Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu hiệu suất đầu dò bán dẫn với các mẫu hình học khác nhau bằng phương pháp Monte Carlo

Hiệu suất ghi nhận của đầu dò bán dẫn là một yếu tố quan trọng trong việc đo lường phóng xạ. Hiệu suất này được xác định bằng tỉ số giữa số tia gamma được đầu dò ghi nhận và số tia gamma phát ra từ mẫu đo. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất bao gồm thành phần vật liệu, dạng hình học, kích thước mẫu, và khoảng cách từ mẫu đến đầu dò. Đầu dò bán dẫn, đặc biệt là đầu dò bán dẫn germanium siêu tinh khiết (HPGe), thường được sử dụng do độ nhạy cao và khả năng ghi nhận bức xạ tốt. Việc xác định hiệu suất ghi nhận có thể thực hiện qua nhiều phương pháp như thực nghiệm, bán thực nghiệm và mô phỏng. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, trong đó phương pháp mô phỏng Monte Carlo được đánh giá cao nhờ khả năng linh hoạt và chính xác trong việc mô phỏng các tương tác phức tạp giữa photon và vật liệu.

Phương pháp Monte Carlo là một kỹ thuật mạnh mẽ trong việc mô phỏng các quá trình vật lý phức tạp. Trong nghiên cứu hiệu suất của đầu dò bán dẫn, phương pháp này cho phép mô phỏng lịch sử tương tác của photon với vật liệu môi trường. Chương trình MCNP5 (Monte Carlo N-Particle) được sử dụng để mô phỏng quá trình vận chuyển của photon từ nguồn phóng xạ đến đầu dò. Phương pháp này không chỉ giúp xác định hiệu suất ghi nhận mà còn giảm thiểu ảnh hưởng của hiệu ứng trùng phùng, một vấn đề thường gặp trong các phép đo thực nghiệm. Bằng cách sử dụng các thông số đầu vào linh hoạt, người dùng có thể điều chỉnh mô hình để phù hợp với các dạng hình học khác nhau của mẫu đo, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả.

Nghiên cứu đã xác định hiệu suất ghi nhận của đầu dò GMX-4076PL đối với nhiều mẫu có dạng hình học khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu suất đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần thay đổi theo khoảng cách từ nguồn đến đầu dò. Cụ thể, hiệu suất ghi nhận ở khoảng cách 5 cm, 10 cm và 18 cm được xác định bằng cả phương pháp thực nghiệm và mô phỏng MCNP5. Các số liệu thu được cho thấy sự tương đồng cao giữa hai phương pháp, chứng tỏ tính chính xác của mô phỏng Monte Carlo trong việc xác định hiệu suất. Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng tổng cũng được tính toán để đảm bảo độ chính xác trong các phép đo. Kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc đo lường phóng xạ trong môi trường.

Nghiên cứu về hiệu suất của đầu dò bán dẫn qua phương pháp Monte Carlo không chỉ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi nhận mà còn mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong lĩnh vực đo lường phóng xạ. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các phòng thí nghiệm hạt nhân, giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo phóng xạ. Hơn nữa, việc sử dụng phương pháp mô phỏng giúp giảm thiểu chi phí và thời gian cho các thí nghiệm thực nghiệm, đồng thời giảm thiểu rác thải phóng xạ. Những ứng dụng này có thể góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người trong bối cảnh gia tăng sử dụng công nghệ hạt nhân.