Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ lên hệ phổ kế gamma hpge

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUỐC HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ VŨ TRỤ LÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA HPGE LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh – Năm 2018 HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUỐC HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ VŨ TRỤ LÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA HPGE Ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số ngành: 62440501 Phản biện 1: GS.TS Lê Hồng Khiêm Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng Phản biện 3: TS Trần Văn Hùng Phản biện độc lập 1: PGS.TS Trần Quốc Dũng Phản biện độc lập 2: PGS.TS Phạm Đức Khuê NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VÕ HỒNG HẢI GS.TS NOMACHI MASAHARU TP Hồ Chí Minh – Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi với Thầy hướng dẫn khoa học Luận án hoàn thành hướng dẫn khoa học TS Võ Hồng Hải GS.TS Nomachi Masaharu Kết nêu luận án trung thực không chép từ cơng trình người khác Tác giả luận án ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình nghiên cứu thực luận án, tác giả nhận quan tâm giúp đỡ tận tình gia đình, Thầy/Cơ, đồng nghiệp bạn bè Tác giả xin bày tỏ lòng trân trọng cảm ơn đến: Thầy TS Võ Hồng Hải tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến Thầy GS.TS Masaharu Nomachi, nhóm nghiên cứu, thuộc Đại học Osaka, Nhật Bản hỗ trợ thiết bị đo thực nghiệm; giáo sư có định hướng nghiên cứu với Thầy TS Võ Hồng Hải giúp đỡ hồn thành luận án Phịng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGTP.HCM hỗ trợ thiết bị thực thí nghiệm Nhóm nghiên cứu VATLY Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Hà Nội hỗ trợ nhấp nháy plastic cho xây dựng hệ trùng phùng GS Chary Rangacharyulu, Đại học Saskatchewan, Canada hỗ trợ thiết bị MCA-2K cho thí nghiệm đo phổ lượng đầu dị HPGe GS có góp ý khoa học cho luận án GS Itahashi Takahisa, trường Đại học Osaka, Nhật Bản có trao đổi đóng góp q báu cho luận án Q Thầy/Cơ, học viên, sinh viên Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM động viện, hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành luận án Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi tài trợ kinh phí nghiên cứu thông qua đề tài cấp trường Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ba mẹ, gia đình ln động viên tạo điều kiện cho hồn thành chương trình học luận án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các đặc trưng phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe 1.1.1 Phông từ môi trường, vật liệu che chắn cấu trúc đầu dò 1.1.2 Phơng từ khí Radon đồng vị cháu Radon 1.1.3 Bức xạ vũ trụ Tổng quan xạ vũ trụ Tính chất thơng lượng muon Đóng góp muon vào phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe 13 Đóng góp neutron vào phổ phơng hệ phổ kế gamma HPGe 14 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 15 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 23 1.3 Các phương pháp giảm phông vũ trụ cho hệ phổ kế gamma HPGe 26 1.3.1 Phịng thí nghiệm lòng đất 26 1.3.1 Che chắn neutron cho đầu dò HPGe 27 1.3.2 Triệt xạ vũ trụ kỹ thuật đối trùng 27 1.4 Kết luận Chương 29 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ ĐO 30 2.1 Hệ phổ kế gamma HPGe 30 iv 2.1.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma HPGe 30 2.1.2 Đầu dò bán dẫn HPGe đồng trục 30 2.1.3 Buồng chì 32 2.2 Thực nghiệm đo phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe vùng lượng (0,05 – 50) MeV 33 2.2.1 Thiết lập thí nghiệm 33 2.2.2 Kết đo phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe 34 2.3 Thực nghiệm đo đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe vùng lượng 0,05 MeV – 50 MeV 37 2.3.1 Thiết lập thí nghiệm 37 2.3.2 Xây dựng đầu dò nhấp nháy plastic – Đánh giá ghi nhận xạ vũ trụ 40 Bảng nhấp nháy dẫn sáng 41 Ống nhân quang điện – PMT 41 Lắp đặt đầu dò nhấp nháy 42 Nguồn cao 43 Đánh giá khả ghi nhận xạ vũ trụ đầu dò nhấp nháy Plastic 44 2.3.3 Xây dựng hệ thống trùng phùng trigger lập trình nhúng FPGA 49 Hệ thống trùng phùng trigger đánh dấu xạ vũ trụ 50 Mô-đun trùng phùng trigger FPGA 51 Đánh giá hệ trùng phùng trigger máy phát xung chuẩn 54 2.3.4 Kết đo đáp ứng phổ thực nghiệm xạ vũ trụ lên hệ phổ kế gamma HPGe 58 2.4 Kết luận Chương 61 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH MƠ PHỎNG GEANT4 TRÊN HỆ PHỔ KẾ HPGe 62 3.1 Mô hệ phổ kế gamma HPGe chương trình GEANT4 63 3.1.1 Cấu trúc chương trình mơ GEANT4 hệ phổ kế gamma HPGe 63 v Khai báo thành phần hệ phổ kế gamma HPGe chương trình mơ 66 Mô tả tương tác vật lý (Physics list) 72 Khai báo xạ vũ trụ chương trình CRY 74 3.1.2 Cấu trúc liệu mô 77 3.2 Kết mô thành phần phổ phông vũ trụ hệ phổ kế HPGe 79 3.2.1 Mô đáp ứng phổ xạ vũ trụ đầu dò HPGe 79 3.2.2 Mô đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe 81 3.2.3 Mô đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ trùng phùng đầu dò HPGe đầu dò nhấp nháy plastic 82 3.3 Kết luận Chương 85 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 86 4.1 Nghiên cứu dạng đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế HPGe sử dụng kỹ thuật trùng phùng đầu dò HPGe đầu dò nhấp nháy plastic 86 4.1.1 So sánh số liệu thực nghiệm mô 86 4.1.2 Kết mô đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế HPGe theo diện tích đầu dò nhấp nháy plastic 90 4.2 Phân tích thành phần xạ vũ trụ phổ phông thực nghiệm hệ phổ kế gamma HPGe 93 4.2.1 Xác định thành phần phông xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe dựa vào mô GEANT4 93 4.2.2 Phân tích thành phần xạ vũ trụ hệ phổ kế HPGe 94 4.2.3 Mối tương quan lượng xạ vũ trụ tới lượng hấp thụ ghi nhận đầu dò HPGe 97 4.2.4 Đáp ứng phổ muon thành phần thứ cấp muon 99 4.2.5 Đáp ứng phổ neutron thành phần thứ cấp neutron 101 4.3 Giảm phông xạ vũ trụ hệ phổ kế HPGe thí nghiệm đối trùng phùng cho cấu hình plastic 80x80 cm2 103 vi 4.4 Đánh giá tỉ lệ ghi nhận xạ vũ trụ theo diện tích đầu dị nhấp nháy plastic dựa vào mơ GEANT4 106 4.4.1 Mối tương quan lượng hấp thụ xạ vũ trụ theo góc tới θ106 4.4.2 Đánh giá thông lượng xạ vũ trụ theo diện tích đầu dị nhấp nháy plastic 108 4.5 Phân tích tỉ số P/B cho đỉnh phổ phơng phóng xạ mơi trường có loại trừ phơng xạ vũ trụ 110 4.6 Kết luận Chương 112 KẾT LUẬN 114 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Nội dung ADC Tiếng Anh Analog Digital Convert CFD CRY Constant Fraction Discriminator Cosmic-ray Shower Library FPGA Field Programming Gate Array Ge GEANT4 Germanium Geometry ANd Tracking HPGe HV ICR LVDS MCA MCNP, MCNPX MDA m.w.e High purity Germanium High voltage Incoming Count Rate Low-voltage differential signaling Muti-Channel Analyser Monte Carlo N-Particle Transport Code Minimum Detectable Activity Meter water equivalent NIM PMT QGSP Nuclear Instrument Module Photomultipler Tube The Quark-Gluon String Precompound Time-to-Amplitude Converter Timing Filter Amplifier Transistor – Transistor Logic (VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language) TAC TFA TTL VHDL Tiếng Việt Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số Bộ phân biệt không đổi Thư viện chương trình tạo xạ vũ trụ Mảng phần tử logic lập trình Tinh thể Germanium Chương trình mơ Monte Carlo GEANT4 Siêu tinh khiết Germanium Cao Đếm tốc độ xung vào Chuẩn logic LVDS Bộ phân tích đa kênh Chương trình mơ Monte Carlo MCNP Giới hạn phát hoạt độ Bề dày che chắn xạ vũ trụ tương đương mét nước Chuẩn logic NIM Ống nhân quang điện Mơ hình tương tác QGSP Bộ chuyển đổi thời gian biên độ Bộ khuếch đại thời gian Một chuẩn xung logic Ngơn ngữ lập trình nhúng cho chip FPGA viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên đóng góp vào phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe 36 Bảng 2.2 Thông số ống nhân quang điện R329-02 [35] 42 Bảng 2.3 Tốc độ đếm (số đếm/giây) đầu dò HPGe xạ vũ trụ vùng lượng theo cấu hình đo có diện tích đầu dị nhấp nháy 80x80 cm2 80x40 cm2 60 Bảng 3.1 Bảng thông số vật liệu dùng mô 71 Bảng 3.2 Mơ hình tương tác vật lý cho loại hạt xạ vũ trụ mô 73 Bảng 3.3 Dữ liệu xạ vũ trụ tạo chương trình CRY 74 Bảng 3.4 Tỉ lệ thành phần xạ vũ trụ tạo từ chương trình CRY dùng cho mơ [29] 76 Bảng 3.5 Thông tin lưu liệu kiện mô 78 Bảng 3.6 Cấu trúc lưu liệu kiện mô 79 Bảng 4.1 So sánh tốc độ đếm phổ thực nghiệm mô ghi nhận đầu dò HPGe xạ vũ trụ vùng lượng 89 Bảng 4.2 Số đếm (được tính theo số đếm/ngày) xạ vũ trụ ghi nhận đầu dò HPGe tương ứng với vùng lượng cho cấu hình đầu dị nhấp nháy 92 Bảng 4.3 Tỉ lệ phần trăm phân bố thành phần xạ vũ trụ đầu dò HPGe 96 Bảng 4.4 Tỉ lệ giảm phơng vũ trụ cho đầu dị HPGe với cấu hình đầu dị plastic che chắn 80x80 cm2 105 Bảng 4.5 Tỉ lệ % thông lượng xạ vũ trụ ghi nhận đầu dò HPGe 108 Bảng 4.6 So sánh tỉ số P/B phổ phông thực nghiệm phổ phông trừ thành phần xạ vũ trụ 111 111 cường độ đỉnh P (Peak) cường độ phơng B (Backgournd) vị trí đỉnh khảo sát Hình 4.20 trình bày phổ phơng phóng xạ mơi trường đo hệ phổ kế gamma HPGe đo ngày Ở đó, đường màu đen phổ phông môi trường; đường màu đỏ thành phần phông xạ vũ trụ gây hệ phổ kế HPGe; đường màu xanh thành phần phổ phông môi trường loại trừ cho thành phần phông xạ vũ trụ Bảng 4.6 So sánh tỉ số P/B phổ phông thực nghiệm phổ phông trừ thành phần xạ vũ trụ Tỉ số P/B Năng lượng (keV) 46,5 63,3 92,6 143,8 186,1 238,6 352,0 583,2 609,3 911,2 969,1 1001,0 1120,4 1460,8 1764,5 Đồng vị phát gamma 210 Pb 234 Th 234 Th 235 U 226 Ra 212 Pb 214 Pb 208 Tl 214 Bi 228 Ac 228 Ac 234m Pa 214 Bi 40 K 214 Bi Phổ phông thực nghiệm (a) 0,1 0,4 0,9 0,2 0,6 0,3 0,3 0,2 0,6 0,3 0,6 0,6 0,6 3,5 0,8 Phổ phông trừ thành phần xạ vũ trụ (b) 0,2 0,6 1,2 0,3 0,8 0,5 0,4 0,4 1,1 0,4 1,1 1,3 0,6 7,8 3,8 Tỉ lệ 𝒃 𝒂 1,7 1,4 1,3 1,4 1,5 1,5 1,6 1,6 1,9 1,3 1,8 2,1 1,1 2,3 4,6 Dựa vào phổ môi trường (phổ màu đen) phổ phông môi trường trừ thành phần phông xạ vũ trụ (phổ màu xanh), xác định tỉ số P/B cho đỉnh phổ lượng hai phổ trình bày Bảng 4.6 Kết 112 phân tích Bảng 4.6 cho thấy, phân tích cho đường màu đen (số liệu cột Bảng 4.6), đa số các đỉnh phổ phổ phơng mơi trường có tỉ số P/B đỉnh phổ nằm khoảng từ 0,1 (như đỉnh 46,5 keV) đến ~0,9 (như đỉnh 92,6 keV), đỉnh 1460,8 keV có P/B cao 3,5 Phân tích tỉ số P/B cho đỉnh phổ loại trừ thành phần phơng xạ vũ trụ (phân tích đường màu xanh), số liệu cột Bảng 4.6, tỉ số P/B cho đỉnh phổ tăng tùy thuộc vào lượng Để đánh giá loại trừ thành phần phông xạ vũ trụ, tỉ số P/B tăng lên từ 1,3 đến 2,3 lần, đỉnh 1764,5 keV tăng lên 4,6 lần Điều cho thấy phông xạ vũ trụ ảnh hưởng đáng kể phông liên tục phổ đo gamma môi trường 4.6 Kết luận Chương Trong Chương 4, dạng đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe xác định dựa vào so sánh số liệu thực nghiệm số liệu mô có phù hợp tốt với độ sai lệch vùng lượng MeV MeV 7% 2% Thành phần xạ vũ trụ phổ phông môi trường xác định với đóng góp 34% vùng lượng (0,05 – ) MeV; thành phần xạ vũ trụ (muon, neutron, …) đóng góp vào phổ phơng vũ trụ phân tích Kết phân tích cho thấy muon đóng góp vào phổ phơng chủ yếu với khoảng 86%, neutron đóng góp vào khoảng 10% tập trung vùng lượng thấp Hơn nữa, thành phần tương tác trực tiếp thứ cấp ghi nhận đầu dò HPGe cho xạ tới muon neutron phân tích Khả ghi nhận xạ vũ trụ theo cấu hình diện tích đầu dị nhấp nháy plastic đánh giá, để từ xác định diện tích plastic tác động lên tỉ lệ ghi nhận xạ vũ trụ đầu dị HPGe Kết tính tốn mơ cho cấu hình plastic 80x80 cm2 chiếm tỉ lệ so với phổ phông thực nghiệm 20% vùng lượng (0,05 – 2) MeV đánh giá phù hợp với tỉ lệ giảm phông thiết lập hệ triệt phông vũ trụ thực nghiệm Với kết xác định thành phần xạ vũ trụ có phổ phông đo thực nghiệm, đỉnh phổ phơng phóng xạ mơi trường đánh giá thơng 113 qua phân tích tỉ số đỉnh/phơng (P/B) cho hai trường hợp phổ phông đo thực nghiệm phổ phơng có loại trừ thành phần xạ vũ trụ Kết cho thấy tỉ số phân tích P/B cho đỉnh phổ loại trừ thành phần xạ vũ trụ tăng đáng kể từ 1,3 lần đến 2,3 lần Kết thiết lập thí nghiệm đối trùng triệt xạ vũ trụ cho hệ phổ kế HPGe cơng bố cơng trình [CTTG-6] kết phân tích thành phần xạ vũ trụ phổ phơng cơng bố cơng trình [CTTG-8] 114 KẾT LUẬN Việc nghiên cứu ảnh hưởng xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe với vùng lượng từ 0,05 MeV đến 50 MeV thực trình bày luận án Các phân tích đánh giá dạng đáp ứng phổ xạ vũ trụ đo so sánh với mô GEANT4, xác định thành phần xạ vũ trụ có phổ phơng đo hệ phổ kế HPGe, phân tích thành phần xạ vũ trụ ảnh hướng đến đỉnh phổ đồng vị phóng xạ có phổ phơng mơi trường tiến hành Các kết nghiên cứu luận án: Thiết lập thí nghiệm trùng phùng đo phổ đáp ứng xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe, thực thí nghiệm đo phổ phông hệ phổ kế gamma HPGe vùng lượng đo trải rộng từ 0,05 MeV đến 50 MeV Ở thí nghiệm trùng phùng, hai thí nghiệm đo phổ đáp ứng xạ vũ trụ thực với hai cấu hình diện tích đầu dò nhấp nháy plastic 80x40 cm2 80x80 cm2 Đối với hệ điện tử trùng phùng, hệ thống trùng phùng trigger sử dụng lập trình nhúng FPGA cho đầu dò nhấp nháy plastic đầu dò HPGe xây dựng Xây dựng mơ hình mơ GEANT4 nghiên cứu ảnh hưởng xạ vũ trụ lên hệ phổ kế gamma HPGe Việc bố trí thơng số vị trí, hình học đầu dị (HPGe, plastic) buồng chì dựa vào số liệu bố trí phần thí nghiệm tiến hành Việc xây dựng mô GEANT4 cho hệ phổ kế ghi nhận xạ vũ trụ bao gồm: (1) Xây dựng hình học/vật liệu cho đầu dị bán dẫn Germanium, đầu dị nhấp nháy plastic, buồng chì; (2) thiết lập trình tương tác vật lý hạt, (3) tạo hạt tới xạ vũ trụ từ phần mềm tạo xạ vũ trụ CRY Phân tích dạng đáp ứng phổ xạ vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe dựa vào so sánh số liệu thực nghiệm số liệu mô Kết phân tích cho vùng lượng thấp (dưới MeV) vùng lượng cao (lên đến 50 MeV), cho thấy có phù hợp tốt kết đo thực nghiệm mơ hình mơ 115 Đối với vùng lượng thấp (0,05 MeV đến MeV), vùng xạ thứ cấp xạ vũ trụ tương tác với buồng chì, có độ khác biệt số đếm ghi nhận nhỏ 7% Đối vùng lượng cao MeV, chủ yếu xạ vũ trụ tương tác trực tiếp với đầu dị HPGe, có độ lệch số đếm ghi nhận thực nghiệm mô nhỏ 2% Phân tích thành phần xạ vũ trụ phổ phơng mơi trường phân tích thành phần xạ vũ trụ (muon, neutron, …) đóng góp vào phổ phơng vũ trụ Kết phân tích cho thấy muon đóng góp vào phổ phơng chủ yếu với khoảng 86%, neutron đóng góp vào khoảng 10% tập trung vùng lượng thấp Hơn nữa, thành phần tương tác trực tiếp thứ cấp ghi nhận đầu dò HPGe cho xạ tới muon neutron phân tích Phân tích đánh giá khả ghi nhận xạ vũ trụ theo theo cấu hình diện tích đầu dị nhấp nháy plastic, để từ xác định góc tới xạ vũ trụ tác động lên tỉ lệ ghi nhận xạ vũ trụ đầu dò HPGe Với kết xác định thành phần xạ vũ trụ có phổ phơng đo thực nghiệm, việc đánh giá đỉnh phổ phơng phóng xạ mơi trường thơng qua phân tích tỉ số đỉnh/phơng (P/B) cho hai trường hợp phổ phông đo thực nghiệm phổ phơng có loại trừ thành phần xạ vũ trụ thực Kết cho thấy tỉ số phân tích P/B cho đỉnh phổ loại trừ thành phần xạ vũ trụ tăng đáng kể Những điểm luận án: Xây dựng thành công công cụ mô để đánh giá ảnh hưởng xạ vũ trụ lên phông hệ đo phổ gamma HPGe địa điểm xác định Xây dựng thành công hệ thống trigger trùng phùng/đối trùng phùng sử dụng công nghệ nhúng FPGA triển khai thực hệ phổ kế gamma HPGe nghiên cứu thành phần xạ vũ trụ Trên sở mô thực nghiệm luận án đưa kết luận có giá trị thành phần xạ vũ trụ tác động lên hệ phổ kế HPGe: Xác định thành phần xạ vũ trụ phổ phông thực nghiệm sử dụng liệu mô 116 thực nghiệm; phân tích tương quan lượng xạ vũ trụ tới phổ lượng cho muon neutron; phân tích việc ghi nhận xạ vũ trụ hàm diện tích Plastic bảo vệ, phân tích phổ phơng đỉnh phổ gamma tới MeV Bên cạnh luận án nghiên cứu phương thức giảm phông vũ trụ cho hệ phổ kế gamma HPGe để phục vụ cho phân tích mơi trường Ý nghĩa khoa học luận án: Dựa sở nghiên cứu xây dựng hệ đo phông vũ trụ kết hợp với mô phỏng, luận án khảo sát đánh giá ảnh hưởng thành phần phông vũ trụ lên hệ phổ kế HPGe thiết lập Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM Các kết nghiên cứu luận án đóng góp thơng tin liệu thành phần xạ vũ trụ lên hệ thống đo phổ gamma với đầu dò HPGe đề xuất công cụ giảm phông vũ trụ cho hệ đo phổ gamma HPGe Ý nghĩa thực tiễn luận án: Kết nghiên cứu luận án góp phần giảm phơng làm nâng cao chất lượng phân tích phổ gamma, đặc biệt phân tích mẫu mơi trường Bên cạnh kết khoa học, đóng góp mặt công nghệ ứng dụng, việc thực luận án cịn góp phần nâng cao lực nghiên cứu đào tạo lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu môi trường Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: Luận án thực nghiên cứu tác động ảnh hưởng xạ vũ trụ ảnh hưởng lên phông hệ phổ kế gamma HPGe, phân tích khả giảm phơng cho thành phần xạ vũ trụ Kiến nghị cho hướng nghiên cứu thực nghiên cứu giảm phông cho xạ vũ trụ thành phần khí Radon có buồng chì để đánh giá khả giảm phông cách hiệu 117 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ CTTG-1 Vo Hong Hai, Nguyen Quoc Hung, and Bui Tuan Khai (2015), “Development of gamma spectroscopy employing NaI(Tl) detector 3inch×3inch and readout electronic of flash-ADC/FPGA-based technology”, Kerntechnik, 80(2), pp.180-183 CTTG-2 Đoàn Thị Thanh Nhàn, Võ Hồng Hải, Nguyễn Quốc Hùng (2015), “Xây dựng hệ đo quan trắc phóng xạ mơi trường sử dụng đầu dò suất liều Inspector hệ điện tử FPGA”, Tạp chí phát triển KH&CN, ĐHQG TP.HCM, 18(4), tr 29-34 CTTG-3 Nguyen Quoc Hung, Vo Hong Hai, Masaharu Nomachi, Nguyen Trong Tin (2015), “Discrimination of cosmic-ray in scintillation region and light-guide for plastic scintillation detectors using 5GSPS readout system”, Nuclear Science and Technology, 5(3), pp 32-37 CTTG-4 Nguyen Quoc Hung, Vo Hong Hai, Tran Kim Tuyet, Ho Lai Tuan, Le Nguyen Anh Duy (2015), “Development of coincidence detection system for study the response of cosmic rays induced background on Germanium detector”, Proceedings, Advances in applied and engineering physics IV, Ha Noi, pp 422-425 CTTG-5 Nguyễn Quốc Hùng, Võ Hồng Hải, Trần Kim Tuyết, Hồ Lai Tuân (2015), “Phát triển khối delay/gate xử lý logic sử dụng thiết bị FPGA cho hệ đo xạ vũ trụ”, Kỷ yếu hội nghị tiến vật lý kỹ thuật ứng dụng lần IV, Hà Nội, tr 238-241 CTTG-6 Nguyen Quoc Hung, Vo Hong Hai, Tran Kim Tuyet, and Ho Lai Tuan (2016), “A low background gamma ray spectrometer with anticosmic shielding”, Communications in Physics, Vietnam Academy of Science and Technology, 26(1), pp 93-97 CTTG-7 Vo Hong Hai, Nguyen Quoc Hung, and Tran Kim Tuyet (2017), “Phát triển hệ thống trigger, DAQ cho hệ đo ghi nhận xạ hạt nhân sử dụng cơng nghệ nhúng FPGA”, Tạp chí phát triển KH&CN, ĐHQG TP.HCM, 20(4), tr 197-204 CTTG-8 Nguyen Quoc Hung, Vo Hong Hai, Masaharu Nomachi (2017), “Investigation of cosmic-ray induced background of Germanium gamma spectrometer using GEANT4 simulation”, Applied Radiation and Isotopes, 121, pp 87–90 CTTG-9 Ngô Vũ Thiên Quang, Võ Hồng Hải, Nguyễn Quốc Hùng, Phạm Nguyễn Thành Vinh (2017), “Phân tách thành phần xạ vũ trụ cho detector nhấp nháy kích thước lớn sử dụng thiết bị số hóa DRS-4 (2GSPS)”, Tạp chí khoa học tự nhiên công nghệ, Trường Đại học Sư phạm Tp.Hồ Chí Minh, 14(12), pp 28-37 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM Đinh Sỹ Hiền (2012), “Nghiên cứu thực nghiệm khả giảm phông hệ thống phổ kế gamma trùng phùng sử dụng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết”, Tạp chí phát triển Khoa học & Cơng nghệ, Đại học Quốc gia TP.HCM, 15(1), tr 15-26 Trương Thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh Trần Thiện Thanh (2007), “Mô Monte Carlo đường cong hiệu suất đỉnh đầu dò HPGe hệ phổ kế gamma môi trường sử dụng chương trình MCNP4C2”, Tạp chí phát triển Khoa học & Cơng nghệ, Đại học Quốc gia TP.HCM, 10(5), tr 3340 Trương Thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai Văn Nhơn (2008), “Khảo sát ảnh hưởng việc trừ phơng có khơng có che chắn mẫu hệ phổ kế gamma HPGe”, Tóm tắt báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM, tr 54 Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng phương pháp mô Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM Tiếng Anh S Agostinelli, J Allison, K Amako, J Apostolakis, H Araujo, et al (2003), “Geant4 – a simulation toolkit”, Nuclear Instruments and Methods A, 506, pp 250–303 J Allison (2013), Physics lists – Use cases, Geant4 Collaboration, UK , Accessed 27 Mar 2013 Allkofer, O.C., Karstensen, K., Dau, W.D (1971), “The absolute cosmic ray muon spectrum at sea level”, Physics Letters B, 36, pp 425-427 Altera Corporation (2008), Cyclone FPGA Family Data Sheet, Section I, USA 10 Altera Corporation (2017), Quartus II software, USA , Accessed Dec 2017 119 11 D Barker, W.-Z Wei, D.-M Mei, C Zhang (2013), “Ionization Efficiency Study for Low Energy Nuclear Recoils in Germanium”, Astroparticle Physics, 48, pp 8-15 12 K Bikit, D Mrdja, I Bikitn, M Veskovic (2014), “Investigation of cosmic-ray muon induced processes by the MIREDO facility”, Applied Radiation and Isotopes, 87, pp 77-80 13 R Breier, P.P Povinec, 2010, “Simulation of background characteristics of low-level gamma-ray, spectrometers using Monte Carlo method”, Applied Radiation and Isotopes, 68, pp 1231–1235 14 Canberra Industries (2000), Model PCA3 Multichannel Analyzer (User’s Manual), Packard BioScience Company, USA 15 Canberra Industries (2007), Model 3106D 0-6 kV H.V Power Supply, USA , Accessed 30 March, 2015 16 Canberra Industries (2010), Model 2026 Spectroscopy Amplifer, USA , Accessed 30 March, 2015 17 Canberra Industries (2013), Model 747 and 747E Lead Shield, USA , Accessed in December, 2015 18 Canberra Industries (2013), Standard Electrode Coaxial Ge Detectors (SEGe), USA , Accessed in 10 December, 2015 19 Pham Ngoc Diep, Pham Ngoc Dinh, Nguyen Hai Duong, Pham Thi Tuyet Nhung, Pierre Darriulat, Nguyen Thi Thao, Dang Quang Thieu, Vo Van Thuan (2004), “Measurement of the east–west asymmetry of the cosmic muon flux in Hanoi”, Nuclear Physics B, 678 (1–2), pp 3-15 20 Pham Ngoc Diep, Pham Ngoc Dinh, Pham Thi Tuyet Nhung, Pierre, D., Nguyen Thi Thao, Dang Quang Thieu, Vo Van Thuan (2005), “Atmospheric muons in Hanoi”, Communications in Physics, Vietnam Academy of Science and Technology, 15(1), pp 55-61 120 21 Pham Ngoc Dinh, Nguyen Tien Dung, Bui Duc Hieu, Nguyen Phuc, Pham Trung Phuong, Pierre Darriulat, Dang Quang Thieu, Vo Van Thuan (2002), “Measurement of the vertical cosmic muon flux in a region of large rigidity cutoff”, Nuclear Physics B, 627(1–2), pp 29-42 22 Pham Ngoc Dinh, Nguyen Tien Dung, Bui Duc Hieu, Nguyen Phuc, Pham Trung Phuong, Pierre Darriulat, Dang Quang Thieu, Vo Van Thuan (2003), “Cosmic ray research in Hanoi: The Auger experiment and measurements made at home”, Nuclear Physics A, 722, pp C439-C443 23 Pham Ngoc Dinh, Nguyen Tien Dung, Bui Duc Hieu, Pham Trung Phuong, Pierre Darriulat, Nguyen Thi Thao, Dang Quang Thieu, Vo Van Thuan (2003), “Measurement of the zenith angle distribution of the cosmic muon flux in Hanoi”, Nuclear Physics B, 661(1–2), pp 3-16 24 Dow Corning Corporation (2014), Sylgard® 184 Silicone Elastomer , Accessed May 2015 25 T.K Gaisser (1990), Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University Press, Cambridge 26 John C.Gosse and Fred M.Phillips (2001), “Terrestrial in situ cosmogenic nuclides: Theory and application”, Quaternary Science Reviews, 20(14), p.p 1475-1560 27 P.K.F Grieder (2001), Cosmic Rays at Earth (Researcher’s Reference Manual and Data Book), Elsevier Science 28 D E Groom, N V Mokhov, and S Striganov (2001), Muon Stopping Power and Range, Atomic Data and Nuclear Data Tables, LBNL-44742, 76(2) 29 Hagmann C.A., Lange D.J.,Wright D.M (2007), Monte Carlo simulation of protoninduced cosmic ray cascades in the atmosphere ReportUCRL-TR-229452, Lawrence Liver more National Laboratory Accessed 10 September 2012 30 Chris Hagmann, David Lange, Jerome Verbeke, Doug Wright (2012), Cosmic-ray Shower Library (CRY), Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-TM229453 121 31 Vo Hong Hai (2008), Energy Resolution of Plastic Scintillation Detector for Neutrinoless Double Beta Decay Experiments, Dissertation in Physics, Graduate school of Science, Osaka University 32 V.H.Hai, N.Q.Dao, M.Nomachi (2012), “Cosmic ray angular distribution employing plastic scintillation detectors and Flash-ADC/FPGA-based readout systems”, Kerntechnik, 77(6), pp 462-464 33 Vo Hong Hai, Nguyen Quoc Hung, Ho Lai Tuan, Masaharu Nomachi, Tran Kim Tuyet (2015), Detection response of 3inch x 3inch NaI(Tl) detector to natural background radiation and cosmic rays at ground level in energy region of 0.2MeV – 80MeV, The 11th National Conference on nuclear science and technology, Da Nang, Vietnam 34 D.K Haines, T.M Semkow, A.J Khan, T.J Hoffman, S.T Meyer, S.E Beach (2011), “Muon and neutron-induced background in gamma-ray spectrometry”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 652, pp 326-329 35 Hamamatsu Photonic K.K (2016), Photomultiplier tube R329-02, Hamamatsu Corporation, Japan , Accessed Dec 2016 36 Gerd Heusser (1986), “The background components of germanium low-level spectrometers”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 17(5–6), pp 418-422 37 G Heusser (1993), “Cosmic ray-induced background in Ge-spectrometry”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 83, pp 223-228 38 G Heusser (1995), “Low-radioactivity background techniques”, Annual Review of Nuclear and Particle Science, 45, pp 543-590 39 G Heusser (1996), “Cosmic ray interaction study with low-level Ge-spectrometry”, Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A, 369, pp 539-543 40 Dinh Sy Hien (1996), “Development of nuclear spectroscopy systems using high resolution semiconductor detector”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 373(3), p.p 406-410 122 41 Dinh Sy Hien (2001), “Development of a fast 12-bit ADC for a nuclear spectroscopy system”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 457(1–2), p.p 356-360 42 S Hurtado, M Garcı´a-Leo´n, R Garcı´a-Tenorio (2006), “Optimized background reduction in low-level gamma-ray spectrometry at a surface laboratory”, Applied Radiation and Isotope, 64, pp 1006–1012 43 N.Q Huy, T.V Luyen (2004), “A method to determine 238U activity in environmental soil samples by using 63.3-keV-photopeak-gamma HPGe spectrometer”, Applied Radiation and Isotopes, 61(6), pp 1419-1424 44 N.Q Huy, D.Q Binh, V.X An (2007), “Study on the increase of inactive germanium layer in a high-purity germanium detector after a long time operation applying MCNP code”, Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A, 573(3), pp 384–388 45 Ngo Quang Huy, Do Quang Binh, Vo Xuan An, Truong Thi Hong Loan, Nguyen Thanh Can (2013), “Self absorption correction in determining the U-238 activity of soil samples via 63.3 keV gamma ray using MCNP5 code”, Applied Radiation and Isotopes, 71(1), pp 11-20 46 Joković, D.R., Dragić, A., Udovičić, V., Banjanac, R., Puzović, J., Aničin, I., (2009) “Monte Carlo simulations of the response of a plastic scintillator and an HPGe spectrometer in coincidence”, Applied Radiation and Isotopes, 67, pp 719–722 47 Jong In Byun, Yun Ho Choi, Seung Im Kwak et (2003), “An anticoincidence-shielded gamma-ray spectrometer for analysis of low level environmental radionuclides”, Applied Radiation and Isotopes, 58, pp 579-583 48 Glenn F Knoll (2000), Radiation Detection and Measurement 3rd, John Wiley and Son Press, USA 49 Loan T.T.H., Phuong D.N., Khanh T.A., Nhon, M.V (2007), “Monte – Carlo simulation of HPGe detector response function with using MCNP code”, Communications in Physics, Vietnam Academy of Science and Technology, 17(1), pp 59-64 123 50 Truong Thi Hong Loan, Tran Thien Thanh, Mai Van Nhon, Le Van Ngoc, Dang Nguyen Phuong, Tran Ai Khanh (2007), “Gamma spectrum simulation and coincidence summing factor calculation for point sources with using MCNP code”, Communications in Physics, Vietnam Academy of Science and Technology, 17(2), pp 110-116 51 Trương Thị Hồng Loan, Dang Nguyen Phuong, Do Pham Huu Phong, Tran Ai Khanh (2009), “Investigate the effect of matrices and densities on the efficiency of HPGe gamma spectroscopy using MCNP code”, Communications in Physics, Vietnam Academy of Science and Technology, 19(1), pp 45-52 52 H.L Malm and M.M.Watt, I Bostock, J.L Campbell, P Jagam, J.J Simpson (1984), “Background reduction in Germanium spectrometers: Material selection geometry, and shielding”, Nuclear instruments and methods in physics research, 223(2-3), pp 420-425 53 Matsusada Precision (2017), Ultra compact low noise high voltage power supply for photomultiplier – C series, Japan , Accessed 15 Sep 2017 54 K.A Olive et al (Particle Data Group) (2014), “Summary tables of particle properties”, Chinese Physics C, 38, 090001 , Accessed 15 May 2015 55 Ortec (2015), 2k or 8k Channel MultiChannel Analyzer, USA , Accessed 10 May 2015 56 M.P De Pascale et al (1993), “Absolute spectrum and charge ratio of cosmic ray muons in the energy region from 0.2 GeV to 100 GeV at 600 m above sea level”, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 98(A3), pp 3501–3507 57 C Patrignani et al (Particle Data Group) (2016), “Cosmic rays”, Chinese Physics C, 40, 100001 , Accessed 15 Dec 2016 124 58 C Patrignani et al (Particle Data Group) (2016), “Monte Carlo particle numbering scheme”, Chinese Physics C, 40, 100001 , Accessed 15 Dec 2016 59 Particle data group (2016), Atomic and Nuclear Properties of Materials for more than 300 materials (Atomic and nuclear properties of germanium (Ge), Muons in germanium (Ge)) , Accessed 10 Nov 2016 60 M.G Pia (2002), Geant4 through an application example, INFN-LNS Laboratory, INFN Genova, Italy , Accessed June 2015 61 M.G Pia (2006), Physics Lists in Geant4 in Geant4 Advanced Examples, Geant4 Space User Workshop, Pasadena, USA , Accessed June 2015 62 Pavel P Povinec (2007), Analysis of Environmental Radionuclides, Radioactivity in the Environment, Volume 11, Elsevier 63 T.M Semkow, P.P Parekh, C.D Schwenker (2002), “Low-background gamma spectrometry for environmental radioactivity”, Applied Radiation and Isotopes, 57(2), pp 213-223 64 M.L Smith, L Bignell, D Alexiev, L Mo, J Harrison (2008), “Evaluation of lead shielding for a gamma-spectroscopy system”, Applied Radiation and Isotopes, 589 (2), 275–279 65 Jaroslav Solc, Petr Kovar, Pavel Dryak (2014), “MCNPX simulation of influence of cosmic rays on low-activity spectrometric measurements”, Radiation Physics and Chemistry, 95, 181–184 66 Stefan Ritt F, Roberto Dinapoli, Ueli Hartmann (2009), Application of the DRS Chip for Fast Waveform Digitizing, Paul Scherrer Institut, CH-5232 Villigen, Switzerland 125 67 Tran Thien Thanh, Chau Van Tao, Hoang Duc Tam, Vo Thi Hong Yen (2011), “Study the effect of natural background for gamma spectrometer system”, Science & Technology Development, ĐHQG TP.HCM, 14(5), pp 16-23 68 T T Thanh, C V Tao, T T H Loan, M V Nhon, H D Chuong, and B H Au (2012), “A detailed investigation of interactions within the shielding to HPGe detector response using MCNP code” Kerntechnik, 77(6), pp 458-461 69 Thien Thanh Tran, Laurent Ferreux, Marie-Christine Lépy, Chau Van Tao, Sylvie Pierre (2013), “Characterization of a cosmic suppression spectrometer”, Applied Radiation and Isotopes, 81, pp 114-118 70 P Vojtyla (1995), “A computer simulation of the cosmic-muon background induction in a Ge γ-spectrometer using GEANT”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 100(1), pp 87-96 71 Pavol Vojtyla (1996), “Influence of shield parameters on cosmic-muon induced backgrounds of Ge γ-spectrometers”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 111(1–2), pp 163-170 72 P Vojtyla, P.P Povinec (2000), A Monte Carlo simulation of background characteristics of low-level HPGe detectors, Applied Radiation and Isotopes, 53 (1-2), p.p 185-190 ... với nghiên cứu phổ đáp ứng gamma hệ phổ kế HPGe phương pháp mô Monte Carlo sở để thực nghiên cứu ảnh hưởng xạ vũ trụ hệ phổ kế HPGe 1.3 Các phương pháp giảm phông vũ trụ cho hệ phổ kế gamma HPGe. .. nghiệm đo phổ phông phổ phông vũ trụ hệ phổ kế gamma HPGe sử dụng kỹ thuật trùng phùng (2) Xây dựng mơ hình mơ hệ phổ kế gamma HPGe sử dụng phần mềm GEANT4 để nghiên cứu ảnh hưởng xạ vũ trụ lên đầu... xạ vũ trụ lên đầu dị HPGe sử dụng mơ Monte Carlo [13, 46, 49, 65, 70, 71] Mục tiêu luận án nghiên cứu ảnh hưởng xạ vũ trụ lên hệ phổ kế gamma HPGe Phương pháp nghiên cứu sử dụng thực nghiệm kết