Tải bản đầy đủ
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ ĐO

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ ĐO

Tải bản đầy đủ

Header Page 31 of 161.

19

Hinh 2.2. Mô hình ống chuẩn trực nguồn
2.2. Đầu dò và ống chuẩn trực
Một mô hình đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) được xây dựng dựa trên mẫu đầu dò
76BR76 NaI(Tl) của hãng Amptek, gồm có các thành phần sau:

Hình 2.3. Các thông số đường kính trong và loại vật liệu của đầu dò NaI(Tl) dùng
trong mô phỏng [5]
Bảng 2.1. Mật độ của các vật liệu được sử dụng trong đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) [5]
Vật liệu
Mật độ (g/cm3)

Al
2,700

Silicon
2,329

Al 2 O 3
3,970

NaI(Tl)
3,667

Gắn với tinh thể NaI(Tl) là ống nhân quang điện, việc mô phỏng các chi tiết
của nhân quang điện là khá phức tạp và không thực sự cần thiết vì ảnh hưởng đến

Footer Page 31 of 161.

Header Page 32 of 161.

20

kết quả không thực sự rõ ràng. Vì vậy, để khắc phục vấn đề này, chúng tôi mô
phỏng ống nhân quang điện như là một ống nhôm hình trụ đặc với đường kính 83,2
mm và độ dày 30 mm [2]. Ống chuẩn trực là một khối trụ làm bằng chì và ở tâm có
một lỗ rỗng hình trụ đường kính 9,5 cm được biểu diễn như hình 2.4.

Hình 2.4. Mô hình khối đầu dò
2.3. Bia tán xạ
Mô hình của bia tán xạ là một tấm phẳng làm bằng vật liệu C, Al, Fe, Cu, Zn,
Sn, Ag, Au và Pb, có kích thước bề mặt 50cm x 50cm. Hàm lượng của các nguyên
tố thành phần vật liệu được lấy trên trang dữ liệu NIST [4].
Trong hệ đo gamma tán xạ ngược được xây dựng, bia tán xạ đặt tại vị trí
cách nguồn 34cm và cách bề mặt của tinh thể nhấp nháy NaI(Tl) 31cm, đồng thời
góc tạo bởi bia và hướng của photon tới là 900. Trong chương trình MCNP5, bề dày
và thành phần vật liệu của bia có thể thay đổi một cách dễ dàng, do đó ta có thể tiến
hành các phép mô phỏng khảo sát theo bề dày và vật liệu của bia.
2.4. Mô hình mô phỏng
Hệ đo gamma tán xạ trong mô phỏng được bố trí như hình 2.5. Nguồn phóng
xạ được đặt trong buồng chì nằm trên đường thẳng vuông góc với bề mặt của vật
liệu cần đo và đầu dò được bố trí để thu nhận được tia tán xạ tại góc 1200. Sự thay
đổi cường độ photon tán xạ từ việc thay đổi bề dày của bia vật liệu sẽ làm cơ sở cho
việc tính toán bề dày của bia.

Footer Page 32 of 161.

Header Page 33 of 161.

21

Hình 2.5. Bố trí mô hình đo bề dày của bia vật liệu trong mô phỏng

Hình 2.6. Cấu hình hệ đo xác định độ dày của thành bình trong MCNP5

Footer Page 33 of 161.

Header Page 34 of 161.

22

Hình 2.7. Mô hình 3D của hệ đo trong MCNP5
2.5. Đường chuẩn năng lượng của hệ đo
Để xác định được năng lượng đỉnh tán xạ trong mô phỏng, cần phải biết
được mối tương quan giữa vị trí kênh và năng lượng đỉnh gamma của hệ đo [2].
Việc xây dựng đường chuẩn năng lượng được thực hiện qua các bước sau:
 Bước 1. Đo phổ của nguồn phát gamma chuẩn (đã biết trước năng lượng),
gồm 11 mức năng lượng của 8 nguồn khác nhau (bảng 2.2).
 Bước 2. Xác định vị trí kênh của các đỉnh phổ xuất hiện.
 Bước 3. Thiết lập đường chuẩn năng lượng theo phương pháp bình
phương tối thiểu (được thực hiện bằng chương trình Origin 9.0.1) như
hình 2.8.
 Bước 4. Ghi nhận kết quả thu được, đường chuẩn năng lượng tuyến tính
có dạng:

E (keV) = a*Ch + b

(2.1)

trong đó: Ch là vị trí kênh, E (keV) là năng lượng ứng với vị trí kênh Ch,
a và b là các hệ số phụ thuộc vào cấu hình của hệ đo.

Footer Page 34 of 161.

Header Page 35 of 161.

23

Đường chuẩn năng lượng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) với MCA được cài
đặt
ở chế độ 8192 kênh có dạng:
E = 0,20407*Ch − 13,5363

(2.2)

Bảng 2.2. Bảng số liệu được sử dụng để xây dựng đường chuẩn năng lượng của hệ
Nguồn
109
Cd
152
Eu
152
Eu
152
Eu
22
Na
137
Cs
54
Mn
65
Zn
60
Co
22
Na
60
Co

Năng lượng E (keV)
88,034
121,782
244,697
344,279
511,000
661,657
834,838
1115,539
1173,228
1274,537
1332,492

Kênh Ch
484,43
654,85
1260,60
1754,24
2586,79
3321,00
4178,14
5530,57
5817,33
6298,27
6585,70

đo

Hình 2.8. Đồ thị làm khớp năng lượng theo vị trí kênh

Footer Page 35 of 161.

Header Page 36 of 161.

24

2.6. Tổng kết chương 2
Trong chương này, chúng tôi đã đưa ra một mô hình thiết kế cho hệ mô
phỏng gamma tán xạ ngược. Các thông số của mô hình được mô phỏng bằng
chương trình MCNP5 sao cho đảm bảo điều kiện an toàn bức xạ và thuận lợi cho
việc đo đạc ngoài hiện trường. Bên cạnh đó, tác giả cũng trình bày đường chuẩn
năng lượng đầu dò NaI(Tl) 8192 kênh.

Footer Page 36 of 161.

Header Page 37 of 161.

25

CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trong chương này, những kết quả đạt được sau khi mô phỏng bằng chương
trình MCNP5 với mô hình đã xây dựng như trong chương 2 sẽ được trình bày. Xử
dụng kỹ thuật xử lý phổ cải tiến [5] để xử lý phổ tán xạ được thực hiện bằng chương
trình Colegram. Việc làm khớp các dữ liệu, biểu diễn phổ và đồ thị được thực hiện
bằng phần mềm Origin 8.5.1.
3.1. Khảo sát các đặc trưng của phổ gamma tán xạ ngược
3.1.1. Dạng phổ gamma tán xạ ngược
Trên phổ mô phỏng gamma tán xạ thu được (hình 3.1) − trục hoành thể hiện
giá trị của năng lượng E (MeV) mà photon tán xạ bỏ lại trong đầu dò, trục tung thể
hiện giá trị của xác suất ghi nhận tương ứng với năng lượng E (MeV), có xuất hiện
một đỉnh rất cao tại vị trí kênh 1165. Theo hình dạng của phổ, đỉnh năng lượng này
được dự đoán gây ra bởi các photon phát ra từ nguồn tán xạ một lần lên bia rồi đi
đến tinh thể đầu dò và bỏ lại năng lượng tại đó.

Footer Page 37 of 161.

Header Page 38 of 161.

26

Hình 3.1. Phổ tán xạ trên bia Fe có bề dày 2,334cm
Để kiểm chứng cho dự đoán này, tác giả đã tiến hành tính toán ra năng lượng
của photon gây ra đỉnh năng lượng nêu trên từ đường chuẩn năng lượng và so sánh
với năng lượng của các photon tán xạ được tính theo công thức (1.1).
Như đã được trình bày trong mục 2.5: đường chuẩn năng lượng của đầu dò
nhấp nháy NaI(Tl) với MCA được cài đặt ở chế độ 8192 kênh, có dạng:
E = 0,20407*Ch − 13,5363

(3.1)

Thay Ch = 1165 vào phương trình (2.10) suy ra E = 224,205keV.
So sánh với giá trị E’ = 224,882keV thu được từ công thức (1.1), ta nhận
thấy hai giá trị có sự chênh lệch 0,3%. Như vậy dự đoán nêu trên là đúng, nói cách
khác đỉnh phổ tại vị trí kênh 1165 được xác nhận gây ra bởi các photon tán xạ một
lần lên bia vật liệu.
Tuy nhiên, ở vùng chân trái của đỉnh phổ, các số đếm có sự dâng lên khá
cao. Các số đếm này chứng tỏ có sự đóng góp của các photon bị tán xạ nhiều lần
trước khi đến tinh thể đầu dò, làm chồng chập lên các số đếm của photon tán xạ một
lần. Bên cạnh đó, xuất hiện thêm đỉnh tia X khoảng năng lượng 75keV, điều này
được lý giải là do sau khi photon tán xạ một lần trên bia vật liệu và quay ngược lại

Footer Page 38 of 161.