Để có thể sử dụng được input đã xây dựng cho các tính toán tiếp theo, điều quan trọng là phải xác định độ tin cậy của chương trình mô phỏng cũng như độ tin cậy của các thông tin do nhà sản xuất cung cấp. Cách hiệu quả nhất để làm việc này là so sánh với các số liệu thu được từ thực nghiệm. Nhưng hiện tại hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM đã tạm ngưng hoạt động, nên bề dày của các lớp vật liệu che chắn được tính toán mô phỏng thuần túy bằng chương trình MCNP5.
Tuy nhiên, các kết quả này là đáng tin cậy vì được xây dựng và khảo sát dựa trên cơ sở chương trình MCNP5, đây là một công cụ mô phỏng có hiệu quả cao và đáng tin cậy. Điều này đã được kiểm chứng và khẳng định qua nhiều nghiên cứu trên thế giới và trong nước.
Các nghiên cứu ứng dụng MCNP trên thế giới:
Năm 2000, Rodenas, Martinavarro và Rius [52] đã kiểm tra tính hiệu lực của phần mềm MCNP phiên bản 4A và 4B trong việc mô phỏng đường cong hiệu suất chuẩn của detector HPGe. Để làm điều đó việc tính toán Monte Carlo hiệu suất theo khoảng cách nguồn detector, khảo sát hiệu suất khi thay đổi bề dày lớp che chắn, thay đổi đường kính collimator, thay đổi vị trí nguồn theo hướng xa tâm trục được thực hiện và so sánh với kết quả thực nghiệm tương ứng. Sự phù hợp tốt giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy MCNP là một công cụ hữu ích và mạnh trong việc chuẩn hiệu suất đặc biệt cho các phép đo định lượng sự nhiễm bẩn hiện trường thực hiện tại NPPs của nhóm tác giả. Ngoài ra MCNP là một chương trình tốt có thể được dùng để kiểm tra tính hiệu lực của các phương pháp tính toán khác.
Năm 2006, Salgado và cộng sự [55] đã sử dụng phiên bản mới nhất MCNP5 để xác định đáp ứng của detector phẳng HPGe trong việc đo tia X phát ra từ máy phát tia X có năng lượng từ 20 – 150 keV. Tiến trình được thực hiện bao gồm việc đầu tiên là xác nhận lại thông tin về lớp chết của detector được cung cấp bởi nhà sản xuất bằng cách khảo sát đường cong hiệu suất với các bề dày lớp chết khác nhau và so sánh với thực nghiệm. Để xác định phổ thực phát ra từ ống tia X, cần hiệu chỉnh hiệu ứng làm yếu chùm tia bởi không khí (hiệu ứng air kerma). Muốn vậy cần mô phỏng đáp ứng của detector đối với tia X phát ra từ ống phóng qua môi trường không khí và chân không. Ngoài ra đường cong thoát đỉnh và tán xạ Compton cũng được đánh giá bằng mô phỏng để phục vụ cho thuật toán stripping trong việc tìm lại phổ thực ban đầu của tia X. Kết quả cho thấy việc mô phỏng detector có thể cung cấp một phương tiện hữu ích và đắc lực để xác định đường cong đáp ứng của detector, khắc phục những khó khăn như thiếu nguồn phóng xạ với năng lượng quan tâm. Công cụ tính toán này cho phép đạt kết quả tốt ngay cả với những trường hợp hình học đếm không chuẩn như của máy phát tia X (RXD). Ngoài ra có thể dùng mô phỏng để tìm lại thông tin chính xác về thông số của detector. Sự khác biệt giữa hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm dưới 10% và sự khác biệt giữa giá trị air kerma mô phỏng từ detector HPGe và giá trị có được ở phép đo từ buồng ion hóa dưới 12% cho thấy sự hữu ích trong việc ứng dụng mô phỏng để đặc trưng hóa chùm photon áp dụng trong chẩn đoán y khoa.
Năm 2006, Dryak và Kovar [36] đã khảo sát bằng mô phỏng MCNP4C2 và so sánh với thực nghiệm đường cong hiệu suất trong khoảng năng lượng 40 – 2754 keV đối với nguồn điểm đặt tại khoảng cách 25 cm so với mặt detector. Các thông số của detector HPGe loại p đang dùng được xác định bằng các phương pháp chụp ảnh tia X, chụp ảnh bằng 137
Cs, chụp ảnh bằng 192Ir và hấp thụ tia gamma. Kết quả cho thấy mô hình MCNP detector đang khảo sát cho kết quả chính xác đường cong hiệu suất đỉnh toàn phần với sai số dưới 2%. Do đó nó hữu ích cho việc tính toán hiệu suất đỉnh đối với các hình học không chuẩn, ví dụ hình học mẫu thể tích.
Năm 2006, Salgado, Conti và Becker [53] đã tính toán các đặc trưng của detector kiểu planar bằng chương trình mô phỏng Monte Carlo MCNP5 đối với các tia X trong khoảng năng lượng 20 – 150 keV và đã phát hiện có sự khác biệt với thực nghiệm khoảng 10%.
Các nghiên cứu ứng dụng MCNP trong nước:
Ở Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội có nhóm Lê Văn Ngọc, Nguyễn Thị Thanh Huyền, Nguyễn Hào Quang [47], [48] nghiên cứu về tính toán hiệu suất đỉnh cho hệ
phổ kế gamma môi trường ký hiệu GMX có tại Viện bằng chương trình mô phỏng MCNP4C2.
Ở Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt có nhóm Hồ Hữu Thắng, Nguyễn Xuân Hải, Trần Tuấn Anh, Nguyễn Kiên Cường áp dụng chương trình MCNP4C2 xác định cấu hình che chắn tối ưu trong thiết kế dẫn dòng và giảm phông cho hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng tại kênh ngang số 3 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt [26].
Ở Trung tâm Nghiên cứu & Triển khai Công nghệ Bức xạ TP.HCM có nhóm Trần Khắc Ân, Trần Văn Hùng, Cao Văn Chung [2] sử dụng phần mềm MCNP4C xác định vị trí liều cực tiểu trong các thùng hàng ở các tỉ trọng hàng chiếu khác nhau phục vụ công tác vận hành máy chiếu xạ STSV1- Co60/B tại trung tâm.
Ở Đại học Công nghiệp TP.HCM và TTHN TP.HCM có nhóm Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân nghiên cứu các đặc trưng của hệ phổ kế gamma detector HPGe đặt tại TTHN TP.HCM bằng MCNP4C2 [7], [8], [9], [40] ...
Ở Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường ĐHKHTN TP.HCM có nhóm Mai Văn Nhơn, Trương Thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh sử dụng phương pháp Monte Carlo với chương trình MCNP4C2 và MCNP5 để nghiên cứu chuẩn hiệu suất và đặc trưng đáp ứng của detector HPGe có tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường ĐHKHTN TP.HCM [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [21], [22], [23], [24], [56], [57], [58], [59].
Các công trình nghiên cứu nói trên đã cho thấy mô phỏng Monte Carlo với các chương trình dựng sẵn MCNP5 rất đáng tin cậy để mô hình hóa hệ phổ kế, mô phỏng phổ gamma và đánh giá các đặc trưng của detector.
Đối với hệ phổ kế gamma đặt tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM thì tác giả Trịnh Hoài Vinh đã mô hình hoá bằng mô phỏng MCNP5 và kiểm tra độ tin cậy của chương trình mô phỏng này bằng thực nghiệm. Kết quả cho thấy có sự phù hợp tốt giữa mô phỏng và thực nghiệm [28]. Cụ thể là hiệu suất thực nghiệm của detector sai lệch nhỏ hơn 6% so với hiệu suất tính toán của detector bằng chương trình MCNP5. Kết quả này đã khẳng định hiệu lực của chương trình mô phỏng MCNP5 cũng như sự mô tả hình học hệ đo một cách chi tiết. Từ đây có thể kết luận rằng bộ số liệu đầu vào mà tác giả Trịnh Hoài Vinh đã xây dựng là đủ tin cậy cho các tính toán tiếp theo trên hệ phổ kế gamma dùng detector GEM 15P4 đặt tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM bằng chương trình MCNP5.
Trên cơ sở mô hình hệ phổ kế gamma dùng detector GEM 15P4 đặt tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM của tác giả Trịnh Hoài Vinh đã xây dựng và kiểm chứng thực nghiệm [28], chúng tôi xây dựng input của chương trình MCNP5 và phát triển một chương trình tính toán để xác định bề dày của các lớp vật liệu che chắn bổ sung. Việc xác định bề dày của các lớp vật liệu che chắn bổ sung này dựa trên quan điểm sao cho ít tốn kém vật liệu nhất nhưng vẫn bảo đảm hiệu quả giảm phông tốt nhất.