CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT VÀ HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐẦU Dề NHẤP NHÁY
3.2. Khảo sát, đánh giá và hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật của đầu dò
Khảo sát PMT
Bảng 3.2. Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần theo mô phỏng với các giá trị bề dày PMT khác nhau của đầu dò
E(keV) Bề dày
PMT(cm) 88,03 511 661,66 834,85 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49
10
3
0 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
1 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
2 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
3 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
4 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
5 5,89 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
6 5,89 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
7 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
8 5,89 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
9 5,89 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
35
Hình 3.7. Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần theo mô phỏng với các giá trị bề dày PMT khác nhau của đầu dò
Từ bảng 3.2 và kết quả thể hiện thông qua hình 3.7 cho thấy, khi thay đổi bề dày PMT từ 0 đến 9 cm thì hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần được tính cho sáu nguồn điểm 109Cd, 60Co, 54Mn, 22Na, 65Zn, 137Cs ứng với tám mức năng lượng thì kết quả hầu như không thay đổi.
Bảng 3.3. Độ lệch tương đối khi thay đổi bề dày PMT E (keV)
Bề dày (cm)
88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23
Simul
Exp
1274,54 1332,49
RD (%) = 100
Exp
0 1,09 0,43 0,29 0,05 0,54 1,03 1,85 1,38
1 1,09 0,42 0,32 0,05 0,53 0,97 1,86 1,35
2 1,09 0,42 0,32 0,06 0,53 0,94 1,85 1,34
3 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33
4 1,09 0,43 0,31 0,06 0,53 0,94 1,86 1,33
5 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,92 1,84 1,34
6 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,92 1,84 1,34
7 1,09 0,43 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33
8 1,09 0,42 0,36 0,06 0,53 0,94 1,86 1,33
9 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33
36
Hình 3.8. Độ lệch tương đối khi thay đổi bề dày PMT của đầu dò
Từ bảng 3.3 cho thấy độ lệch tương đối giữa mô phỏng và dữ liệu thực nghiệm [8] đều dưới 2% và hiệu suất ghi của đầu dò chỉ thay đổi 0,01% đến 0,11% giữa các kết quả tính toán khi tăng 1cm bề dày PMT cho mỗi lần mô phỏng. Kết quả này được thể hiện thông qua hình 3.8. Vậy bề dày lớp PMT có ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả mô phỏng đầu dò. Kết quả này khác với công bố trong công trình [9]. Theo nghiên cứu của Shi và cộng sự thì bề dày của lớp nhôm này là 3 cm tuy nhiên khảo sát của chúng tôi cho thấy rằng độ dày của lớp nhôm ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần.
Khảo sát các lớp vật liệu bao quanh tinh thể
1,20
NaI(Tl) 1,15
1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85
0,80
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Năng lượng (keV)
Hình 3.9. Tỉ số giữa hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần tình theo mô phỏng đẩu dò chỉ với khối tinh thể và thực nghiệm [8]
37 Tổ
so
Bảng 3.4. So sánh hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm [8] khi mô phỏng đầu dò chỉ với khối tinh thể NaI(Tl)
Năng lượng (keV)
FEPE10
3
(mô phỏng)
FEPE103
(thực nghiệm [8]) Độ lệch tương đối (%)
Simul
Exp
Tỉ số
Si
mul
88,03 511 661,66 834,84 1115,5 1173,2 1274,3 1332,5
S
imu l
5,62 3,56 3,51 2,29 2,17 1,90 1,68 1,72
Exp
5,96 3,63 2,98 2,49 1,97 1,85 1,75 1,69
RD (%) =
E
xp
5,72 1,93 17,76 8,17 10,08 2,70 4,27 1,81
100
Exp
0,94 0,98 1,18 0,92 1,10 1,03 0,96 1,02 Từ bảng 3.4 cho thấy khi mô phỏng đầu dò chỉ với khối tinh thể NaI(Tl) thì kết quả mô phỏng bị lệch rất lớn so với thực nghiệm mà đặc biệt là đỉnh 662,66 keV có độ lệch là 17,76% và đỉnh 1115,5 keV là 10,08% so với dữ liệu thực nghiệm [8]. Đối với các đỉnh năng lượng còn lại là dưới 10%. Vậy các lớp vật liệu bao quanh tinh thể có ảnh hưởng đến hiệu suất của đầu dò.
1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80
NaI(Tl) Al2O3
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Năng lượng (keV)
Hình 3.10. Tỉ số giữa hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần tính theo mô phỏng đẩu dò với khối tinh thể, lớp Al2O3 và thực nghiệm [8]
Tổ so
38
Bảng 3.5. So sánh hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm [8] khi mô phỏng đầu dò với khối tinh thể NaI(Tl) và lớp Al2O3 dày 1mm
Năng lượng (keV)
FEPE103 (mô phỏng)
FEPE103
(thực nghiệm [8]) Độ lệch tương đối (%)
Simul
Exp
Tỉ số
Si
mul
88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,34 1332,49
S
imu l
5,31 3,44 3,41 2,23 2,12 1,85 1,64 1,68
Exp
5,96 3,63 2,98 2,49 1,97 1,85 1,75 1,69
RD (%) =
E
xp
10,91 5,30 14,30 10,63 7,51 0,05 6,34 0,34
100
Exp
0,89 0,95 1,14 0,89 1,08 1,00 0,94 1,00 Từ hình 3.10 cho thấy độ lệch giữa hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm là rất lớn đối với một số đỉnh năng lượng. Kết quả được chỉ rừ trog bảng 3.5, đối với cỏc đỉnh 88,03 keV là 10,91%, đỉnh 661,66 keV là 14,30% và đỉnh 834,84 keV có độ lệch tương đối là 10,63%. Vậy khi đầu dò chỉ được khai báo tinh thể NaI(Tl) và lớp Al2O3 thì sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của đầu dò.
1,20
NaI(Tl) Al2O3 Si
1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85
0,80
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Năng lượng (keV)
Hình 3.11. Tỉ số giữa hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần tính theo mô phỏng đẩu dò với khối tinh thể, lớp Al2O3, lớp silicon và thực nghiệm [8]
Tổ so
39
Bảng 3.6. So sánh hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm [8] khi mô phỏng đầu dò với khối tinh thể NaI(Tl), lớp Al2O3 và lớp silicon dày 2mm
Năng lượng (keV)
FEPE103 (mô phỏng)
FEPE103
(thực nghiệm [8]) Độ lệch tương đối (%)
Simul
Exp
Tỉ số
Si
mul
88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,34 1332,49
S
imu l
4,86 3,31 3,29 2,18 2,06 1,80 1,60 1,64
Exp
5,96 3,63 2,98 2,49 1,97 1,85 1,75 1,69
RD (%) =
E
xp
18,38 8,94 10,33 12,52 4,61 2,95 8,72 2,88
100
Exp
0,82 0,91 1,10 0,87 1,05 0,97 0,91 0,97 Từ bảng 3.6 cho thấy độ lệch khá lớn giữa hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm đối với các đỉnh 88,03 keV là 18,38%, đỉnh 661,66 keV là 10,33% và đỉnh 834,84 keV có độ lệch tương đối là 12,52%. Và độ lệch này được thể hiện thông qua hình 3.11. Vậy các lớp vật chất bao quanh tinh thể này có ảnh hưởng đến hiệu suất ghi của đầu dò.
Khảo sát lớp vỏ nhôm
Hình 3.12. Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần theo mô phỏng khi thay đổi bề dày lớp nhôm trước tinh thể của đầu dò
40
Bảng 3.7. Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần theo mô phỏng với các giá trị bề dày của lớp nhôm trước tinh thể đầu dò
E (keV) Bề dày lớp
vỏ nhôm 88,03 (cm)
511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49
1 03
0 5,90 3,70 3,03 2,52 2,00 1,89 1,80 1,73
0,05 6,06 3,68 3,02 2,50 2,00 1,89 1,79 1,72
0,1 5,97 3,67 3,01 2,50 1,99 1,88 1,78 1,72
0,15 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78 1,71
0,2 5,81 3,62 2,97 2,48 1,97 1,86 1,77 1,71
0,25 5,74 3,60 2,96 2,46 1,96 1,85 1,77 1,70
0,3 5,66 3,58 2,94 2,45 1,95 1,84 1,76 1,69
0,35 5,60 3,56 2,93 1,79 1,94 1,83 1,76 1,68
0,4 5,54 3,53 2,91 2,42 1,94 1,82 1,75 1,68
0,45 5,48 3,50 2,89 2,41 1,93 1,82 1,74 1,67
0,5 5,41 3,47 2,86 2,39 1,91 1,81 1,73 1,66
0,55 5,32 3,43 2,84 2,37 1,90 1,80 1,71 1,64
0,6 5,24 3,39 2,81 2,35 1,89 1,78 1,70 1,63
Từ bảng 3.7 và kết quả thể hiện thông qua hình 3.12 cho thấy, khi thay đổi bề dày lớp nhôm trước tinh thể từ 0 đến 0,6 cm ( mỗi lần mô phỏng tăng 0,05 cm) thì hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần càng giảm.
Hình 3.13. Độ lệch tương đối khi thay đổi bề dày của lớp nhôm trước tinh thể đầu dò 41
Bảng 3.8. Độ lệch tương đối khi thay đổi bề dày lớp nhôm trước tinh thể của đầu dò E (keV)
Bề dày lớp vỏ nhôm
88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49
Simul Exp
(cm) RD (%) =
Exp
100
0 1,03 1,92 1,60 1,13 1,58 2,19 2,89 2,40
0,05 1,62 1,50 1,19 0,60 1,43 2,25 2,20 2,05
0,1 0,23 1,02 0,91 0,34 1,12 1,85 1,84 1,69
0,15 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33
0,2 2,47 0,19 0,25 0,57 0,09 0,44 1,41 0,91
0,25 3,69 0,81 0,84 1,07 0,33 0,01 1,15 0,49
0,3 5,00 1,43 1,35 1,63 0,77 0,46 0,63 0,06
0,35 6,09 2,03 1,80 1,87 1,37 0,95 0,42 0,35
0,4 6,98 2,62 2,45 2,63 1,67 1,41 0,14 0,75
0,45 8,05 3,47 3,12 3,18 2,15 1,37 0,31 1,15
0,5 9,20 4,47 3,95 4,15 2,97 2,16 1,39 1,87
0,55 10,71 5,57 4,62 4,78 3,40 2,92 2,42 2,68
0,6 12,12 6,61 5,70 5,61 4,14 3,69 2,89 3,39
Bảng 3.8 cho thấy lớp vỏ nhôm có bề dày nhỏ hơn 0,1cm hoặc lớn hơn 0,15 cm thì độ lệch tương đối là trên 2%. Với bề dày lớp vỏ nhôm 0,1 cm và 0,15 cm có độ lệch tương đối là dưới 2%. Và kết quả này được thể hiện qua hình 3.13. Và bề dày lớp nhôm trước tinh thể chúng tôi đề nghị là 0,15 cm.
Khảo sát lớp Silicon
Hình 3.14. Hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần theo mô phỏng khi thay đổi lớp silicon trước tinh thể
42
Bề dày
Bảng 3.9. Hiệu suất mô phỏng đầu dò với các giá trị bề dày lớp silicon E (keV)
lớp 88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49
silicon (cm)
103
0 6,25 3,70 3,03 2,52 2,00 1,89 1,80
1,73
0,02 6,19 3,70 3,03 2,52 2,00 1,86 1,79
1,71
0,04 6,17 3,69 3,03 2,51 2,00 1,90 1,79
1,73
0,06 6,13 3,69 3,02 2,51 2,00 1,89 1,79
1,73
0,08 6,09 3,68 3,02 2,51 2,00 1,89 1,79
1,72
0,1 5,91 3,58 3,01 2,50 2,00 1,89 1,78
1,72
0,12 6,04 3,67 3,01 2,50 1,99 1,89 1,79
1,72
0,14 6,00 3,67 3,01 2,50 1,99 1,88 1,78
1,72
0,16 5,94 3,66 3,00 2,49 1,99 1,88 1,78
1,72
0,18 5,92 3,65 3,00 2,49 1,98 1,88 1,77
1,71
0,2 5,90 3,65 2,99 2,49 1,98 1,87 1,78
1,71
0,22 5,86 3,64 2,99 2,49 1,98 1,86 1,78
1,71
0,24 5,84 3,63 2,98 2,48 1,98 1,86 1,78
1,71
0,26 5,80 3,62 2,98 2,48 1,97 1,86 1,78
1, 71 0, 28 5, 78 3, 62 2, 97 2, 48 1, 97 1, 86 1, 77 1, 70
0, 3 5, 75 3, 61 2,
97 2,47 1,96 1,85 1,77 1,70
0,32 5,72 3,60 2,96 2,47 1,97 1,85 1,78
1,70
0,34 5,70 3,59 2,96 2,46 1,96 1,85 1,77
1,70
0,36 5,67 3,59 2,95 2,46 1,96 1,84 1,76
1,69
0,38 5,64 3,58 2,94 2,45 1,96 1,84 1,77
1,69
0,4 5,70 3,57 2,93 2,45 1,95 1,84 1,76
1,69
Từ hình 3.14 cho thấy hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần giảm rất ít khi
thay đổi từng 0,02 cm cho mỗi lần mô phỏng, kết quả cụ thể được thể hiện thông qua bảng 3.9 cho thấy khi thay đổi bề dày lớp silicon trước tinh thể từ 0 đến 0,4 cm thì hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần có giảm.
3 4
Bảng 3.10. Độ lệch tương đối giữa mô phỏng và thực nghiệm khi thay đổi bề dày lớp silicon
E (keV) Bề dày
lớp silicon
88,03 511 661,66 834,84 1115,54 1173,23 1274,54 1332,49
Simul Exp
(cm) RD (%) = 100
Exp
0 4,84 1,96 1,75 1,26 1,68 2,26 2,93 2,41
0,02 3,84 1,90 1,67 1,01 1,55 0,74 2,50 1,19
0,04 3,51 1,70 1,55 0,93 1,66 2,45 2,39 2,21
0,06 2,83 1,55 1,44 0,82 1,58 2,32 2,09 2,10
0,08 2,25 1,39 1,30 0,72 1,48 2,20 2,01 2,00
0,1 0,90 1,50 1,16 0,51 1,33 2,06 1,83 1,90
0,12 1,35 1,11 1,01 0,48 1,20 1,94 2,10 1,78
0,14 0,74 0,96 0,90 0,36 0,90 1,81 1,65 1,68
0,16 0,32 0,81 0,77 0,15 0,90 1,68 1,49 1,56
0,18 0,70 0,66 0,58 0,05 0,65 1,56 1,36 1,45
0,2 1,09 0,42 0,31 0,06 0,53 0,93 1,86 1,33
0,22 1,62 0,22 0,21 0,10 0,45 0,75 1,65 1,19
0,24 2,06 0,00 0,07 0,26 0,37 0,60 1,59 1,05
0,26 2,62 0,20 0,13 0,35 0,23 0,44 1,54 0,91
0,28 3,09 0,40 0,30 0,49 0,23 0,29 1,23 0,78
0,3 3,47 0,60 0,46 0,71 0,29 0,15 1,40 0,65
0,32 3,97 0,80 0,59 0,92 0,19 0,01 1,51 0,50
0,34 4,41 0,99 0,78 1,08 0,57 0,14 1,15 0,37
0,36 4,91 1,19 0,99 1,23 0,47 0,32 0,79 0,22
0,38 5,29 1,40 1,22 1,41 0,61 0,49 1,06 0,08
0,4 4,31 1,60 1,55 1,57 0,77 0,64 0,62 0,05
Kết quả từ bảng 3.10 cho thấy rằng với bề dày lớp silicon trong khoảng 0,14 cm đến 0,22 cm, độ lệch tương đối hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần là dưới 2% cho tất cả năng lượng được khảo sát, với các bề dày khác có độ lệch tương đối là trên 2%. Kết quả biểu diễn thông qua hình 3.15. Chúng tôi đề nghị bề dày lớp silicon cần khai báo cho tệp đầu vào khi mô phỏng đầu dò là 0,2 cm.
44
Hình 3.15. Độ lệch tương đối khi thay đổi bề dày của lớp silicon trước tinh thể đầu dò
45