Khóa luận Khảo sát các tham số suy giảm của chùm tia gamma theo năng lượng đối với một số loại vật liệu

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ GAMMA VỚI VẬT CHẤT 1.1.Hiệu ứng quang điện 1.2.Tán xạ Compton 1.3.Hiệu ứng tạo cặp CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 2.1.Phương pháp Monte Carlo 2.2.Giới thiệu chương trình MCNP 10 2.3.Định nghĩa hình học 11 2.3.1.Định nghĩa mặt (surface card) 11 2.3.2.Định nghĩa ô mạng (cell card) 12 2.3.3.Mn Card 13 2.3.4.Chuyển trục tọa độ 13 2.4.Nguồn tổng quát 14 2.5.Định nghĩa tally F8 15 CHƯƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG MONTE CARLO VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ SUY GIẢM 18 3.1.Cơ sở lý thuyết 18 3.1.1.Hệ số suy giảm 18 3.1.2.Nguyên tử số hiệu dụng 20 iii 3.1.3.Mật độ electron hiệu dụng 21 3.2.Mô hình mơ Monte Carlo 21 3.2.1.Nguồn phóng xạ 21 3.2.2.Vật liệu 23 3.2.3.Đầu dò 25 3.2.4.Mơ hình mơ 26 3.2.5.Kỹ thuật xử lý phổ cải tiến 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 4.1.Kết thu từ mô 29 4.1.1.Hệ số suy giảm khối 30 4.1.2.Nguyên tử số hiệu dụng 36 4.1.3.Mật độ electron hiệu dụng 41 4.2.Khảo sát dạng hàm mô tả phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng 45 Kết luận 52 Kiến nghị hướng phát triển 53 Tài liệu tham khảo 54 PHỤ LỤC 57 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh NDT Kiểm tra không phá mẫu Non Destructive Testing MCNP Chương trình mơ Monte Carlo Monte Carlo N - Particle RD Độ lệch tương đối Relative Deviation Zeff Nguyên tử số hiệu dụng Effective atomic number Neff Mật độ electron hiệu dụng Effective electron density v DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình hiệu ứng quang điện Hình 1.2 Mơ hình tán xạ Compton Hình 1.3 Mơ hình hiệu ứng tạo cặp Hình 3.1 Các thơng số kích thước nguồn gamma chuẩn 22 Hình 3.2 Mơ tả khối chì chứa nguồn ống chuẩn trực phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân trường Đại học Sư Phạm Tp HCM 22 Hình 3.3 Khối nguồn mơ chương trình MCNP5 23 Hình 3.4 Các thơng số kích thước loại vật liệu đầu dị NaI(Tl) dùng mơ 25 Hình 3.5 Hình ảnh thực tế đầu dị NaI (Tl) phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân trường Đại học Sư Phạm Tp HCM 25 Hình 3.6 Bố trí thí nghiệm xác định đặc trưng suy giảm chùm tia gamma qua vật liệu 26 Hình 3.7 Mơ bố trí thí nghiệm khơng gian chiều (trái) không gian chiều (phải) chương trình MCNP5 27 Hình 3.8 Phổ nguồn 51Cr sau xử lý Colegram 28 Hình 3.9 Phổ nguồn 60Co sau xử lý Colegram 28 Hình 4.1 So sánh giá trị Zeff thu từ mơ với giá trị Zeff tính tốn từ NIST 40 Hình 4.2 So sánh giá trị Zeff thu từ mô với giá trị Zeff từ thực nghiệm 40 Hình 4.3 So sánh giá trị Neff thu từ mô với giá trị Neff tính tốn từ NIST 44 Hình 4.4 So sánh giá trị Neff thu từ mô với giá trị Neff từ thực nghiệm 44 Hình 4.5 Làm khớp hàm mô tả phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng cho loại vật liệu 48 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Một số mặt thường dùng MCNP5 12 Bảng 2.2 Một số biến nguồn thông dụng 15 Bảng 3.1 Thành phần hàm lượng nguyên tố cấu thành vật liệu cần đo 24 Bảng 4.1 Giá trị hệ số suy giảm khối (μm) từ mô tương ứng với mức lượng vật liệu khác 30 Bảng 4.2 Giá trị hệ số suy giảm khối (μm) từ NIST tương ứng với mức lượng vật liệu khác 32 Bảng 4.3 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối (μm) theo mô theo NIST 33 Bảng 4.4 Giá trị hệ số suy giảm khối (μm) từ thực nghiệm tương ứng với mức lượng vật liệu khác 34 Bảng 4.5 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối (μm) theo mô theo thực nghiệm 35 Bảng 4.6 Giá trị nguyên tử số hiệu dụng (Zeff) từ mô loại vật liệu ứng với mức lượng khác 37 Bảng 4.7 Giá trị nguyên tử số hiệu dụng (Zeff) từ NIST loại vật liệu ứng với mức lượng khác 38 Bảng 4.8 Giá trị nguyên tử số hiệu dụng (Zeff) từ thực nghiệm cơng trình nghiên cứu liên quan 39 Bảng 4.9 Giá trị mật độ electron hiệu dụng (Neff) từ mô loại vật liệu ứng với mức lượng khác 41 Bảng 4.10 Giá trị mật độ electron hiệu dụng (Neff) từ NIST loại vật liệu ứng với mức lượng khác 42 Bảng 4.11 Giá trị mật độ electron hiệu dụng (Neff) từ thực nghiệm cơng trình nghiên cứu liên quan 43 Bảng 4.12 Giá trị tham số hệ số tương quan R2 hàm làm khớp tương ứng với loại vật liệu 46 Bảng 4.13 Giá trị hệ số suy giảm khối (μm) nội suy từ hàm làm khớp 49 vii Bảng 4.14 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối (μm) từ nội suy từ mô 50 Bảng 4.15 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối (μm) từ nội suy từ NIST viii MỞ ĐẦU Kỹ thuật kiểm tra không phá hủy NDT kỹ thuật hạt nhân ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp, gồm nhiều phương pháp như: phương pháp siêu âm, phương pháp chụp ảnh phóng xạ, phương pháp thẩm thấu lỏng, phương pháp dịng điện xốy,… phương pháp có ưu nhược điểm riêng Bên cạnh, phương pháp kỹ thuật NDT cịn có hai phương pháp nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm từ trước tới phương pháp gamma tán xạ phương pháp gamma truyền qua có tính ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp, y học,….Mặc dù hai phương pháp nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm, so với phương pháp gamma tán xạ phương pháp gamma truyền qua có nhiều ưu điểm dễ thực đơn giản mặt lý thuyết Trong năm gần đây, có nhiều nghiên cứu áp dụng phương pháp gamma truyền qua để xác định tham số tương tác photon với vật chất như: hệ số suy giảm tuyến tính, nguyên tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff [2, 4, 5, 6, 9, 10] nhằm đánh giá khả che chắn vật liệu, đồng thời tìm kiếm vật liệu che chắn Ngoài phương pháp gamma truyền qua cịn ứng dụng khảo sát đóng cặn đường ống, thăm dò mực chất lỏng, xác định bề dày vật liệu, xác định kích thước định vị vị trí cốt thép bê tơng…Với nhiều ứng dụng sử dụng nhiều nghiên cứu [6, 8, 9] chứng tỏ phương pháp gamma truyền qua phương pháp đáng tin cậy Công nghệ hạt nhân ngày ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực đời sống Do số lượng nguồn xạ sử dụng ngày tăng khả tiếp xúc với xạ ngày cao, tính chất xạ gây tổn thương thể sống, nên việc dùng vật liệu che chắn xạ thích hợp cần thiết Ngồi vật liệu đơn chất như: đồng, chì, nhơm,… nhà nghiên cứu hướng tới sử dụng loại vật liệu hợp chất hay hỗn hợp dùng làm vật liệu che chắn với nhiều ưu điểm vượt trội tính bền, nhẹ, linh động dễ dàng di chuyển định hình, hiệu mặt chi phí, khả chống chịu với hóa chất độc hại điều kiện bất lợi môi trường, thân thiện với môi trường,… Trong nghiên cứu gần [7, 8, 10] loại vật liệu tiềm dùng che chắn xạ gồm: nhựa [10], thủy tinh [8], xi măng [7] Nhựa thủy tinh loại vật liệu sử dụng phổ biến đời sống ngày, thay sản phẩm làm từ gỗ, bê tơng,…bởi tính chất bền, nhẹ nhiều màu sắc dễ dàng di chuyển định hình, hiệu mặt chi phí, khả chống chịu với hóa chất độc hại điều kiện bất lợi môi trường, thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, chúng hợp chất cao phân tử đánh giá vật liệu tiềm dùng che chắn xạ Trước vào năm 2016, Majunatha cộng [10] tiến hành thực nghiệm xác định hệ số suy giảm khối µm, nguyên tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff hai loại nhựa Kapton PMMA, hai loại nhựa chịu nhiệt ứng dụng nhiều ngành hàng khơng vũ tụ Sau năm, vào năm 2017 Issa nhóm nghiên cứu [8] tiến hành đánh giá khả che chắn loại thủy tinh borate-tellurite-silicate, loại vật liệu sử dụng phổ biến xây dựng Mục đích nghiên cứu đề tài: Hiện hầu hết loại vật liệu dùng che chắn vật liệu đơn chất như: đồng, chì, nhơm,…Do việc xác định nguyên tử số vật liệu đơn chất đơn giản như: nguyên tử số Z vật liệu điện tích hay số thứ tự ngun tố bảng tuần hồn Tuy nhiên, loại vật liệu hợp chất hay hỗn hợp việc xác định nguyên tử số phức tạp, nguyên tử số loại vật liệu gọi nguyên tử số hiệu dụng Zeff Ngoài ra, suy giảm xạ gamma phụ thuộc vào mật độ electron, chúng tơi tiến hành xác định thông số khác gọi mật độ electron hiệu dụng Neff Trong nghiên cứu này, tiến hành xác định ba tham số hệ số suy giảm khối µm, ngun tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff cho loại vật liệu hợp chất hỗn hợp như: nhựa, thủy tinh, xi măng phương pháp Monte Carlo thông qua phần mềm mô MCNP5 Luận văn dựa thơng số hệ số suy giảm khối µm xác định phương pháp Monte Carlo kỹ thuật xử lý phổ cải tiến, sau dùng thơng số để xác định hai thơng số cịn lại ngun tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff Đồng thời từ kết hệ số suy giảm khối µm thu tiến hành khớp hàm nhằm đưa dạng hàm phù hợp để mô tả quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối theo lượng làm sở tiền đề cho nghiên cứu sau Để đánh giá độ tin cậy tính hiệu phương pháp Monte Carlo, chúng tơi tiến hành mơ tồn q trình thực nghiệm chương trình mơ MCNP5 Đây phần mềm mơ q trình tương tác hạt nhân nhiều nhà nghiên cứu tin cậy sử dụng [7,13] Nhằm tiến đến việc sử dụng phương pháp mô để thay cho trình thực nghiệm số trường hợp dùng để dự đoán kết trình thực nghiệm nhằm tiết kiệm thời gian chi phí Kết mơ phổ gamma truyền qua mức lượng khác nhau: 122 keV, 145 keV, 279 keV, 320 keV, 391 keV, 511 keV, 662 keV, 835 keV, 1115 keV, 1173 keV, 1274 keV, 1332 keV, 1408 keV, 1836 keV ứng với nguồn 57Co, 54 Mn, 65Zn, 60Co, 22Na, 60Co, 152 141 Ce, 203 Hg, 51Cr, 120 Sn, 22Na, 137 Cs, Eu, 88Y cho loại thủy tinh, nhựa xi măng Sau áp dụng kỹ thuật xử lý phổ cải tiến lấy diện tích đỉnh hấp thụ lượng tồn phần, từ tính tốn hệ số suy giảm khối µm Đây thông số quan trọng giúp xác định hai thơng số cịn lại ngun tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff Để đánh giá độ xác kết thu chúng tơi tiến hành tính tốn độ lệch tương đối RD (%) kết mơ với giá trị tính toán từ sở liệu NIST [15] kết thực nghiệm từ nghiên cứu liên quan [7, 8, 10] Ý nghĩa khoa học: Với đề tài “Khảo sát tham số suy giảm chùm tia gamma theo lượng số loại vật liệu” giúp mở rộng phương pháp xác định hai thông số nguyên tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff, cho thấy ngồi tính tốn lý thuyết tiến hành thực nghiệm, cịn dùng phương pháp mô Monte Carlo để xác định tham số suy giảm cần thiết Đồng thời nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng kỹ thuật xử lý phổ cải tiến áp dụng cho phổ gamma truyền qua nhằm mang đến độ xác cao cho kết Ngoài nghiên cứu tiến hành xây dựng dạng hàm mô tả quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối theo lượng số loại vật liệu làm sở quan trọng cho nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn: Trong cơng trình nghiên cứu trước hai thông số suy giảm: nguyên tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff chủ yếu xác định dựa tính tốn lý thuyết Ngồi ra, nhà nghiên cứu cịn xác định giá trị tham số thông qua tiến hành thực nghiệm với phương pháp gamma truyền qua Nghiên cứu luận văn này, tiến hành xác định giá trị hai thông số suy giảm phương pháp gamma truyền qua thực nghiệm mà phương pháp mô phỏng, giúp mở rộng thêm phương pháp xác định giá trị hai thông số Việc sử dụng thành công phương pháp mô Monte Carlo giúp tiết kiệm thời gian, chi phí áp dụng để dự đốn kết trình thực nghiệm Đồng thời luận văn chúng tơi cịn tiến hành khảo sát dạng hàm biểu diễn quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối μm theo lượng cho số loại vật liệu, làm sở cho nghiên cứu khác nội suy giá trị hệ số suy giảm khối μm mức lượng từ dạng hàm trên, giúp tiết kiệm thời gian chi phí nghiên cứu Nội dung luận văn bao gồm dnh mục, phụ lục bốn chương trình bày nội dung sau: Chương Tổng quan tương tác xạ gamma với vật chất Chương trình bày tương tác xạ gamma với vật chất, hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton hiệu ứng tạo cặp Chương Phương pháp Monte Carlo Chương trình bày đặc điểm chương trình MCNP phương pháp Monte Carlo mô tương tác photon với vật chất chương trình MCNP Chương Mơ hình mơ Monte Carlo việc tính tốn thơng số che chắn Trong chương này, chúng tơi trình bày sở lí thuyết để xác định nguyên tử số hiệu dụng mật độ electron hiệu dụng, thông tin cần thiết cho việc mô Chương Kết thảo luận Trong chương này, trước hết chúng tơi trình bày kết đạt từ việc mô phỏng, so sánh với sở liệu NIST so với kết thực nghiệm nhóm nghiên cứu trước [7, 8, 10] thơng qua độ lệch tương đối RD (%) Sau đó, chúng tơi trình bày tham số hệ số tương quan R2 dạng hàm khớp được, giá trị nội suy hệ số suy giảm khối μm từ hàm khớp đánh giá độ lệch RD (%) so với NIST Bảng 4.11 Giá trị mật độ electron hiệu dụng Neff từ thực nghiệm cơng trình nghiên cứu liên quan [7, 8, 10] Mật độ electron hiệu dụng Neff từ thực nghiệm (x1023 electron/g) (i) Thủy tinh Borate STT Xi măng Portland xBi2O3-(80-x)B2O3-5TeO2-15SiO3 E (keV) x = 50 x = 55 x = 60 x = 65 x = 70 x = 75 Kapton PMMA 122(57Co) - - - - - - - 3,267 3,446 145(141Ce) - - - - - - - 3,263 3,411 279(203Hg) - - - - - - - 3,235 3,377 320(51Cr) - - - - - - - 3,226 3,361 391(120Sn) - - - - - - - 3,207 3,377 511(22Na) - - - - - - - 3,235 3,369 662(137Cs) 2,693 2,684 2,669 2,647 2,648 2,630 - 3,220 3,389 835(54Mn) - - - - - - - - - 1115(65Zn) - - - - - - - - - 10 1173(60Co) 2,626 2,617 2,608 2,608 2,600 2,591 - 3,208 3,389 11 1274(22Na) - - - - - - - 3,203 3,337 12 1332(60Co) 2,693 2,676 2,654 2,633 2,616 2,596 - 3,222 3,354 13 1408(152Eu) - - - - - - - - - 14 1836(88Y) - - - - - - - - - Tương tự tiến hành đánh giá độ tin cậy giá trị mật độ electron hiệu dụng thu từ mô dựa vào tỉ số giá trị Neff thu từ mô từ NIST hay tỉ số giá trị Neff thu từ mô từ thực nghiệm 43 So sánh giá trị Neff từ mô từ NIST 1.150 1.100 1.050 1.000 0.950 0.900 0.850 500 1000 1500 Thủy tinh borate x=50 Thủy tinh borate x=55 Thủy tinh borate x=60 Thủy tinh borate x=65 Thủy tinh borate x=70 Thủy tinh borate x=75 Xi măng Portland Kapton PMMA 2000 Hình 4.3 So sánh giá trị Neff thu từ mô với gi trị Neff tính tốn từ NIST So sánh giá trị Neff từ mô từ thực nghiệm 1.150 1.100 1.050 1.000 0.950 0.900 0.850 500 1000 1500 Thủy tinh borate x=50 Thủy tinh borate x=55 Thủy tinh borate x=60 Thủy tinh borate x=65 Thủy tinh borate x=70 Thủy tinh borate x=75 Xi măng Portland Kapton PMMA 2000 Hình 4.4 So sánh giá trị Neff thu từ mơ với giá trị Neff tính tốn từ thực nghiệm Từ hình 4.3 4.4 thấy tỉ số giá trị Neff thu từ mô từ NIST hay Neff thu từ mô từ thực nghiệm cho loại vật liệu khác mức lượng khác tiến 1, điều chứng tỏ giá trị thu từ mô đáng tin cậy 44 4.2 Khảo sát dạng hàm mô tả phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng Xét vùng lượng, có số mức lượng mức phát thứ cấp đồng vị, mức phát có hiệu suất khơng đáng kể nguồn gamma đa năng, chí có mức lượng không rơi vào mức phát nguồn Do việc xác định hệ số suy giảm khối μm cho mức lượng gặp khó khăn, để khắc phục khó khăn tiến hành khảo sát phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng cách tiến hành làm khớp giá trị hệ số suy giảm khối μm theo lượng phần mềm Origin, nhằm tìm dạng hàm phù hợp để mô tả mối tương quan Sau có dạng hàm phù hợp, ta xác định hệ số suy giảm khối μm mức lượng cách thay lượng tương ứng vào dạng hàm vừa khớp Trong nghiên cứu này, dạng hàm mà lựa chọn để tiến hành làm khớp hàm: Hay y=a− b (1 + cx)1/d μm (E) = a − b (1 + c.E)1/d (4.1) (4.2) hàm HyperbolaGen dạng hàm tổng quát hàm hyperbol Giá trị tham số a, b, c, d hệ số tương quan R2 hàm làm khớp trình bày chi tiết bảng 4.6 45 Bảng 4.12 Giá trị tham số hệ số tương quan R2 hàm làm khớp tương ứng với loại vật liệu STT a (cm2/g) Vật liệu b (cm2/g) c (keV-1) d R2 x = 50 0,0546 -364876,5534 1,3548 0,4133 0,99967 x = 55 0,0560 -255615,2506 1,0089 0,4041 0,99981 Thủy tinh Borate x = 60 0,0545 -331486,4829 1,1117 0,4061 0,99976 xBi2O3-(80-x)B2O35TeO2-15SiO3 x = 65 0,0544 -298306,2113 0,9995 0,4034 0,99980 x = 70 0,0544 -310212,9612 0,9556 0,4007 0,99982 x = 75 0,0542 -314257,1137 0,9147 0,3989 0,99985 Xi măng Portland 0,0045 -3,9610 6,6161 2,0840 0,99818 Kapton -0,0207 -0,2308 0,0106 2,4806 PMMA -0,0218 -0,2430 0,0106 2,4804 Chúng tiến hành làm khớp hàm dựa giá trị hệ số suy giảm khối μm từ NIST nhằm tìm quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối μm theo lượng Hình ảnh khớp hàm cho vật liệu khác trình bày chi tiết hình 4.1 46 Thủy tinh borate x = 50 Thủy tinh borate x = 55 Thủy tinh borate x = 60 Thủy tinh borate x = 65 Thủy tinh borate x = 70 Thủy tinh borate x = 75 47 Xi măng Portland PMMA Kapton Hình 4.5 Làm khớp hàm mô tả phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng cho loại vật liệu Từ kết thu sau tiến hành làm khớp hàm bảng 4.12, nhận thấy giá trị hệ số tương quan R2 vật liệu khác xấp xỉ Điều chứng tỏ hàm mà lựa chọn làm khớp đáp ứng tốt với quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối μm theo lượng Để chắn dạng hàm chọn phù hợp tiến hành nội suy lại giá trị hệ số suy giảm khối μm cách thay tham số a, b, c, d tương ứng vật liệu khác vào dạng hàm (4.2), sau thay 48 mức lượng khác vào vị trí E xác định lại hệ số suy giảm khối μm ứng với mức lượng loại vật liệu, kết nội suy so sánh với kết mơ tính tốn lý thuyết từ NIST thông qua độ lệch tương đối RD (%) Giá trị hệ số suy giảm khối μm từ nội suy trình bày chi tiết bảng 4.13 Bảng 4.13 Giá trị hệ số suy giảm khối μm nội suy từ hàm khớp Hệ số suy giảm khối μm (cm2/g) từ nội suy (k) Thủy tinh Borate STT Xi măng Kapton PMMA Portland xBi2O3-(80-x)B2O3-5TeO2-15SiO3 E (keV) x = 50 x = 55 x = 60 x = 65 x = 70 x = 75 122(57Co) 1,597 1,742 1,883 2,026 2,170 2,313 0,164 0,144 0,152 145(141Ce) 1,072 1,159 1,253 1,343 1,434 1,525 0,151 0,138 0,145 279(203Hg) 0,265 0,276 0,295 0,311 0,326 0,342 0,112 0,112 0,118 320(51Cr) 0,205 0,213 0,227 0,237 0,248 0,258 0,105 0,106 0,112 391(120Sn) 0,148 0,152 0,160 0,166 0,172 0,178 0,096 0,099 0,104 511(22Na) 0,103 0,105 0,109 0,112 0,115 0,118 0,085 0,088 0,093 662(137Cs) 0,081 0,082 0,083 0,085 0,086 0,087 0,075 0,079 0,083 835(54Mn) 0,069 0,071 0,071 0,071 0,072 0,073 0,068 0,071 0,075 1115(65Zn) 0,062 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,060 0,062 0,065 10 1173(60Co) 0,061 0,062 0,062 0,062 0,062 0,062 0,058 0,060 0,063 11 1274(22Na) 0,060 0,061 0,060 0,060 0,061 0,061 0,056 0,058 0,061 12 1332(60Co) 0,059 0,061 0,060 0,060 0,060 0,060 0,055 0,057 0,059 13 1408(152Eu) 0,059 0,060 0,059 0,059 0,059 0,059 0,054 0,055 0,058 14 1836(88Y) 0,057 0,058 0,057 0,057 0,057 0,057 0,048 0,048 0,050 49 Bảng 4.14 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối μm từ nội suy từ mơ RD(%) = |k − a| ×100 a Thủy tinh Borate STT Xi măng Kapton PMMA Portland xBi2O3-(80-x)B2O3-5TeO2-15SiO3 E (keV) x = 50 x = 55 x = 60 x = 65 x = 70 x = 75 122(57Co) 1,73 1,52 0,88 0,50 0,30 0,26 0,11 2,96 1,72 145(141Ce) 0,65 0,02 0,12 0,09 0,13 0,18 2,72 0,15 0,08 279(203Hg) 1,01 0,65 0,80 0,30 0,04 0,01 6,61 1,09 1,99 320(51Cr) 0,84 2,61 1,40 1,40 1,58 1,29 3,69 0,91 2,49 391(120Sn) 1,88 7,51 4,76 2,27 4,51 5,68 3,18 2,04 2,87 511(22Na) 9,82 11,09 10,53 9,92 10,48 10,25 2,15 2,87 3,62 662(137Cs) 10,90 11,06 11,03 11,21 10,77 10,68 0,80 2,60 1,54 835(54Mn) 7,16 7,64 6,51 6,76 5,45 3,49 2,60 1,28 1,55 1115(65Zn) 1,18 0,30 0,22 0,98 0,49 1,10 2,23 1,97 1,09 10 1173(60Co) 2,20 3,17 1,75 0,35 2,22 2,69 4,46 0,18 2,45 11 1274(22Na) 9,69 11,43 5,29 7,58 5,91 6,09 1,24 2,00 3,28 12 1332(60Co) 10,68 7,86 13,75 13,75 11,89 9,01 1,06 0,81 1,18 13 1408(152Eu) 11,74 14,39 11,05 14,13 10,10 15,18 2,97 3,07 4,31 14 1836(88Y) 20,04 21,65 20,01 18,91 18,46 21,46 0,06 2,84 1,38 50 Bảng 4.15 Độ lệch tương đối RD (%) hệ số suy giảm khối μm từ nội suy từ NIST RD(%) = |k − b| ×100 b Xi măng Kapton PMMA Portland Thủy tinh Borate STT E (keV) xBi2O3-(80-x)B2O3-5TeO2-15SiO3 x = 50 x = 55 x = 60 x = 65 x = 70 x = 75 122(57Co) 0,46 0,30 0,40 0,36 0,34 0,29 1,57 0,01 0,01 145(141Ce) 1,24 0,87 1,02 0,92 0,89 0,83 1,76 0,00 0,03 279(203Hg) 0,29 1,12 0,23 0,25 0,15 0,24 1,52 0,02 0,04 320(51Cr) 1,92 3,22 1,80 1,67 1,70 1,59 0,72 0,02 0,00 391(120Sn) 5,32 6,31 5,01 4,80 4,74 4,52 0,26 0,07 0,04 511(22Na) 9,20 9,62 8,88 8,67 8,55 8,35 1,33 0,10 0,07 662(137Cs) 9,56 9,28 9,32 9,22 9,05 8,97 1,71 0,07 0,03 835(54Mn) 6,37 5,53 6,23 6,16 6,05 6,02 1,51 0,02 0,02 1115(65Zn) 2,17 3,85 2,38 2,45 2,63 2,64 0,39 0,03 0,01 10 1173(60Co) 4,18 5,88 4,35 4,32 4,57 4,63 1,72 0,01 0,07 11 1274(22Na) 7,46 9,45 7,60 7,64 7,80 7,75 0,47 0,04 0,04 12 1332(60Co) 9,24 11,29 9,49 9,47 9,59 9,68 0,71 0,07 0,13 13 1408(152Eu) 11,53 12,03 11,66 11,69 11,86 11,79 1,11 0,08 0,06 14 1836(88Y) 22,69 25,25 22,34 22,09 22,02 21,66 2,90 0,16 0,16 Từ giá trị độ lệch tương đối RD (%) bảng 4.18 4.19, nhận thấy giá trị độ lệch tương đối RD (%) loại vật liệu xi măng Portland, Kapton PMMA tương đối nhỏ, nhỏ 2,9% Tuy nhiên loại vật liệu thủy tinh borate với thành phần khác độ lệch tương đối lớn từ 0,46% - 25,25%, hạn chế nghiên cứu dạng hàm đưa khơng phù hợp mức lượng cao ứng với loại vật liệu có Zeff lớn Nhưng hạn chế thời gian nên chưa thể khảo sát vùng lượng rộng khảo sát với nhiều dạng hàm Tuy nhiên, dựa vào giá trị hệ số tương quan R2 mức sai lệch chấp nhận được, dạng hàm mơ tả tốt quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối μm theo lượng 51 Kết luận Như với đề tài “Khảo sát tham số suy giảm chùm tia gamma theo lượng số loại vật liệu”, tiến hành mô tồn q trình thực nghiệm chương trình MCNP5 sử dụng phương pháp gamma truyền qua Kết mà đạt bao gồm:  Giá trị hệ số suy giảm khối μm từ mô MCNP5 thủy tinh nhiều thành phần, nhựa Kapton, nhựa PMMA xi măng Portland mức lượng khác vùng từ 100 keV đến 2000 keV  Đánh giá độ tin cậy phương pháp mô Monte Carlo thông qua độ lệch RD (%), độ lệch RD (%) cực đại cho hệ số suy giảm khối μm 4,77 % (NIST) 8,09 % (thực nghiệm), tương tự cho nguyên tử số hiệu dụng Zeff mật độ electron hiệu dụng Neff  Xác định dạng hàm phù hợp mô tả quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối μm theo lượng, dạng hàm HyperbolaGen (4.1) với giá trị tham số a, b, c, d khác loại vật liệu  Đánh giá mức độ phù hợp hàm khớp thông qua hệ số tương quan R2 độ lệch tương đối RD (%) kết nội suy từ hàm so với mô NIST Kết thu hệ số tương quan R2 ≈ độ lệch RD (%) cực đại ba loại xi măng Portland, nhựa Kapton, nhựa PMMA 6,61% (mô phỏng) 2,90% (NIST), riêng vật liệu thủy tinh với thành phần khác độ lệch RD (%) cực đại 25,25 % (NIST) 21,65% (mô phỏng) Những điểm luận văn:  Phát triển thành công phương pháp Monte Carlo đề xác định hệ số suy giảm khối, nguyên tử số hiệu dụng mật độ electron hiệu dụng  Tìm dạng hàm phụ thuộc để mô tả quy luật phụ thuộc hệ số suy giảm khối theo lượng vùng 100 – 2000 keV cho số loại vật liệu 52 Kiến nghị hướng phát triển Trong q trình thực đề tài, chúng tơi thấy mở rộng hướng nghiên cứu sau:  Tiến hành thí nghiệm với số loại vật liệu khác để mở rộng phạm vi áp dụng nghiên cứu  Mở rộng vùng lượng khảo sát nhằm đánh giá quy luật biến thiên hệ số suy giảm khối theo lượng cách toàn diện  Mở rộng thêm cách xác định hệ số suy giảm khối dựa vào tỷ số đỉnh tán xạ Rayleigh, Compton Vì hạn chế thời gian tiến hành đề tài, chắn luận văn không tránh khỏi sai sót, kính mong thầy, xem xét góp ý để nghiên cứu hồn thiện 53 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Ngô Quang Huy, 2006, Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Hồ Thị Tuyết Ngân, 2017, Xác định số nguyên tử hiệu dụng mật độ electron hiệu dụng vật liệu, luận văn đại học [3] Nguyễn Trần Trác, Diệp Ngọc Anh, Quang học, 2005, Quang học, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh [4] Akkurt I, El-Khayatt AM (2013), Effective atomic number and electron density of marble concrete, J Radioanal Nucl Chem 295: 633-638 [5] Aly Saeed, El shazly RM, Elbashar YH, Abou El-azm AM, El-Okr MM (2014), Gamma ray attenuation in a developed borate glassy system, Radiat Phys Chem 102:167170 [6] Tellili B, Elmahroug Y, Souga C, Tellili B, Souga C (2015), Determination of total mass attenuation coefficients, effective atomic numbers and electron densities for different shielding material, Ann Nucl Energy 75: 268-274 [7] Gurler O, Akar Tarim U (2012), An investigation on determination of attenuation coefficients for gamma-rays by Monte Carlo method, J Radioanal Nucl Chem 293: 397401 [8] Issa Shams, Mostafa AMA (2016), Effect of Bi2O3 in borate-tellurite-silicate glass system for development of gamma-rays shielding materials, J Alloys Compd 695: 302310 [9] El.Khayatt AM, Ali AM, Singh Vishwanath (2014), Determination of mass attenuation coefficient of low-Z dosimetric materials, Nucl Instrum Methods Phys Res A 735: 207-212 54 [10] Manjunatha HC (2016) A study of gamma attenuation parameters in poly methyl mathacrylate and Kapton, Radiat Phys Chem 1-6 [11] Hoang Duc Tam, Huynh Dinh Chuong, Tran Thien Thanh, Chau Van Tao (2016) A study of the effect of Al2O3 reflector on response function of NaI(Tl) detector, Radiat Phys Chem 125: 88-93 [12] Hoang Duc Tam, Huynh Dinh Chuong, Tran Thien Thanh, Vo Hoang Nguyen, Hoang Thi Kieu Trang, Chau Van Tao (2015) Advanced gamma spectrum processing technique applied to the analysis of scattering spectra for determining material thickness, J Radioanal Nucl Chem 303, 693-699 [13] Tarim Urkiye Akar, Ozmutlu Emin, Yalcin Sezai, Gundogdu Ozcan, Bradley DA, Gueler Orhan (2017) Evaluation of gamma-ray attenuation properties of bismuth borate glass systems using Monte Carlo method, Radiat Phys Chem Website [14] Học viện quân y, bệnh viện quân y 103, tương tác xạ ion hóa vật chất, ngày đăng 30/10/2015 Link: http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/y-hoc-hatnhan/tuong-tac-cua-buc-xa-ion-hoa-doi-voi-vat-chat/794 [15] Cơ sở liệu XCOM (NIST), tra cứu hệ số suy giảm khối cho vật liệu đơn chất/hợp chất/hỗn hợp, ngày tra cứu 17/12/2017 Link: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html [16] Thông tin nguồn chuẩn, Eckert & Ziegler Reference & Calibration Source Production Information Link: http://hightechsource.co.uk/wp-content/uploads/Catalogue-IPL-Std-Ref2008.pdf [17] Bùi Quang Khánh, 2009, Xử lý phổ gamma thuật toán di truyền, luận văn thạc sĩ vật lý Link: https://text.123doc.org/document/2309570-xu-ly-pho-gamma-bang-thuat-toan-ditruyen.htm 55 [18] Đặng Nguyên Phương (2015) Hướng dẫn sử dụng cho MCNP cho hệ điều hành windowns Link: https://tailieu.vn/doc/huong-dan-co-ban-su-dung-mcnp-cho-he-dieu-hanh-windowsdang-nguyen-phuong-1763354.html 56 Số Z 11 12 13 14 15 16 17 19 20 22 23 24 25 26 28 30 33 37 38 52 56 Nguyên tố H B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Zn As Rb Sr Te Ba 11 12 14 16 19 23 24 27 28 31 32 35 39 40 48 51 52 55 56 59 64 75 85 88 128 137 Số A 122 keV 0,280 0,130 0,141 0,141 0,141 0,135 0,138 0,144 0,143 0,151 0,150 0,159 0,157 0,172 0,184 0,186 0,193 0,208 0,218 0,236 0,274 0,299 0,350 0,446 0,476 1,007 1,230 145 keV 0,268 0,124 0,134 0,134 0,135 0,128 0,130 0,135 0,133 0,140 0,138 0,144 0,141 0,150 0,159 0,156 0,159 0,169 0,174 0,186 0,210 0,223 0,251 0,309 0,327 0,652 0,791 279 keV 0,217 0,101 0,109 0,109 0,109 0,103 0,105 0,108 0,105 0,109 0,106 0,110 0,106 0,108 0,112 0,104 0,103 0,106 0,106 0,109 0,115 0,113 0,114 0,122 0,124 0,172 0,195 320 keV 0,206 0,096 0,104 0,104 0,104 0,098 0,099 0,103 0,100 0,104 0,101 0,104 0,100 0,102 0,105 0,098 0,097 0,099 0,099 0,102 0,106 0,104 0,104 0,108 0,110 0,141 0,158 391 keV 0,191 0,089 0,096 0,096 0,096 0,091 0,092 0,095 0,093 0,096 0,093 0,096 0,093 0,094 0,097 0,090 0,088 0,091 0,090 0,092 0,096 0,093 0,091 0,093 0,095 0,111 0,121 511 keV 0,171 0,080 0,086 0,086 0,086 0,082 0,083 0,085 0,083 0,086 0,084 0,086 0,083 0,084 0,087 0,080 0,079 0,081 0,080 0,082 0,084 0,081 0,079 0,080 0,080 0,087 0,092 662 keV 0,153 0,071 0,077 0,077 0,077 0,073 0,074 0,076 0,074 0,077 0,075 0,077 0,074 0,075 0,077 0,071 0,070 0,072 0,071 0,072 0,075 0,072 0,070 0,069 0,070 0,072 0,074 835 keV 0,138 0,064 0,069 0,069 0,069 0,066 0,066 0,069 0,067 0,069 0,067 0,069 0,067 0,067 0,069 0,064 0,063 0,064 0,063 0,065 0,067 0,064 0,062 0,062 0,062 0,062 0,063 1115 keV 0,120 0,056 0,060 0,060 0,060 0,057 0,058 0,060 0,058 0,060 0,058 0,060 0,058 0,059 0,060 0,056 0,055 0,056 0,055 0,056 0,058 0,056 0,054 0,053 0,053 0,052 0,053 Hệ số suy giảm khối µm (cm2/g) lượng khác [15] 1173 keV 0,117 0,071 0,059 0,059 0,059 0,056 0,056 0,058 0,057 0,059 0,057 0,059 0,056 0,057 0,059 0,054 0,053 0,054 0,054 0,055 0,056 0,054 0,052 0,052 0,052 0,051 0,051 1274 keV 0,112 0,052 0,056 0,056 0,056 0,053 0,054 0,056 0,054 0,056 0,055 0,056 0,054 0,055 0,056 0,052 0,051 0,052 0,051 0,053 0,054 0,052 0,050 0,050 0,050 0,048 0,049 1332 keV 0,109 0,051 0,055 0,055 0,055 0,052 0,053 0,054 0,053 0,055 0,053 0,055 0,053 0,054 0,055 0,051 0,050 0,051 0,050 0,052 0,053 0,051 0,049 0,048 0,049 0,047 0,048 1408 keV 0,106 0,050 0,054 0,054 0,054 0,051 0,051 0,053 0,052 0,053 0,052 0,054 0,051 0,052 0,054 0,049 0,049 0,050 0,049 0,050 0,051 0,050 0,048 0,047 0,047 0,046 0,047 1836 keV 0,092 0,043 0,047 0,047 0,047 0,044 0,045 0,046 0,045 0,047 0,045 0,047 0,045 0,046 0,047 0,043 0,043 0,044 0,043 0,044 0,045 0,044 0,042 0,042 0,042 0,041 0,042 Bảng hệ số suy giảm khối nguyên tố cấu thành loại vật liệu thủy tinh, nhựa xi măng mức PHỤ LỤC 57 ... bề dày vật liệu, mật độ khối lượng vật liệu nguyên tử số vật liệu Chúng trình bày cách xác định ba tham số suy giảm chùm tia gamma truyền qua vật liệu hệ số suy giảm khối, nguyên tử số hiệu dụng,... suy giảm xạ gamma qua mơi trường, phụ thuộc vào tính chất mơi trường lượng tia gamma Ngồi biểu diễn hệ số suy giảm theo đại lượng sau Hệ số suy giảm khối đại lượng so với hệ số suy giảm tuyến... mô với số nguyên tử N có cm3 ta thu hệ số hấp thụ hay gọi hệ số suy giảm tuyến tính [1] µ = N.σ = N(σqđ + σc + σtc ) (3.2) với µ hệ số suy giảm tuyến tính Hệ số suy giảm tuyến tính mơ tả suy giảm