Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Sự Phụ Thuộc Của Hệ Số Trùng Phùng Vào Bề Dày Mật Độ Mẫu Phân Tích

Luận văn thạc sĩ khảo sát ảnh hưởng của bề dày và mật độ mẫu đến hệ số trùng phùng trong phân tích, cung cấp hiểu biết sâu về phương pháp nghiên cứu.

• 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
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.3. Cơ sở lí thuyết
• 1.3.1. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần
• 1.3.2. Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP
• 1.4. Nhận xét chương 1
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe
• 2.1.1. Đầu dò Germanium siêu tinh khiết
• 2.1.2. Mô hình đầu dò GEM50P4-83
• 2.1.3. Buồng chì
• 2.2. Đánh giá hệ số trùng phùng
• 2.3. Kết luận chương 2
• 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
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ số trùng phùng và bề dày mật độ mẫu

Hệ số trùng phùng là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần trong phổ kế gamma. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày mật độ mẫu. Kết quả cho thấy, khi bề dày mẫu tăng từ 1,0 cm đến 3,7 cm, hệ số trùng phùng thay đổi đáng kể, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo. Điều này được giải thích bởi sự gia tăng xác suất tương tác của các tia gamma trong mẫu, dẫn đến hiệu ứng trùng phùng mạnh hơn.

1.1. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu bao gồm việc đo đạc phổ gamma bằng đầu dò HPGe và mô phỏng bằng chương trình MCNP-CP. Các mẫu chuẩn RGU được sử dụng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Bề dày mẫu và mật độ mẫu được thay đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của chúng đến hệ số trùng phùng. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác nhận tính hợp lệ của phương pháp.

1.2. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, hệ số trùng phùng tăng đáng kể khi bề dày mẫu tăng. Điều này đặc biệt rõ rệt ở các mẫu có mật độ mẫu cao. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần sau khi hiệu chỉnh hệ số trùng phùng cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ chính xác. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc hiệu chỉnh hệ số trùng phùng trong các phép đo phổ gamma.

II. Phân tích mẫu và tối ưu hóa mẫu

Phân tích mẫu là một bước quan trọng trong nghiên cứu này, đặc biệt là việc xác định mật độ mẫu và bề dày mẫu. Các mẫu chuẩn RGU được sử dụng để đảm bảo độ chính xác của phép đo. Tối ưu hóa mẫu được thực hiện bằng cách điều chỉnh bề dày mẫu và mật độ mẫu để giảm thiểu hiệu ứng trùng phùng, từ đó cải thiện độ chính xác của kết quả đo.

2.1. Phương pháp phân tích mẫu

Phương pháp phân tích mẫu bao gồm việc đo đạc phổ gamma bằng đầu dò HPGe và sử dụng chương trình MCNP-CP để mô phỏng. Các mẫu chuẩn RGU được sử dụng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Bề dày mẫu và mật độ mẫu được thay đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của chúng đến hệ số trùng phùng.

2.2. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, tối ưu hóa mẫu bằng cách điều chỉnh bề dày mẫu và mật độ mẫu có thể giảm thiểu hiệu ứng trùng phùng, từ đó cải thiện độ chính xác của kết quả đo. Điều này đặc biệt quan trọng trong các phép đo phổ gamma, nơi mà độ chính xác là yếu tố quyết định.

III. Nghiên cứu luận văn và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này là một phần của luận văn thạc sĩ, tập trung vào việc đánh giá sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày mật độ mẫu. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, đặc biệt là trong lĩnh vực phân tích mẫu môi trường và y tế. Việc hiệu chỉnh hệ số trùng phùng giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo phổ gamma, từ đó nâng cao chất lượng của các nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

3.1. Giá trị thực tiễn

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, đặc biệt là trong lĩnh vực phân tích mẫu môi trường và y tế. Việc hiệu chỉnh hệ số trùng phùng giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo phổ gamma, từ đó nâng cao chất lượng của các nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

3.2. Ứng dụng trong thực tế

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các phòng thí nghiệm phân tích mẫu môi trường và y tế. Việc hiệu chỉnh hệ số trùng phùng giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo phổ gamma, từ đó nâng cao chất lượng của các nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò Germanium siêu tinh khiết (HPGe) là thiết bị quan trọng trong việc xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu môi trường. Theo báo cáo của ngành, hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của đầu dò HPGe thường bị sai lệch do các hiệu ứng như phông nền, tự hấp thụ trong mẫu và hiệu ứng trùng phùng tổng. Trong đó, hiệu ứng trùng phùng tổng có thể làm sai lệch hiệu suất từ 0 đến 100%, gây ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả phân tích. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày và mật độ mẫu phân tích, từ đó hiệu chỉnh hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần nhằm nâng cao độ chính xác trong đo đạc.

Nghiên cứu được thực hiện trên mẫu chuẩn RGU do Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) cung cấp, với hoạt độ 4940 ± 30 Bq/kg, trong phạm vi bề dày từ 1,0 cm đến 3,7 cm và mật độ mẫu từ 1,0 g/cm³ đến 2,2 g/cm³. Việc xác định chính xác hệ số trùng phùng và hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần có ý nghĩa quan trọng trong việc phân tích hoạt độ phóng xạ, góp phần nâng cao chất lượng phân tích môi trường và ứng dụng trong các phòng thí nghiệm hạt nhân. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để hiệu chỉnh hiệu suất đo đạc, giảm sai số và tăng độ tin cậy cho các phép đo phổ gamma.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng bằng mô phỏng Monte Carlo.

• Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được định nghĩa là xác suất photon phát ra từ nguồn mất toàn bộ hoặc một phần năng lượng trong thể tích hoạt động của đầu dò. Công thức tính hiệu suất dựa trên số đếm tại đỉnh năng lượng, hoạt độ mẫu, khối lượng và thời gian đo đạc. Sai số hiệu suất được xác định qua các thành phần sai số của số đếm, hoạt độ và xác suất phát gamma.

• Hiệu chỉnh trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP: MCNP-CP là phiên bản mở rộng của chương trình MCNP, cho phép mô phỏng các nguồn hạt tương quan phát ra trong quá trình phân rã phóng xạ. Chương trình sử dụng các thẻ vật liệu và nguồn đặc biệt để mô phỏng hiệu ứng trùng phùng, từ đó tính toán hiệu suất đỉnh năng lượng có và không có hiệu ứng trùng phùng, giúp xác định hệ số hiệu chỉnh trùng phùng.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu ứng trùng phùng tổng, hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần, mô phỏng Monte Carlo, hệ số trùng phùng, và mẫu chuẩn RGU.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mẫu chuẩn RGU với các bề dày và mật độ khác nhau, đo đạc bằng hệ phổ kế gamma HPGe đặt tại Viện Y tế Công cộng TP. Hồ Chí Minh. Đầu dò GEM50P4-83 có độ phân giải năng lượng 1,9 keV tại 1332 keV, hiệu suất tương đối 50%.

Phương pháp phân tích gồm:

• Chuẩn năng lượng và trừ phông nền bằng phần mềm Genie 2000.
• Xác định diện tích đỉnh năng lượng bằng phần mềm Colegram.
• Tính hiệu suất đỉnh năng lượng thực nghiệm theo công thức chuẩn.
• Mô phỏng hệ phổ kế gamma và hiệu ứng trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP với cỡ mẫu 2×10^8 hạt, đảm bảo sai số mô phỏng dưới 1%.
• Tính hệ số trùng phùng theo bề dày và mật độ mẫu dựa trên hiệu suất mô phỏng có và không có hiệu ứng trùng phùng.
• Hiệu chỉnh hiệu suất thực nghiệm bằng hệ số trùng phùng để đánh giá ảnh hưởng của bề dày và mật độ mẫu.

Thời gian nghiên cứu tập trung vào năm 2020, tại thành phố Hồ Chí Minh, với phạm vi mẫu chuẩn RGU và các bề dày từ 1,0 cm đến 3,7 cm, mật độ từ 1,0 g/cm³ đến 2,2 g/cm³.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất đỉnh năng lượng thực nghiệm giảm theo bề dày mẫu: Ví dụ, hiệu suất đỉnh của đồng vị 210Pb tại 46,5 keV giảm từ 0,00307 ở bề dày 1,0 cm xuống còn 0,00149 ở bề dày 3,7 cm; tương tự, đồng vị 214Bi tại 609,3 keV giảm từ 0,03130 xuống 0,01898. Sai số tương đối của hiệu suất thực nghiệm dưới 9%.

2. Hệ số trùng phùng phụ thuộc rõ rệt vào bề dày mẫu: Hệ số trùng phùng của đồng vị 214Bi tại 609,3 keV giảm từ 1,178 ở bề dày 1,0 cm xuống 1,133 ở bề dày 3,7 cm, cho thấy hiệu ứng trùng phùng giảm khi bề dày tăng.

3. Hiệu suất sau khi hiệu chỉnh trùng phùng tăng đáng kể cho đồng vị 214Bi: Tại bề dày 1,0 cm, hiệu suất tăng từ 0,03130 lên 0,03686 (tăng khoảng 15%), tại bề dày 3,7 cm tăng từ 0,01898 lên 0,02149 (tăng khoảng 11,7%). Đối với các đồng vị khác như 210Pb, sự thay đổi sau hiệu chỉnh là rất nhỏ, dưới 1%.

4. Hệ số trùng phùng tăng theo mật độ mẫu: Tại năng lượng 609,3 keV của 214Bi, hệ số trùng phùng tăng từ 1,18 ở mật độ 1,0 g/cm³ lên 1,19 ở mật độ 2,2 g/cm³ với bề dày 1,0 cm. Độ chênh lệch giữa hệ số trùng phùng lớn nhất và nhỏ nhất trong cùng vùng năng lượng dưới 7%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy hiệu ứng trùng phùng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần, đặc biệt với đồng vị 214Bi có nhiều tia gamma phát ra đồng thời. Sự giảm hiệu suất thực nghiệm theo bề dày mẫu phản ánh hiệu ứng tự hấp thụ và trùng phùng trong mẫu. Việc sử dụng chương trình MCNP-CP để mô phỏng và hiệu chỉnh trùng phùng giúp giảm sai số hiệu suất, nâng cao độ chính xác phân tích.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo của García-Talavera và cộng sự về sự cần thiết hiệu chỉnh trùng phùng cho các đồng vị phức tạp. Việc hệ số trùng phùng tăng theo mật độ mẫu cũng phù hợp với lý thuyết về tương tác gamma trong vật liệu có mật độ cao hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi hiệu suất và hệ số trùng phùng theo bề dày và mật độ mẫu, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố này đến kết quả đo đạc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiến hành đo đạc mẫu phân tích với đa dạng bề dày và mật độ nhằm thu thập dữ liệu thực nghiệm phong phú, phục vụ hiệu chỉnh chính xác hơn cho các loại mẫu khác nhau.

2. Đánh giá hệ số tự hấp thụ trong mẫu để kết hợp với hiệu chỉnh trùng phùng, từ đó nâng cao độ chính xác tổng thể của hiệu suất đỉnh năng lượng.

3. Áp dụng hiệu suất đã hiệu chỉnh trùng phùng trong tính toán hoạt độ đồng vị để so sánh với hoạt độ chuẩn, kiểm chứng tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp.

4. Phát triển phần mềm hoặc công cụ hỗ trợ tự động hiệu chỉnh trùng phùng dựa trên mô hình MCNP-CP, giúp các phòng thí nghiệm dễ dàng áp dụng trong thực tế.

5. Đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật và nhà nghiên cứu về phương pháp mô phỏng và hiệu chỉnh trùng phùng nhằm nâng cao năng lực phân tích phổ gamma.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, với sự phối hợp giữa các viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm và cơ quan quản lý để đảm bảo tính ứng dụng và hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên trong lĩnh vực vật lý hạt nhân và phân tích phổ gamma: Luận văn cung cấp phương pháp và dữ liệu thực nghiệm giúp nâng cao độ chính xác trong phân tích hoạt độ phóng xạ.

2. Phòng thí nghiệm môi trường và y tế công cộng: Áp dụng hiệu chỉnh trùng phùng để cải thiện kết quả đo đạc mẫu môi trường, đảm bảo an toàn và kiểm soát phóng xạ hiệu quả.

3. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành vật lý hạt nhân, kỹ thuật hạt nhân: Tài liệu tham khảo chi tiết về mô phỏng MCNP-CP và phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng, hỗ trợ nghiên cứu và học tập.

4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng phóng xạ: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn, quy trình kiểm định và hiệu chuẩn thiết bị đo phổ gamma.

Mỗi nhóm đối tượng có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng phân tích, đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả trong công tác quản lý và nghiên cứu phóng xạ.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiệu ứng trùng phùng là gì và tại sao cần hiệu chỉnh?
   Hiệu ứng trùng phùng xảy ra khi nhiều tia gamma phát ra đồng thời từ một hạt nhân phân rã được ghi nhận như một xung duy nhất, làm sai lệch hiệu suất đỉnh năng lượng. Hiệu chỉnh giúp loại bỏ sai số này, nâng cao độ chính xác đo đạc.

2. Tại sao hệ số trùng phùng phụ thuộc vào bề dày và mật độ mẫu?
   Bề dày và mật độ ảnh hưởng đến khả năng tự hấp thụ và tương tác của tia gamma trong mẫu, từ đó thay đổi xác suất trùng phùng. Mẫu dày hoặc mật độ cao làm giảm hiệu ứng trùng phùng do tăng khả năng hấp thụ.

3. Chương trình MCNP-CP có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   MCNP-CP mô phỏng chính xác các nguồn hạt tương quan và hiệu ứng trùng phùng, cho phép tính toán hiệu suất với sai số nhỏ hơn 1%, vượt trội so với phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích truyền thống.

4. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định như thế nào?
   Hiệu suất được tính dựa trên số đếm tại đỉnh năng lượng, hoạt độ mẫu, khối lượng và thời gian đo, sau khi chuẩn năng lượng và trừ phông nền. Công thức chuẩn được sử dụng để tính toán và đánh giá sai số.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế phòng thí nghiệm?
   Phòng thí nghiệm có thể sử dụng hệ số trùng phùng tính toán từ MCNP-CP để hiệu chỉnh hiệu suất đo đạc, đặc biệt với các mẫu có bề dày và mật độ khác nhau, từ đó tính toán hoạt độ chính xác hơn.

Kết luận

• Xây dựng thành công tệp đầu vào cho chương trình MCNP-CP mô phỏng hiệu ứng trùng phùng và không trùng phùng.
• Xác định hiệu suất đỉnh năng lượng thực nghiệm của mẫu RGU với sai số dưới 9%, cho thấy hiệu suất giảm khi bề dày mẫu tăng.
• Đánh giá hệ số trùng phùng theo bề dày và mật độ mẫu, phát hiện hiệu ứng trùng phùng giảm khi bề dày tăng và tăng khi mật độ tăng.
• Hiệu chỉnh hiệu suất đỉnh năng lượng bằng hệ số trùng phùng giúp nâng cao độ chính xác phân tích, đặc biệt với đồng vị 214Bi.
• Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm đo đạc mẫu đa dạng, đánh giá hệ số tự hấp thụ và phát triển công cụ hỗ trợ hiệu chỉnh.

Tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng kết quả sẽ góp phần nâng cao chất lượng phân tích phóng xạ trong môi trường và y tế công cộng. Đề nghị các phòng thí nghiệm và nhà nghiên cứu áp dụng phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng để đảm bảo độ tin cậy trong các phép đo phổ gamma.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Trong chương này, khoá luận đã trình bày: một số nghiên cứu tiêu biểu ở trong và ngoài nước có liên quan đến các vấn đề cần giải quyết của khoá luận. Đồng thời, nêu rõ mục tiêu và nội dung của khoá luận. Trình bày một số cơ sở lý thuyết được sử dụng trong khoá luận gồm: hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và giới thiệu tổng quát về phương pháp hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng bằng chương trình MCNP-CP. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.

Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe Phổ gamma của các mẫu chuẩn RGU được đo bởi hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe đặt tại Viện Y tế Công cộng TP. Hệ phổ kế gamma tại Viện Y tế Công cộng TP.HCM Hệ phổ kế gồm các phần chính như: đầu dò GEM50P4-83 được làm lạnh bằng nitơ lỏng với các thiết bị kèm theo gồm tiền khuếch đại, thiết bị Lynx DSA tích hợp nguồn nuôi cao thế; khối khuếch đại; bộ biến đổi tương tự thành số và khối phân tích đa kênh, nguồn phóng xạ, buồng chì che chắn quanh đầu dò và nguồn. Hệ phổ kế được kết nối với máy tính thông qua cổng cáp và chương trình Meastro sẽ ghi nhận và xử lí phổ. Đầu dò Germanium siêu tinh khiết Đầu dò GEM50P4-83 có chiều cao là 168 mm gồm một tinh thể Germanium cao 77 m, có đường kính 65,9 mm.

Bên trong tinh thể Gemanium là một hốc chân không có chiều cao 4,9 mm, đường kính là 11,5 mm; bên trong hốc tinh thể là một lớp Ge/B có bề dày 0,0003 mm. Bên ngoài tinh thể là một lớp Ge/Li có bề dày 0,7 mm. Tinh thể được bao bọc bởi một lớp nhôm có bề dày 0,8 mm và chiều cao 105 11 mm được ngăn cách với lớp nhôm ngoài cùng có bề dày 1 mm bởi một khoảng chân không. Hiệu suất tương đối của đầu dò là 50%, độ phân giải năng lượng tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60Co là 1,9 keV.

Mô hình đầu dò GEM50P4-83 Buồng chì Đầu dò GEM50P4-83 được đặt trong buồng chì để giảm sự ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ và giảm phông môi trường. Tuy nhiên, tương tác gamma với chì cũng tạo ra tia X, các tia X này có thể được đầu dò ghi nhận và làm cho phổ gamma bị nhiễu. Để hạn chế vấn đề trên nên người ta lót thêm bên trong buồng chì lớp đồng và lớp thiếc. Buồng chì che chắn trong hệ phổ kế gamma tại Viện Y tế Công cộng có dạng hình trụ với chiều cao bên ngoài là 630 mm, chiều cao bên trong là 400 mm.

Bao bọc lớp chì là lớp thép carbon có bề dày 13 mm, tiếp theo là lớp chì có bề dày 101 mm. Kế tiếp lớp chì là lớp thiếc dày 0,5 mm đến lớp đồng dày 1,6 mm, xét từ ngoài vào trong. Mẫu chuẩn Để nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số trùng phùng vào bề dày và mật độ mẫu, khoá luận đã sử dụng mẫu chuẩn RGU có hoạt độ 4940 ± 30 Bq/kg được cung cấp bởi IAEA [15]. Mẫu chuẩn được đựng trong hộp hình trụ được làm từ nhựa Polymetyl 12 Mehacylate có đường kính trong và bề dày thành lần lượt là 7,3 cm và 1mm.

Mẫu chuẩn được nhốt trong 30 ngày để đạt đến trạng thái cân bằng. Do mẫu chuẩn đã đạt trạng thái cân bằng nên có thể sử dụng hoạt độ được cung cấp để tính hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần cho các đồng vị phát gamma trong chuỗi 238U như 210Pb, 234Th, 226 Ra, 214Pb và 214Bi. Thông tin về bề dày, khối lượng, mật độ khối của các mẫu RGU STT Tên mẫu Bề dày (cm) Khối lượng (g) Mật độ khối (g/cm3) 1 U1 1,0 64,6 1,56 2 U2 1,5 97,2 1,52 3 U3 2,0 130,1 1,55 4 U4 2,6 155,9 1,44 5 U5 2,9 172,2 1,42 6 U6 3,7 231,9 1,50 2. Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe trong mô phỏng Trước khi tiến hành mô phỏng bằng chương trình MCNP – CP cần phải tạo ra tệp đầu vào có chứa tất cả các thông tin cần thiết như: mô tả đầu dò, mẫu, vật liệu, các kết quả gi nhận, các quá trình vật lý,….

Trong tệp đầu vào của chương trình MCNP – CP, hệ phổ kế gamma HPGe được chia thành các ô mạng đồng nhất được giới hạn bởi các mặt. Ở khoá luận này, hệ phổ kế được chia thành 24 ô: Từ ô thứ nhất đến ô thứ 6 được dùng để mô tả đầu dò, từ ô thứ 7 đến ô thứ 18 được dùng để mô tả buồng chì, từ ô thứ 19 đến ô thứ 24 miêu tả mẫu được đo. Riêng ô thứ 98 mô tả lớp chân không bên trong buồng chì tiếp xúc với đầu dò và ô thứ 99 mô tả khoảng chân không bên ngoài buồng chì. Tương ứng với 24 ô mạng ở trên cần 64 mặt khác nhau để liên kết tạo thành 24 ô mạng với độ quan trọng của 24 ô đầu bằng 1 và ô thứ 99 bằng 0, nghĩa là trong quá trình mô phỏng nếu có hạt nào ra ngoài buồng chì thì không theo dõi hạt này nữa.

Mô phỏng hệ phổ kế gamma HPGe bằng chương trình MCNP - CP Khoá luận đã cung cấp đủ thông tin của hệ đầu dò – buồng chì – mẫu chuẩn ở mục 2.1 để nhập liệu cho phần định nghĩa ô mạng. Tuy nhiên, trong phần mô tả vật liệu của thẻ vật liệu trong chương trình MCNP – CP cần cung cấp thêm số liệu về nguyên tử số và khối lượng của các nguyên tố, do đó cần xác định được các nguyên tố có trong mẫu, nồng độ của các nguyên tố đó. Thành phần nguyên tố có trong mẫu RGU [9] STT Nguyên tố Nguyên tử số Nồng độ (%) 1 Si 14 46,4 2 U 92 0,04 3 Al 13 0,1 4 Fe 26 0,03 5 Ca 20 0,03 6 Na 11 0,02 7 C 6 0,01 8 Mg 12 0,01 9 Pb 82 0,008 10 K 19 0,002 11 Ti 22 0,008 12 S 16 0,002 13 Th 90 0,00009 14 O 8 53,33991 14 2. Đánh giá hệ số trùng phùng Điểm khác biệt của chương trình MCNP – CP là đã bổ sung thẻ CPS để mô phỏng các nguồn phát hạt có tính tương quan.

Nếu mô phỏng hiệu ứng trùng phùng, khoá luận sử dụng dòng lệnh thứ hai với cấu trúc thẻ CPS 2j 1 0 6r, trong đó 2j là cài đặt mặc định cho DCPGT và IAS, IGA=1 là chỉ cho phép phát gamma, IKX=0 là không cho phát tia ở lớp K, 6r là các giá trị tiếp theo lặp lại giá trị 0. Lúc này mô phỏng chỉ quan tâm tới việc phát bức xạ gamma, không quan tâm tới tương quan góc của các bức xạ gamma. Muốn mô phỏng loại bỏ hiệu ứng trùng phùng khoá luận sử dụng dòng lệnh thứ ba có cấu trúc thẻ CPS -1. Lúc này tập tin mô phỏng một nguồn không tương quan, đánh giá độc lập tất cả các hạt phát bức xạ gamma, ghi nhận lịch sử riêng biệt của mỗi hạt và không xét đến mối tương quan góc của các bức xạ gamma.

Cấu trúc thẻ mô tả nguồn (Source card) trong tệp đầu vào STT dòng SOURCE CARDS 1 SDEF POS=0 0 0.1 PAR=2 ZAM=D1 CELL=23 AXS=0 0 1 EXT=D2 RAD=D3 2 CPS 2j 1 0 6r $correction CSF 3 c CPS -1 $uncorrection CSF 4 SI1 L 0822100 5 SP1 D 1 6 SI2 0 0.38149 13 NPS 2E8 15 Với đánh giá phân bố độ cao xung F8, các hạt bay vào đầu dò, tương tác với vật chất đầu dò và được chương trình MCNP-CP ghi nhận vào các khe năng lượng tương ứng với năng lượng mà chúng truyền trong đầu dò. Thống kê số đếm tại các khe tương ứng với năng lượng quan tâm sẽ thu được số tia gamma ứng với năng lượng đó đã được đầu dò ghi nhận. Thu thập các số đếm tại tất cả các khe năng lượng sẽ có được phổ gamma. Trong khoá luận này để mô tả hệ đo, các dãy năng lượng của đầu dò được chia tương ứng với các kênh trong hệ phổ kế, nghĩa là 16384 khe, với mức năng lượng từ 0,0005 MeV đến 2,8000 MeV.

Dòng lệnh cuối cùng cho biết số hạt đến đầu dò được mô phỏng là 200000000 hạt. Khoá luận sẽ mô phỏng tương tự cho những đồng vị khác theo bề dày khác nhau, chỉ thay đổi dòng lệnh thứ 4 và thứ 6 lần lượt theo số khối của đồng vị và bề dày mẫu. Sau khi tổng hợp hiệu suất của mỗi đỉnh năng lượng của mỗi đỉnh năng lượng trong phổ mô phỏng ở hai trường hợp trên có thể tính toán được hệ số trùng phùng tại mỗi đỉnh năng lượng. Hệ số trùng phùng được tính theo công thức [14]: 0 Ccsf = (2.1) 1 Trong đó: Ccsf là hệ số trùng phùng tại đỉnh năng lượng.

 0 là hiệu suất tại đỉnh năng lượng khi không có hiệu ứng trùng phùng. 1 là hiệu suất tại đỉnh năng lượng khi có hiệu ứng trùng phùng. Với  0 được lấy từ tệp đầu ra của mô phỏng không có hiệu ứng trùng phùng, 1 được lấy từ tệp đầu ra của mô phỏng có trùng phùng. Kết luận chương 2 Trong chương này, khóa luận giới thiệu về hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe, thành phần có trong mẫu chuẩn RGU, các thông số của mẫu chuẩn được sử dụng trong chương trình mô phỏng MCNP-CP và cấu trúc tệp đầu vào được sử dụng trong chương trình mô phỏng MCNP-CP để xác định hệ số hiệu ứng trùng phùng.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3. Hiệu suất đỉnh thực nghiệm Để xác định được hiệu suất đỉnh thực nghiệm, trước tiên cần chuẩn năng lượng và trừ phông bằng chương trình Genie 2000 cho các phổ gamma của mẫu RGU tương ứng với các bề dày 1,0 cm; 1,5 cm; 2,0 cm; 2,6 cm; 2,9 cm; 3,7 cm. Sau đó diện tích đỉnh của từng đỉnh năng lượng sẽ được xác định bằng cách sử dụng chương trình Colegram. Cuối cùng, khoá luận sử dụng công thức (1.2) để tính toán hiệu suất đỉnh thực nghiệm của mẫu RGU và sai số với hoạt độ mẫu đã có sẵn, thời gian đo là 86400 s.

Sử dụng số đếm tương ứng với mỗi đỉnh năng lượng tương ứng với từng đồng vị có trong mẫu RGU, khối lượng mẫu (Bảng 2.1) và xác suất phát gamma của các đồng vị trong mẫu (Bảng 3.1) để xác định hiệu suất đỉnh thực nghiệm.