CHƯƠNG 1. TƯƠNG TÁC BỨC XA GAMMA VỚI VAT CHÁT. Sự truyền bức xạ Poe Ce eer 20150) A ea Cine quang điỆN:::.::c::csc::ccctit11120120122611124312511516128533355253653533355652653536305363583454682553568ã5e 3 1:12: Hiện Ứng COMMON ics sasscesssessssessssessassessssessssasscvessassevsssesssasssavessasseasssesasasssanesszssevessesase: 5 1. Hiệu Ứng tạo cặp.
án HT HH HH họ nh HH HH TT ng 6 CHUONG 2. PHƯƠNG PHAP MONTE CARLO VÀ CHUONG TRÌNH MCNPS. § 2:1; IPhrơne pháp MônIS CAIG:::;:::::‹:::::scc:ccc2c:226022121102202012222016113522363326315654956553538565325355585866524 8 2. Chương Trình MMNPS.
Cấu trúc của một tập tin đầu vào (file input) trong chương trình MCNPS. Tiêu dé của một tập tin đầu vào (file input).-- 22: 2222222 222222zc22xeczzerrrxrcrree 10 223 Cel CANS 5 ics seissessssasssessaacssncssacsaacsavonasasisnsaszsisasisnsasaauaaessaassaaasaassansedseeasaciszsizasisasianens’ 10 ODES UNPACE CONS 5 cs ccaccaccsacsccacssucssavacaassacivaanssucssausaeeucsaussoisosissaassuusaasucecisheisasuesvassnessasssacivd It BUDS MAR TÔ TẢ. ng con ng lầ CHUONG 3: DAU DO NAI(TL) VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CAC THONG SO TOI UU UI ĐAUPONAHTEDT. äêêễ-ẽêễễsä êễ s-.
Đâu đỏ Nal(Tl. Hiệu suất của đầu đỏ NaÏ(TÌ). Cấu hình và thông số kỹ thuật của Detector NaÏ(TI). Mô hình hóa hệ đo thực nghiệm trong mô phỏng MCNPSš.
Phương pháp xác định các thông số tôi ưu của đầu đỏ Nal(TÌ).1 Phương pháp xác định mật độ tối ưu của lớp phản xạ 4Ì2Ø3. Phương pháp xác định bán kính tối ưu của tinh the Nal(TI). Phương pháp xác định chiều dai tối ưu của tinh thé NaÏ(TÌ). KET QUA VA THẢO LUẬN.
Kết quả xác định mật độ của lớp phản xạ.- 222222 222EE2EE2Cxvrrvxzcrsrrree 31 Mớ đầu Ngày nay, nhiều kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng vào đời sông đặc biệt là những kỹ thuật được ứng dụng trong các lĩnh vực y tế, năng lượng, môi trường. Việc bắt đầu sử dụng nguồn phóng xạ làm ảnh hướng đến sức khỏe của người vận hành. Các máy đo phóng xạ môi trường trở thành những công cụ cơ bản cho phép người sử dụng kiểm tra về hoạt độ phóng xạ từ môi trường. Hệ phổ kế gamma là một trong những hệ thống phát hiện bức xạ được sử dụng rộng rãi nhất.
Trong phép đo phóng xạ cần có kiến thức chính xác về hiệu suất ghi của máy đo bởi chỉ một phan của bức xạ đi vảo vật liệu tương tác bên trong nên hiệu suất ghi không đạt 100%. Một trong những dau đò có hiệu suất cao dé đo hoạt độ môi trường là đầu đò sử dụng chất nhấp nháy rắn điển hình như hệ đo phố gamma Nal(TI) bao gồm một đầu dd Nal(TI) va máy phân tích đa kênh MCA, hiệu suất ghi bức xạ phụ thuộc vào nhiều tham số của đầu dò. Nhiều phần mềm đã phát triển rat sớm từ những năm 1940 cho phép người dùng tính toán phù hợp với mô hình thực nghiệm mà không cần làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ. Phan mềm mô phỏng MCNPS dựa trên phương pháp Monte Carlo được xây dựng bởi các nha khoa học tại phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos.
MCNPS được nhiều nhà khoa học trên thé giới sử dụng vì sự phù hợp của mô phỏng so với thực nghiệm. Phần mềm MCNPS cho phép người sử dụng mô phỏng lại quá trình vận chuyền hạt từ những đữ liệu dau vào của mô hình thực nghiệm, trong mô phỏng đề tính được hiệu suất ghi cua đầu do can xác định được số hạt dé lại năng lượng trong tinh thẻ. Trong quá trình photon phát ra từ nguôn trên đường đi nó phải qua các vật liệu môi trưởng và các lớp che chắn tinh thé. Hiệu suất đỉnh năng lượng hap thụ toàn phan được tính giữa thực nghiệm và mô phỏng bao giờ cũng có sự chệnh lệch tùy thuộc vào các thông số đầu vào.
Sự phù hợp giữa tính toán hiệu suất từ mô phỏng va thực nghiệm cần có những nghiên cứu liên quan giữa các thông số đầu vào đối với kết quả tính toán. Khi tính hiệu suất bằng phương pháp gamma truyền qua thì các yếu tô chính ảnh hưởng đến kết quả là các thông số của dau dé Nal(TI) được cung cấp từ nha sản xuất, việc hiệu chỉnh các yếu t6 này trước khi mô phỏng sé cho kết quả tôi ưu hơn. Sự ảnh hưởng của lớp phản xạ bao quanh tinh thê đã được nghiên cứu bởi Tam và cộng sự [5]. Kết qua mô phóng cho thấy khi thay đổi bề day lớp phan xạ hiệu suất cũng thay đôi và phụ thuộc tuyến tinh theo bê day lớp phản xạ Af,Ø,.
sự hiệu chỉnh thông số này cho thấy sự phù hợp với độ lệch dưới 2% giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm ở các mức năng lượng trải dài từ 88 keV- 1332 keV. Thay vì hiệu chính thông số bè day lớp phản xa chúng tôi hiệu chỉnh các thông số khác, đồng thời đưa ra phương pháp xây dựng một quy trình dé tách rời sự ảnh hướng của từng thông số lên bài toán, sau đó đưa ra mô hình tối ưu giữa mô phỏng va thực nghiệm. Theo những nội dung trên nên luận văn được chia thành bon chuong. Chuong một trình bay cơ sở lý thuyết vẻ tương tác giữa bức xa gamma va vật chat, những tương các cơ bản như: quang điện, Compton vả tạo cặp.
Chương hai giới thiệu về phương pháp Monte Carlo và chương trình MCNPS. Chương ba trình bày về mô hình thực nghiệm và phương pháp xác định các thông số tối ưu. Trong chương nay nghiên cứu về ba phương pháp đẻ xác định lần lượt các thông số mật độ lớp phan xạ. bán kính tinh thé Nal(TI).
và chiều dài tinh thé Nal(TI). Chương bồn sẽ trình bay về kết qua của các thông số tôi ưu của dau do Nal(TI) thu được đối với từng phương pháp, từ kết quả thu được sẽ thay lại các thông số này vào mô phỏng, sau đó tiễn hành so sánh hiệu suất đỉnh năng lượng hap thụ toàn phan giữa mô phỏng vả thực nghiệm và thảo luận về các thông số tôi ưu với mô hình mới. TƯƠNG TÁC BỨC XA GAMMA VỚI VAT CHAT 1. Sự truyền bức xạ gamma qua vật chất Ban chat của bức xạ gamma là sóng điện từ mang năng lượng cao ứng với bước sóng nhỏ hơn10 ”m, Bức xạ gamma thực chất là các hat photon, chúng có tính chat của cả sóng và hạt, khi đi vào vật liệu photon tương tac với các electron, thường xảy ra ba hiệu ứng: quang điện, Compton và tạo cặp.
Do xảy ra tương tác giữa photon và electron, khi truyền qua vật liệu bia một phần cường độ của chùm tia bị suy giảm, vi vậy so đếm photon suy giảm vẻ số lượng tùy thuộc vào độ day vật liệu bia và năng lượng photon tới. Quy luật suy giảm của cường độ chùm tia photon di qua vật liệu được tinh theo công thức: l=] em photon.2) trong đó: d (em) là bề day vật liệu. (cm) là hệ số suy giảm tuyến tính đối với vật liệu bia, đo hệ số tuyến tính phụ thuộc vào mật độ bia nên người ta thường sử dụng hệ số Suy giảm khối đẻ mô tả sự suy giảm của cường độ photon truyền qua. d 3 [= le Fae photoncm®,s' (1.em `) là mật độ của bia.
Hiệu ứng quang điện Thí nghiệm nỗi tiếng của Heinrich Hertz vào năm 1887 là một trong những điều kỳ lạ trong lịch sử khoa học, ông phát hiện ra sóng điện từ xác nhận lý thuyết sóng của James Maxwell, ông cũng là người khám phá ra hiệu ứng quang điện dẫn đến tính chất hạt ánh sáng [6]. Abert Einstein dựa vào lý thuyết lượng tử năng lượng của Max Plank đã giải thích thành công hiện tượng quang điện. Giá thuyết photon mang năng lượng lớn hơn năng lượng liên kết của electron với hạt nhân nguyên tử đi vào kim loại truyền hết 3 năng lượng cho electron, theo định luật bảo toàn năng lượng thì động năng cực đại của electron bit ra khỏi bề mặt kim loại bằng hiệu năng lượng photon tới và năng lượng liên kết của electron với hạt nhân nguyên tử. Trong Kim x Ngoại Kim nae loại Hình 1.
Đường cong nang lượng của electron trên bề mặt kim loại, một electron ở lớp vỏ ngoài cùng hap thụ một photon năng lượng bật ra khỏi kim loại [6]. 1 nv, = hƒ ~ếu (14) trong đó: Ì_ ¿ ay 4 "- PhẺC la động năng cực đại cua electron. hƒ là năng lượng của photon tới. & là năng lượng liên kết giữa electron và hạt nhân.
Năng lượng liên kết của electron giảm dan theo các lớp K, L, M, N. Nếu năng lượng của photon nhỏ hơn năng lượng liên kết của electron ở lớp K thì hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra cho các electron ở lớp xa hạt nhân hơn. Mỗi một nguyên tử có cau trúc năng lượng ở các lớp vỏ electron khác nhau nên xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện không những phụ thuộc vào năng lượng của photon tới mà còn phụ thuộc vảo số hiệu nguyên tử. Hiệu ứng Compton Hiệu ứng Compton la sự va chạm giữa photon va electron tự do, trong thực tế thi electron không tự do mà là những electron liên kết với hạt nhân trong nguyên tử môi trường.
Đôi với photon đi vào môi trường cỏ năng lượng lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của electron ta có thé bỏ qua năng lượng liên kết của electron và xem như bải toán va chạm giữa photon với các clectron tự đo. eT %&—— Electrontựdo Photon $© en | aeee Ey 9 are Photon sau ;E et ® Lắc, tán xạ Hình 1. Hiệu ứng Compton[2]. Sự va chạm giữa photon với các electron ở lớp ngoải cùng của nguyên tử (xem như electron tự do) được gọi là tán xạ Compton.
Sau tán xa photon thay đôi phương chuyên động va bị mất một phan nang lượng còn electron được giải phóng ra khỏi nguyên tử. Theo định luật bảo toàn năng lượng: T, =E,-E, (15 Trong đó: T, là động năng cực đại của electron. E, là năng lượng của photon tới. E_ là năng lượng của photon sau tán xạ Compton.
Trên cơ sở tính toán dựa trên bảo toản năng lượng và động lượng có xét đến tương đối tính, năng lượng cla photon va electron sau khi tán xạ theo góc ¢ lan lượt được tính theo công thức (1. Hiệu ứng tạo cặp Hiệu ứng tạo cặp lả sự tương tác giữa một photon có năng lượng lớn hơn 1022 keV với hạt nhân nguyên tử, kết quả là sự biển mat của photon cùng với sự xuất hiện cặp clectron và positron. Positron sau đó nhanh chóng bị húy do tương tác với các electron khác từ môi trường và sinh ra hai photon với năng lượng 511 keV.3 Hiệu ứng tao cap [2]. Theo định luật bảo toàn năng lượng: T_ +T.8) Hiéu ứng tạo cặp xảy ra bên ngoai tinh thé tạo thành photon được ghi nhận ở đỉnh năng lượng 511 keV, néu hiệu ứng tạo cặp xảy ra bên trong tỉnh thẻ va các photon được tạo thành sau đó thoát ra thì sẽ ghi nhận các đỉnh thoát đơn hoặc thoát đôi.
Các hiệu ứng xảy ra khi bức xạ truyền từ nguôn tới đầu dò [2]. Trong ghi nhận bức xạ từ phô gamma các hiệu ứng quang điện, Compton vả tạo cặp được thê hiện trong hình I.