I. Tổng quan về gamma truyền qua
Chương này trình bày lý thuyết cơ bản về bức xạ gamma và các quá trình tương tác của nó với vật chất. Bức xạ gamma là một dạng bức xạ điện từ có năng lượng cao, được phát ra từ các quá trình hạt nhân như phân rã phóng xạ hoặc các vụ nổ trong vũ trụ. Khi gamma tương tác với vật chất, nó có thể gây ra các hiệu ứng như hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton, và tạo cặp electron-positron. Các hiệu ứng này phụ thuộc vào nguyên tử số Z của vật liệu và năng lượng của photon. Hiệu ứng quang điện chiếm ưu thế ở năng lượng thấp, trong khi tán xạ Compton và tạo cặp chiếm ưu thế ở năng lượng cao hơn.
1.1. Tương tác của gamma với vật chất
Khi gamma đi qua vật chất, nó có thể tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử thông qua ba cơ chế chính: hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton, và tạo cặp. Hiệu ứng quang điện xảy ra khi photon truyền toàn bộ năng lượng cho một electron, làm electron thoát khỏi nguyên tử. Tán xạ Compton xảy ra khi photon truyền một phần năng lượng cho electron và bị lệch hướng. Tạo cặp xảy ra khi photon có năng lượng lớn hơn 1022 keV chuyển hóa thành cặp electron-positron. Các quá trình này phụ thuộc vào nguyên tử số Z và năng lượng của photon.
1.2. Phổ năng lượng của gamma
Phổ năng lượng của gamma được ghi nhận bởi đầu dò và phần mềm phân tích. Phổ này bao gồm các đỉnh đặc trưng như đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần (FEA), đỉnh thoát đơn (SPE), và đỉnh thoát đôi (DPE). Các đỉnh này phản ánh các quá trình tương tác khác nhau của gamma với vật chất. Ví dụ, đối với nguồn 137Cs, đỉnh FEA xuất hiện ở năng lượng khoảng 662 keV. Phân tích phổ năng lượng giúp xác định các thông số vật lý như hệ số suy giảm và nguyên tử số hiệu dụng Z Eff.
II. Phương pháp xác định nguyên tử số hiệu dụng
Chương này trình bày các phương pháp tính toán nguyên tử số hiệu dụng Z Eff của vật liệu. Z Eff là một tham số quan trọng trong việc đánh giá khả năng tương tác của gamma với vật chất. Có hai phương pháp chính để xác định Z Eff: phương pháp trực tiếp và phương pháp nội suy. Phương pháp trực tiếp dựa trên các công thức tính toán từ hệ số suy giảm khối lượng và tiết diện tương tác. Phương pháp nội suy sử dụng đồ thị biểu diễn tiết diện tương tác của các nguyên tố tinh khiết để suy ra Z Eff của vật liệu hỗn hợp.
2.1. Phương pháp tính trực tiếp
Phương pháp tính trực tiếp dựa trên công thức liên quan đến hệ số suy giảm khối lượng và tiết diện tương tác. Công thức này cho phép tính toán Z Eff từ các thông số vật lý của vật liệu. Phương pháp này đòi hỏi phải biết trước thành phần nguyên tố của vật liệu. Kết quả tính toán được so sánh với giá trị chuẩn từ NIST để đánh giá độ chính xác.
2.2. Phương pháp nội suy
Phương pháp nội suy sử dụng đồ thị biểu diễn tiết diện tương tác của các nguyên tố tinh khiết để suy ra Z Eff của vật liệu hỗn hợp. Phương pháp này thích hợp cho các vật liệu phức tạp như chất lỏng hoặc hợp kim. Kết quả nội suy được so sánh với các phương pháp khác để đảm bảo độ tin cậy.
III. Khảo sát nguyên tử số hiệu dụng và mật độ của axit
Chương này trình bày quá trình khảo sát nguyên tử số hiệu dụng Z Eff và mật độ của các loại axit bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo và thực nghiệm. Mô phỏng Monte Carlo được thực hiện bằng phần mềm MCNP6, mô phỏng tương tác của gamma với vật chất. Thực nghiệm được tiến hành bằng cách đo phổ gamma truyền qua các mẫu axit và phân tích kết quả. Kết quả từ hai phương pháp được so sánh để đánh giá độ chính xác.
3.1. Mô phỏng Monte Carlo
Mô phỏng Monte Carlo được thực hiện bằng phần mềm MCNP6, mô phỏng tương tác của gamma với vật chất. Mô hình mô phỏng bao gồm đầu dò NaI(Tl) và các mẫu axit. Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin về hệ số suy giảm và Z Eff của các mẫu axit.
3.2. Thực nghiệm và xử lý phổ
Thực nghiệm được tiến hành bằng cách đo phổ gamma truyền qua các mẫu axit. Phổ được ghi nhận bằng đầu dò NaI(Tl) và phân tích bằng phần mềm Colegram. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác.
IV. Xác định nguyên tử số hiệu dụng và mật độ của axit
Chương này trình bày kết quả tính toán nguyên tử số hiệu dụng Z Eff và mật độ của các loại axit. Kết quả được so sánh giữa các phương pháp tính toán và giá trị chuẩn từ NIST. Z Eff được tính bằng phương pháp trực tiếp và phương pháp nội suy, trong khi mật độ được xác định bằng phương pháp gamma truyền qua. Kết quả cho thấy sự phù hợp giữa các phương pháp và giá trị chuẩn.
4.1. Kết quả tính toán Z Eff
Kết quả tính toán Z Eff của các loại axit được so sánh giữa phương pháp trực tiếp, phương pháp nội suy, và giá trị chuẩn từ NIST. Kết quả cho thấy sự phù hợp cao giữa các phương pháp, với sai số nhỏ hơn 5%.
4.2. Xác định mật độ bằng gamma truyền qua
Mật độ của các loại axit được xác định bằng phương pháp gamma truyền qua. Kết quả được so sánh với giá trị lý thuyết và cho thấy độ chính xác cao. Phương pháp này có thể áp dụng cho các chất lỏng độc hại mà không cần mở ống chứa.
