Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát ảnh hưởng của Matrix và hiệu ứng mật độ lên hiệu suất đỉnh của phổ kế Gamma đầu dò hpge bằng chương trình MCNP

Chia sẻ: Little Little | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận tốt nghiệp đề tài Khảo sát ảnh hưởng của Matrix và hiệu ứng mật độ lên hiệu suất đỉnh của phổ kế Gamma đầu dò hpge bằng chương trình MCNP được nghiên cứu nhằm mục đích: Tìm hiểu sự ảnh hưởng của các Matrix (chất nền) khác nhau lên hiệu suất ghi và đưa ra một phương pháp để có thể thông qua mật độ mà hiệu chỉnh suất ghi của các mẫu có cùng một Matrix.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát ảnh hưởng của Matrix và hiệu ứng mật độ lên hiệu suất đỉnh của phổ kế Gamma đầu dò hpge bằng chương trình MCNP

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP.HCM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN KHOA VAÄT LYÙ CHUYEÂN NGAØNH VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN  KHOÙA LUAÄN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi: KHAÛO SAÙT AÛNH HÖÔÛNG CUÛA MATRIX VAØ HIEÄU ÖÙNG MAÄT ÑOÄ LEÂN HIEÄU SUAÁT ÑÆNH CUÛA HEÄ PHOÅ KEÁ GAMMA ÑAÀU DOØ HPGe BAÈNG CHÖÔNG TRÌNH MCNP SVTH : ÑOÃ PHAÏM HÖÕU PHONG CBHD : Th.S TRÖÔNG THÒ HOÀNG LOAN CN ÑAËNG NGUYEÂN PHÖÔNG CBPB : Th.S HUYØNH TRUÙC PHÖÔNG TP. HOÀ CHÍ MINH - 2008
Lôøi ñaàu tieân, em xin chaân thaønh caûm ôn caùc thaày coâ ôû Boä moân Vaät Lyù Haït nhaân, caùc thaày coâ trong Khoa Vaät Lyù – Ñaïi hoïc Khoa Hoïc Töï Nhieân Tp Hoà Chí Minh ñaõ giaûng daïy, truyeàn ñaït cho em nhieàu kieán thöùc boå ích trong suoát thôøi gian qua. Em xin caûm ôn coâ Tröông Thò Hoàng Loan, ngöôøi ñaõ höôùng daãn em hoaøn thaønh khoaù luaän naøy vaø anh Ñaëng Nguyeân Phöông, ngöôøi ñaõ chæ daïy em raát nhieàu kieán thöùc quyù giaù. Toâi xin baøy toû loøng bieát ôn saâu saéc ñeán gia ñình cuøng taát caû baïn beø, nhöõng ngöôøi luoân giuùp ñôõ toâi khi khoù khaên. Toâi xin chaân thaønh caûm ôn ! Ñoã Phaïm Höõu Phong
-1- MUÏC LUÏC Danh muïc caùc baûng ............................................................................................... 4 Danh muïc caùc hình veõ, ñoà thò ............................................................................... 5 Lôøi môû ñaàu ............................................................................................................. 6 Chöông 1 PHÖÔNG PHAÙP MOÂ PHOÛNG MONTE CARLO 1.1. Giôùi thieäu veà moâ phoûng ............................................................................. 7 1.1.1. Giôùi thieäu .......................................................................................... 7 1.1.2. Caùc loaïi moâ phoûng ............................................................................ 7 1.1.3. Vai troø cuûa moâ phoûng ........................................................................ 8 1.2. Phöông phaùp moâ phoûng Monte Carlo ........................................................ 8 1.2.1. Giôùi thieäu .......................................................................................... 8 1.2.2. Toång quan veà MCNP ........................................................................ 9 1.3. Code MCNP4C2 ....................................................................................... 10 1.3.1. Giôùi thieäu .......................................................................................... 10 1.3.2. Caáu truùc file input ............................................................................. 10 1.3.2.1. Cell card .................................................................................... 10 1.3.2.2. Surfaces Card ............................................................................ 11 1.3.2.3. Mn Card .................................................................................... 12 1.3.2.4. Source Card .............................................................................. 13 1.3.3. Tally .................................................................................................. 13 1.3.4. Ví duï .................................................................................................. 15 Khoaù luaän toát nghieäp
-2- Chöông 2 GIÔÙI THIEÄU BÖÙC XAÏ GAMMA VAØ HEÄ ÑO HPGE 2.1. Töông taùc cuûa böùc xaï gamma vôùi vaät chaát ................................................18 2.1.1. Khaùi quaùt veà tia gamma .................................................................... 18 2.1.2. Hieäu öùng quang ñieän ......................................................................... 19 2.1.3. Taùn xaï Compton ................................................................................ 20 2.1.4. Hieäu öùng taïo caëp ................................................................................21 2.1.5. Heä soá suy giaûm .................................................................................. 22 2.2. Heä ño Germanium sieâu tinh khieát (HPGe) ................................................ 23 2.2.1. Caáu taïo detector HPGe cuûa boä moân Vaät lyù Haït nhaân ........................ 23 2.2.2. Buoàng chì ...........................................................................................25 2.2.3. Hieäu suaát ghi ......................................................................................26 2.2.4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát ghi ............................................27 Chöông 3 KHAÛO SAÙT SÖÏ AÛNH HÖÔÛNG CUÛA MATRIX LEÂN HIEÄU SUAÁT GHI 3.1. Moâ hình hoaù heä phoå keá gamma vôùi hình hoïc maãu Marinelli...................... 28 3.2. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa matrix leân hieäu suaát ghi ...................................... 30 3.2.1. Keát quaû moâ phoûng ............................................................................. 30 3.2.1.1. Maãu coù matrix laø khoâng khí ...................................................... 30 3.2.1.2. Maãu coù maät ñoä 0,5 g/cm3 ...........................................................31 3.2.1.3. Maãu coù maät ñoä 1 g/cm3 ..............................................................33 3.2.1.4. Maãu coù maät ñoä 2 g/cm3 ..............................................................35 3.2.2. Nhaän xeùt ............................................................................................ 37 Chöông 4 KHAÛO SAÙT SÖÏ PHUÏ THUOÄC CUÛA HIEÄU SUAÁT GHI VAØO MAÄT ÑOÄ 4.1. Phöông phaùp xaùc ñònh ................................................................................38 Khoaù luaän toát nghieäp
-3- 4.1.1. Heä soá hieäu chænh söï töï haáp thuï ...........................................................38 4.1.2. Khaûo saùt söï thay ñoåi cuûa hieäu suaát theo maät ñoä ................................ 38 4.2. Keát quaû tính ............................................................................................... 40 4.3. Kieåm ñònh keát quaû ..................................................................................... 44 4.3.1. Kieåm ñònh heä soá töông quan R .......................................................... 44 4.3.2. So saùnh vôùi maãu chuaån ‘Soil IAEA-375’...........................................45 4.3.2.1. Phöông phaùp so saùnh ................................................................. 45 4.3.2.2. Keát quaû tính vaø so saùnh ............................................................. 47 Keát luaän .................................................................................................................. 50 Taøi lieäu tham khaûo ................................................................................................. 51 Phuï luïc .................................................................................................................... 52 Khoaù luaän toát nghieäp
-4- DANH MUÏC CAÙC BAÛNG Teân baûng Trang Baûng 1.1 Caùc kieåu tally 14 Baûng 3.1 Hieäu suaát ghi cuûa maãu khoâng khí 30 Baûng 3.2 Hieäu suaát ghi ôû maät ñoä 0,5 g/cm3 31 Baûng 3.3 Hieäu suaát ghi ôû maät ñoä 1 g/cm3 33 Baûng 3.4 Hieäu suaát ghi ôû maät ñoä 2 g/cm3 35 Baûng 4.1 Hieäu suaát ghi cuûa ñaát ôû 0,8 vaø 1,2 g/cm3 40 Baûng 4.2 Heä soá hieäu chænh söï töï haáp thuï cuûa maãu ñaát 41 Baûng 4.3 Caùc heä soá a vaø b theo maät ñoä cuûa maãu ñaát 43 Baûng 4.4 Caùc P-giaù trò cuûa pheùp kieåm ñònh 44 Baûng 4.5 Hieäu suaát ghi thöïc cuûa caùc ñoàng vò khaûo saùt 47 Baûng 4.6 Hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò khaûo saùt 48 Baûng 4.7 So saùnh hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò khaûo saùt 48 Khoaù luaän toát nghieäp
-5- DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ, ÑOÀ THÒ Teân hình veõ, ñoà thò Trang Hình 1.1 Heä toaï ñoä Descartes 12 Hình 1.2 Maãu moâ phoûng 15 Hình 2.1 Hieäu öùng quang ñieän 19 Hình 2.2 Taùn xaï Compton 20 Hình 2.3 Hieäu öùng taïo caëp 21 Hình 2.4 Caáu truùc detector HPGe 24 Hình 2.5 Caáu truùc detector HPGe trong moâ phoûng MCNP 24 Hình 2.6 Sô ñoà caét doïc cuûa buoàng chì 25 Hình 3.1 Kích thöôùc hoäp ñöïng maãu daïng Marinelli 28 Hình 3.2 Maãu ño trong moâ phoûng MCNP 29 Hình 3.3 Ñoà thò ñöôøng cong hieäu suaát ôû maät ñoä 0,5 g/cm3 32 Hình 3.4 Ñoà thò ñöôøng cong hieäu suaát ôû maät ñoä 1 g/cm3 34 Hình 3.5 Ñoà thò ñöôøng cong hieäu suaát ôû maät ñoä 2 g/cm3 36 Hình 4.1 Ñoà thò heä soá hieäu chænh söï töï haáp thuï cuûa ñaát 42 Hình 4.2 Phoå gamma cuûa maãu chuaån ‘Soil IAEA-375’ 45 Khoaù luaän toát nghieäp
-6- LÔØI MÔÛ ÑAÀU Khi trình ñoä khoa hoïc coâng ngheä ngaøy caøng cao thì nhöõng yeâu caàu cuûa con ngöôøi trong vieäc khaùm phaù theá giôùi caøng lôùn maø nhöõng thieát bò nghieân cöùu hieän ñaïi nhö hieän nay cuõng chöa theå ñaùp öùng ñöôïc. Vì vaäy, phöông phaùp moâ phoûng treân maùy tính coù theå xem nhö laø moät coâng cuï caàn thieát ñeå giaûi quyeát caùc baøi toaùn phöùc taïp. Trong khoaù luaän naøy, chöông trình moâ phoûng MCNP4C2 ñaõ ñöôïc söû duïng ñeå moâ phoûng veà töông taùc cuûa haït gamma. Noäi dung khoaù luaän naøy chæ moâ phoûng vaø khaûo saùt veà hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe ñoái vôùi tia gamma phaùt ra töø caùc maãu moâi tröôøng. Khi tieán haønh ño caùc maãu moâi tröôøng, thöôøng coù nhöõng khoù khaên trong vieäc taïo maãu chuaån sao cho thaønh phaàn hoaù hoïc cuõng nhö maät ñoä vaø nhieàu yeáu toá khaùc phaûi gioáng vôùi maãu so saùnh. Muïc ñích cuûa khoaù luaän laø tìm hieåu söï aûnh höôûng cuûa caùc matrix (chaát neàn) khaùc nhau leân hieäu suaát ghi vaø ñöa ra moät phöông phaùp ñeå coù theå thoâng qua maät ñoä maø hieäu chænh hieäu suaát ghi cuûa caùc maãu coù cuøng moät matrix. Khoaù luaän bao goàm boán chöông : - Veà lyù thuyeát, goàm coù hai chöông. Chöông 1 giôùi thieäu veà chöông trình MCNP , chöông 2 trình baøy veà lyù thuyeát cô baûn cuûa tia gamma vaø ñoái töôïng ñöôïc moâ phoûng laø detector HPGe cuûa Boä moân Vaät lyù Haït nhaân. - Veà moâ phoûng vaø tính toaùn keát quaû, goàm hai chöông. Chöông 3 moâ phoûng hieäu suaát ghi cuûa ba loaïi matrix khaùc nhau laø ñaát, nöôùc vaø nhöïa epoxy, chöông 4 khaûo saùt veà heä soá hieäu chænh söï töï haáp thuï vaø ñöa ra phöông phaùp tính hieäu suaát ghi theo maät ñoä cho matrix ñaát. Khoaù luaän toát nghieäp
-7- Chöông 1 PHÖÔNG PHAÙP MOÂ PHOÛNG MONTE CARLO 1.1. Giôùi thieäu veà moâ phoûng 1.1.1. Giôùi thieäu Treân theá giôùi, trong nhieàu lónh vöïc khoa hoïc, ñeå ñaùp öùng nhu caàu tìm hieåu vaø khaùm phaù cuûa caùc nhaø nghieân cöùu, cuøng vôùi söï xuaát hieän cuûa maùy tính thì vieäc moâ phoûng caùc hieân töôïng thí nghieäm trôû neân heát söùc caàn thieát. Moâ phoûng chính laø söû duïng maùy tính keát hôïp vôùi caùc quy luaät toaùn hoïc, vaät lyù, döïa treân pheùp tính ñònh löôïng khi töông ñoái hoaù caùc tham soá ñeå giaûi caùc baøi toaùn, nghieân cöùu keát caáu hay quaù trình, thöïc hieän tính toaùn hay döïng leân caùc moâ hình cuûa caùc thí nghieäm. 1.1.2. Caùc loaïi moâ phoûng [4] Ñeå thöïc hieän moät baøi toaùn moâ phoûng duø ñôn giaûn hay phöùc taïp, ta ñeàu phaûi moâ hình hoaù vaø löïa choïn phöông thöùc thích hôïp ñeå thöïc hieän treân maùy tính. Döïa treân nhieàu tieâu chuaån, moâ phoûng coù theå chia thaønh nhieàu loaïi. Döôùi ñaây laø vaøi loaïi cô baûn : - Moâ phoûng ngaãu nhieân : coøn goïi laø moâ phoûng Monte Carlo, noù aùp duïng nguyeân taéc gieo caùc soá ngaãu nhieân ñeå moâ phoûng caùc hieän töôïng ngaãu nhieân. - Moâ phoûng taát ñònh : laø phöông phaùp tính toaùn coù theå ñoaùn tröôùc ñöôïc. Neáu noù chaïy vôùi moät döõ lieäu vaøo cuï theå thì caùc döõ lieäu ra khoâng ñoåi. - Moâ phoûng lieân tuïc : baèng vieäc söû duïng caùc phöông trình vi phaân vaø giaûi tích soá, maùy tính seõ giaûi phöông trình moät caùch tuaàn hoaøn vaø söû duïng keát quaû thu ñöôïc ñeå thay ñoåi traïng thaùi, soá lieäu xuaát ra. Khoaù luaän toát nghieäp
-8- - Moâ phoûng rôøi raïc : ngöôøi ta ghi laïi moät daõy caùc söï kieän ñaõ ñöôïc saép xeáp theo thôøi gian, khi moâ phoûng caùc söï kieän naøy seõ taïo ra caùc söï kieän môùi. 1.1.3. Vai troø cuûa moâ phoûng Moâ phoûng coù moät vai troø khaù quan troïng trong thöïc teá. Noù khoâng chæ giuùp caùc nhaø khoa hoïc kieåm tra laïi keát quaû caùc thí nghieäm maø coøn giuùp hoï ñöa ra döï ñoaùn cho caùc thí nghieäm. Moâ phoûng ñöôïc söû duïng ñeå giaûi caùc baøi toaùn lôùn, coù nhieàu thoâng soá baát oån ñònh vaø nhieàu yeáu toá ngaãu nhieân, khoâng theo moät quy luaät naøo caû. Moâ phoûng laø phöông phaùp toái öu nhaát ñeå tieát kieäm chi phí vaø thôøi gian. Ñeå tieán haønh moâ phoûng phaûi traûi qua nhieàu giai ñoaïn : - Xaùc ñònh vaán ñeà hay heä thoáng caàn moâ phoûng. - Xaùc ñònh moâ hình moâ phoûng vaø caùc thoâng soá cuûa moâ hình. - Chaïy moâ phoûng vaø phaân tích keát quaû. - Kieåm tra tính chính xaùc cuûa keát quaû so vôùi thöïc teá. 1.2. Phöông phaùp moâ phoûng Monte Carlo [4] 1.2.1. Giôùi thieäu Phöông phaùp Monte Carlo laø phöông phaùp giaûi soá, aùp duïng cho vieäc moâ phoûng söï töông taùc giöõa caùc vaät theå hay vaät theå vôùi moâi tröôøng nhôø lyù thuyeát cô hoïc vaø ñoäng löïc hoïc, döïa theo yeâu caàu cuûa heä caàn moâ phoûng. Ñaây laø moät phöông phaùp ngaãu nhieân, nhôø söï phaùt sinh caùc soá ngaãu nhieân ñeå tính toaùn. Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå moâ phoûng caùc quaù trình ngaãu nhieân cuûa heä, noù khoâng lieân quan ñeán thôøi gian neân khoâng theå söû duïng ñeå moâ phoûng caùc ñaïi löôïng phuï thuoäc thôøi gian. Khoaù luaän toát nghieäp
-9- Phöông phaùp Monte Carlo phuï thuoäc raát nhieàu vaøo taäp hôïp caùc soá ngaãu nhieân. Treân maùy tính, caùc soá ngaãu nhieân trong caùc ngoân ngöõ laäp trình thöôøng chæ coù giaù trò töø 0 ñeán 1, trong khi phaïm vi cuûa caùc ñaïi löôïng caàn moâ phoûng thì raát roäng lôùn. Vì vaäy ta caàn coù nhöõng kó thuaät thích hôïp ñeå moâ phoûng baøi toaùn. Phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng raát roäng raõi trong nhieàu lónh vöïc nhö thoáng keâ, löôïng töû, moâ phoûng caáu truùc vaät lieäu vaø caû trong kinh teá nöõa. Treân thöïc teá, noù ñöôïc söû duïng trong nghieân cöùu thò tröôøng chöùng khoaùn, nghieân cöùu söï vaän chuyeån böùc xaï, tính toaùn vaø thieát keá loø phaûn öùng … 1.2.2. Toång quan veà MCNP Thuaät ngöõ “phöông phaùp Monte Carlo” xuaát hieän töø Theá chieán thöù hai khi tieán haønh caùc moâ phoûng ngaãu nhieân trong quaù trình cheá taïo bom nguyeân töû. MCNP (Monte Carlo N-Particle) ñöôïc phaùt trieån bôûi nhoùm Monte Carlo taïi Phoøng thí nghieäm quoác gia Los Alamos, Myõ. Ñaây laø chöông trình phoå bieán ñeå moâ phoûng töông taùc giöõa neutron, gamma, electron vôùi nhau hay vôùi moâi tröôøng. MCNP ñöôïc cung caáp töø Trung taâm Thoâng tin che chaén Böùc xaï (RSICC) ôû Oak Ridge, Tennessee vaø Ngaân haøng döõ lieäu OECD/NEA ôû Phaùp. MCNP söû duïng caùc thö vieän soá lieäu haït nhaân vaø nguyeân töû naêng löôïng lieân tuïc töø caùc nguoàn döõ lieäu ENDF (Evaluated Nuclear Data File), ENDL (Evaluated Nuclear Data Library) vaø ACTL (the Activation Library). MCNP töø khi ra ñôøi cho ñeán nay coù raát nhieàu phieân baûn, moãi phieân baûn keá tieáp ñeàu ñöôïc caäp nhaäp theâm caùc tính naêng môùi : - Phieân baûn MCNP3, 3A vaø 3B ra ñôøi vaøo thaäp nieân 1980 taïi Los Alamos. - Naêm 1993, MCNP4A ra ñôøi. Khoaù luaän toát nghieäp
- 10 - - Naêm 1997, MCNP4B xuaát hieän vôùi vieäc caäp nhaät theâm caùc tính naêng veà photon. - Naêm 2000, phieân baûn 4C ra ñôøi keøm theâm caùc tính naêng veà electron. - Phieân baûn MCNPX 2.4.0 ra ñôøi naêm 2002. - MCNP5 vaøo naêm 2003 xuaát hieän vôùi caùc möùc naêng löôïng, chuûng loaïi haït ñöôïc môû roäng. 1.3. Code MCNP4C2 1.3.1. Giôùi thieäu Chöông trình MCNP4C2, cuõng gioáng nhö caùc phieân baûn khaùc, söû duïng vieäc gieo soá ngaãu nhieân tuaân theo caùc quy luaät phaân boá, ghi laïi quaù trình soáng cuûa moät haït khi noù ñöôïc phaùt ra töø nguoàn. Chöông trình coù nhieàu öùng duïng nhö thieát keá loø phaûn öùng, an toaøn tôùi haïn, che chaén vaø baûo veä, vaät lyù trò lieäu … Trong phaïm vi cuûa khoaù luaän chæ giôùi haïn söû duïng chöông trình naøy ñeå tính hieäu suaát ghi cuûa detector. 1.3.2. Caáu truùc file input [5] 1.3.2.1. Cell card Döïa treân heä truïc toaï ñoä Descartes, MCNP laáy caùc maët bieân cuûa moät khoái vaät chaát ñeå moâ taû, taïo thaønh caùc cell. Vôùi nhieàu cell keát hôïp laïi, MCNP coù theå moâ phoûng khaù chính xaùc moät caáu truùc hình hoïc ba chieàu cuûa loø phaûn öùng, buoàng chieáu xaï … Caáu truùc cô baûn cuûa moät cell card : j m d geom params Trong ñoù j : chæ soá cell (1 ≤ j ≤ 99999). m : soá vaät chaát chöùa trong cell, neáu cell troáng thì m = 0. Khoaù luaän toát nghieäp
- 11 - d : khoái löôïng rieâng cuûa cell. Neáu maät ñoä vaät chaát tính baèng soá nguyeân töû/cm3 thì coù giaù trò döông, neáu tính baèng ñôn vò g/cm3 thì coù giaù trò aâm. geom : phaàn moâ taû hình hoïc cuûa cell, goàm chæ soá caùc maët tuyø theo vuøng giôùi haïn. params : caùc tham soá tuyø choïn (imp, u, lat … ). 1.3.2.2. Surfaces Card Trong MCNP4C2 coù raát nhieàu loaïi maët hình hoïc ñöôïc söû duïng nhö maët phaúng, maët caàu, maët truï, maët noùn, ellipsoid… Moãi loaïi maët ñeàu coù moät kí hieäu rieâng ñaõ ñöôïc thoáng nhaát (xem phuï luïc). Caáu truùc cô baûn cuûa moät maët bao goàm : j a data j : chæ soá maët (1 ≤ j ≤ 99999). a : kí hieäu loaïi maët. data : caùc heä soá cuûa maët caàn moâ taû (ñôn vò laø cm). Neáu xeùt tröôøng hôïp trong khoâng gian chæ coù moät maët, thì maët naøy seõ chia khoâng gian thaønh hai vuøng rieâng bieät. Giaû söû coù moät ñieåm I (x,y,z) thoaû maõn ñieàu kieän cuûa maët ñoù, töùc laø I = f(x,y,z) = 0, khi ñoù ñieåm I naèm treân maët ñoù, neáu I aâm thì noù ôû beân trong maët vaø ñöôïc gaùn daáu aâm, neáu I döông thì noù ôû beân ngoaøi maët vaø coù daáu döông. Quy öôùc veà chieàu cuûa maët coù theå ñöôïc xaùc ñònh moät caùch ñôn giaûn hôn. Trong heä toaï ñoä Descartes, caùc truïc x, y, z coù höôùng nhö hình 1.1. neáu coù moät maët baát kì thì daáu cuûa maët laø : - Vuøng phía treân maët naøy mang daáu “+”, phía döôùi mang daáu “ – “. Khoaù luaän toát nghieäp
- 12 - - Vuøng beân phaûi mang daáu “+”, beân traùi mang daáu “ – “. - Vuøng beân ngoaøi mang daáu “+”, beân trong mang daáu “ – “. - Vuøng phía tröôùc mang daáu “+”, phía sau mang daáu “ – “. z O x y Hình 1.1. Heä toaï ñoä Descartes Caùc toaùn töû thöôøng duøng trong MCNP4C2 : - Toaùn töû giao (moät khoaûng traéng). - Toaùn töû hôïp ( : ). - Phaàn buø caùc vuøng trong khoâng gian ( # ). 1.3.2.3. Mn Card Mn card ñöôïc duøng ñeå moâ taû vaät lieäu ñöôïc laáp ñaày trong cell. Caáu truùc : ZAIDi fractioni Trong ñoù : ZAID = ZZZAAA.nnX ZZZ, AAA laø caùc soá lieäu nguyeân töû. nn : tieát dieän töông taùc. X : loaïi haït ñeán. fraction : moâ taû thaønh phaàn caùc nguyeân toá caáu taïo neân vaät lieäu, toång caùc thaønh phaàn baèng 1. Khoaù luaän toát nghieäp
- 13 - Neáu baøi toaùn khoâng lieân quan ñeán neutron thì AAA coù theå vieát laø 000 coøn nnX ñöôïc boû ñi. 1.3.2.4. Source Card Phaàn naøy duøng ñeå moâ taû caùc nguoàn phaùt ra tia phoùng xaï. Source card laø phaàn khaù phöùc taïp vôùi nhieàu phaàn hoã trôï. Döôùi ñaây chæ trình baøy moät caùch ñôn giaûn nhaát veà Source card. Nguoàn phaùt söû duïng trong moâ phoûng coù nhieàu loaïi nhö : - Nguoàn toång quaùt (SDEF). - Nguoàn maët (SSR/SSW). - Nguoàn tôùi haïn (KCODE). Caáu truùc : SDEF CEL POS ERG WGT TME PAR DIR SDEF : loaïi nguoàn. CEL : chæ soá cuûa caùc cell coù chöùa nguoàn. POS : vò trí cuûa nguoàn (maëc ñònh laø 0 0 0). ERG : naêng löôïng phaùt tính baèng MeV (maëc ñònh 14 MeV). WGT : troïng soá cuûa nguoàn (maëc ñònh laø 1). TME : thôøi gian (maëc ñònh laø 0). PAR : loaïi haït (n, n p, n p e, p e vaø e). DIR : höôùng phaùt. Ngoaøi ra, ñeå hoã trôï theâm coøn coù caùc phaàn SIn, SPn card … vaø caùc Tally. 1.3.3. Tally [4] Chöông trình MCNP cung caáp cho ngöôøi duøng 7 tally chuaån cho neutron, 6 tally chuaån cho photon vaø 4 tally chuaån cho electron (baûng 1.1). Taát caû ñeàu ñaõ ñöôïc Khoaù luaän toát nghieäp
- 14 - chuaån hoaù treân moät haït phaùt ra, tröø moät vaøi tröôøng hôïp ñoái vôùi nguoàn tôùi haïn. Caùc tally hoã trôï ngöôøi söû duïng trong vieäc ñaùnh giaù caùc vaán ñeà veà doøng haït, thoâng löôïng haït, naêng löôïng ñeå laïi … Baûng 1.1. Caùc kieåu tally Kí hieäu Moâ taû Loaïi haït F1 Cöôøng ñoä doøng qua beà maët N, P, E F2 Thoâng löôïng trung bình qua moät beà maët N, P, E F4 Thoâng löôïng trung bình qua moät cell N, P, E F5 Thoâng löôïng taïi moät ñieåm hay ñaàu doø N, P F6 Naêng löôïng trung bình ñeå laïi trong moät cell N, P F7 Naêng löôïng phaân haïch trung bình ñeå laïi trong moät cell N F8 Phaân boá ñoä cao xung trong detector P, E Trong giôùi haïn cuûa khoaù luaän naøy, tally F8 ñöôïc söû duïng chuû yeáu ñeå taïo söï phaân boá naêng löôïng cuûa xung trong detector vôùi nguoàn phaùt photon. Caáu truùc cuûa tally F8 nhö sau: f8 : pl Si e8 0 1E-5 E1 E2 … Trong ñoù pl : loaïi haït (P hoaëc E hoaëc P,E) Si : chæ soá cuûa cell maø tally F8 caàn tính Doøng leänh thöù hai coù taùc duïng chia daõy naêng löôïng trong detector thaønh nhieàu khoaûng naêng löôïng (energy bins). Khoaù luaän toát nghieäp
- 15 - Khi moät haït baát kì ñöôïc ghi nhaän taïi moät bin thì naêng löôïng cuûa bin naøy chính laø naêng löôïng maø haït ñeå laïi trong detector tröôùc khi thoaùt ra ngoaøi. Bin zero (0) ñöôïc duøng ñeå ghi nhaän taát caû caùc quaù trình khoâng töông töï, töùc laø caùc xung coù giaù trò aâm do caùc electron bò ñaùnh baät ra trong quaù trình moâ phoûng gaây neân. Neáu moät haït khoâng ñeå laïi chuùt naêng löôïng naøo trong cell thì chuùng seõ ñöôïc ghi laïi trong bin zero vaø bin epsilon (1E-5). Tally F8 coù theå söû duïng cho photon vaø electron nhöng khoâng söû duïng cho neutron vì quaù trình bieán ñoåi cuûa neutron laø khoâng töông töï. 1.3.4. Ví duï Xeùt moät hoäp hình truï chöùa ñaày nöôùc coù d = 1 g/cm3 (hình 1.2), ñöôïc ñaët trong heä truïc toaï ñoä Oxyz. Veà phöông dieän hình hoïc, hoäp ñöôïc taïo thaønh bôûi hai maët phaúng 1 vaø 2 cuøng maët truï 3. Khoái hoäp ñöôïc xem laø nguoàn phaùt tia gamma. Maët treân detector truøng vôùi maët Oxy. z 1 3 2 4 • x 6 Ge 5 y Hình 1.2. Maãu moâ phoûng Khoaù luaän toát nghieäp
- 16 - - Cell card : 10 1 -1 -1 2 -3 imp:p=1 20 2 -5,36 -4 5 -6 imp:p=1 Doøng leänh ñaàu moâ taû cell 10, chöùa 1 vaät chaát laø nöôùc vôùi maät ñoä 1 g/cm3. Nöôùc ñöôïc chöùa trong phaàn khoâng gian giao bôûi vuøng döôùi maët phaúng 1, vuøng treân maët phaúng 2 vaø vuøng trong cuûa maët truï 3. Doøng leänh thöù hai moâ taû detector laø moät khoái Germanium (Ge) coù maät ñoä 5,36 g/cm3 . Noù ñöôïc taïo bôûi vuøng khoâng gian beân döôùi maët phaúng 4, beân treân maët phaúng 5 vaø beân trong maët truï 6. - Surface card : 1 pz 6  maët phaúng 1 coù phöông trình z – 6 = 0. 2 pz 2  maët phaúng 2 coù phöông trình z – 2 = 0. 3 cz 1  maët truï 3 coù phöông trình x2 + y2 – 1 = 0. 4 pz 0  maët phaúng 4 coù phöông trình z = 0. 5 pz -3  maët phaúng 5 coù phöông trình z + 3 = 0. 6 cz 0,2  maët truï 6 coù phöông trình x2 + y2 – 0,04 = 0. Nhöõng doøng treân laø caùc leänh taïo ra caùc maët cuûa nguoàn vaø detector. - Mn card : m1 8016 0,3333 1001 0,6667 m2 32073 0,0780 32070 0,2050 & 32072 0,2740 32074 0,3650 & 32076 0,0780 & cond=-1 Khoaù luaän toát nghieäp
- 17 - Doøng leänh moät moâ taû thaønh phaàn cuûa phaân töû nöôùc H2O, nguyeân töû Oxi chieám 33,33% soá löôïng nguyeân töû cuûa phaân töû H2O, coøn Hidro chieám 66,67%. Doøng leänh thöù hai moâ taû thaønh phaàn taát caû caùc ñoàng vò cuûa Germanium trong detector. - Source card : sdef 10 erg=0,063 pos=0 0 4 rad= d1 ext= d2 si1 0 1 sp1 -21 1 si2 2 6 sp2 -21 0 f8:p 20 e8 0 0,00001 0,0067 8188i 1,9422 nps 10000000 Ñoaïn leänh treân chæ ra taâm cuûa nguoàn taïi vò trí z = 4, töø taâm queùt theo baùn kính hình truï 1 cm, chieàu cao 4 cm töø vò trí z = 2 ñeán z = 6. Soá haït ñeán detector ñöôïc moâ phoûng laø 10000000 haït . Tally F8 aùp duïng cho cell chöùa detector laø cell 20, daõy naêng löôïng cuûa detector ñöôïc chia thaønh 8188 bins, töø 0,0067 MeV ñeán 1,9422 MeV . Khoaù luaän toát nghieäp
- 18 - Chöông 2 GIÔÙI THIEÄU BÖÙC XAÏ GAMMA VAØ HEÄ ÑO HPGE 2.1. Töông taùc cuûa böùc xaï gamma vôùi vaät chaát [1] 2.1.1. Khaùi quaùt veà tia gamma Khi haït nhaân nguyeân töû ôû traïng thaùi kích thích coù möùc naêng löôïng cao chuyeån veà traïng thaùi coù möùc naêng löôïng thaáp hôn, sau ñoù trôû veà traïng thaùi cô baûn seõ phaùt ra moät löôïng töû coù naêng löôïng ñuùng baèng hieäu hai möùc naêng löôïng maø noù chuyeån dòch vaø coù daïng phoå vaïch. Ñoù chính laø böùc xaï gamma, coù baûn chaát cuûa soùng ñieän töø vôùi böôùc soùng nhoû hôn 10-8 cm. Tia gamma khoâng bò leäch trong ñieän tröôøng vaø töø tröôøng, coù khaû naêng ñaâm xuyeân raát lôùn, gaây nguy hieåm cho con ngöôøi. Böùc xaï gamma töông taùc vôùi moâi tröôøng vaät chaát thoâng qua caùc quaù trình haáp thuï vaø taùn xaï. Naêng löôïng cuûa tia gamma seõ giaûm daàn theo quy luaät haøm muõ : I  I 0 .e   m . . x ( 2.1 ) Trong ñoù I0 : cöôøng ñoä chuøm tia gamma ban ñaàu. I : cöôøng ñoä chuøm tia gamma sau khi qua vaät chaát. x : beà daøy cuûa khoái vaät chaát (cm). ρ : maät ñoä khoái cuûa vaät chaát (g/cm3). μm : heä soá suy giaûm khoái (cm2/g). Quaù trình haáp thuï laø quaù trình maø tia gamma truyeàn toaøn boä naêng löôïng cho caùc haït trong vaät chaát, laøm cho chuùng chuyeån ñoäng vaø tia gamma bieán maát. Quaù tình taùn xaï laø quaù trình tia gamma truyeàn moät phaàn naêng löôïng cho caùc haït vaät chaát. Tia gamma seõ giaûm naêng löôïng ñoàng thôøi phöông chuyeån ñoäng cuõng thay ñoåi. Khoaù luaän toát nghieäp