiệu suất theo bề dày và bán kính mẫu 1 2 3 4 5 0.06 Ngoài việc hiệu chỉnh theo bề dày mẫu như trên, việc hiệu chỉnh theo bán 0.05 Sự thay đổi của bán kính mẫu cũng ảnh hưởng tới sự thay đổi của hiệu suất ghi nhận Hình 4.4 cho ta thấy các đường cong hiệu suất ứng với các bán kính HiƯu st kính mẫu cũng là hết sức cần thiết cm cm cm cm cm 0.04 0.03 mẫu khác nhau với. .. ngõ ra 26 (2) Phương pháp tuyệt đối (hay phương pháp Monte Carlo) : hiệu suất chỉ được xác đònh bởi kỹ thuật Monte Carlo Trong việc tính toán này, các dữ liệu của Hai hiệu ứng này dẫn đến hiện tượng mất số đếm ở đỉnh năng lượng toàn detector được cung cấp với độ chính xác cao là cần thiết, cùng với thành phần phần Độ lớn của những mất mát này tăng cùng với sự tăng của tốc độ đếm hoá học của nguồn Một... tích của tức đã được sử dụng để thiết lập ảnh hưởng của sự suy giảm gamma, hình học đo và sự đáp ứng của detector Cho một cấu hình được đưa ra, hệ số hiệu chỉnh diễn tả tỉ số của hiệu suất giữa chuẩn và mẫu: fS = ε ( E , chuẩn) ε ( E , mẫu) (2.13) mẫu Mức độ tự hấp thụ phụ thuộc hình học (bề dày, thể tích mẫu) và chất nền Không cần quan tâm phương pháp nào được lựa chọn cho việc xác đònh sự của mẫu. .. ref : hiệu suất nguồn điểm tham khảo p đònh của chúng có thể lớn hơn Rất khó để ước lượng sự truyền sai số của chúng Ω vào sai số toàn phần của hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được tính toán Ω (2.14) geo : góc khối của cấu hình nguồn detector cần đo ref : góc khối của cấu hình nguồn detector của nguồn điểm tham khảo Một vấn đề khác nảy sinh khi so sánh hiệu suất tính toán và thực nghiệm Phương pháp