3.1. Vật liệu và bố trí thực nghiệm
3.1.1. Vật liệu
Trong khóa luận này, chúng tôi tiền hành dùng phép đo gamma truyền qua với các loại vật liệu như nhôm, sắt và PMMA có kích thước 30 cm x 15 em (chiêu dài x chiều rộng) và có bè day khác nhau dé đánh giá phép đo. Lí do chúng tôi chọn các
vật liệu này vi chúng đều là những vật liệu thông dụng và có tính ứng dụng cao trong thực tế.
Bè day của các tam vật liệu được do bằng thước kẹp điện tử có độ chính xác 0.02 mm và được đo bốn lần ở bốn mặt khác nhau đề xác định bê dày trung bình. Bè day này sẽ được sử dung làm giá trị bề day tham khảo để đánh giá phép đo. Bang 3.1, 3.2 và 3.3 trình bày về kết quả đo bé day các tắm nhôm, sắt và PMMA (Mica) bang
thước kẹp điện tử trong thực nghiệm.
16
Bảng 3.1. Kết quả đo bề day bằng thước kẹp của các tắm nhôm
Bề day của các tắm nhôm (mm) — Mật độ: 2,70 g/em?
STT |
Bé day trung binh
Mẫu | 2022 20,33
Bang 3.2. Kết qua do bề day bằng thước kẹp của các tam sắt
Bê day của các tắm sắt (mm) - Mật độ: 7,784 g/em?
Bang 3.3. Kết quả do bề day bằng thước kẹp của các tam PMMA (Mica)
STT
Bé dày của các tắm PMMA (mm) — Mật độ: 1,18 g/em?
39.76 39.96 39,74
50,78 50.14 49.98 STT
Bè dày trung bình
Mau 1
17
3.1.2. Bố trí phép đo thực nghiệm
Hình 3.2 cho thay bé trí thí nghiệm của hệ đo gamma truyền qua được sử dụng dé đo độ dày của các tam vật liệu nhôm, sắt và PMMA với khoảng cách từ bề mặt trước của vật liệu đến bề mặt đầu đò và bê mặt nguồn phóng xạ lần lượt là 14 em và 2cm. Phần mềm ghi nhận phô là ADMCA được cung cấp bởi nhà cung cấp dau đò.
Mỗi vật liệu được do hai lần dé đánh giá độ ôn định của hệ đo. Nhiệt độ được giữ ồn định trong khoảng từ 20°C - 24°C trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Ngoài ra, các
phép đo không có nguồn và vật liệu cũng được thực hiện dùng đề trừ phông.
Hình 3.2. Bồ trí phép do thực nghiệm xác định bề dày vật liệu.
Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng nguồn phóng xạ là nguồn '*”Cs, phát gamma năng lượng 661,7 keV. Các thông số nguồn chuẩn được thẻ hiện trong hình 2.6. Nguôn phóng xạ được đặt trong buông chì có kích thước 12,5 em x 12,5 em x 5.0 em (chiều dài x chiều rộng x chiều cao). Nguồn được chuẩn trực với ông chuẩn
trực có đường kính 0.5 cm.
18
Decal
0,25” (6,35 mm) Chiều cao cửa số
| 0,109” (2,77mm)
Hình 3.3. Các thông số nguồn được sử dung. [20]
Dau đò Nal (TI) là loại đầu dd nhấp nháy có cau tạo chủ yếu Nal và khoảng 0.1% Thalium (T1) dạng ion dé tăng hiệu suất nhấp nháy. Ở nhiệt độ phòng, chất nhập
nháy này phát xa photon có bước sóng khoảng 0,42 um với cường độ mạnh nên phù hợp cho các nghiên cứu cơ bản [21].
Trong khóa luận, chúng tôi sử dụng đầu đò nhấp nháy Nal (TL) với tinh thé nhấp nháy dang trụ, đường kính và chiều dài của tinh thê đều là 7.62cm được cung cấp bởi hãng Amptek. Dau đò được đặt trong hộp chì có kích thước 12,5 cm x 12,5 em X 13,8 em. Ong chuẩn trực đặt phía trước đầu dò có đường kính trong là 1,0 cm.
Bảng 3.4. Thông tin của đầu dò Nal (TI) do hãng AMPTEK cung cấp.
Đối tượng nghiên cứu Mật độ tinh thé Nal (Tl)
Mật độ lớp nhôm
Mật độ lớp oxide nhôm
Mật độ lớp silicon
Đường kính tinh thê 7,62 cm
Chiêu đài tinh thé 7,62 cm
19
3.2. Xây dựng phép đo bề day vật liệu trong chương trình MCNP6
3.2.1. Vật liệu sử dụng trong mô phỏng
Vật liệu được sử dụng trong quá trình mô phỏng có dang tam với kích thước 30 em X 15 cm (chiều dài x chiều rộng). Trong khóa luận nay, chúng tôi tiễn hành xây
dựng phép đo mô phỏng cho các loại vật liệu là nhôm, sắt và mica (PMMA) với các bẻ dày từ | mm đến 120 mm, bước nhay là 5 mm. Cụ thé với mỗi vật liệu như sau:
e Nhôm: 10 mm, 15 mm, 20 mm,...,105 mm
e Sat: | mm 5 mm, 10 mm,...,120 mm
e PMMA: 10 mm, 15 mm, 20 mm,...,105 mm
3.2.2. Mô hình mô phỏng phép đo bề day vật liệu
Trong quá trình xây dựng đường chuẩn đẻ xác định bẻ dày vật liệu, chúng tôi xây dựng mô hình mô phỏng MCNP sử dụng cấu hình hệ đo gamma truyền qua. Để đảm bảo tính chính xác cho kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm, chúng tôi đã dùng các thông số về nguồn, đầu dò và khoảng cách từ mép vật liệu đến bè mặt khối đầu đò và đến bề mặt nguồn được khai báo đúng như thực nghiệm. Bên cạnh đó, dé đảm bảo tính thống kê, bài toán được khảo sát với số lượng hạt là sáu tỷ hạt.
Đầu dò Nai (TI)
Hình 3.4. Bố trí thí nghiệm trong mô phỏng
20
Nguồn phóng
Chuẩn trực đầu dò
Hình 3.5. Mô hình phép đo bề day vật liệu trong MCNP6
3.3. Phân tích và xử lý dữ liệu
3.3.1. Sự phù hợp giữa phố mô phỏng và phố thực nghiệm
Trong khóa luận này, chúng tôi dùng phô mô phỏng dé xây dựng đường chuan, do đó sự phù hợp giữa phô thực nghiệm và phô mô phỏng trong Hình 3.6 là yếu tô quan trọng ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả đo. Ta có thể thấy được sự phù hợp tương đối tốt về dạng phô giữa phô mô phỏng và phô thực nghiệm đối với ba mẫu vật
liệu.
21
Hình 3.6. Phố gamma của nguồn #?Cs từ mô phỏng và thực nghiệm 3.3.2. Kỹ thuật xử ly pho
Sau khi nhận được kết quả chạy mô phỏng quá trình gamma truyền qua trên chương trình MCNP6. Chúng tôi tiến hành sử dụng phương pháp khớp ham phan
mềm Colegram đề tính toán số đếm của đỉnh năng lượng hap thy toàn phan.
Trước tiên, chúng tôi chọn một vùng (ROI) xung quanh đỉnh phỏ. Sau đó sử dung hàm Backgroud One-step được dùng dé mô tả hình dang của các phông nền chồng lên nhau, gây ra bởi các tia gamma thứ cấp và được xác định bang công thức:
xo _ 2 —
STEP(X) = B + i Sexp - a dx = B +Sexp (- =1) (3.1)
Với các thông số hàm là:
© B là hằng số biên độ phông nền
ô S là biờn độ
22
© Xạ là vị tri step
¢ ola độ lệch chuân tính từ hàm Gauss
Đề khớp đinh gamma truyền qua, chúng tôi sử dụng hàm Gauss có dang:
G(X) = =
ơ\v27m
Với các thông số hàm là:
® Xp, là vị trí đỉnh
e Alà biên độ
© 0 là độ lệch chuẩn
Chúng tôi dùng công thức (2.3) dé xác định diện tích đỉnh phô va ROI phan nằm trên
ranh giới phía bên trái và bên phải:
FWHM = (2V2In2) x Width (3.3)
Công thức xác định vùng giới han bên trái L và vùng giới hạn bên phải R chúng tôi
sử dụng đề xử lý phô là:
L(Channel) = Position(Channel) — 2,5 x PWHM(Channel (3.4)
R(Channel) = Position(Channel) + 2,5 x FWHM (Channel) (3.5)
Với Width là độ lệch chuan của ham Gauss va Position là vị trí đỉnh năng lượng theo
kênh.
Sau khi trừ phông. phô có hai chân cao bằng nhau.
23
Dinh hap thụ năng lượng toan phan trên nên phông
Dinh hap thụ năng
lượng toản phan sau khi trừ nên phông
Phong nén
Hình 3.7. Phé mô phỏng của nhôm có bề day 20 mm sau khi xử lý bằng phần
mém Colegramx
Với phé thực nghiệm, dé xác định giới han bên trái L và giới hạn bên phải R của phd,
chúng tôi sử dụng công thức:
L(Channel) = Position(Channel) — 2,0 x FWIIM(Channel) (3.6)
R(Channel) = Position(Channel) + 2,0 x FWHM (Channel) (3.7)
24
Dinh hap thụ năng lượng toàn phần trên nén phông
Đinh hắp thụ ning
lượng toản phan sau khi trừ nén phông
Phong nên
Hình 3.8. Phổ thực nghiệm của nhôm có bề day 41.11 mm sau khi xử lý bang
phần mềm Colegram
3.3.3. Sai số phép đo
Hệ số suy giảm ¿ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như năng lượng chùm tia tới, mật độ và thành phan các nguyên tố có mặt trong vật liệu. Khi thực hiện một hệ đo cô định, hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu là một hằng số. Phương trình (3.8) cho
thay sự phụ thuộc tuyến tính của tỉ số InR vào bè day của vật liệu. Do đó, đường
chuẩn tuyến tinh thê hiện sự thay đổi của InR theo bề dày của vật liệu được xác định
theo phương trình:
In R = Slope XT + Intercept (3.8)
Trong đó Slope là hệ số góc va Intercept là hệ số đơn vi, là hằng số phụ thuộc vào tính chat của vật liệu. Trong khóa luận nay, Slope và Intercept được xác định từ đường chuẩn tuyến tính được xây dựng bằng dữ liệu mô phỏng MCNP6. Bé dày T của vật
liệu được chúng tôi nội suy từ đường chuẩn tuyến tính bằng công thức:
25
In R — Intercept (3.9)
T=—————
Slope
Hệ số og được tinh bằng công thức:
1 Ne2 rd 6— [+=2 N E 1 (3.10)
(, (oy) + ti (oy,) + 2 3.8 No NÌN,
Với oy = 3,89VN, oy, = 3,89/Nạ. Giá trị z được lay là 3.89 với độ tin cậy là 99.99%.
Ơn =
Tw đó, ta có được công thức tính sai số của InR:
(3.11)
R 1
One = 3,89 NÌN.
0
Theo [6] ta có công thức tính sai số tương đối của bê dày vật liệu như sau:
(3.12)
2
(Slope)? Ny exp(Slope x T + Intercept) td merece
Trong đó:
¢ đy là sai số tương đối của bè dày vật liệu
ô Hệ sụ Ostope là sai số của Slope
ô Hệ số Ointercept là sai số của Intercept
Độ lệch tương đối của bề day vật liệu được xác định dựa vào công thức:
|Bề dày đo được — Bề dày tham khảo| (3.13)
RD(%) = Bề dày tham khảo LOM
26