Đánh giá nguyên tử số hiệu dụng của các chất có nguyên tử số thấp bằng bức xạ gamma tán xạ compton

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI [ \ H HI QUN NH GI NGUYÊN TỬ SỐ HIỆU DỤNG CỦA CÁC CHẤT CO NGUYÊN TỬ SỐ THẤP BẰNG BỨC XẠ GAMMA TÁN XẠ COMPTON LUậN VĂN THạC Sĩ KHOA HọC HO SINH HC Hà Néi – 2010 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chƣơng GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Cơ sở xây dựng luận văn 1.2 Mục tiêu luận văn 10 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Hệ xạ gamma tán xạ Compton 12 2.1.1 Hệ xạ gamma tán xạ Compton 12 2.1.2 Cơng thức hệ số làm yếu tồn phần bán thực nghiệm 17 2.1.3 Phƣơng pháp tính tốn ngun tử số hiệu dụng cho hệ tán xạ Compton 31 2.2 Tổng quan chƣơng trình mơ MCNP 37 2.2.1 Phƣơng pháp Monte Carlo 37 2.2.2 Giới thiệu chƣơng trình MCNP (Monte Carlo N – Particle) 40 2.2.3 Đánh giá sai số phƣơng pháp Monte – Carlo 41 Chƣơng CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Tán xạ 90o 47 3.2 Tán xạ 15o 51 3.3 Tán xạ 30o 53 3.4 Tán xạ 45o 55 3.5 Tán xạ 60o 57 3.6 Tán xạ 75o 59 3.7 Các góc tán xạ khác 61 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 1: Các đồ thị biểu diễn thiết diện tƣơng tác tồn phần xạ gamma theo cơng thức bán thực nghiệm 71 PHỤ LỤC 2: Mã chƣơng trình MCNP mô hệ tán xạ Compton 83 PHỤ LỤC 3: Mã chƣơng trình Fortran giải phƣơng trình phi tuyến (3.4) 86 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ hệ xạ gamma tán xạ Hình Thiết diện tƣơng tác photon Hình 3: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 15o Hình 4: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 90o Hình 5: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 105o Hình 6: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 15o Hình 7: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 90o Hình 8: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 105o Hình 9: Năng lƣợng tia tới E0=662 keV, góc tán xạ 15o Hình 10: Năng lƣợng tia tới E0=662 keV, góc tán xạ 90o Hình 11: Năng lƣợng tia tới E0=662 keV, góc tán xạ 105o Hình 12 Xác định hệ số hàm đa thức cho tỷ số µt/µCvới lƣợng xạ gamma 60keV (tán xạ 90o) Hình 13 Xác định hệ số hàm đa thức cho tỷ số µt/µCvới lƣợng xạ gamma 122keV (tán xạ 90o) Hình 14: Mơ hình hệ tán xạ Compton góc α với mẫu chiếu xạ có dạng lập phƣơng Hình 15 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dị tán xạ 90o Hình16: Hình vẽ cho thấy r’ ; thì r’ Hình 17 Mơ hệ tán xạ Compton góc 90ovới mẫu chiếu xạ lập phƣơng Hình 18 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dị tán xạ 15o Hình 19 Mơ hệ tán xạ Compton góc 15ovới mẫu chiếu xạ lập phƣơng Hình 20 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dị tán xạ 30o Hình 21 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dị tán xạ 45o Hình22 Mơ hệ tán xạ Compton góc 45o với mẫu chiếu xạ lập phƣơng Hình 23 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dị tán xạ 45o Hình24 Mơ hệ tán xạ Compton góc 60o với mẫu chiếu xạ lập phƣơng Hình 25 Góc tán xạ lớn nhỏ vào đầu dò tán xạ 75o Hình 26 Mơ hệ tán xạ Compton góc 75o với mẫu chiếu xạ lập phƣơng Hình 27 Đồ thị thể tỷ số µt/ µC cho thấy, Zeff lớn tỷ số µt/ µC lớn việc tính Zeff cho sai số nhỏ Hình 28: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 30o Hình 29: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 45o Hình 30: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 60o Hình 31: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 75o Hình 32: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 120o Hình 33: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 135o Hình 34: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 150o Hình 35: Năng lƣợng tia tới E0=60 keV, góc tán xạ 165o Hình 36: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 30o Hình 37: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 45o Hình 38: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 60o Hình 39: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 75o Hình 40: Năng lƣợng tia tới E0=122 keV, góc tán xạ 120o Hình 41: Năng lƣợng tia tới E0=122keV, góc tán xạ 135o Hình 42: Năng lƣợng tia tới E0=122keV, góc tán xạ 150o Hình 43: Năng lƣợng tia tới E0=122keV, góc tán xạ 165o Hình 44: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 165o Hình 45: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 45o Hình 46: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 60o Hình 47: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 75o Hình 48: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 60o Hình 49: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 135o Hình 50: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 135o Hình 51: Năng lƣợng tia tới E0=662keV, góc tán xạ 165o DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Giá trị hệ số a b công thức bán thực nghiệm (2.14) lƣợng góc tán xạ khác Bảng 2: Năng lƣợng tia tán xạ Compton góc khác từ 15o đến 90o Bảng Giá trị hệ số tƣơng tác sử dụng công thức (2.8) (2.9) cho vài chất nhẹ Bảng Các giá trị Zeff tính tốn cho vài hợp chất thơng dụng góc 90o Bảng Các giá trị Zeff tính tốn cho vài hợp chất thơng dụng góc tán xạ 30o Bảng Các giá trị Zeff tính tốn cho vài hợp chất thơng dụng góc tán xạ 45o Bảng Các giá trị Zeff tính tốn cho vài hợp chất thơng dụng góc tán xạ 60o Bảng Các giá trị Zeff tính tốn cho vài hợp chất thơng dụng góc tán xạ 75o Bảng Bảng tính lƣợng cho đầu dị tán xạ góc khác Bảng 10: Bảng tính quãng đƣờng r’ tia tán xạ góc khác Bảng 11 Giá trị Zeff hiệu dụng mẫu góc tán xạ 105o, 120o, 135o Bảng 12 Giá trị Zeff hiệu dụng mẫu góc tán xạ 150o, 165o MỞ ĐẦU Có nhiều ứng dụng liều lƣợng học xạ y tế, chụp ảnh y tế, kiểm soát an ninh yêu cầu xác định nguyên tử số hiệu dụng Zeff vật liệu đƣợc khảo sát[5], [10], [12], [25] Đã có nhiều nghiên cứu xác định Zeff, nhiên phƣơng pháp có độ xác chƣa cao tính tốn khơng dễ dàng Bức xạ gamma tán xạ cung cấp thông tin bổ sung hữu dụng xạ tƣơng tác với vật chất[16], [17], [18] Nguyên tử số hiệu dụng đƣợc xác định theo nhiều phƣơng pháp khác phụ thuộc vào trình tán xạ gamma, nhiên phƣơng pháp thuật tốn tính tốn khó áp dụng thực nghiệm, phép tính tốn khơng tách biệt nên khó thực mức độ xác khơng cao Trong nghiên cứu này, phƣơng pháp dựa tỷ số hệ số làm yếu toàn phần với hệ số tán xạ không đàn hồi (tán xạ Compton) đƣợc nghiên cứu để đánh giá Zeff hợp chất Để thu nhận đƣợc độ xác chấp nhận đƣợc, tỷ số đƣợc đánh giá theo phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu cho nhiều hợp chất khác Phƣơng pháp tính tốn chứng tỏ thích hợp cho việc xác định nguyên tử số hiệu dụng hợp chất nhẹ trung bình (Z=ESP) X=(X1+X2)/2 DF= ABS (F(X)- A) IF F(X1)*F(X)