báo cáo đánh giá hiệu suất đỉnh toàn phần của đầu dò nai tl bằng chương trình penelope

L/O/G/O
www.trungtamtinhoc.edu.vn
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT ĐỈNH NĂNG LƯỢNG
TOÀN PHẦN CỦA ĐẦU DÒ NaI(Tl) BẰNG
CHƯƠNG TRÌNH PENELOPE
1
SVTH : TRẦN TRUNG TÍN
CBHD: TS. TRẦN THIỆN THANH
CBPB : ThS. NGUYỄN QUỐC HÙNG
TP. HỒ CHÍ MINH - 2014
BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
www.trungtamtinhoc.edu.vn
NỘI DUNG:
Tình hình nghiên cứu
Bố trí thí nghiệm
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Kết luận và kiến nghị
2
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Tình hình nghiên cứu
Hu-Xia Shi và các cộng sự [8]: khảo sát detector
NaI(Tl) bằng thực nghiệm và một số chương trình mô
phỏng.
Ashrafi và các cộng sự [9]: đã mô phỏng hàm đáp
ứng của detector NaI(Tl) đối với tia gamma phát ra từ
nguồn điểm và nguồn có thể tích.
Trần Thiện Thanh và các cộng sự [6]: đã sử dụng

chương DETEFF để xác định hiệu suất đỉnh năng
lượng toàn phần của nguồn
152
Eu với detector HPGe.
3
Từ một số công trình:
www.trungtamtinhoc.edu.vn
.
4
Trong khóa luận này sẽ đánh giá
hiệu suất đỉnh năng lượng toàn
phần của detector NaI(Tl) bằng
thực nghiệm và so sánh với chương
trình PENELOPE
Tình hình nghiên cứu
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Bố trí thí nghiệm
5
Giá đỡ detector
Detector NaI(Tl)
Hệ điện tử
(Osprey)
Máy tính
Chương trình ghi
nhận và xử lý phổ
(Genie-2K)
Thực nghiệm
Hình 1. Hệ đo
Hình 2. Bộ nguồn dùng trong thực nghiệm
Nguồn

E (keV)
Hoạt độ (µCi)
Sai số
Chu kì bán rã (s)
60
Co
1173
1,011 3% 166,34.10
6
1332
54
Mn 835 1,03 3% 26,97.10
6
22
Na
1275
1,009 3% 82,14.10
6
511
133
Ba
81
1,08 3% 332,61.10
6
356
57
Co 122 1,015 3% 23,48.10
6
137
Cs 662 1,034 3% 948,3.10

6
109
Cd 88 0,9809 3% 39,86.10
6
65
Zn 1115 1,015 3% 211,08.10
6
Bảng 1. Thông số của bộ nguồn
www.trungtamtinhoc.edu.vn
6
Bố trí thí nghiệm
Mô phỏng
Hình 3. Cấu hình mô phỏng
Nguồn
Giá đỡ detector
Không khí
Detector NaI(Tl)
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Khi photon tương tác với vật chất có 3
hiệu ứng chính là hiệu ứng quang điện, tán xạ
compton và hiệu ứng tạo cặp.
7
Bố trí thí nghiệm
Trong khóa luận này, 3 quá trình vật lý
trên cũng được thể hiện đầy đủ bằng
chương trình mô phỏng PENELOPE.
www.trungtamtinhoc.edu.vn
8
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Kết quả thực nghiệm

Hình 4. Phổ thực nghiệm của
137
Cs,
60
Co ở vị trí 10cm
Nguồn
E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm Sai số(%)
60
Co
1173 458426 0,29 710087 0,33
1332 422155 0,25 600703 0,29
54
Mn 835 211637 0,25 572502 0,21
22
Na
1275 185527 0,35 598103 0,28
511 756549 0,15 2243853 0,12
133
Ba
81 272951 0,26 928730 0,14
356 422536 0,34 1351731 0,19
57
Co 122 507962 0,21 1195667 0,12
137
Cs 662 347679 0,19 1013173 0,19
109
Cd 88 20171 1,08 66981 0,48
65
Zn 1115 71676 0,49 215148 0,31
Nguồn

E (keV)
20cm
Sai số (%)
10cm
Sai số (%)
60
Co
1173 0,00192 3,2 0,00575 3,2
1332 0,00172 3,2 0,00513 3,2
54
Mn 835 0,00255 4,8 0,00762 4,8
22
Na
1275 0,00179 3,5 0,00533 3,5
511 0,00380 3,5 0,01158 3,5
133
Ba
81 0,00593 3,3 0,02026 3,3
356 0,00493 3,1 0,01544 3,1
57
Co 122 0,00662 5,1 0,02246 6,6
137
Cs 662 0,00311 3,1 0,00938 3,1
109
Cd 88 0,00601 4,2 0,02234 4,8
65
Zn 1115 0,00201 5,4 0,00601 5,4
Bảng 2. Diện tích đỉnh của 8 nguồn ở vị trí 20cm và 10cm
Bảng 3. Hiệu suất ghi của detector trong thực nghiệm
ở vị trí 20cm và 10cm

TN
S
=
y.A.t
ε
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Do ảnh hưởng của ba hiệu ứng là: sự giãn nở thống kê số lượng các hạt mang
điện, hiệu ứng tập hợp điện tích và sự đóng góp của nhiễu tín hiệu từ hệ điện tử làm
cho các đỉnh năng lượng toàn phần của phổ gamma thực nghiệm có dạng Gauss. [5]
Tuy nhiên trong mô phỏng không có 3 hiệu ứng nói trên nên phổ mô phỏng
sẽ không có dạng Gauss, vì thế cần mở rộng phổ mô phỏng thành dạng Gauss cho
giống thực nghiệm.
9
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Kết quả mô phỏng
2
FWHM = a + b E+c.E
được khớp từ Maple từ các giá trị thực
nghiệm
2
FWHM = -0,002 + 0,0656 E -0,064.E
Tác động hàm
bằng code C
++
Hình 5. Phổ mô phỏng trước và sau khi mở rộng
www.trungtamtinhoc.edu.vn
10
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Kết quả mô phỏng
Hình 6. Phổ mô phỏng của

137
Cs,
60
Co ở vị trí 10cm
Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm
Sai số (%)
60
Co
1173 479218
0,14
717883
0,12
1332 429972
0,15
639790
0,13
54
Mn 835 246328
0,20
731924
0,12
22
Na
1275 207897
0,22
617151
0,13
511 785932
0,11
2384650

0,06
133
Ba
81 280490
0,19
926042
0,10
356 416254
0,15
1302344
0,09
57
Co 122 446421
0,15
1177154
0,09
137
Cs 662 357519
0,17
1078732
0,10
109
Cd 88 20519
0,70
56855
0,42
65
Zn 1115 79506
0,35
237640

0,21
Bảng 4. Diện tích đỉnh của 8 nguồn ở vị trí 20cm và 10cm
Nguồn E (keV) 20cm Sai số (%) 10cm
Sai số (%)
60
Co
1173 0,00192 0,72 0,00575 0,42
1332 0,00172 0,76 0,00513 0,44
54
Mn 835 0,00255 0,45 0,00762 0,26
22
Na
1275 0,00179 0,89 0,00533 0,53
511 0,00380 0,47 0,01158 0,28
133
Ba
81 0,00593 1,22 0,02026 1,01
356 0,00493 0,72 0,01544 0,48
57
Co 122 0,00662 0,38 0,02246 0,22
137
Cs 662 0,00311 0,48 0,00938 0,34
109
Cd 88 0,00601 1,72 0,02234 1,08
65
Zn 1115 0,00201 0,71 0,00601 0,45
Bảng 5. Hiệu suất ghi của detector trong mô phỏng ở
vị trí 20cm và 10cm
MP
S

ε=
N
www.trungtamtinhoc.edu.vn
11
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
Hình 7. Phổ so sánh thực nghiệm và mô phỏng của
60
Co,
137
Cs,
133
Ba
ở vị trí 10cm và
22
Na ở vị trí 5cm
Phù hợp
Phù hợp
Phù hợp Phù hợp
Khác biệt
Khác biệt
www.trungtamtinhoc.edu.vn
12
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng
So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
Hình 8. Hiệu suất ghi của thực nghiệm và mô phỏng của 8 nguồn ở các
vị trí khác nhau
www.trungtamtinhoc.edu.vn
13
Kết quả thực nghiệm và mô phỏng

So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
Bảng 6. Độ sai biệt về hiệu suất ghi nhận giữa thực nghiệm và mô phỏng (%)
Nguồn E (keV) 20cm 15cm 10cm 5cm 0cm
60
Co
1173 4,38 6,24
0,95 14,56 11,62
1332 1,83 5,48
6,49 13,42 14,50
54
Mn 835 4,31 8,70
14,58 10,86 1,02
22
Na
1275 11,10 13,50
2,30 12,89 17,79
511 4,75 8,08
7,16 13,48 13,39
133
Ba
81 0,95 0,51
0,65 5,71 6,03
356 0,27 0,42
1,93 1,84 6,91
57
Co 122 11,38 3,60
0,72 2,73 3,56
137
Cs 662 3,26 5,17
6,91 8,83 7,47

109
Cd 88 3,32 2,28
0,51 4,41 7,66
65
Zn 1115 5,26 6,35
4,82 6,02 1,41
Hiệu ứng
trùng phùng
Thao tác thực nghiệm chính xác.
Cấu hình mô phỏng không hoàn toàn giống với
cấu hình thực nghiệm.
www.trungtamtinhoc.edu.vn
14
Kết luận và kiến nghị
Kết luận
 Thực nghiệm đo hiệu suất đỉnh năng lượng của các nguồn:
60
Co,
54
Mn,
22
Na,
133
Ba,
57
Co,
137
Cs,
109
Cd,

65
Zn với 5 khoảng cách: 20cm, 15cm, 10cm, 5cm
và 0cm; sử dụng detector NaI(Tl).
 Mô phỏng hệ đo trên bằng chương trình PENELOPE.
 So sánh diện tích đỉnh, hiệu suất ghi nhận và phổ thu được giữa thực nghiệm
và mô phỏng.
 Hiệu suất ghi nhận của detector giữa thực nghiệm và mô phỏng khá phù hợp,
chỉ có
60
Co ở vị trí 0cm và 5cm;
22
Na ở vị trí 0cm, 5cm, 15cm, 20cm;
54
Mn
ở vị trí 5cm và 10cm;
57
Co ở vị trí 20cm ở có sự sai biệt khá lớn.
 Mặc dù vậy chương trình PENELOPE vẫn mô phỏng khá tốt và đầy đủ các
hiện tượng vật lý.
www.trungtamtinhoc.edu.vn
15
Kiến nghị
Kết luận và kiến nghị
Kiểm tra lại những kết quả có độ sai biệt lớn.
Mô phỏng bằng các chương trình mô phỏng khác nhằm
đánh giá sự khác nhau giữa các chương trình.
Thực hiện với các nguồn đa năng và các cấu hình che
chắn khác nhau.
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Tài liệu tham khảo

Tiếng Việt
[1]. Bùi Hải Âu (2009), “Xây dựng chương trình mô phỏng hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của detector”, Khóa
luận tốt nghiệp, Trường Đại Học KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[2]. Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), “Phương pháp ghi bức xạ ion hóa”, Trường Đại Học
KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[3]. Ngô Quang Huy (2006), “Cơ sở vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[4]. Mai Văn Nhơn (2001), “Vật lý hạt nhân đại cương”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp.HCM.
[5]. Trần Thiện Thanh (2013), “Hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp Monte Carlo”, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại
Học KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[6]. Trần Thiện Thanh, Châu Văn Tạo, Trương Thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn (2012), “Nghiên cứu đường cong hiệu
suất đỉnh năng lượng toàn phần sử dụng chương trình DETEFF”, Tạp chí Khoa Học, Trường Đại Học Sư Phạm
Tp.HCM. Số 10 năm 2012.
Tiếng nước ngoài
[7]. F.Salvat, J.M.Fernandez-Varea, J.Sempau (2008), PENELOPE-2008: A code system for Monte Carlo simulation of
electron and photon transport, Publisher OECD, Spain.
[8]. Hu-Xia Shi, Bo-Xian Chen, Ti-Zhu Li, Di Yun (2002), Precise Monte Carlo Simulation of gamma-ray response
function for an NaI(Tl) detector, Applied Radiation and Isotopes; 517-524.
[9]. S.Ashrafi, S.Anvarian, S.Sobhanian (2005), Monte-Carlo Modeling of a NaI(Tl) scintillator, Journal of
Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.269, 95-98.
[10]. U.Akar Tarim, E.N.Ozmutlu, O.Gurler, S.Yalcin (2012), The Effect of the housing material on the NaI(Tl)
detector response function, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.293, 425-429.
Các trang web
[11]. Http://laraweb.free.fr/
16
www.trungtamtinhoc.edu.vn
CÁM ƠN QUÍ THẦY CÔ
VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE
17
www.trungtamtinhoc.edu.vn
18

www.trungtamtinhoc.edu.vn
19
www.trungtamtinhoc.edu.vn
20
www.trungtamtinhoc.edu.vn
21