2 0 1 ( / )p A A y A x x (3.3) Bảng số liệu tính toán mô phỏng hiệu suất detector theo kích thước ở năng lượng 1333 keV:
d (inch) (%) 1.0 0.0001550 0.0000015 0.982 1.5 0.0006024 0.0000029 0.491 2.0 0.0015228 0.0000048 0.317 2.5 0.0029868 0.0000065 0.220 3.0 0.0049886 0.0000086 0.172 d (inch) (%) 3.5 0.0077109 0.0000106 0.138 4.0 0.0109630 0.0000140 0.128 4.5 0.0147302 0.0000156 0.105 5.0 0.0189710 0.0000171 0.090 5.5 0.0236331 0.0000199 0.084
6.0 0.0286480 0.0000224 0.078 6.5 0.0339601 0.0000239 0.070 7.0 0.0395672 0.0000285 0.072 7.5 0.0453418 0.0000294 0.064 8.0 0.0512953 0.0000304 0.059 8.5 0.0573599 0.0000366 0.063 9.0 0.0634963 0.0000374 0.058 9.5 0.0697174 0.0000362 0.051 10.0 0.0758390 0.0000393 0.051 15.0 0.1354612 0.0000563 0.041 20.0 0.1837960 0.0000674 0.036 25.0 0.2194542 0.0000777 0.035 30.0 0.2447203 0.0000822 0.033 35.0 0.2624233 0.0001250 0.047 37.5 0.2691714 0.0001370 0.050 40.0 0.2748905 0.0000882 0.032 42.5 0.2797493 0.0001355 0.048 45.0 0.2838179 0.0001274 0.044 50.0 0.2903462 0.0000916 0.031 55.0 0.2952334 0.0001435 0.048 60.0 0.2988718 0.0001677 0.056
Bảng 3.9: số liệu mô phỏng hiệu suất theo kích thước detector (đỉnh năng lượng 1333 keV, nguồn Co-60)
Dựa vào bảng số liệu, ta vẽđược đường cong hiệu suất mô phỏng và điểm đo thực nghiệm theo kích thước detector ởđỉnh năng lượng 1333 keV:
Hình 3.19:đường cong hiệu suất mô phỏng và các điểm đo thực nghiệm theo kích thước detector ởđỉnh năng lượng 1333 keV.
Ta thấy rằng đường cong hiệu suất được làm khớp theo hàm Logistic là rất phù hợp khi hệ số
tương quan đạt đến 0.99998 ở mức năng lượng 1173keV và 0.99997 ở mức năng lượng 1333keV. Do hàm Logistic có tiệm cận ngang phía trên là y = A2 nên ta có thể đưa ra dựđoán rằng nếu tiếp tục tăng kích thước detector lên thì giá trị hiệu suất sẽđạt giá trị bão hòa vào khoảng 0.3207. Nếu ta xét ở vùng kích thước nhỏ, khi kích thước detector tăng từ 1inch đến 3 inch thì hiệu suất tăng rất nhanh, từ 3.5 inch đến khoảng 20 inch thì hiệu suất tăng gần như tuyến tính.
Trong thực tế, ta không thể kiểm tra bằng thực nghiệm đối với tất cả các kích thước đã mô phỏng. Ở viện hạt nhân Đà Lạt có nhiều detector nhấp nháy với kích thước khác nhau nhưng lại không cùng một hãng sản xuất; ở phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân của trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, ngoài detector có kích thước 3inch x 3inch chỉ có một detector với kích thước 2inch x 2 inch nhưng không cùng hãng sản xuất, lại có cấu tạo khác nhau nên không thể dùng
để kiểm tra. Với detector kích thước 3x3 inch đã có, ta thấy điểm đo thực nghiệm nằm gần trùng trên đường cong mô phỏng, ta có thể kết luận rằng kết quả mô phỏng là hợp lý.
KẾT LUẬN CHUNG -
ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Trong luận văn này, hiệu suất ghi của detector nhấp nháy được tính toán bằng hai phương pháp: mô phỏng bằng chương trình MCNP và thực nghiệm. Hai thông số được thay đổi khi xây dựng đường cong hiệu suất của detector là khoảng cách từ nguồn tới đầu dò và kích thước của detector.
Đối với việc tính toán hiệu suất theo khoảng cách, ta thấy có sự phù hợp tốt giữa mô phỏng bằng MCNP và đo thực nghiệm. Cả hai đều cho thấy rằng khi khoảng cách từ nguồn tới đầu dò tăng thì hiệu suất ghi giảm, đường cong hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm gần trùng khớp với nhau.
Đây là cơ sởđể ta có thể kết luận rằng MCNP là chương trình mô phỏng đáng tin cậy và chất lượng code đầu vào là khá tốt. Khi đã kiểm tra được độ tin cậy của chương trình MCNP cũng như chất lượng code đầu vào, việc tiến hành tính toán mô phỏng hiệu suất theo kích thước detector được tiến hành. Thay đổi các thông số liên quan tới kích thước detector, làm cho kích thước tăng từ 1x1 inch tới 60x60 inch, ta xây dựng đường cong hiệu suất theo kích thước detector. Do độ tin cậy và code
đầu vào đã được kiểm chứng nên có thể tin tưởng rằng đường cong hiệu suất này đạt độ chính xác ở
mức chấp nhận được, cho dù trên một đường, ta chỉ có một điểm đo thực nghiệm để so sánh.
Khi đã xây dựng được đường cong hiệu suất theo thước của detector, dựa vào nó, ta có thể tính toán sao cho hiệu suất detector đạt tối ưu mà không cần phải chế tạo detector với kích thước rất lớn. Mặc dù khi kích thước detector càng lớn thì hiệu suất ghi càng cao nhưng ta cần phải tính toán đến chi phí chế tạo cũng như tính tiện dụng của detector, không thể chế tạo detector với kích thước rất lớn sẽ mất nhiều chi phí và không thuận tiện, mất đi ưu điểm gọn nhẹ của detector nhấp nháy.
Trong luận văn này còn nhiều vấn đề chưa đạt được, chẳn hạn như khi mô phỏng đầu dò detector nhấp nháy đã bỏ qua lớp bán dẻo giữa tinh thể và bộ phận nhân quang do nhà sản suất không cho biết rõ cấu tạo chất của nó nên cũng ảnh hưởng ít nhiều đến kết quả. Ngoài ra cũng đã bỏ
qua việc mô phỏng các vật liệu xung quanh hệ đo như bàn, ghế, tường…Do đó hướng nghiên cứu tiếp theo là mô tả tất cả những yếu tố này để kết quả tính toán đạt độ chính xác cao hơn. Ngoài ra, những hướng nghiên cứu tiếp theo có thể là khảo sát sự phụ thuộc hiệu suất ghi vào các yếu tố khác như năng lượng tia gamma tới… để có cái nhìn tổng quát nhất trong việc ứng dụng detector nhấp nháy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Võ Xuân Ân (2008), Mô phỏng phổ hạt nhân phóng xạ bằng phương pháp Monte Carlo, Luận án tiến sĩ vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh.
[2]. Trần Phong Dũng – Châu Văn Tạo – Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi bức xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. [3]. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và kĩ thuật. [4]. Lê Hồng Khiêm (2008), Phân tích số liệu trong ghi nhận bức xạ, NXB Đại
học Quốc gia Hà Nội.
[5]. Trương Thị Hồng Loan (2009), Mô phỏng Monte Carlo một số bài toán trong vật lý hạt nhân, Luận án tiến sĩ vật lý, trường Đại học Khoa học tự
nhiên thành phố Hồ Chí Minh.
[6]. Mai Văn Nhơn (2001), Vật lý hạt nhân đại cương, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.
[7]. Nguyễn Triệu Tú (2005), Các bài thực tập vật lý hạt nhân đại cương, NXB
Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[8]. Briesmeiter J. F, Ed.(2001), MCNP- A General Monte Carlo N-Particle Transport Code system, Version MCNP4C2, Los Alamos National Laboratory, LA-12709-M.
[9]. Christopher Z. Mooney (1997), Monte Carlo simulation.
[10]. Hashem Miri Hakimabad, Hamed Panjeh, Alireza Vejdani- Noghrreiyan (2007), Nonlinear Response Function of a 3x3 in. NaI Scintillation Detector, Physics Department, Faculty of Science, Ferdowsi University of mashhad, Mashhad, Iran.
[11]. Fayez H. H. Al-Ghorabie (2003), The use of the EGS4 simulation caode to evaluate the response of NaI(Tl) detector for photons in the energy range < 300 keV, Department of Physics, Faculty of Applied Sciences, Umm Al-QUra University, P.O. Box 10130, Makkah,Saudi Aribia.
[13]. Hu-Xia Shi, Bo-Xian Chen, Ti-Zhu Li, Di Yun (2002), Precise Monte Carlo simulation of gamma-ray response function for an NaI(Tl) detector, Deparment of Engineering Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China.
[14]. Knoll G. F.(1999), Radiation Detection and Measurement, Third edition,
Jonh Wiley & Son, Inc., NewYork.
[15]. Orion and L. Wielopolski (2000), Response Function of BGO and NAI(Tl) Detector Using Monte Carlo Simulations, Invivo body composition studies Alnals of the NewYork Academy of Science, 904:271-5.
[16]. Robin P.Gardner, Avneet Sood (2004), A Monte Carlo simulation approach for generating NaI detector response functions (DRFs) that accounts for non- linearity and variable flat continua, center for Engineering Applications of Radioisotopes, North Carolina State University, Raleigh, NC 27695-7909, USA.
[17]. Shultis J. K., Faw J. E. (2005), An introduction to the MCNP code.
[18]. Tavakoli-Anbaran .H, Izadi-Najafabadi .R, Miri-Hakimabad .H (2009), The Effect of Detector Dimensions on the NaI(Tl) Detector Response Function, Journal of Applied Sciences 9(11:2168-2173).
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Đặc trưng của các nguồn phóng xạ Tên nguồn Hoạt độ (Ci) T1/2 Năng lượng (MeV) Hệ số phát gamma (%) Ba-133 1 10.8 năm 0.081 0.276 0.303 0.356 0.384 34.10 7.16 18.33 62.05 8.94 Cadmi-109 1 463 ngày 0.022 0.025 0.088 84.30 17.8 3.81 Ce-137 1 30.2 năm 0.662 85.1 Coban-57 1 272 ngày 0.122 0.136 85.6 10.68 Coban-60 1 5.27 năm 1.173 1.333 99.9736 99.9856 Mangan-54 1 313 ngày 0.835 99.976 Natri-22 1 2.6 năm 0.511 1.275 179.79 99.944 Zine-65 1 244 ngày 1.115 50.60
Phụ lục 2: một input điển hình của chương trình MCNP4C2 mô phỏng hiệu suất của detector nhấp nháy.
1- c--- GammaRad 76Br76NaI(Tl)--- 2- c Cell card
4- 2 2 -4.0 -3 17 -7 #1 #8 imp:p=1 $ Nhom oxit
5- 3 3 -2.33 3 -2 -7 imp:p=1 $ Silic
6- 4 4 -2.70 17 -1 -8 #3 #2 #1 #8 imp:p=1 $ Al
7- 5 5 -8.92 11 -12 -14 imp:p=1 $ nguon Co60 8- 6 6 -1.19 11 -13 -15 #5 imp:p=1 $ plexiglas C5H8O 9- 7 7 -1.15 10 -13 -16 #5 #6 imp:p=1 $ epoxy boc nguon
10- 8 9 -2.634 17 -5 -6 imp:p=1 $ thuy tinh 11- 9 8 -0.00129 -9 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 imp:p=1 $ khong khi
12- 10 0 9 imp:p=0 $ vu tru 13-
14- c--- Surface card---
15- 1 pz 0 $ mat ngoai vo nhom
16- 2 pz -0.15 $ mat phan cach vo nhom - silic
17- 3 pz -0.35 $ mat phan cach silic-nhom oxit
18- 4 pz -0.65 $ mat truoc tinh the
19- 5 pz -8.27 $ mat sau tinh the
20- 6 cz 3.81 $ ban kinh tinh the
21- 7 cz 4.01 $ ban kinh trong vo nhom
22- 8 cz 4.16 $ ban kinh ngoai vo nhom
23- 9 so 500 $ mat cau khong gian xung quanh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
24- 10 pz 10 $ mat truoc plexiglas
25- 11 pz 10.0381 $ mat truoc vien phong xa
26- 12 pz 10.0508 $ mat sau vien phong xa
27- 13 pz 10.3 $ mat sau plexiglas
28- 14 cz 0.1524 $ ban kinh vien phong xa
29- 15 cz 0.3175 $ ban kinh Holder epoxy
30- 16 cz 1.27 $ ban kinh plexiglas
31- 17 pz -8.67 $ mat sau thuy tinh
32-
33- c--- Data cards---
34- mode p
35- SDEF cel=5 pos=0 0 0 ERG=1.3326 axs=0 0 1 ext=d1 rad=d2 par=2
36- SI1 10.0381 10.0508
38- m1 011000 -0.153 053000 -0.847 $ NaI 39- m2 013027 -0.529 008016 -0.471 $ Al2O3 40- m3 014028 -1.0 $Si 41- m4 013027 -1.0 $Al 42- m5 027060 -1.0 $ nguon 43- m6 1001 -0.08 6012 -0.6 8016 -0.32 $ Plexiglas 44- m7 1001 -0.06 6012 -0.721 8016 -0.219 $ epoxy 45- m8 008016 -0.22 007014 -0.78 $Air 46- m9 014028 -0.304 008016 -0.696 $ SiO2
47- e8 0 0.00001 0.0005 8190i 1.430 $ chia khoang nang luong
48- c ft8 GEB 9E-7 0.01498767610 25 49- c ft8 GEB 0.00928 1.44477 26.90971 50- c ft8 GEB 0.13134 14.23612 27.71636 51- c ft8 GEB -0.00764 0.06209 -0.08888 52- f8:p 1 53- ctme 30 54- c nps 100000000
Phụ lục 3: một output điển hình của chương trình MCNP4C2 mô phỏng hiệu suất của detector nhấp nháy.
1cells print table 60
atom gram photon
cell mat density density volume mass pieces importance
1 1 1 2.94593E-02 3.67000E+00 3.47500E+02 1.27532E+03 1 1.0000E+00
2 2 2 1.18159E-01 4.00000E+00 5.45610E+01 2.18244E+02 1 1.0000E+00
3 3 3 5.01533E-02 2.33000E+00 1.01034E+01 2.35410E+01 1 1.0000E+00
4 4 4 6.02616E-02 2.70000E+00 4.09573E+01 1.10585E+02 1 1.0000E+00
5 5 5 8.96266E-02 8.92000E+00 9.26667E-04 8.26587E-03 1 1.0000E+00
6 6 6 1.07053E-01 1.19000E+00 8.20150E-02 9.75979E-02 1 1.0000E+00
7 7 7 9.23214E-02 1.15000E+00 1.43718E+00 1.65276E+00 1 1.0000E+00
8 8 9 8.62578E-02 2.63400E+00 1.82415E+01 4.80480E+01 1 1.0000E+00
9 9 8 5.39568E-05 1.29000E-03 5.23598E+08 6.75442E+05 1 1.0000E+00
10 10 0 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0 0.0000E+00 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
total 5.23599E+08 6.77119E+05 random number control 0.505667686400000E+10 minimum source weight = 1.0000E+00 maximum source weight = 1.0000E+00 1cross-section tables print table 100 table length tables from file mcplib22
1000.02p 623 01/15/93 6000.02p 623 01/15/93 7000.02p 623 01/15/93 8000.02p 623 01/15/93 11000.02p 635 01/15/93 13000.02p 643 01/15/93 14000.02p 643 01/15/93 27000.02p 651 01/15/93 53000.02p 707 01/15/93 total 5771
maximum photon energy set to 100.0 mev (maximum electron energy) tables from file el032
6000.03e 2333 6/6/98 7000.03e 2333 6/6/98 8000.03e 2333 6/6/98 11000.03e 2337 6/6/98 13000.03e 2337 6/6/98 14000.03e 2339 6/6/98 27000.03e 2345 6/6/98 53000.03e 2359 6/6/98
warning. material 3 has been set to a conductor.
warning. material 4 has been set to a conductor.
warning. material 5 has been set to a conductor.
decimal words of dynamically allocated storage general 1202298 tallies 108116 bank 46724 cross sections 11542 total 1364816 = 5459264 bytes *********************************************************************************************************************** dump no. 1 on file GMR126r nps = 0 coll = 0 ctm = 0.00 nrn = 0
3 warning messages so far.
*********************************************************************************************************************** dump no. 2 on file GMR126r nps = 26922950 coll = 3813926 ctm = 15.01 nrn = 288942859
1problem summary run terminated when it had used 30 minutes of computer time.
+ 08/06/10 23:55:59
c GammaRad 76Br76NaI(Tl) probid = 08/06/10 23:25:24 0
photon creation tracks weight energy photon loss tracks weight energy (per source particle) (per source particle)
energy cutoff 0 0. 3.5403E-06
time cutoff 0 0. 0.
weight window 0 0. 0. weight window 0 0. 0.
cell importance 0 0. 0. cell importance 0 0. 0.
weight cutoff 0 0. 0. weight cutoff 0 0. 0.
energy importance 0 0. 0. energy importance 0 0. 0.
dxtran 0 0. 0. dxtran 0 0. 0.
forced collisions 0 0. 0. forced collisions 0 0. 0.
exp. transform 0 0. 0. exp. transform 0 0. 0.
from neutrons 0 0. 0. compton scatter 0 0. 6.0884E-02 bremsstrahlung 853584 1.5461E-02 5.9371E-04 capture 1640022 2.9707E-02 3.1843E-03 p-annihilation 1920 3.4778E-05 1.7772E-05 pair production 960 1.7389E-05 2.3168E-05 photonuclear 0 0. 0. photonuclear abs 0 0. 0.
electron x-rays 0 0. 0.
1st fluorescence 465869 8.4386E-03 2.0942E-04
2nd fluorescence 42309 7.6637E-04 3.2233E-06
total 56570757 1.0247E+00 1.3334E+00 total 56570757 1.0247E+00 1.3334E+00 number of photons banked 896853 average time of (shakes) cutoffs photon tracks per source particle 1.0247E+00 escape 1.6805E+00 tco 1.0000E+34 photon collisions per source particle 1.4169E-01 capture 6.7347E-02 eco 1.0000E-03 total photon collisions 7822463 capture or escape 1.6338E+00 wc1 0.0000E+00 any termination 1.6337E+00 wc2 0.0000E+00 computer time so far in this run 60.04 minutes maximum number ever in bank 6
computer time in mcrun 30.00 minutes bank overflows to backup file 0
source particles per minute 1.8402E+06 dynamic storage 1364820 words, 5459280 bytes. random numbers generated 592500638 most random numbers used was 224 in history 49090619 range of sampled source weights = 1.0000E+00 to 1.0000E+00 source efficiency = 1.0000 in cell 5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1photon activity in each cell print table 126 tracks population collisions collisions number flux average average cell entering * weight weighted weighted track weight track mfp (per history) energy energy (relative) (cm)
1 1 1661234 2118072 2827640 5.1219E-02 1.0740E+00 1.0740E+00 1.0000E+00 4.6325E+00 2 2 2933258 1894067 345221 6.2532E-03 1.1279E+00 1.1279E+00 1.0000E+00 4.1917E+00 3 3 2022520 1947333 71261 1.2908E-03 1.1815E+00 1.1815E+00 1.0000E+00 7.2207E+00 4 4 3477274 2164423 161618 2.9275E-03 1.1627E+00 1.1627E+00 1.0000E+00 6.4289E+00 5 5 55298263 55343568 664413 1.2035E-02 1.3235E+00 1.3235E+00 1.0000E+00 2.2352E+00 6 6 30667136 30647246 630437 1.1419E-02 1.3139E+00 1.3139E+00 1.0000E+00 1.4046E+01 7 7 45569326 45543989 979440 1.7741E-02 1.3028E+00 1.3028E+00 1.0000E+00 1.4731E+01 8 8 246322 246744 21224 3.8444E-04 1.0130E+00 1.0130E+00 1.0000E+00 5.9122E+00 9 9 57031288 55405734 2121209 3.8423E-02 1.2797E+00 1.2797E+00 1.0000E+00 1.3758E+04
total 198906621 195311176 7822463 1.4169E-01 1tally 8 nps = 55207075
tally type 8 pulse height distribution. units number