BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Huỳnh Thị Thúy Vy NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ TRÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Huỳnh Thị Thúy Vy NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ TRÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VÕ XUÂN ÂN Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn, nhận động viên giúp đỡ nhiều từ quý Thầy Cô, gia đình bạn bè Tôi xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến TS Võ Xuân Ân, người Thầy tận tình hướng dẫn phương pháp nghiên cứu khoa học, mang đến cho nhiều kiến thức bổ ích giúp đỡ tháo gỡ vướng mắc trình thực luận văn Thầy giúp nhận thức rõ trách nhiệm thân công việc Tôi xin gởi lời cảm ơn đến PGS TS Châu Văn Tạo, TS Nguyễn Văn Hoa, TS Trần Quốc Dũng có ý kiến đóng góp quý báu cho thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô Hội đồng chấm luận văn đọc đóng góp ý kiến để luận văn hoàn chỉnh Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, quý Thầy Cô Trường Trung học Phổ thông Cần Giuộc, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An giúp đỡ để tham dự khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn bạn học viên cao học ngành Vật lý nguyên tử Hạt nhân Năng lượng cao khóa 21 Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh động viên giúp đỡ Tôi xin gởi lời biết ơn đến Ba Mẹ tôi, Ba Mẹ bên cạnh tôi, khuyến khích tạo điều kiện để học tập Ba Mẹ chỗ dựa tinh thần cho hoàn cảnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 11 MỞ ĐẦU 14 Chương 1: TỔNG QUAN 16 1.1 Tình hình nghiên cứu nước giới 16 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới .16 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước .21 1.2 Tương tác xạ gamma với môi trường vật chất 22 1.2.1 Tán xạ Rayleigh 22 1.2.2 Hiệu ứng quang điện 22 1.2.3 Tán xạ Compton 25 1.2.4 Hiệu ứng sinh cặp electron − positron 28 Chương 2: HỆ PHỔ KẾ GAMMA VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 32 2.1 Hệ phổ kế gamma dùng detector siêu tinh khiết HPGe 32 2.1.1 Cấu trúc hệ phổ kế 32 2.1.2 Đặc trưng detector HPGe .33 2.2 Phương pháp Monte Carlo chương trình MCNP5 37 2.2.1 Phương pháp Monte Carlo 37 2.2.2 Chương trình MCNP5 .39 Chương 3: NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 44 3.1 Xây dựng mô hình áp dụng chương trình MCNP5 44 3.1.1 Cấu tạo hệ phổ kế gamma Trung tâm Hạt nhân TP HCM 44 3.1.2 Xây dựng tệp đầu vào cho chương trình MCNP5 .46 3.2 Khảo sát tán xạ vật liệu 47 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu lên phổ lượng tán xạ vùng lượng thấp 48 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu lên phổ lượng tán xạ vùng lượng trung bình 52 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu lên phổ lượng tán xạ vùng lượng cao 62 3.2.4 Tỉ số P/T 68 3.2.5 Tỉ số P/C .73 KẾT LUẬN CHUNG 76 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 83 PHỤ LỤC 87 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh Những sáng kiến tiến kĩ Advanced thuật tính toán Technology Initiative ACTL Thư viện hạt nhân kích hoạt The Activation Library ANSI Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa kỳ The ACTI Computational American National Standards Isntitute ENDF Thư viện số liệu ENDF The Evaluated Nuclear Data File ENDL Thư viện số liệu ENDL The Evaluated Nuclear Data Library FWHM Độ rộng đỉnh lượng toàn Full Width at Half Maximum phần nửa chiều cao cực đại F8 GEB Phân bố độ cao xung Energy Distribution of Pulses detector created in a detector Mở rộng đỉnh lượng theo Gaussian Energy Broadenning phân bố Gauss HPGe Detector germanium siêu tinh High Purity Germanium khiết MCA Máy phân tích đa kênh Multichannel Analyzer MCG Monte Carlo Gamma MCN Monte Carlo Neutron MCNG Monte Carlo Gamma Neutron MCNP Monte Carlo N − Partical MCP Monte Carlo Photon Codes MSF Tỉ số tán xạ nhiều lần Multiple Scatter Fraction NJOY Mã định dạng thư viện số liệu hạt nhân MCNP PENELOPE Chương trình mô Monte Carlo nhóm Salvat, 2003 Penetration and Energy Loss of Photon and Electrons PTN Phòng thí nghiệm P/C Tỉ số đỉnh Compton Peak to Compton ratio P/T Tỉ số đỉnh tổng Peak to Total ratio TH1 Trường hợp buồng chì với đầy đủ các lớp vật liệu che chắn TH2 Trường hợp buồng chì lớp đồng TH3 Trường hợp buồng chì lớp đồng paraffin TH4 Trường hợp buồng chì lớp đồng, paraffin thiếc TH5 Trường hợp buồng chì TH6 Trường hợp buồng chì lẫn lớp epoxy bao bọc nguồn TH7 Trường hợp buồng chì, lớp epoxy quanh nguồn không khí phần không gian hệ đo DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Diễn giải Trang Số photon tán xạ miền tán xạ ngược phép so Bảng 3.1 sánh tương đối lượng photon tới 59,54 37 keV Số photon tán xạ miền lượng xung quanh Bảng 3.2 cạnh Compton phép so sánh tương đối 39 lượng photon tới 59,54 keV Số photon tán xạ miền tán xạ ngược phép so Bảng 3.3 sánh tương đối lượng photon tới 661,66 41 keV Bảng 3.4 Tỉ lệ % đóng góp số photon tán xạ vật liệu lượng photon tới 661,66 keV 41 Số photon tán xạ miền tán xạ ngược phép so Bảng 3.5 sánh tương đối lượng photon tới 834,85 42 keV Bảng 3.6 Tỉ lệ % đóng góp số photon tán xạ vật liệu lượng photon tới 834,85 keV 43 Số photon tán xạ miền Compton phép so Bảng 3.7 sánh tương đối lượng photon tới 661,66 45 keV Số photon tán xạ miền Compton phép so Bảng 3.8 sánh tương đối lượng photon tới 834,85 46 keV Số photon tán xạ miền tán xạ nhiều lần phép Bảng 3.9 so sánh tương đối lượng photon tới 48 661,66 keV 10 Bảng 3.10 Số photon tán xạ miền tán xạ nhiều lần phép 49 so sánh tương đối lượng photon tới 834,85 keV Số photon tán xạ miền tán xạ ngược phép so 11 Bảng 3.11 sánh tương đối lượng photon tới 1332,5 52 keV 12 Bảng 3.12 Tỉ lệ % đóng góp số photon tán xạ vật liệu photon tới có lượng 1332,5 keV 53 Số photon tán xạ miền Compton phép so 13 Bảng 3.13 sánh tương đối photon tới có lượng 1332,5 55 keV Số photon tán xạ miền tán xạ nhiều lần phép 14 Bảng 3.14 so sánh tương đối photon tới có lượng 56 1332,5 keV Tỉ số P/T vật liệu tham gia che chắn 15 Bảng 3.15 khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn Am 241 57 phát tia gamma lượng 59,54 keV Tỉ số P/T vật liệu tham gia che chắn 16 Bảng 3.16 khoảng cách nguồn – detector photon tới có 58 lượng 661,66 keV Tỉ số P/T vật liệu tham gia che chắn 17 Bảng 3.17 khoảng cách nguồn – detector photon tới có 59 lượng 834,85 keV Tỉ số P/T vật liệu tham gia che chắn 18 Bảng 3.18 khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn 60Co phát 59 tia gamma lượng 1173,24 keV 1332,5 keV Tỉ số P/T vật liệu tham gia che chắn 19 Bảng 3.19 khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn 22Na phát 60 tia gamma lượng 511 keV 1274,53 keV 20 Bảng 3.20 Tỉ số P/T theo mức lượng photon tới 62 khoảng cách nguồn − detector 15 cm Tỉ số P/C vật liệu tham gia che chắn 21 Bảng 3.21 khoảng cách nguồn – detector photon tới có 63 lượng 661,66 keV Tỉ số P/C vật liệu tham gia che chắn 22 Bảng 3.22 khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn 60Co phát lượng 1173,24 keV 1332,5 keV 64 cạnh Compton Đối với nguồn 137Cs, miền phẳng chọn từ 358 − 382 keV Đối với nguồn 60Co, miền phẳng chọn từ 1040 − 1096 keV Bảng 3.21 Tỉ số P/C vật liệu tham gia che chắn khoảng cách nguồn – detector photon tới có lượng 661,66 keV Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 Khoảng cách nguồn – detector 10 cm 15 cm 113,607 113,365 113,611 113,642 113,555 113,402 113,609 113,483 113,564 113,441 114,077 113,915 113,394 112,300 cm 114,027 114,081 114,049 114,035 114,047 114,391 114,044 18,76 cm 113,126 113,453 113,731 113,745 113,782 114,341 114,020 115 cm 10 cm 113 15 cm 18,76 cm P/C 114 112 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 Vật liệu tham gia che chắn Hình 3.23 Sự phụ thuộc tỉ số P/C theo vật liệu tham gia che chắn theo khoảng cách nguồn – detector photon tới có lượng 661,66 keV Bảng 3.22 Tỉ số P/C vật liệu tham gia che chắn khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn 60Co phát lượng 1173,24 keV 1332,5 keV Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 cm 49,620 49,659 49,726 49,757 49,752 49,562 49,572 Khoảng cách nguồn – detector 10 cm 15 cm 49,192 49.572 49,213 49.582 49,350 49.735 49,313 49.677 49,305 49.668 49,025 49.363 48,924 48.140 18,76 cm 48.950 49.034 49.146 49.084 49.089 48.938 47.556 Các bảng 3.21, 3.22 hình 3.23 3.24 trình bày kết tính toán tỉ số P/C vật liệu tham gia che chắn khoảng cách nguồn – detector sử dụng nguồn Cs nguồn 60Co Từ bảng 3.21 3.22 kết hợp hình 3.23 3.24, 137 nhận thấy tháo bỏ dần lớp vật liệu từ TH1 đến TH7, tỉ số P/C thay đổi không đáng kể, không vượt % Điều chứng tỏ vật liệu dùng làm buồng chì gây tán xạ miền Compton xét toàn phổ lượng Chỉ số dùng để đánh giá ảnh hưởng yếu tố bên detector tốt so với vật liệu che chắn bên detector 50,0 P/C 49,5 cm 49,0 48,5 10 cm 15 cm 48,0 18,76 cm 47,5 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 Vật liệu tham gia che chắn Hình 3.24 Sự phụ thuộc tỉ số P/C theo vật liệu tham gia che chắn theo khoảng cách nguồn – detector dùng nguồn 60Co phát lượng 1173,24 keV 1332,5 keV KẾT LUẬN CHUNG Sau thực đề tài luận văn “Nghiên cứu tượng tán xạ hệ phổ kế gamma chương trình MCNP5”, đạt số kết sau đây: Đã tìm hiểu phương pháp Monte Carlo, áp dụng chương trình MCNP5 PTN Los Alamos, Hoa Kỳ để khảo sát tượng tán xạ vật liệu hệ phổ kế gamma Khảo sát phổ gamma tán xạ miền lượng thấp (điển hình mức lượng 59,54 keV) Kết khảo sát cho thấy chế hấp thụ quang điện chiếm ưu so với chế tán xạ photon tới vật liệu đồng, photon tán xạ giảm khoảng 56,2 − 60,3 % so với lớp đồng Lớp paraffin gây tán xạ mạnh miền lượng phổ gamma, số photon miền tán xạ ngược tăng gấp 1,78 − 2,78 lần so với trường hợp paraffin tăng dần khoảng cách nguồn − detector Ngoài ra, lớp epoxy vật liệu tiếp xúc trực tiếp với nguồn gây tán xạ mạnh photon tới, photon tán xạ tăng thêm 97 − 120 % so với epoxy Khảo sát phổ gamma tán xạ miền lượng trung bình (điển hình mức lượng 661,66 keV 834,85 keV) Trong miền tán xạ ngược, số photon tán xạ tăng thêm − % có lớp đồng Lớp paraffin làm tăng thêm 12,1 − 22,6 % photon tán xạ, tỉ lệ đóng góp photon tán xạ paraffin chiếm 20% Lớp thiếc đóng góp 32,4 − 33,6 % số photon tán xạ khoảng cách nguồn − detector 18,76 cm Cũng khoảng cách này, chì đóng góp 19,4 − 23,3 % photon tán xạ Số photon tán xạ tăng thêm 12 − 13 % so với epoxy Trong miền Compton miền tán xạ nhiều lần, số photon tán xạ thay đổi không đáng kể Khảo sát phổ gamma tán xạ miền lượng cao (điển hình mức lượng 1332,5 keV) Kết khảo sát cho thấy có cạnh tranh chế tương tác sơ cấp Quá trình sinh cặp − hủy cặp bắt đầu xuất Trong phổ lượng xuất thêm đỉnh thoát đơn, đỉnh thoát đôi đỉnh xạ hủy 511 keV Trong miền tán xạ ngược, số photon tán xạ tăng thêm khoảng 10 % có lớp đồng Lớp paraffin làm cho số photon tán xạ vùng tán xạ ngược tăng thêm 19,6 − 35,4 % so với lớp Số photon tán xạ tăng thêm 9,7 − 43,1 % có lớp thiếc Tỉ lệ photon tán xạ tăng thêm chì gây tăng dần khoảng cách nguồn − detector tăng đạt đến giá trị 69,6 % Lớp epoxy quanh nguồn làm cho số photon tán xạ tăng thêm 11,8 − 16,5 % Trong miền Compton, số photon tán xạ vật liệu gây thay đổi không đáng kể Đối với miền tán xạ nhiều lần, số photon tán xạ thay đổi không 1% Đánh giá khả gây tán xạ vật liệu thông qua tỉ số P/T Khi so sánh trường hợp vật liệu khác nhau, tỉ số P/T giảm, có nghĩa số photon tán xạ nhiều Ở mức lượng photon tới, tháo dần lớp vật liệu, tỉ số P/T tăng Khi lượng tăng cao, tỉ số P/T giảm Giải thích nguồn gốc photon tán xạ tán xạ vật liệu nguồn detector Ở mức lượng photon tới khác nhau, phổ lượng lượng đáng kể photon tán xạ Các photon tán xạ sinh từ việc photon tới bị tán xạ detector Số lượng photon tán xạ giảm dần khoảng cách nguồn − detector tăng lên KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Việc nghiên cứu tượng tán xạ hệ phổ kế gamma đặt Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh chương trình MCNP sở để mở rộng nghiên cứu số vấn đề tương lai: Thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng kết khảo sát đánh giá tỉ lệ đóng góp photon tán xạ vật liệu Khi tăng dần khoảng cách nguồn − detector, phổ lượng vùng tán xạ ngược xuất đỉnh phổ thứ hai Nguồn gốc đỉnh phổ chưa giải thích TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Võ Xuân Ân (2008), Nghiên cứu hiệu suất ghi nhận detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) phổ kế gamma phương pháp Monte Carlo thuật toán di truyền, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM [2] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (1999), Cơ sở vật lí, Tập – Quang học vật lí lượng tử, Người dịch: Hoàng Hữu Thư, Phan Văn Thích, Phạm Văn Thiều (2008), Nhà xuất giáo dục, Hà Nội [3] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội [4] Lê Hồng Khiêm (2008), Phân tích số liệu ghi nhận xạ, Nhà xuất ĐHQG Hà Nội [5] Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng phương pháp Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM [6] Trương Thị Hồng Loan, Phan Thị Quý Trúc, Trần Đăng Hoàng Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương (2008), “Nghiên cứu phổ gamma tán xạ ngược đầu dò HPGe chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 11 (6), tr 66−77 [7] Mai Văn Nhơn, Trương Thị Hồng Loan, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương (2008), “Nghiên cứu ảnh hưởng tán xạ nhiều lần từ vật liệu xung quanh đầu dò lên phổ lượng gamma đầu dò HPGe chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 11 (10), tr.66-77 [8] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM [9] Châu Văn Tạo (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nhà xuất ĐHQGTP HCM [10] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sĩ vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TP.HCM [11] Trần Thị Ngọc Thảo (2008), Mô phổ gamma số nguồn xạ ion hóa phương pháp Monte Carlo, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Cần Thơ, Cần Thơ [12] Đỗ Thị Thanh Vượng (2011), Nghiên cứu giảm phông buồng chì hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe GEM 15P4, Luận văn thạc sĩ vật lý, Đại học sư phạm TP HCM Tiếng Anh [13] Avneet Sood, Arthur Forster R., Adams Bryce J., White Morgan C (2004), “Verification of pulse height tally in MCNP5”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach B, 213, pp 167−171 [14] Barnea G., Dick C.E., Ginburg A., Navon E., Seltzer S.M (1995), “A study of multiple scattering background in Compton scatter imaging”, NDT & E International, 28(3), pp 155−162 [15] Chatterjee B.K., LaJohn L.A., Roy S.C (2006), “Investigations on compton scattering: New directions”, Radiation Physics and Chemistry, 75, pp 2165−2173 [16] D’Angelo A , Bartalini O., Bellini V., Levi Sandri P., Moricciani D., Nicoletti L., Zucchiatti A (2000), “Generation of Compton backscattering γ−ray beams”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A, 455, pp 1−6 [17] DuMond W.M (1930), “Multiple scattering in the Compton effect”, Physical Preview, 36, pp 1685−1701 [18] Gayer A , Bukshpan S (1981), “Monte Carlo Calculations of gamma-ray backscattering”, Nuclear Instruments and Methods, 180, pp 589−595 [19] Jorge E Fernández, Viviana Scot, Marco Badiali, Alessandro Guidetti (2007), “Multiple scattering corrections for density profile unfolding from Compton scattering signals in reflection geometry”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A, 580, pp 77−80 [20] Jorge E Fernández, Viviana Scot (2012), “Deterministic and Monte Carlo codes for multiple scattering photon transport”, Applied Radiation and Isotopes, 70, pp 550−555 [21] José Ródenas Diago (2005), Simulation of detector calibration using MCNP, Cooperation in Higher Education for Radiological and Nuclear Engineering Bruxelles (Belgique) [22] Knoll G.F (2000), “Radiation Detection and Measurement, 3rd Edition”, John Wiley & Son, Inc., New York [23] Manninen S (2000) “Compton scattering: present status and future”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 61, pp 335−340 [24] Martin L J., Burns P.A (1992), “The HPGe as a defined-solid-angle detector for low-energy photons”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A, 312, pp 146−151 [25] Matsushita N., Mcharris Wm.C., Firestone R.B., Kasagi J., Kelly W.H (1981), “On improving Ge detector energy Resolution and peak−to−compton ratios by pulse−shape discrimination”, Nuclear Instruments and Methods, 179, pp 119−124 [26] Mohammadi S (2009) “Compton scattering as a probe for materials investigation”, Iranian Journal of Physics Reseach, (2), pp 31−35 [27] Orhan İçelli, Salih Erzenoğlu (2002), “Experimental study on ratios of coherent scattering to Compton scattering for elements with atomic numbers 26 ≤ Z ≤ 82 in 59.5kev for 550 and 1150”, Spectrochimica Acta Part B, 57, pp 1317−1323 [28] Perot B, Pin P (2012), “Characterisation of the low energy photon attenuation in gamma-ray spectroscopy of bituminized radioactive waste drums using a peak-to-Compton ratio”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A, 671, pp 76−81 [29] Pitkanen T., Laundy D., Holt R.S., Cooper M.J (1986), “The multiple scattering profile in gamma ray Compton studies”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A, 251, pp 536−544 [30] Plagnard J., Hamon C., Lépy M.C (2008), “Study of scattering effects in lowenergy gamma-ray spectrometry”, Applied Radiation and Isotopes, 66, pp 769−773 [31] Sandhu B.S., Gurvinderjit Singh, Manpreet Singh, Bhajan Singh (2007), “Experimental investigation of multiple scattering of 662 keV gamma rays in zinc at 900”, Radiation Physics and Chemistry, 76, pp 750−758 [32] Sandhu B.S., Gurvinderjit Singh, Manpreet Singh, Bhajan Singh (2007), “Experimental investigation of saturation depth of 0.662 MeV gamma rays in copper”, Indian Journal of Pure & Applied Physics, 45, pp 111−115 [33] Van Gysel M., Lemberge L., Van Espen P (2003), “Description of Compton peaks in energy – dispersive X – ray flourescence spectra”, X – ray Spectrometry, 32, pp 139–147 [34] X − Monte Carlo Team (2003), MCNP − A Genaral Monte Carlo N−Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory, Los Alamos National Laboratory, USA PHỤ LỤC Một tệp đầu vào chương trình có đầy đủ vật liệu xung quanh nguồn detector: Bai toan- Nghien cuu hien tuong tan xa c Cell cards -8.94 (-2 -34 27) imp:p,e=1 $ loi Cu dan tin hieu 15 -2.31 (-3 -35 34):(2 -3 -34 30) imp:p,e=1 $ lop boron khuech tan -5.35 (-6 -38 35):(3 -6 -35 30) imp:p=1 imp:e=0 $ tinh the HPGe 17 -5.05 (-7 -39 38):(6 -7 -38 30) imp:p,e=1 $ lop Li khuech tan -2.6989 ((7 -9 -39 37):(7 -8 -37 36):(7 -9 -36 33) & :(7 -8 -33 32):(7 -9 -32 31):(7 -8 -31 29):(4 -8 -29 28) & :(4 -5 -28 26):(1 -5 -26 25))#(-52 -29 28) imp:p,e=1 $ holder bang Al -0.00129 ((-10 -42 41):(9 -10 -41 37):(8 -10 -37 36) & :(9 -10 -36 33):(8 -10 -33 32):(9 -10 -32 31):(8 -10 -31 28) & :(-10 52 -28 27):(5 -10 -27 25)) & :(-10 -25 20) imp:p,e=1 $ khoang kk detector -2.6989 (-11 -43 42):(10 -11 -42 20) imp:p,e=1 $ vo Al 20 -1.11 -9 -41 40 imp:p,e=1 $ lop kapton 18 -1.435 -9 -40 39 imp:p,e=1 $ lop mylar 10 -0.92 (51 -53 -30 29):(51 -52 -29 27) imp:p,e=1 $ vo cach dien in/out 11 -8.94 -51 -30 27 imp:p,e=1 $ loi day dan in/out 12 -0.00129 (2 -7 -30 29)#1#(-53 -30 29) imp:p,e=1 $ khoang chan khong 13 21 -2.2 (2 -4 -29 27):(-4 -27 26) imp:p,e=1 $ coc teflon 14 -8.94 (-1 -26 25):(-1 -35 34) imp:p,e=1 $ que dan lanh bang Cu c ==> nguon diem ly tuong c 15 -0.00129 (17 -18 -48 45):(-17 -46 44):(-15 -44 43) c :(11 -13 -43 24):(11 -12 -24 20) imp:p,e=1 $ khoang kk buong chi c ==> nguon chuan USA 15 -0.00129 ((17 -18 -48 45):(-17 -46 44):(-15 -44 43) & :(11 -13 -43 24):(11 -12 -24 20))#27#28 imp:p,e=1 $ khoang kk buong chi 16 -8.94 (13 -14 -43 24):(12 -17 -24 23) imp:p,e=1 $ lop Cu 17 -0.88 (15 -16 -44 43):(14 -16 -43 24) imp:p,e=1 $ lop paraffin 18 -7.28 16 -17 -44 24 imp:p,e=1 $ lop Sn 19 -7.28 12 -17 -23 22 imp:p,e=1 $ lop Sn 20 -11.34 (17 -18 -45 22):(12 -18 -22 21) imp:p,e=1 $ lop Pb 21 10 -7.86 17 -18 -49 48 imp:p,e=1 $ lop Fe 22 10 -7.86 12 -18 -21 20 imp:p,e=1 $ lop Fe 23 -11.34 (-18 -50 49):(-17 -49 48) imp:p,e=1 $ lop Pb 24 -8.94 -17 -48 47 imp:p,e=1 $ lop Cu 25 -7.28 -17 -47 46 imp:p,e=1 $ lop Sn 26 18:50:-20 imp:p,e=0 c ==> nguon chuan USA 27 12 -0.0899 -54 -57 56 imp:p,e=1 $ vien chat phong xa 28 13 -1.15 (-55 -58 57):(-55 54 -57 56) imp:p,e=1 $ holder epoxy c Surface cards c ==> mo ta tu ngoai cz 0.13 $ que dan lanh bang Cu cz 0.35 $ dien cuc bang Cu cz 0.3503 $ lop boron khuech tan cz 0.88 $ mat ngoai lop teflon cz 1.546 $ mat ngoai lop Al bac cua holder cz 2.584 $ lop Li khuech tan cz 2.7 $ ban kinh tinh the Ge cz 2.776 $ mat ngoai lop Al bac cua holder cz 2.97 $ mat ngoai lop Al bac cua holder 10 cz 3.66 $ mat vo Al 11 cz 3.81 $ mat ngoai vo Al 12 cz 4.81 $ mat lop Pb 13 cz 7.35 $ mat lop Cu 14 cz 7.95 $ mat lop paraffin 15 cz 9.45 $ mat lop paraffin 16 cz 14.2 $ mat lop Sn 17 cz 15.0 $ mat lop Pb 18 cz 25.0 $ mat ngoai lop Pb c ==> mo ta tu duoi len tren 20 pz 0.0 $ mat duoi lop Fe 21 pz 1.6 $ mat tren lop Fe 22 pz 10.0 $ mat tren lop Pb 23 pz 10.8 $ mat tren lop Sn 24 pz 11.6 $ mat tren lop Cu c ==> ben detector 25 pz 17.536 $ mat duoi holder Al 26 pz 18.696 $ mat duoi coc teflon 27 pz 19.042 $ mat duoi loi Cu 28 pz 19.742 $ mat duoi holder Al 29 pz 20.062 $ mat duoi lop chan khong 30 pz 20.815 $ mat duoi lop Ge 31 pz 21.255 $ mat duoi vanh holder 32 pz 22.115 $ mat tren vanh holder 33 pz 22.415 $ mat duoi vanh holder 34 pz 22.515 $ mat tren loi Cu 35 pz 22.5153 $ mat tren lop boron khuech tan 36 pz 23.275 $ mat tren vanh holder 37 pz 23.715 $ mat duoi vanh holder 38 pz 23.863 $ mat tren lop Ge 39 pz 24.015 $ mat tren lop Li khuech tan 40 pz 24.016 $ mat tren mylar 41 pz 24.026 $ mat tren kapton 42 pz 24.55 $ mat tren khong 43 pz 24.7 $ mat tren vo Al detector c ==> phan tren buong chi 44 pz 35.8 $ mat tren lop Sn TTHN 45 pz 43.6 $ mat tren lop Pb 46 pz 44.1 $ mat duoi lop Sn 47 pz 44.5 $ mat tren lop Sn 48 pz 44.6 $ mat tren lop Cu TTHN 49 pz 46.2 $ mat tren lop Fe 50 pz 54.2 $ mat tren lop Pb TTHN c ==> day dan in/out 51 c/z -2.1 0.1 $ loi day dan in/out 52 c/z -2.1 0.2 $ lop cach dien day dan in/out 53 c/z -2.1 0.49 $ lop cach dien day dan in/out c ==> nguon chuan USA 54 cz 0.05 $ ban kinh vien chat phong xa 55 cz 1.27 $ ban kinh holder epoxy 56 pz 39.7 $ mat duoi holder epoxy (15,3 cm) 57 pz 39.8 $ mat tren vien chat phong xa 58 pz 40.34 $ mat tren holder epoxy c Data cards mode p m1 32000 -1.0 cond=-1 $ Ge m2 13000 -1.0 cond=-1 $ Al m3 7000 -0.755 8000 -0.232 18000 -0.013 $ atmosphere m4 1000 -0.14372 6000 -0.85628 $ polyethylene m6 29000 -1.0 cond=-1 $ Cu m7 1000 -0.1549 6000 -0.8451 $ paraffin C9H20 m8 50000 -1.0 cond=-1 $ Sn m9 82000 -1.0 cond=-1 $ Pb m10 26000 -1.0 cond=-1 $ Fe c m11 55000 -1.0 cond=-1 $ Cs m12 27000 -1.0 cond=-1 $ Co m13 1000 -0.06 6000 -0.721 8000 -0.219 $ epoxy m15 5000 -1.0 cond=-1 $ B m17 32000 -0.9999 3000 -0.0001 cond=-1 $ Ge Li m18 1000 -0.053 6000 -0.526 8000 -0.421 $ mylar C10H12O6 m20 1000 -0.028 6000 -0.720 7000 -0.077 8000 -0.175 $ kapton C22H10N2O4 m21 6000 -0.24 9000 -0.76 $ teflon (C2H4)n c m22 95000 -1.0 $ Am c m23 11000 -1.0 $ Na c m24 25000 -1.0 cond=-1 $ Mn c m25 1000 -0.03030303 8000 -0.96969697 $ water H2O c ==> nguon diem ly tuong c sdef pos=0 36.73 erg=0.36448 par=2 wgt=10 c ==> nguon chuan USA Cs Mn Am c sdef cel=2501 pos=0 0 axs=0 ext=d1 rad=d2 erg=d3 par=2 wgt=10 c si1 h 39.7 39.8 c sp1 d -21 c si2 h 0.0 0.05 c sp2 -21 c si3 l 0.03182 0.03219 0.03640 0.66166 c sp3 d 0.019600 0.03600 0.013200 0.851000 c ==> nguon chuan USA Co Na sdef cel=27 pos=0 0 axs=0 ext=d1 rad=d2 erg=d3 par=2 wgt=10 si1 h 39.7 39.8 sp1 d -21 si2 h 0.0 0.05 sp2 -21 si3 l 1.17324 1.33250 sp3 d 0.999 0.999824 f8:p ft8 geb 0.00071 0.00075 0.46493 e8 0001 005471 8190i 1.9423 phys:p $ produce bremsstrahlung radiations phys:e cut:p 2j 0 $ because of taking a tally of pulse height distributions cut:e nps 400000000 ctme 2400 PHỤ LỤC Phổ lượng gamma phát từ nguồn 137Cs xuất đỉnh phổ thứ hai miền tán xạ ngược bốn vị trí đặt nguồn 8000 TH1 TH2 TH3 Số đếm 6000 4000 TH4 2000 TH5 TH6 TH7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Năng lượng (MeV) 0,5 0,6 0,7 a) Khoảng cách nguồn − detector cm 4000 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 Số đếm 3000 2000 TH6 TH7 1000 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Năng lượng (MeV) b) Khoảng cách nguồn − detector 10 cm 0,6 0,7 2000 Số đếm TH1 1500 TH2 1000 TH3 TH4 TH5 500 TH6 TH7 2000 0,0 c) Khoảng cách nguồn − detector 15 cm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Năng lượng (MeV) 0,7 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 1500 Số đếm 0,6 1000 500 TH6 TH7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Năng lượng (MeV) 0,5 d) Khoảng cách nguồn − detector 18,76 cm 0,6 0,7 [...]... Bức xạ và Hạt nhân Nội dung của luận văn được trình bày trong ba chương: Chương 1: Tổng quan − trình bày tình hình nghiên cứu hiện tượng tán xạ trên thế giới và ở Việt Nam; đồng thời, giới thiệu các tương tác của bức xạ gamma khi qua môi trường vật chất Chương 2: Hệ phổ kế gamma và chương trình MCNP5 − giới thiệu cấu trúc hệ phổ kế gamma cũng như các đặc trưng của detector HPGe và chương trình MCNP5 Chương. .. lượng của photon tán xạ hai lần ở góc tán xạ bằng một nửa so với góc tán xạ được chọn để khảo sát (ví dụ góc tán xạ được khảo sát là 1200 thì đỉnh thứ hai xuất hiện do tán xạ hai lần ở góc 600) Năm 2007, Gurvinderjit Singh và cộng sự [31] đã tiến hành nghiên cứu sự tán xạ trên kẽm ở góc tán xạ 900 dùng tia gamma có năng lượng 662 keV Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự xuất hiện của đỉnh tán xạ thứ hai giữa... Chương 3: Nghiên cứu hiện tượng tán xạ bằng chương trình MCNP5 − trình bày việc xây dựng mô hình trong bài toán mô phỏng và những khảo sát về sự ảnh hưởng của các vật liệu lên phổ năng lượng trên các miền năng lượng khác nhau Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Năm 1922, hiện tượng tán xạ Compton đã được phát hiện do Arthur... thì σ ba càng nhỏ Hình 1.8 Mối liên hệ mức độ quan trọng của ba loại tương tác cơ bản theo nguyên tử số Z và năng lượng photon tới E Chương 2: HỆ PHỔ KẾ GAMMA VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 2.1 Hệ phổ kế gamma dùng detector siêu tinh khiết HPGe 2.1.1 Cấu trúc hệ phổ kế Để ghi nhận các bức xạ gamma, người ta dùng các hệ phổ kế Cấu trúc hệ phổ kế bao gồm detector ghi nhận bức xạ, tiền khuếch đại, khuếch đại, máy... thấy khi tăng góc tán xạ thì đỉnh tán xạ tăng cao và nền tán xạ giảm xuống; đồng thời, khi bề dày bản vật liệu tán xạ càng lớn, số đếm đỉnh tán xạ ngược càng tăng dần đến trạng thái bão hòa Nhóm nghiên cứu cũng kết luận khi năng lượng nguồn gamma càng lớn, đỉnh tán xạ ngược rất thấp trên nền tán xạ 1.2 Tương tác bức xạ gamma với môi trường vật chất Khi đi vào môi trường vật chất, bức xạ gamma có thể bị... và tỷ số đỉnh trên Compton (P/C) là 45:1 Buồng chì che chắn phông gamma môi trường là loại tự chế tạo gồm các lớp chì, thiếc, paraffin và đồng tính từ ngoài vào Phương pháp nghiên cứu của đề tài luận văn này là sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo dựa trên cơ sở chương trình MCNP5 dựng sẵn của PTN Los Alamos, Hoa Kỳ để nghiên cứu hiện tượng tán xạ trên hệ phổ kế gamma Chương trình MCNP5 được sử... Nghiên cứu hiện tượng tán xạ trên hệ phổ kế gamma bằng chương trình MCNP5 để thực hiện luận văn thạc sĩ của mình Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hiện tượng tán xạ bên trong buồng chì của hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe Từ đó đánh giá kết quả thực hiện và đưa ra các kiến nghị liên quan Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận văn này là hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe GC1518 đặt tại Trung tâm Hạt nhân... việc nghiên cứu tán xạ Compton, phục vụ cho việc xác định sự phân bố của momen electron trong nguyên tử khi photon tới có năng lượng 60 − 662 keV trên các vật liệu có nguyên tử số Z từ 6 − 38 [31] Năm 1994, Barnea và cộng sự [14] đã tiến hành nghiên cứu nền tán xạ nhiều lần trong phổ tán xạ Compton, dùng chương trình mô phỏng ACCEPT kết hợp với thực nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nền tán xạ. .. gamma lên các vật liệu che chắn là công việc phức tạp, tốn kém nhiều thời gian và chi phí Để khắc phục những hạn chế nêu trên, chúng tôi sử dụng chương trình dựng sẵn MCNP5 của PTN Los Alamos, Hoa Kỳ Đây là chương trình máy tính sử dụng phương pháp Monte Carlo rất đáng tin cậy và được nhiều người sử dụng [12] Vì lẽ đó chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu hiện tượng tán xạ trên hệ phổ kế gamma bằng chương. .. trình này Sau khi được phát hiện, hiện tượng tán xạ Compton đã được các nhà khoa học tìm hiểu và nghiên cứu [2] Năm 1931, DuMond [17] đã phân tích dựa vào kết quả từ đồ thị trên phổ kế đa tinh thể để thể hiện mối liên hệ giữa phổ năng lượng tán xạ với sự phân bố của mômen electron Điều này đã vạch ra nhiều hứa hẹn cho một hướng nghiên cứu mới Tuy nhiên, nó đã dừng lại khi có một kết quả sai lệch do Kappeler ... hành nghiên cứu tán xạ nhiều lần phổ tán xạ Compton, dùng chương trình mô ACCEPT kết hợp với thực nghiệm Kết nghiên cứu cho thấy tán xạ photon tới có lượng 662 keV hàm góc tán xạ, vật liệu tán xạ. .. hình nghiên cứu tượng tán xạ giới Việt Nam; đồng thời, giới thiệu tương tác xạ gamma qua môi trường vật chất Chương 2: Hệ phổ kế gamma chương trình MCNP5 − giới thiệu cấu trúc hệ phổ kế gamma đặc... để nghiên cứu tượng tán xạ hệ phổ kế gamma Chương trình MCNP5 sử dụng cho phép Cục An toàn Bức xạ Hạt nhân Nội dung luận văn trình bày ba chương: Chương 1: Tổng quan − trình bày tình hình nghiên