ẢNH HƯỞNG CỦA GAMMA LÊN ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NEUTRON SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GEANT4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA GAMMA LÊN ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NEUTRON SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GEANT4 SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: TS Phạm Nguyễn Thành Vinh -Tp Hồ Chí Minh, Năm 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA GAMMA LÊN ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NEUTRON SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GEANT4 SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: TS Phạm Nguyễn Thành Vinh -Tp Hồ Chí Minh, Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trải qua bốn năm học tập làm việc Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Tp HCM, nhận nhiều học bổ ích từ giảng viên tận tâm với nghiệp ươm mầm kiến thức lẫn niềm đam mê nghề nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ, động viên người bạn đồng hành, cạnh không buổi học giảng đường mà đời sống hàng ngày Bốn năm đại học với nhiều kỷ niệm kết lại thành luận văn tốt nghiệp bước việc tiếp cận với hoạt động nghiên cứu vấn đề vật lý nghiêm túc Tôi xin dành tất trân trọng cám ơn sâu sắc đến: TS Võ Hồng Hải, người thầy tạo điều kiện nhiệt tình hỗ trợ, hướng dẫn thực đề tài nghiên cứu TS Phạm Nguyễn Thành Vinh, người tạo không khí làm việc thoải mái nghiêm túc nhóm nghiên cứu, sát cánh bên tôi, động viên suốt trình hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cám ơn đến anh chị, bạn nhóm nghiên cứu nhiệt tình hỗ trợ công việc học tập lẫn sống Con xin dành tất thành khóa luận tốt nghiệp này, dù không kết lớn bước đường học vấn sau cho bố mẹ, anh chị dành tình yêu vô bờ, che chở, bên cạnh để nâng bước TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2017 Người thực luận văn Đặng Thị Thu Hiền MỤC LỤC Danh mục bảng i Danh mục hình vẽ ii Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Tương tác neutron với vật chất 1.1.1 Giới thiệu tổng quan neutron 1.1.2 Các loại tương tác neutron với vật chất 1.1.2.1 Tán xạ đàn hồi 1.1.2.2 Tán xạ không đàn hồi 1.1.2.3 Phân hạch 1.1.2.4 Bắt neutron 1.1.2.5 Phản ứng sinh nhiều neutron 1.1.3 Tiết diện neutron trình tương tác với vật chất 10 1.1.3.1 Tiết diện tán xạ đàn hồi 10 1.1.3.2 Tiết diện tán xạ không đàn hồi 12 1.1.3.3 Tiết diện hấp thụ 12 1.1.3.4 Tiết diện tương tác neutron hạt nhân 3He, 10B, 6Li 13 1.2 Các loại đầu dò neutron 14 1.3 Giới thiệu phần mềm mô GEANT4 17 Chương 2: Mô hình mô GEANT4 cho vật liệu nhấp nháy ghi nhận neutron 20 2.1 Xây dựng mô hình đầu dò nhấp nháy 20 2.1.1 Mô hình đầu dò nhấp nháy cho việc ghi nhận neutron gamma 20 2.1.2 Hạt tới 21 2.2 Xây dựng chương trình mô 21 2.2.1 Xây dựng mô hình đầu dò (DetectorConstruction) 22 2.2.2 Tương tác vật chất 25 2.2.3 Mô hình nhấp nháy (Optical processes) 32 2.2.4 Khai báo hạt tới (PrimaryGeneratorAction) 33 2.2.5 Số liệu ghi nhận vẽ phổ 34 Chương 3: Kết thảo luận 35 3.1 Phổ lượng gamma neutron để lại vật liệu nhấp nháy 35 3.2 Phổ thể phụ thuộc lượng để lại đầu dò vào số photon photocathode 36 3.3 Phổ ghi nhận số photon photocathode (PMT hit) 38 3.4 Phổ thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình gamma neutron phân tách tín hiệu neutron 39 Kết luận kết nghị 44 Tài liệu tham khảo 45 i Danh mục bảng STT Bảng Tên gọi Trang 2.1 Các đặc trưng hạt tới sử dụng 21 đề tài 2.2 Khai báo loại hạt tương tác vật lý 25 mô hình “Hadron processes” 2.3 Khai báo loại hạt tương tác vật lý mô hình 26 “Electromagnetic processes” 2.4 Khai báo loại hạt tương tác vật lý 28 mô hình “Decay processes” 2.5 Thông số chất nhấp nháy BC408 32 2.6 Khai báo loại hạt tương tác vật lý 33 mô hình “Optical processes” 3.1 Các thông số làm khớp đỉnh phổ dạng hàm Gauss 41 ii Danh mục hình vẽ STT Hình Tên gọi 1.1 Quá trình phân rã neutron 1.2 Tương tác neutron với vật chất 1.3 Sự tán xạ neutron 1.4 Tán xạ không đàn hồi neutron 1.5 Sự phân hạch hạt nhân 1.6 Tiết diện tán xạ đàn hồi cộng hưởng 11 1.7 Sự phụ thuộc σi vào lượng E 12 1.8 Tiết diện tương tác neutron với 3He, 14 10 1.9 Trang B 6Li Đồ thị mối liên hệ cường độ sáng 17 tương đối theo thời gian 10 1.10 Cấu trúc chương trình GEANT4 18 11 2.1 Mô hình đầu dò nhấp nháy cho việc ghi 20 nhận neutron gamma 12 2.2 Mô hình mô đầu dò nhấp nháy ghi 22 nhận neutron gamma 13 3.1 Năng lượng để lại gamma neutron 35 có lượng tới MeV Đường màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma 14 3.2 Sự phụ thuộc số photon photocathode theo lượng để lại neutron gamma Điểm màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma 37 iii 15 3.3 Phổ ghi nhận số photon photocathode 38 (PMT hit) Đường màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma Phần đồ thị nhỏ phần phóng to phổ tương ứng với giá trị số photon từ đến 200 16 3.4 Thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình 40 gamma neutron 17 3.5 Phổ làm khớp dạng Gauss phần 41 mềm Root thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình gamma neutron Trong đường mượt màu đỏ đường làm khớp 18 3.6 Phổ ghi nhận số photon photocathode (PMT hit) Hình 3.6a phổ tổng bao gồm tín hiệu từ neutron gamma, hình 3.6b phổ tương ứng với tín hiệu neutron tách từ hình 3.6a áp dụng điều kiện thời gian ghi nhận lớn ns, hình 3.6c phổ chuẩn xét neutron tới đầu dò điều kiện ban đầu 43 LỜI MỞ ĐẦU Nếu xét phương diện xây dựng đầu dò, neutron hạt không mang điện nên chúng không tương tác với electron nguyên tử để ion hóa trực tiếp môi trường đầu dò hạt xạ mang điện Khi qua môi trường vật chất, neutron giống xạ khác, chúng lượng trình tương tác trực tiếp với hạt nhân nguyên tử môi trường Do đó, chế ghi nhận neutron hoàn toàn khác với gamma hay hạt mang điện Ngày nay, đầu dò chứa khí đầu dò nhấp nháy dùng để ghi nhận neutron Đầu dò chứa khí thường sử dụng để ghi nhận neutron chậm Các loại đầu dò chứa khí đo neutron nhanh phải sử dụng chất làm chậm neutron Để hiệu suất ghi nhận neutron cao cần phải lựa chọn bề dày chất làm chậm thích hợp Khi chất làm chậm tăng lên, hiệu suất ghi nhận neutron tăng lên Tuy nhiên, tiếp tục tăng bề dày chất làm chậm, neutron bị chất làm chậm hấp thụ đến đầu dò hết lượng, hiệu suất ghi giảm xuống Các đầu dò sử dụng chất làm chậm có nhược điểm không cho thông tin lượng neutron, trình ghi nhận chậm Do đó, phương pháp hữu hiệu để ghi nhận neutron nhanh dựa tán xạ đàn hồi Và loại đầu dò tán xạ neutron thông dụng bao gồm đầu dò nhấp nháy chứa hydrogen ống đếm tỉ lệ chứa khí nhẹ Hiện có nghiên cứu sử dụng môi trường nhấp nháy pha tạp chất 10 B hay 6Li việc phát triển đầu dò đo neutron Đối với đầu dò nhấp nháy neutron, gamma môi trường xung quanh ảnh hưởng đến ghi nhận neutron Trong khóa luận này, thực nghiên cứu ảnh hưởng gamma lên “tín hiệu” neutron môi trường đầu dò nhấp nháy Phương pháp nghiên cứu đề tài sử dụng phần mềm mô GEANT4 (Geometry And Tracking) Trong khóa luận, mô hình mô đầu dò nhấp nháy plastic C9H10 xây dựng để phân biệt neutron với gamma lượng tới MeV, dạng nguồn điểm, hướng bắn trực tiếp đến đầu dò Cụ thể, công việc khóa luận thực xây dựng mô hình mô GEANT4 việc ghi nhận neutron thực chương Với mô hình mô này, thực khảo sát dạng đáp ứng phổ gamma, neutron với lượng tới cho vật liệu nhấp plastic Cấu trúc khóa luận gồm có chương, kết luận kiến nghị Cụ thể:  Chương 1: Tổng quan Chương mô tả cách tổng quan neutron phần mềm mô GEANT4  Chương 2: Mô hình mô GEANT4 cho vật liệu nhấp nháy ghi nhận neutron  Chương 3: Thảo luận kết 33 Bảng 2.6 Khai báo loại hạt tương tác vật lý mô hình “Optical processes” Loại hạt Gamma Gói tương tác G4Scintilation Đặc điểm - YieldFactor: 1,0 Electron - YieldRatio: 1,0 Positron - Index: 1,58 - Fast decay time: 2,1 ns [12] - Slow decay time: 14,2 ns [12] - Rise time: 0,9 ns [13] - Scintilation Yield: 10000 photon / MeV Proton, Deuteron, G4Scintilation Triton, Alpha, 3He - YieldFactor: 1,0 - YieldRatio: 0,7874 - Index: 1,58 - Fast decay time: 2,1 ns - Slow decay time: 14,2 ns - Rise time: 0,9 ns - Scintilation Yield: 10000 photon / MeV GenericIon G4Scintilation - YieldFactor: 0,2 - YieldRatio: 0,7874 - Index: 1,58 - Fast decay time: 2,1 ns - Slow decay time: 14,2 ns - Rise time: 0,9 ns - Scintilation Yield: 10000 photon / MeV 34 Optical photon G4OpAbsorption - Hiệu suất chuyển đổi (efficiency): G4OpBoundaryProcess 2.4 Khai báo hạt tới (PrimaryGeneratorAction) Hạt tới neutron khai báo “DMXParticleSoure.cc DMXParticleSoureMessenger.cc” để mô tả neutron tới bao gồm lượng hạt, hướng bay tới, vị trí ban đầu Trong đề tài này, gói phần mềm hỗ trợ xác định đặc điểm nguồn lúc chạy, bao gồm: - /dmx/gun/particle: thiết lập hạt tới - /dmx/gun/direction: thiết lập hướng bắn xác định - /dmx/gun/energy: thiết lập lượng hạt - /dmx/gun/shape: thiết lập hình dạng nguồn - /dmx/gun/radius: thiết lập bán kính nguồn trụ cầu - /dmx/gun/halft: thiết lập chiều cao nguồn hình trụ - /dmx/gun/angtyle: thiết lập hướng bắn pi - /dmx/gun/energytype: thiết lập loại lượng hạt tới 2.5 Số liệu ghi nhận vẽ phổ Từ chương trình mô phỏng, ghi nhận thông số sau: - Event (Evt): Số thứ tự kiện tới - Primary energy (Eprim): Năng lượng hạt tới - Total energy (Etot): Năng lượng hạt tới để lại đầu dò - PMT hits: Số photon ghi nhận photocathode - PMT time: Thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình Sau đó, tiến hành vẽ phổ ghi nhận kết quả: - Phổ thể mối liên hệ lượng để lại PMT hits - Phổ thể PMT hits (thực nghiệm ghi nhận được) - Phổ thể PMT time (thực nghiệm ghi nhận được) - Phổ thể lượng để lại đầu dò 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mô hình detector nhấp nháy plastic C9H10 GEANT4 xây dựng chương Chúng sử dụng mô hình để khảo sát ảnh hưởng gamma lên việc ghi nhận neutron hai loại chùm hạt có mức lượng tới MeV 3.1 Phổ lượng gamma neutron để lại vật liệu nhấp nháy Việc khảo sát phổ lượng để lại gamma neutron ghi nhận vật liệu nhấp nháy plastic thực Quá trình mô sử dụng 5.105 hạt gamma 105 hạt neutron tới, với dạng nguồn điểm đặt cách đầu dò cm, hướng bắn trực tiếp đến đầu dò Hình 3.1 kết mô phổ lượng gamma neutron để lại vật liệu nhấp nháy plastic lượng hai chùm hạt tới MeV Hình 3.1 Năng lượng để lại gamma neutron có lượng tới MeV (Đường màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma) Đối với dạng phổ hình 3.1, ứng với tín hiệu gamma lượng MeV, ta nhận thấy dạng đáp ứng phổ gamma đỉnh quang điện vị trí lượng MeV mà dạng đáp ứng phổ gamma phổ liên tục từ đến 900 keV bờ tán xạ compton vị trí 800 keV Nguyên nhân mật độ 36 chất nhấp nháy plastic không đủ lớn (khoảng 1,023 g/cm3) nên tạo đỉnh quang điện toàn phần Cần lưu ý theo lý thuyết tán xạ Compton bờ Compton phổ lượng để lại tia gamma tính theo công thức 3.1 tương ứng với lượng tán xạ electron góc tán xạ 1800  2 / E0  E     2 / E0  (3.1) E,  E0  m0c2  511 keV lượng mà electron nhận sau tán xạ, lượng photon chiếu tới lượng nghỉ electron Đối với tia gamma tới có lượng MeV sử dụng E  792 keV, hoàn toàn phù hợp với kết mô Đối với neutron lượng MeV, ta thấy phổ liên tục từ đến MeV, có bờ vị trí 284 keV MeV Bờ lượng vị trí 284keV tương ứng với trình tương tác tán xạ với hạt nhân 12C để lại lượng đầu dò neutron vào môi trường vật liệu nhấp nháy, bờ vị trí lượng MeV, tương ứng với trình tán xạ với hạt nhân 1H để lại lượng đầu dò neutron vào môi trường vật liệu nhấp nháy Các giá trị hoàn toàn phù hợp với lý thuyết tán xạ đàn hồi neutron bia (công thức 1.4 tương ứng với góc tán xạ 1800), chứng tái khẳng định tính đắn độ tin cậy mô 3.2 Phổ thể phụ thuộc lượng để lại đầu dò vào số photon photocathode Từ kết phần 3.1, ta thấy việc phân biệt hai chùm hạt không mang điện neutron gamma có lượng tới thực dựa vào lượng để lại đầu dò chúng Tuy nhiên thực tế, nguồn phát gamma neutron thường nguồn đa nên việc phân biệt gặp nhiều khó khăn Do đó, việc nghiên cứu chuyên sâu cần phải thực Đầu tiên, lượng để lại đầu dò làm hàm theo số photon thứ cấp đập vào photocathode khảo sát trình bày hình 3.2 37 Hình 3.2 Sự phụ thuộc số photon photocathode theo lượng để lại neutron gamma Điểm màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma Khi gamma đến đầu dò tương tác truyền lượng cho electron, neutron tương tác truyền lượng cho 12C 1H chủ yếu theo hai phương trình n(12C,12C)n n(1H,1H)n Nhưng mức độ chuyển đổi lượng electron, 12C, 1H thành photon ánh sáng chất nhấp nháy khác Đặc trưng cho chuyển đổi hệ số Yield Factor, tính tỉ số photon sinh MeV loại hạt xét số photon sinh MeV electron Trong mô này, lấy hệ số Yield Factor 1H electron 1,0 12 C 0,2 dựa vào thông số phần mềm mô GEANT4 hỗ trợ Từ dạng phổ hình 3.3, nhận thấy neutron xuất hai đường rõ rệt, phân biệt (đường màu đỏ) có đường trùng với đường chuyển đổi tia gamma Nguyên nhân trùng lắp đường phía neutron đường tia gamma (màu xanh) hệ số Yield Factor H tương tác với neutron electron tương tác với gamma chọn 1,0 Trong đó, hệ số Yield Factor 12C tương tác với neutron 0,2 nên đường chuyển đổi tương ứng tách (đường đỏ bên dưới) Ngoài ra, tất đường chuyển đổi có dạng đường thẳng, thể phụ thuộc tuyến 38 tính lượng để lại đầu dò hạt tới vào số photon thứ cấp sinh chất nhấp nháy đến đập vào photocathode Tính chất hoàn toàn phù hợp với kiến thức kinh điển đầu dò ghi đo xạ 3.3 Phổ ghi nhận số photon photocathode (PMT hit) Hình 3.3 Phổ ghi nhận số photon photocathode (PMT hit) (Đường màu đỏ màu xanh thể tín hiệu cho neutron gamma Phần đồ thị nhỏ phần phóng to phổ tương ứng với giá trị số photon từ đến 200) Ngoài ra, để hiểu rõ đóng góp hệ số Yield Factor vào việc ghi đo đầu dò tia neutron gamma, phổ ghi nhận số photon tạo chất nhấp nháy đập vào photocathode (PMT hit) khảo sát trình bày hình 3.3 đường màu đỏ màu xanh thể tín hiệu tương ứng với neutron gamma Phần đồ thị nhỏ hình 3.3 giúp cho việc quan sát dễ dàng vùng số photon (từ đến 200 photon) Từ hình 3.3 ta thấy phổ có hai bờ rõ ràng vị trí 950 54 photon tương ứng với hai bờ lượng MeV 284 keV hình 3.1 Giả sử lượng để lại đầu dò số photon đập vào photocathode có mối liên hệ tuyến tính, xem bờ lượng MeV hình 3.1 tương ứng với bờ photon vị trí 950 photon hình 3.3 bờ lượng lại neutron 284 keV phải tương ứng với bờ photon vị trí 270 photon Tuy nhiên, kết mô hình 3.3 lại cho thấy bờ 39 lượng 284 keV lại xuất vị trí 54 photon, thấp lần so với dự đoán ban đầu Để hiểu rõ nguyên nhân, cần lưu ý lần bờ MeV bờ 284 keV tương ứng với trình tán xạ neutron với 1H 12 C hệ số Yield Factor tương ứng với hai trường hợp 1,0 0,2 Do lượng tương tác chuyển cho photon ánh sáng số photon sinh ứng với trình tương tác với 1H lớn lần so với 12C Đây nguồn gốc việc vị trí thực tế bờ lượng 284 keV thấp lần so với dự đoán ban đầu Đối với tương tác gamma với electron, hệ số Yield Factor 1,0 ta dễ dàng dự đoán vị trí bờ lượng 800 keV hình 3.1 xuất vị trí 760 photon hình 3.3, điều hoàn toàn phù hợp với kết mô 3.4 Phổ thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình gamma neutron phân tách tín hiệu neutron Cần lưu ý phổ lượng neutron gamma có dạng liên tục xuất bờ lượng vị trí lượng để lại đầu dò đạt giá trị cực đại, thực tế nguồn phát neutron gamma nguồn đơn giả định mô hình mô mà thực Do khó để phân biệt vùng phổ neutron gamma dựa vào phổ lượng để lại đầu dò (hình 3.1) Vì vậy, thông số khác cần phải quan tâm tới nhằm cung cấp thêm thông tin phân biệt vùng phổ hai nhóm hạt, thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình theo loại hạt (PMT time) trình bày hình 3.4 Khi xạ tới tương tác với môi trường chất nhấp nháy, electron phân tử hữu chuyển sang trạng thái kích thích Sau đó, electron chuyển sang mức giả bền khác nhau, từ chuyển trạng thái phát photon ánh sáng (quá trình 1) Thời gian ghi nhận trình chuyển đổi gọi thời gian nhấp nháy nhanh (Fast decay time) Tuy nhiên số trường hợp, electron từ mức giả bền chuyển mức giả bền khác, sau chuyển trạng thái phát photon ánh sáng (quá trình 2) Thời gian ghi nhận trình 40 chuyển đổi gọi thời gian nhấp nháy chậm (Slow decay time) Đối với hạt nhẹ electron trình xảy nên ảnh hưởng thời gian nhấp nháy chậm Còn hạt nặng 12 C 1H thời gian nhấp nháy chậm có ảnh hưởng đáng kể đặc trưng ảnh hưởng hệ số tỉ lệ Ratio định nghĩa tỉ số số photon sinh theo trình số photon sinh trình Vì vậy, thời gian ghi nhận trung bình đầu dò electron thấp thời gian ghi nhận trung bình neutron Trong mô hình mô sử dụng luận văn này, lấy thông số sau: thời gian nhấp nháy nhanh 2,1 ns thời gian nhấp nháy chậm 14,2 ns Từ ta có hệ số tỉ lệ Ratio 0,27 Do đó, thời gian nhấp nháy trung bình ghi nhận photocathode Tại đó, thời gian nhấp nháy trung bình trung bình có trọng số hai thành phần nhấp nháy nhanh nhấp nháy chậm Hình 3.4 Thời gian ghi nhận nhấp nháy trung bình gamma neutron Phổ thời gian ghi nhận va chạm trung bình hình 3.4 cho thấy có tách biệt rõ rệt vùng phổ thời gian ghi nhận trung bình gamma neutron Để đánh giá khác neutron gamma, dựa vào hệ số FOM (Figure of merit), định nghĩa sau: FOM = ̅̅̅−x x1 ̅̅̅ FWHM1 −FWHM2 (3.2) 41 Trong đó: 𝑥̅1 , ̅̅̅ 𝑥2 giá trị trung bình thời gian ghi nhận neutron gamma FWHM1 , FWHM2 bề rộng chiều cao nửa đỉnh tương ứng với tín hiệu tạo neutron gamma Hình 3.5 Phổ làm khớp phần mềm Root thời gian nhấp nháy trung bình gamma neutron (Đường mượt màu đỏ đường làm khớp) Để xác định thông số cần thiết công thức (3.2), tiến hành làm khớp hai đỉnh phổ thời gian ghi nhận sử dụng hàm dạng Gauss, thông số làm khớp cho bảng số liệu kèm theo hình 3.5 Bảng 3.1 Các thông số làm khớp đỉnh phổ dạng hàm Gauss Thông số Giá trị Sai số x1 4,634 0,004 FWHM1 1,194 0,010 x2 2,168 0,001 FWHM2 0,280 0,002 42 Dựa vào hệ số sau làm làm khớp, tính hệ số tách FOM = 2,70 ± 0,02 Vì hệ số FOM lớn nên ta hoàn toàn tách hai vùng phổ thời gian ghi nhận va chạm trung bình gamma neutron Từ kết nhận phân tích thảo luận trên, đề xuất thời điểm ns vị trí biên thời gian ghi nhận va chạm trung bình để phân tách tín hiệu ghi nhận đầu dò gây neutron (lớn ns) gamma (nhỏ ns) Từ liệu phổ tổng hình 3.2, thực việc tách kiện có thời gian ghi nhận va chạm trung bình ns với mong muốn kiện tương ứng với việc ghi nhận phổ neutron Để xác định tính xác việc tách ảnh hưởng gamma lên đầu dò neutron, tiến hành làm lại mô với điều kiện ban đầu giả định có tia neutron bay tới đầu dò để thu nhận phổ tiêu chuẩn Kết trình bày hình 3.6, hình 3.6a phổ tổng tất kiện mà đầu dò ghi nhận tia gamma neutron, hình 3.6b phổ tương ứng với kiện có thời gian ghi nhận va chạm trung bình ns hình 3.6c phổ tương ứng với chùm tia tới có neutron Kết cho thấy tổng số kiện, dạng phổ đáp ứng vị trí bờ hai kết phổ phân tách (3.6b) phổ chuẩn (3.6c) hoàn toàn trùng khớp Đây chứng cho thấy thành công việc tách tín hiệu ghi nhận neutron khỏi tín hiệu nhiễu gamma trình ghi nhận đầu dò Kết có ý nghĩa quan trọng việc định hướng cho thực nghiệm kiểm chứng thực thành viên khác nhóm nghiên cứu thời gian tới 43 Hình 3.6 Phổ ghi nhận số photon photocathode (PMT hit) Hình 3.6a phổ tổng bao gồm tín hiệu từ neutron gamma, hình 3.6b phổ tương ứng với tín hiệu neutron tách từ hình 3.6a áp dụng điều kiện thời gian ghi nhận lớn ns, hình 3.6c phổ chuẩn xét neutron tới đầu dò điều kiện ban đầu 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khóa luận thực khảo sát: “Ảnh hưởng gamma lên đầu dò neutron nhấp nháy sử dụng phần mềm mô GEANT4” Vật liệu plastic C9H10, hạt tới gamma neutron có lượng MeV, dạng nguồn điểm đặt cách đầu dò cm, hướng bắt trực tiếp tới đầu dò Cụ thể khóa luận thực nội dung sau: (1) Xây dựng mô hình đầu dò nhấp nháy để ghi nhận neutron gamma dựa chương trình mô GEANT4 (2) Khảo sát lượng để lại vật liệu nhấp nháy gamma neutron tới có lượng MeV Kết cho thấy: - Năng lượng để lại vật liệu nhấp nháy gamma neutron phổ liên tục, không xuất đỉnh lượng cụ thể Nên dựa vào lượng để lại để phân biệt vùng phổ gamma neutron - Tùy thuộc vào loại hạt tương tác với môi trường vật chất bên đầu dò mà có chuyển đổi từ lượng để lại thành số photon thứ cấp khác Đặc trưng cho chuyển đổi hệ số Yield Factor, hệ số tỉ số photon sinh MeV loại hạt xét số photon sinh MeV electron Trong mô này, lấy hệ số Yield Factor 1H, electron 1,0 12C 0,2 (3) Khảo sát phổ thời gian nhấp nháy trung bình hạt tới tương tác với đầu dò Kết cho thấy có tách biệt rõ rệt vùng phổ thời gian nhấp nháy trung bình gamma neutron Neutron có đáp ứng thời gian trung bình chậm so với gamma, điều giải thích neutron có yếu tố thời gian nhấp nháy chậm Và đặc trưng cho ảnh hưởng hệ số tỉ lệ Ratio, tỉ số số photon sinh theo trình trình Vì vậy, thời gian ghi nhận trung bình electron thấp thời gian ghi nhận trung bình neutron Trong mô này, lấy thông 45 số sau: thời gian chuyển đổi nhanh 2,1 ns thời gian chuyển đổi chậm 14,2 ns Hệ số tỉ lệ Ratio 0,27 Chúng dựa vào khác biệt thời gian nhấp nháy để tách vùng phổ gamma neutron Kiến nghị: a Phát triển nguồn gamma neutron đa để khảo sát tách biệt vùng phổ chúng dựa thời gian ghi nhận trung bình Chúng đề nghị nguồn 252 Cf, có bọc lớp Platium Iridium, dày khoảng 0,5 mm b Làm thực nghiệm để khảo sát kiểm chứng kết mô 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Châu Văn Tạo (2003), Giáo trình vật lý hạt nhân đại cương, Nxb Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nxb Khoa học Kỹ thuật [3] Ngô Quang Huy (2004), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội [4] Nguyễn Triệu Tú (2007), Ghi nhận đo lường xạ, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Huỳnh Trúc Phương (2005), Giáo trình vật lý lý lò phản ứng hạt nhân, lưu hành nội bộ, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh [6] Phạm Quốc Hùng, Vũ Thanh Mai, Bài giảng vật lý neutron lò phản ứng [7] Hoàng Đức Tâm (2014), Bài giảng phương pháp ghi đo xạ Tiếng Anh: [8] T.E Mason Experimental Facilities Division Spallation Neutron Source Acknowledgements: Kent Crawford & Ron Cooper, Neutron Detectors for Materials Research [9] Horst Klein (2006), neutrons Scintillation detectors for fast, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany, Frank D Brooks Department of Physics University of Cape Town Rondebosch 7700, South Africa [10] T W Crane and M P Baker, Neutron Detectors [11] Mohamed Luis El-Sheikh (2009), Design and Simulation of Neutron Detectors, A Thesis Submitted for the Degree of Master of Science [12] SONG Yu-Shou, YE Yan-Lin, GE Yu-Cheng (2009), Monte Carlo simulation of the property of a scintillation bar in the multi-neutron correlation spectrometer, Chinese Physics C, Vol 33, No 10, 861 [13] BC-400, BC-404, BC-408, BC-412, BC-416 Premium Plastic Scintillatiors, Saint-Gobain (2005 – 2016) 47 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LUẬN VĂN DUYỆT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC DUYỆT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LUẬN VĂN ... 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GEANT4 CHO VẬT LIỆU NHẤP NHÁY GHI NHẬN NEUTRON 2.1 Xây dựng mô hình đầu dò nhấp nháy 2.1.1 Mô hình đầu dò nhấp nháy cho việc ghi nhận neutron gamma Hình 2.1 Mô hình đầu dò nhấp. .. triển đầu dò đo neutron Đối với đầu dò nhấp nháy neutron, gamma môi trường xung quanh ảnh hưởng đến ghi nhận neutron Trong khóa luận này, thực nghiên cứu ảnh hưởng gamma lên “tín hiệu” neutron môi... nhận neutron gamma phần mềm GEANT4 Đầu dò nhấp nháy neutron bao gồm vật liệu nhấp nháy C9H10 đặt không khí Hình 2.2 trình bày mô hình đầu dò ghi nhận neutron gamma Phần chương trình xây dựng mô