tương tác của bức xạ gamma với vật chất và tán xạ gamma với vật chất

Luận văn tốt nghiệp -1 - HDKH: TS Võ Hồng Hải LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn TS Võ Hồng Hải, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy Châu Văn Tạo, cảm ơn quý thầy cô môn Vật lý hạt nhân, trường Đại học Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian làm luận văn môn Xin chân thành cảm ơn TS Lê Vũ Tuấn Hùng, TS Nguyễn Thanh Phong quý thầy cô hội đồng bảo vệ luận văn đọc đóng góp ý kiến giúp luận văn tơi hồn thiện Xin chân thành cảm ơn gia đình tơi ủng hộ mặt tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình làm luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn bạn kỹ thuật viên bạn sinh viên môn Vật lý hạt nhân giúp đỡ, đóng góp ý kiến suốt q trình tơi làm luận văn Võ Thị Huyền Trân HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -2 - HDKH: TS Võ Hồng Hải 111EQUATION CHAPTER (NEXT) SECTION 1MỤC LỤC Lời cám ơn i Mục lục ii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vẽ đồ thị vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.1.1 Hiệu ứng quang điện 1.1.2 Tán xạ Compton 1.1.3 Hiệu ứng tạo cặp 10 1.2 Tán xạ gamma với vật chất 11 1.2.1 Sự phụ thuộc lượng tán xạ vào góc tán xạ 11 1.2.2 Sự phụ thuộc cường độ tán xạ vào bề dày vật chất 12 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GEANT4 14 2.1 Giới thiệu chương trình mơ GEANT4 14 2.2 Phương pháp Monte Carlo sử dụng GEANT4 14 2.3 Chương trình mơ 15 2.3.1 Cấu trúc chương trình 15 2.3.2 Lớp G4RunManager 16 2.3.3 Lớp G4UImanager 16 2.3.4 Các lớp khởi tạo hành động: 16 2.3.5 Các lớp G4cout G4cerr 17 CHƯƠNG BỐ TRÍ MƠ PHỎNG THÍ NGHIỆM TÁN XẠ 19 3.1 Mơ tả thiết kế thí nghiệm 19 3.1.1 Nguồn phóng xạ 19 3.1.2 Bia 19 3.1.3 Detector 19 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -3 - HDKH: TS Võ Hồng Hải 3.2 Mơ tả thiết kế thí nghiệm khảo sát tán xạ theo góc 20 3.3 Mơ tả thiết kế thí nghiệm khảo sát tán xạ theo bề dày 20 3.4 Chương trình GEANT4 cho mơ tán xạ 21 3.4.1 Cấu trúc hình học mơ 21 3.4.2 Khai báo nguyên tố, vật liệu 22 3.4.3 Loại hạt 23 3.4.4 Tính chất vật lý 23 3.4.5 Xuất liệu 24 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 4.1 Kết mô gamma tán xạ theo góc cho Al, Cu, Fe, Pb 26 4.1.1 Phổ gamma tán xạ 26 4.1.2 Sự phụ thuộc lượng gamma tán xạ theo góc 31 4.1.3 Sự phụ thuộc cường độ gamma tán xạ theo góc 32 4.2 Kết mô khảo sát tán xạ theo bề dày vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 34 4.2.1 Vật liệu Al 35 4.2.2 Vật liệu Cu 37 4.2.3 Vật liệu Fe 39 4.2.4 Vật liệu Pb 41 4.2.5 So sánh đánh giá cho 04 vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 43 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 5.1 Kết luận 45 5.2 Kiến nghị 46 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -4 - HDKH: TS Võ Hồng Hải DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG GEANT4 GEometry ANd Tracking CHƯƠNG CERN Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (European Organization for Nuclear Research) CHƯƠNG Cs-137 Cesi-137 CHƯƠNG Al Nhôm CHƯƠNG Cu Đồng CHƯƠNG Fe Sắt CHƯƠNG Pb Chì CHƯƠNG NaI Natri Iod CHƯƠNG Tl Thali CHƯƠNG 10 DANH MỤC CÁC BẢNG HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -5 - HDKH: TS Võ Hồng Hải CHƯƠNG 11 Bảng 4.1 Bảng so sánh lượng gamma tán xạ mô CHƯƠNG 12 lý thuyết .31 CHƯƠNG 13 Bảng 4.2 Bảng thống kê số gamma tán xạ loại vật liệu ứng với góc tán xạ .33 CHƯƠNG 14 Bảng 4.3 Bảng thống kê số gamma tán xạ ứng với bề dày bia Al 36 CHƯƠNG 15 Bảng 4.4 Bảng thống kê số gamma tán xạ ứng với bề dày bia Cu 38 CHƯƠNG 16 Bảng 4.5 Bảng thống kê số gamma tán xạ ứng với bề dày bia Fe 40 CHƯƠNG 17 Bảng 4.6 Bảng thống kê số gamma tán xạ ứng với bề dày bia Pb 42 CHƯƠNG 18 Bảng 4.7 Bảng thống kê diện tích đỉnh gamma tán xạ theo bề dày CHƯƠNG 19 CHƯƠNG 20 CHƯƠNG 21 CHƯƠNG 22 CHƯƠNG 23 vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 43 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -6 - HDKH: TS Võ Hồng Hải DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG 24 Hình 1.1 CHƯƠNG 25 Hình 1.2 CHƯƠNG 26 Hình 1.3 CHƯƠNG 27 Hình 1.4 CHƯƠNG 28 Hình 1.5 CHƯƠNG 29 Hình 1.6 CHƯƠNG 30 Hình 1.7 CHƯƠNG 31 Hình 1.8 Hiệu ứng quang điện Tiết diện quang điện chì Pb .5 Tán xạ Compton .6 Sơ đồ hiệu ứng tán xạ Compton .7 Tiết diện tán xạ Compton toàn phần chì Pb Hiệu ứng tạo cặp 10 Tiết diện tạo cặp chì Pb .11 Phân bố cường độ chùm tia gamma tán xạ Compton theo góc tán xạ .12 CHƯƠNG 32 Hình 2.1 Sơ đồ q trình làm việc chương trình mơ GEANT4 .18 CHƯƠNG 33 Hình 3.1 Bố trí mơ thí nghiệm tán xạ 19 CHƯƠNG 34 Hình 3.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát tán xạ gamma góc khác .20 CHƯƠNG 35 Hình 3.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát tán xạ gamma cho bề dày bia CHƯƠNG 36 khác 20 CHƯƠNG 37 Hình 3.4 Đoạn mã quy định cấu trúc detector 21 CHƯƠNG 38 Hình 3.5 Đoạn mã quy định cấu trúc khối chì che chắn 150 detector 21 CHƯƠNG 39 Hình 3.6 Cấu trúc detector khối chì che chắn 22 CHƯƠNG 40 Hình 3.7 Đoạn mã khai báo nguyên tố, vật liệu 22 CHƯƠNG 41 Hình 3.8 Đoạn mã quy định loại hạt số thuộc tính nguồn 23 CHƯƠNG 42 Hình 3.9 Đoạn mã quy định tính chất vật lý sử dụng mô .23 CHƯƠNG 43 Hình 3.10 Dạng liệu thu sau mơ 24 CHƯƠNG 44 Hình 3.11 Bố trí thí nghiệm tán xạ GEANT4 24 CHƯƠNG 45 Hình 4.1 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo góc bia Al .27 CHƯƠNG 46 Hình 4.2 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo góc bia Cu 28 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -7 - HDKH: TS Võ Hồng Hải CHƯƠNG 47 Hình 4.3 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo góc bia Fe 29 CHƯƠNG 48 Hình 4.4 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo góc bia Pb 30 CHƯƠNG 49 Hình 4.5 Sự phụ thuộc đỉnh lượng gamma tán xạ vào góc tán xạ CHƯƠNG 50 vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 32 CHƯƠNG 51 Hình 4.6 Sự phân bố gamma tán xạ ứng với góc tán xạ loại CHƯƠNG 52 vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 34 CHƯƠNG 53 Hình 4.7 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo bề dày bia Al 35 CHƯƠNG 54 Hình 4.8 Sự thay đổi cường độ gamma tán xạ theo bề dày bia Al 36 CHƯƠNG 55 Hình 4.9 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo bề dày bia Cu .37 CHƯƠNG 56 Hình 4.10 Sự thay đổi cường độ gamma tán xạ theo bề dày bia Cu .38 CHƯƠNG 57 Hình 4.11 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo bề dày bia Fe 39 CHƯƠNG 58 Hình 4.12 Sự thay đổi cường độ gamma tán xạ theo bề dày bia Fe 40 CHƯƠNG 59 Hình 4.13 Một số phổ lượng gamma tán xạ theo bề dày bia Pb 41 CHƯƠNG 60 Hình 4.14 Sự thay đổi cường độ gamma tán xạ theo bề dày bia Pb 42 CHƯƠNG 61 Hình 4.15 Diện tích đỉnh gamma tán xạ theo bề dày CHƯƠNG 62 vật liệu Al, Cu, Fe, Pb 44 CHƯƠNG 63 CHƯƠNG 64 CHƯƠNG 65 CHƯƠNG 66 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp HVTH: Võ Thị Huyền Trân -8 - HDKH: TS Võ Hồng Hải Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -1 - HDKH: TS Võ Hồng Hải MỞ ĐẦU CHƯƠNG 67 Ứng dụng đồng vị phóng xạ xạ gamma để xác định mật độ, bề dày vật liệu, dò tìm khuyết tật phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu (Non-Destroyed Technique – NDT) phương pháp truyền qua phương pháp tán xạ ngược Trong kỹ thuật đo gamma tán xạ dùng để xác định độ ăn mòn kim loại với ưu điểm nguồn phóng xạ đầu dò bố trí phía, tiến hành kiểm tra thiết bị mà khơng cần phải dừng hoạt động thiết bị kiểm tra điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ cao, áp suất lớn Tuy nhiên vấn đề sử dụng nguồn phóng xạ gặp khơng khó khăn quy trình quản lý nghiêm ngặt mục đích an tồn phóng xạ Một giải pháp hiệu cho vấn đề sử dụng phần mềm mô với điều kiện lý tưởng trước tiến hành thí nghiệm kiểm chứng phép đo thực tế Các phần mềm mô phổ biến MCNP, GEANT4 dựa tảng phương pháp mô Monte Carlo CHƯƠNG 68 Tại môn Vật lý Hạt nhân trường đại học Khoa học Tự nhiên-TPHCM, triển khai thí nghiệm tán xạ ngược để nghiên cứu bề dày vật liệu sử dụng phương pháp tán xạ ngược gamma Tuy nhiên để thực điều đó, cần phải thực bước tính tốn trước để tìm hiểu chất vật lý phương cách bố trí thí nghiệm, trước vào thực nghiệm CHƯƠNG 69 Trong đề tài này, chúng tơi thực tính tốn mơ tán xạ ngược cho số vật liệu Phần mềm sử dụng cho nghiên cứu phần mềm mô GEANT4 (GEometry And Tracking) Đây phần mềm phát triển CERN (Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu) Vật liệu khảo sát đề tài gồm Al, Cu, Fe, Pb Bức xạ gamma có lượng 0.662MeV (tương đương với lượng gamma phát từ nguồn Cs-137) sử dụng cho nghiên cứu Gamma tán xạ ghi nhận góc tán xạ khác detector nhấp nháy NaI(Tl) 7,62cm x 7,62cm Chúng khảo sát phổ gamma tán xạ theo góc tán xạ từ 300 đến 1500, xác định vị trí đỉnh tán xạ cường độ gamma tán xạ, từ đánh giá số tính chất vật liệu khảo sát Hai vấn đề quan tâm HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -2 - HDKH: TS Võ Hồng Hải đề tài : (1) khảo sát phổ lượng gamma tán xạ theo góc tán xạ θ, (2) khảo sát phổ gamma tán xạ theo bề dày vật liệu góc 90 Hai khảo sát xem quan trọng nghiên cứu gamma tán xạ Các kết đạt bước đầu nghiên cứu vật liệu sử dụng phương pháp tán xạ gamma triển khai BM Vật lý Hạt nhân, trường ĐH Khoa học Tự nhiên, – TpHCM CHƯƠNG 70 Với mục đích trên, nội dung luận văn bố trí thành chương: CHƯƠNG 71 Chương 1: Lý thuyết tổng quan Trình bày lý thuyết tương tác xạ gamma với vật chất tán xạ gamma với vật chất CHƯƠNG 72 Chương 2: Giới thiệu phần mềm mơ GEANT4 Giới thiệu chương trình mơ GEANT4 phạm vi nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 73 Chương 3: Bố trí mơ thí nghiệm tán xạ Trong chương chúng tơi trình bày bố trí khảo sát tán xạ gamma theo góc theo bề dày loại vật liệu Đồng thời chúng tơi trình bày đoạn mã để bố trí thí nghiệm tương ứng GEANT4 CHƯƠNG 74 Chương 4: Phân tích kết thảo luận Trong chương này, chúng tơi trình bày kết đạt sau mơ Bên cạnh chúng tơi nhận xét, bàn luận kết CHƯƠNG 75 Chương 5: Kết luận kiến nghị Trong phần chúng tơi trình bày kết đạt đề tài kiến nghị phương hướng mở rộng đề tài HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -48 - HDKH: TS Võ Hồng Hải lên Đối với vật liệu Cu Fe, cường độ gamma tán xạ cho hai vật liệu nhau; số liệu Al thấp so với Cu Fe; Pb có cường độ thấp Cu Fe cho cường độ gamma tán xạ gần số electron Cu Fe gần (ZCu = 29; ZFe = 26); Al (ZAl = 13) nên cường độ gamma tán xạ thấp Trong đó, Pb có Z=82, nhiên cường độ gamma tán xạ khỏi vật liệu cho kết thấp so với Cu, Fe, Al Điều giải thích thông qua hệ số hấp thụ gamma, hệ số hấp thụ gamma Pb lớn Cu, Fe, Al Sự phụ thuộc gamma tán xạ theo bề dày vật liệu: CHƯƠNG 192 Đối với kết khảo sát phụ thuộc theo bề dày vật liệu góc đo 900, cho vật liệu bia Al, Cu, Fe, Pb bề dày bão hòa xác định cm, cm, 0,8 cm, 0,3 cm CHƯƠNG 193 Các kết đạt bước đầu nghiên cứu vật liệu sử dụng phương pháp tán xạ gamma triển khai BM Vật lý Hạt nhân, trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG – TpHCM 1.10 Kiến nghị  Trong đề tài này, nguồn khảo sát giả định hướng, cần khảo sát cho dạng nguồn điểm để gần với thực tế  Thực khảo sát cho xạ gamma có lượng khác HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -49 - HDKH: TS Võ Hồng Hải DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ CHƯƠNG 194 Tham gia báo cáo khoa học Hội nghị cán trẻ Hạt nhân 2012 vào tháng 10/2012 Hà Nội NGHIÊN CỨU TÁN XẠ COMPTON CỦA BỨC XẠ GAMMA CHO MỘT SỐ VẬT LIỆU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GEANT4 VÕ THỊ HUYỀN TRÂN 1, VÕ HỒNG HẢI 2, NGUYỄN QUỐC HÙNG Khoa Khoa học - Trường Đại học Cần Thơ – TP.Cần Thơ BM Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý-VLKT, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG – TP.HCM Email: lns.hcm@gmail.com Tóm tắt: Trong báo này, nghiên cứu tán xạ Compton xạ gamma số loại vật liệu phần mềm mơ GEANT4 Bức xạ gamma có lượng 0.662MeV (tương đương lượng gamma phát từ nguồn Cs-137) bắn vào bia vật liệu Gamma tán xạ ghi nhận góc tán xạ khác detector nhấp nháy NaI(Tl) 3×3 Chúng tơi khảo sát cho vật liệu làm bia gồm Al, Cu, Fe, Pb Cụ thể khảo sát phổ lượng theo góc tán xạ, phụ thuộc bề dày theo gamma tán xạ giới hạn bề dày khảo sát Các kết đạt bước đầu nghiên cứu vật liệu sử dụng phương pháp tán xạ gamma triển khai BM Vật lý Hạt nhân, trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG - TpHCM Từ khóa: Tán xạ Compton, GEANT4 STUDY OF GAMMA COMPTON SCATTERING USING GEANT4 SIMULATION FOR SOME MATERIALS VÕ THỊ HUYỀN TRÂN 1, VÕ HỒNG HẢI , NGUYỄN QUỐC HÙNG2 Faculty of Science - Can Tho University – Can Tho City Department of Nuclear Physics, Faculty of Physics and Engineering Physics, University of Science – VNU - HCM Email : lns.hcm@gmail.com Astract : In this article, we study Compton scattering of gamma rays for several materials such as Al, Cu, Fe and Pb by GEANT4 simulation Gammaray beam of 0.662 MeV is used for the simulation Scintillation detector NaI(Tl) 3inch×3inch with a Pb collimator of 1cm-diameter is used for scattering-gamma detection We study the dependence of scattering energy peak versus scattering angle, dependence of scattering gamma intensity versus the material thick and the limitation of material thick Obtained results will be useful for further experiment study on scattering gamma at Department of Nuclear Physics, Faculty of Physics & Physics Engineering, University of Science-Hochiminh City Keywords: Compton scattering, GEANT4 HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -50 - HDKH: TS Võ Hồng Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [2] Đinh Sỹ Hiền (2005), Điện tử hạt nhân đầu dò bán dẫn xử lý tín hiệu, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Lê Bá Mạnh Hùng (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng đáp ứng khơng tuyến tính lên độ phân giải Detector nhấp nháy Plastic sử dụng phần mềm mô GEANT4, Luận văn thạc sĩ [5] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [6] Phan Thị Quý Trúc (2006), Khảo sát phổ gamma tán xạ ngược lên nhôm dùng đầu dò HPGE chương trình MCNP, Luận văn tốt nghiệp Tiếng anh [7] Nguyen Ngoc Lam (2012), Investigation of scattering-gamma distribution using scintillation detector NaI(Tl) 3inch x 3inch by GEANT4 simulation, Unergradute thesis [8] William R.Leo (1994), Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments A how- to approach, Spinger-Verlag Press [9] GEANT4 collaboration (2010), GEANT4 User’s Guide for Application Developers, version: GEANT4 9.4 Website [10] http://public.web.cern.ch HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -51 - HDKH: TS Võ Hồng Hải PHỤ LỤC Các đoạn mã chương trình mơ GEANT4 sử dụng đề tài Include/ DetecotrContruction #ifndef DetectorConstruction_h #define DetectorConstruction_h #include "G4VUserDetectorConstruction.hh" #include "globals.hh" class G4VPhysicalVolume; class G4Material; class DetectorConstruction : public G4VUserDetectorConstruction { public: DetectorConstruction(); virtual ~ DetectorConstruction(); public: virtual G4VPhysicalVolume* Construct(); public: const G4VPhysicalVolume* GetNaI() {return NaI_TlPhys;}; const G4VPhysicalVolume* GetphantomPhys() {return phantomPhys;}; private: void DefineMaterials(); void SetupGeometry(); private: G4Material* air; G4Material* NaI; G4Material* Tl; G4Material* Pb; G4Material* Fe; G4Material* Cu; G4Material* Al; G4Material* NaI_Tl; G4VPhysicalVolume* worldPhys; G4VPhysicalVolume* phantomPhys; G4VPhysicalVolume* NaI_TlPhys; G4VPhysicalVolume* chamberPhys; G4VPhysicalVolume* containerPhys; G4VPhysicalVolume* container2Phys; G4bool constructed; }; #endif Include/ EvenAction #ifndef EventAction_h #define EventAction_h #include "G4UserEventAction.hh" #include "globals.hh" //class RunAction; //class HistoManager; class EventAction : public G4UserEventAction { public: EventAction(); // RunAction*, HistoManager*); ~ EventAction(); HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -52 - HDKH: TS Võ Hồng Hải void BeginOfEventAction(const G4Event*); void EndOfEventAction(const G4Event*); void GetData(G4double de, G4double dl) { Energydep += de; Trackdep += dl;}; void GetDatainPhantomphys(G4double trackl) { Trackinphantom +=trackl;}; private: // RunAction* runAct; // HistoManager* histoManager; G4double Energydep; G4double Trackdep; G4double Trackinphantom; G4int printModulo; }; #endif Include/ PhysicList #ifndef PhysicsList_h #define PhysicsList_h #include "G4VUserPhysicsList.hh" #include "globals.hh" class PhysicsList: public G4VUserPhysicsList { public: PhysicsList(); virtual ~ PhysicsList(); // Construct particle and physics void ConstructParticle(); void ConstructProcess(); void SetCuts(); private: // these methods Construct physics processes and register them void ConstructDecay(); void ConstructEM(); }; #endif Include/ PrimaryGeneratorAction #ifndef PrimaryGeneratorAction_h #define PrimaryGeneratorAction_h #include "G4VUserPrimaryGeneratorAction.hh" #include "globals.hh" class G4ParticleGun; class G4Event; class DetectorConstruction; class PrimaryGeneratorAction : public G4VUserPrimaryGeneratorAction { public: PrimaryGeneratorAction( DetectorConstruction*); virtual ~ PrimaryGeneratorAction(); void GeneratePrimaries(G4Event*); private: G4ParticleGun* particleGun; DetectorConstruction* Detector; }; #endif HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -53 - HDKH: TS Võ Hồng Hải Include/ SteppingAction #ifndef SteppingAction_h #define SteppingAction_h #include "G4UserSteppingAction.hh" 03DetectorConstruction; class EventAction; class SteppingAction : public G4UserSteppingAction { public: SteppingAction( DetectorConstruction*, EventAction*); virtual ~ SteppingAction(); void UserSteppingAction(const G4Step*); private: DetectorConstruction* detector; EventAction* eventaction; }; #endif Src/ DetectorConstruction #include " DetectorConstruction.hh" #include "G4Material.hh" #include "G4Box.hh" #include "G4Tubs.hh" #include "G4LogicalVolume.hh" #include "G4PVPlacement.hh" #include "G4RotationMatrix.hh" #include "G4VisAttributes.hh" #include "G4Colour.hh" #include "G4SDManager.hh" #include "G4MultiFunctionalDetector.hh" #include "G4VPrimitiveScorer.hh" #include "G4PSEnergyDeposit.hh" #include "G4PSTrackLength.hh" #include "G4PSNofStep.hh" #include "G4SDParticleFilter.hh" #include "G4ios.hh" DetectorConstruction::DetectorConstruction() :constructed(false) {;} DetectorConstruction::~DetectorConstruction() {;} G4VPhysicalVolume*DetectorConstruction::Construct() { if(!constructed) { constructed = true; DefineMaterials(); SetupGeometry(); } return worldPhys; } void DetectorConstruction::DefineMaterials() { G4String name, symbol; //a=mass of a mole; HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -54 - HDKH: TS Võ Hồng Hải G4double a, z, density; //z=mean number of protons; G4int ncomponents, natoms; G4double fractionmass; // define Elements a = 14.01*g/mole; G4Element* N = new G4Element(name="Nitrogen",symbol="N" , z= 7., a); a = 16.00*g/mole; G4Element* O = new G4Element(name="Oxygen" ,symbol="O" , z= 8., a); a = 22.99*g/mole; G4Element* Na = new G4Element(name="Sodium",symbol="Na" , z= 11., a); a=126.9*g/mole; G4Element* I= new G4Element(name="Iodine",symbol="I",z=53.,a); a= 204.383*g/mole; density=11.72*g/cm3; G4Material* Tl = new G4Material(name="Thalium", z=81.,a,density); a= 207.2*g/mole; density=11.35*g/cm3; Pb = new G4Material(name="Lead",z=82.,a, density); a=26.98*g/mole; density=2.699*g/cm3; Al= new G4Material(name="Aluminium", z=13.,a,density); // define a material from elements case 1: chemical molecule density = 3.67*g/cm3; NaI = new G4Material(name="NaI", density, ncomponents=2); NaI->AddElement(Na, natoms=1); NaI->AddElement(I, natoms=1); // define a material from elements case 2: mixture by fractional mass //air density = 1.290*mg/cm3; air = new G4Material(name="air", density, ncomponents=2); air->AddElement(N, fractionmass=0.7); air->AddElement(O, fractionmass=0.3); //NaI(Tl) density = 3.67*g/cm3; NaI_Tl=new G4Material(name="NaI_Tl",density,ncomponents=2); NaI_Tl->AddMaterial(NaI,fractionmass=0.996); NaI_Tl->AddMaterial(Tl, fractionmass=0.004); } void DetectorConstruction::SetupGeometry() { // World G4VSolid* worldSolid = new G4Box("World",0.5*m,0.5*m,0.5*m); G4LogicalVolume* worldLogical = new G4LogicalVolume(worldSolid,air,"World"); HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -55 - HDKH: TS Võ Hồng Hải worldPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(),worldLogical,"World",0,false,0); // container cylinder (r=0.5cm, R=5cm) G4double container_target,container_x,container_y,container_z,container_r, container_R,container_h; container_target=20.*cm; container_R=5*cm; container_r=1*cm; container_h=2.5*cm; //container height 5cm container_x=0; container_y=0; container_z=container_target+container_h; //Distance container-target G4Tubs* containerSolid=new G4Tubs("Pb_container",container_r,container_R,container_h,0,360.*deg); G4LogicalVolume* containerLogical=new G4LogicalVolume(containerSolid,Pb,"container"); containerPhys=new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(container_x,container_y,-container_z), containerLogical,"chamber",worldLogical,false,0); // container cylinder (r=0cm, R=5cm) G4double container2_x,container2_y,container2_z, container2_r, container2_R,container2_h; container2_R=5*cm; container2_r=0; container2_h=2.5*cm; //container height 5cm container2_x=0; container2_y=0; container2_z=container_target+2*container_h+container2_h; //Distance container2-target G4Tubs* container2Solid=new G4Tubs("Pb_container2",container2_r,container2_R,container2_h,0,360.*deg); G4LogicalVolume* container2Logical=new G4LogicalVolume(container2Solid,Pb,"container2"); container2Phys=new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(container2_x,container2_y,-container2_z), container2Logical,"chamber2",worldLogical,false,0); // Phantom G4double phi,d,dx,dy,dz; phi=75.*deg; d=3.*cm; G4RotationMatrix* yRot=new G4RotationMatrix; yRot->rotateY(phi); dx=-(d/2)*std::sin(phi); dy=0; dz=(d/2)*std::cos(phi); G4VSolid* phantomSolid = new G4Box("Aluminium",5.*cm,5.*cm,d/2); G4LogicalVolume* phantomLogical = new G4LogicalVolume(phantomSolid,Al,"Aluminium"); phantomPhys = new G4PVPlacement(yRot,G4ThreeVector(dx,dy,dz),phantomLogical,"Aluminium", worldLogical,false,0); //Detector NaI(Tl) 3*3 inch cylender G4double D,det_x,det_y,det_z,det_h,det_R,anpha; D=20.*cm;// Distance Target-Detector det_R=3.81*cm; //R=3inch/2 (Radius detector) det_h=3.81*cm; // detector height 3inch anpha=90.*deg;// Backscattering angle G4RotationMatrix* det_yRot=new G4RotationMatrix; det_yRot->rotateY(180.*deg-anpha);//Rotation of chamber and detector det_x=(D+det_h)*std::sin(anpha); det_y=0; HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -56 - HDKH: TS Võ Hồng Hải det_z=(D+det_h)*std::cos(anpha); G4Tubs* NaI_TlSolid = new G4Tubs("NaI_Tl",0.*cm,det_R,det_h,0,360.*deg); G4LogicalVolume* NaI_TlLogical = new G4LogicalVolume(NaI_TlSolid,NaI_Tl,"NaI_Tl"); NaI_TlPhys = new G4PVPlacement(det_yRot,G4ThreeVector(det_x,det_y,det_z),NaI_TlLogical,"NaI_Tl",worldLogical,false,0) ; // Chamber cylinder (r=0.5cm, R=5.5cm) G4double chamber_x,chamber_y,chamber_z, chamber_r, chamber_R,chamber_h; ///chamber_yRot=det_yRot chamber_R=5.5*cm; chamber_r=1.*cm; chamber_h=2.5*cm; //chamber height 5cm chamber_x=(D-chamber_h)*std::sin(anpha); chamber_y=0; chamber_z=(D-chamber_h)*std::cos(anpha); G4Tubs* chamberSolid=new G4Tubs("Pb_chamber",chamber_r,chamber_R,chamber_h,0,360.*deg); G4LogicalVolume* chamberLogical=new G4LogicalVolume(chamberSolid,Pb,"chamber"); chamberPhys=new G4PVPlacement(det_yRot,G4ThreeVector(chamber_x,chamber_y,chamber_z), chamberLogical,"chamber",worldLogical,false,0); // Visualization attributes // worldLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes::Invisible); G4VisAttributes* WorldVisAtt= new G4VisAttributes(G4Colour(0.0,0.0,0.0)); WorldVisAtt->SetVisibility(true); G4VisAttributes* phantomVisAtt= new G4VisAttributes (G4Colour(0,0,1.0)); phantomVisAtt->SetVisibility(true); phantomLogical->SetVisAttributes(phantomVisAtt); G4VisAttributes* NaI_TlVisAtt= new G4VisAttributes (G4Colour(0,1.0,0.0)); NaI_TlVisAtt->SetVisibility(true); NaI_TlLogical->SetVisAttributes(NaI_TlVisAtt); G4VisAttributes* chamberVisAtt= new G4VisAttributes (G4Colour(0.0,0.0,0.0)); chamberVisAtt->SetVisibility(true); chamberLogical->SetVisAttributes(chamberVisAtt); G4VisAttributes* containerVisAtt= new G4VisAttributes (G4Colour(0.0,0.0,0.0)); containerVisAtt->SetVisibility(true); containerLogical->SetVisAttributes(containerVisAtt); G4VisAttributes* container2VisAtt= new G4VisAttributes G4Colour(0.0,0.0,0.0)); container2VisAtt->SetVisibility(true); container2Logical->SetVisAttributes(container2VisAtt); } Src/ EvenAction #include " EventAction.hh" //#include " RunAction.hh" //#include "HistoManager.hh" #include "G4Event.hh" #include "fstream" // EventAction::EventAction()//( RunAction* run, HistoManager*histo):runAct(run),histoManager(histo) HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -57 - HDKH: TS Võ Hồng Hải { printModulo=10000;}// khoang cach xuat hien event EventAction::~ EventAction() {} void EventAction::BeginOfEventAction(const G4Event* evt) { G4int evtNb=evt->GetEventID(); if (evtNb%printModulo==0) G4coutSetParticleEnergy(662.*keV); } PrimaryGeneratorAction::~PrimaryGeneratorAction() { delete particleGun; } void PrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event* anEvent) { particleGun->GeneratePrimaryVertex(anEvent); } Src/ SteppingAction #include " #include " #include " #include " SteppingAction.hh" DetectorConstruction.hh" EventAction.hh" G4Step.hh" SteppingAction::SteppingAction(DetectorConstruction* det, EventAction* evt):detector(det), eventaction(evt) {} SteppingAction::~SteppingAction() {} void SteppingAction::UserSteppingAction(constG4Step* aStep) { // get volume of the current step HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -60 - HDKH: TS Võ Hồng Hải G4VPhysicalVolume* volume = aStep->GetPreStepPoint()->GetTouchableHandle()->GetVolume(); // collect energy and track length step by step G4double edep = aStep->GetTotalEnergyDeposit(); G4double stepl = 0.; if (aStep->GetTrack()->GetDefinition()->GetPDGCharge() != 0.) stepl = aStep->GetStepLength(); if (volume == detector->GetNaI()) eventaction->GetData(edep,stepl); if (volume == detector->GetphantomPhys()) eventaction->GetDatainPhantomphys(stepl); } tanxa.cc #include "G4RunManager.hh" #include "G4UImanager.hh" #include " DetectorConstruction.hh" #include " PhysicsList.hh" #include " PrimaryGeneratorAction.hh" //#include " RunAction.hh" #include " EventAction.hh" #include " SteppingAction.hh" //#include "HistoManager.hh" #ifdef G4VIS_USE #include "G4VisExecutive.hh" #endif #ifdef G4UI_USE #include "G4UIExecutive.hh" #endif int main(int argc,char** argv) { // Construct the default run manager G4RunManager * runManager = new G4RunManager; // Set mandatory initialization classes DetectorConstruction* Detector = new DetectorConstruction; runManager->SetUserInitialization(Detector); PhysicsList* physics = new PhysicsList; runManager->SetUserInitialization(physics); // Set user action classes PrimaryGeneratorAction* gen_action = new PrimaryGeneratorAction(Detector); runManager->SetUserAction(gen_action); EventAction* event_action = new EventAction(); runManager->SetUserAction(event_action); SteppingAction* stepping_action = new SteppingAction(Detector, event_action); runManager->SetUserAction(stepping_action); // Initialize G4 kernel HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp -61 - HDKH: TS Võ Hồng Hải runManager->Initialize(); // Get the pointer to the User Interface manager G4UImanager*UImanager = G4UImanager::GetUIpointer(); if (argc!=1) // batch mode { G4String command = "/control/execute "; G4String fileName = argv[1]; UImanager->ApplyCommand(command+fileName); } else { // interactive mode : define visualization and UI terminal #ifdef G4VIS_USE G4VisManager* visManager = new G4VisExecutive; visManager->Initialize(); UImanager->ApplyCommand("/control/execute vis.mac"); #endif #ifdef G4UI_USE G4UIExecutive*ui = new G4UIExecutive(argc, argv); ui->SessionStart(); delete ui; #endif #ifdef G4VIS_USE delete visManager; #endif } // Job termination // delete histo; //delete runManager; return 0; } GNUmakefile # $Id: GNUmakefile,v 1.1 2007-11-13 19:55:43 asaim Exp $ # -# GNUmakefile for examples module Gabriele Cosmo, 06/04/98 # -name := tanxa G4TARGET := $(name) G4EXLIB := true ifndef G4INSTALL G4INSTALL = / / / endif PHONY: all all: lib bin ## G4ANALYSIS_USE := true include $(G4INSTALL)/config/binmake.gmk visclean: rm -f g4*.prim g4*.eps g4*.wrl rm -f DAWN_* HVTH: Võ Thị Huyền Trân Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT Luận văn tốt nghiệp HVTH: Võ Thị Huyền Trân -62 - HDKH: TS Võ Hồng Hải Vật lý kỹ thuật K16 ĐHCT ... 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.1.1 Hiệu ứng quang điện 1.1.2 Tán xạ Compton 1.1.3 Hiệu ứng tạo cặp 10 1.2 Tán xạ gamma với vật chất 11 1.2.1 Sự phụ thuộc lượng tán xạ vào góc tán xạ 11... cặp vào lượng Năng lượng (MeV) Hình 113.1.1.1.a.1.1 Tiết diện tạo cặp chì Pb[8] 1.1 Tán xạ gamma với vật chất 113.1.2 Sự phụ thuộc lượng tán xạ vào góc tán xạ CHƯƠNG 114 Sự phụ thuộc lượng tán xạ. .. chùm tia gamma tán xạ Compton theo góc tán xạ[ 1] 116.1.2 Sự phụ thuộc cường độ tán xạ vào bề dày vật chất CHƯƠNG 117 Đối với hệ đo bố trí sẵn, thay đổi bề dày bia cường độ gamma tán xạ thay đổi