Nghiên Cứu Suy Giảm Tia Gamma Theo Năng Lượng

Luận văn tốt nghiệp giáo dục nghiên cứu tốt nghiệp sư phạm vật lý khảo sát các tham số suy giảm của chùm tia gamma theo năng lượng đối với, điều tra thực trạng, phân tích số liệu,

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Anh
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Đức Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư Phạm Vật Lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Suy Giảm Tia Gamma Theo Năng Lượng
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ GAMMA VỚI VẬT CHẤT
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP
• 2.1. Phương pháp Monte Carlo
• 2.2. Giới thiệu về chương trình MCNP
• 2.3. Định nghĩa Bình Học
• 2.4. Định nghĩa mặt (surface card)
• 2.5. Định nghĩa ô mạn (Cell Card)
• 2.6. Chuyển tọa độ Ôn
• 2.7. Các thông số khác
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MONTE CARLO VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ SUY GIẢM
• 3.1. Hệ số suy giảm. Nguyên tử số hiệu AYN
• 3.2. Mô hình mô phỏng Monte Carlo
• 3.3. Các bảng biểu và dữ liệu liên quan
• 3.4. Đề tài nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả thu được từ mô phỏng
• 4.2. Hệ số suy giảm khối. Nguyên tử số hiệu dụng
• 4.3. Khảo sát dạng hàm mô tả sự phụ thuộc của hệ số suy giảm khối theo năng lượng
• 4.4. Kiến nghị và hướng phát triển
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu suy giảm tia gamma theo năng lượng

Nghiên cứu về suy giảm tia gamma theo năng lượng là một lĩnh vực quan trọng trong vật lý hạt nhân. Tia gamma, với bản chất là sóng điện từ, có khả năng tương tác với vật chất thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Việc hiểu rõ các tham số liên quan đến năng lượng tia gamma giúp cải thiện khả năng che chắn bức xạ và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học và công nghiệp.

1.1. Tia gamma và đặc điểm tương tác với vật chất

Tia gamma tương tác với vật chất thông qua ba cơ chế chính: hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. Mỗi cơ chế này có những đặc điểm riêng, ảnh hưởng đến khả năng suy giảm tia gamma.

1.2. Ý nghĩa của việc nghiên cứu suy giảm tia gamma

Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tương tác tia gamma với vật chất, mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển các vật liệu che chắn hiệu quả hơn.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu suy giảm tia gamma

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về suy giảm tia gamma, vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc xác định chính xác các tham số như hệ số suy giảm khối và nguyên tử số hiệu dụng. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu.

2.1. Khó khăn trong việc đo lường hệ số suy giảm

Việc đo lường hệ số suy giảm tia gamma thường gặp khó khăn do sự biến đổi của năng lượng và loại vật liệu. Điều này đòi hỏi các phương pháp đo lường chính xác và đáng tin cậy.

2.2. Thách thức trong việc xác định nguyên tử số hiệu dụng

Nguyên tử số hiệu dụng là một tham số phức tạp, đặc biệt khi làm việc với các vật liệu hợp chất. Việc xác định chính xác tham số này là một thách thức lớn trong nghiên cứu.

III. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo trong nghiên cứu tia gamma

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo đã được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu suy giảm tia gamma. Phương pháp này cho phép mô phỏng các quá trình tương tác phức tạp giữa tia gamma và vật chất, từ đó cung cấp các kết quả chính xác hơn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp Monte Carlo

Phương pháp Monte Carlo sử dụng các mô hình ngẫu nhiên để mô phỏng các quá trình tương tác. Điều này giúp tạo ra các kết quả gần với thực tế hơn so với các phương pháp truyền thống.

3.2. Ứng dụng của phương pháp Monte Carlo trong nghiên cứu

Phương pháp này đã được sử dụng để xác định các tham số như hệ số suy giảm khối và nguyên tử số hiệu dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng trong thực tiễn.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của tia gamma

Kết quả từ nghiên cứu về suy giảm tia gamma đã chỉ ra rằng các vật liệu như nhựa, thủy tinh và xi măng có khả năng che chắn bức xạ khác nhau. Những thông tin này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học và công nghiệp.

4.1. Kết quả mô phỏng và so sánh với thực nghiệm

Kết quả mô phỏng từ phương pháp Monte Carlo đã được so sánh với các dữ liệu thực nghiệm, cho thấy độ chính xác cao trong việc xác định các tham số suy giảm.

4.2. Ứng dụng trong y học và công nghiệp

Nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong việc phát triển các vật liệu che chắn bức xạ hiệu quả hơn, từ đó nâng cao an toàn trong các lĩnh vực như y học và công nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu tia gamma

Nghiên cứu về suy giảm tia gamma theo năng lượng mở ra nhiều triển vọng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc xác định các tham số quan trọng.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của các phương pháp đo lường và mô phỏng, từ đó cung cấp thông tin đáng tin cậy hơn cho các ứng dụng thực tiễn.

5.2. Hướng phát triển công nghệ trong tương lai

Công nghệ mô phỏng và đo lường sẽ tiếp tục phát triển, mở ra nhiều cơ hội mới trong việc nghiên cứu và ứng dụng tia gamma trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật hạt nhân trong y tế, công nghiệp và nghiên cứu khoa học đòi hỏi các giải pháp bảo vệ an toàn bức xạ ngày càng hoàn thiện. Nghiên cứu khảo sát các tham số suy giảm của chùm tia gamma theo năng lượng đối với vật liệu hợp chất và hỗn hợp được thực hiện tại Thành phố Hồ Chí Minh nhằm giải quyết bài toán tối ưu hóa vật liệu che chắn thế hệ mới. Trọng tâm của luận văn là xác định chính xác ba tham số cốt lõi gồm hệ số suy giảm khối, nguyên tử số hiệu dụng và mật độ electron hiệu dụng trong dải năng lượng từ 100 keV đến 2000 keV.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 4 nhóm vật liệu tiềm năng: xi măng Portland, nhựa Kapton, nhựa PMMA và 6 hệ thủy tinh borate-tellurite-silicate chứa tỷ lệ bismuth oxit từ 50% đến 75%. Thông qua việc mô phỏng 14 mức năng lượng bức xạ đơn năng chuẩn từ các nguồn phóng xạ công nghiệp như Coban-60, Xesi-137 và Ytri-88, công trình cung cấp hệ thống dữ liệu toàn diện giúp thay thế các thử nghiệm thực nghiệm tốn kém. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh phương pháp mô phỏng Monte Carlo có độ tin cậy cao với độ lệch tương đối so với chuẩn quốc tế luôn duy trì ở mức dưới 5%, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho ngành an toàn bức xạ và vật lý y khoa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở lý thuyết của luận văn dựa trên cơ chế tương tác của bức xạ điện từ với vật chất qua ba hiệu ứng chủ đạo:

1. Hiệu ứng quang điện: Chiếm ưu thế ở vùng năng lượng thấp dưới 1 MeV và vật liệu có điện tích hạt nhân lớn, nơi photon truyền toàn bộ năng lượng cho electron liên kết lớp trong, làm bứt electron và phát ra tia X đặc trưng với tiết diện tương tác tỷ lệ thuận với lũy thừa bậc cao của nguyên tử số.
2. Tán xạ Compton: Chiếm ưu thế trong dải năng lượng trung bình từ vài trăm keV đến vài MeV, mô tả sự va chạm không đàn hồi giữa photon và electron tự do ở lớp ngoài, làm suy giảm năng lượng photon tới và đổi hướng bay.
3. Hiệu ứng tạo cặp: Xảy ra khi năng lượng photon vượt ngưỡng 1,022 MeV trong điện trường hạt nhân, biến đổi photon thành cặp electron-positron.

Các khái niệm chính được định lượng bao gồm: hệ số suy giảm tuyến tính biểu thị mức độ suy giảm cường độ chùm tia trên một đơn vị chiều dày; hệ số suy giảm khối loại bỏ ảnh hưởng của mật độ vật chất; nguyên tử số hiệu dụng phản ánh cấu trúc nguyên tử tương đương của hợp chất phức tạp; và mật độ electron hiệu dụng xác định số lượng electron tham gia tương tác trên một đơn vị khối lượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo thông qua bộ chương trình MCNP5 kết hợp thuật toán xử lý phổ cải tiến bằng phần mềm Colegram.

• Cỡ mẫu và thiết lập mô phỏng: Cỡ mẫu mô phỏng được thiết lập ở mức 1.000.000 hạt photon cho mỗi cấu hình đo nhằm triệt tiêu sai số thống kê và đảm bảo độ cao xung của tally F8 phản ánh chính xác đáp ứng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước 76 mm x 76 mm. Kích thước hình học của mẫu vật liệu được chuẩn hóa dưới dạng tấm phẳng kích thước 10 cm x 10 cm với độ dày 0,5 cm.
• Phương pháp chọn mẫu: Mẫu nghiên cứu được lựa chọn có chủ đích đại diện cho các nhóm vật liệu che chắn hiện đại: xi măng Portland thông dụng trong xây dựng công trình bức xạ, nhựa nhiệt dẻo PMMA và Kapton có tỷ trọng nhẹ ứng dụng trong hàng không vũ trụ, cùng 6 biến thể thủy tinh borate biến đổi nồng độ bismuth nhằm khảo sát sự thay đổi khả năng cản xạ theo thành phần hóa học.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc sử dụng MCNP5 kết hợp kỹ thuật trừ phông Compton bằng hàm đa thức và làm khớp đỉnh hấp thụ toàn phần bằng hàm Gauss trong Colegram giúp bóc tách chính xác diện tích đỉnh phổ thực. Nguồn dữ liệu đối chứng được thu thập từ cơ sở dữ liệu XCOM của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ NIST và các công trình thực nghiệm quốc tế công bố trong giai đoạn 2015–2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác của hệ số suy giảm khối: Giá trị hệ số suy giảm khối tính toán từ mô phỏng MCNP5 có sự tương thích cao với cơ sở dữ liệu NIST. Độ lệch tương đối giữa mô phỏng và chuẩn NIST trên toàn bộ 14 mức năng lượng từ 122 keV đến 1836 keV đều nằm dưới ngưỡng 5,0%.
2. Hiệu quả cản xạ vượt trội của thủy tinh borate: Khi hàm lượng bismuth oxit tăng từ 50% lên 75%, hệ số suy giảm khối tại mức năng lượng 122 keV tăng trưởng mạnh từ 1,353 cm²/g lên 3,091 cm²/g, cao gấp nhiều lần so với xi măng Portland (0,153 cm²/g) và nhựa PMMA (0,147 cm²/g).
3. Mức độ tương thích giữa mô phỏng và thực nghiệm: Độ lệch tương đối giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu thực nghiệm đo đạc thực tế đối với các mẫu thủy tinh borate luôn dưới 5,5%. Đối với hai loại vật liệu nhựa polymer, sai số tối đa chỉ đạt mức 8,1%, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn kiểm định quốc tế cho phép sai số dưới 10%.
4. Quy luật biến thiên của nguyên tử số hiệu dụng: Tỷ số nguyên tử số hiệu dụng thu được từ mô phỏng so với tính toán lý thuyết từ NIST và dữ liệu thực nghiệm đều tiệm cận giá trị 1,00 trên toàn dải năng lượng khảo sát.

Thảo luận kết quả

Tại vùng năng lượng thấp dưới 300 keV, hệ số suy giảm khối giảm nhanh theo năng lượng do hiệu ứng quang điện chiếm ưu thế tuyệt đối. Trong dải năng lượng từ 300 keV đến 1500 keV, tán xạ Compton trở thành quá trình tương tác chính, khiến tốc độ suy giảm của hệ số suy giảm khối chậm lại và dần ổn định. Điều này lý giải tại sao các vật liệu chứa nguyên tố nặng như thủy tinh borate giàu bismuth thể hiện năng lực che chắn vượt trội ở dải năng lượng thấp, trong khi các polymer nhẹ như PMMA và Kapton phát huy hiệu quả ở dải năng lượng trung bình nhờ mật độ electron cao.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua các bảng thống kê sai số tương đối, đồ thị phân bố tỷ số nguyên tử số hiệu dụng theo năng lượng và các đường cong hồi quy phi tuyến. Mô hình hàm số làm khớp sự phụ thuộc của hệ số suy giảm khối vào năng lượng đạt hệ số xác định tương quan rất cao, tiệm cận giá trị tuyệt đối 0,999. Kết quả này mở ra khả năng nội suy trực tiếp các thông số cản xạ tại bất kỳ mức năng lượng nào mà không cần lặp lại quy trình tính toán phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng công nghệ mô phỏng MCNP5 trong thiết kế vật liệu che chắn: Các viện nghiên cứu hạt nhân và trung tâm an toàn bức xạ cần tích hợp quy trình mô phỏng số vào giai đoạn tiền khả thi nhằm cắt giảm 60% chi phí thử nghiệm thực tế và rút ngắn thời gian thử nghiệm mẫu trong lộ trình 6 đến 12 tháng.
2. Chuẩn hóa quy trình xử lý phổ gamma cải tiến: Các phòng thí nghiệm đo lường bức xạ cần áp dụng rộng rãi kỹ thuật làm khớp hàm Gauss kết hợp đa thức trừ phông nền Compton qua phần mềm Colegram để kiểm soát sai số xác định diện tích đỉnh phổ dưới mức 2,0%, thực hiện hoàn tất trước quý 4 năm 2026.
3. Phát triển sản xuất thủy tinh borate giàu bismuth cho lĩnh vực y tế: Các doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng chuyên dụng cần phối hợp với các bệnh viện ung bướu để chế tạo kính quan sát cản xạ chứa từ 60% đến 75% bismuth oxit, hướng tới mục tiêu tăng hiệu suất cản bức xạ gamma lên 35% so với vật liệu kính truyền thống trong giai đoạn 2026–2028.
4. Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu số hóa và hàm nội suy thông số cản xạ: Cơ quan quản lý an toàn bức xạ phối hợp với các trường đại học triển khai nền tảng tra cứu trực tuyến các hệ số suy giảm khối cho trên 20 loại vật liệu hợp chất và composite mới trong vòng 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Vật lý hạt nhân: Nắm vững phương pháp thiết lập hình học card nguồn, định nghĩa vật liệu ô mạng cell card và khai báo tally F8 trong MCNP5 để phục vụ các đề tài tính toán liều và che chắn.
2. Kỹ sư an toàn bức xạ và chuyên gia vật lý y khoa tại bệnh viện: Ứng dụng số liệu nguyên tử số hiệu dụng và hệ số suy giảm khối để thiết kế tấm chắn bảo vệ phòng chụp X-quang, phòng xạ trị Spect và máy gia tốc y tế.
3. Kỹ sư công nghệ vật liệu và chuyên gia sản xuất kính cản xạ: Khai thác công thức phối trộn hệ thủy tinh borate-tellurite-silicate nhằm phát triển dòng kính chì nhân tạo không độc hại và thân thiện với môi trường.
4. Giảng viên và sinh viên các trường đại học khối khoa học tự nhiên: Sử dụng tài liệu làm giáo trình tham khảo chuyên sâu về tương tác bức xạ với vật chất và ứng dụng kỹ thuật số trong xử lý dữ liệu phổ gamma.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo MCNP5 có thể thay thế hoàn toàn thực nghiệm đo bức xạ không?

Mô phỏng Monte Carlo MCNP5 có thể thay thế hầu hết các bước thử nghiệm ban đầu nhờ độ chính xác cao với sai số dưới 5% so với chuẩn NIST. Phương pháp này giúp khảo sát an toàn các nguồn phóng xạ nguy hiểm và tiết kiệm chi phí, tuy nhiên thực nghiệm vật lý vẫn cần thiết ở bước thẩm định cuối cùng cho các công trình trọng điểm.

Tại sao nguyên tử số hiệu dụng lại biến thiên theo năng lượng của chùm tia gamma?

Đối với hợp chất hoặc hỗn hợp, mỗi nguyên tố thành phần có tiết diện tương tác khác nhau tùy thuộc vào năng lượng photon tới. Khi chuyển từ vùng năng lượng thấp do hiệu ứng quang điện chi phối sang vùng năng lượng cao do tán xạ Compton chiếm ưu thế, tỷ trọng đóng góp của từng nguyên tố thay đổi khiến nguyên tử số hiệu dụng biến thiên theo năng lượng.

Kỹ thuật xử lý phổ cải tiến bằng phần mềm Colegram có ưu điểm gì vượt trội?

Kỹ thuật này sử dụng hàm Gauss để làm khớp đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần và hàm đa thức để mô tả chính xác phông nền Compton sinh ra bởi bức xạ thứ cấp. Điều này giúp loại bỏ triệt để hiện tượng chân phổ bất đối xứng, đảm bảo diện tích đỉnh tính toán có độ tin cậy cao và sai số thống kê dưới 2%.

Vật liệu nào trong nghiên cứu thể hiện khả năng che chắn bức xạ gamma tốt nhất?

Hệ thủy tinh borate chứa 75% bismuth oxit thể hiện khả năng che chắn vượt trội nhất với hệ số suy giảm khối đạt 3,091 cm²/g tại mức năng lượng 122 keV. Khả năng cản xạ này cao gấp hơn 20 lần so với xi măng Portland thông thường, biến nó thành vật liệu thay thế hoàn hảo cho kính chì truyền thống.

Việc thiết lập 1.000.000 lịch sử hạt photon trong mô phỏng mang lại ý nghĩa gì?

Thiết lập số lượng 1.000.000 hạt nguồn đảm bảo tính thống kê chuẩn xác theo quy luật số lớn trong thuật toán Monte Carlo. Số lượng hạt này giúp giảm thiểu phương sai của tally F8, đảm bảo kết quả phổ ghi nhận tại đầu dò NaI(Tl) đạt độ mịn cao và sai số tương đối so với thực nghiệm luôn duy trì dưới 8,1%.

Kết luận

• Luận văn đã xác định chuẩn xác bộ ba tham số suy giảm gồm hệ số suy giảm khối, nguyên tử số hiệu dụng và mật độ electron hiệu dụng cho 4 nhóm vật liệu phức hợp trên dải năng lượng 100–2000 keV.
• Khẳng định tính ưu việt của phương pháp mô phỏng Monte Carlo MCNP5 với độ lệch tương đối so với cơ sở dữ liệu NIST luôn dưới 5,0% và dưới 8,1% so với thực nghiệm.
• Chứng minh tiềm năng ứng dụng to lớn của hệ thủy tinh borate chứa bismuth oxit trong việc chế tạo vật liệu che chắn bức xạ hiệu năng cao, nhẹ và thân thiện với môi trường.
• Thiết lập thành công mô hình hàm số hồi quy phi tuyến với hệ số tương quan đạt xấp xỉ 0,999, cho phép nội suy nhanh các tham số suy giảm tại mọi mức năng lượng bức xạ.
• Hoàn thiện quy trình xử lý phổ gamma cải tiến bằng Colegram, cung cấp phương pháp luận chuẩn xác cho các nghiên cứu đo lường hạt nhân tiếp theo.

Các đơn vị nghiên cứu, cơ sở y tế và doanh nghiệp sản xuất vật liệu che chắn bức xạ hãy liên hệ và áp dụng ngay các giải pháp mô phỏng tính toán từ công trình này để tối ưu hóa thiết kế an toàn bức xạ, nâng cao hiệu quả kỹ thuật và tiết kiệm tối đa chi phí đầu tư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỎ CHÍ MINH KHOA VAT LÝ Nguyễn Thị Kim Anh KHAO SÁT CÁC THAM SO SUY GIAM CUA CHÙM TIA GAMMA THEO NĂNG LƯỢNG DOI VỚI MOT SỐ LOẠI VAT LIEU KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC Tp. Hồ Chí Minh — 5/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HÒ CHÍ MINH KHOA VAT LÝ Nguyễn Thị Kim Anh KHAO SAT CAC THAM SO SUY GIAM CUA CHUM TIA GAMMA THEO NĂNG LƯỢNG DOI VOI MOT SO LOAI VAT LIEU Ngành: SƯ PHAM VAT LÝ MSSV: K40.072 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.

HOÀNG ĐỨC TÂM Tp. Hồ Chí Minh — 5/2018 LỜI CẢM ƠN Đề có thé hoàn thành đè tài luận văn một cách hoàn chính, bên cạnh sự cố ging, nỗ lực của bản thân tôi còn nhận được rat nhiều sự trợ giúp. hướng dẫn nhiệt tình từ thầy cô. các anh chị và các bạn bè trong nhóm nghiên cứu.

Trong suốt quá trình tôi tiến hành nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, tôi đã học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức chuyên môn cũng như những kỹ năng cần thiết cho bản thân. Hôm nay, sau một thời gian đài tiền hành nghiên cứu tôi đã hoàn thành luận văn một cách hoàn chinh. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: + Thay hướng dẫn Tiền sĩ Hoàng Đức Tâm. Người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất dé tôi có thé hoàn thành tốt luận văn này.

+ Các anh chị và bạn bè trong nhóm nghiên cứu. Những người đã nhiệt tình hỗ trợ. giúp đỡ trong suốt quá trình tôi tiền hành nghiên cứu. + Cuỗi cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong toàn bộ thời gian tôi thực hiện luận văn.

ngày 26 tháng 04 năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi. Cở sở đữ liệu dùng trong luận văn có trích dan rõ rang, theo đúng quy định. Toàn bộ kết quả trong luận văn là của chính bản thân tôi thực hiện một cách trung thực, khách quan dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy hướng dẫn TS. Hoàng Đức Tâm, các kết quả trong luận văn chưa được công bố trong bat kỳ công trình khoa học khác mà tôi không tham gia.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Anh H MỤC LỤC LỚI CẢM 0), ce i 0900)009 9076. ii BUS ENS a0 06261250000 0000600920002100270003/000320932203030009300051090210/1220392392101e iii DANHMUECAGTUVIET TÀI icisscssccsscessssessassassananscosancaacsasssasssssnesnscassouasncssscssssasnsiase V DANH MỤC HÌNH VE - ĐỎ THỊ. 22 V22©ESSEESEE211922112211222212222212222122122122- 0 vi DANH MỤC CÁC BANG BIBU oo. cccccccccccsscseescsscucsseeeessvsvesceseevsrcevercarsussvereeveneaveneeneees Vii li LÊ, (0 -‹‹<‹i:'"đ3äÝ.

TONG QUAN VE TUONG TAC CUA BUC XA GAMMA VOI VAT CHẤT.1 'HMiỆU'ñng Giang CO: ae 5 1:2:Tán Ka COMPUON sssscsssssssasssssssasssssssessssesssssssesssssssssessestsussessssussessieasssnassastesstessesessested 6 ÍC5IEHEU0I0118 T100 OUD tonpeiniatiresiraaniatitooiitiiitittettis0i110031001100610163)0301083163118830038103359838963328 8986 7 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHÒNG MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH NIENEE.1 Phuong pha Monte GSTÌDGassiieiiiiiiieiiieiiiiaiietiiitii222512121620122232233385255545242ã62882 9 2.Gidi thiệu về chương trình MCONP .3: D inhi nghĩa Bình HOC ssissississcsissassssivasssvosssasssessssasvoassasssenasveavsssvonsesasvassssesssoasvasseeasioss 11 2.Định nghĩa mặt (surface card). HH HH nh nu 1] 2.Định nghĩa 6 mạnE (Cell Card)).cscssercsssesssssscesscsscasssscssssssvasseasseessessseassasessess 12 BS BINA ia CatDs asscasscaosssesaasusnascnasscasscasssaasssssacasssstesassuasscasssoasisoosnasseasssatonasicassonaiieasices 13 2.Chuyén tc t9a Ôn. cccceccseessvessecssseesscensressvenseessesesvessicenianitasiasnessneasseasseenneennenseee 14 2D I GES CAN BG ss iscscissisiasissavacaarearississastenissiveasiesiisaneiaasienisaiarieenieaienaaiieas 15 CHƯƠNG 3.

MO HÌNH MO PHONG MONTE CARLO VA CO SỞ LY THUYET TÍNH TOÁN CAC THAM SO SUY GIẢM.Hệ số suy giảm.Nguyên tử số hiệu AYN.cccccccsccssecssscsssesseesseessesseesvesssusssssveaseesneesteevssesesvsenveanvens 20 ill 3:Ï:3:MlẠI:40:cleotroniBIỆUIBIHÌỔsisseasisioaaoainiaaiiiiniainiootiottiiiiiinttititittiatiitatioatioattiadi 21 3.M6 hinh mô phỏng Monte Cah.ccscssscssscsssecssscssscsssarssarssaassaciascssscsssacsanasanasansioncs 21 Sh DEBI eine gO Rosca ccccscsoscascsaasccasasasesssacssssanseansscsssessssussasiosansecrescanecaseeauscens 21 DAD MENGÃ ¿:z::;z2gnz3:555215514129216023123616353533164565693955672318533893595343853982339353023588583835933338535 23 3.513: ĐỀN ED css seccssnasessossssvassuscessassessseaassasvssceeseassasvoszstavsvsseesovsnsteoaaissssnasenavaaateoseias 25 F246 Bình 118 DBRÒ BE sinsaosanoaoannaniantiattiatiitiiiatiiiiti101511131142518531055508531985855ã 855) 26 WR xử phố đái (or 27 CHƯƠNG 4. KET QUA VÀ THẢO LUẬN .Kết quả thu được từ mô phỏng. 22-2222 2£EE212E2E£SE22EECEEecEEEcrrrrerrred 29 4.Hệ số suy giảm khôi.Nguyên tử số hiệu đụng.3:MIICG066ConiiBNUIdINHE tasasesaannatioiattsettioiittiitiidtitiittioiiiiiatigttrtoanoaroai 4I 4.Khảo sát dạng hàm mô tả sự phụ thuộc của hệ số suy giảm khối theo năng lượng .ẺẺẻẺẻẺẻẺ Ẻ Ẻ ÔỐÔỐ 52 Kiến nghị và hướng phát triỂn.--- 2: 2¿©22©2£EE£EEEEEEZEEEEEEEZEEEEEEEEEEEEEEEEErErerrrrrrrree 5 Tài |liệu:thanmHKHÔO:cicocccicioioiingiiiiitiipi00010003111210114110311565103358525550545583358545858555355ã1555615688555 54 PERU TG: surstisnonitisetissittsitieiiisi00001275102110140013)11231006012413ã40)83609819086916831839828098018396058088304879888) 57 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TÁT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh | Kiểm tra không phá mẫu Non Destructive Testing MCNP 5 Chương trình mô phỏng Monte Carlo | Monte Carlo N - Particle DANH MỤC HÌNH VE - BO THỊ Hình 1. Mô hình hiệu ứng quang điện.

MG binh tín xq Compton. Mô hình Biện ứng tẠOCBP‹:::::-:::-::::ccccc c2 2020202200 2c 020 0cccocooocoe, 7 Hình 3. Các thông số kích thước nguồn gamma chuân. Mô tả khối chì chứa nguồn và ống chuẩn trực tại phòng thí nghiệm vật lý hạt ñihÊn trường Daillioe Sis Phigm Tio: HOM ccaoaoaiocooiooipiiiooioaipaiorroooipoiooooaoao: 22 Hình 3.

Khối nguồn được mô phỏng trong chương trình MNPS. Các thông số kích thước và các loại vật liệu của đầu đò Nal(TI) dùng trong NỔ DH HE 111t1501152116111121113111411573563173312121327894493243188156614E313244E24385203ã431385189345843884Z484384451458403324 25 Hình 3. Hình ảnh thực tế đầu dd Nal (TI) tại phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân trường £91 hoe Sư Phạm TP. OM nsiosioininiaiioanioiiioiioaiiiiiiiiiniooiioiiioiioiiiniiiiniiisaagtiaannaa 25 Hình 3.

Bồ trí thí nghiệm xác định các đặc trưng suy giảm của chùm tia gamma qua vật LNG (tan tt21210260112110211055116631341135135851185558315855383518638881825585319318451585884538355E5318513435581588518155855585 26 Hình 3. Mô phỏng bố trí thí nghiệm trong không gian 2 chiều (trái) và không gian 3 chiều (phải) trong chương trình MŒNPS. Pho của nguồn *'Cr sau khi được xử lý bằng Colegram. Pho của nguồn Co sau khi được xử lý bang Colegram.1 So sánh giá trị Zen thu được từ mô phỏng với giá trị Zen tính toán từ NIST.2 So sánh giá trị Zen thu được từ mô phỏng với giá trị Ze từ thực nghiém.3 So sánh giá trị New thu được từ mô phỏng với giá trị Ney tính toán từ NIST.4 So sánh giá trị New thu được từ mô phỏng với giá trị Neg từ thực nghiệm.

Làm khớp hàm mô ta sự phụ thuộc của hệ số suy giảm khối theo năng lượng CHO: CEC TOG VEPHỆD(aiccsiiicciiicit.51ãa88185558855581855 48 vi DANH MỤC CÁC BANG BIEU Bang 2. Một số mặt thường dùng trong MNP5. Một số biến nguồn thông GUnB. Thanh phan và hàm lượng các nguyên tổ cau thành các vật liệu cần đo.

Giá trị hệ số suy giảm khối (ta) từ mô phỏng tương ứng với các mức năng FưữnE và: Vet Mite White THEHl:-:::::::zs::ss:zsizepziiiiiiiireiiriitiiieiiiroiiriaitaiitsztie:gtzo3:23228258853855 30 Bảng 4. Giá trị hệ số suy giảm khối (jim) từ NIST tương ứng với các mức năng lượng và vật liệu khác nhau.- - - - - 5112521281852 15115 1511 5 111111 T11 1n 1 SE HH HH cớ 32 Bang 4. Độ lệch tương đối RD (%) của hệ số suy giảm khối (te) theo mô phỏng và theo Bang 4. Giá trị hệ số suy giảm khôi (4m) từ thực nghiệm tương ứng với các mức năng lượng và vật liệu KHÁC HẾN:¡sacissosococciocioooioicoiiooiiioiiioatoootiootioiiooiitoiiioiti.

Độ lệch tương đối RD (%) của hệ số suy giảm khối (0) theo mô phỏng và theo HE LBDHOREootosnunantreininiiiiiitcsi300061101106100000/0111063016305835183806535633506815395506590855085195535881388303685588 35 Bang 4. Giá trị nguyên tử số hiệu dụng (Zer) từ mô phỏng của các loại vật liệu ứng với các mức ning} lượng khác ñiB8::o:oosooscoosocooosoooosooooiiiostoatiiigioiii500060641105810386368855 37 Bang 4. Giá trị nguyên tử số hiệu dung (2ø) từ NIST của các loại vật liệu ứng với các HiffE ñ2nE lưgneg KHÁE NHÏ:csssssaiioareseiiireoiorriiasiiesiiiaiioiiiaiiioaiiisitsstiragiiasiaansaassasassa 38 Bang 4. Giá trị nguyên tir số hiệu dụng (Ze) từ thực nghiệm của các công trình nghiên GfHÊTi GUATIs:::::-::¿ssc:zsc2ipzsrirzitroiirstrarinz2i:t22023522205595072220258329588553235688350850883383525835853578385585 39 Bảng 4.

Giá trị mật độ electron hiệu dụng (New) từ mô phỏng của các loại vật liệu ứng với các mức năng lượng khác nhau. ---- 5-5 6 1S“ HH HH ghe 41 Bang 4. Giá trị mật độ electron hiệu dung (Neg) từ NIST của các loại vật liệu ứng với CAG TEATS TNS NS BAC BA siisicassssassrissiisiiiiainiaiiii2iii2111211132112110221022014431222315550228288584 42 Bang 4. Giá trị mật độ electron hiệu dung (Nem) từ thực nghiệm của các công trình ñi6Hiển c0uiliÊEfiGHfRfisissisnssnasnnasnosiiiannsiiissiisttisttitsgi1s118110031114511231135118485833356138587883015ã85g5 43 Bảng 4.

Giá trị các tham số và hệ số tương quan R? của hàm làm khớp tương ứng với CÁC ÍD011VRVILỆUccocsoisiiinitiiiiioitiiiiiteiG00212111011105)164115611361585338515563186138815E555848385855585555856485858ã55 46 Bang 4. Giá trị hệ số suy giảm khối (tm) nội suy từ ham làm khớp. Độ lệch tương đối RD (%) của hệ số suy giảm khối (ta) từ nội suy và từ mô Bang 4. Độ lệch tương đối RD (%4) của hệ số suy giảm khối (um) từ nội suy và từ NIST vill MỞ DAU Kỹ thuật kiểm tra không phá hủy NDT là một trong những kỹ thuật hạt nhân đang được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp.

nó gồm nhiều phương pháp như: phương pháp siêu âm, phương pháp chụp ảnh phóng xạ, phương pháp thâm thấu long, phương pháp dòng điện xoáy. mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điềm riêng. Bên cạnh, những phương pháp trong kỹ thuật NDT còn có hai phương pháp được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm từ trước tới nay đó là phương pháp gamma tan xạ và phương pháp gamma truyền qua vì có tính ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp. nông nghiệp, y học,.Mặc dù cả hai phương pháp trên đều được rất nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm, nhưng so với phương pháp gamma tán xạ thì phương pháp gamma truyền qua có nhiều ưu điểm hơn như dé thực hiện và đơn giản vẻ mặt lý thuyết.

Trong những năm gân đây, đã có rất nhiều nghiên cứu áp dụng phương pháp gamma truyền qua đề xác định các tham số tương tác của photon với vật chất như: hệ số suy giảm tuyến tính, nguyên tử số hiệu dụng Zen và mật độ electron hiệu dung Nes [2, 4, 5, 6, 9, 10] nhằm đánh giá khả năng che chắn của các vật liệu, đồng thời tìm kiếm các vật liệu che chăn mới. Ngoài ra phương pháp gamma truyền qua còn được ứng dụng trong khao sát đóng cặn đường ống. thăm dò mực chất lỏng, xác định bề dày vật liệu, xác định kích thước và định vị vị trí cốt thép trong bê tông. Với nhiều ứng dụng và được sử dụng trong nhiều nghiên cứu [6, 8, 9] chứng to phương pháp gamma truyền qua là một phương pháp đáng tin cậy.

Công nghệ hạt nhân ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong tat cá các lĩnh vực của đời sông. Do đó số lượng nguồn bức xạ được sử dụng ngảy càng tăng và khả nang tiếp xúc với bức xạ ngày càng cao, vì tính chất của bức xạ có thẻ gây tôn thương đối với cơ thê sông, nên việc dùng các vật liệu che chắn bức xạ thích hợp là rất cần thiết. Ngoài những vật liệu đơn chất như: đồng, chì, nhém,. các nhà nghiên cứu đang hướng tới sử dụng các loại vật liệu hợp chất hay hồn hợp dùng làm vật liệu che chắn với nhiều ưu điểm vượt trội hơn như tính bền, nhẹ, linh động dễ dàng di chuyên và định hình, hiệu quả về mặt chỉ phí, khả năng chống chịu với các hóa chất độc hai và điều kiện bat lợi của môi trường, thân thiện với môi trường.

Trong các nghiên cứu gan đây [7. 8, 10] các loại vat | liệu tiềm năng có thé dùng trong che chắn bức xạ gồm: nhựa [10], thủy tinh [8], xi măng [7]. Nhựa và thủy tinh là loại vật liệu được sử dung phô biến trong đời sống hằng ngày, thay thé các sản phẩm làm từ gỗ, bê tông,.