Luận văn tốt nghiệp: Đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần bằng phương pháp Monte Carlo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ ------------------------------ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: GVHD: ThS. Trần Thiện Thanh SVTH: Trương Nhật Huy -------------------------------TP.HỒ CHÍ MINH-2010 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này, em xin cảm ơn quý thầy đã giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm cũng như quá trình xử lý kết quả. Do thời gian làm luận văn chỉ trong vòng 5 tháng nên nếu không có sự giúp đỡ của quý thầy chắc là luận văn này không hoàn thành được. Đặc biệt em xin gửi đến ThS. Trần Thiện Thanh giảng viên Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý và VLKT, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, lời cảm ơn chân thành. Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn em rất chi tiết về đề tài, chỉ bảo em trong quá trình làm thực nghiệm cũng như là cùng em giải quyết các vấn đề khó khăn gặp phải. Quá trình được thầy hướng dẫn em đã học hỏi được rất nhiều điều mới, những vấn đề hay và có những định hướng cho tương lai. Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn quý thầy: ThS. Hoàng Đức Tâm: Phó trưởng Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM. Thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình em thực hành trên hệ phổ kế gamma phông thấp. Chỉ dạy em tận tình phần mềm xử lý phổ Maestro-32 cũng như tạo điều kiện tốt nhất để em làm luận văn này. Thầy Trịnh Hoài Vinh: Trưởng PTN Hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM. Thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình em thực hành trên hệ phổ kế gamma phông thấp. TS Nèstor Cornejo Dìaz và TS Miguel Jurado Vargas: hai tác giả của chương trình DETEFF được sử dụng trong luận văn này. Hai tác giả đã giúp đỡ em trong quá trình mô phỏng đầu dò và nguồn chính xác nhất . Em muốn nói lời cảm ơn đến gia đình, luôn động viên, tiếp thêm sức mạnh cho em và các bạn của em đã sát cánh, cổ vũ em trên con đường tri thức. Chân thành cảm ơn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu  p :hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần t :hiệu suất tổng N p :diện tích đỉnh NT :diện tích tổng A: hoạt độ tại thời điểm đo(Bq) Các chữ viết tắt Rt : tốc độ phân rã tại thời điểm t R0: tốc độ phân rã tại thời gian lúc đầu  :góc khối giữa nguồn và đầu dò I :xác suất phát gamma t: thời gian đo(s) ADC: Bộ biến đổi tương tự - số (Analog-to-Digital Converter) AvgCETZ: số đếm trung bình DETEFF: DETector EFFiciency FEPE: hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần (Full Energy Peak Efficiency) HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium) HSMP: hiệu suất mô phỏng HSTN: hiệu suất thực nghiệm LK HSTN: làm khớp giá trị hiệu suất thực nghiệm MCA: Máy phân tích đa kênh (Multi Channel Analyzer) P/T: tỉ số hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần trên hiệu suất tổng (Peak to total) MỞ ĐẦU Ngày nay hệ phổ kế gamma được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong việc xác định hoạt độ của các nguyên tố quan tâm trong các mẫu môi trường. Khi sử dụng hệ phổ kế gamma thì hai yếu tố cần được quan tâm là hiệu suất của đầu dò và độ nhạy của hệ phổ kế. Về độ nhạy của hệ phổ kế đã được tối ưu bởi các đặc trưng của buồng chì và các yếu tố khác trong quá trình thiết kế. Vấn đề còn lại là việc xác định hiệu suất của đầu dò tại thời điểm đo mẫu. Vì trong quá trình sử dụng thì bề dày lớp chết sẽ dày lên so với bề dày mà nhà sản xuất cung cấp lúc ban đầu và làm giảm hiệu suất của đầu dò [6], [9]. Có nhiều phương pháp để nghiên cứu hiệu suất của đầu dò như phương pháp thực nghiệm, bán thực nghiệm và phương pháp mô phỏng. Phương pháp đươc sử dụng ở luận văn này là sự kết hợp của việc đo thực nghiệm với việc mô phỏng áp dụng phương pháp Monte Carlo. Nhằm đánh giá lại hiệu suất của đầu dò sau một quá trình sử dụng. Nội dung được trình bày trong luận văn này gồm 3 chương:  Chương 1: Trình bày về các loại hiệu suất đầu dò, đặc biệt là hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần và các yếu tố ảnh hưởng lên hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần.  Chương 2: Giới thiệu về phương pháp mô phỏng Monte Carlo và chương trình DETEFF [4]. Trình bày các tương tác của gamma với vật chất được mô phỏng trong chương trình DETEFF cũng như cách sử dụng chương trình.  Chương 3: Giới thiệu về hệ phổ kế gamma tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Tp.HCM, được dùng trong luận văn này. Các bảng số liệu, đồ thị so sánh đường cong hiệu suất thực nghiệm, mô phỏng trước và sau khi thay đổi thông số đầu dò. Từ đó rút ra các kết luận về các thông số kỹ thuật hiện nay của đầu dò. CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT VỀ HIỆU SUẤT CỦA ĐẦU DÒ 1. 1. Giới thiệu về đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe Đầu dò thường được sử dụng hiện nay là đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có độ nhạy và độ phân giải rất cao. Do lượng tử gamma không mang điện và không gây ion hóa hoặc kích thích vào vật liệu làm đầu dò. Cho nên khi ghi nhận phổ gamma thì đầu dò được chia làm hai phần:  Thứ nhất, nó hoạt động như một bộ chuyển đổi trung bình mà tại đó các lượng tử gamma có xác suất tương tác trung bình sinh ra một hay nhiều electron nhanh.  Thứ hai, nó hoạt động như thiết bị ghi nhận chuyển đổi electron nhanh thành những tín hiệu điện. Mọi tương tác xảy ra trong đầu dò có tạo ra xung điện đều có biên độ tỉ lệ thuận với năng lượng của tương tác đó. Cách thông thường để thể hiện thông tin của xung là phân bố độ cao xung vi phân. Sử dụng hệ trục tọa độ Descartes bao gồm:  Trục hoành là vi phân biên độ dH. Trục hoành có đơn vị là biên độ xung  Trục tung được biểu thị bởi vi phân của số đếm xung dN quan sát được với biên độ trong khoảng vi phân dH tương ứng, ký hiệu dN/dH. Trục tung có đơn vị là nghịch đảo của biên độ xung. Số xung mà biên độ nằm trong khoảng hai giá trị đặc biệt H1 và H2 có thể nhận được bằng cách lấy tích phân của diện tích dưới phân bố được giới hạn giữa chúng. NH1 nguon tai.lieu . vn