báo cáo khảo sát đường cong hiệu suất của đầu dò hpge gc3520 bằng mô phỏng geant4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
KHẢO SÁT ĐƢỜNG CONG HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÕ
HPGe GC3520 BẰNG MÔ PHỎNG GEANT4
TP. Hồ Chí Minh - Năm 2014
SVTH: Nguyễn Thị Thanh Vân
GVHD: ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh
GVPB: TS. Lê Bảo Trân
NỘI DUNG
Cơ sở lý thuyết
Chƣơng trình mô phỏng Geant4
và mô hình hệ đo gamma
Kết quả
Kết luận và kiến nghị
1
2
3
2

CƠ SỞ
LÝ THUYẾT
TƢƠNG TÁC CỦA GAMMA
VỚI VẬT CHẤT
Hấp thụ quang điện
Tán xạ Compton
Quá trình tạo cặp
Tán xạ Rayleigh

3
ĐẶC TRƯNG CỦA ĐẦU DÒ BÁN DẪN
GERMANIUM
Lớp N
+

Lớp P
+

Hình 1. Tiết diện ngang của đầu dò Ge
đồng trục
Hình 2. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần
của đầu dò đồng trục (loại p) và đồng trục đảo
cực (loại n)
 Độ phân giải cao.
 Phân tích phổ gamma phức tạp có nhiều đỉnh năng lượng.
4
Các loại hiệu suất đầu dò

Hiệu suất tuyệt đối
Hiệu suất nội
Hiệu suất toàn phần
Hiệu suất đỉnh
peak

total

abs

int


HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÒ GERMANIUM
5
6
CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4
GEANT4
Phương pháp
Monte Carlo
Mã nguồn
mở
Quá trình vật
lý đa dạng
Mô phỏng
tương tác

CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4
Hình 3. Sơ đồ cấu tạo một chương trình Geant4
7
CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4
Hình 4. Sơ đồ hệ gamma GC3520 mô phỏng bằng Geant4
8
CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4
Hình 5. Sơ đồ mặt cắt dọc buồng chì, đầu dò, giá đo và nguồn
vẽ bằng Geant4
9
10
CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG GEANT4
Hình 6. Mặt cắt của đầu dò GC3520 bằng mô phỏng Geant4
Tinh thể Germanium
Đường kính ngoài: 61,28 mm

Chiều cao: 49,46 mm
Đường kính hốc: 7,5 mm
Chiều sâu hốc: 23 mm
KẾT QUẢ
 Hiệu suất mô phỏng tại các vị trí 15 cm, 20 cm và
25 cm
 So sánh hiệu suất đỉnh giữa thực nghiệm với mô
phỏng.
 Nhận xét kết quả
11
HIỆU SUẤT MÔ PHỎNG
Năng
lƣợng
(keV)
15 cm 20 cm 25 cm
Hiệu suất
Sai số (%)
Hiệu suất

Sai số (%)
Hiệu suất

Sai số
(%)
59,54 4,024.10
-3

0,26 1,918.10
-3

0,33
1,594.10
-3

0,41
88,04 6,267.10
-3

0,85 3,649.10
-3

1,11
2,475.10
-3

1,39
122,06 5,994.10
-3

0,21 3,637.10
-3

0,27
2,435.10
-3

0,33
136,50 5,783.10
-3

0,69 3,560.10
-3

0,88
2,332.10
-3

1,10
302,85 3,578.10
-3

0,76 2,268.10
-3

0,96
1,494.10
-3

1,19
356,02 3,103.10
-3

0,48 1,980.10
-3

0,61
1,232.10
-3

0,75

661,66 1,819.10
-3

0,31 1,130.10
-3

0,39
7,973.10
-4

0,48
834,84 1,583.10
-3

0,36 9,658.10
-4

0,47
6,728.10
-4

0,57
1115,55 1,334.10
-3

0,50 7,946.10
-4

0,64
5,268.10

-4

0,79
1173,23 1,205.10
-3

0,51 7,430.10
-4

0,65
5,259.10
-4

0,80
1274,54 1,080.10
-3

0,68 7,084.10
-4

0,86
4,908.10
-4

1,05
1332,50 1,092.10
-3

0,58 6,536.10
-4

0,74
4,656.10
-4

0,89
Bảng 1. Hiệu suất đỉnh của detector ở từng vị trí đối với các nguồn và
sai số tương ứng trong mô phỏng

12
Hình 6. Đường cong hiệu suất mô phỏng ở các khoảng cách
15 cm, 20 cm và 25 cm
13

NHẬN XÉT
 Phù hợp với lý thuyết đưa ra với loại đầu dò
loại p.
 Hiệu suất càng lớn khi khoảng cách từ
nguồn đến đầu dò càng gần.
HIỆU SUẤT MÔ PHỎNG
14
Bảng 2. Sai lệch giữa hiệu suất mô phỏng và hiệu suất thực nghiệm ở
vị trí cách mặt đầu dò 15 cm
Năng
lƣợng (KeV
)
Hiệu suất mô phỏng

Hiệu suất thực nghiệm

Sai lệch (%)
59,54 4,024.10
-3
3,899.10
-3
3,21
88,04 6,267.10
-3
5,842.10
-3
7,27
122,06 5,994.10
-3
6,030.10
-3
0,60
136,50 5,783.10
-3
5,902.10
-3
2,01
302,85 3,578.10
-3
3,597.10
-3
0,53
356,02 3,103.10
-3
3,136.10
-3

1,03
661,66 1,819.10
-3
1,839.10
-3
1,12
834,84 1,583.10
-3
1,562.10
-3
1,34
1115,55 1,334.10
-3
1,253.10
-3
6,40
1173,23 1,205.10
-3
1,186.10
-3
1,55
1274,54 1,080.10
-3
1,118.10
-3
3,39
1332,50 1,092.10
-3
1,072.10
-3

1,91
SO SÁNH GIỮA THỰC NGHIỆM VỚI MÔ PHỎNG
15
Hình 7. So sánh đường cong hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm
tại vị trí cách mặt đầu dò 15 cm
16
SO SÁNH GIỮA THỰC NGHIỆM VỚI MÔ PHỎNG
Bảng 3. Sai lệch giữa hiệu suất mô phỏng và hiệu suất thực nghiệm ở
vị trí cách mặt đầu dò 20 cm
Năng
lƣợng (KeV
)
Hiệu suất mô phỏng
Hiệu suất thực nghiệm
Sai lệch (%)
59,54 1,918.10
-3
1,890.10
-3
1,48
88,04 3,649.10
-3
3,427.10
-3
6,48
122,06 3,637.10
-3
3,646.10
-3
0,25

136,50 3,560.10
-3
3,542.10
-3
0,51
302,85 2,268.10
-3
2,203.10
-3
2,97
356,02 1,980.10
-3
1,930.10
-3
2,62
661,66 1,130.10
-3
1,145.10
-3
1,34
834,84 9,658.10
-4
9,725.10
-4
0,69
1115,55 7,946.10
-4
7,741.10
-4
2,65

1173,23 7,430.10
-4
7,437.10
-4
0,10
1274,54 7,084.10
-4
6,914.10
-4
2,46
1332,50 6,536.10
-4
6,702.10
-4
2,47
17
Hình 8. So sánh đường cong hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm
tại vị trí cách mặt đầu dò 20 cm
18
Bảng 4. Sai lệch giữa hiệu suất mô phỏng và hiệu suất thực nghiệm ở
vị trí cách mặt đầu dò 25 cm
SO SÁNH GIỮA THỰC NGHIỆM VỚI MÔ PHỎNG
Năng
lƣợng (KeV
)
Hiệu suất mô phỏng

Hiệu suất thực nghiệm

Sai

lệch (%)

59,54
1,594.10
-3
1,540.10
-3
3,46
88,04
2,475.10
-3
2,325.10
-3
6,45
122,06
2,435.10
-3
2,439.10
-3
0,16
136,50
2,332.10
-3
2,400.10
-3
2,86
302,85
1,494.10
-3
1,498.10

-3
0,32
356,02
1,232.10
-3
1,303.10
-3
5,49
661,66
7,973.10
-4
7,884.10
-4
1,13
834,84
6,728.10
-4
6,583.10
-4
2,21
1115,55
5,268.10
-4
5,322.10
-4
1,02
1173,23
5,259.10
-4
5,157.10

-4
1,98
1274,54
4,908.10
-4
4,739.10
-4
3,56
1332,50
4,656.10
-4
4,618.10
-4
0,83
19

Hình 9. So sánh đường cong hiệu suất mô phỏng và thực nghiệm
tại vị trí cách mặt đầu dò 25 cm
20

NHẬN XÉT KẾT QUẢ
 Phù hợp với thực nghiệm tại các vị trí 15 cm, 20 cm
và 25 cm ở cả vùng năng lượng thấp và cao.
 Vùng năng lượng cao sai lệch tương đối ít.
 Đối với nguồn
109
Cd có năng lượng 88,04 keV có sự
sai lệch khá lớn, giá trị nằm trong khoảng từ 6,4 –
7,3 %.
21

KẾT LUẬN

 Thiết lập được đường cong hiệu suất
theo khoảng cách đối với dạng nguồn
trụ nhỏ.
 Khảo sát được sự ảnh hưởng của yếu
tố khoảng cách từ nguồn đến đầu dò
lên đường cong hiệu suất.
22

KIẾN NGHỊ
 Khảo sát đường cong hiệu suất tại nhiều vị trí khác nữa.
 Khảo sát những yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất
đầu dò.
 Nghiên cứu và đánh giá những nguyên nhân dẫn đến sai
khác trong quá trình mô phỏng đối với lý thuyết và thực
nghiệm.
23

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Vũ Ngọc Ba (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng tán xạ thứ cấp đến hiệu suất tổng bằng chương trình
MCNP và thực nghiệm, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐHKHTN – TPHCM.
[2] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi bức xạ ion hóa,
NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM.
[3] Nguyễn Xuân Hải (2011), Đầu dò bán dẫn và ứng dụng, Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam
Trung Tâm Đào Tạo Hạt Nhân – Hà Nội.
…
Tiếng nƣớc ngoài:

[8] Certificate of CaliBration Gamma Standard Soure (2013), Eckert & Ziegler, Isotope Products, USA.
[9] Lynx™ Digital Signal Analyzer (2008), Application Note, Canberra Industries, USA.
[10] Geant4 Collaboration (2012), Geant4 User’s Guide for Application Developers, Version Geant4
9.6.
…
24
CẢM ƠN SỰ CHÚ Ý LẮNG NGHE
CỦA QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN!