Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật hạt nhân và kiểm tra không phá hủy (NDT), phương pháp chụp ảnh phóng xạ truyền qua đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu mà không làm thay đổi cấu trúc hoặc ảnh hưởng đến khả năng tái sử dụng. Nguyên lý của phương pháp dựa trên sự suy giảm cường độ của chùm tia bức xạ khi xuyên qua bề dày vật liệu. Để đánh giá khả năng tương tác và hiệu quả che chắn bức xạ của các vật liệu hợp chất, thông số vật lý then chốt cần được xác định là nguyên tử số hiệu dụng ($Z_{eff}$). Thông số này phản ánh cơ chế tương tác giữa photon và môi trường vật chất, có phạm vi ứng dụng rộng rãi từ tính toán che chắn bức xạ, chẩn đoán phân biệt mô bệnh học trong y khoa, cho đến kiểm tra cổ vật bằng tia phóng xạ.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Mỹ Duyên tập trung nghiên cứu thông số $Z_{eff}$ trên đối tượng vật liệu polyme. Polyme là nhóm vật liệu cao phân tử có tính ứng dụng thực tiễn cao nhờ độ bền cơ học tốt, tính thẩm mỹ và quy trình chế tạo thuận lợi. Nghiên cứu xuất phát từ các tiền đề thực nghiệm trước đó, tiêu biểu là công trình của Kucuk và cộng sự khi xác định thành công $Z_{eff}$ và mật độ electron hiệu dụng cho 5 loại polyme qua hệ phổ kế gamma truyền qua sử dụng đầu dò NaI(Tl). Đồng thời, khóa luận tiếp cận vấn đề do Huỳnh Đình Chương và cộng sự đặt ra liên quan đến việc xác định mật độ chất lỏng qua đỉnh tán xạ đơn mà trước đây đã bỏ qua ảnh hưởng của thành phần vật liệu. Việc khảo sát $Z_{eff}$ là bước đi cần thiết nhằm tạo cơ sở dữ liệu đánh giá sự ảnh hưởng của thành phần hóa học đến quá trình suy giảm bức xạ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được xác lập gồm:

  1. Tổng quan cơ sở lý thuyết về các hiệu ứng tương tác của bức xạ gamma với vật chất, các định nghĩa và công thức xác định hệ số suy giảm khối ($\mu_m$) và nguyên tử số hiệu dụng ($Z_{eff}$).
  2. Nghiên cứu nguyên lý phương pháp Monte Carlo và cấu trúc lập trình tập tin đầu vào của chương trình mô phỏng MCNP6.
  3. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ đo gamma truyền qua bằng MCNP6 với nguồn đồng vị phóng xạ $^{137}\text{Cs}$ (năng lượng 0,662 MeV), ghi nhận phổ qua đầu dò nhấp nháy NaI(Tl).
  4. Khảo sát 14 loại vật liệu polyme thường dùng để xác định hệ số suy giảm khối và nguyên tử số hiệu dụng bằng hai phương pháp: phương pháp tính toán lý thuyết trực tiếp và phương pháp mô phỏng Monte Carlo.
  5. So sánh, đối chiếu kết quả tính toán giữa hai phương pháp trên, đồng thời so sánh với các dữ liệu thực nghiệm đã công bố từ các tài liệu tham khảo quốc tế để đánh giá sự phù hợp của mô hình.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 14 loại polyme: ABS, HDPE, PMMA, PC, CR, PEEK, PET, PMP, POM, PP, PS, PVC, PE và PVDF. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở chùm bức xạ gamma đơn năng tại mức năng lượng 0,662 MeV (chính xác là 661,657 keV) phát ra từ nguồn chuẩn $^{137}\text{Cs}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên lý thuyết tương tác giữa bức xạ photon gamma với vật chất. Khi chùm photon gamma đi qua môi trường, ba hiệu ứng tương tác chủ yếu xảy ra tùy thuộc vào mức năng lượng photon và nguyên tử số của môi trường:

  • Hiệu ứng quang điện: Photon truyền toàn bộ năng lượng cho electron quỹ đạo bị liên kết, giải phóng quang electron với động năng $E_e = E - E_{lk}$.
  • Hiệu ứng Compton: Tán xạ không đàn hồi giữa photon và electron tự do hoặc electron liên kết yếu ở lớp vỏ ngoài, photon sau tán xạ giảm năng lượng xuống $E' = E / [1 + (E / m_e c^2)(1 - \cos\theta)]$.
  • Hiệu ứng tạo cặp: Photon có năng lượng lớn hơn hoặc bằng ngưỡng $2m_e c^2 = 1,022\text{ MeV}$ tương tác với điện trường hạt nhân, biến đổi thành cặp electron-positron theo định luật bảo toàn năng lượng $E_{e+} + E_{e-} = E - 1,022\text{ MeV}$.

Sự suy giảm cường độ của chùm tia gamma hẹp, đơn năng khi truyền qua vật liệu có bề dày $x$ tuân theo định luật hàm mũ Lambert-Beer: $$I = I_0 e^{-\mu x} = I_0 e^{-\mu_m \rho x}$$ Trong đó $I_0$ là cường độ chùm tia tới, $I$ là cường độ chùm tia sau khi truyền qua, $\mu$ là hệ số suy giảm tuyến tính ($\text{cm}^{-1}$), $\rho$ là khối lượng riêng của vật liệu ($\text{g/cm}^3$) và $\mu_m = \mu / \rho$ là hệ số suy giảm khối ($\text{cm}^2/\text{g}$). Từ biểu thức này, hệ số suy giảm khối của vật liệu được xác định theo: $$\mu_m = \frac{1}{\rho x} \ln\left(\frac{I_0}{I}\right)$$

Theo quy tắc cộng hợp, đối với hợp chất cấu thành từ nhiều nguyên tố, hệ số suy giảm khối lý thuyết được tính từ tỉ số khối lượng $w_i$ và hệ số suy giảm khối $(\mu / \rho)_i$ của từng nguyên tố thành phần: $$\mu_m = \sum_i w_i \left(\frac{\mu}{\rho}\right)_i$$

Nguyên tử số hiệu dụng $Z_{eff}$ của hợp chất được định nghĩa bằng tỉ số giữa tiết diện tương tác nguyên tử hiệu dụng ($\sigma_a$) và tiết diện tương tác electron hiệu dụng ($\sigma_{el}$): $$Z_{eff} = \frac{\sigma_a}{\sigma_{el}}$$

Các phương pháp xác định $Z_{eff}$ được tác giả tổng hợp gồm:

  1. Phương pháp tính trực tiếp ($Z_{eff, PI}$): Dựa trên số liệu tra cứu tiết diện và hệ số suy giảm khối của từng nguyên tố từ cơ sở dữ liệu WinXCom của Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) tại mức năng lượng 0,662 MeV theo công thức: $$Z_{eff, PI} = \frac{\sum_i f_i A_i (\mu/\rho)_i}{\sum_j \frac{f_j A_j}{Z_j} (\mu/\rho)_j}$$ Trong đó $f_i$ là tỉ lệ số nguyên tử, $A_i$ là khối lượng nguyên tử và $Z_i$ là số hiệu nguyên tử của nguyên tố thứ $i$.
  2. Phương pháp Monte Carlo: Mô phỏng vận chuyển hạt trong không gian ba chiều bằng chương trình MCNP6 để ghi nhận diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của phổ bức xạ truyền qua mẫu vật liệu và qua môi trường không khí. Giá trị $\mu_m$ suy ra từ mô phỏng sau đó được đưa vào công thức xác định $Z_{eff}$.
  3. Phương pháp chương trình XMuDat: Sử dụng công thức bán thực nghiệm của Nowotny với số mũ tương tác $m$ nằm trong khoảng từ 3 đến 5.
  4. Phương pháp nội suy hàm logarit ($Z_{eq}$): Xác định thông qua việc nội suy tiết diện tương tác của vật liệu giữa hai nguyên tố đơn chất liền kề.

Nguồn dữ liệu tham chiếu trong khóa luận được trích xuất từ cơ sở dữ liệu chuẩn WinXCom (NIST), thông số nguồn phóng xạ từ catalogue của hãng Eckert & Ziegler, và khối lượng riêng của các polyme được tổng hợp từ tài liệu của BPF (British Plastics Federation) và Công ty TNHH Thương mại Plastic IDO.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về nguyên tử số hiệu dụng

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở vật lý hạt nhân về tương tác bức xạ gamma với vật chất, bao gồm ba quá trình vật lý căn bản: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và hiệu ứng tạo cặp. Tác giả phân tích phạm vi xảy ra và phương trình năng lượng của từng hiệu ứng. Tiếp theo, chương trình bày bản chất vật lý của nguyên tử số $Z$ đối với đơn chất và nguyên tử số hiệu dụng $Z_{eff}$ đối với hợp chất, nhấn mạnh $Z_{eff}$ là thông số biến thiên phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ tới.

Chương này cũng thiết lập toàn bộ hệ thống công thức toán học: mối liên hệ giữa cường độ bức xạ truyền qua và bề dày vật liệu, công thức tính hệ số suy giảm khối theo định luật thực nghiệm và quy tắc cộng hợp, công thức tính các loại tiết diện tương tác (tiết diện tương tác phân tử toàn phần $\sigma_m$, tiết diện nguyên tử hiệu dụng $\sigma_a$, tiết diện electron hiệu dụng $\sigma_{el}$). Cuối chương, 4 phương pháp xác định $Z_{eff}$ được giới thiệu chi tiết, trong đó tác giả xác định phương pháp tính trực tiếp và phương pháp Monte Carlo là hai phương pháp chính được sử dụng để tính toán và đối chiếu trong khóa luận.

Chương 2: Phương pháp Monte Carlo và chương trình MCNP6

Chương 2 mô tả nguyên lý toán học của phương pháp Monte Carlo dựa trên kỹ thuật gieo số ngẫu nhiên để giải quyết các bài toán ngẫu nhiên thống kê trong tương tác bức xạ mà giải tích toán học không thể xử lý chính xác. Tác giả điểm lại các mốc lịch sử như bài toán cây kim Buffon (năm 1777), bước đi ngẫu nhiên của Lord Rayleigh (năm 1899) và sự phát triển phương pháp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos.

Trọng tâm của chương là cấu trúc và cách vận hành chương trình mô phỏng MCNP6 (Monte Carlo N-Particle version 6). Chương trình tích hợp các thư viện số liệu hạt nhân liên tục như ENDF, ENDL, ACTL và có khả năng vận chuyển 37 loại hạt khác nhau. Cấu trúc tập tin đầu vào (input file) của MCNP6 được phân tích thành ba khối thẻ chính:

  • Thẻ ô mạng (Cell Cards): Định nghĩa các miền không gian hình học dựa trên số hiệu cell, số hiệu vật liệu, khối lượng riêng và các mặt biên giới hạn kết hợp qua các toán tử giao (khoảng trắng), hội (:) và bù (#).
  • Thẻ mặt (Surface Cards): Khai báo phương trình giải tích của các mặt hình học 3 chiều. Khóa luận sử dụng các mặt phẳng vuông góc trục tọa độ (PX, PY, PZ) và mặt trụ có trục dọc theo trục Z (CZ).
  • Thẻ dữ liệu (Data Cards): Khai báo chi tiết về nguồn bức xạ qua cấu trúc thẻ SDEF (tham số ERG, PAR, POS, AXS, RAD, EXT, CEL, VEC, DIR), khai báo vật liệu qua thẻ Material Cards (cú pháp Mm ZAID fraction) và khai báo đầu dò bằng thẻ Tally F8 (ghi nhận phân bố phổ năng lượng xung lắng đọng trong thể tích tinh thể nhấp nháy). Tác giả cũng lưu ý các quy tắc định dạng bắt buộc: không dùng phím Tab, giới hạn 80 ký tự trên một dòng, quy ước dấu $ và C cho dòng chú thích.

Chương 3: Xác định nguyên tử số hiệu dụng

Chương 3 trình bày việc thiết lập mô hình hình học mô phỏng hệ đo gamma truyền qua trong MCNP6. Cấu hình hình học gồm: nguồn $^{137}\text{Cs}$ đặt trong bộ chuẩn trực nguồn bằng chì, thanh mẫu vật liệu polyme hình trụ đường kính 2 cm đặt cách nguồn 28,43 cm, bộ chuẩn trực đầu dò và đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước $76 \times 76\text{ mm}$ đặt cách tâm mẫu 20,3 cm. Nguồn $^{137}\text{Cs}$ phát gamma năng lượng 661,657 keV với hiệu suất 84,99%, số lịch sử hạt mô phỏng là $6 \times 10^9$ hạt. Đầu dò NaI(Tl) được mô hình hóa đầy đủ các lớp vỏ bảo vệ: lớp chì trên và xung quanh dày 1,5 mm, lớp silicon đệm dày 2 mm và lớp phản xạ trước tinh thể dày 3 mm.

Vật liệu polyme Ký hiệu Công thức hóa học Mật độ trung bình ($\text{g/cm}^3$)
Acrylonitrin Butadien Styren ABS $\text{C}{15}\text{H}{17}\text{N}$ 1,105
High-density polyethylene HDPE $\text{C}_2\text{H}_4$ 0,970
Polymethylmethacrylate PMMA $\text{C}_5\text{H}_8\text{O}_2$ 1,190
Polycarbonate PC $\text{C}{15}\text{H}{16}\text{O}_2$ 1,240
Polychloroprene CR $\text{C}_4\text{H}_5\text{Cl}$ 1,230
Polyetheretherketones PEEK $\text{C}{19}\text{H}{12}\text{O}_3$ 1,350
Polyethyleneterephthalate PET $\text{C}_{10}\text{H}_8\text{O}_4$ 1,415
Polymethylpentene PMP $\text{C}6\text{H}{12}$ 0,830
Polyoxymethylene POM $\text{CH}_2\text{O}$ 1,425
Polypropylene PP $\text{C}_3\text{H}_6$ 0,930
Polystyrene PS $\text{C}_8\text{H}_8$ 1,060
Polyvinylchloride PVC $\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl}$ 1,300
Polyethylene PE $\text{C}_2\text{H}_4$ 0,940
Polyvinylidenefluoride PVDF $\text{C}_2\text{H}_2\text{F}_2$ 1,820

Phổ xung năng lượng thu được từ MCNP6 được xử lý bằng phần mềm Colegram. Diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần được làm khớp bằng hàm Gauss và nền phổ tán xạ được làm khớp bằng hàm đa thức bậc 4: $$P(x) = \frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(x - \bar{x})^2}{2\sigma^2}}$$ $$y = a_0 + a_1 x + a_2 x^2 + a_3 x^3 + a_4 x^4$$ Từ diện tích đỉnh phổ khi chùm tia truyền qua mẫu ($I$) và khi không có mẫu/qua không khí ($I_0 = 349.960.500$ xung), tác giả tính toán $\mu_m$ và $Z_{eff}$, sau đó tiến hành so sánh đối chiếu đa chiều giữa các phương pháp và với các công bố quốc tế.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tính toán và trích xuất hệ thống số liệu hoàn chỉnh về hệ số suy giảm khối và nguyên tử số hiệu dụng của 14 loại vật liệu polyme tại năng lượng 0,662 MeV.

Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số suy giảm khối từ mô phỏng MCNP6 ($\mu_m$) so với giá trị tra cứu chuẩn NIST/WinXCom ($\mu_{mNIST}$):

Vật liệu Mật độ ($\text{g/cm}^3$) Cường độ $I$ (xung) $\mu_m$ ($\text{cm}^2/\text{g}$) $\mu_{mNIST}$ ($\text{cm}^2/\text{g}$) Độ lệch RD (%)
ABS 1,105 297.714.400 0,0732 0,0832 12,1
HDPE 0,970 301.193.400 0,0774 0,0880 12,1
PMMA 1,190 294.056.500 0,0731 0,0832 12,1
PC 1,240 293.131.700 0,0715 0,0825 13,4
CR 1,230 293.986.300 0,0708 0,0802 11,7
PEEK 1,350 289.268.800 0,0705 0,0803 12,2
PET 1,415 286.632.400 0,0705 0,0803 12,2
PMP 0,830 307.780.200 0,0774 0,0880 12,1
POM 1,425 284.862.300 0,0722 0,0822 12,1
PP 0,930 303.061.200 0,0774 0,0880 12,1
PS 1,060 299.829.100 0,0729 0,0830 12,1
PVC 1,300 291.739.100 0,0700 0,0790 11,4
PE 0,940 302.594.000 0,0774 0,0880 12,1
PVDF 1,820 273.554.800 0,0677 0,0771 12,2
Không khí 0,001205 349.960.500 — — —

Kết quả xác định $Z_{eff}$ bằng phương pháp tính trực tiếp ($Z_{eff, PI}$) và phương pháp mô phỏng Monte Carlo ($Z_{eff, MC}$):

Vật liệu Mật độ ($\text{g/cm}^3$) $Z_{eff, PI}$ $Z_{eff, MC}$ Độ lệch RD (%)
ABS 1,105 3,45 3,04 12,1
HDPE 0,970 2,67 2,34 12,1
PMMA 1,190 3,60 3,16 12,1
PC 1,240 3,70 3,20 13,4
CR 1,230 4,60 4,06 11,6
PEEK 1,350 4,41 3,88 12,1
PET 1,415 4,55 3,99 12,1
PMP 0,830 2,67 2,34 12,1
POM 1,425 4,00 3,51 12,1
PP 0,930 2,67 2,34 12,1
PS 1,060 3,50 3,08 12,1
PVC 1,300 5,33 4,72 11,4
PE 0,940 2,67 2,34 12,1
PVDF 1,820 5,33 4,68 12,3

So sánh giá trị $Z_{eff}$ tính toán với các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết đã công bố trên thế giới:

Vật liệu $Z_{eff, PI}$ $Z_{eff, MC}$ Nghiên cứu khác đã công bố
PMMA 3,60 3,16 3,4 (Manohara [22]); 3,52 (Kavaz [23])
PC 3,70 3,20 3,726 (Singh [24])
PP 2,67 2,34 2,707 (Kavaz [23]); 2,66 (Kucuk [4])
PS 3,50 3,08 3,001 (Singh [24])
PE 2,67 2,34 2,710 (Singh [24])

Đóng góp của khóa luận gồm:

  • Chứng minh tính khả thi và độ chính xác của phương pháp tính trực tiếp ($Z_{eff, PI}$): Giá trị tính trực tiếp có độ lệch dưới 6% so với các nghiên cứu thực nghiệm của Manohara, Kavaz, Singh và Kucuk trên hầu hết các vật liệu (PMMA lệch giữa 3,60 với 3,4–3,52; PC giữa 3,70 với 3,726; PP giữa 2,67 với 2,66–2,707; PE giữa 2,67 với 2,710), ngoại trừ trường hợp Polystyrene (PS) lệch 14,3% so với số liệu của Singh (3,50 so với 3,001).
  • Xây dựng mô hình hình học chi tiết của hệ đo gamma truyền qua trong MCNP6 với đầy đủ cấu tạo nguồn, bộ chuẩn trực và cấu trúc che chắn đầu dò NaI(Tl).
  • Chỉ ra độ lệch có tính hệ thống giữa mô phỏng Monte Carlo và WinXCom nằm trong khoảng từ 11,41% (đối với PVC) đến 13,34% (đối với PC), cung cấp cơ sở để hiệu chỉnh cấu hình mô phỏng trong các nghiên cứu tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thẳng thắn ghi nhận những hạn chế kỹ thuật:

  • Tác giả tự đánh giá nghiên cứu chưa hoàn toàn đạt được mục đích đề ra do giá trị hệ số suy giảm khối và $Z_{eff}$ từ mô phỏng MCNP6 có độ chênh lệch khá lớn so với lý thuyết WinXCom (sai số từ 11,4% đến 13,4%).
  • Nguyên nhân sai số được xác định cụ thể: trong quá trình lập trình tập tin đầu vào MCNP6, việc khai báo thành phần nguyên tố cấu tạo vật liệu chưa hoàn toàn đồng nhất với dữ liệu chuẩn của WinXCom, đồng thời giá trị mật độ của các polyme được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu thương mại và kỹ thuật khác nhau, dẫn đến sai lệch trong tính toán tương tác.
  • Kết quả mô phỏng Monte Carlo chưa được kiểm chứng trực tiếp bằng một hệ đo thực nghiệm đối chứng tại phòng thí nghiệm do chính nhóm tác giả vận hành.

Các hướng phát triển nghiên cứu được tác giả đề xuất:

  1. Rà soát, kiểm tra và hiệu chỉnh lại toàn bộ tập tin đầu vào MCNP6, đặc biệt là phần khai báo thẻ vật liệu (Material Cards) và kiểm soát tính đồng nhất của thông số mật độ theo các chuẩn cơ sở dữ liệu quốc tế.
  2. Khai thác thêm các khía cạnh và mô hình giải tích khác để xác định $Z_{eff}$ ngoài phương pháp tính trực tiếp.
  3. Ứng dụng thêm các chương trình tính toán chuyên dụng khác (như XMuDat, Auto-Zeff hoặc Geant4) để thu thập thêm dữ liệu so sánh đa biến.
  4. Triển khai bố trí hệ thực nghiệm gamma truyền qua thực tế với nguồn chuẩn và đầu dò NaI(Tl) để thu nhận số liệu thực nghiệm trực tiếp, từ đó đánh giá chính xác độ tin cậy của mô hình mô phỏng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tài liệu hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Vật lý hạt nhân, Kỹ thuật hạt nhân, Vật lý y khoa khi tìm hiểu phương pháp xác định nguyên tử số hiệu dụng của vật liệu hợp chất.
  • Người nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng bức xạ bằng MCNP: Phần trình bày chi tiết về cấu trúc thẻ Cell, Surface, Data cards, kỹ thuật mô hình hóa đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) và quy trình xử lý phổ năng lượng bằng Colegram (khớp hàm Gauss và hàm đa thức) có giá trị ứng dụng thực hành cao.
  • Các nghiên cứu về vật liệu polyme trong ứng dụng che chắn bức xạ gamma liều thấp hoặc kỹ thuật kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp truyền xạ.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận khảo sát bao nhiêu loại polyme và sử dụng nguồn bức xạ nào? Khóa luận khảo sát 14 loại vật liệu polyme gồm: ABS, HDPE, PMMA, PC, CR, PEEK, PET, PMP, POM, PP, PS, PVC, PE và PVDF. Nguồn phóng xạ được sử dụng trong mô phỏng là đồng vị $^{137}\text{Cs}$ phát bức xạ gamma đơn năng tại 661,657 keV (xấp xỉ 0,662 MeV) với hiệu suất phát 84,99% và số hạt mô phỏng là $6 \times 10^9$ hạt.

2. Cấu hình hình học của hệ đo gamma truyền qua trong MCNP6 được thiết lập với kích thước như thế nào? Mô hình mô phỏng gồm nguồn $^{137}\text{Cs}$ đặt trong bộ chuẩn trực, thanh vật liệu polyme hình trụ đường kính 2 cm đặt cách nguồn 28,43 cm, và đầu dò NaI(Tl) đặt cách thanh vật liệu 20,3 cm. Tinh thể NaI(Tl) có đường kính 76 mm, chiều cao 76 mm, được bao bọc bởi lớp chì che chắn dày 1,5 mm, lớp silicon đệm dày 2 mm và lớp phản xạ dày 3 mm ở mặt trước.

3. Phổ năng lượng mô phỏng được xử lý bằng phần mềm và hàm toán học nào? Phổ năng lượng lắng đọng được ghi nhận qua thẻ Tally F8 trong MCNP6 và được xử lý bằng phần mềm Colegram. Tác giả sử dụng hàm Gauss để làm khớp diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và hàm đa thức bậc 4 ($y = a_0 + a_1 x + a_2 x^2 + a_3 x^3 + a_4 x^4$) để làm khớp và trừ phông nền của phổ.

4. Mức độ sai lệch giữa mô phỏng MCNP6 và lý thuyết WinXCom là bao nhiêu và nguyên nhân do đâu? Hệ số suy giảm khối và $Z_{eff}$ tính từ mô phỏng MCNP6 có độ lệch so với cơ sở dữ liệu WinXCom từ 11,41% (đối với PVC) đến 13,34% (đối với PC). Tác giả chỉ ra nguyên nhân là do việc khai báo thành phần đồng vị/nguyên tố trong thẻ vật liệu của MCNP6 chưa hoàn toàn tương thích với WinXCom và khối lượng riêng của các polyme được lấy từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác nhau thay vì một chuẩn duy nhất.

5. Kết quả $Z_{eff}$ tính bằng phương pháp trực tiếp ($Z_{eff, PI}$) so với các công bố quốc tế có độ tin cậy như thế nào? Phương pháp tính trực tiếp cho kết quả rất phù hợp với dữ liệu thực nghiệm đã công bố của các tác giả quốc tế với độ lệch dưới 6% trên hầu hết các mẫu: PMMA đạt 3,60 (so với 3,4 của Manohara và 3,52 của Kavaz); PC đạt 3,70 (so với 3,726 của Singh); PP đạt 2,67 (so với 2,66 của Kucuk và 2,707 của Kavaz); PE đạt 2,67 (so với 2,710 của Singh). Riêng mẫu Polystyrene (PS) có độ lệch 14,3% (3,50 so với 3,001 của Singh).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Mỹ Duyên đã tổng quan có hệ thống cơ sở lý thuyết về tương tác bức xạ gamma và các phương pháp xác định nguyên tử số hiệu dụng của hợp chất. Đề tài đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng hệ đo gamma truyền qua bằng MCNP6 kết hợp phần mềm xử lý phổ Colegram để tính toán hệ số suy giảm khối và $Z_{eff}$ cho 14 loại vật liệu polyme tại năng lượng 0,662 MeV. Dù kết quả mô phỏng còn độ lệch từ 11,4% đến 13,4% so với WinXCom do hạn chế trong khai báo dữ liệu đầu vào, phương pháp tính trực tiếp đã cho thấy độ tương đồng cao với các công bố quốc tế, tạo tiền đề hữu ích cho các nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng kiểm tra không phá hủy tiếp theo.