Nghiên cứu xác định bề dày thép c45 bằng phương pháp gamma tán xạ sử dụng đầu dò nhấp nháy nai (TI)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HOÀNG ĐỨC TÂM

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỀ DÀY THÉP C45
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAMMA TÁN XẠ
SỬ DỤNG ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NaI(Tl)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

TP. Hồ Chí Minh – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HOÀNG ĐỨC TÂM

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỀ DÀY THÉP C45
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAMMA TÁN XẠ
SỬ DỤNG ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NaI(Tl)
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã Số: 62 44 05 01

Phản biện 1: PGS.TS. Đỗ Quang Bình
Phản biện 2: TS. Trần Văn Hùng
Phản biện 3: TS. Huỳnh Trúc Phương
Phản biện độc lập 1: GS.TS. Nguyễn Văn Đỗ
Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Đỗ Quang Bình

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. CHÂU VĂN TẠO

TP. Hồ Chí Minh – Năm 2015


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Châu Văn Tạo. Thầy
đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành luận
án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Trần Thiện Thanh và ThS. Huỳnh Đình Chương
đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Thầy, Cô của Bộ môn Vật lý hạt nhân, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM đã truyền thụ những kiến thức nền tảng giúp
tôi có những kiến thức ban đầu để có thể thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ tôi để luận án
có thể được hoàn thành trong thời gian sớm nhất.
Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm
TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có nhiều thời gian nhất dành cho việc
nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo Sau đại học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên
đã hỗ trợ tôi các thủ tục cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu sinh.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đã hỗ trợ và động viên tôi trong toàn bộ thời
gian để tôi có thể yên tâm hoàn thành khóa học.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Toàn bộ

dữ liệu trong luận án là của chính bản thân thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học
của PGS.TS. Châu Văn Tạo và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào mà tôi
chưa tham gia.

Tác giả luận án

Hoàng Đức Tâm


i

MỤC LỤC

Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................... iv
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... v
Danh mục các bảng ................................................................................................. viii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ GAMMA ...............................................12
1.1. Tán xạ Compton ..................................................................................... 12
1.1.1. Tổng quan về tán xạ Compton..................................................................12
1.1.2. Hàm tán xạ không kết hợp ........................................................................16
1.2. Tán xạ Thomson và tán xạ Rayleigh ....................................................... 17
1.3. Tán xạ nhiều lần ..................................................................................... 20
1.3.1. Lý thuyết vận chuyển photon trong nghiên cứu tán xạ nhiều lần ............20
1.3.2. Nhận xét ....................................................................................................24
1.4. Kỹ thuật gamma tán xạ ngược ................................................................ 24
1.4.1. Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật gamma tán xạ ngược ..................................24
1.4.2. Đường cong bão hòa của vật liệu .............................................................28
1.4.3. Nhận xét ....................................................................................................29
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................. 30

CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON TRÊN VẬT
LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO ....................................................31
2.1. Giới thiệu về phương pháp Monte Carlo và chương trình MCNP ............ 31
2.2. Chương trình mô phỏng MCNP .............................................................. 32
2.2.1. Cấu trúc chương trình MCNP5 ................................................................32
2.2.2. Đánh giá phân bố độ cao xung - Tally F8 ................................................34
2.2.3. Đánh giá sai số ..........................................................................................36
2.3. Khảo sát sự phụ thuộc cường độ tán xạ theo thể tích tán xạ ..................... 39
2.3.1. Phương pháp xác định thể tích vùng tán xạ..............................................39


ii

2.3.3. Khảo sát sự phụ thuộc cường độ chùm tia tán xạ theo thể tích tán xạ .....46
2.3.4. Nhận xét ....................................................................................................51
2.4. Đánh giá việc xác định bề dày vật liệu sử dụng kỹ thuật gamma tán xạ ngược
bằng phương pháp Monte Carlo .................................................................... 51
2.4.1. Phổ tán xạ từ mô phỏng MCNP5 .............................................................51
2.4.2. Kết quả tính toán bề dày vật liệu ..............................................................54
2.4.3. Nhận xét về khả năng áp dụng của kỹ thuật gamma tán xạ sử dụng đầu dò
NaI(Tl) ................................................................................................................57
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................. 58
CHƯƠNG 3. HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ DÙNG TRONG MÔ PHỎNG
MONTE CARLO CỦA HỆ ĐO GAMMA TÁN XẠ .................................................59
3.1. Hệ đo nhấp nháy sử dụng tinh thể NaI(Tl) .............................................. 59
3.1.1. Giới thiệu hệ đo ........................................................................................59
3.1.2. Hiệu suất tổng của đầu dò NaI(Tl) ...........................................................60
3.2. Đường chuẩn năng lượng và đường cong phân giải năng lượng (FWHM) của
đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) ............................................................................. 62
3.2.1. Đường chuẩn năng lượng .........................................................................62

3.2.2. Đường cong phân giải năng lượng FWHM ..............................................66
3.3. Hiệu chỉnh các thông số dùng trong mô phỏng Monte Carlo của đầu dò
NaI(Tl) ......................................................................................................... 67
3.3.1. Giới thiệu vấn đề cần nghiên cứu .............................................................67
3.3.2. Bố trí thực nghiệm ....................................................................................70
3.3.3. Mô hình hóa đầu dò NaI(Tl) bằng phương pháp Monte Carlo ................71
3.3.4. Khảo sát đáp ứng của phổ mô phỏng với phổ thực nghiệm .....................73
3.3.5. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần (FEPE) ..........................................74
3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................. 77
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH BỀ DÀY VẬT LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
GAMMA TÁN XẠ ...........................................................................................................79
4.1. Hệ đo tán xạ ngược ................................................................................ 79


iii

4.1.1. Nguồn phóng xạ và ống chuẩn trực nguồn ...............................................79
4.1.2. Khối đầu dò ..............................................................................................81
4.1.3. Bia tán xạ ..................................................................................................82
4.1.4. Bố trí thí nghiệm .......................................................................................82
4.2. Kỹ thuật xử lý phổ cải tiến ..................................................................... 84
4.3. Áp dụng kỹ thuật xử lý phổ cải tiến để đánh giá các đặc trưng phổ tán xạ 87
4.3.1. Dạng đáp ứng phổ từ mô phỏng bằng MCNP5 và GEANT4 ..................87
4.3.2. Đỉnh tán xạ một lần và tán xạ hai lần .......................................................88
4.3.3. Nhận xét ....................................................................................................91
4.4. Kết quả xác định bề dày vật liệu ............................................................. 91
4.4.1. Mô phỏng Monte Carlo phổ tán xạ bằng MCNP5 ...................................91
4.4.2. So sánh dạng đáp ứng của phổ tán xạ mô phỏng và thực nghiệm............92
4.4.3. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng và thực nghiệm...........95
4.4.4. Nhận xét ....................................................................................................98

4.5. Kết luận chương 4 .................................................................................. 99
KẾT LUẬN ............................................................................................................100
Hướng phát triển .....................................................................................................103
Danh mục công trình đã công bố ............................................................................104
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................108
Phụ lục A .................................................................................................................120
Phụ lục B .................................................................................................................121
Phụ lục C .................................................................................................................123
Phụ lục D .................................................................................................................126
Phụ lục E .................................................................................................................130


iv

Danh mục các chữ viết tắt

Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

FEP

Đỉnh năng lượng toàn

Full Energy Peak

phần
FEPE

Hiệu suất đỉnh năng

Full Energy Peak Efficiency

lượng toàn phần
FOM

Thông số đánh giá độ tin

Figure Of Merit

cậy của phương pháp
Monte Carlo
FWHM

Bề rộng một nửa

Full Width at Half Maximum

GEANT

Chương trình mô phỏng

GEometry ANd Tracking

Monte Carlo GEANT
GEB

Nở rộng đỉnh theo phân

Gaussian Energy Broadening

bố Gauss
HPGe

Germanium siêu

tinh

High Purity Germanium

khiết
Monte Carlo

MC
MCA

Bộ phân tích đa kênh

Multi-Channel Analyser

MCNP

Chương trình mô phỏng

Monte Carlo N – Particle

Monte Carlo MCNP
NDT

Kiểm tra không hủy thể

Non-Destructive Testing

RD

Độ lệch tương đối

Relative Deviation


v

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1. Tán xạ Compton của photon trên electron tự do .......................................12
Hình 1.2. Tiết diện tán xạ theo năng lượng [85] .......................................................14
Hình 1.3. Sự phân bố năng lượng của electron bật ra trong tán xạ Compton [85] ...15
Hình 1.4. Phổ tán xạ của chùm photon năng lượng 59,54 keV trên bia đồng với góc
tán xạ 120o [88] .........................................................................................................18
Hình 1.5. Tiết diện tán xạ kết hợp và không kết hợp đối với photon năng lượng 662
keV tán xạ trên bia sắt – một thành phần chủ yếu (chiếm 97%) của vật liệu thép C45
[51] ............................................................................................................................19
Hình 1.6. Hình học của a) tán xạ một lần và b) tán xạ hai lần ..................................20
Hình 1.7. Dạng đặc trưng của phổ tán xạ hai lần [27] ..............................................22
Hình 1.8. Phổ tán xạ 2 lần, 3 lần và 4 lần với vật liệu tán xạ là ô-xi thu được bằng
phương pháp Monte Carlo [27] .................................................................................23
Hình 1.9. Phổ tán xạ 2 lần, 3 lần và 4 lần với bia tán xạ là nhôm thu được bằng phương
pháp Monte Carlo [27] ..............................................................................................23

Hình 1.10. Phổ tán xạ 2 lần, 3 lần và 4 lần với bia tán xạ là đồng thu được bằng
phương pháp Monte Carlo [27] .................................................................................24
Hình 1.11. Quá trình tán xạ của photon trên bia .......................................................25
Hình 2.1. Phổ mô phỏng bằng MCNP khi có sử dụng và không sử dụng hàm bề rộng
một nửa [66] ..............................................................................................................35
Hình 2.2. Minh họa sự khác nhau giữa độ lặp lại và độ chính xác. (a) Độ lặp lại tốt
nhưng kết quả đo lệch hẳn khỏi giá trị thực. (b) Độ chính xác thấp nhưng giá trị đo
phân bố xung quanh giá trị thực. Đường thẳng biểu diễn giá trị thực của đại lượng
cần đo [55].................................................................................................................36
Hình 2.3. Mặt cắt thể hiện phần thể tích cơ sở và phần thể tích tán xạ ....................40
Hình 2.4. Biểu diễn hình học cho việc tính toán thể tích cơ sở ................................40


vi

Hình 2.5. Lưu đồ thuật toán tính phần thể tích cơ sở sử dụng phương pháp Monte
Carlo [14] ..................................................................................................................43
Hình 2.6. Thể tích cơ sở a) nằm hoàn toàn trong vật liệu và b) chỉ một phần nằm trong
vật liệu .......................................................................................................................44
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm khảo sát cường độ tán xạ theo thể tích tán xạ ...............46
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm trong mô phỏng Monte Carlo .......................................48
Hình 2.9. Phổ tán xạ của photon năng lượng 662 keV trên vật liệu thép C45 ở góc tán
xạ 120o .......................................................................................................................48
Hình 2.10. Sự phụ thuộc của diện tích đỉnh tán xạ vào thể tích tán xạ .....................50
Hình 2.11. Bố trí hệ đo tán xạ dùng trong mô phỏng MCNP5 .................................51
Hình 2.12. Phổ tán xạ của 137Cs trên bia thép C45 có bề dày 1 cm và việc khớp đỉnh
phổ bằng chương trình Colegram..............................................................................52
Hình 2.13. Kết quả diện tích đỉnh tán xạ theo bề dày vật liệu tính bằng Colegram ở
các góc  khác nhau ..................................................................................................53
Hình 3.1. Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước tinh thể 76 mm  76 mm .............60

Hình 3.2. Phổ

137

Cs được đo bằng hệ đo nhấp nháy NaI(Tl) kích thước tinh thể 76

mm  76 mm .............................................................................................................61
Hình 3.3. Bố trí nguồn và đầu dò để xây dựng đường cong hiệu suất ......................64
Hình 3.4. Đường chuẩn năng lượng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) với MCA được cài
đặt ở chế độ 8192 kênh .............................................................................................66
Hình 3.5. Cấu trúc đầu dò NaI(Tl) ............................................................................70
Hình 3.6. Hình học mô phỏng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl)..................................71
Hình 3.7. So sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng của một số đồng vị phóng xạ .....73
Hình 4.1. Cấu trúc bên trong của nguồn phóng xạ 137Cs ..........................................79
Hình 4.2. Cấu trúc của hộp chì chứa nguồn ..............................................................80
Hình 4.3. Cấu trúc của ống chuẩn trực nguồn bằng chì ............................................81
Hình 4.4. Cách lắp ráp các chi tiết của khối nguồn ..................................................81
Hình 4.5. Chi tiết khối đầu dò ...................................................................................81
Hình 4.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo bề dày vật liệu với góc tán xạ 120o ................83


vii

Hình 4.7. Bố trí thực nghiệm đo bề dày vật liệu thép chịu nhiệt C45 ......................84
Hình 4.8. Áp dụng kỹ thuật xử lý phổ cải tiến để phân tích phổ ..............................86
Hình 4.9. Phổ mô phỏng của các photon phát ra từ nguồn 60Co tán xạ trên bia thép
chịu nhiệt C45 sử dụng MCNP5 và GEANT4 ..........................................................87
Hình 4.10. Thông số kỹ thuật của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) sử dụng trong mô phỏng
Monte Carlo ..............................................................................................................92
Hình 4.11. Phổ thực nghiệm so sánh với phổ mô phỏng của photon năng lượng 662

keV tán xạ trên bia thép chịu nhiệt C45 với các bề dày khác nhau ..........................93
Hình 4.12. Phổ tán xạ thực nghiệm của chùm photon phát ra từ nguồn 137Cs đối với
bia có bề dày 18,3 mm ..............................................................................................95
Hình 4.13. Đường cong bão hòa của thép chịu nhiệt C45 ........................................96


viii

Danh mục các bảng

Bảng 2.1. Chú giải các đánh giá sai số tương đối R trong MCNP ...........................38
Bảng 2.2. Kết quả tính thể tích cơ sở tạo bởi hai hình nón .......................................45
Bảng 2.3. Thể tích vùng tán xạ với vật liệu có các bề dày d khác nhau ...................45
Bảng 2.4. Thể tích vùng tán xạ tại các vị trí đặt bia khác nhau ................................47
Bảng 2.5. Kết quả xác định diện tích đỉnh tán xạ theo thể tích tán xạ ......................49
Bảng 2.6. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng với  = 30o ................54
Bảng 2.7. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng với  = 45o ................55
Bảng 2.8. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng với  = 60o ................55
Bảng 2.9. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng với  = 75o ................56
Bảng 2.10. Kết quả xác định bề dày vật liệu bằng mô phỏng với  = 90o ..............56
Bảng 3.1. Hiệu suất tổng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) ..........................................61
Bảng 3.2. Thông tin các nguồn đồng vị ....................................................................63
Bảng 3.3. Vị trí đỉnh năng lượng theo kênh từ các nguồn đồng vị ...........................65
Bảng 3.4. Giá trị FWHM theo năng lượng của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) ..............67
Bảng 3.5. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần thực nghiệm của các đồng vị ........74
Bảng 3.6. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của các đồng vị được tính dựa vào
các phổ thu được từ mô phỏng ..................................................................................75
Bảng 3.7. Độ lệch tương đối của hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần giữa thực
nghiệm và mô phỏng .................................................................................................76
Bảng 3.8. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần theo năng lượng đo được bằng thực

nghiệm và mô phỏng với bề dày của lớp phản xạ Al2O3 là 1,0 mm .........................77
Bảng 4.1. Các mức năng lượng và hiệu suất phát của đồng vị 137Cs [92] ................80
Bảng 4.2. Thành phần thép chịu nhiệt C45 [91] .......................................................82
Bảng 4.3. Năng lượng của đỉnh tán xạ một lần đối với nguồn 60Co .........................89


ix

Bảng 4.4. Năng lượng đỉnh tán xạ hai lần đối với nguồn 60Co .................................90
Bảng 4.5. Năng lượng của photon tán xạ một lần và FWHM ..................................94
Bảng 4.6. Bề dày các tấm thép được xác định bằng thực nghiệm và mô phỏng ......97


1

MỞ ĐẦU

Các ứng dụng liên quan đến kỹ thuật kiểm tra không hủy thể hay còn được biết
đến với tên gọi kỹ thuật NDT là một hướng nghiên cứu thu hút nhiều nhà khoa học ở
nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Có nhiều phương pháp khác trong kỹ thuật kiểm
tra không hủy thể như phương pháp siêu âm dùng trong việc đo độ dày lớp dầu tràn
[79], đo bề dày tấm phim [46] hay đo bề dày lớp men trám trên răng [37] là những
ứng dụng phổ biến của kỹ thuật này. Tuy nhiên, sóng siêu âm có năng lượng khá nhỏ,
độ xuyên sâu thấp nên nhìn chung phương pháp này chỉ phù hợp với việc kiểm tra bề
dày của các lớp vật chất tương đối mỏng và mật độ thấp.
Bên cạnh phương pháp siêu âm, kỹ thuật gamma truyền qua bao gồm chụp ảnh
phóng xạ tia gamma (gammatography) và chụp ảnh tia X (radiography) cũng được
sử dụng rộng rãi. Có thể tìm thấy nhiều ứng dụng của kỹ thuật này từ lĩnh vực nông
nghiệp như đo mật độ đất [78], nghiên cứu các tính chất của đất trồng [48] cho đến
các ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như đo bề dày vật liệu [24, 62, 69], kiểm tra

khuyết tật và các sản phẩm bên trong đường ống [49, 50, 84]. Đặc biệt trong công
trình [23], Edalati và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật gamma truyền qua để kiểm tra độ
ăn mòn và bề dày của đường ống. Kết quả của nghiên cứu đã cho thấy có thể kiểm
tra độ ăn mòn đường ống với độ chính xác lên đến 95%. Gần đây, kỹ thuật truyền qua
sử dụng tia gamma này còn được phát triển để kiểm tra chất lượng của quá trình hóa
lỏng chất rắn [47] hay như kiểm tra các đặc trưng thanh nhiên liệu dùng trong lò phản
ứng nước nhẹ [16].
Bên cạnh các ứng dụng quan trọng đã đề cập ở trên, có thể tìm thấy nhiều ứng
dụng khác của phương pháp truyền qua trong các công trình [8, 10, 21, 29, 40, 57,
67]. Việc sử dụng rộng rãi phương pháp này trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã cho
thấy tiềm năng của phương pháp và nó trở thành một trong những phương pháp có
tầm quan trọng lớn trong kỹ thuật NDT.


2

Tuy nhiên có thể dễ dàng nhận thấy rằng, trong nhiều trường hợp kỹ thuật truyền
qua cũng bộc lộ những hạn chế nhất định do cần phải tiếp cận đối tượng đo từ hai
phía và trong thực tế vấn đề này không phải luôn luôn thực hiện được. Một giải pháp
khác đó là sử dụng kỹ thuật gamma tán xạ ngược (gamma scattering). Kỹ thuật này
dựa trên hiện tượng tán xạ Compton đã được Arthur H. Compton đưa ra vào năm
1923 [20]. Kể từ đó đến nay, các ứng dụng liên quan đến kỹ thuật này vẫn tiếp tục
được mở rộng và cho thấy đây là hướng nghiên cứu hấp dẫn.
Tính ứng dụng của kỹ thuật gamma tán xạ ngược tương đối rộng rãi. Năm 1973,
kết hợp kỹ thuật gamma truyền qua và gamma tán xạ, Clarke và cộng sự [19] đã phát
triển thành công một phương pháp mới đo hàm lượng khoáng trong xương mở ra
hướng ứng dụng kỹ thuật này trong y học. Tuy nhiên lĩnh vực có thể tìm thấy được
nhiều ứng dụng của kỹ thuật này đó là lĩnh vực công nghiệp như đo bề dày, độ ăn
mòn hay khuyết tật của đường ống [70, 86], kiểm tra lớp liên kết trong các vật có cấu
trúc đa lớp [38], đo bề dày của tấm phim hữu cơ [41], dò tìm sự lắng đọng của paraffin

bên trong đường ống [45], kiểm tra cấu trúc bê tông [15]. Gần đây nhóm nghiên cứu
của Priyada và cộng sự đã cải tiến kỹ thuật này để đo nồng độ dung dịch [59] và xác
định hàm lượng nước trong bê tông [61]. Sự đa dạng của các ứng dụng của kỹ thuật
này cho thấy đây là một hướng nghiên cứu sôi động đồng thời thu hút được nhiều nhà
khoa học tham gia nghiên cứu cho đến hôm nay.
So sánh kỹ thuật gamma tán xạ với các kỹ thuật khác như kỹ thuật truyền qua
sử dụng tia gamma hoặc tia X, trong công trình [58], Priyada và cộng sự đã thực hiện
việc xác định độ ăn mòn của thép mềm bằng các kỹ thuật trên. Kết quả của nghiên
cứu này đã chỉ ra rằng độ ăn mòn của thép mềm tại các vị trí khác nhau của tấm thép
có khoảng giá trị xấp xỉ như nhau giữa các phương pháp. Kết luận được tác giả đưa
ra trong công trình [58] là có sự phù hợp tốt giữa các kỹ thuật trên trong vấn đề xác
định độ ăn mòn vật liệu. Sau đó Priyada và cộng sự tiếp tục có thêm một nghiên cứu
về việc đánh giá sự phù hợp của các kỹ thuật này trong công trình [60]. Theo đó,
nhóm tác giả đã thực hiện các phép đo dò tìm mặt phân cách giữa hai môi trường
(lỏng – lỏng, lỏng – khí) và đo mật độ của một số chất. Kết quả đã chỉ ra rằng độ


3

chính xác của kỹ thuật gamma tán xạ thậm chí còn cao hơn độ chính xác của phương
pháp truyền qua. Như vậy đến đây có thể kết luận rằng, ngoài ưu điểm là có thể thực
hiện phép đo trên những đối tượng mà việc tiếp cận chỉ từ một phía thì độ chính xác
của kỹ thuật này trong so sánh với kỹ thuật truyền qua cũng là một ưu điểm giúp cho
nó trở nên phổ biến trong kỹ thuật NDT hiện nay.
Một trong những vấn đề cần quan tâm nhiều nhất trong khi ứng dụng kỹ thuật
này là việc đánh giá được sự đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần. Thông thường
các đối tượng của phép đo sử dụng kỹ thuật tán xạ thường có bề dày nhất định và đặc
biệt khi bề dày của vật cần đo càng lớn thì sự đóng góp của tán xạ nhiều lần càng trở
nên đáng kể. Tuy nhiên trong một số các nghiên cứu thực nghiệm, sự đóng góp của
tán xạ nhiều lần vào phổ tán xạ được xem là không đáng kể và do vậy phổ tán xạ thu

được từ quá trình đo đạc được xử lý như là phổ tán xạ một lần [58, 60]. Điều này dẫn
đến phải chấp nhận một giá trị sai số nhất định đối với kết quả cần đo đạc.
Nhiều nghiên cứu lý thuyết về vấn đề tán xạ nhiều lần đã được thực hiện. Trong
đó Dumond [22] là người đầu tiên thực hiện các tính toán giải tích để giải thích sự
tán xạ nhiều lần năm 1930. Cho đến trước khi vấn đề tán xạ nhiều lần được Dumond
đề cập, phổ tán xạ của các photon tia X trên các nguyên tố nhẹ thu được với thừa
nhận rằng bỏ qua sự đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần. Tuy nhiên Dumond
đã chỉ ra rằng thành phần tán xạ nhiều lần đặc biệt là tán xạ hai lần có thể đo được
trong các vật kích thước lớn. Theo nghiên cứu của Dumond, với chùm photon năng
lượng đúng bằng năng lượng của vạch K của Molybdenum (MoK) khi tán xạ trên quả
cầu graphite đường kính 1 cm, cường độ tán xạ hai lần bằng 14% cường độ tán xạ
một lần. Vấn đề này vẫn tiếp tục được thực hiện sau đó trong công trình của
Kirkpatrick [42] và các tác giả khác [52, 80, 81]. Ngoài ra, sự tán xạ nhiều lần còn
được khảo sát bằng phương pháp Monte Carlo [25, 82], hoặc sử dụng kết hợp cả
phương pháp thực nghiệm và Monte Carlo để hiệu chỉnh tán xạ nhiều lần [26, 56].
Với nhiều nghiên cứu được chỉ ra ở trên đã cho thấy rằng tán xạ nhiều lần là thành
phần không thể không xét đến trong khi nghiên cứu triển khai các ứng dụng dựa trên


4

tán xạ Compton. Thông thường, lượng đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần
trong phổ tán xạ chiếm khoảng 10 – 20 % [56].
Đã có nhiều giải pháp để loại bỏ sự đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần
trong phổ. Tất nhiên việc sử dụng bia mỏng là một giải pháp để hạn chế sự đóng góp
này tuy nhiên giải pháp này gặp vấn đề về thông lượng photon tán xạ thu được thấp
sẽ dẫn đến các thăng giáng thống kê mạnh, do vậy không có tính khả thi. Một giải
pháp thường được sử dụng trước đây liên quan đến việc thay đổi dạng hình học bia
tán xạ bao gồm việc sử dụng nhiều bề dày bia khác nhau để ngoại suy kết quả về bề
dày bằng không. Tuy nhiên quá trình ngoại suy đơn giản này là không phù hợp bởi

vì sự phụ thuộc của cường độ tán xạ nhiều lần vào bề dày mẫu là khá phức tạp và phi
tuyến ngay cả với những mẫu có bề dày tương đối mỏng. Felsteiner và cộng sự trong
công trình [26] cũng sử dụng phương pháp ngoại suy này, được biết đến như là
phương pháp bán thực nghiệm để hiệu chỉnh sự đóng góp của tán xạ nhiều lần.
Phương pháp này bao gồm việc tính toán lượng đóng góp của tán xạ nhiều lần đối
với từng mẫu có bề dày khác nhau sử dụng kỹ thuật Monte Carlo, sau đó ngoại suy
tuyến tính phổ Compton (Compton profile) J(pz) khi cho tỉ số tán xạ nhiều lần bằng
không. Tuy nhiên nhìn chung phương pháp này tốn nhiều thời gian và vì thế khó có
thể thực hiện được trong thực tế.
Trong cách tiếp cận thứ hai, lượng tán xạ nhiều lần có thể xác định trực tiếp
bằng cách sử dụng kỹ thuật dịch chuyển chùm tia để lấy ra thành phần tán xạ một lần.
Tuy nhiên hình học của tán xạ phụ thuộc vào việc dịch chuyển nên việc ngoại suy về
giá trị không vẫn phải được thực hiện nếu sử dụng kỹ thuật này để hiệu chỉnh tán xạ
nhiều lần.
Cách tiếp cận thứ ba được Paramesh và cộng sự đưa ra trong công trình [53].
Cách xác định sự đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần được Paramesh tiến hành
như sau: đầu tiên bằng phương pháp giải tích sử dụng các thông số thực nghiệm của
đầu dò như hiệu suất đầu dò, tỉ số đỉnh trên tổng (P/T), phổ tán xạ một lần của chùm
photon trên vật liệu sẽ được tái tạo. Sau đó bằng cách lấy phổ tán xạ thực thu được
trong quá trình đo đạc trừ đi phổ tái tạo sẽ được thành phần đóng góp bởi tán xạ nhiều


5

lần. Kết luận quan trọng được rút ra từ công trình [53] là sự phụ thuộc của lượng tán
xạ nhiều lần vào bề dày vật liệu. Nhiều công trình sau đó [63, 64, 65, 71, 72, 73, 74,
75, 76, 77] đã sử dụng rộng rãi cách tiếp cận này để đánh giá sự đóng góp của thành
phần tán xạ nhiều lần cho những mục đích nghiên cứu của họ. Tuy phương pháp này
nhìn chung có nhiều ưu điểm nhưng với việc tái tạo phổ tán xạ một lần bằng phương
pháp giải tích có độ chính xác phụ thuộc rất nhiều vào tính chính xác của việc tái tạo

đỉnh tán xạ một lần đã gián tiếp ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đánh giá
đóng góp thành phần tán xạ nhiều lần.
Cuối cùng, giải pháp hoàn toàn mang tính kỹ thuật đã được Priyada áp dụng
trong các nghiên cứu của mình [58, 60] là việc sử dụng các ống chuẩn trực nguồn và
ống chuẩn trực đầu dò có đường kính nhỏ để tạo ra thể tích của voxel nhỏ (thể tích
được tạo bởi sự giao của hai hình nón do đầu dò và nguồn đều nhìn bia dưới góc khối
nào đó). Ngoài ra, cũng để hạn chế đóng góp tán xạ nhiều lần, Priyada cũng sử dụng
đầu dò HPGe có độ phân giải năng lượng cao và vì vậy có thể tách được thành phần
tán xạ nhiều lần khi cài đặt độ rộng cửa sổ năng lượng nhỏ hơn.
Tóm lại, qua phần giới thiệu về các giải pháp đã được đưa ra để đánh giá về sự
đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần trong phổ tán xạ có thể thấy rằng, không
có giải pháp nào là hoàn chỉnh và do vậy việc xem xét đánh giá thành phần tán xạ
nhiều lần cần phải được tiến hành trong từng vấn đề nghiên cứu cụ thể. Phần trình
bày ở trên cũng đã chỉ ra rằng khi bề dày bia tăng lên, đóng góp của tán xạ nhiều lần
càng đáng kể do đó sẽ làm sai lệch kết quả về cường độ tán xạ một lần. Trong khi đó
cường độ tán xạ một lần là đại lượng được sử dụng để tính toán bề dày của vật liệu
do vậy tính chính xác đại lượng này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của phép
đo bề dày vật liệu. Xuất phát từ ý tưởng xác định bề dày vật liệu bằng cách sử dụng
đầu dò NaI(Tl) với độ chính xác cao thông qua giải pháp xử lý phổ tán xạ thu được
với sự hiệu chỉnh đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần, chúng tôi thực hiện đề
tài “Nghiên cứu xác định bề dày thép C45 bằng phương pháp gamma tán xạ sử dụng
đầu dò nhấp nháy NaI(Tl)”.


6

Mục tiêu của luận án là tìm ra cách thức xử lý phổ phù hợp để tách thành phần
tán xạ nhiều lần ra khỏi phổ thực nghiệm nhằm nâng cao độ chính xác của bài toán
đo bề dày vật liệu.
Có thể thấy rằng, trong công trình [58] nhóm tác giả đánh giá độ ăn mòn của

vật liệu thép mềm – thực chất là xác định bề dày tại từng vị trí của tấm thép – sử dụng
đầu dò bán dẫn HPGe sẽ không thực sự có tính linh động cao khi đo đạc ở ngoài hiện
trường do loại đầu dò này cần làm lạnh ở nhiệt độ ni-tơ lỏng (77 K). Ngoài ra, nhóm
tác giả trên cũng sử dụng ống chuẩn trực đầu dò có đường kính khá nhỏ (0,7 cm) để
loại bỏ thành phần tán xạ nhiều lần do vậy nguồn phóng xạ sử dụng cần phải có hoạt
độ lớn để đảm bảo thống kê về mặt số đếm. Để khắc phục hai vấn đề trong nghiên
cứu của Priyada, chúng tôi sử dụng đầu dò NaI(Tl), đây là loại đầu dò hoạt động ở
nhiệt độ phòng, nguồn điện được cấp trực tiếp hoặc qua cổng USB của máy tính xách
tay. Ngoài ra chúng tôi cũng sử dụng nguồn phóng xạ 137Cs có hoạt độ khoảng 5 mCi
thấp hơn gần 1000 lần so với nguồn phóng xạ dùng trong công trình [58], điều này
kéo theo việc mở rộng đường kính của ống chuẩn trực đầu dò nhằm đảm bảo thống
kê cho phổ tán xạ thu nhận được. Việc sử dụng nguồn hoạt độ thấp sẽ làm tăng độ an
toàn đối với người thực hiện công việc đo đạc.
Việc lựa chọn đối tượng nghiên cứu này đặt ra nhiều vấn đề cần phải giải quyết.
Thứ nhất, đầu dò NaI(Tl) như đã biết có tính linh động tốt, hiệu suất dò cao nhưng độ
phân giải đỉnh phổ không tốt khi so sánh với đầu dò HPGe. Thứ hai việc sử dụng
nguồn phóng xạ hoạt độ thấp kéo theo là ống chuẩn trực đầu dò đường kính lớn sẽ
làm tăng sự đóng góp của thành phần tán xạ nhiều lần – loại đóng góp này chồng
chập lên phổ tán xạ một lần – làm giảm lượng thông tin quan trọng của phổ tán xạ.
Từ đây có thể thấy rằng hai yếu tố này ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của việc xác
định bề dày vật liệu.
Để đạt được mục tiêu đề ra của luận án, đầu tiên chúng tôi sẽ đánh giá hiệu suất
tổng và hiệu suất nội của đầu dò NaI(Tl). Đầu dò NaI(Tl) sử dụng trong luận án này
thuộc phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân – Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí
Minh. Chương trình tính toán hiệu suất tổng và hiệu suất nội (CalcTottEff) được


7

chúng tôi viết bằng ngôn ngữ lập trình Fortran. Kết quả tính toán hiệu suất đối với

đầu dò trên bằng CalcTotEff được so sánh với kết quả thực nghiệm xác định hiệu
suất. Việc so sánh này giúp đánh giá được khả năng làm việc của đầu dò NaI(Tl).
Tiếp theo, chúng tôi sẽ nghiên cứu lý thuyết tán xạ để đưa ra biểu thức giải tích
xác định bề dày vật liệu dựa vào cường độ tán xạ một lần của chùm photon tia gamma.
Công thức tính sai số của bề dày vật liệu đối với kỹ thuật này cũng được xác định.
Như đã đề cập ở trên, vấn đề tán xạ nhiều lần là một trong những vấn đề chính
cần giải quyết trong luận án này. Do đó, cơ sở lý thuyết của tán xạ nhiều lần được
chúng tôi nghiên cứu chủ yếu dựa trên các công trình [22, 27, 42]. Từ việc nghiên
cứu chi tiết phổ tán xạ bao gồm đóng góp của thành phần tán xạ một lần và nhiều lần,
chúng tôi sẽ đề xuất một kỹ thuật xử lý phổ để tách thành phần do đóng góp chủ yếu
của tán xạ một lần.
Trong luận án này, bên cạnh phương pháp thực nghiệm được chúng tôi sử dụng
như là phương pháp nghiên cứu chủ yếu, phương pháp mô phỏng được xem như công
cụ hỗ trợ nhằm tăng độ tin cậy của các kết quả thực nghiệm. Hai chương trình mô
phỏng dựa trên phương pháp Monte Carlo là MCNP5 và GEANT4 được sử dụng để
tạo ra phổ tán xạ của chùm photon trên vật liệu. Tuy nhiên trong các chương trình mô
phỏng này việc khai báo chính xác các thông tin về cấu tạo và cấu trúc của hệ đo là
rất quan trọng. Do vậy việc khẳng định độ chính xác của các thông số hình học và
loại vật liệu của đầu dò NaI(Tl) cũng được nghiên cứu kỹ thông qua việc nghiên cứu
so sánh hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và dạng đáp ứng phổ giữa mô phỏng và
thực nghiệm.
Dựa trên mô hình mô phỏng đã được khẳng định, chúng tôi sẽ tiến hành mô
phỏng Monte Carlo phổ tán xạ với các bề dày bia vật liệu khác nhau sử dụng cả hai
chương trình MCNP5 và GEANT4. Đầu tiên, chúng tôi sẽ kiểm tra và tính toán các
đặc trưng phổ như vị trí đỉnh tán xạ một lần, tán xạ hai lần, sau đó so sánh các kết quả
thu được này với dự đoán lý thuyết trong công trình [27]. Tiếp theo, sử dụng kỹ thuật
xử lý phổ mà chúng tôi đề xuất để tách thành phần tán xạ một lần trong phổ thu được
để tính bề dày vật liệu.

8

Cuối cùng là phần thực nghiệm, các tấm vật liệu thép chịu nhiệt C45 được chọn
có bề dày giống với bề dày mô phỏng để có thể so sánh được. Dạng đáp ứng của phổ
tán xạ thực nghiệm và mô phỏng cũng sẽ được so sánh với nhau. Sau đó dựa trên
cường độ tán xạ một lần thu được từ thực nghiệm chúng tôi sẽ tính toán bề dày vật
liệu. Kết quả này được so sánh với bề dày tính được từ mô phỏng và từ bề dày thực
tế của vật liệu để khẳng định độ tin cậy của kỹ thuật xử lý phổ mà chúng tôi đề xuất.
Bố cục của luận án được chia thành bốn chương chính không kể phần mở đầu
và kết luận. Chương 1 trình bày lý thuyết tán xạ Compton đặc biệt nhấn mạnh đến
vấn đề tán xạ nhiều lần. Cũng trong chương này, cơ sở lý thuyết của kỹ thuật gamma
tán xạ được trình bày. Trong ba chương tiếp theo chúng tôi trình bày những đóng góp
chính của luận án. Cụ thể, chương 2 trình bày về phương pháp Monte Carlo. Chương
3 sẽ đề cập đến việc hiệu chỉnh các thông số dùng trong mô phỏng Monte Carlo của
hệ đo gamma tán xạ. Kết quả chính của đề tài nằm ở chương 4. Trong chương này
chúng tôi trình bày kết quả xác định bề dày của vật liệu bằng thực nghiệm và mô
phỏng qua đó đánh giá độ tin cậy của kỹ thuật xử lý phổ tán xạ đã được đưa ra.
Trong chương 1 “Tổng quan về tán xạ gamma” sẽ bao gồm ba nội dung chính,
đầu tiên là giới thiệu về lý thuyết tán xạ Compton, đây chính là cơ sở của kỹ thuật
gamma tán xạ. Trong phần này các kiểu tán xạ và tiết diện tương ứng có thể xảy ra
trong quá trình tương tác của photon với vật chất được trình bày cụ thể. Tiếp theo,
vấn đề tán xạ nhiều lần được trình bày cụ thể dựa trên các nghiên cứu [22, 27, 42].
Đặc biệt trong phần này chúng tôi trình bày lại kết quả nghiên cứu về tán xạ nhiều
lần của công trình [27] và đây cũng là cơ sở lý thuyết dẫn đến việc đưa ra kỹ thuật xử
lý phổ gamma tán xạ của chúng tôi. Phần cuối cùng của chương 1, kỹ thuật gamma
tán xạ ngược được trình bày dựa trên nghiên cứu của Priyada và cộng sự [58] đồng
thời phát triển thêm phần công thức giải tích tính bề dày vật liệu dựa vào diện tích
đỉnh tán xạ một lần. Vấn đề tính sai số của bề dày vật liệu cũng được chúng tôi đề
cập đến trong phần này.
“Khảo sát quá trình tán xạ của photon trên vật liệu bằng phương pháp Monte

Carlo” sẽ là nội dung của chương 2. Trong chương này, phần đầu tiên, chúng tôi sẽ


9

giới thiệu chương trình được sử dụng trong mô phỏng Monte Carlo là MCNP5. Tiếp
theo là phương pháp xác định thể tích vùng tán xạ. Vấn đề này đã được Balogun và
cộng sự nghiên cứu trong công trình [14], tuy nhiên nghiên cứu này chỉ áp dụng cho
vùng thể tích không có bia vật liệu. Do vậy chúng tôi sẽ cải tiến thuật toán để áp dụng
cho việc xác định thể tích vùng tán xạ khi có bia vật liệu. Sau đó, dựa trên thể tích
vùng tán xạ xác định được, chúng tôi sẽ khảo sát sự phụ thuộc của cường độ chùm
tia tán xạ theo thể tích tán xạ bằng phương pháp Monte Carlo. Trong phần cuối của
chương này, một số kết quả về việc xác định bề dày vật liệu sử dụng kỹ thuật gamma
tán xạ ngược bằng phương pháp Monte Carlo được trình bày.
Chương 3 với tiêu đề “Hiệu chỉnh các thông số dùng trong mô phỏng Monte
Carlo của hệ đo gamma tán xạ”. Theo đó, đầu tiên vấn đề hiệu suất tổng của đầu dò
được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng vận dụng đầu dò này trong nghiên cứu của
luận án. Tiếp theo, đường chuẩn năng lượng cũng như đường cong phân giải năng
lượng FWHM của đầu dò NaI(Tl) cũng được xác định. Vấn đề nghiên cứu cuối cùng
của chương 3 là khẳng định tính chính xác các thông số kỹ thuật của hệ đo. Có thể
thấy rằng, phương pháp Monte Carlo được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu của
chúng tôi. Tất nhiên để kết quả mô phỏng đạt được độ tin cậy cao, vấn đề là bộ thông
số đầu vào của hệ đo (chủ yếu là các thông số kỹ thuật của đầu dò NaI(Tl)) cần phải
đạt đến độ chính xác nhất định. Do vậy để làm cơ sở cho việc sử dụng phương pháp
Monte Carlo, các thông số kỹ thuật của đầu dò này sẽ được chúng tôi khảo sát và hiệu
chỉnh thông qua việc xác định hiệu suất và hàm đáp ứng của đầu dò NaI(Tl) giữa mô
phỏng và thực nghiệm.
Chương 4 với tiêu đề là “Xác định bề dày vật liệu bằng phương pháp gamma
tán xạ”. Trong chương này, đầu tiên chúng tôi sẽ mô tả các thiết bị, vật liệu cần thiết
đã được sử dụng cho mục đích nghiên cứu (nguồn phóng xạ, đầu dò, các tấm bia vật

liệu,…) đồng thời giới thiệu cách bố trí thiết bị để đo bề dày. Kế đến kỹ thuật xử lý
phổ gamma cải tiến áp dụng cho việc phân tích phổ tán xạ để xác định bề dày vật liệu
được trình bày. Đây là kỹ thuật mà chúng tôi nghiên cứu để đưa ra dựa trên việc
nghiên cứu các vấn đề về tán xạ nhiều lần đồng thời có thể đáp ứng được các mục


10

tiêu như việc xử lý phổ đơn giản, hiệu quả và thuận tiện. Tiếp theo, chúng tôi sẽ sử
dụng phương pháp xử lý phổ ở trên áp dụng vào các phổ tán xạ thu được từ hai chương
trình mô phỏng MCNP5 và GEANT4 để so sánh dạng hàm đáp ứng đồng thời xác
định các vị trí đỉnh tán xạ một lần và hai lần. Kết quả của nghiên cứu sẽ được so sánh
với kết quả từ tính toán lý thuyết của Fernández [27] qua đó sẽ đánh giá được độ tin
cậy của kỹ thuật xử lý phổ mà chúng tôi đã đề xuất. Kết quả xác định bề dày vật liệu
là một trong những kết quả quan trọng nhất của luận án. Các kết quả này sẽ đánh giá
độ tin cậy của kỹ thuật xử lý phổ của chúng tôi đồng thời đánh giá khả năng dùng đầu
dò nhấp nháy NaI(Tl) trong đo bề dày vật liệu.
Một trong những lý do mà đầu dò nhấp nháy chưa được sử dụng trước đây để
xác định bề dày vật liệu là do khi thực hiện phép đo tán xạ với loại đầu dò này, phổ
tán xạ thu được “không tốt” khi so sánh với phổ tán xạ thu được bằng đầu dò HPGe.
Điều này dẫn đến kết quả tính toán bề dày vật liệu không chính xác. Tuy nhiên, với
việc đưa ra kỹ thuật xử lý phổ tán xạ phù hợp, nghiên cứu của luận án đã khắc phục
được vấn đề này do vậy có thể nói rằng luận án có ý nghĩa khoa học trong việc áp
dụng thành công đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) trong kỹ thuật gamma tán xạ ngược để
xác định bề dày vật liệu với độ chính xác và độ tin cậy cao
Ý nghĩa thực tiễn của luận án là cung cấp thêm một giải pháp xác định bề dày
vật liệu ứng dụng trong công nghiệp với chi phí thấp bên cạnh các kỹ thuật đã được
sử dụng hiện nay.
Trong quá trình thực hiện luận án này, các kết quả thu được đã được công bố
trên các tạp chí trong và ngoài nước (các công trình từ 1 đến 10 trong phần danh mục

công trình đã công bố). Kết quả xác định hiệu suất tổng và hiệu suất nội của đầu dò
được công bố trong tạp chí Phát triển khoa học và công nghệ Đại học Quốc gia thành
phố Hồ Chí Minh. Các kết quả về sử dụng phương pháp Monte Carlo để xác định thể
tích vùng tán xạ, khảo sát sự thay đổi cường độ chùm tia tán xạ và xác định bề dày
vật liệu được công bố trong Tạp chí khoa học – phần khoa học tự nhiên – của Đại học
Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Ngoài ra, kết quả chính của nghiên cứu này đó là
kỹ thuật xử lý phổ cải tiến áp dụng cho việc phân tích phổ tán xạ để xác định bề dày


11

của vật liệu được công bố trên tạp chí Journal of Radioanalytical & Nuclear
Chemistry.
Bên cạnh việc công bố kết quả nghiên cứu trên các tạp chí, các kết quả thu được
trong quá trình thực hiện luận án cũng được chúng tôi báo cáo tại các hội nghị như
“The 3rd Academic Conference on Natural Science for Master and PhD students from
ASEAN Countries” tại Cambodia tháng 11 năm 2013; Hội nghị “Những tiến bộ trong
vật lý kỹ thuật & ứng dụng” tại Huế tháng 10 năm 2013; Hội nghị “2nd Conference
on Advances in Radioactive Isotope Science” tổ chức tại Đại học Tokyo tháng 6 năm
2014; “The 7th AUN/SEED-Net Regional Conference in Mechanical and
Manufacturing Engineering” tại Đại học Bách Khoa Hà Nội tháng 10 năm 2014.


12

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ GAMMA

Trong chương này, chúng tôi trình bày phần tổng quan về tán xạ gamma. Cơ sở
lý thuyết chính là hiện tượng tán xạ Compton. Đầu tiên, quá trình tương tác của
photon với electron tự do của vật liệu sẽ được trình bày. Sau đó, các hiệu chỉnh về sự

liên kết của electron và ảnh hưởng của chuyển động electron trong vật liệu dẫn đến
sự giãn nở Doppler của phổ tán xạ cũng sẽ được xem xét. Tiếp theo là tán xạ Rayleigh
và tán xạ Thomson cũng sẽ được đề cập để cho thấy tại sao các loại tán xạ này có thể
bỏ qua trong quá trình xử lý phổ. Vấn đề tán xạ nhiều lần trong công trình nghiên cứu
của Fernández được trình bày trong chương này để làm cơ sở cho kỹ thuật xử lý phổ
cải tiến mà chúng tôi đề xuất. Phần cuối của chương trình bày về kỹ thuật gamma tán
xạ – đây chính là kỹ thuật được chúng tôi áp dụng để xác định bề dày vật liệu.
1.1. Tán xạ Compton
1.1.1. Tổng quan về tán xạ Compton
Tán xạ Compton được khám phá bởi A. H. Compton vào năm 1923 [20]. Nó là
một trong các quá trình tương tác của photon với vật chất. Trong vật chất, electron ở
trạng thái liên kết. Tuy nhiên, nếu năng lượng của photon tới ( E0  h với h =
6,625.10-34 J.s là hằng số Planck và  là tần số) đủ lớn so với năng lượng liên kết, khi
đó có thể bỏ qua năng lượng liên kết của electron và xem chúng là tự do.

Photon tới

θ
φ
Electron bia

Electron bật ra
Hình 1.1. Tán xạ Compton của photon trên electron tự do