TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP.HCM
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN THU HẰNG
XÁC ĐỊNH NGUYÊN TỬ SỐ HIỆU DỤNG ZEFF
CỦA MỘT SỐ CHẤT LỎNG
Cán bộ hƣớng dẫn:
TS. HOÀNG ĐỨC TÂM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 7 NĂM 2020
ii
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Xác định nguyên tử số hiệu dụng Z eff của một số chất lỏng” là nội
dung tôi chọn để nghiên cứu và làm khóa luận tốt nghiệp sau bốn năm theo học
chương trình đại học chuyên ngành Vật lý học tại Trường Đại học Sư phạm
TP.HCM. Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện khóa luận này, lời đầu
tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Hoàng Đức Tâm thuộc Khoa Vật lý
– Trường Đại học Sư phạm TPHCM. Thầy đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu cũng như trợ giúp về mặt tinh thần để tôi hoàn thiện
khóa luận một cách tốt nhất. Ngoài ra tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô trong
tổ Vật lý hạt nhân đã đóng góp những ý kiến quý báu cho khóa luận.
Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý đã tạo điều kiện và
thời gian cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân, bạn bè và các
anh chị trong nhóm nghiên cứu đã động viên tôi và hỗ trợ những yếu điểm về kiến
thức để hoàn thành khóa luận.
Trân trọng cảm ơn!
ii
MỤC LỤC
Trang
DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv
DANH SÁCH BẢNG v
CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GAMMA TRUYỀN QUA 6
1.1. Vài nét về bức xạ gamma ..................................................................................... 6
1.1.1. Tương tác của gamma với vật chất ............................................................. 6
1.1.2. Sự phụ thuộc xác suất xảy ra các hiệu ứng với nguyên tử số Z ................. 7
1.1.3. Phổ gamma ................................................................................................. 8
1.2. Sự suy giảm cường độ gamma ............................................................................. 9
1.2.1. Đối với chùm tia hẹp .................................................................................. 9
1.2.2. Đối với chùm tia rộng - Hệ số tích lũy B ................................................. 12
1.3. Mật độ khối
của chất lỏng ............................................................................. 14
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUYÊN TỬ SỐ HIỆU DỤNG 15
2.1. Phương pháp tính trực tiếp ................................................................................. 15
2.2. Phương pháp tính Z eff theo tiết diện nguyên tử ................................................. 16
2.3. Phương pháp nội suy .......................................................................................... 17
2.4. Xác định nguyên tử số hiệu dụng bằng công thức XMuDat .............................. 18
2.5. Một số công thức khác ....................................................................................... 18
CHƢƠNG 3. KHẢO SÁT NGUYÊN TỬ SỐ HIỆU DỤNG VÀ MẬT ĐỘ CỦA
AXIT BẰNG MÔ PHỎNG MONTE CARLO VÀ THỰC NGHIỆM 20
3.1. Thực nghiệm ...................................................................................................... 20
3.1.1. Bố trí thực nghiệm .................................................................................... 20
3.1.2. Vật liệu ..................................................................................................... 22
iii
3.2. Phương pháp Monte Carlo và mô phỏng MCNP ............................................... 23
3.2.1. Phương pháp Monte Carlo........................................................................ 23
3.2.2. Chức năng của MCNP6 ............................................................................ 25
3.2.3. Mô hình trong mô phỏng MCNP6 ............................................................ 25
3.2.4. Vật liệu mô phỏng .................................................................................... 27
3.3. Phương pháp xử lý phổ ...................................................................................... 30
3.3.1. Phần mềm Colegram ................................................................................ 30
3.3.2. Phổ thực nghiệm ....................................................................................... 32
3.4. Phương pháp tính sai số thực nghiệm ................................................................ 34
3.4.1. Đối với các phép đo thực nghiệm ............................................................. 34
3.4.2. Phương pháp truyền sai số ........................................................................ 35
CHƢƠNG 4. XÁC ĐỊNH NGUYÊN TỬ SỐ HIỆU DỤNG VÀ MẬT ĐỘ CỦA
MỘT SỐ AXIT 36
4.1. Thực nghiệm ...................................................................................................... 36
4.2. Mô phỏng ........................................................................................................... 38
4.3. Mật độ chất lỏng ................................................................................................. 43
KẾT LUẬN 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
PHỤ LỤC 51
A. Dữ liệu đầu vào mô phỏng MCNP6 .................................................................... 51
B. Bảng số liệu thể hiện sự trùng khớp giữa hai phương pháp tính nguyên tử số hiệu
dụng bằng công thức trực tiếp và phương pháp tính toán từ tiết diện nguyên tử. ... 5 6
iv
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Phổ năng lượng của gamma ........................................................................ 8
Hình 1.2. Gamma truyền qua với chùm tia được chuẩn trực ...................................... 9
Hình 1.3. Hệ số suy giảm khối của Nhôm biểu diễn theo năng lượng photon ......... 12
Hình 1.4. Hệ số suy giảm khối của Chì biểu diễn theo năng lượng photon ............. 12
Hình 1.5. Gamma truyền qua với chùm tia không chuẩn trực .................................. 13
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thực nghiệm ........................................................................... 20
Hình 3.2. Thông số kích thước và các loại vật liệu của detector NaI(Tl) dùng trong
mô phỏng. ................................................................................................................. 21
Hình 3.3. Bố trí thực nghiệm .................................................................................... 22
Hình 3.4. Các ống chứa mẫu đo thực nghiệm ........................................................... 22
Hình 3.5. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp Monte Carlo ................................... 24
Hình 3.6. Mô phỏng thí nghiệm; a) nhìn từ phía trên, b) ảnh 3D ............................. 26
Hình 3.7. Phổ thực nghiệm truyền qua của Axit Formic được khớp bằng đỉnh Gauss
và nền One Step ........................................................................................................ 32
Hình 3.8. Phổ thực nghiệm mở bằng phần mềm Colegram ...................................... 32
Hình 3.9. Phổ thực nghiệm và phông môi trường mở bằng phần mềm Origin ........ 33
Hình 4.1. So sánh Zeff thực nghiệm với kết quả tính trực tiếp theo NIST ................ 37
Hình 4.2. So sánh Zeff mô phỏng với kết quả tính trực tiếp theo NIST .................... 41
Hình 4.3. So sánh giá trị Zeff giữa mô phỏng, thực nghiệm và NIST ....................... 42
Hình 5.1. Đường chuẩn mật độ theo tỉ số
MP
R
........................................................ 44
Hình 5.2. Giá trị mật độ thực nghiệm so với lý thuyết ............................................. 45