BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trịnh Văn Danh TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÒ NaI (Tl) KÍCH THƯỚC 3" × 3" LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Thành Phố Hồ Chí Minh - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trịnh Văn Danh TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÒ NaI (Tl) KÍCH THƯỚC 3" × 3" Chuyên Ngành: Vật Lí Nguyên Tử Mã Số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS Châu Văn Tạo Thành Phố Hồ Chí Minh – 2013 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành luận văn này, nhận quan tâm, giúp đỡ quý thầy cô, gia đình bạn bè Tôi xin gửi đến tất người lời cảm ơn chân thành Xin cảm ơn thầy PGS.TS Châu Văn Tạo, người thầy hướng dẫn luận văn tôi, thầy gợi ý, hướng dẫn đề tài quan tâm, đôn đốc suốt trình làm luận văn Thầy bỏ thời gian đọc sửa chữa luận văn cho Xin cảm ơn thầy ThS Hoàng Đức Tâm, người thầy giúp đỡ tôi gặp khó khăn, thầy cho ý kiến đóng góp, ý tưởng thực lời khuyên để kịp thời bổ sung chỉnh sửa luận văn Xin cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy suốt trình học tập, quý thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, trường đại học Sư Phạm TP HCM tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất để thực thí nghiệm phục vụ cho luận văn Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu quí thầy cô tổ Vật Lý trường THPT Long Thành tạo điều kiện mặt thời gian cho hoàn thành luận văn Xin cảm ơn thầy ThS Vũ Đăng Khôi, giáo viên tin học trường THPT Long Thành bạn Nguyễn Quốc Trung giúp đỡ nhiều việc lập trình viết giao diện chương trình tính toán hiệu suất ngôn ngữ lập trình Visual Basic 2012 Cuối cùng, chân thành cảm ơn gia đình bạn bè quan tâm, giúp đỡ để hoàn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Trịnh Văn Danh ii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ đồ thị vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1 Tổng quan đầu dò NaI(Tl) 1.1.1 Cấu tạo đầu dò NaI (Tl) 1.1.1.1 Chất nhấp nháy sử dụng tinh thể NaI(Tl) 1.1.1.2 Ống nhân quang điện 1.1.1.3 Lớp vỏ bao bọc đầu dò 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động đầu dò NaI(Tl) 10 1.1.3 Ứng dụng đầu dò NaI(Tl) 11 1.2 Giới thiệu phương pháp Monte Carlo 14 1.2.1 Phương pháp Monte Carlo 14 1.2.2 Đặc trưng phương pháp Monte Carlo 14 1.2.3 Ứng dụng phương pháp Monte Carlo vật lý hạt nhân 18 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÒ NaI (Tl) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HYBRID MONTE CARLO 19 iii 2.1 Tổng quan loại hiệu suất 19 2.1.1 Khái niệm hiệu suất 19 2.1.2 Các loại hiệu suất 19 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đầu dò xạ 20 2.1.3.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng ε t R R đầu dò xạ 20 2.1.3.2 Những yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất đỉnh lượng toàn phần 21 2.1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tuyệt đối hiệu suất nội đầu dò NaI (Tl) 24 2.1.4 Các phương pháp xác định hiệu suất 24 2.1.4.1 Phương pháp thực nghiệm 25 2.1.4.2 Phương pháp bán thực nghiệm 26 2.1.4.3 Phương pháp Monte Carlo 27 2.2 Xác định hiệu suất đầu dò NaI(Tl) sử dụng phương pháp hybrid Monte Carlo 29 2.3 Tính hiệu suất đầu dò NaI(Tl) nguồn điểm 30 2.3.1 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) nguồn điểm 30 2.3.2 Xác định hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn điểm 32 2.4 Tính hiệu suất đầu dò NaI(Tl) nguồn đĩa 34 2.5 Xác định hiệu suất nội đầu dò NaI (Tl) với nguồn đĩa 39 2.6 Phương pháp thực nghiệm xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn điểm 39 iv 2.6.1 Bố trí thực nghiệm 40 2.6.2 Xử lý phổ thực nghiệm 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Viết giao diện Visual Basic Studio 2012 để tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) cho nguồn điểm nguồn đĩa 42 3.2 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước 3"×3" nguồn dạng điểm tính toán ngôn ngữ lập trình Fortran 46 3.3 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) nguồn dạng đĩa tính toán ngôn ngữ lập trình Fortran 47 3.4 Hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) nguồn dạng điểm 49 3.5 Hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) nguồn dạng đĩa 50 3.6 Hiệu suất đầu dò NaI (Tl) kích thước 3"×3" xác định từ lý thuyết từ thực nghiệm 51 KẾT LUẬN 54 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 56 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 61 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  Các kí hiệu: ε t ( E ) : hiệu suất tổng đầu dò ε i ( E ) : hiệu suất nội đầu dò ε p ( E ) : hiệu suất đỉnh lượng toàn phần đầu dò H d : chiều dài đầu dò R phần ε pgeo : hiệu suất đỉnh nguồn cần đo ε pref : hiệu suất đỉnh nguồn điểm tham khảo R R d : bán kính đầu dò R A: hoạt độ phóng xạ nguồn R R s : bán kính nguồn đĩa tròn, R μ: hệ số suy giảm tuyến tính toàn thời điểm đo R mỏng d: khoảng cách từ nguồn đến đầu dò Δ: đoạn đường mà photon tinh thể N: số photon phát từ nguồn r a : bán kính đường tròn mà R R nguồn điểm phân bố nguồn đĩa t: thời gian ghi nhận ε abs ( E ) : hiệu suất tuyệt đối đầu dò RND: hàm Random Number  Các chữ viết tắt: MCNP: Monte – Carlo N Particle P : tỉ số hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng (Peak to T total) Fortran: ngôn ngữ lập trình Fortran (Formula Translation) PET/CT: kết hợp hệ thống PET (Positron Emission Tomography) CT (Computed Tomography) y học hạt nhân vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thông tin nguồn hệ đo NaI(Tl) 40 U T T U Bảng 3.1 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước 3'' 3'' U T T U U T nguồn điểm xác định từ giao diện Visual Basic 2012 từ thực nghiệm 45 T U Bảng 3.2 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước 3'' 3'' U T T U U T nguồn điểm đặt đồng trục với đầu dò cách bề mặt đầu dò d = 0,001cm 46 T U Bảng 3.3 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước 3'' 3'' U T T U U T nguồn điểm đặt đồng trục với đầu dò cách bề mặt đầu dò d = 10 cm 46 T U Bảng 3.4 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước đầu dò NaI(Tl) U T kích thước 3'' 3'' nguồn đĩa có bán kính R s = 3,81cm đặt đồng 6T U U 6T RU U RU U trục với đầu dò cách bề mặt đầu dò khoảng d = 3,0cm 47 T U Bảng 3.5 Hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) kích thước 3'' 3'' U T T U U T nguồn đĩa có bán kính R s =3,81cm đặt đồng trục với đầu dò cách bề mặt R U RU đầu dò khoảng d = 10,0cm 48 6T U Bảng 3.6 Kết xác định hiệu suất tổng xác định Code U T CalcTotEff thực nghiệm 52 T U vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đầu dò NaI(Tl) kích thước 3''× 3'' Phòng thí nghiệm Vật Lý U T T U U T Hạt Nhân trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh T U Hình 1.2 Sơ đồ bên ống nhân quang U T T U Hình 1.3 Hai cách bố trí đi-nốt (dynode) ống nhân quang U T T U Hình 1.4 Sơ đồ mặt cắt đầu dò NaI(Tl) kích thước 3''× 3'' 10 U T T U Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ đo sử dụng đầu dò nhấp nháy 11 U T U T Hình 1.6 Đầu dò nhấp nháy sử dụng thiết bị phát U T phóng xạ lối vào 12 6T U Hình 1.7 Đầu dò NaI(Tl) sử dụng hệ thống PET/CT 13 U T T U Hình 1.8 Đầu dò nhấp nháy dùng để xác định bề dày, ăn mòn khuyết U T tật sản phẩm 13 6T U Hình 1.9 Sơ đồ khối chương trình Monte Carlo tổng quát 15 U T T U Hình 2.1 Sự phụ thuộc hiệu suất đỉnh lượng toàn phần vào U T lượng photon tới 22 6T U Hình 2.2 Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma 60Co 23 U T P U P U T U Hình 2.3 Nguồn điểm đặt đồng trục với đầu dò NaI(Tl) 30 U T T U Hình 2.4 Lưu đồ thuật toán tính hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) với U T nguồn dạng điểm đặt đồng trục với đầu dò 33 T U Hình 2.5 Nguồn đĩa đặt đồng trục với đầu dò NaI(Tl) 35 U T T U Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán tính hiệu suất tổng đầu dò NaI(Tl) với U T nguồn dạng đĩa đặt đồng trục với đầu dò 38 T U Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hiệu suất tổng với nguồn điểm U T đặt đồng trục với đầu dò NaI(Tl) 39 T U viii Hình 3.1 Giao diện Visual Basic 2012 để tính toán hiệu suất đầu dò U T NaI(Tl) 43 6T U Hình 3.2 Quá trình tính toán hiệu suất giao diện Visual Basic 2012 44 U T T U Hình 3.3 Kết tính hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) U T với nguồn đĩa giao diện Visual Basic 2012 44 T U Hình 3.4 Sự phụ thuộc hiệu suất nội theo tỉ số d/R d giá trị U T R U RU lượng khác 49 6T U Hình 3.5 Sự phụ thuộc hiệu suất nội theo lượng photon tới 50 U T T U Hình 3.6 Sự phụ thuộc hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn U T dạng đĩa vào tỉ số d/R d 51 R U R6T Hình 3.7 Sự phụ thuộc hiệu suất tổng theo khoảng cách từ Fortran từ U T thực nghiệm 53 6T U 54 KẾT LUẬN Đề tài “Tính toán xác định hiệu suất đầu dò NaI(Tl)” thực mục tiêu đề thu kết sau: Kiến thức kĩ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động ứng dụng đầu dò NaI(Tl) Tìm hiểu phương pháp Monte Carlo ứng dụng phương pháp vật lý hạt nhân Tìm hiểu loại hiệu suất yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đầu dò, phương pháp để xác định hiệu suất đầu dò Tìm hiểu phương pháp hybrid Monte Carlo để xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) nguồn điểm nguồn đĩa đặt đồng trục với đầu dò Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Fortran, ngôn ngữ lập trình Visual Basic 2012 cách thiết kế giao diện Visual Basic 2012 để xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) Sử dụng thành thạo hệ đo gamma đầu dò NaI(Tl) kích thước 3'' 3'' Phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân trường Đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh bước để xử lý số liệu thực nghiệm Kết Đã viết chương trình tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn dạng điểm nguồn dạng đĩa đặt đồng trục với đầu dò ngôn ngữ lập trình Fortran Đã xây dựng giao diện tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn dạng điểm nguồn dạng đĩa đặt đồng trục với đầu dò ngôn ngữ lập trình Visual Basic 2012 55 Đã xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn điểm Cs đặt đồng trục với đầu dò phương pháp thực nghiệm 137 P P Đánh giá kết Với kết thu được, nhận thấy phương pháp hybrid Monte Carlo phương pháp tốt dùng để xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) ưu điểm thời gian tính toán nhanh linh hoạt dễ dàng thay đổi thông số như: khoảng cách detector – nguồn (d), hệ số suy giảm tuyến tính toàn phần (μ), số hạt photon phát từ nguồn (N)… Kết tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) ngôn ngữ lập trình Fortran giao diện Visual Basic sử dụng phương pháp hybrid Monte Carlo có phù hợp tốt với kết tác giả sử dụng phương pháp khác Trong trình xác định hiệu suất nội từ lí thuyết thực nghiệm, nhận thấy để xác định hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) tốt khoảng cách từ nguồn đến đầu dò thỏa mãn tỉ số: d/R d > 10 R R Tuy nhiên, trình tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl), bỏ qua suy giảm chùm tia photon vật liệu bao bọc tinh thể NaI(Tl) Bên cạnh đó, tương tác photon nguồn phóng xạ, tương tác photon với vật liệu chứa nguồn, hiệu ứng tự hấp thụ photon nguồn tinh thể NaI(Tl) không xét đến tính toán Và cuối cùng, tương tác photon với không khí bỏ qua Mặc dù bỏ qua số hiệu ứng kết mà thu từ tính toán phương pháp hybrid Monte Carlo thực nghiệm sai khác lớn (khoảng 2%) Tuy nhiên, để kết xác nghiên cứu tính hiệu suất đầu dò NaI(Tl) có tính đến ảnh hưởng hiệu ứng 56 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Dựa số hạn chế tồn luận văn, số kiến nghị hướng nghiên cứu cần tiếp tục giải sau: Xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn đặt vị trí xung quanh đầu dò Xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò Na(Tl) có xét đến hiệu ứng tự hấp thụ photon bên nguồn bên tinh thể đầu dò, suy giảm chùm tia photon qua vật liệu bao bọc đầu dò tương tác photon với không khí Xác định góc khối tối ưu nguồn đầu dò để hiệu suất ghi đầu dò NaI(Tl) tốt 57 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Hoàng Đức Tâm, Trần Thiện Thanh, Trịnh Văn Danh, Võ Thị Thắm, Châu Văn Tạo (2013), “Xác định độ dày vật liệu thép chịu nhiệt vùng bị ăn mòn phương pháp Monte Carlo kết hợp với phương pháp giải tích”, Tạp chí Khoa Học Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh, số 47 Hoàng Đức Tâm, Trịnh Văn Danh, Trần Thiện Thanh, Châu Văn Tạo, “Xác định hiệu suất tổng hiệu suất nội detector NaI(Tl) kích thước 3’’×3’’ nguồn dạng đĩa”, Tạp chí Khoa Học Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh (đã chấp nhận đăng) 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nxb Đại Học Quốc Gia TP HCM Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nxb Khoa học Kỹ thuật Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng phương pháp mô Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HpGe, Luận án tiến sĩ Vật lý, TP.HCM Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia TP.HCM Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sĩ Vật lý, TP.HCM Tiếng Anh Belluscio, M., DeLeo, R., Pantaleo, A., Vox, A., (1974), “Efficiencies and response functions of NaI(T1) crystals for gamma-rays from thick disk sources” Nucl Instrum Methods 118 (2), 553–563 Berger M.J., Hubbell J.H., Seltzer S.M., Chang J., Coursey J.S., Sukumar T R., Zucker D.S., and Olsen K.(1999), XCOM version 3.1, NIST T T Standard Reference Database (XGAM) T 8 Cesana, A., Terrani, M., (1977), “Gamma-ray activity determination in large volume samples with Ge–Li detector”, Anal Chem 49 (8), 1156–1159 Jehouani A., Ichaoui R., Boulkheir M (2000), “Study of the NaI(Tl) efficiency by Monte Carlo method”, Appl Radiat Isot 53 887 – 891 59 10 Haase G., Tait D and Wiechen A.(1993), “Monte Carlo simulation of several gamma-emitting source and detector arrangements for determining corrections of self-attenuation and coincidence summation in gamma-spectrometry”, Nucl Inst Meth A 329, 483 – 492 11 Heath, R.L., (1964), Scintillat Spectrom 1, IDO-16880-1 12 Lepy M.C., (2010), Detection efficiency, IAEA-ALMERA Technical Visit 13 Nakamura T.(1970), “Calculation of the detection efficiency of a 3" dia x 3" NaI(Tl) crystal for a thick disk source”, Nucl Inst Meth., 86, 163 – 168 14 Nakamura T.(1972), “Monte Carlo calculation of efficiencies and response functions of NaI(Tl) crystals for thick disk gamma-ray sources and its application to Ge(Li) detectors”, Nucl Inst Meth., 105, 77 – 89 15 Nicholas Tsoulfanidis (1995), “Measurement and Detection of Radiation”, Taylor & Francis; edition, chapter 6, 211 – 234 16 Ogundare F O., Oniya E O., and Balogun F A.(2008), “Dependence of NaI(Tl) detector intrinsic efficiency on source–detector distance, energy and off-axis distance: Their implications for radioactivity measurements”, Pramana-J.Phys., 70, 863 – 874 17 Perez-Andujar A., Pibida L (2004), “Performance of CdTe, HPGe and NaI(Tl) detectors for radioactivity measurements”, Appl Radiat Isot., 60, 41 – 47 18 S.Yalcin, O Gurler, G Keynak, O Gundogdu (2007), “Calculation of total counting eficiency of a NaI(Tl) detector by hybrid Monte –Carlo method for point and disk soures”, Applied Radiation and Isotopes, 65, 1179 – 1186 60 19 Vegors Jr., S.H., Marsden, L.L., Heath, R.L., (1958) “USAEC Report IDO-16370” 20 Yalcin S., Gurlerb O., Kaynak G., Gundogdu O (2007), “Calculation of total counting efficiency of a NaI(Tl) detector by hybrid Monte-Carlo method for point and disk sources”, Appl Radiat Isot., 65, 1179 – 1186 21 Younis S Selim, Mahmoud I Abbas, M A Fawzy (1998), “Analytical calculation of the efficiencies of gamma scintillators Part I: Total efficiency for coaxial disk sources”, Radiat Phys Chem., 53, 589 – 592  Website: U 22 http://www.amptek.com/grad.html U T T U 23 http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html T U T U 61 PHỤ LỤC Phụ Lục Hướng Dẫn Cách Sử Dụng Giao Diện Visual Basic 2012 Để Xác Định Hiệu Suất Nội Và Hiệu Suất Tổng Của đầu dò NaI(Tl) với nguồn dạng điểm nguồn dạng đĩa đặt đồng trục với đầu dò - Bước 1: Cài đặt chương trình Visual Basic 2012 Net FrameWork 4.5 - Bước 2: Chọn mở giao diện Visual Basic 2012 tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) hình ảnh minh họa - Bước 3: Ở phía góc trái giao diện Visual Basic 2012 có thẻ để người sử dụng lựa chọn: nguồn đĩa nguồn điểm - Bước 3: Sau lựa chọn dạng nguồn sử dụng để tính hiệu suất đầu dò NaI(Tl) ta tiến hành nhập thông số đầu vào 62 + Ô thứ nhất: Năng lượng photon đến detector (đầu dò): nhập lượng tương ứng với nguồn sử dụng, đơn vị KeV + Ô thứ hai: Hệ số suy giảm tuyến tính μ, tra từ trang web: http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html U U + Ô thứ 3: Kích thước đầu dò Người sử dụng có lựa chọn để sử dụng: 1''× 1'', 2''× 2'',3''× 3'', 4''× 4'' + Khi người sử dụng lựa chọn kích thước đầu dò NaI(Tl) ô chiều dài đầu dò H d , bán kính nguồn R s , bán kính đầu dò R d R R R R R R thông số tương ứng + Ô thứ 7: Khoảng cách từ nguồn đến đầu dò, người sử dụng lựa chọn khoảng cách muốn đo để nhập vào, đơn vị phải cm + Ô thứ 8: Số photon phát từ nguồn 63 - Bước 4: Người sử dụng nhấp “Tính Toán” chương trình chạy hình minh họa - Cuối người sử dụng thu kết hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) tương ứng với lượng nguồn sử dụng Kết thu hình Phụ 64 Phụ Lục Đoạn code CalcTotEff tính hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) với nguồn điểm với lượng 662 keV Program EFFICIENCY_NaI_POINT_SOURCE Real*8 muy,R,d, H, TotEff,Int Integer*8 N !E=662 keV muy = 0.27165 R = 3.81 d = 10,0 N = 100000000 H= 7.62 Call CalcEff(muy,R,d,N,H, TotEff,Int) Write(*,*)'Hieu suat tong cua dau NaI(Tl)3"x3" nang luong 662 keV cho nguon diem la',TotEff write(*,*)'Hieu suat noi cua dau NaI(Tl) 3''x3'' nang luong 662 keV cho nguon diem la',Int End Subroutine CalcEff(muy,R,d,N,H, TotEff,Int) Real*8 muy,R,H,d, TotEff,Int integer*8 N Real*8 theta1, theta2, S, TS, q, delta theta1=datan(R/(H+d)) theta2=datan(R/d) TS=0.d0 Do i=1,N CALL RANDOM_NUMBER (q) ! q = cos(theta) If (q=dcos(theta1)) then delta=H/q S=1-dexp(-muy*delta) TS=TS+S Else delta=R/dsqrt(1-q**2)-(d/q) S=1-dexp(-muy*delta) TS=TS+S Endif 100 Endif Enddo TotEff=TS/dble(2*N) Int=2*TotEff/(1-((d/R)/sqrt((d/R)**2+1))) End subroutine 66 Phụ Lục Đoạn code TotEff tính toán hiệu suất tổng hiệu suất nội đầu dò NaI(Tl) kích thước 3’’x3’’ với nguồn dạng đĩa đặt đồng trục, cách đầu dò đoạn 10 cm Program EFFICIENCY_NaI_DISK_SOURCE Real*8 Rs,d,Rd,Hd,Eff,Int Integer*8 N Parameter (Nd=10) Real*8 muy(Nd) Rs = 3.81 Rd=3.81 N = 200000000 Hd= 7.62 d = 10 Open(400,file='input.txt') Do j=1,Nd Read(400,*) muy(j) Enddo Open(500,file='Int.txt') Do j=1,Nd Call CalcEff(muy(j),Rs,Rd,d,N,Hd,Eff,Int) write(500,600) Eff, Int 600 format(F17.12,1x,F17.12) 67 Enddo Close(500) End Subroutine CalcEff(muy,Rs,Rd,d,N,Hd,Eff,Int) Real*8 muy,Rs,Rd,Hd,d,Eff,p,Int integer*8 N Real*8 anpha1,anpha2,S,TS,q,delta,ra,phi,a,costheta,sintheta pi =3.141592654 TS=0.d0 Do i=1,N CALL RANDOM_NUMBER (q) ! q = cos(theta) ra=Rs*sqrt(q) Call Random_number (p) phi=2*pi*(p) a=ra*cos(phi)+sqrt((ra*cos(phi))**2-ra*ra+Rd*Rd) anpha2=datan(a/d) anpha1=datan(a/(d+Hd)) Call Random_number(costheta) If (costheta=cos(anpha1)) then delta=Hd/costheta S=1-exp(-muy*delta) 68 TS=TS+S Else sintheta = dsqrt(1-costheta**2) delta=(a/sintheta)-(d/costheta) S=1-exp(-muy*delta) TS=TS+S 100 Endif Enddo Eff=TS/(2*N) Int=2*Eff/(1-((d/Rd)/sqrt((d/Rd)**2+1))) End subroutine [...]... Chương 2: Xác định hiệu suất của đầu dò NaI( Tl) bằng phương pháp hybrid Monte Carlo Các vấn đề được chúng tôi đề cập đến trong chương hai là: các loại hiệu suất, các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định hiệu suất của đầu dò NaI( Tl) cũng như các phương pháp xác định hiệu suất của đầu dò NaI( Tl) Phương pháp hybrid Monte Carlo dùng để tính toán hiệu suất tổng và hiệu suất nội của 4 đầu dò NaI( Tl) cho nguồn... tâm Đầu dò nhấp nháy sử dụng tinh thể NaI( Tl) với ưu điểm hiệu suất ghi cao, nhỏ, gọn, dễ dàng đưa đến nơi cần khảo sát được đánh giá là một lựa chọn tốt cho việc đo đạc bề dày vật liệu Các ứng dụng rộng rãi của đầu dò NaI( Tl) cho thấy việc xác định hiệu suất tổng và hiệu suất nội của đầu dò NaI( Tl) để sử dụng hiệu quả đầu dò loại này vẫn hết sức T 0 T 0 cần thiết Việc tính toán hiệu suất tổng và hiệu. .. động và xác định hiệu suất của nó để sử dụng hiệu quả hơn vẫn là rất cần thiết 1.1.1 Cấu tạo của đầu dò NaI (Tl) Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng đầu dò NaI( Tl) kích thước 3' '× 3' ' ở Phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh (như hình 1.1) Hình 1.1 Đầu dò NaI( Tl) kích thước tại Phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh 6 Cấu tạo của đầu dò nhấp... silic đioxit (SiO 2 ) dày 2mm và cuối cùng R R sát với tinh thể NaI( Tl) là 1 lớp nhôm oxit (Al 2 O 3 ) dày 3mm R R R R Từ mặt bên của đầu dò: đầu tiên là lớp nhôm (Al) dày 1,5mm, kế đến là lớp nhôm oxit dày 2 mm sát với tinh thể NaI( Tl) 83 2 76 2 1.5 1.5 NaI 3 Al2O3 SiO2 Al Hình 1.4 Sơ đồ mặt cắt của đầu dò NaI( Tl) kích thước 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động đầu dò NaI( Tl) Đầu dò NaI( Tl) là một tổ hợp gồm hai... khoảng cách từ nguồn đến đầu dò là có thể thu được kết quả tính toán hiệu suất tổng và hiệu suất nội của đầu dò NaI( Tl), điều đó sẽ giúp cho người dùng quan tâm đến hiệu suất của đầu dò NaI( Tl) tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức Kết quả thu được từ giao diện Visual Basic 2012, được so sánh với kết quả tính toán bằng ngôn ngữ lập trình Fortran và của các tác giả tính toán bằng các phương pháp... tượng người sử dụng không đi sâu vào tìm hiểu phương pháp xác định hiệu suất tổng và hiệu suất nội mà chỉ quan tâm đến kết quả tính toán hiệu suất, chúng tôi đã xây dựng giao diện tính toán hiệu suất nội và hiệu suất tổng của đầu dò NaI( Tl) bằng 3 ngôn ngữ lập trình Visual Basic Khi sử dụng giao diện, người dùng chỉ cần nhập các thông số đầu vào như: hệ số suy giảm tuyến tính, số hạt photon phát ra từ... một ít khi thay đổi khoảng cách này 2.1.4 Các phương pháp xác định hiệu suất Việc xác định hiệu suất ghi của đầu dò (hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần, hiệu suất tổng, hiệu suất nội…) là nhiệm vụ quan trọng trong việc sử dụng hệ phổ kế gamma với đầu dò NaI( Tl) trong đo đạc thực nghiệm Nói chung, có ba phương pháp để xác định hiệu suất của đầu dò: (1) Phương pháp thực nghiệm (Phương pháp tương đối):... đơn giản và được sử dụng phổ biến đó là phương pháp góc khối hiệu dụng Quy trình tính toán của phương pháp này gồm 3 bước: • Bước 1: Xác định hiệu suất của nguồn điểm tham khảo nằm trên trục • Bước 2: Xác định góc khối của cấu hình nguồn – đầu dò tương đối với góc khối được xác định bởi nguồn tham khảo và đầu dò • Bước 3: Lập tỉ số 2 góc khối vừa xác định cho phép một sự hiệu chỉnh của hiệu suất đỉnh... photon đến đầu dò Hiệu suất nội và hiệu suất tuyệt đối có mối liên hệ: εabs = Ω εi 4π (2.4) Trong đó, Ω là góc khối của đầu dò được nhìn từ vị trí của nguồn 2.1 .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của đầu dò bức xạ 2.1 .3. 1 Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng εt của đầu dò bức xạ Hiệu suất tổng ε t phụ thuộc vào cấu trúc hình học của nguồn – đầu dò R R và năng lượng của photon đến Theo công thức:... không chỉ phụ thuộc vào tính chất của đầu dò R R mà còn phụ thuộc vào bố trí hình học (chủ yếu là khoảng cách giữa nguồn và đầu dò) Hiệu suất nội ε i chỉ phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu đầu dò, năng lượng R R của photon đến và bề dày vật lý của đầu dò theo chiều của photon tới Ngoài ra, hiệu suất nội cũng phụ thuộc vào khoảng cách nguồn – đầu dò vì quãng đường photon đi trong đầu dò có thể bị thay đổi ... Carlo 30 2 .3 Tớnh hiu sut ca u dũ NaI( Tl) i vi ngun im 2 .3. 1 Hiu sut tng ca u dũ NaI( Tl) i vi ngun im Ngun phúng x l ngun im c t trờn trc hỡnh tr ca u dũ NaI( Tl) nh c ch hỡnh 2 .3 [18] Rd NaI( Tl)... dũ NaI( Tl) cho ngun im v ngun a 42 3. 2 Hiu sut tng ca u dũ NaI( Tl) kớch thc 3" 3" i vi ngun dng im c tớnh toỏn bng ngụn ng lp trỡnh Fortran 46 3. 3 Hiu sut tng ca u dũ NaI( Tl)... lp trỡnh Fortran 47 3. 4 Hiu sut ni ca u dũ NaI( Tl) i vi ngun dng im 49 3. 5 Hiu sut ni ca u dũ NaI( Tl) i vi ngun dng a 50 3. 6 Hiu sut ca u dũ NaI (Tl) kớch thc 3" 3" xỏc nh t lý thuyt v