NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Quốc Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Quốc Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THIỆN THANH Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Tp.HCM, ngày 28 tháng 09 năm 2016 Nguyễn Quốc Minh LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn này, em nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình từ quý Thầy Cô, bạn bè gia đình Giờ đây, luận văn hoàn thành, em nói gởi lời cảm ơn chân thành đến:  TS Trần Thiện Thanh – người thầy nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Đồng thời, thầy người giúp cho em có thêm niềm tin động lực đường nghiên cứu khoa học  Quý thầy cô giảng dạy lớp cao học khóa 25 Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM cung cấp cho em kiến thức bổ ích kinh nghiệm giảng dạy học sinh  ThS Võ Hoàng Nguyên, quý thầy cô, anh, chị bạn công tác Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Tp.HCM giúp đỡ em trình làm thực nghiệm  Quý Thầy Cô hội đồng khoa học dành thời gian đọc, nhận xét góp ý để luận văn hoàn thiện Cuối cùng, em muốn nói lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh chị em gia đình động viên, an ủi tiếp thêm sức mạnh để em hoàn thành luận văn Đồng thời, em cảm ơn bạn học viên lớp cao học khóa 25 chuyên ngành Vật lí nguyên tử, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM sát cánh bên em đường tìm tri thức MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN .3 1.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu giới nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới .3 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tương tác gamma với môi trường vật chất .5 1.2.1 Hiệu ứng quang điện 1.2.2 Hiệu ứng Compton 1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp 1.2.4 Tán xạ chùm gamma qua vật liệu 10 1.2.5 Sự suy giảm chùm gamma qua môi trường vật chất 14 1.3 Công thức xác định mặt phân cách 15 1.4 Nhận xét chương 17 Chương HỆ ĐO G AMMA TÁN XẠ VÀ G AMMA TRUYỀN QUA 18 2.1 Thiết bị đo thực nghiệm 18 2.1.1 Nguồn phóng xạ hộp chứa nguồn 18 2.1.2 Khối đầu dò 21 2.1.3 Hệ điện tử ghi nhận xạ 23 2.1.4 Bình chứa 25 2.1.5 Đường chuẩn lượng 25 2.2 Bố trí thí nghiệm 26 2.2.1 Hệ đo gamma tán xạ 26 2.2.2 Hệ đo gamma truyền qua 28 2.3 Nhận xét chương 29 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Khảo sát phổ tán xạ phổ truyền qua 30 3.1.1 Đặc trưng phổ đo gamma tán xạ 30 3.1.2 Đặc trưng phổ đo gamma truyền qua 31 3.2 Xác định mặt phân cách hai môi trường nước - xăng 32 3.2.1 Phương pháp gamma tán xạ 32 2.2.2 Phương pháp gamma truyền qua 37 3.3 Xác định mặt phân cách hai môi trường glycerin - xăng 40 3.3.1 Phương pháp gamma tán xạ 40 3.3.2 Phương pháp gamma truyền qua 45 3.4 Xác định mặt phân cách ba môi trường nước - dầu hỏa - không khí 47 3.4.1 Phương pháp gamma tán xạ 47 3.4.2 Phương pháp gamma truyền qua 53 3.5 Nhận xét chương 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt FWHM Full Width at Half Maximum Bề rộng nửa giá trị cực đại HPGe High Purity Germanium Germani siêu tinh khiết HVPS High-Voltage Power Supply Nguồn cao áp MCA Multi Channel Analyzer Hệ phân tích đa kênh MCNP Monte Carlo N Particles Chương trình mô MCNP USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối đa dụng DANH MỤC CÁC BẢNG TT Bảng Diễn giải Trang Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao chương 3.1 trình Colegram phép đo tán xạ qua bình chứa nước – 33 xăng 3.2 3.3 3.4 Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Kết làm khớp diện tích tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng 36 36 36 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 3.5 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 37 số đếm tổng Kết thể số đếm tổng theo chiều cao bình chứa khảo 3.6 sát vùng lượng từ keV đến 105 keV phép 38 đo nước – xăng 3.7 Kết làm khớp phép đo truyền qua nước – xăng 38 Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao bình chứa 3.8 chương trình Colegram phép đo tán xạ qua bình 42 chứa glycerin – xăng 3.9 10 3.10 11 3.11 Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng 43 43 43 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 12 3.12 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 44 số đếm tổng Kết thể số đếm tổng theo chiều cao bình chứa khảo 13 3.13 sát vùng lượng từ keV đến 105 keV phép 45 đo glycerin – xăng 14 3.14 15 3.15 16 3.16 17 3.17 18 3.18 Kết làm khớp phép đo truyền qua glycerin – xăng Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao chương trình Colegram phép đo nước – dầu hỏa – không khí Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – không khí Kết làm khớp diện tích tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – không khí Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – không khí 45 48 51 51 51 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 19 3.19 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 52 số đếm tổng Kết thể phụ thuộc số đếm tổng theo chiều cao 20 3.20 bình chứa khảo sát vùng lượng từ keV đến 105 54 keV phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – không khí 21 3.21 Kết làm khớp phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – không khí 55 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TT Hình Diễn giải Trang 1.1 Hiệu ứng quang điện 1.2 Tán xạ Compton 1.3 Hiệu ứng tạo cặp 10 1.4 Mô hình hệ đo gamma tán xạ truyền qua 11 1.5 Quá trình tán xạ photon lên vật liệu 13 1.6 Sự suy giảm cường độ gama qua vật hấp thụ 15 1.7 Sự thay đổi cường độ chùm tia gamma phép đo tán xạ 16 1.8 Sự thay đổi cường độ chùm tia gamma phép đo truyền qua 16 2.1 Mô hình nguồn 10 2.2 Cách lắp chi tiết khối nguồn 11 2.3 12 2.4 Hộp chứa nguồn dùng thí nghiệm đo gamma truyền qua 20 13 2.5 Mô hình đầu dò NaI(Tl) 21 14 2.6 Mặt cắt khối đầu dò chuẩn trực đầu dò 22 15 2.7 Khối Osprey 23 16 2.8 Giao diện chương trình Colegram 24 17 2.9 Bình chứa dùng thực nghiệm 25 18 2.10 Mô hình hệ đo gamma tán xạ 27 19 2.11 20 2.12 21 2.13 22 2.14 23 3.1 137 Cs Hộp chứa nguồn, thép gắn nguồn ống chuẩn trực dùng hệ đo gamma tán xạ Hệ đo gamma tán xạ ngược với mặt phân cách hai môi trường nước – xăng Mô hình hệ đo gamma truyền qua Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách hai môi trường glycerin – xăng Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách ba môi trường nước – dầu hỏa – không khí Phổ tán xạ trước sau trừ phông 18 19 20 27 28 28 29 30 24 3.2 Tách đỉnh tán xạ lần 30 25 3.3 Phổ truyền qua sau trừ phông 31 26 3.4 27 3.5 28 3.6 29 3.7 30 3.8 31 3.9 32 3.10 33 3.11 34 3.12 35 3.13 36 3.14 37 3.15 Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Sự thay đổi diện tích tổng theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Đồ thị thể thay đổi số đếm tổng theo chiều cao phép đo truyền qua bình chứa nước – xăng Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Sự thay đổi diện tích tổng theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Đồ thị thể thay đổi số đếm tổng theo chiều cao phép đo truyền qua bình chứa glycerin – xăng Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – không khí Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – không khí Sự thay đổi diện tích tổng theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – không khí Sự thay đổi số đếm tổng theo chiều cao phép đo truyền qua bình chứa nước – dầu hỏa – không khí 34 34 35 39 40 41 41 46 49 49 50 53 ... hình hệ đo gamma truyền qua Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách hai môi trường glycerin – xăng Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách ba môi trường nước – dầu hỏa – không khí Phổ tán xạ trước...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Quốc Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA Chuyên ngành:... 3.3.1 Phương pháp gamma tán xạ 40 3.3.2 Phương pháp gamma truyền qua 45 3.4 Xác định mặt phân cách ba môi trường nước - dầu hỏa - không khí 47 3.4.1 Phương pháp gamma tán xạ