Khóa luận: Nghiên cứu sự phụ thuộc hệ số trùng phùng vào bề dày mẫu vật lý

Khóa luận sư phạm vật lý: Nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày, mật độ mẫu đến hệ số trùng phùng. Phân tích chuyên sâu, kết quả thực nghiệm.

• Tác giả: Hà Thị Kim Ngân
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Quang Vương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Phụ Thuộc Của Hệ Số Trùng Phùng Vào Bề Dày Và Mật Độ Mẫu Phân Tích
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.4. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần
• 1.5. Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP
• 1.6. Nhận xét chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe
• 2.2. Đầu dò Germanium siêu tỉnh khiết
• 2.3. Hệ phô kế gamma sử dụng đầu dò HPGe trong mô phỏng
• 2.4. Đánh giá hệ số trùng phùng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiệu suất đỉnh thực nghiệm
• 3.2. Hệ số trùng phùng theo bề dày mẫu
• 3.3. Hệ số trùng phùng theo mật độ mẫu
• 3.4. Nhận xét chương 3
• KẾT LUẬN
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ số trùng phùng là gì Toàn cảnh về phép đo phổ gamma

Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, việc xác định chính xác hoạt độ phóng xạ là một nhiệm vụ cốt lõi. Phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe (Germanium siêu tinh khiết) là công cụ mạnh mẽ cho mục đích này. Tuy nhiên, kết quả đo luôn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố gây sai số. Một trong những sai số hệ thống lớn nhất chính là hiệu ứng trùng phùng tổng (coincidence summing effect). Hiệu ứng này xảy ra khi một hạt nhân phát ra đồng thời hai hay nhiều tia gamma trong một thác gamma (gamma cascade), và đầu dò HPGe ghi nhận chúng như một xung duy nhất. Điều này dẫn đến việc giảm số đếm tại các đỉnh năng lượng toàn phần và xuất hiện các đỉnh tổng giả, gây ra sai số phép đo bức xạ nghiêm trọng, có thể lên đến 100%. Do đó, việc hiểu rõ và hiệu chỉnh hệ số trùng phùng không chỉ là một bước kỹ thuật mà là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo tính chính xác trong phân tích định lượng hạt nhân. Nghiên cứu về hệ số trùng phùng và bề dày mẫu vật lý tập trung giải quyết thách thức này, đặc biệt là khi phân tích các mẫu môi trường có hình học phức tạp. Bỏ qua việc hiệu chỉnh này sẽ dẫn đến việc đánh giá sai lệch hoạt độ của các đồng vị như ²¹⁴Bi trong chuỗi phân rã tự nhiên, ảnh hưởng trực tiếp đến các kết luận trong quan trắc môi trường hoặc an toàn bức xạ.

1.1. Định nghĩa hiệu ứng trùng phùng tổng trong vật lý hạt nhân

Hiệu ứng trùng phùng tổng là hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình đo phổ gamma khi một hạt nhân phóng xạ phân rã bằng cách phát ra một chuỗi các photon gamma liên tiếp (gọi là thác gamma). Nếu hai hoặc nhiều photon trong chuỗi này đến được vùng nhạy của detector trong một khoảng thời gian cực ngắn, nhỏ hơn thời gian phân giải của hệ đo, chúng sẽ được ghi nhận như một sự kiện duy nhất. Năng lượng của sự kiện này bằng tổng năng lượng của các photon riêng lẻ. Hậu quả là, số đếm tại các đỉnh năng lượng ứng với các photon riêng lẻ bị giảm đi (summing-out), trong khi một đỉnh mới (đỉnh tổng) có thể xuất hiện tại mức năng lượng tổng (summing-in). Hiện tượng này phụ thuộc mạnh mẽ vào sơ đồ phân rã của hạt nhân và hiệu suất ghi của detector.

1.2. Cơ chế vật lý của thác gamma và sự ghi nhận của detector

Cơ chế của hiệu ứng trùng phùng tổng bắt nguồn từ sơ đồ phân rã của đồng vị phóng xạ. Khi một hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích cao về trạng thái bền hơn, nó có thể đi qua nhiều mức năng lượng trung gian, mỗi bước chuyển tương ứng với việc phát ra một tia gamma. Chuỗi các tia gamma phát ra gần như đồng thời này được gọi là thác gamma (gamma cascade). Đầu dò HPGe không thể phân biệt các photon đến gần như cùng lúc. Do đó, thay vì ghi nhận hai đỉnh riêng biệt tại năng lượng E1 và E2, hệ thống sẽ ghi nhận một đỉnh duy nhất tại năng lượng E1+E2. Xác suất xảy ra hiện tượng này tỷ lệ thuận với góc khối (solid angle) từ mẫu đến detector, tức là càng gần detector, hiệu ứng càng rõ rệt.

II. Ảnh hưởng của bề dày và mật độ mẫu đến hệ số trùng phùng

Nghiên cứu của Hà Thị Kim Ngân (2020) đã chỉ ra rằng hệ số trùng phùng không phải là một hằng số mà phụ thuộc mạnh mẽ vào các đặc tính vật lý của mẫu đo. Hai yếu tố quan trọng nhất là bề dày và mật độ vật liệu. Kết quả cho thấy, khi bề dày mẫu vật lý tăng lên, hệ số trùng phùng có xu hướng giảm. Điều này có thể được giải thích bởi sự gia tăng của hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu. Khi mẫu dày hơn, các tia gamma có năng lượng thấp hơn trong một thác gamma có xác suất bị hấp thụ trong chính vật liệu mẫu trước khi đến được detector cao hơn. Điều này làm giảm xác suất để cả hai tia gamma đồng thời được ghi nhận. Ngược lại, khi mật độ vật liệu của mẫu tăng (với bề dày không đổi), hệ số trùng phùng lại tăng. Mật độ cao hơn làm tăng xác suất tương tác của tia gamma, nhưng đồng thời cũng làm tăng hiệu ứng che chắn. Sự tương quan phức tạp giữa bề dày mẫu vật lý, mật độ, và hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu là thách thức chính trong việc hiệu chỉnh phổ gamma một cách chính xác, đòi hỏi các phương pháp tính toán và mô phỏng tinh vi.

2.1. Phân tích sự phụ thuộc vào bề dày mẫu trong phổ kế gamma

Sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày mẫu là một quy luật quan trọng. Dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng cho thấy mối quan hệ nghịch biến: bề dày mẫu càng lớn, ảnh hưởng của hiệu ứng trùng phùng càng giảm. Ví dụ, trong nghiên cứu với mẫu chuẩn RGU, hệ số trùng phùng của đồng vị ²¹⁴Bi tại năng lượng 609,3 keV giảm từ 1,178 (bề dày 1 cm) xuống 1,133 (bề dày 3,7 cm). Nguyên nhân chính là do hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu. Một mẫu dày hơn làm tăng quãng đường mà tia gamma phải đi qua, do đó làm tăng xác suất chúng bị hấp thụ hoặc tán xạ Compton, đặc biệt là các tia năng lượng thấp. Điều này làm giảm cơ hội để nhiều tia gamma từ cùng một phân rã đến được detector cùng lúc, từ đó làm giảm hiệu ứng trùng phùng.

2.2. Mối liên hệ giữa mật độ vật liệu và hiệu ứng trùng phùng

Trái ngược với bề dày, mật độ vật liệu có mối quan hệ đồng biến với hệ số trùng phùng. Khi mật độ mẫu tăng, các nguyên tử trong mẫu được sắp xếp gần nhau hơn. Điều này làm tăng xác suất tương tác gamma tổng thể. Mặc dù hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu cũng tăng, nhưng sự gia tăng mật độ dường như có tác động tổng thể là làm tăng nhẹ khả năng ghi nhận đồng thời. Nghiên cứu chỉ ra rằng, với cùng một vùng năng lượng, sự chênh lệch của hệ số trùng phùng khi mật độ thay đổi có thể lên đến 7%. Do đó, khi chuẩn hiệu suất năng lượng cho các mẫu có mật độ khác nhau, việc tính toán lại hệ số trùng phùng là cần thiết để tránh sai số hệ thống.

III. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo xác định hệ số trùng phùng

Để giải quyết bài toán phức tạp của hiệu ứng trùng phùng tổng, phương pháp mô phỏng Monte Carlo đã trở thành một công cụ không thể thiếu. Các chương trình như MCNP-CP (Monte Carlo N-Particle - Correlated Particle) cho phép tái tạo lại toàn bộ quá trình vật lý một cách chi tiết, từ sự phân rã của hạt nhân, sự phát xạ của thác gamma, tương tác của photon với vật liệu mẫu và detector. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng mô hình hóa chính xác hình học phức tạp của hệ đo, bao gồm đầu dò HPGe, buồng chì, và mẫu đo với các bề dày, mật độ khác nhau. Bằng cách chạy hai kịch bản mô phỏng song song – một kịch bản có xét đến tương quan giữa các hạt (có trùng phùng) và một kịch bản không xét tương quan (loại bỏ trùng phùng) – các nhà nghiên cứu có thể tính toán chính xác hệ số trùng phùng (Coincidence Summing Correction Factor - CSF). Đây là phương pháp hiệu quả để xây dựng đường cong hiệu suất ghi của detector đã được hiệu chỉnh, làm nền tảng cho việc đo hoạt độ phóng xạ với độ tin cậy cao mà không cần đến các nguồn chuẩn thực nghiệm tốn kém.

3.1. Giới thiệu chương trình MCNP CP trong phân tích hạt nhân

MCNP-CP là một phiên bản mở rộng của mã MCNP, được thiết kế đặc biệt để xử lý các nguồn phát hạt có tương quan, ví dụ như thác gamma trong phân rã phóng xạ. Điểm khác biệt chính là việc bổ sung thẻ lệnh CPS (Correlated Particle Source). Thẻ lệnh này cho phép người dùng định nghĩa các chế độ mô phỏng khác nhau. Để tính toán hệ số trùng phùng, người dùng sẽ chạy mô phỏng với CPS được thiết lập ở chế độ nguồn tương quan (DCPGT = 0 hoặc 2j 1 0 6r) và chế độ nguồn không tương quan (DCPGT = -1 hoặc CPS -1). Tỷ số giữa hiệu suất ghi nhận trong hai chế độ này chính là hệ số hiệu chỉnh cần tìm. Phương pháp này mang lại độ chính xác cao và linh hoạt, được xác thực qua nhiều công trình nghiên cứu quốc tế.

3.2. Quy trình tính toán Coincidence Summing Correction

Quy trình tính toán hệ số hiệu chỉnh (CSF) bằng mô phỏng Monte Carlo gồm các bước chính. Đầu tiên, xây dựng một tệp đầu vào chi tiết mô tả hình học của toàn bộ hệ phổ kế gamma, bao gồm kích thước và vật liệu của đầu dò HPGe, buồng chì, và mẫu phân tích. Tiếp theo, định nghĩa nguồn phóng xạ với sơ đồ phân rã chính xác. Sau đó, chạy hai mô phỏng riêng biệt: một mô phỏng tương quan để thu được hiệu suất có ảnh hưởng của trùng phùng (ε_c), và một mô phỏng không tương quan để thu được hiệu suất lý tưởng không có trùng phùng (ε_u). Cuối cùng, hệ số trùng phùng tại một đỉnh năng lượng E được tính bằng công thức: C(E) = ε_u(E) / ε_c(E). Giá trị C(E) này sau đó được nhân với hiệu suất thực nghiệm để có được hiệu suất đã hiệu chỉnh.

IV. Kết quả nghiên cứu Hiệu chỉnh trùng phùng cho mẫu RGU

Áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo, nghiên cứu đã tính toán và hiệu chỉnh phổ gamma cho mẫu chuẩn RGU do IAEA cung cấp. Kết quả cho thấy hiệu ứng trùng phùng tổng ảnh hưởng không đồng đều lên các đồng vị khác nhau. Đối với các đồng vị như ²¹⁰Pb, ²³⁴Th, và ²²⁶Ra, hệ số hiệu chỉnh xấp xỉ bằng 1, cho thấy ảnh hưởng không đáng kể. Tuy nhiên, đối với đồng vị ²¹⁴Bi, một hạt nhân có sơ đồ phân rã phức tạp với nhiều thác gamma, ảnh hưởng lại rất lớn. Độ sai biệt giữa hiệu suất trước và sau khi hiệu chỉnh cho ²¹⁴Bi có thể lên tới 20% ở một số vùng năng lượng. Một phát hiện quan trọng là đỉnh năng lượng 1764.3 keV của ²¹⁴Bi có hệ số trùng phùng gần như bằng 1 ở mọi điều kiện đo. Điều này xác nhận đây là đỉnh năng lượng lý tưởng để sử dụng trong phân tích định lượng hạt nhân các mẫu môi trường mà không cần thực hiện hiệu chỉnh trùng phùng phức tạp. Những kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiệu chỉnh cho từng đồng vị cụ thể, đặc biệt trong chuỗi phân rã tự nhiên.

4.1. Đánh giá sự thay đổi hiệu suất ghi với các bề dày khác nhau

Hiệu suất ghi của detector là một hàm của năng lượng và hình học đo. Nghiên cứu đã chứng minh rằng khi bề dày mẫu vật lý tăng, hiệu suất ghi thực nghiệm tại mọi đỉnh năng lượng đều giảm. Đây là kết quả tổng hợp của hai hiệu ứng đối nghịch: sự suy giảm do tự hấp thụ trong mẫu và sự thay đổi của hiệu ứng trùng phùng tổng. Sau khi áp dụng hệ số hiệu chỉnh tính toán từ mô phỏng Monte Carlo, đường cong hiệu suất đã hiệu chỉnh vẫn cho thấy xu hướng giảm theo bề dày, nhưng độ dốc và hình dạng của đường cong đã thay đổi. Điều này chứng tỏ việc hiệu chỉnh không chỉ làm tăng độ chính xác tại từng điểm mà còn mang lại một đường chuẩn hiệu suất năng lượng đáng tin cậy hơn trên toàn dải năng lượng.

4.2. Ứng dụng trong phân tích mẫu môi trường và an toàn bức xạ

Kết quả nghiên cứu về hệ số trùng phùng và bề dày mẫu vật lý có ứng dụng trực tiếp và quan trọng trong thực tiễn. Trong lĩnh vực quan trắc phóng xạ môi trường, các mẫu đất, nước, trầm tích thường có bề dày và mật độ đa dạng. Việc áp dụng một quy trình hiệu chỉnh chính xác cho phép các phòng thí nghiệm xác định đúng hoạt độ của các hạt nhân trong chuỗi Uranium và Thorium, cung cấp dữ liệu đáng tin cậy cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm. Trong an toàn bức xạ, việc tính toán chính xác hoạt độ của nguồn phóng xạ là cơ sở để đánh giá liều chiếu và đảm bảo an toàn cho nhân viên và cộng đồng. Quy trình được trình bày là một phương pháp hữu ích, chính xác và tiết kiệm chi phí so với việc phải hiệu chuẩn thực nghiệm cho mọi loại mẫu.

V. Kết luận Tối ưu hóa phép đo phổ kế gamma qua hiệu chỉnh

Nghiên cứu về sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày và mật độ mẫu đã khẳng định rằng đây là một bước hiệu chỉnh không thể bỏ qua trong phổ kế gamma chính xác cao. Kết quả đã chứng minh rõ ràng: hệ số trùng phùng giảm khi bề dày mẫu tăng và tăng khi mật độ mẫu tăng. Việc sử dụng các công cụ mạnh như mô phỏng Monte Carlo (MCNP-CP) cho phép xác định chính xác các hệ số hiệu chỉnh này, ngay cả với các hình học đo phức tạp. Bằng cách áp dụng các hệ số này, độ chính xác của việc đo hoạt độ phóng xạ được cải thiện đáng kể, đặc biệt đối với các đồng vị có sơ đồ phân rã phức tạp như ²¹⁴Bi. Hướng nghiên cứu trong tương lai cần tích hợp thêm việc đánh giá đồng thời hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu, nhằm xây dựng một mô hình hiệu chỉnh toàn diện. Việc này sẽ giúp các phòng thí nghiệm phân tích hạt nhân đạt được kết quả với độ tin cậy cao nhất, phục vụ hiệu quả cho các ứng dụng trong khoa học và đời sống.

5.1. Tổng kết sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào các yếu tố

Tóm lại, hệ số trùng phùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: 1) Sơ đồ phân rã của hạt nhân: các hạt nhân có thác gamma phức tạp bị ảnh hưởng nhiều nhất. 2) Hình học đo: góc khối (solid angle) càng lớn (mẫu càng gần detector), hiệu ứng càng mạnh. 3) Bề dày mẫu vật lý: bề dày tăng làm giảm hệ số trùng phùng. 4) Mật độ vật liệu: mật độ tăng làm tăng hệ số trùng phùng. Hiểu và lượng hóa được các mối quan hệ này là chìa khóa để thực hiện hiệu chỉnh phổ gamma thành công, nâng cao độ chính xác của phương pháp phân tích.

5.2. Hướng nghiên cứu tương lai Đánh giá kết hợp tự hấp thụ

Mặc dù nghiên cứu đã làm sáng tỏ mối liên hệ giữa hệ số trùng phùng và bề dày mẫu vật lý, một kiến nghị quan trọng cho tương lai là cần thực hiện một đánh giá kết hợp, xem xét đồng thời cả hiệu ứng trùng phùng tổng và hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu. Hai hiệu ứng này cùng xảy ra và có mối liên hệ qua lại. Một mô hình toàn diện sẽ tính toán cả hai hệ số hiệu chỉnh này trong cùng một quy trình, có thể bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo. Việc này sẽ giúp tách bạch và hiệu chỉnh chính xác từng nguồn gây sai số, từ đó đạt được kết quả phân tích định lượng hạt nhân với độ không đảm bảo đo nhỏ nhất có thể.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tông quan. Chương này trình bày tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về các van dé liên quan đến khoá luận, mục tiêu và nội dung nghiên cứu. cơ sở lý thuyết được sử dụng trong khoá luận. Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

Chương này giới thiệu về hệ phô kế gamma HPGe, mô phỏng hệ phô kế gamma và hướng dẫn xác định hệ số trùng phùng bằng chương trình MCNP - CP. tN Chương 3: Kết qua và thao luận. Chương này sé đưa ra các kết quả về việc tính toán và đánh giá hệ số trùng phùng khi bề dày thay đôi từ 1,0 cm đến 3,7 cm và khi mật độ mau thay đổi từ 1,0 g/cm’ đến 2,2 g/cm’, hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan thực nghiệm và sau khi hiệu chuẩn trùng phùng, từ đó rút ra sự phụ thuộc của hiệu ứng trùng phùng vào bê dày và mật độ mẫu phân tích. Tinh hình nghiên cứu 1.

Tình hình nghiên cứu trên thé giới Các nhà nghiên cứu sử dụng hệ phổ kế gamma với đầu đò HPGe đề đo đạc và phân tích mau môi trường. Dé xác định được hoạt độ của các đồng VỊ có trong mẫu can phải hiệu chuẩn hệ phd kế gamma bằng cách tính chính xác hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan. Tuy nhiên khi tiễn hành đo đạc thì giá trị hiệu suất đỉnh luôn sai lệch so với giá trị thật của nó, do đó cần phải thực hiện một số hiệu chỉnh. Đầu tiên hiệu chính phông môi trường bằng cách trừ di phô phông môi trường trước khi xác định số đếm dé loại bỏ các yếu tố gây nhiều đến phô như các hạt vũ trụ.

khí radon tích tụ trong buông chì. Tiếp theo cần xác định hệ số trùng phùng dé hiệu chỉnh lại hiệu suất đính năng lượng toàn phan. Hiệu ứng trùng phùng phụ thuộc vào từng loại mẫu và dau đò, khoảng cách giữa nguồn và đầu dò, độ phức tạp của sơ đò phân ra, yếu tố hình học, bề day và mật độ mẫu phân tích. Do đó, nhiều nghiên cứu về việc hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng ra đời bằng cách áp dụng các phương pháp giải tích, thực nghiệm, bán thực nghiệm và mô phỏng.

Năm 1990, Semkov và cộng sự [13] đã xây dựng các thuật toán ma trận đê hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng tông trong máy quang phổ gamma cho các phân rã có độ phức tạp bất kỳ. Họ đã thử nghiệm tính hợp lí của phương pháp bằng cách áp dụng nó dé xác định hiệu suất đỉnh của đầu dò Ge sử dung hai nguồn thương mai, tiêu chuan hóa, được thực hiện bởi Amersham và NIST. Ap dụng hiệu ứng trùng phùng mang lại hiệu suất đỉnh với độ sai lệch trung bình giữa hai nguồn là 2,2%, so với độ lệch dự kiến là 2,6%, từ đó cho thấy tính hợp lệ của phương pháp. Tuy nhiên việc áp dụng hiệu chỉnh bậc một - trùng phùng do hai tia gamma đóng góp mang lại độ lệch trung bình là 3,9%, cho thấy thuật ngữ bậc cao hơn trong trùng phùng tông là cần thiết cho các sơ đồ phân rã phức tạp.

Phương pháp giải tích chỉ có thẻ giải quyết cho trường hợp sơ d6 phân rã hạt nhân đơn giản, phương pháp thực nghiệm yêu cau cau hình nguồn tương tự cấu hình đo nên khá khó khăn trong phòng thí nghiệm. Vì thé, các nhà nghiên cứu có thé 4p dụng các phương pháp mô phỏng dé giải quyết van dé trùng phùng vì các chương trình máy tính đơn giản, để sử dụng. 4 Năm 2001, García-Talavera và các cộng sự [7] đã áp dụng phương pháp Monte Carlo sử dung chương trình Geant3 kết hợp Sch2for đẻ tính toán hiệu chỉnh trùng phùng trong phép đo phô gamma. Kết quả của phương pháp được chứng minh là phù hợp trong phạm vi sai số thong kê so với kết qua tính toán theo thực nghiệm của Ey.

Phương pháp mô phỏng sau đó được áp dụng dé đánh giá sự can thiết của việc điều chỉnh trùng phùng cho các hạt nhân phóng xạ từ chuỗi Urani, Thorium, Actinium có lượng phát thải gamma có thẻ đo được trong phỏ. Kết quả, đối với phân rã Uranium, ngoại trừ ”'*Bi, không cần đưa ra các yếu tô hiệu chỉnh trùng phing, đối với phân rã Thorium việc đưa ra hiệu chỉnh cho "Ac và 2%TỊ là rất cần thiết nếu cần có kết quả chính xác, đôi với ?ŠU và ?”Th, giá trị của các hiệu chỉnh rất nhạy cảm với hình học đo, đặc biệt cần chú ý đến đỉnh 205,3 keV của đồng vị ?ÊU vì định bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi hiệu ứng trùng phùng. Năm 2006, Lépy và các cộng sự [10] đã xác định hệ số hiệu chỉnh trùng phùng cho các nguồn điểm được tính toán bởi chương trình ETNA. Với khoảng cách giữa nguồn điểm với đầu dò từ 1 em đến 10 em và phạm vi các hạt nhân được nghiên cứu gom “Co, !24$b, “Cs, “Eu và “Ba, có sự phù hợp tốt giữa phương pháp thực nghiệm và tính toán bằng ETNA với sai số tương đỗi là 2% tại 15, 10 và § em.

5% ở 5 em và lên đến 10% ở 1 em. Do đó, kết quả ETNA là đáng tin cậy và việc sử dụng phần mêm giúp tăng đáng kẻ độ chính xác của kết quả phân tích định lượng bằng phép đo phô gamma và tránh các chuỗi hiệu chuẩn tốn thời gian. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Năm 2007, Tran Thiện Thanh [4] đã tính toán hệ số trùng phùng tổng trong hệ phố kế gamma cho nguồn chuẩn dạng hình học điểm và dạng hình học trụ sử dụng chương trình MCNP đổi với hai đồng vị phóng xạ ''?Eu và "Cs. Khi khảo sát ảnh hưởng của hệ số trùng phùng cho hai nguồn hình học của đồng vị Eu vals, tác giả nhận thấy rằng với khoảng cách lớn hơn 10 cm thì ảnh hưởng khoảng 3% và 30% khí đo thực nghiệm tại vị trí gan dau đỏ.

Điều này có thé giải thích là do góc khối từ nguồn đến dau đỏ tăng làm tăng xác suất các bức xạ gamma phát ra có kha năng được ghi nhận trong đầu dò. Trương Thị Hong Loan và cộng sự [12] đã tính hệ số trùng phùng tong cho nguôn chuẩn đạng hình học điểm bằng phương pháp Monte Carlo sử dụng chương trình MCNP4C2 kết hợp với chương trình tự phát triển. Nhóm tác giả đã sử dụng nguồn "Cs dé kiểm tra tính chính xác của chương trình và hiệu chỉnh trùng phùng cho nguồn “Co tại đỉnh năng lượng 1173 keV va 1332 keV khi do với khoảng cách gần với đầu đò. Kết quả cho thấy có sự trùng khớp giữa phương pháp truyền thông và phương pháp mô phỏng trong tính toán hệ số trùng phùng tông của “Co (sai số nhỏ hơn 33⁄4).

Năm 2014, Ngô Quang Huy và Đỗ Quang Binh [8] đã áp dụng công thức bán thực nghiệm dé xác định hiệu suất của các mẫu hình trụ được thiết lập ở vùng năng lượng từ 185 đến 1764 keV. Các tôn that đo hiệu ứng trùng phùng cho phé gamma trong chuỗi >**U và ?3*Th được đo bởi phương pháp đơn giản về khoảng cách xa dan giữa mẫu và đầu dò. Các công thức bán thực nghiệm dé xác định hiệu suất và hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng đã được sử dụng dé phân tích hoạt độ của **U, 26Ra, ?3?Th, 37Cs và #K trong một vài chế phẩm hoá học khác nhau. Năm 2018, Trần Thiện Thanh và cộng sự [14] đã trình bày một quy trình tính toán hệ số trùng phùng dé đo mẫu môi trường.

Thứ nhất, các yêu tô hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng cho thấy sự phù hợp với cả hai chương trình MCNP-CP và ETNA. Thứ hai, hoạt độ của bốn mẫu kiểm tra chat lượng được xác định với hệ số hiệu ứng trùng phùng tính bằng chương trình MCNP - CP. Cuối cùng, kết quả đo hoạt độ của bồn mẫu bằng cả hai dau dò HPGc loại p được đánh giá theo tiêu chuan IAEA là phù hợp với tất cả các hạt nhân phóng xạ. Điều này cho thấy quy trình được trình bày là một phương pháp đơn giản, hữu ích va có độ chính xác cao cho các phòng thí nghiệm phân tích sử dụng phô gamma khi phân tích mẫu môi trường.

Hơn nữa việc hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng là một việc quan trọng cần phải xử lí chính xác. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Qua tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, tôi thay rằng khi hiệu chuân hiệu suất đỉnh, việc hiệu chính hệ số trùng phùng theo bề dày và mật độ mẫu là vẫn đề cần được quan tâm. Do đó, tôi chọn tên dé tài là *Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bẻ day và mật độ mẫu phân tích” với mục tiêu là đánh giá 6 được sự phụ thuộc của hiệu ứng trùng phùng vào bề dày mau và sự phụ thuộc của hiệu ứng trùng phùng vào mật độ mẫu phân tích. Nội dung của khoá luận bao gồm tính toán hiệu suất đình nang lượng toàn phan của các đồng vị ?!'Pb, Th, “Ra, ?!4Pb và “Bi có trong mẫu RGU ứng với các bè day khác nhau.

Sau đó xác định hệ số trùng phùng theo bé dày và mật độ mẫu phân tích bằng chương trình MCNP — CP. Cuối cùng, tính toán lại hiệu suất đỉnh tại từng đính năng lượng sau khi hiệu chỉnh trùng phùng. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phân là xác suất của một photon phát ra từ nguồn mat toàn bộ năng lượng hoặc một phan năng lượng của nó trong thé tích hoạt động của đầu dò. Trong thực nghiệm.

hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định bởi công thức sau [11]: N(E) (E)=—— Ll sứ) AI,(E)mt a) Trong đó ø(E) : hiệu suất định của đầu dò ở mức năng lượng E. A: hoạt độ phóng xạ của nguồn tại thời điểm do (Bq/kg). m: khối lượng mẫu (kg). Sai số của hiệu suất đính năng lượng toàn phần được xác định bằng công thức [3.2) Trong đó: ð£(E): sai sé hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phan SME): sai số diện tích dinh năng lượng OI, sai số hiệu suất phát gamma dA: sai số hoạt độ 1.

Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP Hiện nay, chương trình MCNP được sử dung rộng rãi dé đánh giá hiệu suất của đầu dò trong bức xạ hạt nhân, tuy nhiên chương trình MCNP chi xem xét một nguồn đông vị trên lịch sử. Chương trình MCNP — CP có thé thực hiện các mô phỏng thông kê liên quan đến phân rã phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ nhất định, đưa ra những đặc tính của các hạt nhân có tương quan phát ra. Phan quan trọng dé tạo nên một chương trình MCNP-CP chính là tệp đầu vào.