Khóa luận so sánh kỹ thuật gamma tán xạ ngược và kỹ thuật gamma truyền qua trong xác mật độ dung dịch bằng chương trình mcnp

Khóa luận so sánh kỹ thuật gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua trong xác định mật độ dung dịch bằng chương trình MCNP chính xác.

• Tác giả: Trịnh Thị Ngọc Huyền
• 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: So Sánh Kỹ Thuật Gamma Tán Xạ Ngược Và Kỹ Thuật Gamma Truyền Qua Trong Xác Định Mật Độ Dung Dịch Bằng Chương Trình MCNP
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TƯƠNG TÁC GAMMA VỚI VẬT CHẤT
• 1.1. Hiệu ứng quang điện
• 1.2. Hiệu ứng Compton
• 1.3. Kỹ thuật gamma tán xạ ngược
• 1.4. Ảnh hưởng của tán xạ nhiều lần
• 1.5. Kỹ thuật gamma truyền qua
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM TRONG MÔ PHỎNG MONTE CARLO
• 2.1. Chương trình MCNP
• 2.2. Đặc điểm chương trình MCNP5
• 2.3. Cấu trúc chương trình MCNP5
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Tóm tắt

I. Tổng quan về gamma tán xạ ngược và truyền qua xác định mật độ vật chất

Trong vật lý hạt nhân và kỹ thuật đo lường, gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua là hai kỹ thuật phổ biến dùng để xác định mật độ vật chất không phá hủy. Phương pháp này dựa trên tương tác của tia gamma với vật liệu, trong đó cường độ gamma ghi nhận ở đầu dò thay đổi tùy theo mật độ dung dịch hay vật liệu được khảo sát. Tia gamma từ nguồn phóng xạ như 137Cs với năng lượng khoảng 662 keV tương tác với electron trong vật liệu thông qua các hiện tượng như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và tán xạ Compton. Trong đó, gamma tán xạ ngược xảy ra khi tia gamma bị tán xạ với góc lớn hơn 90 độ, còn gamma truyền qua là quá trình gamma xuyên qua vật liệu bị suy giảm theo một hàm mũ do hấp thụ và tán xạ. Công trình của Trịnh Thị Ngọc Huyền (2018), sử dụng chương trình mô phỏng Monte Carlo MCNP5, đã phân tích chi tiết cơ chế và hiệu quả của hai kỹ thuật này trong xác định mật độ dung dịch với nhiều loại dung dịch có mật độ đa dạng từ khoảng 0,7 g/cm3 đến 2,9 g/cm3. Việc so sánh đã cho thấy ưu nhược điểm rõ ràng của mỗi kỹ thuật và đặt nền tảng cho ứng dụng trong đo mật độ các loại vật chất thường dùng trong nghiên cứu và công nghiệp.

1.1. Đặc điểm tương tác gamma với vật chất trong kỹ thuật đo mật độ vật liệu

Tương tác của tia gamma với vật chất chủ yếu gồm các cơ chế: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton, và hiệu ứng tạo cặp. Với nguồn 137Cs phát ra gamma 662 keV, hiện tượng chủ yếu là tán xạ Compton, đặc biệt là trong môi trường vật liệu có số nguyên tử không quá lớn. Gamma sau khi tương tác sẽ giảm năng lượng và thay đổi hướng đi, tạo nên các tín hiệu khác nhau ở đầu dò. Việc xác định mật độ vật chất dựa trên việc đo cường độ gamma sau tương tác, từ đó tính toán theo các mô hình lý thuyết phù hợp.

1.2. Cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng Monte Carlo trong xác định mật độ

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo là công cụ mạnh để mô phỏng quá trình truyền và tương tác của tia gamma với mẫu vật. Chương trình MCNP5 được sử dụng để mô hình hóa chi tiết đường đi tia gamma qua vật liệu và đầu dò. Mô hình này giúp đánh giá chính xác cường độ gamma thu được, mô phỏng các hiệu ứng tán xạ đa lần, và cho phép xây dựng các đường phụ thuộc giữa cường độ tia gamma với mật độ vật chất. Qua đó, hỗ trợ phân tích và so sánh các phương pháp đo mật độ sử dụng gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua.

II. Các thách thức phổ biến khi sử dụng gamma tán xạ ngược và truyền qua xác định mật độ

Việc sử dụng gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua để xác định mật độ vật chất đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật và lý thuyết. Một số hạn chế quan trọng bao gồm ảnh hưởng của tán xạ nhiều lần, hiệu ứng bão hòa cường độ trong kỹ thuật tán xạ ngược và yêu cầu bố trí thí nghiệm phức tạp trong kỹ thuật truyền qua. Đặc biệt, ở mật độ dung dịch cao, cường độ gamma tán xạ ngược không tăng tuyến tính mà dần bão hòa, gây sai số lớn khi xác định mật độ nếu không xử lý đúng cách. Ngoài ra, độ phân giải đầu dò và xử lý phổ cũng ảnh hưởng lớn đến tính chính xác kết quả đo. Nghiên cứu mô phỏng đã đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu sai số, như dùng ống chuẩn trực, xử lý phổ nâng cao bằng chương trình Colegram nhằm loại bỏ nền tán xạ nhiều lần, hoặc lựa chọn hàm khớp bậc phù hợp (bậc nhất hoặc bậc hai) để mô tả mối quan hệ giữa cường độ gamma và mật độ.

2.1. Hạn chế do tán xạ nhiều lần và ảnh hưởng đến độ nhạy của kỹ thuật gamma tán xạ

Trong kỹ thuật gamma tán xạ ngược, tán xạ nhiều lần làm tăng phông nền và giảm độ chính xác xác định mật độ vật chất. Mặc dù tín hiệu tán xạ đơn là cơ sở tính toán, tín hiệu thực tế bao gồm cả thành phần tán xạ nhiều lần. Điều này làm thay đổi cường độ gamma ghi nhận ở đầu dò, đặc biệt khi sử dụng đầu dò NaI(Tl) có độ phân giải thấp hơn HPGe. Giải pháp mô phỏng sử dụng ống chuẩn trực nhỏ và xử lý phổ bằng chương trình Colegram giúp giảm thiểu hiệu ứng này, nâng cao độ tin cậy của kết quả đo.

2.2. Giới hạn áp dụng do hiệu ứng bão hòa cường độ trong kỹ thuật gamma tán xạ ngược

Trong quá trình đo bằng gamma tán xạ ngược, cường độ tán xạ tăng khi mật độ dung dịch tăng nhưng chỉ đến một ngưỡng nhất định. Khi vượt quá mức mật độ từ 1,90 đến 2,20 g/cm3, tín hiệu tán xạ không còn tuyến tính mà đạt trạng thái bão hòa, làm cho việc xác định mật độ trở nên không chính xác. Đây là giới hạn quan trọng của kỹ thuật này, đòi hỏi cần khảo sát kỹ càng vùng mật độ áp dụng để chọn phương pháp đo phù hợp hoặc kết hợp với kỹ thuật truyền qua.

III. Phương pháp đo mật độ vật liệu bằng gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua

Hai kỹ thuật chính để xác định mật độ vật chất dựa trên tương tác tia gamma là kỹ thuật gamma tán xạ ngược và kỹ thuật gamma truyền qua. Kỹ thuật tán xạ ngược khai thác hiện tượng tia gamma bị tán xạ tại góc lớn hơn 90 độ, đo cường độ gamma phản xạ tại đầu dò đặt cùng phía với nguồn, thuận lợi trong kiểm tra từ một phía. Kỹ thuật truyền qua đo cường độ tia gamma trực tiếp đi qua mẫu tới đầu dò đặt đối diện với nguồn, dựa trên quy luật suy giảm cường độ theo hàm mũ. Mỗi kỹ thuật có công thức mô tả riêng: kỹ thuật tán xạ sử dụng hàm phụ thuộc tuyến tính hoặc bậc hai giữa cường độ tán xạ và mật độ; truyền qua sử dụng định luật Beer-Lambert để biểu diễn cường độ suy giảm dựa trên mật độ và chiều dày vật liệu.

3.1. Nguyên lý và mô hình phân tích kỹ thuật gamma tán xạ ngược

Gamma tán xạ ngược xuất hiện do hiệu ứng Compton khi tia gamma tương tác với electron của vật chất và bị tán xạ tại góc lớn hơn 90 độ. Cường độ gamma ghi nhận ở đầu dò phụ thuộc mật độ vật liệu, quãng đường truyền, và tiết diện tán xạ. Công thức mô hình hóa cường độ ghi nhận bao gồm các hệ số suy giảm trước, tại vị trí tán xạ, và sau khi tán xạ. Nghiên cứu của Guang Lou đã chứng minh sự phụ thuộc mức độ tán xạ theo hàm bậc nhất với mật độ dung dịch, tuy nhiên kết quả thực tế cho thấy sự bão hòa tín hiệu ở mật độ cao. Việc mô phỏng thí nghiệm qua MCNP giúp khảo sát chi tiết hiệu suất và giới hạn áp dụng kỹ thuật này.

3.2. Nguyên lý và ứng dụng kỹ thuật gamma truyền qua trong đo mật độ vật chất

Phương pháp gamma truyền qua dựa trên định luật Beer-Lambert mô tả sự suy giảm cường độ gamma khi xuyên qua mẫu vật. Cường độ giảm theo hàm mũ tỷ lệ với hệ số giảm tuyến tính và quãng đường đi trong mẫu. Kỹ thuật này yêu cầu bố trí nguồn và đầu dò đối diện nhau. Qua mô phỏng MCNP5 với nhiều dung dịch khác nhau, mối quan hệ bậc nhất được tìm thấy phù hợp với mật độ, thể hiện qua hệ số khớp hàm R2 gần 0,99. Với độ nhạy cao và độ tin cậy lớn, đây là kỹ thuật ưu thế đối với các vật liệu có mật độ lớn mà gamma tán xạ ngược không còn chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về xác định mật độ vật chất bằng gamma tán xạ ngược và truyền qua

Nghiên cứu mô phỏng thực hiện bằng chương trình MCNP5 cho thấy sự khác biệt về tính chính xác và hoạt động của hai kỹ thuật đo mật độ vật chất sử dụng tia gamma. Kết quả phân tích các dung dịch có mật độ từ 0,7 đến 2,9 g/cm³ minh họa rõ hạn chế của gamma tán xạ ngược khi cường độ ghi nhận không tăng tuyến tính mà bão hòa tại nhiệt độ cao. Trong khi đó, với gamma truyền qua, mối quan hệ mật độ với cường độ gần như tuyến tính liên tục trong phạm vi nghiên cứu, cho phép xác định mật độ với độ lệch tương đối (RD) thấp hơn 2%. Sử dụng phương pháp khớp hàm bậc hai cho gamma tán xạ ngược cải thiện độ chính xác, nhưng vẫn không thể vượt qua giới hạn bão hòa. Bên cạnh đó, kỹ thuật truyền qua dễ áp dụng và phù hợp với nhiều loại vật liệu nhờ độ nhạy cao và khả năng đo chính xác cao.

4.1. Phân tích kết quả xác định mật độ dung dịch bằng kỹ thuật gamma tán xạ ngược

Kết quả xác định mật độ từ mô phỏng gamma tán xạ ngược cho thấy, với hàm khớp bậc hai, giá trị RD (%) thấp hơn 3,3%, cho phép xác định mật độ khá chính xác trong phạm vi mật độ nhỏ đến trung bình (< 2,2 g/cm3). Hàm khớp bậc nhất cũng được sử dụng nhưng độ lệch tăng lên, đặc biệt khi mật độ tiến tới ngưỡng bão hòa làm hạn chế khả năng ứng dụng kỹ thuật này với các vật liệu có mật độ lớn. Các đồ thị và bảng số liệu minh họa rõ ràng sự phụ thuộc phi tuyến của cường độ tán xạ với mật độ trong vùng mật độ cao.

4.2. Đánh giá kết quả xác định mật độ bằng kỹ thuật gamma truyền qua

Phương pháp xác định mật độ bằng gamma truyền qua qua mô phỏng MCNP5 đạt độ chính xác cao với RD (%) nhỏ hơn 2% đối với nhiều loại dung dịch và vật liệu. Khả năng duy trì tính tuyến tính trong toàn bộ phạm vi mật độ nghiên cứu cho thấy ưu thế vượt trội của kỹ thuật này. Kỹ thuật truyền qua phù hợp với các điều kiện đo yêu cầu độ tin cậy và chính xác cao, đồng thời dễ dàng ứng dụng trong kiểm tra cấu trúc vật liệu và dung dịch thực tế.

4.3. So sánh độ tin cậy và phạm vi áp dụng của kỹ thuật gamma tán xạ ngược và truyền qua

So sánh của nghiên cứu cho thấy kỹ thuật gamma truyền qua có độ ổn định và độ chính xác vượt trội hơn kỹ thuật gamma tán xạ ngược trong việc xác định mật độ. Gamma tán xạ ngược bị giới hạn bởi hiệu ứng bão hòa tín hiệu ở mật độ cao và ảnh hưởng sâu sắc bởi tán xạ nhiều lần cũng như độ phân giải đầu dò thấp. Trong khi đó, gamma truyền qua cho phép thiết kế đơn giản hơn và kết quả đo giữ tính tuyến tính cao trong phạm vi rộng hơn. Do đó, kỹ thuật truyền qua được khuyến nghị ưu tiên sử dụng trong các ứng dụng xác định mật độ vật liệu đa dạng.

V. Kết luận và triển vọng phát triển kỹ thuật gamma tán xạ ngược và truyền qua đo mật độ vật chất

Nghiên cứu so sánh kỹ thuật gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua trong xác định mật độ vật chất qua mô phỏng MCNP5 đã khẳng định hiệu quả và các hạn chế của từng phương pháp. Kỹ thuật gamma truyền qua vượt trội về tính tuyến tính, độ chính xác và khả năng ứng dụng rộng rãi, trong khi kỹ thuật tán xạ ngược tiện lợi khi bố trí thí nghiệm một phía nhưng bị giới hạn về độ nhạy và phạm vi mật độ có thể đo. Trong tương lai, nghiên cứu sẽ mở rộng ảnh hưởng của các yếu tố như bề dày vật liệu, kích thước và dạng mẫu cùng việc thực nghiệm xác nhận tăng cường độ tin cậy. Đồng thời, việc phát triển đầu dò có độ phân giải cao hơn và kỹ thuật xử lý phổ cải tiến hứa hẹn nâng cao hiệu suất và phạm vi áp dụng của kỹ thuật tán xạ ngược. Đây là hướng nghiên cứu tiềm năng phục vụ phát triển các công nghệ đo lường nhu cầu công nghiệp và khoa học hiện đại.

5.1. Những kết quả chính và hạn chế của nghiên cứu kỹ thuật gamma xác định mật độ

Kết quả cho thấy kỹ thuật gamma truyền qua có độ tin cậy cao hơn với khả năng đo chính xác mật độ trong phạm vi rộng và ứng dụng đa dạng. Kỹ thuật gamma tán xạ ngược có ưu điểm đo từ một phía nhưng gặp khó khăn với tín hiệu bão hòa và giảm độ chính xác ở mật độ cao. Hạn chế này yêu cầu phải lựa chọn kỹ thuật đo phù hợp hoặc kết hợp nhằm tối ưu hóa kết quả trong từng trường hợp cụ thể.

5.2. Hướng phát triển và mở rộng nghiên cứu trong tương lai về kỹ thuật đo mật độ bằng gamma

Việc mở rộng nghiên cứu sẽ tập trung vào tác động của các tham số vật liệu như bề dày, thành phần mẫu cũng như thực nghiệm xác minh mô phỏng đã tiến hành. Cải tiến công nghệ đầu dò, đặc biệt đầu dò NaI(Tl) với kích cỡ và độ phân giải được nâng cao sẽ nâng tầm ứng dụng. Bên cạnh đó, phát triển thuật toán xử lý phổ, loại trừ nền tán xạ đa lần và khử nhiễu giúp nâng cao độ chính xác. Sự phối hợp giữa hai kỹ thuật truyền qua và tán xạ ngược có thể tạo ra giải pháp đo mật độ toàn diện, đa ứng dụng phù hợp với nhiều ngành công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 bao gồm cơ sở lý thuyết về tia gamma và các tương tác với vật chất. Từ đó, giới thiệu cơ sở của kỹ thuật gamma tán xạ ngược - gamma truyền qua và các yếu tố ảnh hưởng đến các kỹ thuật Khóa luận giáo dục học này. Chương 2 giới thiệu phương pháp Monte Carlo, cấu trúc chương trình mô phỏng MCNP5, mô hình mô phỏng trong xác định mật độ dung dịch và kỹ thuật xử lí phổ Colegram. Chương 3 trình bày sự phụ thuộc cường độ gamma tán xạ đơn, cường độ gamma truyền qua vào mật độ dung dịch, xác định mật độ chất lỏng bằng kỹ thuật gamma tán xạ ngược và gamma truyền qua.

Từ đó, so sánh độ tin cậy của kết quả xác định mật độ dung dịch bằng hai kỹ thuật này. TỔNG QUAN Thông tin được cung cấp từ tia gamma đóng một vai trò quan trọng trong việc phân tích không phá hủy vật liệu. Mặc dù các đồng vị phóng xạ từ nguồn có năng lượng và tỉ lệ xác định, cường độ gamma nhận được ở đầu dò sau khi đi qua vật liệu luôn nhỏ hơn do tương tác với các vật chất trong quá trình truyền đi [11]. Trong chương này, chúng tôi trình bày các cơ chế tương tác tia gamma và vật chất; đồng thời, nội dung chương cũng thảo luận về suy giảm cường độ gamma nhận được ở đầu dò và cơ sở lí thuyết cho việc xác định mật độ dung dịch bằng hai kỹ thuật gamma truyền qua – gamma tán xạ.

Tương tác gamma với vật chất 1. Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là quá trình photon tương tác truyền toàn bộ năng lượng cho electron liên kết, làm đánh bật electron ra khỏi quĩ đạo và trở thành electron Khóa luận giáo dục học quang điện. Photon ban đầu Quang electron Hình 1. Hiện tượng quang điện Năng lượng photon ban đầu: E  h (1.1) 4 Quang electron có động năng ban đầu: Ee  h -  (1.2) Với B là năng lương liên kết của electron.

Khi quá trình này xảy ra, tồn tại một lỗ trống tại vị trí xảy ra hiệu ứng. Các electron lớp ngoài nhanh chóng chiếm chỗ và dẫn đến quá trình tạo tia X đặc trưng hay các electron Auger. Trong quá trình tương tác, những tia gamma có năng lượng nhỏ hơn 1MeV thường đóng vai trò chủ yếu. Tương tự, vật liệu có bao gồm những số nguyên tử đơn càng lớn thì xác xảy ra hiện tượng quang điện càng cao và ngược lại.

Hiệu ứng Compton Hiệu ứng Compton mô tả quá trình tương tác của photon với electron, truyền một phần năng lượng và động lượng cho hạt mang điện; khi đó, năng lượng và động năng photon thoát ra giảm. Thông thường, hạt mang điện đang xét là electron; ban Khóa luận giáo dục học đầu, electron ở trạng thái nghỉ và photon tương tác của tia X hay tia gamma. Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng tia gamma từ nguồn 137Cs, mỗi photon mang năng lượng ban đầu là 662 keV. Theo Thuyết tương đối, electron có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v có khối lượng m được xác định bằng công thức: m0c m (1.3) 2 2 c -v Từ đó, ta suy ra độ lớn của động lượng p electron trong mối quan hệ giữa năng lượng E và năng lượng nghỉ E0 của electron.4) Hiện tượng tán xạ Compton được phân tích thành va chạm đàn hồi của photon và electron tự do thông qua tương tác động học.

Nếu năng lượng gamma lớn hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết, electron bị tán xạ được coi như electron tự do. Năng 5 lượng và động năng của va chạm đàn hồi bảo toàn, giá trị năng lượng tán xạ E ' phụ thuộc vào góc tán xạ được xác định bằng công thức: E E' (1.5) E 1 (1- cos  ) me c 2 Photon sau tán xạ Photon ban đầu  Khóa luận giáo dục học Electron sau tán xạ Hình 1. Hiện tượng tán xạ Compton Từ kết quả nêu trên, năng lượng tia gamma đi ra sau tán xạ E’ phải nhỏ hơn năng lượng ban đầu E và phụ thuộc vào góc tán xạ . Ngoài ra, trong các tương tác của tia gamma với vật chất còn có cơ chế hiệu ứng tạo cặp.

Điều kiện để hiện tượng này xảy ra khi tia gamma tương tác phải có năng lượng tối thiểu bằng năng lượng ở trạng thái nghỉ của hai electron (tức trên 1022 keV). Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng nguồn 137Cs với năng lượng mỗi photon ban đầu là 662 keV nên hiệu ứng này không thể xảy ra trong thí nghiệm được mô phỏng. Kỹ thuật gamma tán xạ ngược 1. Kỹ thuật gamma tán xạ ngược Khi tia tán xạ hợp với tia tới một góc lớn hơn 90o (hay góc tán xạ  >90o) trong hiệu ứng Compton được gọi là hiện tượng gamma tán xạ ngược.

6 Số đếm ghi nhận ở đầu dò phụ thuộc vào sự suy giảm cường độ ở đầu dò trong quá trình truyền. Quá trình này được chia làm 3 giai đoạn xác định: Khóa luận giáo dục học Hình 1. Đường đi tia gamma tán xạ lên vật chất Giai đoạn 1: Sự suy giảm cường độ khi chùm tia tán xạ đi vào vật liệu (đường 1) [6]:    ( E0 )   (1.6) I1  I 0 exp      x      Với I0, I1 lần lượt là thông lượng gamma tới và thông lượng gamma truyền qua  là mật độ của vật liệu; E0 là năng lượng photon tới. Giai đoạn 2: Sự suy giảm tại vị trí tán xạ [6]: d ( E0 , ) I 2  I1.7) d 7 d ( E0 , ) Với là tiết diện tán xạ vi phân được tính theo công thức Klein- d Nishina; S ( E0 , , Z ) là hàm tán xạ bất kết hợp; Z e   N là mật độ electron tại P.

A Giai đoạn 3: Sự suy giảm cường độ sau tán xạ đến đầu dò (đường 2) [6]:    (E)   I 3  I 2 exp      x ' (1.8)      Với  là mật độ của vật liệu; E là năng lượng photon sau tán xạ. Như vậy, cường độ chùm tia tán xạ được ghi nhận ở đầu dò xác định bởi công thức:    ( E0 )   d ( E0 , )    (E)   I  I 0 exp      x .9) Khóa luận giáo dục học          d  d ( E0 , ) Z Với cùng một cách bố trí thí nghiệm,   I 0 .V d A được coi là hằng số [14]. Mối quan hệ giữa mật độ vật chất tán xạ và cường độ tán xạ được thể hiện qua biểu thức:    ( E0 )      (E)   I   exp      x  exp      x '   (1.10)           Theo nhóm nghiên cứu Guang Lou, cường độ gamma tán xạ ghi nhận được phụ thuộc hàm bậc nhất theo mật độ chất lỏng [3]. Khi đó, công thức (1.10) được thu gọn lại thành: I  A  B (1.11) Với  là mật độ của vật liệu; A, B là hằng số.

Như công thức (1.11), chúng tôi tiến hành mô phỏng thí nghiệm gamma tán xạ bằng chương trình MCNP để xác định cường độ tán xạ. Từ đó, khảo sát sự phụ thuộc cường 8 độ ghi nhận vào mật độ dung dịch, sử dụng cường độ tán xạ ghi nhận ở đầu dò tìm mật độ của các dung dịch. Ảnh hưởng của tán xạ nhiều lần Trong công thức (1.11), để tính được mật độ dung dịch, cường độ tán xạ được ghi nhận là cường độ tán xạ đơn; trong khi trên thực tế, cường độ tán xạ được ghi nhận còn bao gồm kết quả của tán xạ nhiều lần. Chúng là kết quả của quá trình tán xạ nhiều lần trước khi đi ra khỏi vật liệu và thường đóng góp vào phông nền, làm giảm tính chính xác của kết quả đo.

Để giảm thiểu sai số của kết quả đo do tán xạ, theo nghiên của của Priyada, chúng tôi đã sử dụng ống chuẩn trực bán kính nhỏ cho nguồn và đầu dò trong mô phỏng thí nghiệm [14]. Đồng thời, chúng tôi đã sử dụng chương trình Colegram để loại bỏ phông nền cho tín hiệu nhận được. Kỹ thuật gamma truyền qua Kỹ thuật gamma truyền qua được xác định dựa vào quy luật suy giảm cường Khóa luận giáo dục học độ của chùm tia gamma theo hàm mũ khi đi qua vật chất do bị hấp thụ hoặc tán xạ. Xét chùm tia mảnh, đơn năng, sự suy giảm cường độ của chùm tia gamma được tính theo công thức định luật Beer-Lambert [6]: I  I 0 exp  -t x  (1.12) I0 và I - cường độ của bức xạ trước và sau khi đi qua môi trường vật chất có bề dày x (cm); t - hệ số suy giảm tuyến tính toàn phần của môi trường vật chất đối với bức xạ đó (cm-1).

Để mở rộng áp dụng cho bất kì dạng môi trường vật chất nào, người ta thưởng sử dụng hệ số suy giảm khối μ m vì nó không phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu [7].12) tương đương: I  I 0 exp  -m mp  (1.13) mp - khối lượng hợp chất tính bằng khối lượng trên một đơn vị diện tích trong chất hấp thụ với μ m = μ t (cm2/g); mp = ρx (g/cm2).13) chỉ áp dụng đối với bức xạ truyền qua vật chất có quãng đường chuyển động tự do trong vật liệu lớn hơn nhiều so với quãng đường từ vật liệu đến đầu dò. Ngược lại, chùm tia tới khi xuyên qua môi trường vật chất đến bề mặt đầu dò lớn hơn so với quãng đường chuyển động tự do trong vật liệu thì cần bổ sung vào công thức trên một hệ số tích lũy B [6]. Điều này được giải thích do sự tăng xác suất xuất hiện của bức xạ thứ cấp đến thông tin được ghi nhận ở đầu dò và cường độ được ghi nhận được xác định bằng công thức (1.14)    Dựa vào mối quan hệ giữa cường độ gamma truyền qua và mật độ dung dịch, chúng tôi tiến hành mô phỏng thí nghiệm truyền qua cho các dung dịch; từ đó, xây dựng đường phụ thuộc cường độ gamma truyền qua vào mật độ. Sử dụng kết quả cường độ truyền qua xác định bằng mô phỏng MCNP để xác định mật độ dung dịch bằng kỹ thuật gamma truyền qua.

Khóa luận giáo dục học 10 CHƯƠNG 2.