THIẾT BỊ GIA TỐC ĐIỆN TỬ UERL10-15S2 VÀ CODE MCNP
2.3. Thiết bị gia tốc điện tử UERL10-15S2 [8] 1 Giới thiệu máy gia tốc UERL-10-15S
2.3.1. Giới thiệu máy gia tốc UERL-10-15S2
Máy gia tốc electron tuyến tính UERL-10-15S2 lắp đặt tại Vinagamma thuộc loại Linac được cung cấp bởi CORAD Service Co.Ltd. Máy gia tốc UERL-10-15S2 là một hệ thống bao gồm: hệ thống che chắn bức xạ, hệ thống gia tốc, hệ băng chuyền, nguồn cao thế...; thiết bị chiếu xạ cĩ cơng suất 15kW, gia tốc chùm electron đạt năng lượng 10 MeV. UERL-10-15S2 sử dụng ống gia tốc cộng hưởng để gia tốc electron bằng sĩng cao tần cung cấp bởi klystron.
Để đáp ứng nhu cầu chiếu xạ, máy cĩ thiết kế đặc biệt gồm 2 đầu phát đối diện nhau cho phép đồng thời chiếu xạ sản phẩm trên cả hai mặt. Ống gia tốc và đầu quét của khối gia tốc được đưa ra trong hình 2.9
2.3.2 Các thành phần chính của máy gia tốc UERL-10-15S2 Các thành phần chính của máy gia tốc bao gồm:
Khối che chắn bức xạ Ống gia tốc Hệ thống quét chùm tia Klystron Hệ thống điều khiển Các bảng điện
Hệ băng chuyền
Trong đĩ, khối chiếu xạ (1), klystron (10) và hai hệ thống làm lạnh được đặt trong khối che chắn phĩng xạ ở tầng 1. Thiết bị tạo xung cho klystron (7) được đặt ngồi khối che phĩng xạ và nối với klystron bằng 4 sợi cáp. Bầu đựng khí SF6 để bơm vào hệ thống dẫn sĩng (8), bơm nước tản nhiệt (9) và hệ thống làm lạnh tuần hồn bên ngồi (15) cũng được đặt tại tầng 1 (Hình 2.10). Các thiết bị khác của máy gia tốc được đặt tại phịng điều khiển tại tầng trệt bao gồm: khối nguồn (4), khối điều khiển (5), tổng đài chính (3) và hệ thống điều khiển băng chuyền (2) (Hình 2.11).
Các thơng số chính của thiết bị được đưa ra trong các bảng 2.1
Bảng 2.1 Các thơng số cơ bản của máy gia tốc UERL-10-15S2
Thơng số Giá trị
Năng lượng cực đại của điện tử, MeV 10
Dải năng lượng của điện tử, MeV 910
Cơng suất trung bình của chùm tia, kW 15
Ngưỡng tần số, Hz 50400
Khoảng thời gian dao động của chùm điện tử, s 1620
Độ dài quét cực đại, mm 600
Cơng suất nguồn, KVA 120
Bảng 2.2 Các thiết bị chính của máy gia tốc UERL-10-15S2
Thiết bị
Kích thước (mm) (dài x rộng x cao)
Khối lượng (kg)
Máy chiếu xạ nối với hệ thống dịng ra 4550x50 x2040 3800
Khối klystron với một biến thế xung cao thế 860x650x1300 730 Phần cứng bộ điều biến của klystron 1450x600x2300 600 Hệ thống làm lạnh tuần hồn nội 1200x600x1900 300
Khối nguồn điện số 1 600 x 600 x 1900 250 Khối nguồn điện số 2 800 x 600 x 1900 200
Khối điều khiển 800 x 400 x 1900 160
Bảng mạch điện cung cấp chính 1000 x 300 x 1000 40 Bảng điện cung cấp cho phịng điều khiển và
hệ thống băng chuyền 600 x 200 x 600 25
Giá đỡ bơm chân khơng 540 x 170 x 240 35
Bảng 2.3 Các thơng số chính của băng chuyền
Thơng số Giá trị
Chiều rộng cực đại thùng hàng (mm) 600 Chiều cao cực đại thùng hàng (mm) 300
Chiều dài cực đại của thùng hàng (mm) 500 Khối lượng cực đại của thùng hàng (kg) 25
Vận tốc của băng chuyền ngay dưới chùm tia cĩ thể điều chỉnh liên tục trong khoảng (m/phút)
0.3-10
Độ ổn định của vận tốc băng chuyền (%) +/- 2,5
Cơng suất điện yêu cầu (KVA) 23
2.4. Code MCNP [10]
MCNP là phần mềm ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mơ phỏng các quá trình vật lý hạt nhân đối với nơtron, photon và electron mang tính chất thống kê (các quá trình phân rã hạt nhân, tương tác giữa hạt nhân với vật chất, tính thơng lượng photon, tính thơng lượng electron…). MCNP sử dụng các thư viện số liệu hạt nhân của các quá trình tính tốn, gieo số ngẫu nhiên tuân theo các qui luật phân bố, ghi lại sự kiện lịch sử của một hạt phát ra từ nguồn đến hết thời gian sống của nĩ. Sự phức tạp của tương tác photon cũng được xử lý trong chương trình MCNP. Chương trình điều khiển các quá trình này bằng cách gieo số theo qui luật thống kê cho trước và mơ phỏng được thực
hiện trên máy tính vì số lần thử cần thiết thường rất lớn. Độ chính xác của kết quả càng cao nếu ta gieo càng nhiều biến ngẫu nhiên.
Chương trình cĩ nhiều ứng dụng như: thiết kế lị phản ứng, an tồn tới hạn, che chắn và bảo vệ, phân tích và thiết kế đầu dị, vật lý trị liệu, nghiên cứu khí quyển, nhiệt phát quang do phĩng xạ, chụp ảnh bằng phĩng xạ…
Là một ngơn ngữ lập trình MCNP địi hỏi người sử dụng phải xây dựng một chương trình chuẩn về cú pháp. Để viết một chương trình cĩ thể chạy và cho kết quả tốt ta phải cung cấp đầu đủ những thành phần chuẩn và lựa chọn chính xác những phép tính.
2.4.1 Dữ liệu hạt nhân
Các bảng dữ liệu hạt nhân là những phần khơng thể thiếu trong MCNP. Ngồi việc sử dụng các bảng dữ liệu cĩ sẵn trong MCNP, người dùng cịn cĩ thể sử dụng các dữ liệu được tái tạo từ các dữ liệu gốc bên ngồi thơng qua một chương trình chuyển đổi chẳng hạn như NJOY hay là các dữ liệu mới được đưa vào trong MCNP bởi chính bản thân người dùng. Nguồn các số liệu hạt nhân cĩ sẵn trong MCNP được lấy từ chương trình hồ sơ số liệu hạt nhân ENDF (Evaluated Nuclear Data File), thư viện ENDL (Evaluated Nuclear Data Library) và thư viện ACTL (Activation Library) của các phịng thí nghiệm hạt nhân ở Mỹ Livermore và Los Alamos.
Các bảng số liệu hạt nhân bao gồm: Tương tác hạt nhân, tương tác photon được tạo ra do neutron, tương tác neutron, phép đo liều hay kích hoạt neutron và tán xạ nhiệt S ( , ).
Các bảng số liệu dùng cho chương trình MCNP được liệt kê trong file XSDIR. Người sử dụng cĩ thể chọn các bảng cụ thể nhờ vào số nhận dạng chúng ZAIDS. Các số nhận dạng bao gồm điện tích Z, số khối A và chỉ số của thư viện ID.
Các dữ liệu hạt nhân được đưa vào trong MCNP qua phần khai báo ở thẻ vật liệu (material
card).
2.4.2 Đánh giá sai số
Kết quả đưa ra ngồi giá trị cần tính tốn cịn cĩ sai số tương đối R. R được định nghĩa là tỷ số giữa thăng giáng chuẩn và giá trị trung bình.
R = Sx X
Với một kết quả tốt thì R tỷ lệ với 1
N , với N là số lịch sử đã định. Như vậy muốn giảm R ta phải tăng N.
Sai số tương đối R được dùng để xác định khoảng tin cậy của trị trung bình. Theo định lý giới hạn trung tâm khi N thì cĩ 68% cơ hội giá trị thật nằm trong khoảng x(1R) và 95% cơ hội giá
trị thật nằm trong khoảng x(1 2 ) R .Tuy nhiên đây là độ chính xác của bản thân phương pháp Monte-Carlo chứ khơng phải là độ chính xác của kết quả mơ phỏng so với kết quả thực nghiệm.
Đối với phương pháp Monte-Carlo cĩ ba yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả so với giá trị thực đĩ là chương trình tính, mơ hình bài tốn và người sử dụng. Các yếu tố trong chương trình gồm: Các đặc trưng vật lý trong tính tốn, các mơ hình tốn học, tính chính xác của các số liệu sử dụng như tiết diện phản ứng, số Avogdro…Chất lượng của việc mơ tả các tiết diện vi phân theo năng lượng, theo gĩc. Mơ hình bài tốn cĩ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của kết quả. Nhiều bài tốn cho kết quả xấu là do mơ hình bài tốn chưa tốt, khơng mơ tả đầy đủ. Hai yếu tố của mơ hình bài tốn ảnh hưởng đến kết quả bài tốn là: Những mơ tả hình học và những đặc trưng vật lý của vật liệu cĩ trong bài tốn. Yếu tố con người ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả cĩ thể là lỗi trong khi đưa số liệu, lỗi trong các chương trình con…Nhiều trường hợp quá lạm dụng các kỹ thuật giảm sai số nên đã gây ra những thiếu hụt về đĩng gĩi vào kết quả. Người sử dụng cần hiểu rõ chương trình để khơng tạo nên những đĩng gĩp về sai số mà lẽ ra tránh được.
Bảng 2.4 Ý nghĩa của giá trị thực R
Giá trị R Đặc trưng của giá trị
0,5 – 1,0 Khơng cĩ ý nghĩa 0,2 – 0,5 Cĩ ý nghĩa chút ít 0,1 – 0,2 Cịn nghi ngờ
<0,1 Cĩ thể tin cậy
<0,2 Cĩ thể tin cậy đối với đầu dị điểm
Để thơng báo cho người sử dụng biết chất lượng bài tốn, chương trình MCNP đưa ra chỉ số chất lượng FOM được định nghĩa:
FOM = 12