CẢI TIẾN BỘ LỌC VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ LIỀU BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP
3.1.Mô tả bài toán bằng chương trình MCNP
Thùng hàng (dummy) được mô tả có kích thước 20x20x6 cm, (thành phần phần trăm các nguyên tố được thể hiện trong bảng 3.1), tỷ trọng được cho bằng 1,0 g/cm3. Bộ lọc làm bằng nhôm, tỷ trọng 2,7 g/cm3 bố trí phía trên thùng hàng có kích thước 20x20 cm và cách thùng hàng 2 cm. Mặt phẳng nguồn được mô tả phía trên cùng. Để mô tả bài toán bằng chương trình MCNP, cần phải xác định tọa độ các cell, các mặt theo một hệ tọa độ chọn trước. Hệ tọa độ được chọn với gốc tọa độ trùng với tâm mặt phẳng đáy của thùng hàng, trục Oz hướng thẳng đứng lên trên, trục Oy trùng với chiều dịch chuyển của thùng hàng. Tâm mặt đáy bộ lọc nằm trên trục Oz và cách gốc tọa độ 8 cm, mặt phẳng nguồn song song và cách mặt phẳng đáy của thùng hàng 35 cm. Mô tả này là phù hợp cho máy gia tốc chùm tia điện tử UERL-10-15S2 (Phụ lục 1).
Bảng 3.1. Thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố có trong dummy.
Bậc số nguyên tử (Z) Tên nguyên tố Thành phần phần trăm (%)
1 Hydro 11,3984
6 Cacbon 75,0309
7 Nitơ 6,3269
8 Oxi 7,2438
Phân bố liều theo chiều sâu (depth dose profiles) xác định qua 30 cell hình đĩa có đường kính 10 cm, chiều dày 0,2 cm bên trong thùng hàng. Kích thước các đĩa được chọn nhằm giảm các ảnh hưởng của các hiệu ứng đến giá trị tính toán cũng như giảm
giá trị sai số, giảm thời gian chạy máy mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của kết quả nhận được. Tally F4 được sử dụng để xác định thông lượng electron qua các cell, giá trị liều lượng được quy đổi qua hệ số thông lượng – liều lượng (DE-DF).
Hình 3.1. Mô hình bài toán được vẽ bởi MCNP 3.2. Kiểm tra kết quả bài báo [6] bằng chương trình MCNP
Bài báo [6] khẳng định độ dày bộ lọc nhôm khi chiếu xạ bằng nguồn electron năng lượng E0 = 6 MeV là 0,6 cm. Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ đã vận dụng kết quả bài toán để tiến hành chiếu xạ thực phẩm trên máy gia tốc chùm tia điện tử UERL-10-15S2. Kết quả thực nghiệm cho thấy đường phân bố liều không được làm phẳng. Do đó, khóa luận này dùng chương trình MCNP để kiểm tra kết quả bài báo. Để thấy được ảnh hưởng của bộ lọc đến phân bố liều trong đối tượng chiếu xạ, cần xem xét sự phân bố liều hấp thụ trong thùng hàng khi sử dụng và không sử dụng bộ lọc bằng chương trình MCNP cho kết quả được trình bày trong bảng 3.2; 3.3 và hình 3.2. (File input của tính toán này được mô tả trong Phụ lục 6). Các kết quả tính toán trong khóa luận này có sai số tương đối R < 0,1 %.
Bảng 3.2. Kết quả tính toán phân bố liều trong thùng hàng được chiếu xạ bằng nguồn
electron 6 MeV khi không sử dụng bộ lọc
Độ sâu (cm) Liều (kGy) Độ sâu (cm) Liều (kGy) Độ sâu (cm) Liều (kGy)
0,1 1,87.105 2,1 2,78.105 4,1 0,00 0,3 2,00.105 2,3 2,44.105 4,3 0,00 0,5 2,08.105 2,5 1,87.105 4,5 0,00 0,7 2,20.105 2,7 1,16.105 4,7 0,00 0,9 2,33.105 2,9 4,86.104 4,9 0,00 1,1 2,50.105 3,1 1,02.104 5,1 0,00 1,3 2,66.105 3,3 7,11.102 5,3 0,00 1,5 2,84.105 3,5 0,00 5,5 0,00 1,7 2,93.105 3,7 0,00 5,7 0,00 1,9 2,91.105 3,9 0,00 5,9 0,00
Bảng 3.3. Kết quả tính toán phân bố liều trong thùng hàng được chiếu xạ bằng nguồn
electron 6 MeV khi sử dụng bộ lọc làm bằng nhôm dày 0,6 cm
Độ sâu (cm) Liều (kGy) Độ sâu (cm) Liều (kGy) Độ sâu (cm) Liều (kGy)
0,1 2,78.105 2,1 1,94.101 4,1 0,00 0,3 2,67.105 2,3 0,00 4,3 0,00 0,5 2,46.105 2,5 0,00 4,5 0,00 0,7 2,12.105 2,7 0,00 4,7 0,00 0,9 1,73.105 2,9 0,00 4,9 0,00 1,1 1,26.105 3,1 0,00 5,1 0,00 1,3 7,67.104 3,3 0,00 5,3 0,00 1,5 3,36.104 3,5 0,00 5,5 0,00 1,7 7,96.103 3,7 0,00 5,7 0,00 1,9 6,31.102 3,9 0,00 5,9 0,00
Hình 3.2. Phân bố liều trong thùng hàng được chiếu xạ bởi nguồn electron 6 MeV
Sử dụng chương trình MCNP để mô phỏng kiểm tra kết quả của bài báo với các điều kiện đầu của bài toán được bài báo đề xuất. Từ bảng 3.2; 3.3 và hình 3.2 nhận thấy bộ lọc bằng nhôm có độ dày 0,6 cm không làm bằng phẳng đường phân bố liều mà còn làm đường phân bố liều dịch chuyển nhiều về bên trái. Vì thế, kết quả bài báo đưa ra là không đáng tin cậy.
Để tăng thêm độ tin cậy của khóa luận, hàng loạt bộ lọc phẳng có độ dày khác nhau đã được mô phỏng bằng chương trình MCNP. Điển hình là ba bộ lọc có độ dày lần lượt là 0,3; 0,1; 0,06 cm được trình bày trong mục 3.3.