Luận án tiến sĩ nghiên cứu hiệu suất ghi nhận của detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGE) trong phổ kế gamma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o  VÕ XUÂN ÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o  VÕ XUÂN ÂN Chuyên ngành: Vật lý Hạt nhân Mã số: 1.02.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Ngô Quang Huy TS Đỗ Quang Bình TP Hồ Chí Minh - 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng người hướng dẫn khoa học Kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Võ Xuân Ân LỜI CẢM ƠN Trong suốt nhiều năm học tập - nghiên cứu phương pháp Monte Carlo, thuật toán di truyền ứng dụng phương pháp để nghiên cứu đặc trưng hệ phổ kế gamma dùng detector germanium siêu tinh khiết tính toán kích thước tối ưu hộp chứa mẫu dạng Marinelli Bộ môn Vật lý hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Phòng An toàn Bức xạ Môi trường, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình chu đáo Thầy Cô, Cơ quan bạn đồng nghiệp, cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS TS Ngô Quang Huy, người Thầy kính mến, đem đến cho kiến thức khoa học phương pháp nghiên cứu khoa học mà dạy bảo đạo đức nghiên cứu khoa học, lòng nhiệt tình, tính trung thực có trách nhiệm TS Đỗ Quang Bình, người hướng dẫn khoa học, hướng dẫn, gợi ý giúp tháo gỡ vướng mắc suốt trình thực luận án PGS TS Mai Văn Nhơn, người Thầy kính mến, thường xuyên nhắc nhở tiến độ hoàn thành luận án có ý kiến phản biện bổ ích CN Nguyễn Văn Mai, TS Trần Văn Luyến, ThS Thái Mỹ Phê CN Đào Văn Hoàng, Phòng An toàn Bức xạ Môi trường, Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh, nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho phép tiến hành thí nghiệm hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe, ý kiến thảo luận bổ ích TS Nguyễn Văn Hùng, Trung tâm Đào tạo, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện thuận lợi để sử dụng nguồn phóng xạ chuẩn PGS TS Hoàng Dũng, Phụ trách Phòng Vật lý Tính toán, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, tạo điều kiện tốt để thực thi chương trình tính toán PGS TS Nguyễn Minh Cảo, PGS TS Châu Văn Tạo TS Nguyễn Đơng Sơn có ý kiến đóng góp q báu để tơi hồn thiện luận án cách đầy đủ sâu sắc Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM, quan tâm tạo điều kiện sở vật chất phòng thí nghiệm có để hoàn thành chuyên đề, seminar luận án Khoa Công nghệ Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh động viên chia sẻ công việc để thực phần công việc luận án Không thể quên Ba Má dành suốt đời tần tảo, không quản ngại nắng mưa lo lắng cho Các công trình thuộc nội dung luận án thực khuôn khổ đề tài Nghiên cứu Khoa học tự nhiên năm 2007 Bộ Khoa học Công nghệ (Mã số 409406) MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Muïc luïc iv Bảng chữ viết tắt đơn vị đo vi Danh mục bảng x Danh mục hình vẽ xii Mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Những tiến lónh vực chế tạo detector 1.2 Phương pháp Monte Carlo 10 1.3 Thuật toán di truyền 27 Chương Áp dụng chương trình MCNP4C2 để nghiên cứu đặc trưng detector 32 2.1 Mở đầu 32 2.2 Chương trình MCNP4C2 33 2.3 Xây dựng số liệu đầu vaøo 36 2.3.1 Hệ phổ kế gamma 36 2.3.2 Cấu trúc buồng chì detector HPGe GC1518 37 2.3.3 Cấu trúc nguồn phóng xạ 44 2.3.4 Mô phổ gamma nguồn phóng xạ 53 2.3.5 Kết thảo luận 62 2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng biến thiên thông số vật lý 63 2.4.1 Phân tích thông số vật lý detector 64 2.4.2 Hiệu suất detector 65 2.4.3 Ảnh hưởng biến thiên thông số vật lý lên hiệu suaát detector 66 2.4.4 Kết thảo luận 74 2.5 Nghiên cứu tăng bề dày lớp germanium bất hoạt 75 2.5.1 Xác định thực nghiệm giảm hiệu suất detector 75 2.5.2 Tính toán bề dày lớp germanium bất hoạt 78 2.6 Kiểm chứng thực nghiệm 82 2.7 Kết luận 93 Chương Xây dựng phương pháp tính toán kích thước tối ưu hộp chứa mẫu dạng Marinelli 95 3.1 Mở đầu 95 3.2 Bố trí thực nghiệm xây dựng toán 98 3.3 Mô hình toán 99 3.4 Phương pháp tính toán 101 3.5 Ảnh hưởng lượng tia gamma, thành phần hoá học 112 3.6 Kiểm chứng thực nghiệm 117 3.7 Sự phụ thuộc tốc độ đếm vào thể tích hộp chứa mẫu 122 3.8 Kết luận 125 Chương Kết luận chung 126 Kiến nghị nghiên cứu tieáp theo 129 Danh mục công trình 130 Tài liệu tham khảo 133 Phuï luïc 146 - vi - BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VỊ ĐO Chữ viết tắt Tiếng Việt ACTL ANSI thư viện số liệu ACTL ACTivation Library Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa American National Standards Kỳ Institute buồng chì Broad Energy Germanium Detector Bismuth Germanate Bi4Ge3O12 thiết kế máy tính Computer Aided Design chụp ảnh phương pháp Computerized Axial Tomocắt lớp graphy Standard Electrode Coaxial Germanium Detector BC BEGe BGO CAD CAT Coaxial Ge CYLTRAN DET DETEFF E&Z EGS Tiếng Anh chương trình mô Monte CYLTRAN Carlo CYLTRAN An electron/photon transport code detector detector chương trình mô phoûng Monte DETector EFFiciency Carlo DETEFF A Monte Carlo code developed for the computation of the full energy peak efficiency in detectors hãng cung cấp nguồn phóng xạ Eckert & Ziegler, Co chương trình mô Monte Electron Gamma A computer code system is a Carlo EGS general purpose package for the Monte Carlo simulation of the coupled transport of electrons and photons in an arbitrary geometry for particles with energies from a few keV up to several TeV ENDF ENDL thư viện số liệu ENDF thư viện số liệu ENDL Evaluated Nuclear Data File Evaluated Nuclear Data Library - vii - FWHM Ge GEANT GESPECOR HCM HÑM HPGe IAEA IEEE INAA INST k/c KHKT KHTN LD LEGe LN2 max MCNP MPX độ rộng đỉnh lượng toàn phần nửa chiều cao cực đại germanium chương trình mô Monte Carlo GEANT full width at half maximum Germanium GEANT A toolkit for the simulation of the passage of particles through matter chương trình mô Monte GErmanium SPEctroscopy Carlo GESPECOR CORrection Factors Hồ Chí Minh hộp đựng mẫu detector germanium siêu tinh High Purity Gemanium khiết Cơ quan lượng nguyên tử International Atomic Energy quốc tế Agency Viện Tiêu chuẩn kỹ thuật điện Institute of Electrical and điện tử Electronics Engineers Phân tích kích hoạt neutron Instrumental Neutron dụng cụ Activation Analysis Viện Khoa học Kỹ thuật Institue of Nuclear Sciences & Hạt nhân Techniques khoảng cách Khoa học Kỹ thuật Khoa học Tự nhiên hãng cung cấp nguồn phóng xạ Leybold Didactic GmbH Low Energy Germanium Detector Liquid Nitrogen cực đại maximum chương trình mô Monte Monte Carlo N-Particle Carlo MCNP A general-purpose, continuousenergy, generalized-geometry, time-dependent, coupled neutron/photon/electron Monte Carlo transport code cực tiểu minimum mẫu phóng xạ - viii - NAS ĐHQG ĐL NCHN NPX NSS hãng cung cấp nguồn phóng xạ Đại học Quốc gia Đà Lạt Nghiên cứu Hạt nhân nguồn phóng xạ hãng cung cấp nguồn phóng xạ PE polyethylene PHOTON chương trình mô Monte PHOTON Carlo PHOTON A Monte Carlo code is designed for any beamline Its ability to calculate power deposited and spectra transmitted through nearly arbitrary beamline configurations as well as the scattered radiation doses through shielding walls make it a very powerful tool phòng thí nghiệm Reverse Electrode Coaxial Germanium Detector Phân tích kích hoạt neutron kết Radiochemical Neutron hợp tách hoá Activation Analysis silicon Silicon Surface Source Read Card Surface Source Write Card tiêu chuẩn Standard số thứ tự chu kì bán rã Thành phố Ultra Low Energy Germanium Detector Hợp chủng quốc Hoa Kỳ The United State of America Germanium Well Detector Extended Range Germanium Detector PTN REGe RNAA Si SSR SSW Std STT T½ TP Ultra LEGe USA Well XtRa North American Scientific, Inc Nuclear Services & Supplies Rost GmbH polyethylene ... nghiên cứu hệ phổ kế gamma đặc trưng detector Trong nghiên cứu hệ phổ kế gamma đặc trưng detector có nhiều công trình ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mô tính toán - 18 - phổ gamma đo hệ phổ. .. phổ kế gamma hai mặt nghiên cứu ứng dụng, cho phép nhà phổ kế học xác định gần tất nhóm gamma đơn có mặt phổ Đặc biệt từ năm 1980 người ta chế tạo thành công detector bán dẫn germanium siêu tinh. .. pháp nghiên cứu đề tài luận án trình bày cụ thể sau: * Phiên MNCP4C2 Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt mua quyền suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận án chương trình sử dụng - - Các kết nghiên