TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giáo viên hướng dẫn : TS Thái Khắc Định Sinh viên thực : Nguyễn Thị Thúy Hằng MSSV : K30102014 Khóa : 2004 – 2008 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2008 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành luận văn, cố gắng thân, em nhận nhiều quan tâm, hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình quý thầy cô, động viên gia đình bè bạn Xin cho phép em bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất người: – Cảm ơn TS Thái Khắc Định, ThS Võ Xuân Ân – Hai người thầy truyền cho em nhiệt tình nghiên cứu khoa học, kiến thức chuyên môn, đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu, động viên bảo tận tình – Cảm ơn quý thầy cô khoa Vật Lý trường ĐH Sư phạm TP HCM truyền đạt cho em kiến thức bổ ích, cần thiết suốt thời gian học tập môi trường sư phạm – Cảm ơn TS Trần Văn Luyến, Phòng An toàn xạ môi trường – Trung tâm hạt nhân TP HCM bảo tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực luận văn – Cảm ơn quý thầy cô anh chị Bộ môn Vật lý Hạt nhân, khoa Vật Lý trường ĐH KHTN TP HCM dành thời gian giúp đỡ em trình tìm hiểu đề tài – Cảm ơn bạn quan tâm, động viên suốt thời gian thực luận văn – Xin gửi lời tri ân đến bố mẹ, gia đình, tình thương người dành cho Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hằng LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta biết lịch sử phát triển tri thức nhân loại gắn liền với trình cải tiến không ngừng hoàn thiện khoa học, trình tiến lên từ chưa biết đến biết, từ tri thức chưa hoàn chỉnh, chưa đầy đủ đến tri thức ngày hoàn chỉnh xác Vì nghiên cứu phát triển khoa học xem vấn đề quan trọng hàng đầu việc định hướng phát triển toàn xã hội Các sở máy móc, thiết bị phòng thí nghiệm trang bị đầy đủ không ngừng cải tiến nhằm tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho người làm khoa học Tuy nhiên thực tế lúc có đủ điều kiện cần thiết để thực thí nghiệm mong muốn Lúc máy tính đóng vai trò công cụ thực hữu ích Sự xuất máy tính không dùng việc nghiên cứu, phân tích, đo đạc kết thực nghiệm mà sử dụng công cụ để mô thí nghiệm, cung cấp cho kết mà thí nghiệm túy thường gặp phải nhiều khó khăn hạn chế trình thực Trong khóa luận này, sử dụng chương trình mô Monte Carlo MCNP4C2 để mô hệ phổ kế gamma HPGe (High Pure Germanium) GC1518 hãng Canberra Industries, Inc đặt Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh Mục đích khóa luận nhằm thiết lập, đánh giá đường cong hiệu suất theo lượng detector HPGe để ứng dụng vào công việc phân tích đo đạc sau Khóa luận gồm chương: – Chương 1: TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI MÔI TRƯỜNG VẬT CHẤT: giới thiệu loại tương tác photon với môi trường vật chất detector – Chương 2: PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP: tổng quan mô phỏng, đặc biệt phương pháp Monte Carlo nghiên cứu khoa học, đồng thời giới thiệu sơ lược kiến thức chương trình MCNP – Chương 3: HỆ PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG DETECTOR HPGE GC 1518: giới thiệu số đặc trưng hệ phổ kế: hiệu suất, độ phân giải tỉ số đỉnh/Comton Cấu trúc hệ phổ kế đề cập chi tiết chương – Chương 4: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT DETECTOR HPGE GC 1518: xây dựng đường cong hiệu suất theo lượng detector germanium siêu tinh khiết mô MCNP4C2 khoảng cách khác từ nguồn đến detector so sánh kết tính toán mô với việc đo đạc thực nghiệm – Chương 5: KẾT LUẬN CHUNG CHƯƠNG TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI VẬT CHẤT Người ta quan sát tượng hạt nhân thông qua tương tác xạ hạt nhân phát từ tượng với vật chất Năng lượng trao đổi (mất mát) xạ trình tương tác tạo xung điện Hình dạng xung, biên độ xung tần số xung độ rộng xung khoảng cách xung cho thông tin xạ: loại xạ, lượng xạ, cường độ xạ thời gian sống trạng thái hạt nhân 5 1.1 BỨC XẠ HẠT NHÂN 5 Bức xạ hạt nhân bao gồm xạ phát biến đổi cấu trúc hạt nhân, trạng thái hạt nhân (kể xếp lại lớp vỏ điện tử nguyên tử) Cơ chế dò xạ dựa sở lượng xạ truyền phần hay toàn cho môi trường vật chất detector Mỗi loại xạ có chế truyền lượng khác Các xạ hạt nhân thường gặp: 1.1.1 Bức xạ proton Bức xạ proton bao gồm proton, hạt nhân 42 He hay gọi hạt anpha () hạt nhân khác phát xạ với lượng lên tới 10MeV biến đổi hạt nhân Khi hạt xuyên qua môi trường vật chất, chúng dần lượng xảy trình ion hóa kích thích nguyên tử Dù có nhiều va chạm suốt quỹ đạo electron nhẹ so với hạt tới phần lượng nhỏ mát lần va chạm, độ lệch hạt không đáng kể tầm hạt dịch chuyển thường tỉ lệ tuyến tính với lượng gần tỉ lệ nghịch với mật độ vật hấp thụ Đối với proton, tầm hạt dịch chuyển cỡ vài centimeter không khí điều kiện thường hạt  có suất ion hóa cao proton 1.1.2 Electron Vì khối lượng nhỏ nên electron hay gọi tia beta () có vận tốc lớn nhiều khả xuyên sâu so sánh với proton Độ mát lượng trung bình lần va chạm lớn (cỡ 50%) độ lệch so với phương ban đầu lớn Như electron nhanh chóng bị hấp thụ sau số lần va chạm Quá trình lượng ion hóa kích thích nguyên tử 1.1.3 Tia gamma () tia X Tia  tia X xạ điện từ hay photon Khi bị hấp thụ, chúng gây kích thích hạt nhân tạo electron hiệu ứng quang điện Đối với photon có lượng lớn (E  1,022MeV) xảy trình tạo cặp electron positron, phần lượng lại chuyển thành động hạt vừa tạo 1.1.4 Neutron Đối với neutron, không mang điện tích nên neutron không trực tiếp ion hóa nguyên tử Thay vào neutron tạo xạ ion hóa thứ cấp qua phản ứng hạt nhân, tạo proton giật lùi tạo phản ứng phân hạch hạt nhân nặng chúng bắt neutron 1.2 TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI MÔI TRƯỜNG VẬT CHẤT Theo thuyết lượng tử lượng xạ  tập hợp gồm photon riêng biệt phát từ nguồn với lượng xác định E  hν động lượng tương ứng p  h Khi vào môi trường vật chất, chúng không λ bị trường Coulomb hạt nhân nguyên tử electron giữ lại (bức xạ  không mang điện tích) mà tương tác với electron liên kết electron tự môi trường vật chất, lượng chúng bị hấp thụ hoàn toàn phần trước thoát khỏi detector thông qua trình tương tác chính: hấp thụ quang điện, tán xạ Compton tạo cặp Trong trình tương tác chúng tạo nên chuỗi photon electron thứ cấp, tiếp tục di chuyển môi trường vật chất làm xảy trình tương tác khác lượng giữ lại 1.2.1 Hiệu ứng quang điện 3   Hiệu ứng quang điện trình tương tác mà lượng E  hν photon tới bị electron liên kết hấp thụ hoàn toàn bứt khỏi nguyên tử, gọi quang electron electron quang điện photon tới Hình 1.1: Hiệu ứng quang điện Năng lượng giật lùi hạt nhân xem không đáng kể, lúc động electron xác định: E e  hν - E i (1.1) Trong đó, Ei lượng liên kết electron tầng thứ i Vì vậy, hiệu ứng quang điện xảy lượng photon tới lớn lượng liên kết electron nguyên tử Hình 1.2 Tiết diện hấp thụ  hiệu ứng quang điện phụ thuộc chủ yếu vào lượng tia  tới điện tích Z môi trường tương tác, cụ thể: – Nếu lượng photon tới lớn lượng liên kết electron tiết diện hấp thụ σ  , nghĩa giảm nhanh tăng E 3,5 lượng – Nếu lượng photon tới lớn nhiều so với lượng liên kết tiết diện hấp thụ  giảm chậm theo quy luật E-1 – Do lượng liên kết thay đổi theo bậc số nguyên tử Z nên tiết diện hấp thụ quang điện  tỷ lệ với Z, cụ thể Z5, nghĩa tăng nhanh nguyên tố nặng Khi ta có mối liên hệ tiết diện hấp thụ quang điện  với lượng tia  tới điện tích Z môi trường tương tác: Z5 σ  3,5 E σ Z , E  Ei E , E  E i (1.2) Hiệu ứng quang điện chiếm ưu tương tác photon với vật chất vùng lượng tương đối thấp với vật liệu hấp thụ có Z lớn, vật liệu nhẹ hiệu ứng quang điện có ý nghĩa với tia  có lượng thấp xác suất xảy hiệu ứng quang điện lớn với tia  có lượng cao vật liệu nặng Tuy nhiên hiệu ứng xảy với electron với electron tự do: Định luật bảo toàn lượng: hν  m c  E e  m c (1.3) Mà: hν p c (1.4) Suy ra: hν  pc (1.5) Do lượng toàn phần electron là: E  E e  m0c2 (1.6) Suy ra: E  hν  m0c2 (1.7) Vì vậy: E  pc  m0c2 (1.8) Rõ ràng (1.8) không thỏa mãn hệ thức: E= p 2c2 + m 02c (1.9) Bên cạnh việc tạo electron quang điện, tương tác tạo lỗ trống lớp vỏ electron nguyên tử Lỗ trống nhanh chóng bị lấp đầy cách bắt electron tự môi trường tạo chuyển dời từ electron khác lớp cao nguyên tử Từ hay nhiều tia X đặc trưng tạo Trong hầu hết trường hợp, tia X bị hấp thụ trở lại thông qua tượng hấp thụ quang điện Trong vài trường hợp, phát electron Auger thay cho tia X đặc trưng 1.2.2 Tán xạ Compton   Tán xạ Compton trình tương tác photon có lượng h với electron nguyên tử, photon truyền phần lượng cho electron lệch so với hướng ban đầu với lượng h’ (h’< h) Do lượng photon tới lớn nhiều so với lượng liên kết electron nguyên tử nên electron xem tự Hiệu ứng giống hệt tất electron tiết diện hiệu dụng tương ứng tỉ lệ với bậc số nguyên tử Z môi trường vật chất, chúng thường xảy với lượng photon vào khoảng m0c2 trở nên quan trọng hiệu ứng khác môi trường vật chất có bậc số nguyên tử Z nhỏ electron Compton photon tới photon thứ cấp Hình 1.3: Hiệu ứng Compton Khi photon tới va chạm với electron tự (giả sử ban đầu đứng yên), sau va chạm photon bị tán xạ lệch góc  so với phương ban đầu, electron đánh bật khỏi phạm vi nguyên tử chuyển động hợp với phương photon tới góc  Hình 1.4 127 c 67 cz 0.25 128 c 68 cz 0.325 129 c 69 cz 0.45 130 c 70 pz 35.81 131 c 71 pz 36.11 132 c 72 pz 36.16 133 c 73 pz 36.61 134 c 74 pz 38.91 135 c 75 pz 41.11 136 76 cz 0.05 137 77 cz 1.27 138 78 pz 39.7 139 79 pz 39.8 140 80 pz 40.34 141 81 pz 24.016 142 82 pz 21.255 143 83 pz 22.115 144 84 pz 22.415 145 85 pz 23.275 146 86 pz 23.715 147 87 cz 2.97 148 88 pz 17.536 149 89 pz 18.696 150 90 pz 19.042 151 91 cz 0.13 152 92 cz 0.88 153 93 cz 1.546 154 94 c/z -2.2 0.1 155 95 c/z -2.2 0.2 156 96 c/z -2.2 0.5 157 158 c Data cards 159 mode p 160 m1 32000 -1.0 161 m2 13000 -1.0 162 m3 7000 -0.755 8000 -0.232 18000 -0.013 163 m4 1000 -0.14372 6000 -0.85628 164 c m5 20000 -0.2963 12000 -0.0721 6000 -0.1244 8000 -0.4972 92000 -0.0100 165 m6 29000 -1.0 166 m7 1000 -0.1549 6000 -0.8451 167 m8 50000 -1.0 168 m9 82000 -1.0 169 m10 26000 -1.0 170 m11 1000 -1.0 171 c m12 27000 -1.0 172 m13 1000 -0.06 6000 -0.721 8000 -0.219 173 c m14 1000 -0.062 6000 -0.444 8000 -0.494 174 m15 5000 -1.0 175 c m16 3000 -1.0 176 m17 32000 -0.9999 3000 -0.0001 177 m18 1000 -0.053 6000 -0.526 8000 -0.421 178 c m19 91000 -1.0 179 m20 1000 -0.028 6000 -0.720 7000 -0.077 8000 -0.175 180 m21 6000 -0.24 9000 -0.76 181 sdef cel=45 pos=0 0 axs=0 ext=d1 rad=d2 erg=0.66166 par=2 wgt=10 182 ft8 geb 0.00071 0.00075 0.46493 183 si1 h 39.7 39.8 184 sp1 d -21 185 si2 h 0.0 0.05 186 sp2 -21 187 f8:p 188 e8 0001 005471 8190i 1.942341 189 phys:p 190 phys:e 191 cut:p 2j 0 192 cut:e 193 nps 900000000 194 ctme 120 Hình 4.3 : Một input chương trình MCNP4C2 Hình 4.4: Cấu hình detector HPGe GC1518 mô MCNP4C2 Hình 4.5: Cấu hình buồng chì mô MCNP4C2 4.3.2 Xây dựng đường cong hiệu suất tính toán chương trình MCNP4C2 Việc xây dựng đường cong hiệu suất tính toán chương trình mô Mone Carlo MCNP4C2 tiến hành 12 vạch lượng gồm 59keV (241Am), 88keV (109Cd), 122keV (57Co), 136keV (57Co), 255keV (113Sn), 392keV (113Sn), 511keV (22Na), 662keV (137Cs), 834keV (54Mn), 1173 keV (60Co), 1274 keV (22Na) 1332 keV (60Co); vị trí đặt nguồn cách detector 5cm, 10cm 15cm; có nghĩa cần phải mô tả input chương trình cho 36 trường hợp khác Kết chạy chương trình mô phải đảm bảo số đếm đóng góp quang đỉnh lớn 10000, nghĩa sai số phép đo hiệu suất tính toán không lớn 1% cho tất trường hợp Với thẻ truy xuất kết F8, output chương trình mô MCNP4C2 phân bố độ cao xung theo lượng hay gọi phổ gamma Đây sở nhằm xác định hiệu suất tính toán trình bày mục 4.1 Kết hiệu suất tính toán theo lượng detector chương trình MCNP4C2 thay đổi vị trí nguồn trình bày bảng 4.3 hình 4.6 tương ứng Bảng 4.3: Hiệu suất mô nguồn lượng Nguồn Năng lượng (keV) D = 5cm D = 10cm D = 15cm 59 0,00383 0,00082 0,00054 109 Cd 88 0,00176 0,00485 0,00265 57 Co 122 0,03022 0,00923 0,00491 57 136 0,02917 0,00904 0,00476 113 255 0,01784 0,00571 0,00306 113 Sn 392 0,01103 0,00362 0,00193 22 Na 511 0,00857 0,00283 0,00151 137 Cs 662 0,00650 0,00215 0,00114 54 Mn 834 0,00510 0,00168 0,00090 60 1173 0,00372 0,00123 0,00066 22 1274 0,00347 0,00115 0,00061 60 1332 0,00330 0,00109 0,00058 241 Am Co Sn Co Na Co Khoảng cách nguồn - detector cm, 10 cm 15 cm 0.035 MCNP 5cm 0.03 MCNP 10cm MCNP 15cm Hiệu suất 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Năng lượng (keV) Hình 4.6: Đường cong hiệu suất tính toán chương trình MCNP4C2 khoảng cách 5cm, 10cm 15cm Bảng 4.3 hình 4.6 cho thấy dạng đường cong hiệu suất detector theo lượng thay đổi rõ khoảng cách từ nguồn đến detector thay đổi Trong đó, ứng với mức lượng cụ thể, hiệu suất ghi lớn khoảng cách từ nguồn đến detector gần, chẳng hạn, xét vạch lượng 136keV, khoảng cách 15cm hiệu suất detector có giá trị 0,00476; khoảng cách 10cm 5cm kết hiệu suất tính toán 0,00904 0,02917 Ngoài ra, với đường cong hiệu suất xây dựng từ kết tính toán MCNP4C2 nhận thấy giá trị hiệu suất detector đạt cực đại vạch 122keV khoảng cách nguồn – detector thay đổi, nghĩa vùng lượng thấp 122keV hiệu suất detector có xu hướng tăng dần theo lượng, ngược lại hiệu suất giảm dần vùng lượng lớn 122keV nguồn phóng xạ: – Tại vạch ứng với vùng lượng thấp xạ gamma (E < 122keV): trước photon phát từ nguồn đến tương tác vùng thể tích nhạy detector, chúng phải trải qua trình trao đổi mát lượng với vật liệu bên detector, chẳng hạn lớp nhôm bảo vệ, không khí, bề dày lớp chết…, photon mang lượng thấp, phần lớn lượng chúng bị vật liệu giữ lại lượng hao phí không detector ghi nhận, lý hiệu suất detector trường hợp thường nhỏ tăng dần lượng photon tăng – Tại vạch ứng với vùng lượng cao xạ gamma (E > 122keV): trường hợp này, photon phát từ nguồn mang lượng lớn, thể tích nhạy detector có giá trị giới hạn, photon mang lượng lớn có nhiều khả thoát khỏi vùng làm việc detector hơn, kết hiệu suất ghi giảm 4.4 SO SÁNH ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT TRONG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MCNP4C2 VỚI THỰC NGHIỆM Số liệu hiệu suất thực nghiệm kết tính toán hiệu suất chương trình mô Monte Carlo MCNP4C2 detector HPGe trình bày bảng 4.4 hình 4.7 trường hợp khoảng cách nguồn – detector 5cm, bảng 4.5 hình 4.8 trường hợp 10cm trường hợp 15cm, kết trình bày bảng 4.6 hình 4.9 tương ứng Bảng 4.4: Hiệu suất thực nghiệm mô khoảng cách 5cm Nguồn 241 Am Năng lượng (keV) Thực nghiệm MCNP 59 0,00383 109 Cd 88 0,00176 57 Co 122 0,03022 Sai biệt (%) 57 Co 136 0,02917 113 255 0,01784 113 Sn 392 0,01103 22 Na 511 0,00760 0,00857 12,8 137 Cs 662 0,00580 0,00650 12,1 54 Mn 834 0,00414 0,00510 23,2 60 1173 0,00325 0,00372 14,5 22 1274 0,00298 0,00347 16,4 60 1332 0,00287 0,00330 15,0 Sn Co Na Co Khoảng cách nguồn - detector cm 0.035 MCNP 0.03 Thực nghiệm Hiệu suất 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Năng lượng (keV) Hình 4.7: So sánh đường cong hiệu suất theo lượng khoảng cách 5cm thực nghiệm mô MCNP Bảng 4.5: Hiệu suất thực nghiệm mô khoảng cách 10cm Nguồn 241 Am Năng lượng (keV) 59 Thực nghiệm MCNP 0,00082 Sai biệt (%) 109 Cd 88 0,00485 57 Co 122 0,00923 57 134 0,00904 113 255 0,00571 113 Sn 392 0,00362 22 Na 511 0,00264 0,00283 7,2 137 Cs 662 0,00203 0,00215 5,9 54 Mn 834 0,00147 0,00168 14,2 60 1173 0,00117 0,00123 5,1 22 1274 0,00106 0,00115 8,4 60 1332 0,00102 0,00109 6,9 Co Sn Co Na Co Khoảng cách nguồn - detector 10 cm 0.01 0.009 MCNP 0.008 Thực nghiệm Hiệu suất 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Năng lượng (keV) Hình 4.8: So sánh đường cong hiệu suất theo lượng khoảng cách 10cm thực nghiệm mô MCNP Bảng 4.6: Hiệu suất thực nghiệm mô khoảng cách 15cm Nguồn Năng lượng (keV) 241 Am Thực nghiệm MCNP Sai biệt (%) 59 0,00054 109 Cd 88 0,00265 57 Co 122 0,00491 57 134 0,00476 113 255 0,00306 113 Sn 392 0,00193 22 Na 511 0,00132 0,00151 14,4 137 Cs 662 0,00101 0,00114 12,9 54 Mn 834 0,00074 0,00090 21,6 60 1173 0,00058 0,00066 13,8 22 1274 0,00054 0,00061 13,0 60 1332 0,00051 0,00058 13,7 Co Sn Co Na Co Khoảng cách nguồn - detector 15 cm 0.006 MCNP Hiệu suất 0.005 Thực nghiệm 0.004 0.003 0.002 0.001 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Năng lượng (keV) Hình 4.9: So sánh đường cong hiệu suất theo lượng khoảng cách 15cm thực nghiệm mô MCNP Việc mô đường cong hiệu suất detector theo lượng nguồn điểm chương trình mô MCNP4C2 tương đối phù hợp với kết thực nghiệm dựa việc so sánh đường cong hiệu suất tính toán với đường cong hiệu suất thực nghiệm hình 4.7, 4.8 4.9 tương ứng khoảng cách nguồn detector 5cm, 10cm 15 cm Đồng thời trình mô phỏng, việc xây dựng đường cong hiệu suất detector hoàn chỉnh với đóng góp nguồn phát gamma có lượng thấp Đường cong hiệu suất theo lượng mô MCNP4C2 nằm phía so với thực nghiệm, cụ thể so sánh kết đo đạc thực nghiệm với việc tính toán hiệu suất mô MCNP4C2, ta thấy kết tính toán mô dựa số liệu cung cấp hãng Canberra Industries, Inc lớn hơn, với mức sai biệt trung bình 15,67% vị trí 5cm; 7,95% vị trí 10cm vị trí 15cm 14,9%; nghĩa kết hiệu suất mô dựa số liệu nhà sản xuất cao so với thực nghiệm CHƯƠNG KẾT LUẬN CHUNG Phương pháp mô nói chung phương pháp Monte Carlo ứng dụng MCNP công cụ hữu dụng giúp giải vấn đề hóc búa nảy sinh công việc lí khác mà ta thực thực tế Chính nhờ ưu điểm mà phương pháp mô ứng dụng rộng rãi nghiên cứu khoa học, đặc biệt chương trình mô dựng sẵn MCNP góp phần thúc đẩy việc sử dụng mô nhiều Thông qua kết thực nghiệm việc sử dụng chương trình mô MCNP, việc khảo sát đường cong hiệu suất detector HPGe GC1518 khóa luận đạt vài kết đáng khích lệ nhiều hạn chế sau:  Thành công khóa luận: – Thiết lập đường cong hiệu suất detector theo lượng nguồn điểm chương trình mô Monte Carlo MCNP4C2 tương đối phù hợp với kết thực nghiệm – Khảo sát ảnh hưởng yếu tố khoảng cách từ nguồn đến detector – Xây dựng số liệu đầu vào kích thước hình học cấu trúc vật liệu buồng chì detector cấu trúc nguồn phóng xạ (nguồn điểm) hướng tới mô hình hóa chi tiết hệ phổ kế , từ làm sở để mô đường cong hiệu suất cho nguồn có dạng hình học khác so với nguồn điểm khóa luận sau  Hạn chế khóa luận: – Hiệu suất tính toán chương trình mô Monte Carlo MCNP4C2 có giá trị cao hiệu suất thực nghiệm – Việc xây dựng mô hình detector dựa số liệu nhà sản xuất cung cấp, bỏ qua thay đổi trình sử dụng, chẳng hạn tăng bề dày lớp chết detector – Việc khảo sát ảnh hưởng theo khoảng cách khảo sát vị trí nguồn so với detector khoảng cách 5cm, 10cm 15cm, chưa thể rút đường cong hiệu suất xác – Còn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất detector chưa khảo sát: thay đổi dạng hình học nguồn, bề dày lớp chết, vật liệu che chắn xung quanh… Do thời gian hạn hẹp hiểu biết hạn chế người thực hiện, khóa luận chưa đạt kết mong muốn, hi vọng hạn chế khóa luận khắc phục tiếp tục nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 J Kenneth Shultis and Richard E Faw, An introduction to the MCNP code  2 J F Briesmeister, MCNP – A General Purpose Monte Carlo N – Particle Transport Code, Version 4C2, Los Alamos, LA, 2000 3 G F Knoll, Radiation Detection and Measurement, third edition, John Wiley & Sons, Inc., New Yord, 2000  4 Canberra, Catalogue – Germanium detector, Canberra Industries Inc., 2000 5 Nguyễn Đình Gẫm, giáo trình Thiết bị ghi xạ hạt nhân, Trường ĐHKHTN TPHCM, 2002-2003 6 Võ Văn Hoàng, giáo trình Mô vật lý, Trường ĐHKHTN, NXB ĐHQG TPHCM, 2004 7 Trần Phong Dũng - Châu Văn Tạo - Nguyễn Hải Dương, Phương pháp ghi xạ ion hóa, Trường ĐHKHTN, NXB ĐHQG TPHCM, 2005 8 Lê Văn Ngọc, Bài giảng lớp tập huấn MCNP, Trường ĐHKHTN, 2006 9 Đặng Nguyên Phương, Khảo sát đường cong hiệu suất đầu dò HPGe chương trình MCNP, luận văn tốt nghiệp, Trường ĐHKHTN TPHCM, 2006 10 Trần Đăng Hoàng, Khảo sát đường cong hiệu suất đầu dò HPGe thực nghiệm mô phỏng, luận văn tốt nghiệp, Trường ĐHKHTN TPHCM, 2007 11 Phùng Thị Cẩm Tú, Xác định độ phóng xạ vật liệu xây dựng, luận văn tốt nghiệp, Trường ĐHSP TPHCM, 2006 [...]... Lúc này, hiệu suất của detector rất cần thiết để liên hệ số đếm xung với số photon hoặc neutron tới detector Hiệu suất đếm của detector có thể được chia làm hai loại: hiệu suất tuyệt đối (absolute effect) và hiệu suất thuần (intrinsic effect):  Hiệu suất tuyệt đối:  abs = số xung được ghi nhận số bức xạ phát ra từ nguồn (3.1)  Hiệu suất thuần:  int = số xung được ghi nhận số bức xạ tới detector (3.2)... nhiễu loạn… Do đó giá trị hiệu suất đỉnh có thể được áp dụng trong những điều kiện khác nhau, trong khi hiệu suất toàn phần có thể bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này Như vậy, tốt nhất hiệu suất của detector nên dựa trên cả 2 tiêu chuẩn trên, và với một detector bức xạ gamma thì hiệu suất thường được sử dụng đó là hiệu suất đỉnh thuần (intrinsic peak efficiency):  ip Hiệu suất detector germanium là tỷ số... phải có một chương trình máy tính hoàn thiện để phù hợp với trực giác vật lý của chúng ta 2.2 CHƯƠNG TRÌNH MCNP  2 2.2.1 Giới thiệu về chương trình MCNP MCNP (Monte Carlo N-Particle) là chương trình máy tính được viết theo phong cách của Thomas N K Godfrey, nhà lập trình MCNP hàng đầu trong những năm 1975-1989 MCNP là chương trình đa mục đích, ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng quá trình vận... 137Cs, 60 Co , 54 Mn, 22 Na và 241 Am sẽ được sử dụng trong khóa luận này để xây dựng đường cong hiệu suất của detector HPGe GC1518 Tất cả các nguồn phóng xạ này được gọi là những nguồn chuẩn có dạng giọt cầu đường kính 1mm được sản xuất dưới dạng muối kim loại các chất phóng xạ đặt trong một giá đỡ làm bằng nhựa polyacrylic có đường kính 25,4mm với chiều cao tương ứng là 3mm Cấu trúc của các nguồn được... trong tập tin input phải thoả mãn các chuẩn mực của chương trình MCNP  Về đơn vị: + độ dài tính bằng cm + năng lượng tính bằng MeV + thời gian tính bằng shake (10-8s) + nhiệt độ tính bằng MeV (kT) + mật độ nguyên tử tính bằng nguyên tử/barn-cm + mật độ khối lượng tính bằng g/cm3 + tiết diện tương tác tính bằng barn (10-24cm2) + số tạo nhiệt tính bằng MeV/va chạm + tỉ số khối lượng nguyên tử tính theo... detector (3.2) So với hiệu suất tuyệt đối thì hiệu suất thuần tiện lợi nhiều hơn vì nó hầu như không phụ thuộc vào yếu tố hình học giữa detector với nguồn mà chỉ phụ thuộc vào vật liệu detector, năng lượng bức xạ tới và bề dày vật lý của detector theo hướng bức xạ tới Sự phụ thuộc nhỏ vào khoảng cách giữa nguồn và detector vẫn còn vì quãng đường trung bình của bức xạ xuyên qua detector sẽ thay đổi một... từ định nghĩa của hiệu suất toàn phần Trong thực tế, bất kỳ hệ đo nào cũng đòi hỏi các xung được ghi nhận phải lớn hơn một mức ngưỡng xác định nào đó được đặt ra nhằm loại các nhiễu do thiết bị tạo ra Như thế, chúng ta chỉ có thể tiến tới thu được hiệu suất toàn phần lý tưởng bởi việc đặt mức ngưỡng này càng thấp càng tốt  Hiệu suất đỉnh (peak efficiency): là hiệu suất được tính cho detector trong trường... được bằng tích phân diện tích dưới đỉnh (phần gạch chéo trong hình 3.1) Hiệu suất toàn phần và hiệu suất đỉnh được liên hệ với nhau qua tỉ số "đỉnh/toàn phần" (peak to total) như sau: r ε peak ε total (3.3) Trong thực nghiệm, người ta thường sử dụng các hiệu suất đỉnh vì nó sẽ loại bỏ được các hiện tượng gây ra do các hiệu ứng nhiễu: tán xạ từ các vật liệu xung quanh hay nhiễu loạn… Do đó giá trị hiệu. .. của detector Đối với các bức xạ không mang điện như gamma hoặc neutron thì khi đi vào detector chúng phải qua nhiều quá trình tương tác thứ cấp trước khi có thể được ghi nhận vì những bức xạ này có thể truyền qua khoảng cách lớn giữa hai lần tương tác và như thế chúng có thể thoát ra ngoài vùng làm việc của detector Vì vậy hiệu suất của detector (detection efficiency) thường nhỏ hơn 100% Lúc này, hiệu. .. Monte Carlo cho phép xây dựng một chuỗi các quá trình tương tác của hạt bằng cách sử dụng kỹ thuật lấy mẫu ngẫu nhiên cùng với các quy luật xác suất có thể mô tả tất cả các tính chất của một hạt thực và quá trình hạt đi lại ngẫu nhiên trong môi trường vật chất Quá trình tương tác của một "hạt mô hình" được theo dõi cho đến khi thông tin về hạt ít hơn giới hạn cho phép, khi đó quá trình sống của hạt được ... Chương 4: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT DETECTOR HPGE GC 1518: xây dựng đường cong hiệu suất theo lượng detector germanium siêu tinh khiết mô MCNP4C2 khoảng cách khác từ nguồn đến detector so sánh... GAMMA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP4C2 Để xây dựng đường cong hiệu suất detector theo lượng cách xác đầy đủ, đặc biệt nguồn phát tia gamma vùng lượng thấp, việc sử dụng chương trình mô Monte Carlo MCNP4C2. .. phóng xạ detector Trong khóa luận này, xây dựng đường cong hiệu suất detector phụ thuộc vào việc thay đổi vị trí nguồn, với khoảng cách từ nguồn đến detector 5cm, 10cm 15cm 4.1 HIỆU SUẤT DETECTOR