BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Thị Bích Hậu
KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG CỦA DETECTOR
HPGe CHO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM GEANT4
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ
Thành phố Hồ Chí Minh - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Thị Bích Hậu
KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG CỦA DETECTOR
HPGe CHO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM GEANT4
Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử
Mã số: 60.44.01.06
LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Võ Hồng Hải
Thành phố Hồ Chí Minh – 2013
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình, chu
đáo với tinh thần khoa học và trách nhiệm cao của Thầy/Cô trong khoa Vật lý trường Đại Học
Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh và trong bộ môn Vật Lý Hạt Nhân trường Đại Học Khoa
Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh. Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và kính trọng nhất
đến:
TS. Võ Hồng Hải không chỉ là Thầy hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn, động
viên và truyền đạt kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học. Bên cạnh đó, Thầy đã tạo
những điều kiện tốt nhất để tôi sớm hoàn thành luận văn.
PGS. TS Châu Văn Tạo và các Thầy/Cô trong bộ môn Vật Lý Hạt Nhân đã tận tình giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận văn.
Ths. Nguyễn Quốc Hùng đã hướng dẫn tôi rất nhiều trong những bước đầu tiên làm
quen với chương trình mô phỏng Geant4.
Tôi cũng cũng bày tỏ tấm lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy/Cô đã truyền đạt kiến thức
trong quá trình học, Phòng Sau Đại Học, Khoa Vật Lý trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Cảm ơn bạn bè của tôi đã động viên tôi.
Cuối cùng, con xin gửi lời biết ơn chân thành tới ba mẹ, gia đình đã tạo điều kiện thuận
lợi nhất để con thực hiện việc học và làm luận văn tốt nhất.
1
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................ 4
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 7
1.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất .................................................................... 7
1.1.1. Hiệu ứng quang điện ................................................................................................... 7
1.1.2. Tán xạ Compton .......................................................................................................... 8
1.1.3. Hiệu ứng tạo cặp ....................................................................................................... 10
1.1.4. Hiệu ứng Rayleigh .................................................................................................... 12
1.2. Tương tác của bức xạ muon với vật chất .................................................................... 14
1.3. Giới thiệu phóng xạ môi trường ................................................................................... 16
1.3.1. Các chuỗi phóng xạ nguyên thủy trong tự nhiên ...................................................... 17
1.3.2. Phóng xạ bức xạ vũ trụ muon ................................................................................... 21
1.4. Giới thiệu hệ phổ kế HPGe GC2018 ............................................................................ 22
1.4.1. Giới thiệu .................................................................................................................. 22
1.4.2. Mô tả đầu dò HPGe GC2018 .................................................................................... 23
1.5. Giới thiệu chương trình mô phỏng Geant4 ................................................................. 25
1.5.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 25
1.5.2. Cấu trúc chương trình Geant4 ................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MÔ PHỎNG HỆ ĐO HPGE .................................................. 27
2.1. Bố trí mô phỏng.............................................................................................................. 27
2.2. Chương trình Geant4 .................................................................................................... 28
2.2.1. Kết cấu hình học và tính chất của các đối tượng ...................................................... 28
2.2.2. Tương tác vật lý ........................................................................................................ 37
2.2.3. Các thiết lập cơ sở ban đầu ....................................................................................... 38
2.3. Chương trình tác động độ phân giải ............................................................................ 40
2.4. Chương trình lưu dữ liệu và vẽ phổ ............................................................................. 41
2.4.1. Chương trình lưu dữ liệu .......................................................................................... 41
2.4.2. Chương trình vẽ phổ ................................................................................................. 42
2
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .................................................................. 43
3.1. Dạng phổ của đồng vị K-40 và nhận xét ...................................................................... 43
3.2. Dạng phổ của đồng vị U-238 và nhận xét .................................................................... 46
3.3. Dạng phổ của đồng vị Th-232 và nhận xét .................................................................. 49
3.4. Dạng phổ của muon và nhận xét .................................................................................. 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 55
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 57
3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
h
c
Na
m0
Diễn giải Hằng số Planck 6,626.10-34J.s Vận tốc ánh sáng trong chân không 3.108m/s Số Avogadro 6,02.1023 hạt/mol Khối lượng nghỉ của electron 9,1.10-31kg Bán kính quỹ đạo cổ điển của electron 2,8179.10-15m re
Độ lệch chuẩn σ0
Động năng của quang electron Ee
Năng lượng gamma tới E
Năng lượng liên kết của electron trên lớp vỏ EB
Năng lượng liên kết của electron lớp K Ek
Số hiệu nguyên tử Z
Chữ viết tắt Diễn giải
Geometry and Tracking Geant4
Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (European CERN
Organization for Nuclear Research)
FWHM Full Width Hafl Maximum
HPGe Hight Pure Germanium
Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh
LNHB Laboratoire National Henri Becquerel
MCNP Monte Carlo N Particle
4
MỞ ĐẦU
Trong môi trường có các nhân phóng xạ nguyên thủy phổ biến nhất là U-238, Th-232,
U-235, K-40. Các nhân phóng xạ này có chu kỳ bán rã lớn có thể so sánh với tuổi trái đất.
Trong đó nồng độ của U-238 có giá trị trung bình trên toàn thế giới là 25 Bq/kg. Nồng độ của
Th-232 trong đất dải từ 2 đến 300 Bq/kg tương tự như U-238 và có giá trị trung bình trên toàn
thế giới là 40 Bq/kg. Nồng độ của K-40 trong đất dải từ 37 đến 1100 Bq/kg và có giá trị trung
bình 400 Bq/kg. Còn lượng nhân phóng xạ U-235 chỉ chiếm 0,72% tổng lượng uranium có
trong tự nhiên nên có rất ít trong môi trường đất.
Việc nghiên cứu phóng xạ môi trường cũng như khả năng ghi nhận của đầu dò, phân
tích phổ cho phép chúng ta xác định hoạt độ của đồng vị phóng xạ. Để đánh giá về hoạt độ
trong các mẫu môi trường thường dựa vào rất nhiều các tham số như hiệu suất ghi của đầu dò,
độ phân giải năng lượng và đặt biệt là phông nền phóng xạ. Đối với phông nền, nguyên nhân là
do phông nền Compton, phông nền bức xạ vũ trụ. Sự tự hấp thụ trong mẫu cũng là nguyên
nhân. Để nắm rõ hơn về sự ảnh hưởng của phông nền cũng như khả năng ghi nhận, tính chất
hoạt động của đầu dò, bên cạnh thực nghiệm, việc mô phỏng về tính chất đầu dò là rất quan
trọng. Hiện nay, các phần mềm có độ tin cậy cao được dùng trong việc mô phỏng gồm
GEANT4, MCNP, và các phần mềm chuyên dụng khác.
Đã có một số công trình trong và ngoài nước thực hiện mô phỏng về một số tính chất
cho đầu dò HPGe. Chẳng hạn như một số công trình tiêu biểu: “Nghiên cứu hiệu suất ghi của
đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) trong hệ phổ kế gamma bằng phương pháp Monte Carlo
và thuật toán di truyền” là luận án tiến sĩ của Võ Xuân Ân năm 2008; “Mô phỏng Monte Carlo
đường cong hiệu suất đỉnh của đầu dò HPGe trong hệ phổ kế gamma môi trường sử dụng
chương trình MCNP4C2” bài báo đăng trên tạp chí khoa học và phát triển công nghệ của nhóm
tác giả Trương Thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh và Mai Văn Nhơn;
“Dead-layer thickness effect for gamma spectra measured in an HPGe p-type detector” của tác
giả Huy, N.Q (2011); “A detailed investigation of HPGe detector response for improved Monte
Carlo efficiency calculations” của nhóm tác giả Boson J., Agren G., Johansson L. (2008); …..
Trong luận văn này, chúng tôi thực hiện mô phỏng khả năng đáp ứng của đầu dò HPGe
cho cho một số đồng vị phóng xạ có trong môi trường và bức xạ vũ trụ muon. Cụ thể chúng tôi
5
khảo sát cho các đồng vị U-238, Th-232, K-40, với các dạng nguồn điểm và nguồn có kích
thước. Sự tự hấp thụ cũng được quan tâm trong đề tài.
Đầu dò chúng tôi quan tâm là loại HPGe được đặt trong buồng chì. Các thông số về kích
thước, vật liệu cấu tạo đầu dò cũng như buồng chì được lấy từ nhà sản xuất. Chúng tôi mô tả cụ
thể cho đầu dò HPGe mà được sử dụng tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường đại học Khoa học
Tự nhiên – TpHCM. Phần mềm chúng tôi sử dụng mô phỏng là Geant4.
Trong luận văn chúng tôi sẽ tiến hành các công việc cụ thể như sau:
1) Mô phỏng hệ đầu dò HPGe theo kích thước thực.
2) Mô phỏng nguồn theo dạng nguồn điểm, nguồn có kích thước và được phân bố đều.
Nguồn phát ra bức xạ là đẳng hướng 4 pi. Các giá trị năng lượng của K-40, U-238, Th-232
được tham khảo từ cơ sở dữ liệu của phòng thí nghiệm quốc gia của Pháp (LNHB). Riêng bức
xạ vũ trụ muon có năng lượng là 450 MeV, dạng tia, hướng bắn vuông góc với bề mặt của dầu
dò.
3) Phổ năng lượng để lại trong đầu dò được ghi lại, cũng như phổ năng lượng có ảnh
hưởng của độ phân giải theo phương trình FWHM = a + b * sqrt(E), với các hệ số a, b được lấy
từ các số liệu thực nghiệm của Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý hạt nhân, Trường Đại Học Khoa Học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh: a = 0,6982239678*10-3; b = 0,902784899*10-3.
4) Phân tích, đánh giá kết quả thu được.
Phần bố trí luận văn được phân bổ như sau:
Chương 1 - Tổng quan: Trong chương này chúng tôi giới thiệu khái quát về tương tác của bức xạ gamma với vật chất, tương tác của bức xạ muon với vật chất, phóng xạ môi trường, hệ phổ kế HPGe GC2018 và chương trình mô phỏng Geant4.
Chương 2 - Bố trí mô phỏng hệ đo HPGe: Trong phần này chúng tôi lần lượt trình bày về những bố trí hệ đo trong mô phỏng, chương trình Geant4, chương trình tác động độ phân giải và chương trình lưu dữ liệu và vẽ phổ.
Chương 3 - Kết quả và nhận xét: Trong chương này chúng tôi lần lượt trình bày các kết quả về dạng phổ và nhận xét kết quả thu được đối với từng đồng vị: K-40, U-238, Th-232 và muon.
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất
1.1.1. Hiệu ứng quang điện
Khi gamma va chạm với electron của nguyên tử, năng lượng gamma được truyền toàn
bộ cho electron đó dưới dạng động năng. Electron này bay ra khỏi nguyên tử và được gọi là
quang electron. Đây được gọi là hiệu ứng quang điện. Quang electron nhận được động năng Ee
bằng hiệu số giữa năng lượng gamma tới E và năng lượng liên kết EB của electron trên lớp vỏ
Germanium
e-
Năng lượng photon (MeV)
(a) (b)
trước khi bị bứt ra [1],[4],[8].
Hình 1.1. a) Hiệu ứng quang điện.
b) Tiết diện khối của hiệu ứng quang điện phụ thuộc năng lượng photon.
Ee = E - EB (1.1)
Theo công thức (1.1) năng lượng của gamma tới phải lớn hơn lượng liên kết của electron
thì hiệu ứng quang điện mới xảy ra. Tương tác này xảy ra với xác suất lớn nhất khi năng lượng
gamma vừa vượt qua năng lượng liên kết, đặc biệt là đối với các lớp trong cùng (Hình 1.1b).
Do năng lượng liên kết thay đổi theo số nguyên tử Z nên tiết diện tương tác quang điện
phụ thuộc vào Z. Xác suất tổng cộng của hiệu ứng quang điện đối với tất cả các electron quỹ
7
kEE ≥
đạo có năng lượng , trong đó Ek là năng lượng liên kết của electron lớp K, tuân theo quy
1 7 2
E
2/7
2
=
σ
α 4
4 2
Z
luật theo phương trình[16]:
5 σ 0
photo
cm e υ h
−
25
2
=
=
=
α
cm
651,6
10.
;
(1.2)
σ 0
2 π re 8 3
1 137
Với lần lượt là tiết diện tương tác Thomson và hằng số
cấu trúc tinh tế.
Các công thức trên cho thấy hiệu ứng quang điện xảy ra với tiết diện rất lớn đối với các
nguyên tử nặng (chẳng hạn chì) ngay cả ở vùng năng lượng cao, còn đối với các nguyên tử nhẹ
hiệu ứng quang điện chỉ xuất hiện ở vùng năng lượng thấp.
Hiệu ứng quang điện làm ion hóa một nguyên tử và đưa nguyên tử này đến trạng thái
kích thích. Sau đó các electron trên tầng cao hơn nhảy xuống lấp lỗ trống khiếm khuyết trên
tầng điện li, quá trình này phát ra tia X đặc trưng và các electron Auger. Do năng lượng thấp
nên hầu như chúng bị hấp thụ hoàn toàn trong vùng nhạy của đầu dò. Phần lớn năng lượng tia
gamma chuyển thành động năng electron và được ghi nhận. Xung ghi được do hiệu ứng quang
điện nếu không có hiệu ứng bề mặt và thoát tia X sẽ đóng góp vào số đếm của đỉnh năng lượng
toàn phần.
e-
(a) (b)
1.1.2. Tán xạ Compton
Hình 1.2. a) Hiệu ứng Compton; b) Sơ đồ tán xạ gamma lên electron tự do.
8
Ở hiệu ứng tán xạ Compton, gamma tán xạ lên electron ở quỹ đạo, dẫn đến gamma thay
đổi phương bay và bị mất một phần năng lượng, còn electron nhận được một phần năng lượng
của gamma dưới dạng động năng và được giải phóng ra khỏi nguyên tử (Hình 1.2a). Quá trình
tán xạ Compton có thể coi như quá trình gamma tán xạ đàn hồi lên electron tự do (Hình 1.2b)
[14].
Trên cơ sở tính toán động học của quá trình tán xạ đàn hồi của hạt gamma chuyển động
với năng lượng hυ lên electron đứng yên, ta có các công thức sau đây đối với năng lượng
= h
gamma E’ và electron Ee sau tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ ϕ của gamma sau tán xạ[16]:
Ee
cos −
( γ − 1 ( γ + 1
) ϕ )ϕ cos
υ 1
= hE '
'
h
(1.3)
+
1 −
)ϕ
= υυ 1
( γ 1
cos
−
31
=
γ
=
m
kg
10.1,9
;
(1.4)
0
υ h 2 cm 0
là khối lượng electron và c = 3.108 m/s là vận tốc Trong đó:
ánh sáng; m0c2 = 0,511 MeV là năng lượng nghỉ của electron.
ϕ
) γ
cos
( θ += 1
tan
Góc tán xạ θ của electron sau tán xạ liên hệ với góc tán xạ của gamma ϕ như sau:
2
(1.5)
Theo (1.3) và (1.4) góc tán xạ của gamma sau tán xạ càng lớn thì năng lượng của nó E’
càng bé. Nghĩa là gamma càng mất nhiều năng lượng. Gamma chuyển phần năng lượng lớn nhất cho electron sau tán xạ bay ra một góc 1800, tức là tán xạ giật lùi. Khi đó năng lượng giật
υ
= h
lùi của electron được tính theo công thức:
Ee
γ
γ 2 + 21
(1.6)
Khi tia gamma tương tác với vùng nhạy của đầu dò bởi hiệu ứng Compton, năng lượng
của tia gamma ban đầu chuyển thành động năng của electron và năng lượng của tia gamma thứ
eE , năng lượng tia gamma γE và góc tán xạ θ được
cấp. Mối quan hệ giữa động năng electron
cho bởi công thức (1.3).
Với góc tán xạ thay đổi từ 0 đến π thì động năng của electron thay đổi từ 0 đến giá trị
cực đại Emax tạo thành vùng phân bố Compton đóng góp vào phổ biên độ. Tại Emax của electron
9
ta được cạnh Compton. Các mức năng lượng khác thấp hơn tạo nên hình dáng trũng xuống gọi
là lưng Compton. Các tia gamma thứ cấp có thể thoát khỏi bề mặt tinh thể nhưng cũng có thể
tương tác tiếp với đầu dò. Như vậy bằng hiệu ứng Compton, tia gamma cũng có thể cho xung
đóng góp vào đỉnh năng lượng toàn phần nếu tia gamma mất hoàn toàn năng lượng trong tinh
thể sau những tán xạ liên tiếp.
+
−
) γ
( + 21ln
( + 21ln
2
Xác suất tổng cộng của tán xạ Compton được xác định theo công thức[16]:
2 = πσ r e
C
2
+ γ 1 2 γ
) γ 1 − γγ
( 12 + 21
1 γ 2
+ γ 31 + γ )21(
) + γ
Germanium
Năng lượng photon(MeV)
(1.7)
Hình 1.3. Tiết diện khối của quá trình tán xạ Compton phụ thuộc năng lượng photon.
1.1.3. Hiệu ứng tạo cặp
Nếu gamma có năng lượng lớn hơn hoặc bằng hai lần năng lượng tĩnh của electron là
1,022 MeV thì khi đi qua hạt nhân, nó sinh ra một cặp electron – positron. Đó là hiệu ứng tạo
e-
γ
e-
cặp.
Các photon hủy cặp 0,511MeV
10
Hình 1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron – positron.
Quá trình tạo cặp xảy ra gần hạt nhân, do động năng chuyển động giật lùi của hạt nhân
rất bé nên phần năng lượng còn dư biến thành động năng của electron và positron. Tổng động
năng của electron và positron sinh ra, dựa vào định luật bảo toàn năng lượng là 1,022 MeV.
Các positron sinh ra sẽ hủy với electron môi trường tạo ra hai photon có năng lượng
bằng nhau (0,511MeV). Có ba khả năng xảy ra:
- Cả hai photon đều bị hấp thụ. Năng lượng của tia gamma bị mất là:
( Eγ-1,022+1,022) = Eγ (MeV). Như vậy tia gamma mất hoàn toàn năng lượng nên ta có sự
đóng góp vào số đếm toàn phần.
- Chỉ có một photon bị hấp thụ, một photon thoát ra ngoài nên năng lượng tia gamma
mất trong vùng nhạy là: Eγ- 1,022 + 0,511 = Eγ - 0,511 (MeV). Các xung này đóng góp số
đếm vào phổ biên độ xung tạo thành đỉnh thoát cặp thứ nhất (đỉnh thoát đơn).
- Khi cả hai photon hủy đều thoát khỏi tinh thể, năng lượng tia gamma mất trong vùng
nhạy của đầu dò là: Eγ - 1,022 MeV. Các xung này đóng góp số đếm vào phổ biên độ xung tạo
thành đỉnh thoát cặp thứ hai (đỉnh thoát đôi).
Tuy nhiên, các xác suất đỉnh thoát đơn và đỉnh thoát đôi này thường rất thấp. Do đó với
nguồn cường độ mạnh hoặc thời gian dài mới khảo sát được các đỉnh này.
=
+
−
−
−
−
α
τ d
4
E
ln
Z
( Zf
ln
Z
( Zf
Xác suất tổng quát của quá trình tạo cặp được xác định theo công thức [16]:
( E
2 +
2 −
EE +
−
22 rZ e
3
1 3
2 3
1 3
( ) ζφ ) 1 4
( ) ζφ 2 4
) +
)
dE + ) ( υ h
(1.8)
Trong đó: E+ là năng lượng tổng cộng của positron; E- là năng lượng tổng cộng của
1;φφ
2
2
+
−
−
=
−
) ξ
( −
( −
) ξ
]ξ )
863,20
55846
( ,0
[ − 6,014
exp
exp
4,0
9,0
5,1
electron; Z là số hiệu nguyên tử của vật chất; re là bán kính quỹ đạo cổ điển của electron;
[ 1ln2
( ) ξφ 1
−
−
( ) ξφξφ =
( )
2 ξξ + 6
(1.9) là hàm biểu diễn, thường được tính bằng mẫu Thomas-Fermi và có dạng sau [16] ]
( + 5,61
) 1
1
2
2 3
(1.10)
Trong đó
11
=
+
ξ
=
→
( ) 0
( ) 0
ln4
183
0
φ 2
φ 1
2 3
−
∞→
ξ
ξ
( ) =∞
( ) →∞
19,19
ln4
(1.11)
φ 1
φ 2
υ
ξ
=
(1.12)
2 hcme 3/1
100 ZEE
+
−
Tham số ξ được định nghĩa: (1.13)
−
1
2
2
2
4
=
+
+
−
+
−
)
( Zf
a
a
a
a
,0
20206
,0
0369
,0
a 0083
002,0
Hàm f(Z) đặc trưng cho tương tác Coulomb giữa electron với hạt nhân
)
(1.14)
]6
[ ( 1
−
2
3/1
<<
<<
υ h
137
Với a = Z/137
cm e
2 Zcm e
=
−
τ
4
ln
)
( Zf
thì Trong trường hợp
pair
2 2 α rZ e
109 54
7 9
υ 2 h 2 cm e
−
−
3/1
>>
137
υ h
(1.15)
2 Zcm e
−
3/1
τ
=
−
−
Z
Zf (
)
4
Trong trường hợp thì
( 183
)
[ ln
]
pair
2 2 α rZ e
1 54
7 9
Germanium
Năng lượng photon(MeV)
(1.16)
Hình 1.5. Tiết diện khối của quá trình tạo cặp theo năng lượng photon.
1.1.4. Hiệu ứng Rayleigh
Trong tán xạ Rayleigh photon tương tác đàn hồi với nguyên tử. Khi đó photon đổi
hướng bay, và không truyền năng lượng cho môi trường vật chất. Tán xạ loại này chỉ làm suy
giảm số photon trong chùm song song. Tương tác này chỉ xảy ra đáng kể với năng lượng nhỏ.
12
Ví dụ như, với năng lượng 70 keV khi bức xạ
tương tác trên mô mềm thì tán xạ Rayleigh
đóng góp ít hơn 5%. [16]
Photon tán xạ
Đối với năng lượng của photon trên 10
5,1
Photon đến
ρσ R ≈
Z ( )3 υ h
keV, xác suất xảy ra tán xạ Rayleigh xấp xỉ:
(1.17)
Tiết diện khối của tán xạ Rayleigh trên
Hình 1.6. Mô hình tán xạ Rayleigh. vật liệu germanium được biểu diễn trên Hình
Germanium
Năng lượng photon(MeV) Hình 1.7. Tiết diện khối của quá trình tán xạ Rayleigh theo năng lượng photon.
1.7 dưới đây.
= σ ϕ
+
σ σ τ
+
+
Z
Như vậy xác xuất tổng cộng tương tác của gamma lên vật chất được xác định:
C
R
pair
photo
(1.18)
Hình 1.8 dưới đây biểu thị xác suất tương tác tổng cộng của photon với vật liệu
Germanium trong khoảng năng lượng từ 0,001 đến 100 MeV.
13
Germanium
Xác suất tổng cộng
…… Tán xạ Compton
Hiệu ứng quang điện
----- Hiệu ứng Rayleigh
Hiệu ứng tạo cặp
Năng lượng photon tới (MeV)
Hình 1.8. Tiết diện khối các loại tương tác của photon lên germanium theo năng lượng
photon.
1.2. Tương tác của bức xạ muon với vật chất
Muon tương tác với vật chất thông qua tương tác yếu và tương tác điện từ. Muon có
quãng chạy khá dài trong vật chất, sau khi tương tác với hạt nhân các phân tử không khí, chúng
mất dần năng lượng do ion hóa khoảng 2 GeV khi đến mặt đất và phân hủy thành positron và
neutrino hoặc electron và phản neutrino. Có thể mô tả sự phân rã của muon theo phương trình
+ µ
µυυ +
+→ + e
sau[9],[10],[11]:
e
− µ
+→ − e
(1.19)
µ + υυ e
(1.20)
Dưới đây là hai sơ đồ minh họa sự phân rã hạt muon theo lý thuyết Fermi và theo lý
thuyết tương tác yếu.
14
e-
e-
µ-
eν
µ- W
(a) µν
(b)
Hình 1.9. Sơ đồ phân rã muon.
a) Sự phân rã muon theo lý thuyết Fermi; b) Sự phân rã muon theo thuyết tương tác yếu. Các muon µ- khi đi vào vật chất sẽ tương tác với vật chất. Các muon µ- sau đó sẽ tương
µ
+→+−
p
n
tác với proton trước khi chúng bị phân hủy theo phản ứng:
µυ
(1.21)
Đối với muon µ+, khi tương tác với vật chất thì có lực đẩy mạnh giữa muon µ+ và hạt nhân. Thời gian sống hiệu dụng của muon µ- nhỏ hơn thời gian sống của muon µ+. Xác suất hấp thụ muon µ- của hạt tỉ lệ với Z4, với Z là số hiệu nguyên tử chất.
Ở mức năng lượng cao, muon có tính chất như hạt mang điện, khi đó muon tương tác
với vật chất cũng có các hiệu ứng như một hạt mang điện tương tác vật chất. Muon thất thoát
năng lượng chủ yếu do sự ion hóa và phát bức xạ hãm.
Sự ion hóa: Hạt mang điện đi vào môi trường vật chất sẽ mất dần năng lượng do ion
hóa và kích thích nguyên tử vật chất, xảy ra do sự va chạm đàn hồi của các hạt với các electron
−
−
2 β
2 β
122ln
+− 1
của lớp vỏ nguyên tử.
e
2
I
2 Evm 0 ( 2 2 − β 1
=
−
2
dE dx
ion
4 π 2 ne 2 vm 0
−
+
+
−
−
2 β
2 β
1(
)
1
1
Với các hạt nhẹ mang điện sự mất năng lượng do ion hóa được biểu diễn bởi biểu thức sau[1]: ( (1.22)
)
(
ln
)
) 1 8
2
2
=
−
E
Trong đó: β = v/c
cm 0
cm 0 −
2 β
1
là động năng tương đối của electron.
ne là số electron trên một đơn vị thể tích của môi trường ne = ZρNa/A.
Na là số Avogadro.
ρ là mật độ của môi trường vật chất.
15
A là số khối của môi trường.
Z là số bậc nguyên tử của môi trường.
m0 là khối lượng của electron.
v là vận tốc của hạt.
I là năng lượng ion hóa trung bình.
Sự phát bức xạ hãm: Khi hạt mang điện đi vào môi trường vật chất, do ảnh hưởng của
trường Coulomb của hạt nhân của môi trường hạt sẽ bị lệch hướng, chuyển động có gia tốc và
phát ra bức xạ điện từ gọi là bức xạ hãm.
4
e
nEZ
=
−
−
ln4
Sự mất năng lượng do phát bức xạ hãm được biểu diễn bởi biểu thức sau:
2
4 3
dE dt
rad
+ )1 ( Z 2 4 137 cm 0
2 E cm 0
(1.23)
Trong đó: E là động năng của electron (MeV).
n = ρNa/A số hạt nhân nguyên tử trong một đơn vị thể tích.
m0 khối lượng của electron.
Z số bậc nguyên tử của môi trường.
1.3. Giới thiệu phóng xạ môi trường
Từ năm 1895 với sự phát hiện ra tia X của nhà bác học người Đức W.Roentgen, và sau
khám phá của nhà bác học Henri Becquerel về sự phát xạ tự nhiên đã tạo tiền đề cho sự phát
hiện ra nguyên tố phóng xạ Polonium của ông bà Piere Curie và Marie Curie năm 1898, và tiếp
theo sau đó là sự tìm ra nguyên tố phóng xạ thứ hai tồn tại trong tự nhiên là Radium của bà
Marie Curie. Từ đó, việc nghiên cứu về phóng xạ được mở rộng. Năm 1899, Rutherford đã
nhận thấy một phần tia phóng xạ bị lệch khi xuyên qua từ trường của hạt nhân Heli (α) và
−β ). Năm 1903, Rutherford và Soddy kết hợp giữa sự phân rã (α) và (
−β ) với sự
electron (
thay đổi bậc số của nguyên tố phóng xạ đã thiết lập định luật phân rã phóng xạ. Năm 1934,
Irene và Frederic Curie đã tạo ra và cô lập được nguyên tố phóng xạ nhân tạo đầu tiên Po-210.
Người ta nhận thấy rằng tính phóng xạ của nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nguyên tố phóng xạ
nhân tạo là như nhau.
16
1.3.1. Các chuỗi phóng xạ nguyên thủy trong tự nhiên
Khắp nơi trên trái đất của chúng ta đâu đâu cũng có phóng xạ từ nước, không khí, đất,
động vật và thực vật đến cơ thể người. Phóng xạ tự nhiên: Là những đồng vị phóng xạ tồn tại
,...
, γβα
,
trong tự nhiên, có thể có trong đất, nước, không khí. Chúng tự phân rã bằng cách phát ra các
. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên có chu kỳ bán rã lớn. Có khoảng 60 đồng vị hạt
phóng xạ được tìm thấy trong tự nhiên. Những hạt nhân phóng xạ tự nhiên còn gọi là hạt nhân
= 2,2.106 năm, … [7].
phóng xạ nguyên thủy, chúng được tạo ra từ lúc vũ trụ được hình thành. Và đa số đều là những hạt nhân có chu kỳ bán rã lớn. Ví dụ như U-238 có T1/2 = 4,5.109 năm; U-235 có T1/2 = 7,15.108
năm; Np-237 có T1/2
Các nhân phóng xạ nguyên thủy phổ biến nhất là U-238, Th-232, U-235 và các sản
phẩm phân rã của chúng, K-40 và Rb-87. Bảng 1 đưa ra giá trị độ giàu đồng vị của các nhân
phóng xạ này. Còn có một số các nhân phóng xạ khác ít phổ biến hơn và thường có thời gian
sống dài hơn nhiều gồm: Cd-113, Tc-123, La-138, Ce-142, Nd-144, Sm-147, Gd-152, Pt-
190, Bi-209,... [7]
Các nhân phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn, so sánh được với tuổi trái đất như: U-238, Th-232, U-235, K-40. Ngoại trừ K-40 không có sản phẩm con cháu là đồng vị phóng xạ, còn U-238, Th-232, U-235 có sản phẩm phân rã là hạt nhân không bền, tiếp tục phân rã đến khi hạt
nhân con cháu cuối cùng là hạt nhân bền, và sự phân rã liên tiếp của các đồng vị trong một họ
đó tạo thành chuỗi phóng xạ tự nhiên. Ngày nay có ba chuỗi phóng xạ tự nhiên phổ biến mà U- 238, Th-232, U-235 là các nhân bắt đầu của mỗi chuỗi.
Trong môi trường nếu không có các quá trình biến đổi môi trường gây ra sự mất cân
bằng phóng xạ thì các chuỗi phóng xạ này thường có cân bằng phóng xạ. Điều này cũng đồng
nghĩa với hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ có trong mỗi chuỗi là bằng nhau và bằng
với hoạt độ phóng xạ của nhân bắt đầu mỗi chuỗi.
Bảng 1.1. Độ giàu đồng vị của các nhân phóng xạ nguyên thuỷ [9].
Độ giàu đồng vị (%)
0,0117
27,83
Nhân phóng xạ K-40 Rb-87 Th-232 Thời gian bán huỷ (năm) 1,26.109 4,8.109 1,4.1010 100
17
0,72
U-235 U-238 7,1.108 4,5.109 99,274
Chuỗi phóng xạ U-238 có thể chia thành các chuỗi phóng xạ con trong đó hoạt tính phóng
xạ của nhân phóng xạ đầu chuỗi sẽ chi phối hoạt tính phóng xạ của các nhân phóng xạ khác có
trong chuỗi. Đó là các chuỗi phóng xạ: U-238 --> U-234; Th-230; Ra-226; Rn-222 --> Po-
214 và Pb-210 -->Po-210. Uranium khá phổ biến trong tự nhiên, về độ giàu nó đứng hàng thứ
38 trong số các nguyên tố có mặt trên trái đất. Nó chủ yếu có mặt trong các đá gốc. Nồng độ
của U-238 có giá trị trung bình trên toàn thế giới là 25 Bq/kg. [6]
Năng lượng và cường độ phân rã của đồng vị U-238 được liệt kê trong phụ lục 1.
Hình 1.10. Chuỗi phóng xạ U-238.
Chuỗi phóng xạ Th-232 có thể chia thành các chuỗi phóng xạ con sau: Th-232 ;
18
Ra-228-->Ra-224 ; Rn-220 -->Pb-208. Nồng độ của Th-232 trong đất dải từ 2 đến 300 Bq/kg
tương tự như U-238 và có giá trị trung bình trên toàn thế giới là 40 Bq/kg.
Năng lượng và cường độ phân rã của chuỗi Th-232 được liệt kê trong phụ lục 2.
Hình 1.11. Chuỗi phóng xạ Th-232.
19
Hình 1.12. Chuỗi phóng xạ U-235.
Lượng nhân phóng xạ U-235 chỉ chiếm 0,72% tổng lượng uranium có trong tự nhiên
nên có rất ít trong môi trường đất. Nồng độ của K-40 trong đất dải từ 37 đến 1100 Bq/kg và có
giá trị trung bình 400 Bq/kg.
Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ tự nhiên đều là chì: Pb-206 trong chuỗi U-
238 (uranium), Pb-207 trong chuỗi U-235 (actinium) và Pb-208 trong chuỗi thorium. Các chuỗi
phóng xạ này tồn ở mọi nơi, mọi vật, có trong đất đá, trong không khí, trong vật liệu xây
dựng,…Trong số các hạt nhân của chuỗi, chỉ có một số có hoạt độ đáng kể.
Bảng 1.2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy.[7]
Hạt nhân Độ giàu trong tự nhiên Hoạt độ trung bình
U-238 Chiếm 99,72% uranium trong tự nhiên, = 0,7 pCi/g (25 Bq/kg)
tổng lượng uranium chiếm từ 0,5 đến 4,7
ppm trong đá thông thường
U-235 0,72% uranium trong tự nhiên
20
Th-232 Chiếm từ 1,6 đến 20 ppm trong đá thông = 1,1 pCi/g (40 Bq/kg)
thường và chiếm trung bình khoảng 10,7
ppm lượng đá trên bề mặt trái đất
Ra-226 Có trong đá vôi và đá phun trào = 0,42 pCi/g (16 Bq/kg)
trong đá vôi và 1,3 pCi/g
(48 Bq/kg) trong đá
phun trào
K-40 Có trong đất = 1-30 pCi/g (0,037-1,1
Bq/g)
Từ việc phân tích độ giàu của các đồng vị phóng xạ có trong môi trường, trong luận văn
này, chúng tôi đã chọn nghiên cứu trên các đồng vị phóng xạ phổ biến của môi trường là U-
238, Th-232, K-40 và bức xạ vũ trụ muon.
1.3.2. Phóng xạ bức xạ vũ trụ muon
Tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng mà tia vũ trụ được chia thành hai loại, tia vũ trụ sơ
cấp và tia vũ trụ thứ cấp. Tia vũ trụ sơ cấp là dòng hạt cực nhanh (chủ yếu là proton) có năng lượng từ 1016 eV đến 1017 eV. Tia thứ cấp là các loại hạt tạo ra do sự tương tác sơ cấp với bầu
khí quyển trái đất [9], [10], [11].
Bằng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, năm 1938 các nhà khoa học đã tìm ra
hạt muon, là một thành phần ít bị hấp thụ của tia vũ trụ. Hạt muon là hạt tích điện có khối
lượng cỡ (206,76854 ± 0,00035)me, được kí hiệu µ. Dựa vào điện tích người ta chia muon ra
+µ mang điện tích dương +1 và
−µ mang điện tích âm -1.
thành hai loại, hạt
Các bức xạ vũ trụ sơ cấp khi đi vào bầu khí quyển của trái đất sẽ tương tác với hạt nhân của các phân tử khí chủ yếu là oxi và nitơ tạo thành các pion (π0 , π+, π-), neutron và proton
năng lượng nhỏ hơn (proton thứ cấp). Các pion trung hòa ( π0) phân hủy tức thời và sinh ra hai bức xạ gamma, các pion mang điện (π+, π-) phân hủy thành muon và neutrino. Muon tiếp tục
phân hủy thành electron hoặc positron và các neutrino. Phần lớn bức xạ vũ trụ thứ cấp đến mặt
+
đất là hạt muon với mật độ trung bình 1 muon/cm2/phút.
+→ + µυµπ
−
+→ − µυµπ
(1.24)
(1.25)
21
γ
0 → π 2
+
− +→
eγ
e
(1.26)
(1.27)
Như vậy, khi đi tới mặt đất, thành phần của bức xạ vũ trụ gồm có: Các hạt muon chiếm
60%, nơtron chiếm 23%, electron chiếm 16%, proton chiếm 0,5%, các hạt pion dưới 0,5%.
Thông lượng trung bình của muon ở mực nước biển khoảng 1 muon/cm2/phút với động
năng trung bình khoảng 4 GeV. Muon là hạt không bền, thời gian sống trung bình chỉ khoảng
−µ có thời gian sống giảm nhanh theo sự gia tăng số hiệu nguyên tử
micrô giây. Trong đó hạt
+µ có thời gian sống không phụ thuộc vào môi trường và khoảng
Z của môi trường. Ví dụ như với môi trường chì thời gian sống của hạt này thay đổi từ 2.10-6 giây đến 7.10-8 giây. Còn hạt
2,15 sµ .
1.4. Giới thiệu hệ phổ kế HPGe GC2018
Ngày nay việc đo phổ gamma sử dụng đầu dò bán dẫn rất phổ biến trong việc ghi nhận
bức xạ gamma và xác định hoạt độ phóng xạ vì có độ phân giải tốt. Việc sử dụng đầu dò bán
dẫn đã giúp tạo nên các kết quả chính xác hơn cho việc ghi nhận các bức xạ gamma của đầu dò
với năng lượng khác nhau. Có nhiều loại đầu dò khác nhau về thuộc tính, nhưng tất cả đều dựa
trên nguyên tắc là chuyển một phần hay toàn bộ năng lượng bức xạ trong đầu dò thành tín hiệu
điện (dạng xung điện) và sau đó có thể được đo bằng các thiết bị điện tử. Trong luận văn này
đầu dò bán dẫn HPGe được sử dụng để nghiên cứu sự đáp ứng của đầu dò với một số đồng vị
phóng xạ có trong môi trường. Dưới đây là một số điểm đặc trưng của đầu dò này.
1.4.1. Giới thiệu
Đầu dò germanium là loại đầu dò được dùng ghi nhận tia gamma có độ phân giải năng
lượng tốt. Trong luận văn này chúng tôi quan tâm đến một đầu dò germanium siêu tinh khiết ký
hiệu HPGe. Loại đầu dò này có độ nhạy và độ phân giải tốt.
Các đầu dò germanium về bản chất là các diod bán dẫn có cấu trúc P-I-N, ở đó vùng I là
vùng nhạy đối với bức xạ ion hóa, đặc biệt đối với tia X và gamma. Khi phân cực ngược, sẽ
xuất hiện điện trường ngang qua vùng I này (khi đó gọi là vùng nghèo). Khi photon tương tác
với vùng nghèo của đầu dò, các điện tích (electron và lỗ trống) được tạo ra và điện trường này
22
quét về hai cực P và N tương ứng. Lượng điện tích ghi nhận được tỷ lệ với năng lượng tia tới
để lại trong đầu dò và được biến đổi thành xung điện bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích.
1.4.2. Mô tả đầu dò HPGe GC2018
Hệ phổ kế gamma sử dụng trong đề tài này được mô tả như loại phổ kế thuộc Phòng thí
nghiệm chuyên đề 2, Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. HCM.
Hình 1.13 trình bày hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe này.
Hình 1.13. Hệ phổ kế đầu dò HPGe GC2018.
Khi mô phỏng hệ phổ kế chúng tôi chỉ quan tâm đến phần chính của hệ đầu dò HPGe là
đầu dò được kí hiệu là GC2018, nguồn và buồng chì che chắn.
Phần chính của đầu dò GC2018 là tinh thể Ge siêu tinh khiết (độ tạp chất vào khoảng 1010 nguyên tử/cm3) có đường kính ngoài 52 mm, chiều cao 49,5 mm. Bên trong tinh thể có
một hốc hình trụ đường kính 7 mm, độ sâu của hốc là 35 mm. Mặt ngoài tinh thể là lớp tiếp xúc
loại n (lớp lithium) được khuếch tán có bề dày 0,86 mm nối với điện cực dương. Mặt trong hốc tinh thể là lớp tiếp xúc loại p (lớp boron) được cấy ion có bề dày 3.10-3 mm nối với điện cực
âm. Mặt trên cùng của tinh thể có phủ hai lớp vật liệu bao gồm lớp trên được làm bằng kapton với bề dày 0,1 mm, lớp dưới làm bằng mylar được kim loại hóa với bề dày 0,85.10-3 mm. [4]
23
Hình 1.14. Cấu trúc đầu dò GC2018 (kích thước theo mm).
Hộp kín bằng nhôm có độ dày 2,7 mm (chổ dày nhất), 0,76 mm (chổ mỏng nhất) để đảm
bảo tránh được sự hấp thụ các photon năng lượng thấp. Khoảng chân không ở giữa mặt trên của
tinh thể Ge với mặt dưới của vỏ nhôm là 5 mm để tránh va chạm với bề mặt tinh thể Ge khi lắp
ráp đầu dò.
Đầu dò GC2018 được đặt trong buồng chì giảm phông từ môi trường. Như ta đã biết chì
là loại vật liệu có Z cao, chính điều này đã giúp nó hấp thụ tia gamma trong môi trường và làm
giảm phông cho đầu dò.
Tuy nhiên tương tác của tia gamma với chì cũng tạo ra tia X có năng lượng trong
khoảng (75 – 85) keV. Các tia X này của chì có thể được ghi nhận bởi đầu dò và làm cho phổ
gamma bị nhiễu. Để hạn chế điều này người ta đã lót bên trong buồng chì các lớp đồng và thiếc
có bề dày tương ứng là 1,5 mm và 1,0 mm.
Hình 1.15. Mặt cắt dọc hệ đầu dò – buồng chì.
24
1.5. Giới thiệu chương trình mô phỏng Geant4
1.5.1. Giới thiệu chung
Geant4 (GEometry And Tracking) là một gói công cụ phần mềm, được nghiên cứu và
phát triển bởi trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN). Phần mềm này được dùng để
mô phỏng tương tác của hạt vật chất với môi trường mà nó đi qua. Với ưu điểm nổi trội là
chương trình mô phỏng mã nguồn mở, độ tin cậy cao, hiện nay Geant4 được sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực như các ngành vật lý hạt nhân, năng lượng cao, vật lý máy gia tốc, sử
dụng cho mục đích nghiên cứu trong y học và khoa học vũ trụ…
Geant4 cung cấp công cụ cho việc mô phỏng một đầu dò bao gồm: Cấu trúc hình học,
đáp ứng của đầu dò, vận hành, quản lí số sự kiện, đường đi, cũng như các công cụ hỗ trợ cho
việc hình dung, tương tác của người dùng với chương trình. Do được sử dụng trong nhiều lĩnh
vực khác nhau, Geant4 cung cấp tập hợp các quá trình vật lý đa dạng để mô phỏng tương tác
của hạt với môi trường trên dải năng lượng rộng.
Geant4 được phát triển bởi cộng đồng rộng lớn các nhà khoa học hiện đang tham gia
nhiều thí nghiệm lớn ở Châu Âu, Nga, Nhật, Canada, Mĩ…Là chương trình có mã nguồn mở,
Geant4 được sử dụng một cách linh hoạt tương ứng với mục đích sử dụng của người dùng.
Trong chương trình này, chúng tôi tập trung phát triển chương trình mô phỏng tương tác
của bức xạ gamma phát ra bởi các đồng vị phóng xạ môi trường gồm U-238, Th-232, K-40,
tương tác của hạt muon với bán dẫn siêu tinh khiết germanium nhằm nghiên cứu đáp ứng của
detector HPGe siêu tinh khiết bằng phần mềm mô phỏng Geant4.
1.5.2. Cấu trúc chương trình Geant4
Gồm có ba phần cơ bản sau[2], [12], [13]:
- Định nghĩa vật liệu và cấu trúc hình học của đối tượng. Thực hiện trong lớp
G4VUserDetectorConstruction.
- Lựa chọn loại hạt hoặc loại bức xạ với quá trình vật lý tương ứng theo mục đích xây
dựng và định nghĩa ngưỡng năng lượng của chúng. Thực hiện trong lớp G4V User
PhysicsList.
- Định nghĩa thuộc tính nguồn phát, năng lượng và phân bố góc của bức xạ mà nguồn
phát ra. Thực hiện trong lớp G4VUser PrimaryGeneratorAction.
25
Bên cạnh ba lớp cơ bản trên, thì còn có thêm một số lớp như:
- Lớp xâu chuỗi các sự kiện riêng lẻ thành một hệ thống: G4User Even tAction.
- Lớp định lưu lại sự kiện được tạo ra và kết quả: G4User Stepping Action.
26
CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MÔ PHỎNG HỆ ĐO HPGE
2.1. Bố trí mô phỏng
Trong luận văn này chúng tôi quan tâm đến buồng chì và đầu dò GC2018. Các
chi tiết này được bố trí giống như thực nghiệm về kích thước, cấu tạo, và vị trí tương đối giữa
chúng. Có thể được trình bày như trên Hình 1.15.
Theo thứ tự từ ngoài vào thì đầu tiên là buồng chì có lớp chì ngoài cùng, đến lớp thiếc
được ép sát buồng chì, lớp đồng được ép kế tiếp và trong là một lớp nhôm bảo vệ detector tránh
va chạm, trong cùng là lớp nhôm bọc sát detector. Giữa lớp đồng và detector là khoảng không
khí.
Buồng chì có dạng hình trụ rỗng, chiều cao 531 mm. Gồm:
+ Lớp chì ngoài cùng có chiều cao 531 mm,
Chì
Bán kính ngoài 254 mm. Làm từ nguyên tố chì
(Pb) có số khối A = 207, số hiệu nguyên tử Z = 82, khối lượng riêng 11,35 g/cm3.
O
Thiếc
+ Lớp thiếc làm từ nguyên tố thiếc (Sn), có số
Đồng
khối A = 119, số hiệu nguyên tử Z = 50. Khối lượng riêng 7,31 g/cm3. Chiều cao 420,5 mm
và dày 1 mm.
z
+ Lớp đồng, làm từ nguyên tố đồng (Cu), có số
khối A = 64, số hiệu nguyên tử Z = 29, khối lượng riêng 8,96 g/cm3. Có chiều cao 419,5
mm, dày 1,5 mm.
Hình 2.1. Mặt cắt dọc buồng chì.
Với đầu dò có:
Lớp nhôm bảo vệ ngoài cùng có dạng marinelli có bán kính ngoài 38,1 mm, bán kính
trong 36,6 mm, bề dày 1,5 mm, chiều cao 56,76 mm.
27
Lớp nhôm bảo vệ bọc sát detector có dạng
53,52 mm
marinelli có bán kính ngoài 26,76 mm, bán kính
trong 26 mm, bề dày 0,76 mm, chiều cao 50,26 mm.
76,2 mm
Đầu dò Ge có dạng marinelli, bán kính ngoài
26 mm, bán kính trong 3,5 mm, chiều cao 49,5 mm,
chiều cao hốc rỗng hình trụ bên trong là 35 mm.
52,0 mm
Mặt trên của vỏ nhôm bọc sát detector cách mặt
Hốc rỗng
dưới của vỏ nhôm bọc ở ngoài là 5 mm.
Vỏ nhôm
Giữa lớp nhôm ngoài cùng và lớp nhôm bọc
Vỏ nhôm
sát detector là chân không, hốc rỗng hình trụ bên
7,0 mm
trong detector cũng là chân không.
Cột hình trụ nâng detector là cột chân không.
Không gian giữa buồng chì và lớp nhôm bảo Hình 2.2. Mặt cắt dọc của đầu dò vệ ngoài cùng của detector là không khí. gồm lớp Ge và hai vỏ nhôm.
2.2. Chương trình Geant4
2.2.1. Kết cấu hình học và tính chất của các đối tượng
Được khai báo trong lớp DetectorConstruction, gồm có các nội dung dưới đây.
2.2.1.1. Định nghĩa vật liệu
Sau khi đã hoàn tất việc khai báo các miền chúng tôi tiến hành khai báo vật liệu. Trong
luận văn này, vật liệu được định nghĩa dựa trên ba cách thức, gồm có:
- Định nghĩa vật liệu theo thành phần hóa học.
- Định nghĩa vật liệu theo thành phần phần trăm khối lượng.
- Định nghĩa vật liệu từ cơ sở dữ liệu (NIST).
Phần này sử dụng được các lớp khi định nghĩa một nguyên tố hay vật liệu như
G4Element và G4Material. Việc định nghĩa vật liệu chi tiết được trình bày dưới đây.
28
// N: Nitrogen - Nito
Các đơn chất như ni tơ, oxy,.. được định nghĩa ở
a = 14.01*g/mole;
đoạn code bên cạnh.
G4Element*N=newG4Element
(name="Nitrogen",symbol="N" ,
Trong đó: a là khối lượng mol của nguyên tố, được
z=7., a);
khai báo như là hằng số.
// O: Oxygen - Oxi
Với ni tơ a = 14,01 g/mole, có dấu ‘*’ giữa số
a = 16.00*g/mole;
G4Element*O = new G4Element
14,01 và g/mole là quy ước cách khai báo đơn vị
(name="Oxygen" ,symbol="O" ,
cho một đại lượng trong Geant4.
z=8.,a);
Lớp G4Element và G4Material là những lớp định
nghĩa vật liệu, trong đó lớp G4Element dùng để
định nghĩa nguyên tố hóa học mà bên trong lớp này
tên, kí hiệu hóa học, số hiệu nguyên tử, số nguyên
tử khối lần lượt được khai báo. Như việc khai báo
nguyên tố ni tơ, trong dấu ngoặc tròn () theo sau
newG4Element là tên nguyên tố ni tơ là nitrogen
(khai báo là name =”Nitrogen”), tiếp theo là kí hiệu
hóa học của ni tơ là chữ N (symbol="N”), tiếp
theo nữa là số hiệu nguyên tử của ni tơ bằng 7
(z=7.), và cuối cùng là khai báo khối lượng mol a,
// Al: Aluminum - Nhom
vì ta đã khai báo giá trị a trước rồi, nên chỗ này chỉ
density = 2.699*g/cm3;
a = 26.98*g/mole;
khai báo lại chữ a.
A = new G4Material(name="Aluminum",
Nguyên tố oxy được khai báo tương tự ni tơ cũng
z=13., a, density);
như với các nguyên tố hóa học khác.
// Ge: Gemanium
density = 5.323*g/cm3;
Lớp G4Material được dùng để khai báo vật liệu là
a = 73*g/mole;
đơn chất, trong đó ngoài các đại lượng được khai
Ge = new G4Material
báo trong G4Element thì còn có thêm khối lượng
(name="Gemanium",z=32.,a, density);
// Pb: Lead - Chi
riêng.
density = 11.35*g/cm3;
Như việc định nghĩa nguyên tố nhôm, hai đại
a = 207.19*g/mole;
lượng được khai báo trước tiên là density và a, như
Pb = new G4Material
giải thích trên a là khối lượng mol nguyên tố nhôm,
(name="Lead", z=82., a, density);
còn density là khối lượng riêng của nó, ở đây ta
29
// Cu: Copper - Dong
density = 8.960*g/cm3;
a = 63.55*g/mole;
thấy khối lượng riêng của nhôm được định nghĩa bằng 2,699 g/cm3, khối lượng mol của nó là 26,98
Cu = new G4Material(name="Copper",
z=29., a,density);
g/mol, có tên là alumium, có số hiệu nguyên tử 13.
// Sn: Stannum - Thiec
Việc định nghĩa các nguyên tố khác như
density = 7.310*g/cm3;
germanium, đồng, chì, thiếc cũng tương tự.
a = 118.70*g/mole;
Sn = new G4Material
Với những nguyên tố, đơn chất đã được định nghĩa
(name="Stannum(Thiec)",z=50.,
ở trên thì việc định nghĩa hợp chất dựa trên sự kết
a,density);
// Air
hợp của các nguyên tố theo một tỉ lệ nhất định.
density = 1.290*mg/cm3;
air = new G4Material(name="Air" ,
Đoạn code bên là định nghĩa không khí, khối lượng riêng của không khí là 1,290 mg/cm3, số đơn chất
density, ncomponents=2);
trong không khí là 2 (được định nghĩa trong lớp
air->AddElement(N,
G4Material với dòng kí hiệu ncomponents = 2),
fractionmass=0.79);
air->AddElement(O,
thành phần phần trăm của mỗi nguyên tố được định
fractionmass=0.21);
nghĩa tiếp theo sau AddElement. Ở bên ta thấy
trong không khí ni tơ tỉ lệ của ni tơ là 0,79 tức là
79%, và phần còn lại là của oxi.
Đối với môi trường chân không thì ở đây xem như
//Vaccum
vacuum = new G4Material("Vacuum",
chân không là môi trường có một loại nguyên tố
1, 1.008*g/mole,1.e-25*g/cm3,
2.73*kelvin,1.e-25*g/cm3);
hóa học có khối lượng mol của hydro là 1,008 g/mole, có khối lượng riêng rất nhỏ là 10-25 g/cm3,
có nhiệt độ là 2,73 kelvin.
Các nguyên tố, đơn chất, hợp chất được định nghĩa
trong phần này sẽ là vật liệu tạo nên detector và
môi trường trong detector, mà kích thước hình học,
vị trí của các bộ phận cấu tạo nên nó sẽ được xây
dựng trong phần tiếp theo là xây dựng dạng hình
học và vị trí của đầu dò.
Toàn bộ code định nghĩa vật liệu được trình bày chi tiết trong phụ lục 3.
30
2.2.1.2. Xây dựng dạng hình học và vị trí đối tượng
Hệ buồng chì và detector đều có đối xứng trục và trong luận văn này trục đối xứng là
O
z
trục Oz, có chiều dương hướng thẳng đứng từ trên xuống, gốc tọa độ như Hình 2.3 dưới đây.
Hình 2.3. Mặt cắt hệ đầu dò - buồng chì và trục tọa độ.
Cũng như trong thực nghiệm, hệ đo được đặt trong môi trường không khí, và có kích
// World
thước giới hạn. Đối tượng này được xây dựng trước tiên, và có code như sau:
G4VSolid* worldSolid = new
Môi trường được xây dựng trong mô phỏng
G4Box("World",2.*m,2.*m,2.*m);
này có dạng hình lập phương, có tên ‘world’
G4LogicalVolume* worldLogical = new
G4LogicalVolume(worldSolid,air,"World");
và có chiều dài cạnh bằng 2 m, các đặc điểm
worldPhys = new G4PVPlacement
này được khai báo trong lớp G4Solid, với
(0,G4ThreeVector(),worldLogical,"World",
G4Box là định dạng hình lập phương, tên và
0,false,0);
kích thước được khai báo lần lượt trong
G4Box(). Tiếp đến trong lớp
G4LogicalVolume, môi trường với kích thước
ở trên được định nghĩa là không khí.
Như vậy ta đã có được một môi trường như là một phòng thí nghiệm nhỏ, sau đó các
thiết bị sẽ được xây dựng và đặt ở bên trong phòng thí nghiệm nhỏ này.
Do đặc điểm hình học nên về mặt code thì chì và các lớp đồng, thiếc tạo nên buồng chì
được phân thành nhiều phần liên tiếp nhau, dưới đây là đặc điểm hình học, vị trí các phần được
phân theo thứ tự theo chiều dương trục Oz.
Với lớp chì, được phân thành ba phần như sau:
31
Phần 1: Hình trụ đặc có bán kính trong bằng 0 mm, bán kính ngoài 254 mm, chiều cao
110,5 mm, và được đặt ở tọa độ (0;0;-210,25mm).
Phần 2: Hình trụ rỗng có bán kính trong bằng 143,5 mm, bán kính ngoài bằng 254 mm,
chiều cao bằng 310 mm và có tọa độ (0;0;0mm).
Phần3: Hình trụ rỗng có bán kính trong 59,5 mm, bán kính ngoài 254 mm, chiều cao
110,5 mm đặt ở tọa độ (0;0;210,25mm).
Phần 1
Tương ứng, ta có code xây dựng buồng
Phần 2
O
chì như bên.
Phần 1: Tương ứng là Pb1, tương tự như
Phần 3
trong xây dựng môi trường, trong lớp
z
G4Solid, các đặc điểm hình học của
G4VSolid* Pb1Solid = new G4Tubs ("lopchi",
phần 1 được khai báo như: Có định dạng
0.*mm,254.*mm,55.25*mm,0.*deg,360.*deg);
hình trụ - G4Tubs, với bán kính trong
G4LogicalVolume* Pb1Logical= new
bằng 0 mm, bán kính ngoài bằng 254
G4LogicalVolume(Pb1Solid,Pb,"lopchi");
Pb1Phys = new G4PVPlacement
mm, một nữa chiều cao có giá trị 55,25
(0,G4ThreeVector(0.,0., -210.25*mm),
mm, góc quét từ 0 đến 360 độ. Đến đây
Pb1Logical,"lopchi",worldLogical,false,0);
G4VSolid* Pb2Solid = new G4Tubs("lopchi",143.5
ta có được đối tượng có dạng là một
*mm, 254.*mm, 155.*mm, 0.*deg, 360.*deg);
hình trụ đặc nguyên vẹn. Chất liệu của
G4LogicalVolume* Pb2Logical= new
G4LogicalVolume(Pb2Solid,Pb,"lopchi");
khối hình học được xây dựng trong
Pb2Phys = new G4PVPlacement
G4Solid là chì được định nghĩa tiếp theo
(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),Pb2Logical,
"lopchi", worldLogical,false,0);
trong lớp G4LogicalVolume, có vị trí
G4VSolid* Pb3Solid = new G4Tubs ("lopchi",59.5*mm,
tương ứng được khai báo trong
254.*mm, 55.25*mm, 0.*deg, 360.*deg);
G4PVPlacement, trong đó tọa độ (x,y,z)
G4LogicalVolume* Pb3Logical= new
G4LogicalVolume(Pb3Solid,Pb,"lopchi");
được khai báo là G4ThreeVector(0.,0.,-
Pb3Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector
210.25*mm), và được đặt trong môi
(0.,0.,210.25*mm),Pb3Logical,"lopchi",
worldLogical,false,0);
trường ‘world’ ở trên.
Phân tích tương tự cho phần 2 và phần 3.
32
Với cách tương tự cho việc xây dựng lớp đồng và lớp thiếc. Lớp thiếc, được chia làm
//thiec
bốn phần có đặc điểm như sau:
G4VSolid* Sn1Solid = new G4Tubs("lopthiec",
Phần 1: Hình trụ đặc có bán kính trong
0.*mm,143.5*mm,0.5*mm,0.*deg,360.*deg);
G4LogicalVolume* Sn1Logical= new
bằng 0, bán kính ngoài 143,5 mm, chiều
G4LogicalVolume(Sn1Solid,Sn,"lopthiec");
cao 1 mm và đặt ở tọa độ (0;0;-154,50
Sn1Phys = new G4PVPlacement
(0,G4ThreeVector(0.,0.,-154.5*mm),
mm).
Sn1Logical,"lopthiec", worldLogical,false,0);
Phần 2: Hình trụ rỗng có bán kính trong
G4VSolid* Sn2Solid = new
142,5 mm, bán kính ngoài 143,5 mm,
G4Tubs("lopthiec",142.5*mm,143.5*mm,154.*mm,
0.*deg,360.*deg);
chiều cao 308 mm và có tọa độ
G4LogicalVolume* Sn2Logical= new
(0;0;0mm).
G4LogicalVolume(Sn3Solid,Sn,"lopthiec");
Sn2Phys = new
Phần 3: Hình trụ rỗng có bán kính trong
G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),
58,5 mm, bán kính ngoài 143,5 mm, chiều
Sn2Logical,"lopthiec",worldLogical,false,0);
G4VSolid* Sn3Solid = new
cao 1 mm có tọa độ (0;0;154,50mm).
G4Tubs("lopthiec",58.5*mm,143.5*mm,0.5*mm,
Phần 4: Hình trụ rỗng có bán kính trong
0.*deg,360.*deg);
G4LogicalVolume* Sn3Logical= new
58,5 mm, bán kính ngoài 59,5 mm, chiều
G4LogicalVolume(Sn3Solid,Sn,"lopthiec");
Sn3Phys = new
G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,154.5*mm),
Phần 1
Sn3Logical,"lopthiec", worldLogical,false,0);
G4VSolid* Sn4Solid = new
O
Phần 2
G4Tubs("lopthiec",58.5*mm,59.5*mm,55.25*mm,
0.*deg,360.*deg);
G4LogicalVolume* Sn4Logical= new
Phần 3
G4LogicalVolume(Sn4Solid,Sn,"lopthiec");
Phần 4
Sn4Phys = new G4PVPlacement
z
(0,G4ThreeVector(0.,0.,210.25*mm),
Sn4Logical,"lopthiec", worldLogical,false,0);
cao 110,5 mm, ở tọa độ (0;0;210,50mm).
//dong
Lớp đồng cũng được chia làm bốn phần như sau
G4VSolid* Cu1Solid = newG4Tubs ("lopdong",
Phần 1: Hình trụ đặc bán kính trong 0mm,
0.*mm,142.5*mm,0.75*mm,0.*deg,360.*deg);
bán kính ngoài 142,5 mm, chiều cao 1,5
G4LogicalVolume* Cu1Logical= new
G4LogicalVolume(Cu1Solid,Cu,"lopdong");
mm và có tọa độ (0;0; -153,25mm).
Phần 2: Hình trụ rỗng bán kính trong 141
33
Cu1Phys = new G4PVPlacement
(0,G4ThreeVector(0.,0.,153.25*mm),
mm, bán kính ngoài 142,5 mm, chiều cao
Cu1Logical, "lopdong",worldLogical,false,0);
305 mm đặt ở tọa độ (0;0;0mm).
G4VSolid* Cu2Solid = new G4Tubs("lopdong",141*
mm,142.5*mm,152.5*mm,0.*deg,360.*deg);
Phần 3: Hình trụ rỗng bán kính trong 58,5
G4LogicalVolume* Cu2Logical= new
mm, bán kính ngoài 142,5 mm, chiều cao
G4LogicalVolume(Cu2Solid,Cu,"lopdong");
1,5 mm, có tọa độ (0;0;153,25mm).
Cu2Phys = new G4PVPlacement
(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),
Phần 4: Hình trụ rỗng có bán kính trong
Cu2Logical,"lopdong", worldLogical,false,0);
57 mm, bán kính ngoài 58,5 mm, chiều
G4VSolid* Cu3Solid = new G4Tubs("lopdong",58.5*
cao 113 mm, đặt ở tọa độ (0;0;209mm).
mm,142.5*mm,0.75*mm,0.*deg,360.*deg);
Code xây dựng các phần được trình bày
G4LogicalVolume* Cu3Logical= new
G4LogicalVolume(Cu3Solid,Cu,"lopdong");
Cu3Phys = new G4PVPlacement
Phần 1
(0,G4ThreeVector(0.,0.,153.25*mm)
Cu3Logical,"lopdong", worldLogical,false,0);
O
Phần 2
G4VSolid* Cu4Solid = new G4Tubs("lopdong",
57.*mm,58.5*mm,56.5*mm,0.*deg,360.*deg);
Phần 3
G4LogicalVolume* Cu4Logical= new
Phần 4
G4LogicalVolume(Cu4Solid,Cu,"lopdong");
z
Cu4Phys = new G4PVPlacement
(0,G4ThreeVector(0.,0.,209.*mm),
Cu4Logical,"lopdong",worldLogical,false,0);
chi tiết ở cột bên.
Với detector, có lớp germanium và hai lớp nhôm bảo vệ có dạng hình học marinelli,
code xây dựng chi tiết như sau:
// Ge detector
Lớp germanium
G4VSolid* Ge1 = new
Lớp Ge1 là khối trụ đặc có bán kính
G4Tubs("tinhtheGe",0.*mm,26.*mm,24.75*mm,
ngoài và chiều cao của detector.
0.*deg,360.*deg);
G4VSolid* Ge2 = new
Lớp Ge2 cũng là khối trụ đặc có kích
G4Tubs("tinhtheGe",0.*mm,3.5*mm,17.5*mm,
thước tương ứng với hốc rỗng bên trong
0.*deg,360.*deg);
của detector.
G4VSolid* GeSolid = new
G4SubtractionSolid("Ge1-Ge2", Ge1, Ge2, 0,
Detector được tạo thành bằng cách cắt
G4ThreeVector(0.,0.,7.25*mm));
đi phần Ge2 có trong Ge1 nhờ lớp
G4SubtractionSolid(), trong đó
34
G4LogicalVolume* GeLogical = new
G4LogicalVolume(GeSolid,Ge,"tinhtheGe");
G4ThreeVector(0.,0.,7.25*mm) là khai
GePhys = new G4PVPlacement
báo tọa độ tương đối giữa hai khối Ge1
(0,G4ThreeVector(0.,0.,84.51*mm),
GeLogical,"tinhtheGe", worldLogical,false,0);
và Ge 2 là 7,25 mm theo trục Oz, kết
quả ta sẽ thu được dạng hình học
marinelli của nó. Và trong các lớp tiếp
theo khối hình học này được định nghĩa
Hốc rỗng
Hốc rỗng
làm từ Ge, có vị trí (0.,0.,84,51mm),
được đặt trong môi trường không khí.
G4VSolid* Al3 = new
Vỏ nhôm bọc sát lớp germanium, được xây dựng tương tự với lớp germanium
G4Tubs("vonhom",0.*mm,26.76*mm,25.13*mm,
Lớp Al3 là hình trụ đặc có bán kính
0.*deg,360.*deg);
ngoài, chiều cao của vỏ nhôm, lớp Al4
G4VSolid* Al4 = new
G4Tubs("vonhom",0.*mm,26.*mm,24.75*mm,
là hình trụ đặc có kích thước đúng bằng
0.*deg,360.*deg);
lớp Ge1 ở trên, vì đây là lớp bọc sát lớp
G4VSolid* AltwoSolid = new G4SubtractionSolid
germanium.
("Al3-Al4", Al3, Al4, 0, ThreeVector(0.,0.,0.38*mm));
G4LogicalVolume* AltwoLogical = new
Khi thực hiện việc cắt lớp Al4 trong lớp
G4LogicalVolume(AltwoSolid,Al,"vonhom");
Al3 thì ta thu được dạng hình học mong
AltwoPhys = new G4PVPlacement
muốn như hình bên.
(0,G4ThreeVector(0.,0.,84.13*mm),
Trong G4ThreeVector là tọa độ của lớp
AltwoLogical,"vonhom", worldLogical,false,0);
hình học vừa thu được. Nó có tọa độ
(0,0,84,13mm), là lớp nhôm bọc sát
Hốc rỗng
Hốc rỗng
detector như mong muốn.
Vỏ nhôm bảo vệ ngoài cùng.
35
G4VSolid* Al1 = new
G4Tubs("vonhom",0.*mm,38.1*mm,28.38*mm,
Lớp Al1 là hình trụ đặc có bán kính
0.*deg,360.*deg);
ngoài 38,1 mm, chiều cao một nữa
G4VSolid* Al2 = new
G4Tubs("vonhom",0*mm,36.6*mm,27.63*mm,
28,38 mm, lớp Al2 là hình trụ đặc có
0.*deg,360.*deg);
bán kính ngoài 36,6 mm, chiều cao một
G4VSolid* AlSolid = new G4SubtractionSolid("Al1-
nữa 27,63 mm.
Al2",Al1,Al2,0,G4ThreeVector(0.,0.,0.75*mm));
G4LogicalVolume* AlLogical = new
Khi thực hiện việc cắt lớp Al2 trong lớp
G4LogicalVolume(AlSolid,Al,"vonhom");
Al1 thì ta thu được vỏ nhôm dạng
AlPhys = new G4PVPlacement
marinelli có bề dày 1,5 mm.
(0,G4ThreeVector(0.,0.,80.88*mm),
Sau đó ta cũng tiếp tục định nghĩa vật
AlLogical,"vonhom", worldLogical,false,0);
liệu cho nó và môi trường đặt nó bằng
các lớp tiếp theo.
Trong hốc rỗng của detector là môi trường chân không, và môi trường ngăn cách giữa
các vỏ nhôm cũng như giữa vỏ nhôm và buồng chì là không khí cũng được xây dựng tương tự
như các đối tượng trên. Toàn bộ code sẽ được trình bày chi tiết trong phụ lục 3 của luận văn.
2.2.1.3. Tạo màu cho các đối tượng
Dùng câu lệnh SetVisAttributes(G4VisAttributes(màu)). Các màu có trong thư viện
G4Colour red (1.0,0.0,0.0); // red
G4Colour green (0.0,1.0,0.0); // green
G4Colour yellow (1.0,1.0,0.0); // yellow
G4Colour blue (0.0,0.0,1.0); // blue
G4Colour magenta (1.0,0.0,1.0) ; // magenta
G4Colour cyan (0.0,1.0,1.0) ; // cyan
Geant4, ví dụ ta có một số màu:
worldLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes::Invisible);
GeLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(blue)));
AlLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow)));
Màu của các đối tượng được khai báo như ví dụ sau:
Trong ví dụ trên, khi vẽ ra đối tượng GeLogical sẽ có màu xanh lục, còn đối tượng
AlLogical có màu vàng.
Đối tượng nào không khai báo màu cho nó thì khi vẽ ra nó sẽ có màu trắng.
36
Toàn bộ code của việc định nghĩa kết cấu hình học và tính chất của đối tượng được trình
bày đầy đủ trong phụ lục 4 của luận văn.
2.2.2. Tương tác vật lý
Các thiết lập tương tác vật lý được khai báo trong phần PHYSICSLIST, cũng tương tự
như phần trên để sử dụng được các lớp trong khai báo tương tác vật lý thì trước tiên là khai báo
tên thư mục chứa các lớp đó và thư viện, sẽ được trình bày chi tiết trong phần code ở phụ lục 5.
2.2.2.1. Định nghĩa loại bức xạ
Các loại bức xạ đến như hạt electron, hạt proton, tia gamma, hạt anpha, hạt meson,…
đều được định nghĩa trong lớp G4ParticleDefinition. Trong lớp này, các thuộc tính của hạt như
// gamma
tên, spin, thời gian sống, chế độ phân rã… đều được định nghĩa.
G4Gamma::GammaDefinition();
Đoạn code bên lần lượt định nghĩa bức xạ
// leptons
G4Electron::ElectronDefinition();
gamma, họ hạt lepton trong đó có hai loại
G4Positron::PositronDefinition();
hạt được định nghĩa là positron và eletron,
//Baryon
G4BaryonConstructor baryon;
tiếp đến là định nghĩa hạt proton trong họ
baryon.ConstructParticle();
hạt Baryon, các hạt ion mang điện cũng
G4Proton::ProtonDefinition();
// Ions
G4IonConstructor ions;
ions.ConstructParticle();
được định nghĩa tiếp theo đó.
Trong luận văn này, các loại hạt mang điện và gamma đều được định nghĩa cụ thể trong
phụ lục 4.
2.2.2.2. Các tương tác vật lý
Toàn bộ các tương tác cơ bản của bức xạ gamma với vật chất, của bức xạ mang điện với
vật chất được định nghĩa. Đoạn code dưới đây là khai báo bốn tương tác cơ bản của gamma với
G4ComptonScattering* theComptonScattering = new
vật chất.
G4ComptonScattering();
Tương tác đầu tiên là tán xạ
G4LivermoreComptonModel* theLivermoreComptonModel =
new G4LivermoreComptonModel();
Compton, được khai báo trong lớp
TheComptonScattering->SetModel(theLivermoreComptonModel);
G4ComptonScattering.
37
pmanager->AddDiscreteProcess(theComptonScattering);
G4PhotoElectricEffect* thePhotoElectricEffect = new
Tiếp theo là hiệu ứng quang điện
G4PhotoElectricEffect();
G4LivermorePhotoElectricModel*theLivermorePhotoElectricModel
trong lớp G4PhotoElectricEffect
= new G4LivermorePhotoElectricModel();
Đến hiệu ứng tạo cặp
TheLivermorePhotoElectricModel->ActivateAuger(true);
ThePhotoElectricEffect
G4GammaConversion
->SetModel(theLivermorePhotoElectricModel);
Và hiệu ứng Rayleigh
pmanager->AddDiscreteProcess(thePhotoElectricEffect);
G4RayleighScattering
G4GammaConversion* theGammaConversion = new
G4GammaConversion();
Các hiệu ứng này đều có trong thư
G4LivermoreGammaConversionModel*
theLivermoreGammaConversionModel = new
G4LivermoreGammaConversionModel();
theGammaConversion
->SetModel(theLivermoreGammaConversionModel);
pmanager->AddDiscreteProcess(theGammaConversion);
G4RayleighScattering* theRayleigh = new
G4RayleighScattering();
G4LivermoreRayleighModel* theRayleighModel = new
G4LivermoreRayleighModel();
theRayleigh->SetModel(theRayleighModel);
pmanager->AddDiscreteProcess(theRayleigh);
pmanager->AddProcess(new G4StepLimiter(), -1, -1, 5);
viện Geant4.
Tương tác của hạt mang điện với vật chất cũng có trong thư viện Geant4 gồm có sự ion
hóa, va chạm đàn hồi, va chạm không đàn hồi với vỏ nguyên tử, tán xạ không đàn hồi lên nhân
dẫn đến phát bức xạ hãm. Code chi tiết được trình bày trong phụ lục 4 của luận văn.
2.2.3. Các thiết lập cơ sở ban đầu
Nguồn sử dụng được khảo sát trong hai trường hợp là nguồn điểm và nguồn có dạng
khối hình hộp chữ nhật với chiều dài 100 mm, chiều rộng 100 mm và chiều cao 20 mm, được
phân bố đều, gồm nguồn đơn năng (K-40; 1,4602 MeV) và nguồn đa năng với nhiều mức năng
lượng (U-238, Th-232). Trong luận văn này chúng tôi tham khảo các số liệu năng lượng từ
phòng thí nghiệm quốc gia Henri Becquerel của Pháp (LNHB)[20], [21]. Nguồn được đặt bên
trong buồng chì tại gốc tọa độ có tọa độ (0;0;0mm), trong khoảng cách từ buồng chì đến đầu dò
cách bề mặt đầu dò một khoảng 59,76 mm, năng lượng tới được phát ra đến đầu dò dưới góc
bốn pi. Mẫu nguồn được khảo sát lần lượt trong hai trường hợp là nguồn không có môi trường
vật chất và nguồn có ảnh hưởng môi trường vật chất (dạng đất). Với mục đích, khảo sát ảnh
38
hưởng của sự tự hấp thụ lên phổ năng lượng của các bức xạ gamma. Môi trường đất được mô phỏng trong đề tài có khối lượng riêng 1,6 g/cm3 gồm các thành phần với tỉ lệ phần trăm như
sau[4]: 2,2 H + 57,5 O + 8,5 Al + 26,2 Si + 5,6 Fe. Đối với bức xạ vũ trụ muon[9], [10], [11]
được khảo sát với năng lượng đơn 450 MeV và năng lượng đến đầu dò có dạng tia.
Phần này có sự hỗ trợ của chương trình GPS trong Primarygeneratoraction.
GPSPRIMARYGENERATORACTION
GPSPrimaryGeneratorAction::GPSPrimaryGeneratorAction()
{
particleGun = new G4GeneralParticleSource();
}
GPSPrimaryGeneratorAction::~GPSPrimaryGeneratorAction()
{
delete particleGun;
}
void GPSPrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event* anEvent)
{
particleGun->GeneratePrimaryVertex(anEvent);
}
Theo đó, khi bắn kích thước nguồn, cách bắn, năng lượng sẽ được khai báo. Xét K-40
làm ví dụ điển hình, với các đồng vị U-238, Th-232 phát nhiều mức năng lượng thì việc khai
# K40 1uCi
báo cũng hoàn toàn tương tự.
// nguồn điểm
Theo thứ tự của các dòng code ta có:
gps/source/intensity 37000.
Nguồn phát gamma lúc này được khai báo
/gps/particle gamma
/gps/pos/type Point
là nguồn K-40, cường độ nguồn là 37000
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
Bq, bức xạ được phát ra là gamma, nguồn
/gps/ang/type iso
có dạng nguồn điểm, được đặt ở tọa độ
gps/ene/type User
(0;0;0), bắn bức xạ tới theo góc 4-pi (type
/gps/hist/type energy
iso), năng lượng của bức xạ được nguồn
/gps/hist/point 1.4602 0
phát ra là đơn năng với giá trị 1,4602 MeV
/gps/hist/point 1.4602 10.55
và có cường độ phát năng lượng này là
10,55 Bq.
//nguồn khối
Với nguồn có kích thước khai báo cũng
tương tự với nguồn điểm. Trong code bên
39
/gps/pos/type Plane
/gps/pos/shape Circle
cạnh, dạng nguồn hình hộp chữ nhật được
/gps/pos/halfx 50. mm
định nghĩa là type Plane, và kích thước
/gps/pos/halfy 50. mm
/gps/pos/halfz 10. mm
khối nguồn hình hộp chữ nhật tương ứng
/gps/pos/radius 50. mm
theo các trục Ox, Oy, Oz là (100mm,
/gps/pos/inner_radius 0. mm
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
100mm, 20mm).
Code khai báo dạng nguồn, kích thước, vị trí nguồn, kiểu bắn, và năng lượng của các
nguồn sẽ trình bày chi tiết trong phụ lục 5.
2.3. Chương trình tác động độ phân giải
Độ rộng một nửa khi có ảnh hưởng độ phân giải năng lượng đầu dò ghi nhận được tác
động độ phân giải theo quy luật[15]:
FWHM = a + b * sqrt(E) (2.1)
Với các hệ số a, b được lấy từ các số liệu thực nghiệm của phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý hạt nhân, Trường Đại Học Khoa Học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh: a = 0,6982239678*10-3; b = 0,902784899*10-3.
Trên cơ sở phương pháp Monte Carlo ta xây dựng được phương trình thể hiện sự phụ
thuộc của giá trị năng lượng sau khi tác động độ phân giải vào giá trị năng lượng thu được khi
chưa có độ phân giải như sau:
E =∆
Ereso = E + E∆ (2.2)
σ 0
FWHM 35482 ,2
Với (2.3)
0σ gọi là độ lệch chuẩn. Khi đó bằng việc tạo biến cố ngẫu nhiên theo các tọa độ ta
Trong đó
float r1,r2,x1,x2,edepstdgaus;
r1 = 0.; r2 = 0.; x1 = 0.; x2 = 0.; edepstdgaus = 0.;
r1 = (float)rand()/RAND_MAX;
// random (0,1).
r2 = (float)rand()/RAND_MAX;
// random (0,1).
x1 = sqrt(-2.*log(r1));
x2 = sin(2.*PI*r2);
edepstdgaus = x1*x2;
thu được độ lệch chuẩn của độ phân giải như sau:
40
return edepstdgaus;
Sau khi thu được độ lệch chuẩn, chương trình tính toán tác động độ phân giải lên năng
float a, b;
lượng được xác định theo FWHM và độ lệch chuẩn.
a = 0.698223968e-3;
Các hằng số a, b tìm được từ số liệu thực nghiệm
b = 0.902784899e-3;
và được khai báo là hằng số. Đồng thời các giá trị
float deltaedep,edepresolution;
deltaedep = 0.; edepresolution = 0.;
ban đầu của E∆ , và Ereso đều bằng không (biến
deltaedep = ((a
deltaedep trong đoạn code này chính là E∆ ,
+b*sqrt(edep))/2.35482)*edepstdgaus;
edepresolution là Ereso).
edepresolution = edep + deltaedep;
return edepresolution;
Với mỗi giá trị năng lượng mà detector ghi nhận
được (edep) thì chương trình tính ra một Ereso theo
công thức edepresolution = edep + deltaedep, và trong đó
deltaedep=((a+
b*sqrt(edep))/2.35482)*edepstdgaus cũng
deltaedep được tính theo công thức:
chính là công thức (1.33).
Toàn bộ code tác động độ phân giải được trình bày đầy đủ trong phụ lục 6.
2.4. Chương trình lưu dữ liệu và vẽ phổ
2.4.1. Chương trình lưu dữ liệu
Dữ liệu được lưu dưới dạng dữ liệu tín hiệu số đếm bằng chương trình lưu, trong phần
EVENTACTION, dữ liệu xuất ra dạng thập phân, có đuôi là .txt và có thể sử dụng các chương
trình C++, hoặc Exel... để xử lý. Câu lệnh lưu file kết quả luufile.open
("/
ofstream luufile;
luufile.open ("/home/hau/g4work/mpHPGe/data.txt",ios::app);
if (edep > 0)
{
luufile << edep <<"\n";
}
luufile.close();
}
Cụ thể trong luận văn kết quả được lưu dưới định dạng txt như sau: {
Trong đó
41
if (edep > 0)
{
luufile << edep <<"\n";
}
Là câu lệnh điều kiện, ý nghĩa là những năng lượng nào lớn hơn không thì mới lưu.
Nhằm mục đích gọn và nhẹ file kết quả. Code của phần này được trình bày trong phụ lục 7.
Tất cả các nội dung trên được liên kết thành sự kiện thống nhất nhờ đến các phần
GNUmakefile và SteppingAction. Code của phần này được trình bày trong phụ lục 8.
2.4.2. Chương trình vẽ phổ
Phổ năng lượng được vẽ dạng Gauss, trục thẳng đứng là logarit (số đếm), trục ngang là
trục năng lượng đơn vị MeV.
in.open(Form("datareso.txt"));
// Tao File.root; tao histogram; tao ntuple
TFile *f=new TFile("mpHPGe.root","RECREATE");
TH1F *h1=new TH1F("h1","gauss",2000,0.,2.);
Chương trình được dùng vẽ phổ là chương trình ROOT, xét đoạn code dưới đây.
File dữ liệu được vẽ phổ là file datareso.txt, được mở trong câu lệnh in.open(Form());
File chủ mpHPGe được tạo ROOT nhờ câu lệnh:
TFile *f=new TFile("mpHPGe.root","RECREATE");
Còn trong câu lệnh TH1F *h1=new TH1F("h1","gauss",2000,0.,2.); phổ được vẽ dạng
Gauss, 2000 là số khoảng chia. 0 là giá trị năng lượng ở gốc tọa độ, 2. là giá trị năng lượng lớn
nhất trên trục năng lượng, đơn vị mặc định là MeV. Như vậy, một độ chia trên trục năng lượng
có giá trị tương ứng là 1 keV. Toàn bộ code vẽ phổ được trình bày trong phụ lục 9.
42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Đề tài thực hiện mô phỏng phổ đáp ứng cho hệ đo gamma phông thấp HPGe đối với một
số đồng vị phóng xạ có trong môi trường tự nhiên, bao gồm U-238, Th-232, K-40 và bức xạ
muon. Việc bố trí mô phỏng được phân tích chi tiết ở chương 2. Nguồn phát là các đồng vị U-
238, Th-232, K-40 và bức xạ vũ trụ muon. Đối với đồng vị phóng xạ, chúng tôi khảo sát cho
nguồn dạng nguồn điểm, nguồn có kích thước không xét đến ảnh hưởng của môi trường và
nguồn có kích thước có xét đến ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của môi trường. Năng lượng của
đồng vị phóng xạ được tham khảo từ Phòng thí nghiệm quốc gia Henri Becquerel của Pháp.
Riêng bức xạ vũ trụ muon, chúng tôi xét cho năng lượng tới là 450 MeV, dạng tia, hướng tới
vuông góc với bề mặt trên của đầu dò. Trong chương 3 chúng tôi trình bày kết quả mô phỏng
đạt được và thảo luận chi tiết cho từng đồng vị và cho bức xạ muon.
3.1. Dạng phổ của đồng vị K-40 và nhận xét
Trên Hình 3.1 là phổ năng lượng của nguồn điểm K-40, với năng lượng phát ra đến đầu
dò dưới phân bố góc bốn pi. Trên phổ thể hiện rõ rệt sự ảnh hưởng của hiệu ứng quang điện,
hiệu ứng tạo cặp và hiệu ứng Compton ở các đỉnh năng lượng toàn phần 1,4602 MeV, đỉnh
thoát đơn 0,949 MeV, thoát đôi 0,438 MeV, đỉnh 0,511 MeV và đỉnh tán xạ ngược. Trong đó ta
thấy trên phổ năng lượng này, nền Compton rộng chứng tỏ sự ảnh hưởng mạnh và ưu thế của
hiệu ứng Compton trong tương tác giữa bức xạ gamma với vật chất ở năng lượng tới là 1,4602
MeV.
43
/
V e k m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
K-40 khi có sự tự hấp thụ đất (Dđất =1,6 g/cm3)
K-40 khi không tính đến sự hấp thụ đất
Hình 3.1. Phổ năng lượng của đồng vị K-40 dạng nguồn điểm.
V e k / m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Hình 3.2. Phổ năng lượng của đồng vị K-40 dạng nguồn khối, khi có và không có sự tụ
hấp thụ của đất (với khối lượng riêng của đất là Dđất =1,6 g/cm3).
Trên Hình 3.2 là hai phổ năng lượng ứng với mẫu nguồn K-40 phát bức xạ 1,4602 MeV
trong trường hợp có môi trường vật chất và không có môi trường vật chất. Dạng phổ năng
lượng trong hai trường hợp này tương đồng với dạng phổ trong trường hợp nguồn điểm, ở đây
ta cũng ghi nhận được các đỉnh năng lượng như đỉnh năng lượng toàn phần 1,4602 MeV, đỉnh
thoát đơn 0,949 MeV, thoát đôi 0,438 MeV, đỉnh 0,511 MeV và đỉnh tán xạ ngược, dạng nền
Compton rộng.
44
Ở vùng năng lượng nhỏ hơn 0,6 MeV, nền Compton đối với mẫu nguồn có đất thể hiện
cao lên hơn đối với mẫu nguồn không có đất. Đó là do gamma bị tán xạ trong môi trường đất,
dẫn đến phông nền cao hơn khi xét tới có sự ảnh hưởng của môi trường đất trong mẫu.
Một số đỉnh được chọn có thể làm đỉnh đặc trưng cho phổ năng lượng của đồng vị là kết
quả được chọn lọc từ việc phân tích đỉnh phổ trong chương trình ROOT. Đỉnh phổ được xét
trong khoảng E σ3± so với năng lượng đỉnh (E), bằng các hàm chức năng trong ROOT ta tính
. được số đếm của phông nền (kí hiệu SB) và số đếm tổng trong đỉnh tương ứng với miền E σ3±
).
Từ đó ta thu được tỉ số giữa số đếm đỉnh thực (bằng số đếm tổng trong đỉnh trừ số đếm nền
Đường làm khớp đỉnh phổ dạng gauss
Đường giới hạn phông nền
tương ứng, kí hiệu là SG) và số đếm tổng trong đỉnh (kí hiệu là Stot
V e k / m ế đ ố S
Phông nền
Năng lượng (MeV)
Hình 3.3. Minh họa đỉnh phổ và nền tương ứng.
Với đồng vị K-40 đơn năng, số đếm đỉnh năng lượng toàn phần trong vùng E σ3± khi chưa có môi trường đất là 2,417.105. Còn khi có môi trường đất thì số đếm tương ứng là 2,18.105. Sự thay đổi của số đếm toàn phần là không đáng kể khi có và không có môi trường
đất. Đồng thời, dựa vào phổ trên Hình 3.2 ta thấy rằng tại đỉnh năng lượng toàn phần 1,4602
MeV nền Compton rất thấp so với đỉnh trong cả hai trường hợp có và không có đất. Hình 3.4
dưới đây là phổ năng lượng và phông nền của đồng vị K-40 trong trường hợp có môi trường và
không có môi trường, được vẽ trong miền năng lượng từ 1,4 MeV đến 1,5 MeV sẽ cho ta thấy
rõ hơn về ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của môi trường tại đỉnh 1,4602 MeV.
45
/
Đường phổ và đường giới hạn phông nền khi có đất
Đường phổ và đường giới hạn phông nền khi không có đất
V e k m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Hình 3.4. Phổ và phông nền của đồng vị K-40 khi có và không có đất trong miền năng
lượng từ 1,4 MeV đến 1,5 MeV.
Điều này chứng tỏ khi khảo sát đồng vị K-40, sự tự hấp thụ của môi trường đất ảnh
hưởng không đáng kể, cho nên việc có mặt môi trường đất là không đáng lo ngại khi xác định
hoạt độ của đồng vị K-40.
3.2. Dạng phổ của đồng vị U-238 và nhận xét
V e k / m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Hình 3.5. Phổ năng lượng của đồng vị U-238 dạng nguồn điểm.
46
U-238 khi có sự tự hấp thụ đất (Dđất =1,6 g/cm3)
U-238 khi không tính đến sự hấp thụ đất
/
V e k m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Hình 3.6. Phổ năng lượng của đồng vị U-238 dạng nguồn khối, khi có và không có sự tụ
hấp thụ của đất (với khối lượng riêng của đất là Dđất =1,6 g/cm3).
Trên Hình 3.5 và Hình 3.6 là phổ năng lượng của mẫu nguồn U-238 dạng điểm và dạng
có kích thước. Cũng như với nguồn K-40, có sự tương đồng dạng phổ của nguồn điểm và
nguồn có kích thước. Trong trường hợp này, phổ ghi nhận khá phức tạp với nhiều đỉnh năng
lượng và miền Compton rộng.
Đối với nguồn có nhiều năng lượng, có thể dựa vào một số đỉnh đặc trưng trong việc xác
định đồng vị cũng như hoạt độ. Tuy nhiên, đối với mẫu nguồn U-238, phông nền Compton nhỏ
hơn 0,5 MeV khi có ảnh hưởng của môi trường đất bắt đầu đáng kể. Do đó, việc phân tích đồng
vị dựa vào các năng lượng đặc trưng ở vùng năng lượng này sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Dựa vào
một số công trình nghiên cứu thực nghiệm của nhóm tác giả Trương Thị Hồng Loan và nhóm
tác giả Ngô Quang Huy [3], [5], [6] cùng phổ năng lượng của đồng vị, chúng tôi phân tích một
số đỉnh năng lượng đặc trưng của đồng vị U-238 như 0,0633 MeV; 0,25819 MeV; 0,7679
MeV; 1,001 MeV; 1,7654 MeV. Các thông số của các đỉnh năng lượng này trong trường hợp
không có sự tự hấp thụ của môi trường và sự ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của môi trường được của mỗi đỉnh ứng với khi chưa có môi trường đất thể hiện trong Bảng 3.1. So sánh tỉ số SG/SB
và có môi trường đất ta thấy rằng tỉ số SG/SB đều lớn hơn 1, và với các đỉnh năng lượng dưới
0,5 MeV thì tỉ số này giảm mạnh khi có môi trường đất và ở mức năng lượng cao hơn 0,5 MeV
thì tỉ số này thay đổi không đáng kể khi không có và có đất.
47
Bảng 3.1. Các thông số của một số đỉnh đặc trưng của đồng vị U-238.
Đỉnh (MeV)
Ghi chú
k∆ = (SG/Stot)k.đất -
U-238 nguồn khối - không có sự tự hấp thụ của đất
U-238 nguồn khối - có sự tự hấp thụ của đất
( SG/Stot)có.đất
τ∆ = (SG/SB)k.đất -
0,0633
0,25819
0,7679
1,001
1.7654
4,11.10-4 0,0645 0,0621 0,856 5,96 1,217.10-3 0,2619 0,2546 0,838 5,190 1,050.10-3 0,7696 0,7633 0,870 6,690 9,19.10-4 1,0038 0,9983 0,930 13,190 9,29.10-4 1,7682 1,7627 0,839 6,611
4,40.10-4 0,0646 0,0620 0,786 3,67 1,584.10-3 0,2629 0,2534 0,666 2,000 1,070.10-3 0,7697 0,7632 0,860 6,168 9,14.10-4 1,0037 0,9984 0,933 13,843 1,229.10-3 1,7685 1,7625 0,860 6,150
σ(MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB
( SG/SB)có.đất 07,0=∆κ =∆τ 2,29 =∆κ 0,172 =∆τ 3,190 =∆κ 0,01 =∆τ 0,522 =∆κ -0,003 =∆τ 0,653 =∆κ -0,021 =∆τ 0,461
Phân tích một số đỉnh để thấy rõ ảnh hưởng của tán xạ Compton của các mức năng
lượng cao và của sự tự hấp thụ của môi trường lên phổ năng lượng. Với đỉnh 0,0633 MeV tỉ số
SG/SB khi chưa có đất là 5,96 khi có đất giảm xuống còn 3,67. Điều này cho thấy khi chưa có
đất phông nền tại đỉnh 0,0633 MeV chỉ do các năng lượng cao hơn xảy ra tán xạ Compton với
vật chất trong đầu dò đóng góp, nên lúc này số đếm đỉnh thực nhiều gấp 5,96 lần số đếm phông
nền. Nhưng khi có đất ta thấy phông nền tăng lên làm cho tỉ số SG/SB giảm, số đếm đỉnh thực
lúc này chỉ còn gấp 3,67 lần số đếm nền. Như vậy khi có môi trường đất thì sự đóng góp của sự
tự hấp thụ của đất ở mức năng lượng này là đáng kể, nó làm cho phông nền cao hơn trong
trường hợp chỉ có sự đóng góp của các mức năng lượng cao hơn. Ảnh hưởng của sự tự hấp thụ
48
càng thể hiện rõ ở đỉnh năng lượng 0,25819 MeV khi tỉ số SG/SB trong trường hợp có hấp thụ
của đất giảm đi 2,595 lần so với khi không có sự hấp thụ của đất (từ 5,190 xuống 2,000).
Với các đỉnh năng lượng lớn hơn 0,5 MeV như 0,7976 MeV; 1,001 MeV; 1,7654 MeV
nền Compton thấp hơn và tỉ số SG/SB khi có và không có đất chênh lệch không còn đáng kể.
Dựa vào tỉ số SG/Stot ta cũng nhận được: Trong phổ năng lượng phức tạp của đồng vị U- của các đỉnh 238 sự trội lên của các đỉnh trên so với nền Compton là rõ. Cụ thể, tỉ số SG/Stot
lần lượt là 0,856; 0,838; 0,870; 0,930; 0,839. Khi có đất thì tỉ số SG/Stot
0,0633 MeV; 0,2588 MeV; 0,7679 MeV; 1,001 MeV; 1,7654 MeV rất cao. Khi không có đất của các đỉnh thì SG/Stot
lần lượt là 0,786; 0,666; 0,860; 0,933; 0,860.
Như vậy, dựa vào các kết quả trên ta thấy sự ảnh hưởng đáng kể của sự tự hấp thụ của
môi trường đất ở miền năng lượng dưới 0,5 MeV. Cụ thể, biểu hiện qua sự thay đổi không đáng và tỉ số SG/SB của các đỉnh năng lượng lớn hơn 0,5 MeV khi không có môi kể của tỉ số SG/Stot
trường và khi có môi trường. Còn với các mức năng lượng nhỏ hơn 0,5 MeV nền Compton cao
và SG/SB là đáng kể.
lên hơn khi có đất và sự thay đổi của các tỉ số SG/Stot
Điều này có thể lý giải là: Tại một đỉnh năng lượng, trong trường hợp chưa có môi
trường, nền Compton do chính tán xạ Compton của các năng lượng cao hơn nó tương tác với
vật chất tạo ra. Còn khi có môi trường đất thì ngoài sự đóng góp do tán xạ Compton của các
năng lượng cao hơn còn có đóng góp của sự tự hấp thụ của môi trường, do đó nền Compton sẽ
cao hơn và cao hơn đáng kể ở miền năng lượng dưới 0,5 MeV khi có môi trường đất. Khi năng
lượng càng cao thì số đỉnh năng lượng cao hơn nó càng ít, dẫn đến sự ảnh hưởng của tán xạ
Compton do năng lượng cao hơn gây ra ít hơn so với mức năng lượng nhỏ, đồng thời ở các
mức năng lượng cao hơn 0,5 MeV sự tự hấp thụ của môi trường ảnh hưởng không đáng kể lên
phổ năng lượng. Nên lúc này sự đóng góp của tán xạ Compton của các mức năng lượng cao
hơn lên nền Compton là chủ yếu.
Với kết quả này ta thấy, khi khảo sát đồng vị U-238 các đỉnh 0,0633 MeV; 0,2588 MeV;
0,7679 MeV; 1,001 MeV; 1,7644 MeV dùng làm đỉnh đặc trưng là rất tốt. Tuy nhiên khi dùng
đỉnh 0,0633 MeV và đỉnh 0,2588 MeV thì cần quan tâm đến ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của
môi trường.
3.3. Dạng phổ của đồng vị Th-232 và nhận xét
49
Trên Hình 3.7, 3.8 là phổ năng lượng của mẫu nguồn Th-232 nguồn dạng điểm và dạng
khối hình hộp chữ nhật. Trong trường hợp này, phổ ghi nhận khá phức tạp với nhiều đỉnh năng
lượng và miền Compton rộng.
/
V e k m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Th-232 khi có sự tự hấp thụ đất (Dđất =1,6 g/cm3)
Th-232 khi không tính đến sự hấp thụ đất
Hình 3.7. Phổ năng lượng của đồng vị Th-232 dạng nguồn điểm.
V e k / m ế đ ố S
Năng lượng (MeV) Hình 3.8. Phổ năng lượng của đồng vị Th-232 dạng nguồn khối, khi có và không có
sự tụ hấp thụ của đất (với khối lượng riêng của đất là Dđất =1,6 g/cm3).
Đối với nguồn có nhiều năng lượng, có thể dựa vào một số đỉnh đặc trưng trong việc xác
định đồng vị cũng như hoạt độ. Dựa vào một số tài liệu thực nghiệm của nhóm tác giả Trương
Thị Hồng Loan và nhóm tác giả Ngô Quang Huy[3], [5], [6] cùng với phổ năng lượng thu
50
được, ta chọn phân tích một số đỉnh sau 0,1706 MeV; 0,4592 MeV; 0,6699 MeV; 0,8901 MeV;
0,9848 MeV. Bảng 3.2 phân tích chi tiết một số thông số của một số đỉnh đặc trưng của phổ
năng lượng của đồng vị Th-232.
Dựa trên các số liệu thu được trong Bảng 3.2, các đỉnh năng lượng 0,1706 MeV; 0,4592
MeV; 0,6699 MeV; 0,8901 MeV; 0,9848 MeV trội lên rất rõ trên nền Compton khi không có
môi trường đất và khi có môi trường đất. Điều này thể hiện ở tỉ số SG/SB và SG/Stot xét trong
khoảng năng lượng từ E - 3σ (MeV) đến E + 3σ (MeV) rất cao.
Bảng 3.2. Các thông số của một số đỉnh đặc trưng của đồng vị Th-232.
Đỉnh (MeV)
Th-232 nguồn khối - có sự tự hấp thụ của đất
Th-232 nguồn khối - không có sự tự hấp thụ của đất
0,1706
0,4592
0,6999
0,8901
0,9848
9,20.10-4 0,1729 0,1674 0,805 4,14 6,76.10-4 0,4613 0,4572 0,860 6,17 7,78.10-4 0,6722 0,6676 0,878 7,17 8,680-4 0,8927 0,8875 0,896 8,660 9,26.10-4 0,9876 0,9821 0,923 12,045
9,01.10-4 0,1729 0,1675 0,847 5,53 9,17.10-4 0,4620 0,4565 0,934 14,08 7,80.10-4 0,6723 0,6676 0,885 7,70 8,89.10-4 0,8920 0,8891 0,896 8,612 9,00.10-4 0,9876 1,9821 0,925 12,280
σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E -3σ (MeV) SG/Stot SG/SB σ (MeV) E + 3σ (MeV) E - 3σ (MeV) SG/Stot SG/SB
Ghi chú k∆ = (SG/Stot)k.đất - ( SG/Stot)có.đất τ∆ = (SG/SB)k.đất - ( SG/SB)có.đất k∆ =0,042 τ∆ =1,39 k∆ =0,74 τ∆ =7,91 k∆ =0,007 τ∆ =0,53 k∆ = 0 τ∆ = - 0,048 k∆ =0,002 τ∆ =0,235
Ở đây ta cũng thấy rằng, sự tự hấp thụ của môi trường đất ảnh hưởng lên phổ năng
lượng ở miền năng lượng thấp hơn 0,5 MeV mạnh hơn ở miền năng lượng cao hơn 0,5 MeV.
Bằng chứng là tỉ số SG/Stot và SG/SB tại đỉnh 0,1706 MeV lần lượt giảm 0,042 và 1,39 khi có
51
môi trường đất; Tại đỉnh 0,4592 MeV hai tỉ số này lần lượt giảm 0,074 và 7,91 khi có đất. Còn
với các đỉnh năng lượng lớn hơn 0,5 MeV thì sự thay đổi của tỉ số SG/Stot và SG/SB ít hơn, như
là đỉnh 0,6699 MeV thì tỉ số SG/Stot chỉ giảm 0,007 khi có môi trường đất còn tỉ số SG/SB thì chỉ
giảm 0,53; Đỉnh 0,8901 MeV thì tỉ số SG/Stot khi có đất và không có đất bằng nhau, tỉ số SG/SB
thì lại tăng 0,048; Đỉnh 0,9848 MeV thì độ giảm của tỉ số SG/Stot khi có môi trường đất so với
khi không có môi trường đất là 0,002 và tỉ số SG/SB cũng chỉ giảm đi 0,235.
Lý giải tương tự như với phổ năng lượng của đồng vị U-238, đối với đồng vị Th-232
ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của môi trường chỉ đáng kể đối với các năng lượng dưới 0,5 MeV.
Do đó khi xác định hoạt độ của đồng vị Th-232 thì có thể dựa vào một số đỉnh 0,6699 MeV;
0,8901 MeV; 0,9848 MeV. Còn nếu dùng các đỉnh 0,1706 MeV; 0,4592 MeV thì cần quan
tâm đến sự tự hấp thụ của môi trường.
3.4. Dạng phổ của muon và nhận xét
V e k / m ế đ ố S
Năng lượng (MeV)
Hình 3.9. Phổ năng lượng để lại trong đầu dò của bức xạ vũ trụ muon tới 450MeV.
Hình 3.9 là phổ năng lượng bức xạ vũ trụ muon với năng lượng tới 450 MeV để lại trong
đầu dò, được xét trong vùng (0-2) MeV. Dạng phổ phông nền do muon gây ra có liên tục, có
phông nền cao ở vùng năng lượng thấp, và giảm theo năng lượng. Trên phổ năng lượng để lại
trong đầu dò của bức xạ vũ trụ muon có đỉnh 0,511 MeV trội lên rất rõ, đây là đỉnh hủy của các
positron (sinh ra do sự tự phân hủy của hạt muon âm) với các electron.
52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chúng tôi đã thực hiện mô phỏng phổ đáp ứng cho hệ đo gamma phông thấp HPGe đối
với một số đồng vị phóng xạ có trong môi trường tự nhiên, bao gồm U-238, Th-232, K-40 và
bức xạ vũ trụ muon. Đầu dò chúng tôi khảo sát là loại HPGe GC2018. Các thông số về kích
thước và vật liệu của đầu dò, cũng như thông số về buồng chì được lấy từ nhà sản xuất. Hệ đo
này mô tả cho hệ đo HPGe, hiện đang có ở Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Đại học Khoa học Tự
nhiên – TpHCM. Thông số độ phân giải theo năng lượng của hệ đo được lấy từ số liệu thực
nghiệm của phòng thí nghiệm.
Các mẫu nguồn khảo sát lần lượt trong trường hợp nguồn điểm và nguồn có kích thước.
Đối với nguồn có kích thước, chúng tôi xét tới không và có sự tự hấp thụ trong nguồn. Sự tự hấp thụ được xét là môi trường đất có khối lượng riêng Dđất =1,6 g/cm3. Năng lượng ở mỗi
đồng vị của K-40, U-238 và Th-232 được tham khảo từ database của phòng thí ngiệm quốc gia
của Pháp (LNHB). Hướng bắn của gamma là đẳng hướng 4 pi, mẫu nguồn đặt cách bề mặt đầu
dò 59,76 mm. Riêng bức xạ vũ trụ muon được khảo sát với năng lượng tới là 450 MeV, dạng
tia, hướng tới vuông góc với mặt trên của đầu dò. Từ các kết thu được từ mô phỏng trên từng
đồng vị như sau:
Đối với mẫu nguồn K-40, với năng lượng tới 1,4602 MeV, phông nền Compton đối với
mẫu nguồn có đất thể hiện đáng kể ở vùng năng lượng nhỏ hơn 0,6 MeV. Tại đỉnh 1,4602 MeV
sự ảnh hưởng của phông nền là không đáng kể khi không có và có môi trường. Do vậy việc xác
định hoạt độ của đồng vị K-40 ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của môi trường.
Đối với mẫu nguồn U-238 và Th-232 dạng phổ phức tạp hơn. Với đồng vị U-238 ta có
thể dựa trên một số đỉnh năng lượng đặc trưng như 0,0633 MeV; 0,2588 MeV; 0,7679 MeV;
1,001 MeV; 1,7654 MeV với lưu ý là ở miền năng lượng dưới 0,5 MeV thì sự tự hấp thụ của
môi trường đất ảnh hưởng đáng kể, nên khi chọn các đỉnh 0,0633 MeV và 0,2588 MeV để xác
định hoạt độ của đồng vị U-238 thì cần đánh giá đến sự tự hấp thụ của môi trường. Với đồng vị
Th-232 các đỉnh năng lượng 0,1706 MeV; 0,4592 MeV; 0,6699 MeV; 0,8901 MeV; 0,9848
MeV trội lên rất rõ trên nền Compton khi không có môi trường đất và khi có môi trường đất,
tuy nhiên khi có đất phông nền Compton bị ảnh hưởng đáng kể ở vùng năng lượng nhỏ hơn 0,5
MeV nên khi dựa vào các đỉnh 0,1706 MeV; 0,4592 MeV để xác định hoạt độ của Th-232 thì
cần quan tâm đến sự tự hấp thụ của môi trường.
53
Đối với muon tới có năng lượng 450 MeV, phổ phông nền có dạng liên tục, có phông
nền cao ở vùng năng lượng thấp, và giảm theo năng lượng.
Những kết quả đạt được sẽ là nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo về mặt thực
nghiệm, xây dựng hệ đo triệt phông nền vũ trụ và phông nền Compton, khi có sự kết hợp các
detector nhấp nháy, thiết bị trùng phùng.
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi bức
xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM.
2. Lê Bá Mạnh Hùng (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng của đáp ứng không tuyến tính lên độ phân
giải năng lượng của detector nhấp nháy plastic sử dụng phần mềm mô phỏng Geant4,
luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia TPHCM.
3. Ngô Quang Huy, Võ Xuân Ân, Đỗ Quang Bình (2006), “ Mô phỏng các phổ gamma phức
tạp trên hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe bằng chương trình MCNP”, Tạp chí phát
triển khoa học và công nghệ, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 9(9), tr.65 – 68.
4. Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để nâng cao
chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, luận án tiến sĩ, Đại học
Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia TPHCM.
5. Phạm Thị Quyên (2012), Khảo sát các đặc trưng của hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe,
luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia TPHCM.
6. Nguyễn Thị Cẩm Thu (2010), Khảo sát phông nền và tối ưu hóa hiệu suất cho hệ phổ kế
gamma HPGe trong phép đo mẫu môi trường, luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự
Nhiên-Đại học Quốc Gia TPHCM.
7. Lư Thị Kim Yến (2012), Đánh giá hoạt độ U-238, Th-232, K-40 trong mẫu gạo sử dụng hệ
phổ kế gamma phông thấp HPGe, luận văn thạc sĩ, Đại học Cần Thơ.
Tiếng Anh
8. Glenn F.Knoll (1999), Radiation detection and measurement, Third edition, Queberor,
United States.
9. Gaisser, T.K (1990), Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University
Press,Cambridge, pp.71.
10. Grieder, P.K.F (2001), Cosmic Rays at Earth, Researcher’s Reference Manual and Data
Book, Elsevier Science, Amsterdam, pp.438.
11. Grieder, P.K.F (2001), Cosmic Rays at Earth, Researcher’s Reference Manual and
DataBook, Elsevier Science, Amsterdam, pp.372.
55
12. Geant4 Collaboration (2009), Geant4 Users guide for application deverlopers, Version
geant4.9.3.
13. Geant4 Collaboration (2010), Physics Reference Manual, Version geant4.9.4. 14. Gordon R.Gilmore (2008), Practical Gamma-ray Spectrometry, 2nd Edition, Nuclear
Training Service Ltd Warrington.
15. R. Casanovas, J.J. Morant, M. Salvado (2012), Energy and resolution calibration of
NaI(Tl) and LaBr3(Ce) scintillators and validation of an EGS5 Monte Carlo user code
for efficiency calculations, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.
16. William R.Leo (1994), Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Spinger-
Verlag.
Website
17. Geant4, http://geant4.cern.ch
18. NIST Physics Laboratory http://physics.nist.gov/cgi-bin/Star/
19. The basic Monte Carlo technique
http://omlc.ogi.edu/news/sep98/montecarlosampling/montecarlo.html
20. laraweb.free.fr
21. http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm
56
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1 - BẢNG LIỆT KÊ NĂNG LƯỢNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA CHUỖI PHÓNG XẠ U-238
Năng lượng (keV) Cường độ (%)
Loại
Origin
15.75 (-) 16.483 (-) 16.6 (-) 20.01 (2) 29.50 (2) 43.498 (1) 49.55 (6) 62.70 (1) 62.88 (2) 63.30 (2) 73.92 (20) 73.92 (2) 83.31 (5) 87.02 (6) 92.288 (-) 92.38 (1) 92.80 (2) 93.351 (-) 94.666 (-) 95.869 (-) 98.44 (-) 99.86 (2) 103.35 (10) 105 (-) 111.2277 (-) 112.81 (5) 113.5 (1) 114.7095 (-) 125.46 (1) 131.30 (1) 140.15 (2) 152.71 (2) 159.48 (2) 184.7 (5) 184.8 (-) 186.15 (2) 200.97 (3) 203.12 (3) 209.9 (4) 226.50 (3) 227.25 (3) 245.37 (2)
7.94 (28) 7.1 (3) 0.83 (13) 0.0051 (21) 0.00123 (14) 0.00186 (20) 0.0697 (26) 0.0039 (14) 0.0164 (28) 3.75 (8) 0.170 (2) 0.017 (2) 0.061 (5) 0.018 (3) 0.013 (9) 2.18 (19) 2.15 (19) 0.0018 (5) 0.1617 (24) 0.021 (13) 0.2633 (24) 0.0054 (10) 0.0032 (10) 0.0114 (-) 0.091 (8) 0.215 (22) 0.0174 (47) 0.0317 (33) 0.00133 (20) 0.0306 (31) 0.00128 (20) 0.0102 (14) 0.00111 (17) 0.00171 (10) 0.012 (6) 0.00299 (34) 0.00153 (22) 0.00309 (47) 0.00128 (10) 0.0071 (10) 0.0099 (12) 0.00128 (19)
Th Pa U Pa-234* Pa-234* U-234* Th-234 U-234* Pa-234* Pa-234* Pa-234* Pa-234* Pa-234* Pa-234* Pa Pa-234* Pa-234* Th U Pa U U-234* Pa-234* U-234* U Pa-234* Th-234 U U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* Pa-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234*
XL XL XL γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ XKα2 γ γ XKα1 XKα2 XKα1 XKα1 γ γ γ XKβ1 γ γ XKβ2 γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
247.79 (7) 249.22 (1) 258.19 (7) 272.28 (5) 293.79 (5) 330.40 (5) 338.1 (8) 369.50 (5) 372.0 (1) 387.94 (6) 450.93 (4) 453.6 (5) 458.68 (5) 468.1 (5) 475.5 (5) 506.75 (5) 507.5 (10) 509.2 (8) 513.4 (1) 521.4 (1) 544.1 (5) 565.2 (1) 568.9 (2) 569.5 (1) 625.66 (7) 647.7 (8) 649.12 (10) 655.3 (10) 666.5 (1) 669.7 (1) 691.1 (1) 692.6 (1) 695.5 (10) 699.03 (5) 702.05 (20) 705.9 (1) 730.9 (2) 732.5 (10) 733.39 (5) 738.0 (1) 739.95 (10) 742.80 (3) 742.81 (3) 755.0 (1) 760.3 (10) 766.37 (2)
0.0010 (2) 0.0043 (7) 0.0754 (26) 0.00184 (26) 0.0051 (7) 0.00131 (14) 0.00114 (20) 0.0043 (5) 0.00207 (26) 0.0014 (1) 0.00301 (20) 0.0024 (2) 0.00192 (22) 0.00228 (20) 0.00285 (20) 0.00219 (26) 0.0016 (1) 0.0021 (2) 0.00192 (20) 0.00126 (15) 0.0037 (3) 0.00175 (20) 0.0061 (10) 0.0139 (20) 0.0014 (1) 0.0016 (1) 0.00110 (15) 0.0014 (1) 0.00197 (24) 0.00168 (19) 0.0078 (5) 0.00211 (24) 0.0016 (1) 0.0069 (8) 0.0077 (5) 0.0079 (7) 0.00107 (19) 0.00128 (10) 0.0117 (14) 0.00196 (24) 0.0110 (5) 0.096 (6) 0.00350 (39) 0.00207 (24) 0.0016 (1) 0.316 (6)
U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234*
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
57
1 041.7 (1) 1 059.4 (8) 1 061.9 (5) 1 120.6 (8) 1 125.7 (5) 1 174.2 (10) 1 193.77 (3) 1 220.0 (15) 1 237.4 (3) 1 352.9 (1) 1 392.7 (10) 1 393.9 (1) 1 413.6 (3) 1 434.13 (10) 1 452.7 (1) 1 458.5 (15) 1 510.5 (5) 1 527.21 (10) 1 550 (1) 1 553.74 (10) 1 570.68 (10) 1 593.7 (5) 1 668.4 (1) 1 693.8 (2) 1 732.5 (15) 1 737.73 (10) 1 759.81 (10) 1 765.4 (1) 1 809.0 (5) 1 819.69 (10) 1 831.5 (5) 1 863.09 (10) 1 867.68 (10) 1 874.85 (10) 1 893.5 (1) 1 911.17 (10) 1 937.01 (10)
0.00142 (10) 0.00110 (15) 0.0020 (1) 0.0017 (1) 0.0040 (3) 0.00190 (13) 0.0131 (5) 0.0010 (2) 0.00512 (40) 0.00196 (22) 0.00156 (10) 0.00350 (39) 0.0021 (1) 0.0083 (6) 0.00136 (17) 0.00185 (30) 0.0130 (5) 0.0021 (2) 0.00185 (10) 0.0090 (5) 0.00122 (20) 0.00384 (30) 0.00129 (15) 0.00117 (17) 0.0212 (8) 0.0202 (6) 0.0023 (2) 0.0087 (6) 0.0043 (3) 0.00114 (20) 0.0167 (5) 0.00121 (17) 0.0075 (5) 0.0078 (5) 0.0021 (1) 0.0053 (4) 0.0030 (2)
U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234*
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234* U-234*
0.00153 (17) 0.0075 (5) 0.0570 (42) 0.00114 (19) 0.0044 (7) 0.00105 (37) 0.0043 (3) 0.0043 (5) 0.0030 (2) 0.0010 (2) 0.00320 (36) 0.00211 (27) 0.00320 (36) 0.0014 (2) 0.0070 (9) 0.00181 (26) 0.0063 (4) 0.00110 (15) 0.00428 (43) 0.0177 (17) 0.00384 (30) 0.0199 (22) 0.0074 (5) 0.0054 (7) 0.0123 (7) 0.0133 (17) 0.0031 (22) 0.0122 (20) 0.00124 (9) 0.00185 (30) 0.0030 (2) 0.0100 (7) 0.0228 (27) 0.00275 (37) 0.0076 (8) 0.00122 (37) 0.00275 (37) 0.0041 (5) 0.839 (12)
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
780.4 (2) 781.37 (10) 786.27 (3) 794.9 (2) 796.1 (1) 804.1 (1) 805.74 (10) 805.80 (5) 808.2 (5) 818.2 (5) 819.2 (1) 824.2 (2) 825.1 (2) 825.6 (5) 831.5 (1) 844.1 (1) 851.57 (10) 866.8 (10) 876.0 (1) 880.5 (1) 880.9 (5) 883.24 (4) 887.28 (10) 898.67 (5) 921.7 (1) 925.0 (1) 926.0 (2) 926.72 (15) 926.72 (10) 936.3 (10) 941.9 (2) 945.91 (5) 946.00 (3) 947.7 (2) 980.3 (1) 981.6 (3) 984.2 (1) 996.1 (20) 1 001.03 (3)
58
PHỤ LỤC 2 - BẢNG LIỆT KÊ NĂNG LƯỢNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA CHUỖI PHÓNG XẠ Th-232
Năng lượng (keV) Cường độ (%)
Loại
Hạt con
285.24 (7) 309.9 (-) 316.1 (-) 347.64 (6) 359.74 (4) 361.285 (22) 367.92 (7) 377.27 (11) 383.5 (-) 398.8 (5) 408.8 (5) 412.5 (5) 418.4 (5) 430.9 (4) 433.2 (4) 440.94 (4) 447.762 (20) 454.2 (5) 459.222 (7) 464.8 (-) 467.40 (6) 473.9 (5) 490.80 (6) 497.1 (4) 499.02 (4) 505.5 (6) 513.4 (4) 517.0 (4) 526.69 (6) 531.8 (4) 552.21 (8) 553.7 (-) 554.9 (-) 562.93 (8) 573.7 (4) 578.7 (-) 583.2 (-) 595.39 (6) 599.3 (2) 610.0 (3) 642.4 (2) 663.3 (5) 669.9 (5) 669.901 (16) 678.04 (10) 681.2 (6) 690 (-) 698.5 (6) 703.7 (6) 707.8 (3)
0.0154 (9) 0.0032 (3) 0.0037 (4) 0.0145 (8) 0.0869 (12) 0.0218 (6) 0.0037 (7) 0.0275 (9) 0.0019 (6) 0.0111 (7) 0.0005 (4) 0.0083 (7) 0.0091 (7) 0.0178 (4) 0.0117 (4) 0.1912 (23) 0.1043 (14) 0.04 (-) 0.989 (12) 0.0026 (3) 0.0144 (4) 0.0033 (7) 0.1078 (16) 0.0128 (4) 0.1576 (21) 0.0055 (3) 0.0133 (4) 0.0046 (3) 0.0463 (11) 0.0070 (7) 0.0165 (5) 0.0030 (3) 0.0031 (3) 0.0545 (7) 0.0332 (10) 0.0017 (5) 0.0016 (5) 0.1178 (16) 0.0294 (5) 0.0567 (12) 0.0202 (5) 0.0037 (5) 0.0018 (-) 0.504 (6) 0.0647 (9) 0.0143 (4) 0.0021 (5) 0.0106 (5) 0.0091 (5) 0.0091 (5)
Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
6.65 (5) 16.483 (-) 29.373 (10) 57.10 (2) 63.92 (6) 70.49 (10) 74.51 (5) 86.477 (10) 87.99 (3) 92.288 (-) 94.65 (5) 95.869 (-) 105.2 (1) 108.363 (-) 108.5 (1) 111.885 (-) 115.14 (5) 117.692 (20) 131.101 (25) 134.285 (20) 143.23 (2) 147.5 (-) 151.409 (20) 153.49 (18) 155.239 (20) 162.504 (12) 162.504 (-) 169.162 (10) 170.60 (6) 179.05 (8) 180.76 (3) 186.80 (18) 190.552 (14) 194.97 (7) 201.62 (5) 210.67 (8) 211.3 (2) 212.34 (5) 216.54 (8) 226.1 (2) 237.86 (6) 242.3 (-) 246.14 (6) 250.65 (16) 252.78 (9) 257.30 (15) 278.7 (4)
0.0165 (18) 8.2 (9) 2.17 (7) 0.0498 (15) 0.0007 (3) 0.0007 (4) 0.0402 (17) 1.843 (22) 0.1698 (20) 0.39 (1) 0.775 (9) 0.615 (13) 0.041 (-) 0.235 (6) 0.0006 (-) 0.079 (3) 0.003 (7) 0.0029 (3) 0.0508 (13) 0.0018 (5) 0.0114 (7) 0.0018 (6) 0.0067 (3) 0.0407 (7) 0.00023 (3) 0.1674 (26) 0.16 (-) 0.251 (4) 0.507 (9) 0.0278 (7) 0.00011 (3) 0.0209 (9) 0.0861 (15) 0.1073 (17) 0.0221 (8) 0.0178 (11) 0.0202 (9) 0.0065 (6) 0.0130 (7) 0.0171 (7) 0.0019 (4) 0.0029 (6) 0.0041 (6) 0.0047 (3) 0.0066 (3) 0.0524 (12) 0.0047 (6)
Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233
γ XL γ γ γ γ γ γ γ XKα2 γ XKα1 γ XKβ1 γ XKβ2 γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
59
0.0421 (9) 0.0633 (10) 0.0029 (2) 0.0236 (5) 0.0053 (2) 0.0023 (4) 0.0324 (7) 0.0891 (13) 0.0032 (2) 0.0108 (5) 0.0056 (3) 0.0022 (2) 0.0214 (6) 0.0123 (5) 0.0060 (2) 0.0195 (6) 0.0095 (5) 0.0075 (-) 0.0013 (-) 0.0039 (3) 0.0031 (2) 0.00120 (4) 0.0097 (4)
Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233
890.1 (5) 898.3 (5) 918.9 (5) 935.2 (7) 941.9 (8) 942.8 (-) 948.3 (5) 955 (1) 960.8 (8) 962.8 (9) 968.2 (9) 978.2 (5) 984.8 (5) 994 (1) 1 001 (1) 1 007 (1) 1 011 (1) 1 026.5 (10) 1 092.5 (10) 1 132.1 (-) 1 139.1 (-) 1 144 (1) 1 201 (1)
0.1052 (14) 0.0022 (4) 0.006 (-) 0.0369 (7) 0.0048 (3) 0.0019 (3) 0.0060 (3) 0.0002 (3) 0.0041 (2) 0.0015 (2) 0.0083 (3) 0.0058 (3) 0.0102 (3) 0.0006 (1) 0.0008 (2) 0.0014 (2) 0.0019 (2) 0.0075 (-) 0.006 (-) 0.0006 (2) 0.0004 (1) 0.0027 (-) 0.006 (-)
Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233 Pa-233
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ
717.0 (2) 725.1 (2) 727.8 (-) 741.1 (2) 744.9 (5) 751.6 (6) 757.90 (7) 764.55 (6) 767.5 (-) 774.0 (4) 783.2 (5) 784.2 (5) 805.0 (2) 806.4 (5) 811.6 (2) 815.9 (4) 817.0 (6) 832.0 (3) 846.8 (7) 849.5 (5) 870.7 (7) 874.0 (5) 880.9 (5)
60
PHỤ LỤC 3 - CODE PHẦN KẾT CẤU HÌNH HỌC VÀ TÍNH CHẤT CÁC ĐỐI TƯỢNG
DETECTORCONTRUCTION.CC #include "DetectorConstruction.hh" #include "G4Material.hh" #include "G4Box.hh" #include "G4Tubs.hh" #include "G4SubtractionSolid.hh" #include "G4LogicalVolume.hh" #include "G4PVPlacement.hh" #include "G4VisAttributes.hh" #include "G4Colour.hh" #include "G4ios.hh" DetectorConstruction::DetectorConstruction() :constructed(false) {;} DetectorConstruction::~DetectorConstruction() {;} G4VPhysicalVolume* DetectorConstruction::Construct() { if(!constructed) { constructed = true; DefineMaterials(); SetupGeometry(); } return worldPhys; } void DetectorConstruction::DefineMaterials() { G4String name, symbol; //a=mass of a mole; G4double a, z, density; //z=mean number of protons; G4int ncomponents; G4double fractionmass; //~Element & Material Definition~// // N: Nitrogen - Nito a = 14.01*g/mole; G4Element* N = new G4Element(name="Nitrogen",symbol="N" , z= 7., a); // O: Oxygen - Oxi a = 16.00*g/mole; G4Element* O = new G4Element(name="Oxygen",symbol="O" , z= 8., a); // hydrogen a = 1.00794*g/mole; G4Element* H = new G4Element(name="Hydrogen",symbol="H", z=1., a); // silithium a = 28.0855*g/mole; G4Element* Si = new G4Element(name="Silithium",symbol="Si", z=14., a); //sat-iron a = 55.845*g/mole;
G4Element* Fe = new G4Element(name="Iron",symbol="Fe",z=26., a); //nhom a = 26.98*g/mole; G4Element* al = new G4Element(name="Aluminum", symbol="al",z=13., a); // Al: Aluminum - Nhom density = 2.699*g/cm3; a = 26.98*g/mole; Al = new G4Material(name="Aluminum", z=13., a, density); // Ge: Gemanium density = 5.323*g/cm3; a = 73*g/mole; Ge = new G4Material(name="Gemanium", z=32., a, density); // Pb: Lead - Chi density = 11.35*g/cm3; a = 207.19*g/mole; Pb = new G4Material(name="Lead", z=82., a, density); // Cu: Copper - Dong density = 8.960*g/cm3; a = 63.55*g/mole; Cu = new G4Material(name="Copper", z=29., a, density); // Sn: Stannum - Thiec density = 7.310*g/cm3; a = 118.70*g/mole; Sn = new G4Material(name="Stannum(Thiec)", z=50., a, density); // Air density = 1.290*mg/cm3; air = new G4Material(name="Air" , density, ncomponents=2); air->AddElement(N, fractionmass=0.79); air->AddElement(O, fractionmass=0.21); //dat density = 1.6*g/cm3; dat = new G4Material(name="Dat" , density, ncomponents=5); dat- >AddElement(H, fractionmass=0.022); dat->AddElement(O, fractionmass=0.575); dat->AddElement(al, fractionmass=0.085); dat->AddElement(Si, fractionmass=0.262); dat->AddElement(Fe, fractionmass=0.056); //Vaccum vacuum = new G4Material("Vacuum",//Name as String //Atomic Number, in this case we use 1 for hydrogen 1.008*g/mole,//Mass per Mole "Atomic Weight" 1.008*g/mole for Hydoren 1.e- 25*g/cm3,//Density of Vaccuum *Cant be Zero, Must be small insted kStateGas,//kStateGas for Gas 2.73*kelvin,//Temperatuer for Gas 1.e-25*g/cm3); } void DetectorConstruction::SetupGeometry() { // World G4VSolid* worldSolid = new G4Box("World",2.*m,2.*m,2.*m);
61
G4LogicalVolume* worldLogical = new G4LogicalVolume(worldSolid,air,"World"); worldPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(),worldLogical,"World", 0,false,0); // Detector // Ge detector cylender, color: blue G4VSolid* Ge1 = newG4Tubs("tinhtheGe",0.*mm,26.*mm,24.75*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* Ge2 = newG4Tubs("tinhtheGe",0.*mm,3.5*mm,17.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* GeSolid = new G4SubtractionSolid("Ge1-Ge2", Ge1, Ge2, 0, G4ThreeVector(0.,0.,7.25*mm)); G4LogicalVolume* GeLogical = new G4LogicalVolume(GeSolid,Ge,"tinhtheGe"); GePhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,84.51*mm),GeLogical,"tinhthe Ge", worldLogical,false,0); //chankhong G4VSolid* Vacuum1 = new G4Tubs("chankhong",0.*mm,36.6*mm,27.63*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* Vacuum2 = new G4Tubs("chankhong",0.*mm,26.76*mm,25.13*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* VacuumSolid = new G4SubtractionSolid("Vacuum1- Vacuum2", Vacuum1, Vacuum2, 0, G4ThreeVector(0.,0.,2.5*mm)); G4LogicalVolume* VacuumLogical = new G4LogicalVolume(VacuumSolid,vacuum,"chankhong"); VacuumPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,81.63*mm),VacuumLogical,"c hankhong", worldLogical,false,0); G4VSolid* Vacuum3Solid = newG4Tubs("chankhong",0.*mm,3.5*mm,17.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Vacuum3Logical = new G4LogicalVolume(Vacuum3Solid,vacuum,"chankhong"); Vacuum3Phys = newG4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,91.76*mm), Vacuum3Logical,"chankhong", worldLogical,false,0); G4VSolid* Vacuum4Solid = new G4Tubs("chankhong",0.*mm,38.1*mm,78.12*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Vacuum4Logical = new G4LogicalVolume(Vacuum4Solid,vacuum,"chankhong"); Vacuum4Phys = newG4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,187.38*mm), Vacuum4Logical,"chankhong", worldLogical,false,0); //vonhom G4VSolid* Al1 = newG4Tubs("vonhom",0.*mm,38.1*mm,28.38*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* Al2 = newG4Tubs("vonhom",0*mm,36.6*mm,27.63*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* AlSolid = new G4SubtractionSolid("Al1-Al2", Al1, Al2, 0, G4ThreeVector(0.,0.,0.75*mm)); G4LogicalVolume* AlLogical = new G4LogicalVolume(AlSolid,Al,"vonhom");
AlPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,80.88*mm),AlLogical,"vonho m", worldLogical,false,0); G4VSolid* Al3 = newG4Tubs("vonhom",0.*mm,26.76*mm,25.13*mm,0.*deg,360.*deg) ; G4VSolid* Al4 = newG4Tubs("vonhom",0.*mm,26.*mm,24.75*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* AltwoSolid = new G4SubtractionSolid("Al3-Al4", Al3, Al4, 0, G4ThreeVector(0.,0.,0.38*mm)); G4LogicalVolume* AltwoLogical = new G4LogicalVolume(AltwoSolid,Al,"vonhom"); AltwoPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,84.13*mm),AltwoLogical,"vo nhom", worldLogical,false,0); // khong khi G4VSolid* air1 = newG4Tubs("khongkhi",0.*mm,141*mm,152.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* air2 = newG4Tubs("khongkhi",0*mm,38.1*mm,28.38*mm,0.*deg,360.*deg); G4VSolid* airSolid = new G4SubtractionSolid("air1-air2", air1, air2, 0, G4ThreeVector(0.,0.,84.13*mm)); G4LogicalVolume* airLogical = new G4LogicalVolume(airSolid,air,"khongkhi"); airPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),airLogical,"khongkhi", worldLogical,false,0); //nguon G4VSolid* datSolid = new G4Box("dat",50.*mm,50.*mm,10.*mm); G4LogicalVolume* datLogical= new G4LogicalVolume(datSolid,dat,"dat"); datPhys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),datLogical,"dat", worldLogical,false,0); //buong chi //thiec G4VSolid* Sn1Solid = new G4Tubs("lopthiec",58.5*mm,59.5*mm,55.25*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Sn1Logical= new G4LogicalVolume(Sn1Solid,Sn,"lopthiec"); Sn1Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,210.25*mm),Sn1Logical,"lopt hiec",worldLogical,false,0); G4VSolid* Sn2Solid = newG4Tubs("lopthiec",58.5*mm,143.5*mm,0.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Sn2Logical= new G4LogicalVolume(Sn2Solid,Sn,"lopthiec"); Sn2Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,154.5*mm),Sn2Logical,"lopthi ec", worldLogical,false,0); G4VSolid* Sn3Solid = new G4Tubs("lopthiec",142.5*mm,143.5*mm,154.*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Sn3Logical= new G4LogicalVolume(Sn3Solid,Sn,"lopthiec");
62
// black // white
// gray
G4LogicalVolume* Pb3Logical= new G4LogicalVolume(Pb3Solid,Pb,"lopchi"); Pb3Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,- 210.25*mm),Pb3Logical,"lopchi", worldLogical,false,0); // Visualization attributes //thiet lap mau sac, dang doi tuong minh mong muon, dang dac khoi hay kieu suon G4Colour black (0.0,0.0,0.0); G4Colour white (1.0,1.0,1.0); (0.5,0.5,0.5); G4Colour gray G4Colour red (1.0,0.0,0.0); // red G4Colour green (0.0,1.0,0.0); // green G4Colour yellow (1.0,1.0,0.0); // yellow G4Colour blue (0.0,0.0,1.0); // blue G4Colour magenta (1.0,0.0,1.0) ; // magenta G4Colour cyan (0.0,1.0,1.0) ; // cyan worldLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes::Invisible);//neu ko co dong nay thi khoi vat lieu ve ra la mautrang GeLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(blue))); AlLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow))); AltwoLogical- >SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow))); Sn1Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(red))); Sn2Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(red))); Sn3Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(red))); Sn4Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(red))); Cu1Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(green))); Cu2Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(green))); Cu3Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(green))); Cu4Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(green))); Pb1Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(gray))); Pb2Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(gray))); Pb3Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(gray))); //Al3Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow))); //Al4Logical->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow))); ->SetVisAttributes(G4VisAttributes(G4Colour(yellow))); // worldLogical->SetVisAttributes(G4VisAttributes::Invisible }
{return
Sn3Phys = newG4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),Sn3Logical,"lopth iec",worldLogical,false,0); G4VSolid* Sn4Solid = new G4Tubs("lopthiec",0.*mm,143.5*mm,0.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Sn4Logical= new G4LogicalVolume(Sn4Solid,Sn,"lopthiec"); Sn4Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,- 154.5*mm),Sn4Logical,"lopthiec",worldLogical,false,0); //dong G4VSolid* Cu1Solid = newG4Tubs("lopdong",57.*mm,58.5*mm,55.75*mm,0.*deg,360.*deg) ; G4LogicalVolume* Cu1Logical= new G4LogicalVolume(Cu1Solid,Cu,"lopdong"); Cu1Phys = newG4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,209.75*mm),Cu1Logical," lopdong", worldLogical,false,0); G4VSolid* Cu2Solid = new G4Tubs("lopdong",58.5*mm,142.5*mm,0.75*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Cu2Logical= new G4LogicalVolume(Cu2Solid,Cu,"lopdong"); Cu2Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,153.25*mm),Cu2Logical,"lopd ong", worldLogical,false,0); G4VSolid* Cu3Solid = new G4Tubs("lopdong",141*mm,142.5*mm,152.5*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Cu3Logical= new G4LogicalVolume(Cu3Solid,Cu,"lopdong"); Cu3Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),Cu3Logical,"lopdong" , worldLogical,false,0); G4VSolid* Cu4Solid = newG4Tubs("lopdong",0.*mm,142.5*mm,0.75*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Cu4Logical= new G4LogicalVolume(Cu4Solid,Cu,"lopdong"); Cu4Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,- 153.25*mm),Cu4Logical,"lopdong",worldLogical,false,0); //chi G4VSolid* Pb1Solid = newG4Tubs("lopchi",59.5*mm,254.*mm,55.25*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Pb1Logical= new G4LogicalVolume(Pb1Solid,Pb,"lopchi"); Pb1Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,210.25*mm),Pb1Logical,"lopc hi", worldLogical,false,0); G4VSolid* Pb2Solid = newG4Tubs("lopchi",143.5*mm,254.*mm,155.*mm,0.*deg,360.*deg); G4LogicalVolume* Pb2Logical= new G4LogicalVolume(Pb2Solid,Pb,"lopchi"); Pb2Phys = new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(0.,0.,0.*mm),Pb2Logical,"lopchi",w orldLogical,false,0); G4VSolid* Pb3Solid = new G4Tubs("lopchi",0.*mm,254.*mm,55.25*mm,0.*deg,360.*deg);
DETECTORCONTRUCTION.HH #ifndef DetectorConstruction_h #define DetectorConstruction_h 1 #include "G4VUserDetectorConstruction.hh" #include "globals.hh" class G4VPhysicalVolume; class G4Material; class DetectorConstruction : public G4VUserDetectorConstruction { public: DetectorConstruction(); virtual ~DetectorConstruction(); public: virtual G4VPhysicalVolume* Construct(); public: G4VPhysicalVolume* GetVPVolumeGePhys() GePhys;};
63
G4VPhysicalVolume* AltwoPhys; G4VPhysicalVolume* Cu1Phys; G4VPhysicalVolume* Cu2Phys; G4VPhysicalVolume* Cu3Phys; G4VPhysicalVolume* Cu4Phys; G4VPhysicalVolume* Pb1Phys; G4VPhysicalVolume* Pb2Phys; G4VPhysicalVolume* Pb3Phys; G4VPhysicalVolume* Sn1Phys; G4VPhysicalVolume* Sn2Phys; G4VPhysicalVolume* Sn3Phys; G4VPhysicalVolume* Sn4Phys; G4VPhysicalVolume* VacuumPhys; G4VPhysicalVolume* Vacuum3Phys; G4VPhysicalVolume* Vacuum4Phys; G4VPhysicalVolume* airPhys; G4bool constructed; }; #endif
private: void DefineMaterials(); void SetupGeometry(); private: G4Material* air; G4Material* dat; G4Material* Ge; G4Material* Pb; G4Material* Cu; G4Material* Sn; G4Material* Al; G4Material* vacuum; G4VPhysicalVolume* worldPhys; G4VPhysicalVolume* datPhys; G4VPhysicalVolume* GePhys; G4VPhysicalVolume* AlPhys;
64
void PhysicsList::ConstructIons() {
PHỤ LỤC 4 - CODE TƯƠNG TÁC VẬT LÝ
// Ions G4IonConstructor ions; ions.ConstructParticle(); } void PhysicsList::ConstructProcess() { AddTransportation(); ConstructEM(); }
// gamma from standard #include "G4PhotoElectricEffect.hh" #include "G4ComptonScattering.hh" #include "G4GammaConversion.hh" #include "G4RayleighScattering.hh"
// gamma from Lowenergy #include "G4LivermorePhotoElectricModel.hh" #include "G4LivermoreComptonModel.hh" #include "G4LivermorePolarizedComptonModel.hh" // alternative for polarized photons #include "G4LivermoreGammaConversionModel.hh" #include "G4LivermoreRayleighModel.hh" #include "G4LivermorePolarizedRayleighModel.hh" // alternative for polarized photons
// e+ - e- from standard #include "G4eMultipleScattering.hh" #include "G4eIonisation.hh" #include "G4eBremsstrahlung.hh" #include "G4UniversalFluctuation.hh" #include "G4eplusAnnihilation.hh"
// e+ - e- from Lowenergy #include "G4LivermoreIonisationModel.hh" #include "G4LivermoreBremsstrahlungModel.hh"
PHYSICSLIST.CC #include "PhysicsList.hh" #include "G4ParticleDefinition.hh" #include "G4ParticleTypes.hh" #include "G4ProcessManager.hh" #include "G4LeptonConstructor.hh" #include "G4BosonConstructor.hh" //#include "G4MesonConstructor.hh" #include "G4IonConstructor.hh" #include "G4BaryonConstructor.hh" #include "G4StepLimiter.hh" #include "G4Region.hh" #include "G4EmProcessOptions.hh" PhysicsList::PhysicsList(): G4VUserPhysicsList() { SetVerboseLevel(1); } PhysicsList::~PhysicsList() { void PhysicsList::ConstructParticle() { G4BosonConstructor pBosonConstructor; pBosonConstructor.ConstructParticle(); G4LeptonConstructor pLeptonConstructor; pLeptonConstructor.ConstructParticle(); G4BaryonConstructor pBaryonConstructor; pBaryonConstructor.ConstructParticle(); G4IonConstructor pIonConstructor; pIonConstructor.ConstructParticle(); ConstructBosons(); ConstructLeptons(); ConstructBarions(); ConstructIons(); } void PhysicsList::ConstructBosons() {
//muon #include "G4MuMultipleScattering.hh" #include "G4MuIonisation.hh" #include "G4MuBremsstrahlung.hh" #include "G4MuPairProduction.hh"
// protons from standard #include "G4hLowEnergyIonisation.hh" #include "G4hMultipleScattering.hh"
// options #include "G4LossTableManager.hh" #include "G4EmProcessOptions.hh" #include "G4hIonisation.hh" //....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooO O0OOooo.... void PhysicsList::ConstructEM() { theParticleIterator->reset(); while( (*theParticleIterator)() ) G4ParticleDefinition* particle = theParticleIterator->value();
// gamma G4Gamma::GammaDefinition(); } //....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooO O0OOooo.... void PhysicsList::ConstructLeptons() { // leptons G4Electron::ElectronDefinition(); G4Positron::PositronDefinition(); //G4mu::muDefinition(); } void PhysicsList::ConstructBarions() { G4BaryonConstructor baryon; baryon.ConstructParticle(); G4Proton::ProtonDefinition(); }
65
} else if( particleName == "mu+" || particleName == "mu-" ) {
//muon pmanager->AddProcess(new G4MuMultipleScattering,-1, 1, 1); pmanager->AddProcess(new G4MuIonisation, -1, 2, 2); pmanager->AddProcess(new G4MuBremsstrahlung, -1, 3, 3); pmanager->AddProcess(new G4MuPairProduction, -1, 4, 4); } else if (particleName == "proton") {
G4ProcessManager* pmanager = particle->GetProcessManager(); G4String particleName = particle->GetParticleName(); if (particleName == "gamma") { // gamma G4ComptonScattering* theComptonScattering = new G4ComptonScattering(); G4LivermoreComptonModel* theLivermoreComptonModel = new G4LivermoreComptonModel(); theComptonScattering->SetModel(theLivermoreComptonModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theComptonScattering); G4PhotoElectricEffect* thePhotoElectricEffect = new G4PhotoElectricEffect(); G4LivermorePhotoElectricModel* theLivermorePhotoElectricModel = new G4LivermorePhotoElectricModel(); theLivermorePhotoElectricModel->ActivateAuger(true); thePhotoElectricEffect->SetModel(theLivermorePhotoElectricModel); pmanager->AddDiscreteProcess(thePhotoElectricEffect); G4GammaConversion* theGammaConversion = new G4GammaConversion(); G4LivermoreGammaConversionModel* theLivermoreGammaConversionModel = new G4LivermoreGammaConversionModel(); theGammaConversion- >SetModel(theLivermoreGammaConversionModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theGammaConversion); G4RayleighScattering* theRayleigh = new G4RayleighScattering(); G4LivermoreRayleighModel* theRayleighModel = new G4LivermoreRayleighModel(); theRayleigh->SetModel(theRayleighModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theRayleigh); pmanager->AddProcess(new G4StepLimiter(), -1, -1, 5); } else if (particleName == "e-") {
//proton G4hLowEnergyIonisation* hIoni = new G4hLowEnergyIonisation(); hIoni->SetFluorescence(true); hIoni->SelectShellIonisationCS("analytical"); pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); pmanager->AddProcess(hIoni,-1, 2,2); } else if ( particleName == "alpha" ) { pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); G4hLowEnergyIonisation* hIoni = new G4hLowEnergyIonisation(); hIoni->SetFluorescence(true); pmanager->AddProcess(hIoni,-1,2,2); } } //############################### GEANT4 4.9.4 Atomic Deexcitation Process ###############################// G4EmProcessOptions emOptions; emOptions.SetDeexcitationActive(true); } void PhysicsList::SetCuts() { defaultCutValue = 1.*mm; const G4double cutForGamma = 10e-6*mm; const G4double cutForElectron = defaultCutValue; const G4double cutForPositron = defaultCutValue; SetCutValue(cutForGamma, "gamma"); SetCutValue(cutForElectron, "e-"); SetCutValue(cutForPositron, "e+"); G4double lowLimit = 250. * eV; G4double highLimit = 100. * GeV; G4ProductionCutsTable::GetProductionCutsTable() - >SetEnergyRange(lowLimit, highLimit); if (verboseLevel>0) DumpCutValuesTable(); }
//electron G4eMultipleScattering* msc = new G4eMultipleScattering(); msc->SetStepLimitType(fUseDistanceToBoundary); pmanager->AddProcess(msc, -1, 1, 1); G4eIonisation* eIoni = new G4eIonisation(); G4LivermoreIonisationModel* theLivermoreIonisationModel = new G4LivermoreIonisationModel(); theLivermoreIonisationModel->ActivateAuger(true); eIoni->SetEmModel(theLivermoreIonisationModel); // eIoni->SetStepFunction(0.2, 100*um); // pmanager->AddProcess(eIoni, -1, 2, 2); G4eBremsstrahlung* eBrem = new G4eBremsstrahlung(); eBrem->SetEmModel(new G4LivermoreBremsstrahlungModel()); pmanager->AddProcess(eBrem, -1,-3, 3); pmanager->AddProcess(new G4StepLimiter(), -1, -1, 4);
// Ionisation } else if (particleName == "e+") {
PHYSICSLIST.HH #ifndef PhysicsList_h #define PhysicsList_h 1 #include "G4VUserPhysicsList.hh" #include "globals.hh" class PhysicsList: public G4VUserPhysicsList { public: PhysicsList();
//positron G4eMultipleScattering* msc = new G4eMultipleScattering(); msc->SetStepLimitType(fUseDistanceToBoundary); pmanager->AddProcess(msc, -1, 1, 1); pmanager->AddProcess(new G4eIonisation(), -1, 2, 2); pmanager->AddProcess(new G4eBremsstrahlung, -1,-1,3); pmanager->AddProcess(new G4eplusAnnihilation, 0,-1,4);
66
virtual void ConstructBarions(); virtual void ConstructIons(); void SetCuts(); private: // These methods construct physics processes and register them void ConstructEM(); }; #endif
~PhysicsList(); protected: // Construct particle and physics void ConstructParticle(); void ConstructProcess(); // these methods Construct particles virtual void ConstructBosons(); virtual void ConstructLeptons();
67
particleGun->GeneratePrimaryVertex(anEvent);
GPSPRIMARYGENERATORACTION.CC
}
PRIMARYGENERATORACTION.HH
#include "GPSPrimaryGeneratorAction.hh"
#ifndef GPSPrimaryGeneratorAction_h
#include "G4Event.hh"
#define GPSPrimaryGeneratorAction_h 1
#include "G4GeneralParticleSource.hh"
#include "G4VUserPrimaryGeneratorAction.hh"
#include "G4ParticleGun.hh"
#include "globals.hh"
#include "Randomize.hh"
class G4GeneralParticleSource;
#include "G4ParticleTable.hh"
class G4Event;
#include "G4ParticleDefinition.hh"
classGPSPrimaryGeneratorAction:public
//vi du nguon diem
G4VUserPrimaryGeneratorAction
GPSPrimaryGeneratorAction::GPSPrimaryGeneratorAction()
{
{
public:
particleGun = new G4GeneralParticleSource();
GPSPrimaryGeneratorAction();
}
virtual ~GPSPrimaryGeneratorAction();
GPSPrimaryGeneratorAction::~GPSPrimaryGeneratorAction()
public:
{
virtual void GeneratePrimaries(G4Event* anEvent);
delete particleGun;
private:
}
G4GeneralParticleSource* particleGun;
void
GPSPrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event*
};
anEvent)
#endif
{
// Random generation of the impulse direction of primary particles ...
Năng lượng
Nguồn điểm
/gps/hist/point 0.02001 0
# K40 1uCi
/gps/hist/point 0.08331 0.061
/gps/hist/point 0.02001 0.0051
gps/source/intensity 37000.
/gps/hist/point 0.08702 0
/gps/hist/point 0.02950 0
/gps/particle gamma
/gps/hist/point 0.08702 0.018
/gps/hist/point 0.02950 0.00123
/gps/pos/type Point
/gps/hist/point 0.09238 0
/gps/hist/point 0.043498 0
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
/gps/hist/point 0.09238 2.18
/gps/hist/point 0.043498 0.00186
/gps/ang/type iso
/gps/hist/point 0.09280 0
/gps/hist/point 0.1135 0
/gps/hist/point 0.09280 2.15
/gps/hist/point 0.1135 0.0174
gps/ene/type User
/gps/hist/point 0.09986 0
/gps/hist/point 0.04955 0
/gps/hist/type energy
/gps/hist/point 0.09986 0.0054
/gps/hist/point 0.04955 0.0697
/gps/hist/point 1.4602 0
/gps/hist/point 0.10335 0
/gps/hist/point 0.06270 0
/gps/hist/point 1.4602 10.55
/gps/hist/point 0.10335 0.0032
/gps/hist/point 0.06270 0.0039
/gps/hist/point 0.105 0
/gps/hist/point 0.06288 0
# U238 1uCi
/gps/hist/point 0.105 0.0114
/gps/hist/point 0.06288 0.0164
gps/source/intensity 37000.
/gps/hist/point 0.11281 0
/gps/hist/point 0.0633 0
/gps/particle gamma
/gps/hist/point 0.11282 0.215
/gps/hist/point 0.0633 3.75
/gps/pos/type Point
/gps/hist/point 0.12546 0
/gps/hist/point 0.07392 0
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
/gps/hist/point 0.12546 0.00133
/gps/hist/point 0.07392 0.170
/gps/ang/type iso
/gps/hist/point 0.13130 0
/gps/hist/point 0.13130 0.0306
/gps/hist/point 0.07392 0
gps/ene/type User
/gps/hist/point 0.14015 0
/gps/hist/point 0.07392 0.017
/gps/hist/type energy
/gps/hist/point 0.14015 0.00128
/gps/hist/point 0.08331 0
PHỤ LỤC 5 - CODE NGUỒN – HƯỚNG BẮN – NĂNG LƯỢNG
68
/gps/hist/point 0.46810 0.00228
/gps/hist/point 0.73339 0
/gps/hist/point 0.15271 0
/gps/hist/point 0.47550 0
/gps/hist/point 0.73339 0.0117
/gps/hist/point 0.15271 0.0102
/gps/hist/point 0.47550 0.00285
/gps/hist/point 0.73800 0
/gps/hist/point 0.15948 0
/gps/hist/point 0.50675 0
/gps/hist/point 0.73800 0.00196
/gps/hist/point 0.15948 0.00111
/gps/hist/point 0.50675 0.00219
/gps/hist/point 0.73995 0
/gps/hist/point 0.1847 0
/gps/hist/point 0.50750 0
/gps/hist/point 0.73995 0.0110
/gps/hist/point 0.1847 0.00171
/gps/hist/point 0.50750 0.0016
/gps/hist/point 0.74280 0
/gps/hist/point 0.1848 0
/gps/hist/point 0.50920 0
/gps/hist/point 0.74280 0.096
/gps/hist/point 0.1848 0.012
/gps/hist/point 0.50920 0.0021
/gps/hist/point 0.74281 0
/gps/hist/point 0.18615 0
/gps/hist/point 0.51340 0
/gps/hist/point 0.74281 0. 00350
/gps/hist/point 0.18615 0.00299
/gps/hist/point 0.51340 0.00192
/gps/hist/point 0.75500 0
/gps/hist/point 0.20097 0
/gps/hist/point 0.52140 0
/gps/hist/point 0.75500 0.00207
/gps/hist/point 0.20097 0.00153
/gps/hist/point 0.52140 0.00126
/gps/hist/point 0.76030 0
/gps/hist/point 0.20312 0
/gps/hist/point 0.54410 0
/gps/hist/point 0.76030 0.0016
/gps/hist/point 0.20312 0.00309
/gps/hist/point 0.54410 0.0037
/gps/hist/point 0.76637 0
/gps/hist/point 0.2099 0
/gps/hist/point 0.56520 0
/gps/hist/point 0.76637 0.316
/gps/hist/point 0.2099 0.00128
/gps/hist/point 0.56520 0.00175
/gps/hist/point 0.78040 0
/gps/hist/point 0.22650 0
/gps/hist/point 0.56890 0
/gps/hist/point 0.78040 0.00153
/gps/hist/point 0.22650 0.0071
/gps/hist/point 0.56890 0.0061
/gps/hist/point 0.78137 0
/gps/hist/point 0.22725 0
/gps/hist/point 0.56950 0
/gps/hist/point 0.78137 0.0075
/gps/hist/point 0.22725 0.0099
/gps/hist/point 0.56950 0.0139
/gps/hist/point 0.78627 0
/gps/hist/point 0.24537 0
/gps/hist/point 0.62566 0
/gps/hist/point 0.78627 0.0570
/gps/hist/point 0.24537 0.00128
/gps/hist/point 0.62566 0.0014
/gps/hist/point 0.79490 0
/gps/hist/point 0.24779 0
/gps/hist/point 0.64770 0
/gps/hist/point 0.79490 0.00114
/gps/hist/point 0.24779 0.0010
/gps/hist/point 0.64770 0.0016
/gps/hist/point 0.79610 0
/gps/hist/point 0.24922 0
/gps/hist/point 0.64912 0
/gps/hist/point 0.79610 0.0044
/gps/hist/point 0.24922 0.0043
/gps/hist/point 0.64912 0.00110
/gps/hist/point 0.80410 0
/gps/hist/point 0.25819 0
/gps/hist/point 0.65530 0
/gps/hist/point 0.80410 0.00105
/gps/hist/point 0.25819 0.0754
/gps/hist/point 0.65530 0.0014
/gps/hist/point 0.80574 0
/gps/hist/point 0.27228 0
/gps/hist/point 0.66650 0
/gps/hist/point 0.80574 0.0043
/gps/hist/point 0.27228 0.00184
/gps/hist/point 0.66650 0.00197
/gps/hist/point 0.80580 0
/gps/hist/point 0.29379 0
/gps/hist/point 0.66970 0
/gps/hist/point 0.80580 0.0043
/gps/hist/point 0.29379 0.0051
/gps/hist/point 0.66970 0.00168
/gps/hist/point 0.80820 0
/gps/hist/point 0.33040 0
/gps/hist/point 0.69110 0
/gps/hist/point 0.80820 0.0030
/gps/hist/point 0.33040 0.00131
/gps/hist/point 0.69110 0.0078
/gps/hist/point 0.81820 0
/gps/hist/point 0.33810 0
/gps/hist/point 0.69260 0
/gps/hist/point 0.81820 0.0010
/gps/hist/point 0.33810 0.00114
/gps/hist/point 0.69260 0.00211
/gps/hist/point 0.81920 0
/gps/hist/point 0.36950 0
/gps/hist/point 0.69550 0
/gps/hist/point 0.81920 0.00320
/gps/hist/point 0.36950 0.0043
/gps/hist/point 0.69550 0.0016
/gps/hist/point 0.82420 0
/gps/hist/point 0.37200 0
/gps/hist/point 0.69903 0
/gps/hist/point 0.82420 0.00211
/gps/hist/point 0.37200 0.00207
/gps/hist/point 0.69903 0.0069
/gps/hist/point 0.82510 0
/gps/hist/point 0.38794 0
/gps/hist/point 0.70205 0
/gps/hist/point 0.82510 0.00320
/gps/hist/point 0.38794 0.0014
/gps/hist/point 0.70205 0.0077
/gps/hist/point 0.82560 0
/gps/hist/point 0.45093 0
/gps/hist/point 0.70590 0
/gps/hist/point 0.82560 0.0014
/gps/hist/point 0.45093 0.00301
/gps/hist/point 0.70590 0.0079
/gps/hist/point 0.83150 0
/gps/hist/point 0.45360 0
/gps/hist/point 0.73090 0
/gps/hist/point 0.83150 0.0070
/gps/hist/point 0.45360 0.0024
/gps/hist/point 0.73090 0.00107
/gps/hist/point 0.84410 0
/gps/hist/point 0.45868 0
/gps/hist/point 0.84410 0.00181
/gps/hist/point 0.45868 0.00192
/gps/hist/point 0.73250 0
/gps/hist/point 0.85157 0
/gps/hist/point 0.46810 0
/gps/hist/point 0.73250 0.00128
69
/gps/hist/point 1.06190 0
/gps/hist/point 1.75981 0.0023
/gps/hist/point 0.85157 0.0063
/gps/hist/point 1.06190 0.0020
/gps/hist/point 1.76540 0
/gps/hist/point 0.86680 0
/gps/hist/point 1.12060 0
/gps/hist/point 1.76540 0.0087
/gps/hist/point 0.86680 0.00110
/gps/hist/point 1.12060 0.0017
/gps/hist/point 1.80900 0
/gps/hist/point 0.87600 0
/gps/hist/point 1.12570 0
/gps/hist/point 1.80900 0.0043
/gps/hist/point 0.87600 0.00428
/gps/hist/point 1.12570 0.0040
/gps/hist/point 1.81969 0
/gps/hist/point 0.88050 0
/gps/hist/point 1.17420 0
/gps/hist/point 1.81969 0.00114
/gps/hist/point 0.88050 0.0177
/gps/hist/point 1.17420 0.00190
/gps/hist/point 1.8315 0
/gps/hist/point 0.88090 0
/gps/hist/point 1.19377 0
/gps/hist/point 1.8315 0.0167
/gps/hist/point 0.88090 0.00384
/gps/hist/point 1.19377 0.0131
/gps/hist/point 1.86309 0
/gps/hist/point 0.88324 0
/gps/hist/point 1.22000 0
/gps/hist/point 1.86309 0.00121
/gps/hist/point 0.88324 0.0199
/gps/hist/point 1.22000 0.0010
/gps/hist/point 1.86768 0
/gps/hist/point 0.88728 0
/gps/hist/point 1.23740 0
/gps/hist/point 1.86768 0.0075
/gps/hist/point 0.88728 0.0074
/gps/hist/point 1.23740 0.00512
/gps/hist/point 1.87485 0
/gps/hist/point 0.89867 0
/gps/hist/point 1.35290 0
/gps/hist/point 1.87485 0.0078
/gps/hist/point 0.89867 0.0054
/gps/hist/point 1.35290 0.00196
/gps/hist/point 1.89350 0
/gps/hist/point 0.92170 0
/gps/hist/point 1.39270 0
/gps/hist/point 1.89350 0.0021
/gps/hist/point 0.92170 0.0123
/gps/hist/point 1.39270 0.00156
/gps/hist/point 1.91117 0
/gps/hist/point 0.92500 0
/gps/hist/point 1.39390 0
/gps/hist/point 1.91117 0.0053
/gps/hist/point 0.92500 0.0133
/gps/hist/point 1.39390 0.00350
/gps/hist/point 1.93701 0
/gps/hist/point 0.92600 0
/gps/hist/point 1.41360 0
/gps/hist/point 1.93701 0.0030
/gps/hist/point 0.92600 0.0031
/gps/hist/point 1.41369 0.0021
/gps/hist/point 0.92672 0
/gps/hist/point 1.43413 0
/gps/hist/point 0.92672 0.0122
/gps/hist/point 1.43413 0.0083
/gps/hist/point 0.92672 0
# Th232 1uCi
/gps/hist/point 1.45270 0
/gps/hist/point 0.92672 0.00124
gps/source/intensity 37000.
/gps/hist/point 1.45270 0.00136
/gps/hist/point 0.93630 0
/gps/particle gamma
/gps/hist/point 1.45850 0
/gps/hist/point 0.93630 0.00185
/gps/pos/type Point
/gps/hist/point 1.45850 0.00185
/gps/hist/point 0.94190 0
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
/gps/hist/point 1.5105 0
/gps/hist/point 0.94190 0.0030
/gps/ang/type iso
/gps/hist/point 1.5105 0.0130
/gps/hist/point 0.94591 0
/gps/hist/point 1.52721 0
/gps/hist/point 0.94591 0.0111
gps/ene/type User
/gps/hist/point 1.52721 0.0021
/gps/hist/point 0.94600 0
/gps/hist/type energy
/gps/hist/point 1.55000 0
/gps/hist/point 0.94600 0.0228
/gps/hist/point 0.00665 0
/gps/hist/point 1.55000 0.00185
/gps/hist/point 0.94770 0
/gps/hist/point 0.00665 0.0165
/gps/hist/point 1.55374 0
/gps/hist/point 0.94770 0.00275
/gps/hist/point 0.029373 0
/gps/hist/point 1.55384 0.0090
/gps/hist/point 0.98030 0
/gps/hist/point 0.029373 2.17
/gps/hist/point 1.57068 0
/gps/hist/point 0.98030 0.0076
/gps/hist/point 0.057100 0
/gps/hist/point 1.57068 0.00122
/gps/hist/point 0.98160 0
/gps/hist/point 0.057100 0.0498
/gps/hist/point 1.59370 0
/gps/hist/point 0.98160 0.00122
/gps/hist/point 0.063920 0
/gps/hist/point 1.59370 0.00384
/gps/hist/point 0.98420 0
/gps/hist/point 0.063920 0.0007
/gps/hist/point 1.66840 0
/gps/hist/point 0.98420 0.00275
/gps/hist/point 0.070490 0
/gps/hist/point 1.66840 0.00129
/gps/hist/point 0.99610 0
/gps/hist/point 0.070490 0.0007
/gps/hist/point 1.69380 0
/gps/hist/point 0.99610 0.0041
/gps/hist/point 0.074510 0
/gps/hist/point 1.69380 0.00117
/gps/hist/point 1.00103 0
/gps/hist/point 0.074510 0.0402
/gps/hist/point 1.7325 0
/gps/hist/point 1.00103 0.839
/gps/hist/point 0.086477 0
/gps/hist/point 1.7325 0.0212
/gps/hist/point 1.04170 0
/gps/hist/point 0.086477 1.843
/gps/hist/point 1.73773 0
/gps/hist/point 1.04170 0.0142
/gps/hist/point 0.087990 0
/gps/hist/point 1.05940 0
/gps/hist/point 0.087990 0.1698
/gps/hist/point 1.73773 0.0202
/gps/hist/point 1.05940 0.00110
/gps/hist/point 0.094650 0
/gps/hist/point 1.75981 0
70
/gps/hist/point 0.216540 0
/gps/hist/point 0.440940 0.1912
/gps/hist/point 0.094650 0.775
/gps/hist/point 0.216540 0.0130
/gps/hist/point 0.447762 0
/gps/hist/point 0.105200 0
/gps/hist/point 0.226100 0
/gps/hist/point 0.447762 0.1043
/gps/hist/point 0.105200 0.041
/gps/hist/point 0.226100 0.0171
/gps/hist/point 0.454200 0
/gps/hist/point 0.108500 0
/gps/hist/point 0.237860 0
/gps/hist/point 0.454200 0.04
/gps/hist/point 0.108500 0.0006
/gps/hist/point 0.237860 0.0019
/gps/hist/point 0.459222 0
/gps/hist/point 0.115140 0
/gps/hist/point 0.242300 0
/gps/hist/point 0.459222 0.989
/gps/hist/point 0.115140 0.003
/gps/hist/point 0.242300 0.0029
/gps/hist/point 0.464800 0
/gps/hist/point 0.117692 0
/gps/hist/point 0.246140 0
/gps/hist/point 0.464800 0.0026
/gps/hist/point 0.117692 0.0029
/gps/hist/point 0.246140 0.0041
/gps/hist/point 0.467400 0
/gps/hist/point 0.131101 0
/gps/hist/point 0.250650 0
/gps/hist/point 0.467400 0.0144
/gps/hist/point 0.131101 0.0508
/gps/hist/point 0.250650 0.0047
/gps/hist/point 0.473900 0
/gps/hist/point 0.134285 0
/gps/hist/point 0.252780 0
/gps/hist/point 0.473900 0.0033
/gps/hist/point 0.134285 0.0018
/gps/hist/point 0.252780 0.0066
/gps/hist/point 0.490800 0
/gps/hist/point 0.143230 0
/gps/hist/point 0.257300 0
/gps/hist/point 0.490800 0.1078
/gps/hist/point 0.143230 0.0114
/gps/hist/point 0.257300 0.0524
/gps/hist/point 0.497100 0
/gps/hist/point 0.147500 0
/gps/hist/point 0.278700 0
/gps/hist/point 0.497100 0.0128
/gps/hist/point 0.147500 0.0018
/gps/hist/point 0.278700 0.0047
/gps/hist/point 0.499020 0
/gps/hist/point 0.151409 0
/gps/hist/point 0.285240 0
/gps/hist/point 0.499020 0.1576
/gps/hist/point 0.151409 0.0067
/gps/hist/point 0.285240 0.0154
/gps/hist/point 0.505500 0
/gps/hist/point 0.153490 0
/gps/hist/point 0.309900 0
/gps/hist/point 0.505500 0.0055
/gps/hist/point 0.153490 0.0407
/gps/hist/point 0.309900 0.0032
/gps/hist/point 0.513400 0
/gps/hist/point 0.155239 0
/gps/hist/point 0.316100 0
/gps/hist/point 0.513400 0.0133
/gps/hist/point 0.155239 0.00023
/gps/hist/point 0.316100 0.0037
/gps/hist/point 0.517000 0
/gps/hist/point 0.162504 0
/gps/hist/point 0.347640 0
/gps/hist/point 0.517000 0.0046
/gps/hist/point 0.162504 0.1674
/gps/hist/point 0.347640 0.0145
/gps/hist/point 0.526690 0
/gps/hist/point 0.162504 0
/gps/hist/point 0.359740 0
/gps/hist/point 0.526690 0.0463
/gps/hist/point 0.162504 0.16
/gps/hist/point 0.359740 0.0869
/gps/hist/point 0.531800 0
/gps/hist/point 0.169162 0
/gps/hist/point 0.361285 0
/gps/hist/point 0.531800 0.0070
/gps/hist/point 0.169162 0.251
/gps/hist/point 0.361285 0.0218
/gps/hist/point 0.552210 0
/gps/hist/point 0.170600 0
/gps/hist/point 0.367920 0
/gps/hist/point 0.552210 0.0165
/gps/hist/point 0.170600 0.507
/gps/hist/point 0.367920 0.0037
/gps/hist/point 0.553700 0
/gps/hist/point 0.179050 0
/gps/hist/point 0.377270 0
/gps/hist/point 0.553700 0.0030
/gps/hist/point 0.179050 0.0278
/gps/hist/point 0.377270 0.0275
/gps/hist/point 0.554900 0
/gps/hist/point 0.180760 0
/gps/hist/point 0.383500 0
/gps/hist/point 0.554900 0.0031
/gps/hist/point 0.180760 0.00011
/gps/hist/point 0.383500 0.0019
/gps/hist/point 0.562930 0
/gps/hist/point 0.186800 0
/gps/hist/point 0.398800 0
/gps/hist/point 0.562930 0.0545
/gps/hist/point 0.186800 0.0209
/gps/hist/point 0.398800 0.0111
/gps/hist/point 0.573700 0
/gps/hist/point 0.190552 0
/gps/hist/point 0.408800 0
/gps/hist/point 0.573700 0.0332
/gps/hist/point 0.190552 0.0861
/gps/hist/point 0.408800 0.0005
/gps/hist/point 0.578700 0
/gps/hist/point 0.194970 0
/gps/hist/point 0.412500 0
/gps/hist/point 0.578700 0.0017
/gps/hist/point 0.194970 0.1073
/gps/hist/point 0.412500 0.0083
/gps/hist/point 0.583200 0
/gps/hist/point 0.201620 0
/gps/hist/point 0.418400 0
/gps/hist/point 0.583200 0.0016
/gps/hist/point 0.201620 0.0221
/gps/hist/point 0.418400 0.0091
/gps/hist/point 0.595390 0
/gps/hist/point 0.210670 0
/gps/hist/point 0.430900 0
/gps/hist/point 0.595390 0.1178
/gps/hist/point 0.210670 0.0178
/gps/hist/point 0.430900 0.0178
/gps/hist/point 0.599300 0
/gps/hist/point 0.211300 0
/gps/hist/point 0.433200 0
/gps/hist/point 0.599300 0.0294
/gps/hist/point 0.211300 0.0202
/gps/hist/point 0.610000 0
/gps/hist/point 0.212340 0
/gps/hist/point 0.433200 0.0117
/gps/hist/point 0.610000 0.0567
/gps/hist/point 0.212340 0.0065
/gps/hist/point 0.440940 0
71
/gps/hist/point 0.942800 0
/gps/hist/point 0.774000 0
/gps/hist/point 0.642400 0
/gps/hist/point 0.942800 0.0019
/gps/hist/point 0.774000 0.0108
/gps/hist/point 0.642400 0.0202
/gps/hist/point 0.948300 0
/gps/hist/point 0.783200 0
/gps/hist/point 0.663300 0
/gps/hist/point 0.948300 0.006
/gps/hist/point 0.783200 0.0056
/gps/hist/point 0.663300 0.0037
/gps/hist/point 0.955000 0
/gps/hist/point 0.784200 0
/gps/hist/point 0.669900 0
/gps/hist/point 0.955000 0.0002
/gps/hist/point 0.784200 0.0022
/gps/hist/point 0.669900 0.0018
/gps/hist/point 0.960800 0
/gps/hist/point 0.805000 0
/gps/hist/point 0.669901 0
/gps/hist/point 0.960800 0.0041
/gps/hist/point 0.805000 0.0214
/gps/hist/point 0.669901 0.504
/gps/hist/point 0.962800 0
/gps/hist/point 0.806400 0
/gps/hist/point 0.678040 0
/gps/hist/point 0.962800 0.0015
/gps/hist/point 0.806400 0.0123
/gps/hist/point 0.678040 0.0647
/gps/hist/point 0.968200 0
/gps/hist/point 0.811600 0
/gps/hist/point 0.681200 0
/gps/hist/point 0.968200 0.0083
/gps/hist/point 0.811600 0.0060
/gps/hist/point 0.681200 0.0143
/gps/hist/point 0.978200 0
/gps/hist/point 0.815900 0
/gps/hist/point 0.690000 0
/gps/hist/point 0.978200 0.0058
/gps/hist/point 0.815900 0.0195
/gps/hist/point 0.690000 0.0021
/gps/hist/point 0.984800 0
/gps/hist/point 0.817000 0
/gps/hist/point 0.698500 0
/gps/hist/point 0.984800 0.0102
/gps/hist/point 0.817000 0.0095
/gps/hist/point 0.698500 0.0106
/gps/hist/point 0.994000 0
/gps/hist/point 0.832000 0
/gps/hist/point 0.703700 0
/gps/hist/point 0.994000 0.0006
/gps/hist/point 0.832000 0.0075
/gps/hist/point 0.703700 0.0091
/gps/hist/point 1.001000 0
/gps/hist/point 0.846800 0
/gps/hist/point 0.707800 0
/gps/hist/point 1.001000 0.0008
/gps/hist/point 0.846800 0.0013
/gps/hist/point 0.707800 0.0091
/gps/hist/point 0.849500 0
/gps/hist/point 0.717000 0
/gps/hist/point 1.007000 0
/gps/hist/point 0.849500 0.0039
/gps/hist/point 0.717000 0.0421
/gps/hist/point 1.007000 0.0014
/gps/hist/point 0.870700 0
/gps/hist/point 0.725100 0
/gps/hist/point 1.011000 0
/gps/hist/point 0.870700 0.0031
/gps/hist/point 0.725100 0.0633
/gps/hist/point 1.011000 0.0019
/gps/hist/point 0.874000 0
/gps/hist/point 0.727800 0
/gps/hist/point 1.026500 0
/gps/hist/point 0.874000 0.00120
/gps/hist/point 0.727800 0.0029
/gps/hist/point 1.026500 0.0075
/gps/hist/point 0.880900 0
/gps/hist/point 0.741100 0
/gps/hist/point 1.092500 0
/gps/hist/point 0.880900 0.0097
/gps/hist/point 0.741100 0.0236
/gps/hist/point 1.092500 0.006
/gps/hist/point 0.890100 0
/gps/hist/point 0.744900 0
/gps/hist/point 1.132100 0
/gps/hist/point 0.890100 0.1052
/gps/hist/point 0.744900 0.0053
/gps/hist/point 1.132100 0.0006
/gps/hist/point 0.898300 0
/gps/hist/point 0.751600 0
/gps/hist/point 1.139100 0
/gps/hist/point 0.898300 0.0022
/gps/hist/point 0.751600 0.0023
/gps/hist/point 1.139100 0.0004
/gps/hist/point 0.918900 0
/gps/hist/point 0.757900 0
/gps/hist/point 1.144000 0
/gps/hist/point 0.918900 0.006
/gps/hist/point 0.757900 0.0324
/gps/hist/point 1.144000 0.0027
/gps/hist/point 0.935200 0
/gps/hist/point 0.764550 0
/gps/hist/point 1.201000 0
/gps/hist/point 0.935200 0.0369
/gps/hist/point 0.764550 0.0891
/gps/hist/point 1.201000 0.006
/gps/hist/point 0.941900 0
/gps/hist/point 0.767500 0
/gps/hist/point 0.941900 0.0048
/gps/hist/point 0.767500 0.0032
/gps/pos/centre 0. 0. 0. mm
Nguồn có kích thước
/gps/ang/type iso
gps/source/intensity 37000.
gps/ene/type User
/gps/particle gamma
/gps/hist/type energy
/gps/pos/type Plane
/gps/hist/point …..
/gps/pos/shape Circle
/gps/pos/halfx 50. mm
Nguồn muon
/gps/pos/halfy 50. mm
/gps/pos/halfz 10. mm
gps/source/intensity 37000.
/gps/pos/radius 50. mm
/gps/particle mu-
/gps/pos/inner_radius 0. mm
/gps/pos/type Beam
72
/gps/ang/type beam2d
/gps/pos/shape Circle
/gps/ene/type Mono
/gps/pos/radius 0. mm
/gps/pos/sigma_r 0. mm
/gps/pos/centre 0. 0. -500. mm
/gps/ene/mono 450 MeV /gps/direction 0 0 1
73
PHỤ LỤC 6 - CODE TÁC ĐỘNG ĐỘ PHÂN GIẢI
RESOLUTION
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
const double PI = 3.14159265358979323846;
const int evtNb = 50000000;
float edep_stdgaus(void);
float edep_resolution(float &edep,float &edepstdgaus);
int main ()
{
float edep;
float edepstdgaus, edepresolution;
ofstream filesave;
char input[100];
char output[100];
cout <<"\nTen tap tin dau vao:\t"; cin >> input;
ifstream openfile(input);
cout <<"\nTen tap tin ket qua:\t"; cin >> output;
filesave.open (output);
/* Initialize random seed: */
srand ((unsigned int)time(NULL));
// Open energy deposit save file.
int numberofentries = 0;
for (int i=0;i { if (openfile.is_open()) { edep = 0.; openfile >> edep; } else cout<<"Unable to open file"; if (edep != 0) { numberofentries++; // Calculating resolution affect to energy deposit. edepstdgaus = edep_stdgaus(); edepresolution = edep_resolution(edep,edepstdgaus); // Save data file after interacting energy resolution. filesave << edepresolution << endl; } } 74 // Get number of entries paritcle. for (int j=0;j { } openfile.close(); filesave.close(); return 0; } /* Create standard Gaussian distribution */ float edep_stdgaus(void) { float r1,r2,x1,x2,edepstdgaus; r1 = 0.; r2 = 0.; x1 = 0.; x2 = 0.; edepstdgaus = 0.; r1 = (float)rand()/RAND_MAX; // random (0,1). r2 = (float)rand()/RAND_MAX; // random (0,1). x1 = sqrt(-2.*log(r1)); x2 = sin(2.*PI*r2); edepstdgaus = x1*x2; return edepstdgaus; } // Calculating resolution affect to energy deposit. float edep_resolution(float &edep, float &edepstdgaus) { float a, b, c; a = 0.698223968e-3; b = 0.902784899e-3; c = 0.1409384531; float deltaedep,edepresolution; deltaedep = 0.; edepresolution = 0.; deltaedep = ((a + b*sqrt(edep + c*edep*edep))/2.35482)*edepstdgaus; edepresolution = edep + deltaedep; return edepresolution; 75 PHỤ LỤC 7 - CHƯƠNG TRÌNH LƯU DỮ LIỆU #include "EventAction.hh" #include "G4Event.hh" EventAction::EventAction() { printModulo = 1000; } EventAction::~EventAction() { } void EventAction::BeginOfEventAction(const G4Event* evt) { G4int evtNb = evt->GetEventID(); if (evtNb%printModulo == 0) G4cout << "\n---> Begin of event: " << evtNb << G4endl; edep = 0.; } #include "fstream" using namespace std; void EventAction::EndOfEventAction(const G4Event*) { ofstream luufile; luufile.open ("/home/hau/g4work/mpHPGe/data.txt",ios::app); if (edep > 0) { luufile << edep <<"\n"; } luufile.close(); } 76 #include "SteppingAction.hh" #include "DetectorConstruction.hh" #include "EventAction.hh" #include "G4Step.hh" SteppingAction::SteppingAction(DetectorConstruction* det, EventAction* evt) :detector(det), eventaction(evt) { } SteppingAction::~SteppingAction() { } void SteppingAction::UserSteppingAction(const G4Step* aStep) { // get volume of the current step G4VPhysicalVolume* volume = aStep->GetPreStepPoint()->GetTouchableHandle()->GetVolume(); // collect energy step by step G4double edep = aStep->GetTotalEnergyDeposit(); if (volume == detector->GetVPVolumeGePhys()) { eventaction->GetEnergydep(edep); } } PHỤ LỤC 8 - STEPPINGACTION 77 #include "Riostream.h" #include "TFile.h" #include "TH1.h" void txt_root() { Float_t x,y; ifstream in; Float_t x; in.open(Form("datareso.txt")); // Tao File.root; tao histogram; tao ntuple TFile *f=new TFile("mpHPGe.root","RECREATE"); TH1F *h1=new TH1F("h1","gauss",1600,0.,1.6); // Copy du lieu vao histogram h1; vao ntuple while (1) { in>>x; if (!in.good()) break; h1->Fill(x); } // Ve histogram h1->Draw(); in.close(); } PHỤ LỤC 9 - ROOT 78EVENTACTION
![Đề án Thạc sĩ: Tổ chức hoạt động văn hóa cho sinh viên Trường Cao đẳng Du lịch Hà Nội [Chuẩn nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20251202/kimphuong1001/135x160/91661764646353.jpg)
