Đang tải... (xem toàn văn)
Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước, việc ứng dụng các phương pháp, kĩ thuật mới vào sản xuất ngày được chú trọng và phát triển. Việc ứng dụng kĩ thuật hạt nhân để thay thế các phuơng pháp truyền thống cũng ngày càng được coi trọng. Ngày nay kĩ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ được ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Tại Việt Nam, nghiên cứu và ứng dụng khoa học kĩ thuật hạt nhân được quan tâm từ những năm 1960, đặc biệt là đầu tư cho chuẩn bị nguồn nhân lực. Các hướng ứng dụng tiêu biểu của kĩ thuật hạt nhân có thể kể đến là:‒Sản xuất đồng vị và điều chế dược chất phóng xạ phục vụ chẩn đoán và điều trị bệnh. ‒Sử dụng kĩ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo đạc hạt nhân như đo mức chất lỏng, đo độ dày, độ ẩm của vật liệu trong các dây chuyền tự động hóa của các nhà máy công nghiệp, phát triển các kĩ thuật phân tích hạt nhân để tham gia vào các chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản và nghiên cứu, bảo vệ môi trường. ‒Sử dụng các đồng vị tự nhiên và nhân tạo để đánh giá một số quá trình trong tự nhiên như hiện tượng bồi lấp, xói mòn, sử dụng các nguồn bức xạ cường độ cao để khử trùng các dụng cụ, chế phẩm và bảo quản thực phẩm, dược phẩm, ứng dụng kĩ thuật hạt nhân trong nông nghiệp và sinh học.Đối với nhiều ngành sản xuất, việc dò tìm khuyết tật của vật liệu đóng vai trò hết sức quan trọng. Mục đích của việc dò tìm khuyết tật nhằm đánh giá tính chất vật liệu trước khi chúng bị hư hỏng để bảo đảm chất lượng sản phẩm và tính năng làm việc của công trình, thiết bị, và cũng nhằm khai thác hết khả năng của các kết cấu kĩ thuật, hạn chế rủi ro nhằm tăng cường tính an toàn trong xây lắp và tiết kiệm chi phí. Hiện nay, có nhiều phương pháp dò tìm khuyết tật của vật liệu mà không cần phá hủy mẫu như phương pháp truyền qua, chụp ảnh phóng xạ cho kết quả nhanh với độ chính xác cao. Tuy nhiên trong một số trường hợp thực tế các phương pháp trên không được áp dụng mà thay vào đó là phương pháp gamma tán xạ ngược. So với các phương pháp khác, phương pháp gamma tán xạ ngược có nhiều ưu điểm như có thể kiểm tra thiết bị mà không cần dừng thiết bị, đầu dò và nguồn có thể bố trí cùng một phía. Phương pháp gamma tán xạ được ứng dụng để xác định mật độ vật liệu, đo bề dày vật liệu, đo mật độ chất lỏng.Để kiểm chứng độ tin cậy của phương pháp này, các thí nghiệm hạt nhân tiến hành đòi hỏi một thời gian khá lâu và tốn kém chi phí. Với sự phát triển của máy tính và các phuơng pháp mô phỏng, các thí nghiệm hạt nhân được mô phỏng với độ chính xác cao, giảm chi phí và sự phức tạp của các thí nghiệm thực. Một trong những phương pháp mô phỏng đó là phương pháp Monte – Carlo. Phương pháp này đã được rất nhiều nhà nghiên cứu áp dụng và cho độ chính xác cao, đáng tin cậy.Là sinh viên năm 4 ngành Vật lí hạt nhân, với những kiến thức nền tảng sẵn có và niềm đam mê với lĩnh vực Vật lí hạt nhân, em chọn đề tài “Xác định vị trí khuyết tật của vật liệu bằng phương pháp Monte – Carlo” làm khóa luận tốt nghiệp đại học.
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ từ quý thầy cô, gia đình, bạn bè Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Đức Tâm Thầy người hướng dẫn, bảo có lời nhận xét tỉ mỉ, cung cấp cho em kiến thức phương pháp nghiên cứu thiết yếu đầu tiên, hướng dẫn em hình dung đường thực công trình nghiên cứu khoa học Thầy người giúp đỡ em vượt qua khó khăn trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Huỳnh Đình Chương, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ em nhiều trình thực chương trình MCNP5 phòng Vật lí tính toán trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đồng thời, em xin cảm ơn thầy cô khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm Tp Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, cung cấp cho em kiến thức tảng suốt bốn năm học tập trường Cuối em xin cảm ơn gia đình người bạn bên cạnh hỗ trợ em để em hoàn thành tốt khóa luận GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Trên chặng đường qua, em cảm thấy may mắn có gia đình, bạn bè, thầy cô quan tâm, động viên giúp đỡ Chúc cho tất người nhiều sức khỏe, hạnh phúc gặt hái nhiều thành công sống Em xin chân thành cảm ơn TPHCM, ngày 19 tháng năm 2014 GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hiệu ứng quang điện gamma tương tác với vật chất Hình 1.2: Hiệu ứng Compton gamma tương tác với vật chất Hình 1.3: Mô hình tán xạ ngược Hình 1.4: Tương tác photon lên vật liệu Hình 2.1: Đầu dò NaI (Tl) Hình 2.2: a) Các thông số kích thước (đơn vị: mm) loại vật liệu đầu dò dùng mô b) Mặt cắt theo đường kính vùng trung tâm đầu dò Hình 2.3: Tia gamma phát từ nguồn qua buồng chì chuẩn trực Hình 2.4: Ảnh chụp cấu trúc nguồn 60Co Hình 2.5: Các thông số kích thước nguồn colimator nguồn (đơn vị: mm) Hình 2.6: Bề dày lại thép Hình 2.7: Cấu hình hệ đo tán xạ xác định vị trí khuyết tật thép Hình 2.8: Đồ thị làm khớp lượng theo vị trí kênh để xác đinh đường chuẩn lượng hệ đo Hình 3.1: Xử lí số liệu output file Hình 3.2: Phổ gamma ứng với khuyết tật có đường kính 2,2 cm bề dày lại thép mm Hình 3.3: Phổ tán xạ vẽ chương trình COLEGRAM Hình 3.4: Phổ gamma mô vẽ chương trình ORIGIN Hình 3.5: Phổ tán xạ làm khớp thành đỉnh Gauss dạng đa thức chương trình COLEGRAM Hình 3.6: Phổ tán xạ làm khớp thành đỉnh Gauss dạng đa thức sử dụng chương trình COLEGRAM Hình 3.7: Phổ tán xạ làm khớp thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức sử dụng chương trình COLEGRAM Hình 3.8: Đỉnh Gauss thứ hai cách làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Hình 3.9: Phổ tán xạ làm khớp thành hai đỉnh Guass dạng đa thức Hình 3.10: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm Hình 3.11: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm Hình 3.12: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm Hình 3.13: Sự phụ thuộc số đếm đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép C45 Hình 3.14: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.15: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.16: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.17: Sự thăng giáng hệ số C với lỗ khuyết tật có đường kính bề dày lại thép thay đổi ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.18: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh Gauss thứ hai (ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm Hình 3.19: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh Gauss thứ hai (ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Hình 3.20: Đồ thị phụ thuộc diện tích đỉnh Gauss thứ hai (ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm Hình 3.21: Sự thăng giáng diện tích đỉnh Gauss thứ hai (ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính khác Hình 3.22: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.23: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.24: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.25: Sự thăng giáng hệ số C với lỗ khuyết tật có đường kính độ sâu thay đổi ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.26: Sự chồng chập phổ khuyết tật có bề dày lại lớn mm Hình 3.27: Đóng góp tán xạ nhiều lần vào phổ gamma tán xạ Hình 3.28: Đóng góp tán xạ đôi vào phổ tán xạ nhiều lần Hình 3.29: Đồ thị sai số tương đối (%) diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm Hình 3.30: Đồ thị sai số tương đối (%) diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm Hình 3.31: Đồ thị sai số tương đối (%) diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm Hình 3.32: Bố trí thí nghiệm xác định vị trí khuyết tật thép có dạng khuyết tật bậc thang GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh chế trình hấp thụ gamma gamma với hạt tích điện Bảng 2.1: Mật độ vật liệu sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI (Tl) Bảng 2.2: Hàm lượng thép C45 Bảng 2.3: Bảng số liệu vị trí kênh số nguồn để xây dựng đường chuẩn lượng hệ đo Bảng 3.1: Diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm Bảng 3.2 Diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm Bảng 3.3: Diện tích đỉnh (ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức) lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm Bảng 3.4: Hệ số khuyết tật C (%) lỗ có đường kính khác ứng với việc làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Bảng 3.5: Diện tích đỉnh Gauss thứ hai ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức lỗ có đường kính 2,2 cm Bảng 3.6: Diện tích đỉnh Gauss thứ hai ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức lỗ có đường kính 2,6 cm Bảng 3.7: Diện tích đỉnh Gauss thứ hai ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức lỗ có đường kính 3,0 cm Bảng 3.8: Hệ số khuyết tật C (%) lỗ khuyết tật có đường kính bề dày lại thép khác ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Bảng 3.9: Hệ số khuyết tật C(%) lỗ khuyết tật tính toán thông qua việc làm khớp hàm theo hai cách khác Bảng 3.10: Sai số tương đối (%) tính diện tích đỉnh tán xạ hai cách khớp phổ GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học PHẦN GIỚI THIỆU Lí chọn đề tài Trong tiến trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, việc ứng dụng phương pháp, kĩ thuật vào sản xuất ngày trọng phát triển Việc ứng dụng kĩ thuật hạt nhân để thay phuơng pháp truyền thống ngày coi trọng Ngày kĩ thuật hạt nhân đồng vị phóng xạ ứng dụng có hiệu vào nhiều lĩnh vực khác đời sống Tại Việt Nam, nghiên cứu ứng dụng khoa học kĩ thuật hạt nhân quan tâm từ năm 1960, đặc biệt đầu tư cho chuẩn bị nguồn nhân lực Các hướng ứng dụng tiêu biểu kĩ thuật hạt nhân kể đến là: ‒ Sản xuất đồng vị điều chế dược chất phóng xạ phục vụ chẩn đoán điều trị bệnh ‒ Sử dụng kĩ thuật nguồn kín để xây dựng hệ đo đạc hạt nhân đo mức chất lỏng, đo độ dày, độ ẩm vật liệu dây chuyền tự động hóa nhà máy công nghiệp, phát triển kĩ thuật phân tích hạt nhân để tham gia vào chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản nghiên cứu, bảo vệ môi trường ‒ Sử dụng đồng vị tự nhiên nhân tạo để đánh giá số trình tự nhiên tượng bồi lấp, xói mòn, sử dụng nguồn xạ cường độ cao để khử trùng dụng cụ, chế phẩm bảo quản thực phẩm, dược phẩm, ứng dụng kĩ thuật hạt nhân nông nghiệp sinh học Đối với nhiều ngành sản xuất, việc dò tìm khuyết tật vật liệu đóng vai trò quan trọng Mục đích việc dò tìm khuyết tật nhằm đánh giá tính chất vật liệu trước chúng bị hư hỏng để bảo đảm chất lượng sản phẩm tính làm việc công trình, thiết bị, nhằm khai thác hết khả kết cấu kĩ thuật, hạn chế rủi ro nhằm tăng cường tính an toàn xây lắp tiết kiệm chi phí Hiện nay, có nhiều phương pháp dò tìm khuyết tật vật liệu mà không cần phá hủy mẫu phương pháp truyền qua, chụp ảnh phóng xạ cho kết nhanh với độ xác cao Tuy nhiên số trường hợp thực tế phương pháp GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học không áp dụng mà thay vào phương pháp gamma tán xạ ngược So với phương pháp khác, phương pháp gamma tán xạ ngược có nhiều ưu điểm kiểm tra thiết bị mà không cần dừng thiết bị, đầu dò nguồn bố trí phía Phương pháp gamma tán xạ ứng dụng để xác định mật độ vật liệu, đo bề dày vật liệu, đo mật độ chất lỏng Để kiểm chứng độ tin cậy phương pháp này, thí nghiệm hạt nhân tiến hành đòi hỏi thời gian lâu tốn chi phí Với phát triển máy tính phuơng pháp mô phỏng, thí nghiệm hạt nhân mô với độ xác cao, giảm chi phí phức tạp thí nghiệm thực Một phương pháp mô phương pháp Monte – Carlo Phương pháp nhiều nhà nghiên cứu áp dụng cho độ xác cao, đáng tin cậy Là sinh viên năm ngành Vật lí hạt nhân, với kiến thức tảng sẵn có niềm đam mê với lĩnh vực Vật lí hạt nhân, em chọn đề tài “Xác định vị trí khuyết tật vật liệu phương pháp Monte – Carlo” làm khóa luận tốt nghiệp đại học Mục đích nghiên cứu Xác định vị trí khuyết tật thép C45 Đối tượng phạm vi nghiên cứu ‒ Đối tượng nghiên cứu: tượng gamma tán xạ ngược ‒ Phạm vi nghiên cứu: dò tìm vị trí khuyết tật thép có bề dày không đổi, khuyết tật dạng lỗ tròn thép có đường kính độ sâu khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu ‒ Ý nghĩa khoa học Đề xuất phương pháp: dò tìm vị trí khuyết tật phương pháp gamma tán xạ ngược Đây hướng nghiên cứu việc ứng dụng tượng gamma tán xạ ngược vào việc khảo sát vị trí khuyết tật vật liệu ‒ Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu giúp kiểm tra tính đắn việc dò tìm khuyết tật vật liệu ứng dụng tượng gamma tán xạ ngược Nhờ phương pháp mô Monte – Carlo thí nghiệm dò tìm vị trí khuyết tật mô vận hành giúp giảm bớt chi phí tăng độ xác GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 10 PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG LÍ THUYẾT GAMMA TÁN XẠ NGƯỢC 1.1 Cơ chế tương tác gamma với vật chất Tia gamma phát hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái Tia gamma xạ điện từ có bước sóng nhỏ (< 10 -12 m) có tần số cao (10201024Hz) số sóng điện từ Chính thế, lượng cao so với sóng radio, tia hồng ngoại, tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia X Tia gamma có mức độ nguy hiểm phóng xạ cao có khả xuyên sâu lớn Tia gamma có lượng từ hàng chục keV đến hàng chục MeV Các hạt nhân phóng xạ xác định phát gamma có lượng xác định, lượng cao từ đến 10MeV Bước sóng gamma là: (1.1) Trong đó: h số Plank, h = 6,625.10-34J.s c vận tốc ánh sáng chân không, c = 3.108m/s Bức xạ gamma tương tác với môi trường thông qua trình hấp thụ tán xạ Trong trình hấp thụ, gamma truyền toàn lượng cho vật chất, gamma biến Tuy nhiên chế hấp thụ xạ gamma khác với hạt tích điện bảng 1.1 Còn trình tán xạ, tia gamma truyền phần lượng cho hạt vật chất bị tán xạ góc Tương tác xạ gamma không gây nên tượng ion hóa hạt tích điện Tuy nhiên tương tác với nguyên tử, làm bứt electron quỹ đạo khỏi nguyên tử hay sinh cặp electron – positron, electron gây ion hóa môi trường Có ba dạng tương tác gamma với nguyên tử: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton hiệu ứng tạo cặp Bảng 1.1: So sánh chế trình hấp thụ gamma gamma với hạt tích điện GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 47 Hình 3.21: Sự thăng giáng diện tích đỉnh Gauss thứ hai (ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức) vào bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính khác Để xác định vị trí khuyết tật vật liệu ta dựa vào hệ số khuyết tật C tính theo công thức (1.14) Với diện tích đỉnh vật liệu dày 25 mm khuyết tật tính 218085 GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 48 Bảng 3.8: Hệ số khuyết tật C (%) lỗ khuyết tật có đường kính bề dày lại thép khác ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Bề dày 11 13 15 17 2,2 70,954 39,259 9,863 13,074 7,175 12,977 13,173 Đường kính lỗ khuyết tật ( cm) 2,6 78,722 49,214 24,920 24,054 20,998 22,512 22,825 3,0 93,803 69,404 53,862 50,994 48,267 49,558 48,944 Hình 3.22: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 49 Hình 3.23: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Hình 3.24: Đồ thị thay đổi hệ số C theo bề dày lại thép với lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 50 Hình 3.25: Sự thăng giáng hệ số C với lỗ khuyết tật có đường kính độ sâu thay đổi ứng với việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức 3.3 Nhận xét so sánh kết hai cách làm khớp phổ 3.3.1 Năng lượng tán xạ Compton Năng lượng tán xạ Compton phụ thuộc vào góc tán xạ theo lí thuyết tính theo công thức (1.3) Trong đó: E lượng nguồn 60Co Vì 60Co nguồn có hai đỉnh lượng 1173 keV 1332 keV nên ta lấy giá trị trung bình hai đỉnh lượng GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 51 (keV) Đối với phổ mô phỏng, lượng đỉnh tán xạ tính theo đường chuẩn lượng trình bày mục (2.3.5) Ch vị trí kênh ứng với đỉnh tán xạ lần Chương trình COLEGRAM xử lí phổ cho ta vị trí kênh 1355 Thay vào đường chuẩn lượng ta thu lượng đỉnh tán xạ mô keV Năng lượng đỉnh tán xạ theo lý thuyết tán xạ Compton 268 keV Năng lượng đỉnh tán xạ thực nghiệm 263 keV Như vậy, ta thấy rẳng sai khác nhiều lượng đỉnh tán xạ lý thuyết thực nghiệm Điều cho thấy phương pháp mô Monte- Carlo mang lại kết xác cao 3.3.2 Nhận xét kết mô Từ kết hai cách làm khớp phổ ta thấy, hai cách làm thu kết giống Đối với việc xác định bề dày bão hòa thép C45, nhìn vào hình 3.13 3.21 ta thấy đồ thị phụ thuộc số đếm vào bề dày lại thép chia làm vùng: Vùng 1: Bề dày từ mm đến khoảng 13 mm Bề dày từ đến mm, diện tích đỉnh tán xạ tăng gần tuyến tính Với bề dày từ đến 13 mm, diện tích đỉnh tán xạ tăng chậm lại GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 52 Vùng 2: Bề dày lớn 13mm, diện tích đỉnh tán xạ thay đổi đáng kể Điều cho thấy với nguồn phát tia gamma 60Co bề dày bão hòa thép C45 từ 12 đến 13 mm Chính vậy, thép có bề dày không 12 mm phương pháp gamma tán xạ xác định khuyết tật có hiệu Với thép có bề dày 12 mm phương pháp không xác Bảng 3.1, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6, 3.7 cho thấy đường kính lỗ khuyết tật độ sâu khác nhau, có phân biệt tương đối tốt số đếm đỉnh tán xạ Tuy nhiên, phân biệt lại gặp khó khăn với bề dày từ đáy lỗ lên bề mặt thép lớn mm Hình 3.26: Sự chồng chập phổ khuyết tật có bề dày lại lớn mm GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 53 Đối với việc xác định vị trí khuyết tật dựa vào hệ số C, nhìn vào đồ thị hình 3.17 hình 3.25 ta thấy phụ thuộc hệ số khuyết tật C vào bề dày từ đáy lỗ khuyết tật đến bề mặt thép chia làm vùng: Vùng 1: Bề dày nhỏ mm, hệ số C giảm nhanh Vùng 2: Bề dày lớn mm, hệ số C thăng giáng không đáng kể Điều cho thấy rằng, nguồn phát 60Co, việc xác định vị trí khuyết tật mang lại kết cao khuyết tật có bề dày lại thép mm Vì bề dày mm, có phân biệt tương đối tốt diện tích đỉnh tán xạ Từ mm trở đi, hệ số khuyết tật C thay đổi không đáng kể, diện tích đỉnh tán xạ phân biệt rõ ràng nên phương pháp không mang lại hiệu cao 3.3.3 So sánh hai cách làm khớp phổ Từ kết phân tích mục 3.1, 3.2 ta thấy việc xử lí phổ mô cách làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức, hay làm khớp thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức không ảnh hưởng nhiều đến kết Vị trí khuyết tật thép xác định thông qua hệ số khuyết tật C Hai cách làm khớp phổ thu hệ số khuyết tật C xấp xỉ bảng 3.9 Tuy nhiên, để đánh giá xem cách làm tối ưu hơn, ta ý đến sai số tính diện tích đỉnh Gauss Sai số tương đối diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ nêu trình bày bảng 3.10 đồ thị hình 3.29, 3.30, 3.31 Sai số tương đối hai cách làm khớp phổ gần Theo J E Fernández, phổ gamma tán xạ có đỉnh tán xạ lần đỉnh tán xạ nhiều lần Trong tán xạ nhiều lần đóng góp tán xạ đôi (tán xạ hai lần) nhiều Vì vậy, ta coi phổ tán xạ nhiều lần gồm hai đỉnh tán xạ: tán xạ lần tán xạ đôi (tán xạ hai lần) GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 54 Hình 3.27: Đóng góp tán xạ nhiều lần vào phổ gamma tán xạ Hình 3.28: Đóng góp tán xạ đôi vào phổ tán xạ nhiều lần Lý thuyết J E Fernández cho thấy rằng, việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss phù hợp so với việc làm khớp thành đỉnh Gauss Chính vậy, hai cách làm khớp phổ cho kết để phù hợp với lý thuyết gamma tán xạ, ta nên làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 55 Bảng 3.9: Hệ số khuyết tật C(%) lỗ khuyết tật tính toán thông qua việc làm khớp hàm theo hai cách khác Bề dày (mm) 11 13 15 17 Đường kính lỗ khuyết tật (cm) 2,2 cm 2,6 cm 3,0 cm Cách Cách Cách Cách Cách Cách 70,009 70,954 78,955 78,722 93,806 93,803 39,167 39,259 49,197 49,214 69,514 69,404 9,782 9,863 24,686 24,920 53,792 53,862 12,958 13,074 23,947 24,054 50,922 50,994 7,058 7,175 20,883 20,998 48,187 48,267 12,909 12,977 22,433 22,512 49,499 49,558 13,297 13,173 22,748 22,825 48,887 48,944 Bảng 3.10: Sai số tương đối (%) tính diện tích đỉnh tán xạ hai cách khớp phổ Bề dày (mm) 11 13 15 17 Đường kính lỗ khuyết tật (cm) 2,2 cm 2,6 cm 3,0 cm Cách Cách Cách Cách Cách Cách 0,650 0,453 1,734 1,733 1,239 1,193 0,983 0,614 0,892 0,564 1,643 1,528 1,209 0,725 1,099 0,787 0,881 0,534 1,191 0,711 1,110 0,659 0,903 0,530 1,227 0,742 1,130 0,681 0,930 0,555 1,183 0,722 1,118 0,675 0,914 0,541 1,263 0,721 1,110 0,677 0,916 0,550 Hình 3.29: Đồ thị sai số tương đối (%)của diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 2,2 cm Hình 3.30: Đồ thị sai số tương đối (%) diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 2,6 cm GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 56 Hình 3.31: Đồ thị sai số tương đối (%) diện tích đỉnh ứng với hai cách làm khớp phổ khác lỗ khuyết tật đường kính 3,0 cm 3.4 Kết luận hướng phát triển đề tài 3.4.1 Kết luận Để xác định vị trí khuyết tật vật liệu kĩ thuật gamma tán xạ ngược, phương pháp Monte – Carlo ứng dụng thông qua mô trình gamma tương tác với vật chất chương trình MCNP5 Nguồn phát gamma sử dụng nguồn 60Co Hệ đo mô với tỉ photon tương tác với thép C45 dày 25 mm, đầu dò ghi nhận đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) Khuyết tật lỗ tròn hình trụ tạo có độ sâu đường kính khác thép Phổ gamma tán xạ cắt lấy từ vị trí kênh 516 đến kênh 2082 Sau đó, phổ xử lí theo hai cách Cách làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức Cách làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức Cả hai cách làm đến kết Đối với thép có bề dày lại từ mm đến 13 mm, diện tích đỉnh tăng Nhưng với thép có bề dày lớn 13 mm, diện đỉnh thăng giáng không đáng kể Điều cho thấy bề dày bão hòa thép C45 từ 12 đến 13 mm Với bề dày này, việc xác định vị trí lỗ khuyết tật thực thông qua việc nghiên cứu hệ số khuyết tật C Đối với thép có bề dày lại nhỏ mm, hệ số C giảm nhanh Nhưng bề dày lớn mm, hệ số C có thăng giáng không đáng kể Từ cho thấy việc dò khuyết tật nằm bên thép cho kết tối ưu lỗ khuyết tật có đáy cách bề mặt thép không mm Ngoài phạm vi diện tích đỉnh phân biệt rõ ràng nên thay đổi hệ số khuyết tật không đáng kể kết dò tìm vị trí khuyết tật không xác Xử lí phổ tán xạ cách làm khớp phổ thành đỉnh Gauss dạng đa thức hay làm khớp thành hai đỉnh Gauss dạng đa thức cho kết gần Sai số tính diện tích đỉnh tán xạ khác biệt nhiều GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 57 Tuy nhiên theo J E Fernández, phổ gamma tán xạ có hai thành phần, thành phần đỉnh ứng với tán xạ lần thành phần với tán xạ nhiều lần Trong tán xạ nhiều lần, đóng góp tán xạ đôi chiếm ưu Do đó, việc làm khớp phổ thành hai đỉnh Gauss phù hợp so với lí thuyết Phương pháp gamma tán xạ xác định vị trí khuyết tật thép sử dụng nguồn 60Co với bố trí thí nghiệm áp dụng thép có bề dày lại không mm Đối với thép có bề dày lại mm, phương pháp không mang lại kết xác 3.4.2 Hướng phát triển đề tài Đề tài ứng dụng phương pháp mô Monte–Carlo để xác định vị trí khuyết tật thép C45, sử dụng nguồn phát gamma 60Co đầu dò NaI(Tl) Khuyết tật có dạng lỗ tròn hình trụ với đường kính độ sâu thay đổi Tuy nhiên, phương pháp ứng dụng để xác định vị trí khuyết tật vật liệu khuyết tật có hình thù khác chẳng hạn vật liệu có khuyết tật dạng bậc thang hình 3.17 Nguyên tắc xác định vị trí khuyết tật vật liệu sử dụng kĩ thuật gamma tán xạ chùm tia quét qua vùng thể tích vật liệu có khuyết tật, tia gamma tán xạ thay đổi cường độ Ngoài việc ứng dụng để xác định vị trí khuyết tật vật liệu, kĩ thuật gamma tán xạ ngược sử dụng để xác định bề dày vật liệu, mật độ vật liệu GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 58 Hình 3.27: Bố trí thí nghiệm xác định vị trí khuyết tật thép có dạng khuyết tật bậc thang GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hoàng Đức Tâm, Trần Thiện Thanh, Bùi Tuấn Khải, Châu Văn Tạo, Xác định vị trí khuyết tật thép phương pháp gamma tán xạ ngược, Tạp chí Khoa học trường Đại học Sư phạm TP.HCM, TP Hồ Chí Minh, 2009 [2] Ngô Quang Huy, An toàn xạ ion hóa, Nhà Xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 2007 [3] Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lí hạt nhân, Nhà Xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 2006 Tiếng Anh [4] X – Monte Carlo Team, MCNP – A General Monte Carlo N – Particle Transport Code Vesion 5, Los Alamos National Laboratory, 2003 [5] J E Fernádez, Compton and Rayleigh double scattering of unpolarized radiation, University of Bologna, Italy, 1991 GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 60 PHỤ LỤC Sử dụng chương trình COLERGAM để làm khớp phổ Bước 1: Lưu số đếm dạng file có đuôi asc chẳng hạn fit.asc Bước 2: Mở chương trình COLEGRAM Bước 3: Chọn File → Open →Chọn file vừa lưu bước 1→Open Bước 4: Chọn vùng giới hạn để làm khớp số liệu Sau chọn nút Extract a ROI GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 61 Bước 5: Chọn nút Select Peak Shape để chọn dạng đỉnh phổ muốn làm khớp thẻ Peaks preference→ Ok→ Chọn nút Least square method (10 times) bên phải hình GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung [...]... Tương tác của photon lên vật liệu Khi thực hiện phép đo, nếu thể tích vùng tán xạ rơi vào vùng khuyết tật trên vật liệu, cường độ chùm tia tán xạ sẽ giảm xuống nhanh do mật độ electron ở vùng này thấp Để xác định được vị trí đang dò có khuyết tật hay không ta dựa vào hệ số sau: (1.14) Trong đó: Cbulk là số đếm của đỉnh tán xạ khi đo tại vị trí không có khuyết tật trên vật liệu Cinclusion là số đếm của đỉnh... thước của nguồn và colimator nguồn (đơn vị: mm) 2.3.3 Hình dáng, kích thước, chất liệu và vị trí khuyết tật của vật liệu Vật liệu được sử dụng trong mô phỏng là thép chịu nhiệt C45 với hàm lượng như ở bảng 2.2 Tấm thép có độ dày 25 mm với các khuyết tật được giả định là các lỗ trên có đường kính và độ sâu khác nhau Bề dày còn lại của tấm thép tăng đều 2 mm từ 5 mm đến 23 mm Đường kính lỗ khuyết tật tăng... của photon tán xạ E S theo góc tán xạ θ được cho bởi phương trình (1.3) Cường độ chùm photon bị tán xạ trong hiệu ứng tán xạ Compton phụ thuộc vào mật độ electron của vật liệu cần kiểm tra Nếu ρ là mật độ của vật liệu (g/ cm 3), Z là số hiệu nguyên tử và A là nguyên tử khối của của vật liệu thì mật độ electron của vật liệu được tính theo công thức: (1.13) Trong đó: NA là số Avogadro (mol-1) Trong phương. .. hai nguồn đã biết trước năng lượng ‒ Bước 2: Xác định vị trí kênh ứng với các nguồn đã chọn ‒ Bước 3: Xây dựng hàm tuyến tính sự phụ thuộc năng lượng vào vị trí kênh Đường chuẩn năng lượng có dạng: Trong đó: Ch là vị trí kênh E là năng lượng ứng với vị trí kênh Ch a, b là các biến số thay đổi tùy thuộc vào cấu hình của hệ đo Bảng 2.3: Bảng số liệu vị trí kênh của một số nguồn để xây dựng đường chuẩn năng... bố trí để thu nhận được các tia trong phạm vi góc tán xạ 120O Đầu dò và nguồn được dịch chuyển theo chiều dài tấm thép để đo cường độ tia gamma tán xạ Ở những vị trí có khuyết tật, cường độ tia gamma tán xạ sẽ thay đổi Sự thay đổi cường độ tia gamma tán xạ sẽ giúp ta suy ra được vị trí khuyết tật của vật liệu Bia thép C45 Lớp chì chuẩn trực Nguồn 60 Co Đầu dò NaI(Tl) Hình 2.7: Cấu hình hệ đo tán xạ xác. .. định vị trí khuyết tật trên tấm thép MCNP sử dụng thư viện hạt nhân để mô phỏng lại quá trình tương tác của gamma với vật liệu Tất cả các thông số của hạt (hướng phát, vị trí phát, năng GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung Khóa luận tốt nghiệp Đại học 30 lượng ) sẽ được khởi tạo giá trị bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên theo phân bố được khai báo trong input file 2.3.5 Đường chuẩn năng lượng của. .. Ferrmi phát minh ra một thiết bị cơ khí tên là Fermiac theo dõi sự phát triển của neutron trong các vật liệu phân hạch bằng phương pháp Monte Carlo Cũng vào khoảng năm 1948, Fermi, Metropolis và Ulam thu được ước lượng của phương pháp Monte – Carlo cho trị riêng của phương trình Schrodinger Năm 1954, tuyển tập báo cáo về phương pháp Monte – Carlo đầu tiên được viết bởi Herman Kahn và cuốn sách đầu tiên... điểm tương tác được tính bằng phương trình truyền qua: I1 = I0e-µz GVHD: ThS Hoàng Đức Tâm SVTH: Lê Thị Kim Nhung (1.4) Khóa luận tốt nghiệp Đại học 15 Trong đó: I1 cường độ bức xạ tới lớp dz Io là cường độ của nguồn µ là hệ số suy giảm khối của vật liệu Khi tán xạ thì cường độ bức xạ của phần tử này tỷ lệ với chiều dày dz và hệ số tán xạ Cb, Cb là một hàm của các thông số vật liệu và năng lượng bức... COMPTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE – CARLO 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Phương pháp Monte – Carlo Phương pháp Monte Carlo là tên gọi để nhóm các thuật toán sử dụng việc lấy mẫu ngẫu nhiên để thu được lời giải cho bài toán đặt ra Tên gọi của phương pháp này được đặt theo tên gọi một thành phố ở Monaco, nơi nổi tiếng của các sòng bạc, có lẽ là do phương pháp này dựa trên việc gieo các số ngẫu nhiên Tuy nhiên việc... thụ mạnh trong vật liệu đến nỗi ảnh hưởng của nó có thể bỏ qua Chính vì vậy, cơ sở của phương pháp gamma tán xạ chủ yếu dựa vào hiệu ứng Compton Nếu góc của tia tán xạ và tia tới nhỏ hơn 90 o và khi nghiên cứu các đối tượng dựa trên việc ghi nhận các tia này gọi là kĩ thuật đo tán xạ ngược Trên hình 1.3 cho thấy phần bức xạ xuyên vào vật liệu tới chiều dày z tương tác với các phần tử vật chất ở lớp