NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của vật LIỆU mẫu tới HIỆU SUẤT ĐỈNH của đầu dò HPGE GC3520 BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

II-P-1.5
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU MẪU TỚI HIỆU SUẤT ĐỈNH CỦA ĐẦU DÒ
HPGE GC3520 BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP
Vũ Ngọc Ba, Trương Hữu Ngân Thy, Huỳnh Thị Yến Hồng, Trương Thị Hồng Loan
Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Email:
TÓM TẮT
Trong công trình này, ảnh hưởng của mật độ, thành phần mẫu lên hiệu suất đỉnh của đầu dò
HPGe GC3520 được nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo sử dụng chương trình
MCNP5 của phòng thí nghiệm Los Alamos, Mỹ. Trong nghiên cứu này mẫu môi trường có dạng trụ
đồng nhất, cao 3 cm được khảo sát. Hiệu suất đỉnh của đầu dò được tính toán khi cho mẫu đo có mật
độ giống nhau 1,52 g/cm3 nhưng thành phần mẫu khác nhau và khi các mẫu có thành phần giống
nhau, mật độ thay đổi 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2 g/cm3. Bên cạnh đó hiệu suất của mẫu đo ở mật độ cố định
1,52 g/cm3 nhưng độ cao thay đổi từ 2 đến 4 cm cũng được đánh giá. Từ dữ liệu có được tìm ra quy
luật phụ thuộc của đường cong hiệu suất theo mật độ, thành phần mẫu và xây dựng dữ liệu cho việc
thiết kế hình học mẫu tối ưu cho hệ phổ kế đang dùng.
Từ khóa: Đầu dò HPGe GC3520, hiệu suất đỉnh, MCNP, hình học mẫu tối ưu
GIỚI THIỆU
Trong quá trình đo đạc phóng xạ, bên cạnh việc lựa chọn thiết bị đo và phương pháp xử lý phổ, còn một
vấn đề khác đóng vai trò quyết định là phải lựa chọn cấu hình đo sao cho có thể ghi nhận số đếm đỉnh một cách
tốt nhất. Do hoạt độ phóng xạ trong mẫu môi trường tương đối thấp nên để tăng số đếm gamma được ghi nhận
tại mỗi đỉnh thường phải đo mẫu trong thời gian tương đối dài. Thêm vào đó phải sử dụng lượng mẫu đủ lớn để
tăng lượng tia gamma đến bề mặt của detector. Việc sử dụng lượng mẫu bao nhiêu với cấu hình như thế nào để
vừa không bị lãng phí mẫu vừa ghi nhận được nhiều tia gamma nhất là một bài toán đã tốn khá nhiều giấy mực
của các nhà nghiên cứu. Vào năm 1996, Seppo Klemola [1] sử dụng chương trình máy tính để khảo sát 3 dạng
hình học trụ cố định với bán kính nhỏ hơn, lớn hơn và bằng bán kính của detector với thể tích từ 3ml đến 500ml
đối với hai loại detector HPGe 99,8% và 39,5%. Trong công trình này, tác giả có so sánh các cấu hình tối ưu
dạng trụ và cấu hình dạng Marinelli 500ml nhằm ước lượng cấu hình tối ưu. Tiếp đó, vào năm 1999, M.Barrera
và cộng sự [2] đã khảo sát cấu hình tối ưu dạng trụ theo bán kính và chiều cao mẫu bằng mô phỏng Monte Carlo,

đồng thời cũng xét đến sự phụ thuộc của cấu hình vào mật độ của mẫu đo trong khoảng từ 100keV đến 2000keV.
Năm 2007, Z.B. Alfassi và F. Groppi [3] đã xây dựng công thức bán giải tích và từ đó tìm ra chiều cao tối ưu của
mẫu hình trụ đối với một thể tích cho trước.
Dù cho đã có không ít công trình nghiên cứu về vấn đề tối ưu hóa hình học mẫu trụ, nhưng phần lớn tập
trung vào vấn đề bán kính và chiều cao của mẫu, vẫn chưa xét đến sự ảnh hưởng của mật độ, thành phần mẫu để
có thể đưa ra những đánh giá giúp cho các nhà thực nghiệm lựa chọn cấu hình tối ưu tốt và thuận tiện nhất. Do
vậy, trong công trình này, chúng tôi sử dụng chương trình mô phỏng MCNP5 của phòng thí nghiệm Los Alamos,
Mỹ, mô phỏng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết loại GC3520 của phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, dùng khảo
sát mẫu môi trường dạng trụ, đồng nhất cao 3 cm. Hiệu suất đỉnh của đầu dò được tính toán khi cho mẫu đo có
mật độ giống nhau 1,52 g/cm3 nhưng thành phần mẫu khác nhau và khi các mẫu có thành phần giống nhau, mật
độ thay đổi 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2 g/cm3. Bên cạnh đó hiệu suất của mẫu đo ở mật độ cố định 1,52 g/cm3 nhưng độ
cao thay đổi từ 2 đến 4 cm cũng được đánh giá. Từ dữ liệu có được tìm ra quy luật phụ thuộc của đường cong
hiệu suất theo mật độ, thành phần mẫu và xây dựng hình học mẫu tối ưu cho hệ phổ kế.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
Đối tượng nghiên cứu trong công trình này là hệ phổ kế gamma HPGe thuộc phòng thí nghiệm Kỹ thuật
Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên –ĐHQG-HCM và các đặc trưng về hiệu suất và đáp ứng phổ của
nó đối với mẫu đo hình học dạng trụ với bề dày và mật độ mẫu khác nhau.
Nó bao gồm các phần chính sau: đầu dò bán dẫn germanium siêu tinh khiết HPGe loại đồng trục (coaxial),
có kí hiệu GC3520 [4] gắn liền với tiền khuếch đại, thiết bị Lynx DSA tích hợp nguồn nuôi cao thế, khối khuếch
đại, bộ biến đổi tương tự thành số và khối phân tích đa kênh (ADC – MCA), đầu dò được làm lạnh bằng nitơ
lỏng, buồng chì che chắn phông thấp 747.
Phần chính của đầu dò GC3520 là tinh thể Ge siêu tinh khiết đường kính 62,2 mm, cao 50,1 mm. Bên
trong tinh thể có hốc trụ đường kính 7,5 mm, sâu 23 mm. Bên ngoài là lớp tiếp xúc loại n (lithium) được khuếch

ISBN: 978-604-82-1375-6

149


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

tán dày 0,46 mm được nuôi với điện cực dương. Mặt trong hốc là lớp tiếp xúc loại p (boron) có bề dày 3,10-3
mm nối điện cực âm.
Hệ phổ kế được ghép nối với máy tính thông qua cổng cáp, việc ghi nhận và xử lý phổ kế gamma được
thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng Genie 2000 3.2.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp có thể ghi nhận các tia
gamma có năng lượng từ khoảng 40 keV – 10 MeV.
Trong công trình này, chúng tôi sử dụng chương trình mô phỏng MCNP5 của phòng thí nghiệm Los
Alamos, Mỹ để mô phỏng đầu dò này. Tập tin đầu vào được mô tả dựa trên thông tin cấu trúc hình học và vật
liệu tham khảo từ nhà sản xuất đã mô tả ở trên. Từ mô hình xây dựng được chúng tôi sử dụng công cụ đồ họa
của MCNP để vẽ lại cấu hình của hệ vừa mô tả. Hình 1 và hình 2 minh họa cấu hình của đầu dò đang khảo sát và
hệ che chắn buồng chì được vẽ bằng MCNP5. Việc kiểm tra độ tin cậy của chương trình mô phỏng được thực
hiện bằng cách so sánh hiệu suất có được từ mô phỏng với hiệu suất thực nghiệm tính toán được từ phổ năng
lượng đo đạc được của các nguồn chuẩn điểm trên hệ phổ kế này.
Hiệu suất thực nghiệm cần xác định ở đây là hiệu suất đỉnh được định nghĩa:
E 

S
Abt

trong đó, S là số đếm diện tích đỉnh toàn phần đã hiệu chỉnh thời gian chết, A là hoạt độ của nguồn phóng xạ ở
thời điểm đang đo; b là xác suất phát gamma; và t là thời gian đo.
Kết quả tính toán hiệu suất thực nghiệm và mô phỏng tại tâm trục ở khoảng cách 25 cm so với mặt đầu dò
đối với các nguồn chuẩn điểm Eckert & Ziegler Co-57, Co-60, Na-22, Cs-137, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133,
Am-241 được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. So sánh hiệu suất thực nghiệm và mô phỏng ở khoảng cách 25cm so với mặt đầu dò
Năng lượng
(keV)

Hiệu suất thực
nghiệm (εtn)

Hiệu suất mô
phỏng (εmp)

Tỉ số
(εmp/ εtn)

122,0614

2,43E-03

2,38E-03

0,98

136,4743

2,40E-03

2,35E-03

0,98

1173,228

5,12E-04

5,17E-04

1,01

1332,5

4,59E-04

4,71E-04

1,03

Na-22

1274,537

4,71E-04

4,88E-04

1,04

Cs-137

661,657

7,84E-04

8,02E-04

1,02

Mn-54

834,838

6,55E-04

6,71E-04

1,02

Cd-109

88,04

2,33E-03

2,26E-03

0,97

Zn-65

1115,546

5,26E-04

5,39E-04

1,03

276,4

1,59E-03

1,63E-03

1,03

302,85

1,49E-03

1,52E-03

1,02

356,02

1,30E-03

1,33E-03

1,03

383,85

1,20E-03

1,25E-03

1,04

59,54

1,53E-03

1,62E-03

1,05

Tên nguồn
Co-57

Co-60

Ba-133

Am-241

Từ kết quả bảng 1, ta thấy rằng các số liệu về hiệu suất thu được bằng chương trình MCNP là phù hợp với
các số liệu thu được từ thực nghiệm (tỉ số là trên 0,9). Đây là một kết quả rất tốt, kết quả này đạt được chính là
nhờ sự tính toán mô phỏng chính xác của chương trình MCNP cũng như sự mô tả hình học của hệ đo một cách
chi tiết và tỉ mỉ của người sử dụng. Kết quả này cho thấy chương trình mô phỏng mà chúng tôi xây dựng dựa
trên mã nguồn MCNP5 là đủ tin cậy cho phép chúng ta tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của mật độ, thành phần hình
học mẫu trụ lên hiệu suất đầu dò.

ISBN: 978-604-82-1375-6

150


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 1. Mô hình mô phỏng hệ đầu dò và buồng chì vẽ
bằng chương trình MCNP5

Hình 2. Mô hình mô phỏng cấu trúc đầu dò HPGe
GC3520 bằng chương trình MCNP5

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đầu tiên, chúng tôi sử dụng mô hình hệ phổ kế mô phỏng được đánh giá ảnh hưởng của thành phần mẫu
lên hiệu suất đỉnh bằng việc khảo sát hiệu suất ghi nhận được của đầu dò đối với mẫu đạng trụ có bán kính 3,575
cm, mật độ của mẫu 1,52 g/cm3 độ cao mẫu 3 cm với các thành phần của mẫu khác nhau. Hình 3 trình bày kết
quả so sánh dạng phổ hiệu suất toàn phần theo thành phần vật liệu mẫu đất khác nhau [6]. Bảng 2 trình bày kết
quả so sánh giá trị hiệu suất mô phỏng thay đổi theo thành phần vật liệu mẫu tương ứng và đánh giá tỉ lệ giữa
hiệu suất mô phỏng đối với mẫu đất khác so với đất loại Dirt1.
Từ bảng 2 và hình 3, ta thấy rằng với cùng bán kính, mật độ, độ cao như nhau mà thành phần của mẫu đất
khác nhau thì hiệu suất khác nhau, đặc biệt ở vùng năng lượng thấp dưới 100 keV thì có sự khác nhau tương đối
lớn về hiệu suất. Đối với năng lượng trên 100 keV thì hiệu suất với các thành phần đất khác nhau là khác nhau
không đáng kể. Nguyên nhân của sự khác nhau về hiệu suất là do với các loại đất khác nhau thì thành phần, phần
trăm của các nguyên tố trong các mẫu đất khác nhau dẫn đến điện tích hiệu dụng (Z) của các mẫu đất khác nhau.
Như đã biết, hiệu ứng quang điện xảy ra nhiều ở vùng năng lượng thấp và tỉ lệ thuận với Z4,5 [5] do đó dẫn đến
hiệu suất ghi nhận có sự thay đổi lớn ở vùng năng lượng này khi thành phần vật liệu mẫu thay đổi.
Bảng 2. So sánh hiệu suất theo thành phần vật liệu mẫu khác nhau với mẫu hình học dạng trụ
Năng
lượng
(keV)
40

Dirt1(1)

Dirt2(2)

Dirt4(3)

Us(4)

Wester(5)

(2)/(1)

(3)/(1)

(4)/(1)

(5)/(1)

7,94E-04

8,58E-04

5,93E-04

7,10E-04

9,87E-04

-7,95

25,42

10,66

-24,20

60

4,29E-03

4,46E-03

3,64E-03

4,06E-03

4,74E-03

-3,92

15,22

5,40

-10,44

80

6,25E-03

6,37E-03

5,84E-03

6,13E-03

6,51E-03

-1,81

6,58

1,94

-4,16

100

7,32E-03

7,40E-03

7,10E-03

7,27E-03

7,47E-03

-1,01

3,05

0,70

-1,99

120

7,44E-03

7,49E-03

7,33E-03

7,43E-03

7,52E-03

-0,67

1,44

0,14

-1,06

140

7,22E-03

7,26E-03

7,18E-03

7,23E-03

7,26E-03

-0,50

0,60

-0,15

-0,58

300

4,49E-03

4,50E-03

4,51E-03

4,51E-03

4,49E-03

-0,21

-0,45

-0,43

0,05

600

2,59E-03

2,59E-03

2,60E-03

2,60E-03

2,59E-03

-0,15

-0,44

-0,36

0,08

800

2,03E-03

2,04E-03

2,04E-03

2,04E-03

2,03E-03

-0,13

-0,39

-0,32

0,08

1500

1,31E-03

1,31E-03

1,31E-03

1,31E-03

1,31E-03

-0,10

-0,29

-0,24

0,06

Độ sai biệt %

Hiệu suất

ISBN: 978-604-82-1375-6

151


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 3. So sánh phổ hiệu suất theo thành phần vật liệu mẫu
Kế tiếp chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của mật độ mẫu lên hiệu suất đối với mẫu dạng trụ có bán kính
3,575 cm, độ cao mẫu 3 cm, với các mật độ khác nhau từ 1,2 g/cm3 đến 2 g/cm3. Bảng 3 trình bày kết quả so
sánh giá trị hiệu suất/ khối lượng của các mật độ khác nhau.
Bảng 3. So sánh giá trị hiệu suất/ khối lượng với các mật độ khác nhau
Năng
lượng
(keV)
40

1,2

1,4

1,6

1,8

2

5,96E-06

4,71E-06

3,82E-06

3,17E-06

2,68E-06

60
80
100
120
140
300

3,08E-05
4,38E-05
5,19E-05
5,24E-05
5,09E-05
3,12E-05

2,51E-05
3,60E-05

4,28E-05
4,34E-05
4,21E-05
2,60E-05

2,10E-05
3,03E-05
3,61E-05
3,66E-05
3,55E-05
2,21E-05

1,79E-05
2,59E-05
3,10E-05
3,14E-05
3,05E-05
1,91E-05

1,54E-05
2,24E-05
2,69E-05
2,74E-05
2,66E-05
1,67E-05

600
800
1500

1,78E-05
1,39E-05
8,94E-06

1,49E-05
1,17E-05
7,55E-06

1,28E-05
1,00E-05
6,50E-06

1,11E-05
8,74E-06
5,70E-06

9,78E-06
7,71E-06
5,05E-06

Mật độ mẫu (g/cm3)

Hình 4. So sánh đường cong hiệu suất/khối lượng
theo mật độ mẫu (g/cm3) với năng lượng từ
40-120keV
ISBN: 978-604-82-1375-6

Hình 5. So sánh đường cong hiệu suất / khối lượng theo
mật độ mẫu (g/cm3) với năng lượng từ 140-1500keV

152


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Từ bảng 3, hình 4 và 5 cho thấy đối với hình học mẫu dạng trụ có cùng độ cao, cùng bán kính và thành
phần vật liệu mẫu như nhau, khi mật độ của các mẫu khác nhau thì hiệu suất tính trong một đơn vị khối lượng
ghi nhận được là khác nhau. Hiệu suất/khối lượng của mẫu đạt cực đại ở mật độ mẫu là 1,6 g/cm3. Điều này
được giải thích là do trong một đơn vị khối lượng, mật độ tăng thì lượng chất phóng xạ tăng nên khả năng ghi
nhận số đếm phóng xạ tăng lên. Tuy nhiên khi mật độ tăng lên quá một giá trị giới hạn tùy theo năng lượng của
mình, bức xạ gamma có khả năng xuyên sâu khác nhau, đến một lúc nào đó lượng gamma truyền qua sẽ ít dần
do sự tự hấp thu bởi khối vật chất dày đặc và dẫn tới hiệu suất giảm đi. Ngoài ra từ kết quả trên cũng cho thấy ở
vùng năng lượng quá thấp dưới 40 keV hay năng lượng cao hơn 1500 keV, cực đại của hiệu suất/khối lượng
không thất rõ khi thay đổi mật độ. Điều này được giải thích là do khi tia gamma năng lượng quá thấp chỉ có lớp
phóng xạ dưới đáy mẫu (gần mặt đầu dò) được ghi nhận và hiệu ứng tăng chất phóng xạ khi mật độ tăng không
rõ nét. Ở vùng gamma năng lượng cao khả năng xuyên sâu qua một bề dày vật chất hữu hạn là lớn do đó ảnh
hưởng của hiệu ứng mật độ cũng không đáng kể.
Tiếp đến, chúng tôi khảo sát sự thay đổi của hiệu suất theo độ cao mẫu với hình học mẫu trụ có bán kính
3,575cm mật độ của mẫu 1,52g/cm3 với thành phần mẫu Dirt1. Bảng 4 trình bày sự so sánh kết quả tính toán mô
phỏng giá trị hiệu suất đối với các mẫu dạng trụ đã nói có độ cao khác nhau từ 2cm đến 4cm. Hình 6 biểu diễn
đồ thị đường cong hiệu suất theo năng lượng với các độ cao mẫu (cm) khác nhau ở bảng 4.
Bảng 4. So sánh giá trị hiệu suất đối với các mẫu có độ cao khác nhau
Năng
lượng
(keV)
40
60
80
100
120
140

300
600
800
1500

Độ cao mẫu
2cm
1,00E-03
5,18E-03
7,50E-03
8,75E-03
8,87E-03
8,60E-03
5,30E-03
3,03E-03
2,37E-03
1,51E-03

2,5cm
8,63E-04
4,59E-03
6,68E-03
7,81E-03
7,93E-03
7,69E-03
4,77E-03
2,74E-03
2,15E-03
1,38E-03

3,0cm
7,54E-04
4,11E-03
5,99E-03
7,03E-03
7,14E-03
6,93E-03
4,32E-03
2,50E-03
1,96E-03
1,26E-03

3,5cm
6,67E-04
3,70E-03
5,42E-03
6,37E-03
6,48E-03
6,30E-03
3,94E-03
2,29E-03
1,80E-03
1,16E-03

1.00E-02
9.00E-03
8.00E-03
7.00E-03
6.00E-03
5.00E-03

4.00E-03
3.00E-03
2.00E-03
1.00E-03
0.00E+00

4,0cm
5,97E-04
3,36E-03
4,93E-03
5,81E-03
5,92E-03
5,75E-03
3,62E-03
2,11E-03
1,67E-03
1,08E-03

Hiệu suất

2
2.5
3
3.5
4

0

500

1000

1500

E (keV)
Hình 6. So sánh đường cong hiệu suất theo năng lượng với các độ cao mẫu (cm) khác nhau
Dựa vào đồ thị hình 6 ta thấy rằng với cùng bán kính và mật độ mẫu như nhau, khi độ cao mẫu khác nhau
thì hiệu suất khác nhau. Với các mẫu có độ cao càng thấp thì hiệu suất càng cao. Nguyên nhân là do ảnh hưởng
của sự tự hấp thụ trong mẫu. Với các mẫu có độ cao càng lớn thì sự tự hấp thụ xảy ra trong mẫu lớn đặc biệt với
tia gamma ở vùng năng lượng thấp dưới 100 keV. Đối với tia gamma năng lượng cao thì sự khác biệt không
đáng kể do khả năng xuyên sâu mạnh qua khỏi lớp vật chất mẫu và được ghi nhận bởi đầu dò.
Ngoài ra sự thay đổi của hiệu suất theo năng lượng đối với mẫu dạng trụ cũng giống như đối với nguồn
điểm, điểm cross-over của nó dao động quanh giá trị 120 keV như thường thấy trên đường cong hiệu suất theo
năng lượng đối với nguồn điểm.
ISBN: 978-604-82-1375-6

153


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
KẾT LUẬN
Trong công trình này, chúng tôi sử dụng chương trình MCNP5 để khảo sát sự ảnh hưởng của mật độ, thành
phần mẫu lên giá trị hiệu suất của hệ phổ kế gamma tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM. Đầu tiên, chúng tôi xác định độ tin cậy của chương trình mô phỏng bằng cách
so sánh hiệu suất ghi thực nghiệm và mô phỏng với các nguồn chuẩn điểm Eckert & Ziegler Co-57, Co-60, Na22, Cs-137, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133, Am-241. Kết quả so sánh cho thấy tỷ số giữa các giá trị hiệu suất
mô phỏng và thực nghiệm tại các mức năng lượng khác nhau đều cao hơn 0,9, do đó chương trình mô phỏng mà
chúng tôi xây dựng được dựa trên mã nguồn MCNP5 là đủ tin cậy để nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng
những vấn đề liên quan đến hệ phổ kế này. Từ đó, chúng tôi tiếp tục khảo sát hiệu suất đỉnh của đầu dò khi cho
mẫu dạng trụ, chiều cao 3 cm có mật độ giống nhau 1,52 g/cm3 nhưng thành phần mẫu khác nhau và khi các mẫu
có thành phần giống nhau, mật độ thay đổi 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2 g/cm3. Bên cạnh đó, hiệu suất ghi nhận đối với

mẫu đo ở mật độ cố định 1,52 g/cm3 nhưng độ cao thay đổi từ 2 đến 4 cm cũng được tiến hành khảo sát. Từ dữ
liệu khảo sát cho thấy ảnh hưởng của thành phần mẫu đến giá trị hiệu suất là lớn ở vùng năng lượng gamma thấp
do sự phụ thuộc của tiết diện tương tác quang điện theo giá trị lũy thừa bậc  5 của Z. Kết quả khảo sát ảnh
hưởng của mật độ lên hiệu suất cho thấy hiệu suất riêng trong một đơn vị khối lượng đạt giá trị cực đại khi mật
độ có giá trị 1,6 g/cm3 đối với miền năng lượng tia gamma trên 40 keV. Ngoài ra kết quả đánh giá ảnh hưởng của
chiều cao mẫu do sự tự hấp thụ xảy ra trong mẫu cho thấy đối với gamma năng lượng thấp hiệu ứng chiều cao
cũng bị ảnh hưởng đáng kể. Các kết quả này là những dữ kiện tốt cho người làm thực nghiệm phân tích hoạt độ
trên hệ phổ kế gamma phông thấp cần chú ý đến những hiệu chỉnh cần thiết khi sử dụng các tia gamma năng
lượng thấp dưới 100 keV trong đánh giá hoạt độ phông thấp của mẫu môi trường.
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn đến Đại học Quốc gia Thành phố Hố Chí Minh đã tài
trợ kinh phí cho dự án phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân nơi chúng tôi đang làm việc và thực hiện thí nghiệm
trên hệ phổ kế HPGe trong công trình này.

STUDY OF THE INFLUENCE OF SAMPLE MATERIAL ON PEAK EFFICIENCY OF
HPGE DETECTOR GC3520 BY SIMULATION USING MCNP CODE
Vu Ngoc Ba, Truong Huu Ngan Thy, Huynh Thi Yen Hong, Truong Thi Hong Loan
Nuclear Technique Laboratory, University of Science, VNU – HCM
Email:
ABSTRACT
In this work, the influence of density, composition of sample on peak efficiency of HPGe detector
GC3520 were studied by using MCNP5 code of the Los Alamos Laboratory. The environmental
samples were homogeneously filled in cylindrical beaker for the sample height of 3 cm. The peak
efficiencies of detector were evaluated under samples of the same density of 1.52 g/cm3 with different
sample compositions and the same sample composition with the different densities of 1.2, 1.4, 1.6, 1.8
and 2 g/cm3. Besides, the samples with the same density of 1.52 g/cm 3 and the different heights from
2 to 4 cm were also surveyed. From the obtained data, the dependence of the peak efficiency curves
according to the sample densities, compositions were evaluated. With these results, the geometry
optimization for analysis using the spectrometer will be surveyed.
Key works: HPGe detector GC3520, peak efficiency, MCNP, geometry optimization
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Seppo Klemola, Optimization of sample geometries in low-level gamma spectroscopy, Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A 369 (1996) 578-581.
[2]. M. Barrera, I. Ramos-Lerate, R.A. Ligero, M. Casas-Ruiz, Optimization of sample height in cylindrical
geometry for gamma spectrometry measurements, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A 421 (1999) 163-175.
[3]. Z.B. Alfassia, F. Groppib, An empirical formula for the efficiency detection of Ge detectors for
cylindrical radioactive sources, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 574 (2007)
280-284.
[4]. Detector specification and performance data, Canberra, (2012).
[5]. K. Debertin and R.G. Helmer, Gamma and X ray spectrometry with semiconductor detectors, North
Holland, (1988), 31-32.
[6]. Canberra Industries, Inc., Genie 2000 version 3.3- Customization Tools Manual, Canberra Industries,
Inc., USA, (2009) 586-589.

ISBN: 978-604-82-1375-6

154