CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỰ HẤP THỤ CỦA MẪU CÓ DẠNG HÌNH TRỤ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5
3.2. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ MẪU, BỀ DÀY MẪU, NĂNG LƯỢNG CỦA TIA GAMMA TỚI, CÁC CHẤT NỀN (MATRIX) LÊN HIỆU SUẤT
3.2.1. Ảnh hưởng của mật độ mẫu, bề dày mẫu và năng lượng của tia gamma lên hiệu suất ghi của detector
Khảo sát mẫu INST có bề dày mẫu thay đổi lần lượt là 0,1 cm – 2,5 cm và mật độ mẫu từ 0,4 g/cm3 – 1,8 g/cm3 khảo sát tại 9 mức năng lượng tia gamma từ 59,5 keV đến 1332,5 keV. Kết quả tính toán sự phụ thuộc của hiệu suất ghi theo mật độ và bề dày của mẫu tại mỗi mức năng lượng xác định được thể hiện trong các bảng 3.1, bảng 1 – 8 trong phụ lục C và hình 3.1 – 3.4.
- 30 -
Bảng 3.1.Kết quả tính toán sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày mẫu, mật độ mẫu tại mức năng lượng 59,5 keV.
Bề dày Mật độ của mẫu INST (g/cm3)
(cm) 0,4 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
0,1 0,024757 0,024576 0,024466 0,024365 0,024256 0,024182 0,024086 0,2 0,024327 0,023955 0,023768 0,023564 0,023387 0,023199 0,023008 0,3 0,023837 0,023306 0,023040 0,022761 0,022507 0,022265 0,022018 0,4 0,023536 0,022822 0,022466 0,022139 0,021821 0,021501 0,021192 0,5 0,023158 0,022270 0,021867 0,021487 0,021103 0,020719 0,020348 0,6 0,022822 0,021827 0,021364 0,020895 0,020461 0,020018 0,019582 0,7 0,022453 0,021327 0,020809 0,020290 0,019788 0,019296 0,018828 0,8 0,022116 0,020890 0,020302 0,019738 0,019186 0,018668 0,018165 0,9 0,021797 0,020452 0,019813 0,019198 0,018619 0,018062 0,017506 1,0 0,021481 0,020007 0,019327 0,018669 0,018055 0,017454 0,016873 1,1 0,021128 0,019562 0,018843 0,018149 0,017504 0,016867 0,016274 1,2 0,020812 0,019160 0,018394 0,017683 0,016982 0,016332 0,015725 1,3 0,020498 0,018751 0,017951 0,017213 0,016485 0,015826 0,015201 1,4 0,020169 0,018353 0,017535 0,016747 0,016006 0,015334 0,014688 1,5 0,019872 0,017969 0,017130 0,016316 0,015567 0,014866 0,014215 1,6 0,019574 0,017604 0,016725 0,015898 0,015136 0,014420 0,013769 1,7 0,019274 0,017240 0,016334 0,015492 0,014714 0,013999 0,013341 1,8 0,018990 0,016899 0,015961 0,015112 0,014323 0,013597 0,012927 1,9 0,018699 0,016562 0,015606 0,014741 0,013941 0,013210 0,012538 2,0 0,018416 0,016223 0,015252 0,014380 0,013577 0,012839 0,012166 2,1 0,018130 0,015889 0,014908 0,014026 0,013218 0,012480 0,011811 2,2 0,017858 0,015571 0,014585 0,013688 0,012879 0,012141 0,011466 2,3 0,017582 0,015258 0,014268 0,013367 0,012554 0,011819 0,011142 2,4 0,017315 0,014963 0,013962 0,013055 0,012243 0,011510 0,010834 2,5 0,017053 0,014670 0,013668 0,012756 0,011946 0,011204 0,010538
- 31 -
Hình 3.1. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày và mật độ mẫu tại mức năng lượng 59,5 keV.
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày và mật độ mẫu tại mức năng lượng 122,1 keV.
0.010 0.015 0.020 0.025
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Hiệu suất
Bề dày (cm) 0 g/cm3
0,4 g/cm3 0,8 g/cm3 1,0 g/cm3 1,2 g/cm3 1,4 g/cm3 1,6 g/cm3 1,8 g/cm3
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Hiệu suất
Bề dày (cm)
0 g/cm3 0,4 g/cm3 0,8 g/cm3 1,0 g/cm3 1,2 g/cm3 1,4 g/cm3 1,6 g/cm3 1,8 g/cm3
- 32 -
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày và mật độ mẫu tại mức năng lượng 511,0 keV.
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày và mật độ mẫu tại mức năng lượng 1332,5 keV.
0.0065 0.0075 0.0085 0.0095 0.0105 0.0115 0.0125
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Hiệu suất
Bề dày (cm)
0 g/cm3 0,4 g/cm3 0,8 g/cm3 1,0 g/cm3 1,2 g/cm3 1,4 g/cm3 1,6 g/cm3 1,8 g/cm3 0.015
0.020 0.025 0.030
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Hiệu suất
Bề dày (cm) 0 g/cm3
0,4 g/cm3 0,8 g/cm3 1,0 g/cm3 1,2 g/cm3 1,4 g/cm3 1,6 g/cm3 1,8 g/cm3
- 33 -
Từ bộ số liệu trong các bảng 3.1, bảng 1 – 8 trong phụ lục C, bảng 1 – 2 trong phụ lục H và hình 3.1 – 3.4 có thể nhận thấy các đặc điểm sau đây:
Ứng với mỗi mức năng lượng thì hiệu suất ghi giảm khi mật độ và bề dày mẫu tăng, bởi vì khả năng đâm xuyên của photon giảm, dễ bị mẫu hấp thụ do đó số lượng tia gamma mà detector ghi nhận sẽ giảm. Ứng với mỗi mức năng lượng và giá trị bề dày mẫu xác định, khi tăng dần mật độ mẫu thì hiệu suất giảm nhẹ, chẳng hạn ở mức năng lượng 59,5 keV, bề dày mẫu 0,1 cm, cứ tăng mật độ của mẫu lên 0,2 g/cm3 thì hiệu suất giảm khá đều, khoảng 0,4%. Ứng với mỗi mức năng lượng và giá trị mật độ mẫu xác định, khi tăng bề dày mẫu thì hiệu suất ghi giảm đáng kể.
Cụ thể ở mức năng lượng 59,5 keV, mật độ mẫu 0,4 g/cm3, khi tăng bề dày của mẫu từ 0,1 cm đến 0,4 cm thì hiệu suất ghi giảm 4,9%, khi tăng từ 0,1 cm đến 2,5 cm thì hiệu suất ghi giảm 31,1%.
Ứng với mỗi giá trị mật độ và bề dày mẫu xác định. Những photon có năng lượng thấp (≤ 122,1 keV) hiệu suất ghi tăng dần theo năng lượng. Vì khi năng lượng tăng, các photon có khả năng đâm xuyên mạnh hơn nên tỷ lệ photon ra khỏi mẫu để đến detector tăng. Tuy nhiên năng lượng của chúng không đủ lớn để thoát ra khỏi detector, kết quả là tất cả các photon đều bị giữ lại trong detector. Những photon có năng lượng cao (> 122,1 keV) thì hiệu suất ghi giảm nhẹ. Vì năng lượng của photon càng cao thì sau khi đi qua lớp vật chất, các photon này vẫn còn đủ năng lượng để thoát ra vùng thể tích hoạt động của detector. Còn đối với các photon có năng lượng > 1000 keV thì hiệu suất ghi của detector giảm không đáng kể.
Từ nhận xét trên cho thấy, khi bề dày mẫu tăng lên thì hiệu suất ghi thay đổi.
Tuy nhiên khi tăng giá trị bề dày đến một giới hạn mà tại đó hiệu suất ghi của detector hầu như không thay đổi, tức là số đếm mà detector ghi nhận không tăng nữa, bề dày này gọi là bề dày bão hòa. Cụ thể, luận văn sẽ nghiên cứu mẫu INST có mật độ mẫu là 0,4 g/cm3, bề dày thay đổi từ 1 cm đến 12 cm khảo sát tại 9 mức năng lượng gamma thay đổi từ 59,5 keV – 1332,5 keV. Kết quả tính toán sự phụ thuộc của hiệu suất ghi và số đếm vào bề dày mẫu để xác định bề dày bão hòa được trình bày ở các bảng 3.2 – 3.3 và hình 3.5 – 3.6.
- 34 -
Bảng 3.2. Kết quả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi của detector theo bề dày tại các giá trị năng lượng khác nhau.
Bề dày (cm)
Năng lượng của tia gamma (keV)
59,5 63,3 88,0 122,1 511,0 661,6 1173,2 1274,5 1332,5
1 0,021481 0,027739 0,062007 0,078672 0,024677 0,019076 0,011265 0,010433 0,010023 2 0,018416 0,023702 0,052004 0,065236 0,020293 0,015680 0,009248 0,008572 0,008227 3 0,015830 0,020357 0,044297 0,055277 0,017170 0,013265 0,007848 0,007280 0,006987 4 0,013744 0,017663 0,038288 0,047685 0,014837 0,011477 0,006795 0,006301 0,006050 5 0,012054 0,015494 0,033531 0,041722 0,013039 0,010082 0,005976 0,005540 0,005321 6 0,010683 0,013736 0,029705 0,036973 0,011596 0,008980 0,005321 0,004937 0,004745 7 0,009545 0,012283 0,026590 0,033134 0,010423 0,008077 0,004797 0,004450 0,004277 8 0,008601 0,011083 0,024012 0,029944 0,009461 0,007333 0,004357 0,004047 0,003887 9 0,007819 0,010079 0,021863 0,027284 0,008655 0,006710 0,003993 0,003709 0,003563 10 0,007144 0,009221 0,020034 0,025032 0,007966 0,006180 0,003676 0,003415 0,003284 11 0,006576 0,008494 0,018489 0,023113 0,007375 0,005723 0,003409 0,003167 0,003045 12 0,006089 0,007866 0,017150 0,021449 0,006867 0,005336 0,003176 0,002951 0,002837
Bảng 3.3. Kết quả sự phụ thuộc của số đếm theo bề dày của mẫu tại các giá trị năng lượng khác nhau.
Bề dày (cm)
Năng lượng (keV)
59,5 63,3 88,0 122,1 511,0 661,6 1173,2 1274,5 1332,5 1 343688 443830 992119 1258758 394838 305219 180240 166920 160370 2 589311 758456 1664120 2087545 649386 501766 295936 274303 263270 3 759843 977152 2126240 2653293 824140 636716 376700 349430 335385 4 879615 1130437 2450454 3051826 949571 734517 434879 403237 387180 5 964284 1239530 2682469 3337776 1043134 806535 478038 443184 425660 6 1025575 1318664 2851656 3549433 1113168 862090 510797 473912 455482 7 1069016 1375696 2978062 3710998 1167348 904611 537223 498370 478967 8 1100904 1418613 3073506 3832769 1211048 938627 557673 517990 497574 9 1125869 1451409 3148249 3928814 1246328 966280 575008 534072 513057 10 1143036 1475405 3205463 4005131 1274486 988745 588081 546383 525436 11 1157417 1494963 3254028 4067961 1297912 1007172 600041 557447 535999 12 1169003 1510300 3292706 4118190 1318502 1024424 609754 566529 544730
- 35 -
Hình 3.5.Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào bề dày của mẫu tại các mức năng lượng khác nhau.
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của số đếm tương đối vào bề dày mẫu tại các mức năng lượng khác nhau.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
0 2 4 6 8 10 12
Hiệu suất
Bề dày mẫu (cm)
59,5keV 63,3keV 88,0keV 122,1keV 511,0keV 661,6keV 1173,2keV 1274,5keV 1332,5keV
0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000
0 2 4 6 8 10 12
Số đếm
Bề dày mẫu (cm)
59,5keV 63,3keV 88,0keV 122,1keV 511,0keV 661,6keV 1173,2keV 1274,5keV 1332,5keV
- 36 -
Từ số liệu trong các bảng 3.2 – 3.3 và hình 3.5 – 3.6 thấy rằng khi bề dày mẫu có giá trị từ 1 cm – 8 cm thì số đếm tương đối tăng nhanh và hiệu suất ghi của detector giảm. Nhưng khi bề dày đạt giá trị từ 9 cm trở lên thì số đếm đỉnh tương đối và hiệu suất ghi của detector gần như không thay đổi (đường biễu diễn gần như là đường thẳng nằm ngang). Từ đó có thể kết luận giá trị bề dày của mẫu nằm trong khoảng 9 cm – 10 cm là bề dày bão hòa cho dải năng lượng từ 59,5 keV đến 1332,5 keV.