Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu khả năng ứng dụng của AASI (Advance Alpha-spectrometric Simulation)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: SVTH: LÂM THU VĂN GVHD: ThS. LÊ CÔNG HẢO ------------------------------TP.Hồ Chí Minh, 2010 Lời cảm ơn Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, em được sự giúp đỡ rất nhiều từ các giáo viên trong bộ môn và các bạn cùng khóa học. Em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến: Quý thầy cô khoa Vật lý, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân, đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức chuyên ngành hữu ích. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Công Hảo – giảng viên trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình và thầy phản biện đã dành thời gian quí báu đọc và đóng góp ý kiến cho luận văn được hoàn thành tốt hơn. Những người thân trong gia đình luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Xin cảm ơn các bạn cùng lớp luôn đồng hành với mình trong thời gian học tập tại trường cũng như trong quá trình làm luận văn. Ngoài ra, em cũng xin cám ơn những người góp sức xây dựng thành công chương trình AASI này. Sau cùng, em xin chúc sức khỏe, bình an và may mắn đến tất cả các quý thầy cô, gia đình và các bạn. Sinh viên thực hiện Lời nói đầu Hiện nay, phương pháp Monte Carlo được ứng dụng rộng rãi trong việc mô hình hóa các thiết bị và mô phỏng các quá trình phức tạp trong hầu hết mọi lĩnh vực của khoa học và kỹ thuật. Do đó, ngành vật lý hạt nhân cũng không ngoại lệ, nó được chứng minh là công cụ thích hợp để mô tả sự vận chuyển của hạt alpha, beta, quá trình tia gamma truyền trong vật chất, thậm chí với các dạng hình học phức tạp. Rất nhiều các bộ mã máy tính được phát triển nhằm phục vụ cho công việc mô phổng như các ứng dụng trong phép đo đạc, trong ngành vật lý hạt cơ bản và trong các lĩnh vực công nghiệp. Cấp độ tinh vi khác nhau giữa các bộ mã, kể cả các bộ mã đơn giản nhất đều dựa trên hiện tượng tán xạ của Rutherford và Compton, sự hấp thụ quang điện, sự chuyển động chậm dần của các hạt mang điện, khi đó kết quả thu được mới có thể chấp nhận. Phép đo đạc phổ alpha là một phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi trong việc khảo sát hoạt độ phóng xạ trong môi trường. Hoạt độ của các mẫu thấp đòi hỏi thời gian đo dài và khoảng cách giữa nguồn và mẫu (SDD) nhỏ. Tuy nhiên, SDD nhỏ có thể gây ra hiện tượng trùng phùng, tức là sự phát hạt alpha nào đó với một hạt phát ra tiếp theo từ hạt nhân con cháu xảy ra gần như đồng thời. Ngoài ra, công tác thiết kế kỹ thuật chuẩn bị mẫu một cách cẩn thận là điều cần thiết, bởi vì các hạt alpha mất dần năng lượng khi chúng truyền đi trong vật chất. Sự mất năng lượng sẽ dẫn đến sự suy giảm phẩm chất phổ thông qua sự mở rộng đỉnh. Do đó, hiệu ứng chồng chập phổ sẽ tăng khi SDD giảm. Việc mô phổng được sử dụng để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hiện tượng khác nhau lên chất lượng phổ. Kết quả là các yếu tố quan trọng nhất được chọn ra và sự thiết lập các phép đo được xem là tối ưu. Không chỉ thế, các tính chất chưa được biết của nguồn, chẳng hạn như mật độ nguồn (hoặc bề dày nguồn), hay các tính chất của hạt phát ra từ nguồn, đều có thể được xác định được. Điều này quan trọng đối với mẫu được xử lí bằng phương pháp hóa phóng xạ. Có nhiều bộ chương trình mô phổng Monte Carlo, như bộ chương trình TRIM, dãy phần mềm GEANT, hay bộ MCNP, đều thích hợp trong việc mô phổng tính chất của hạt alpha trong môi trường. Bộ mã Monte Carlo mới hiện nay là AASI (Advance Alpha-spectrometric Simulation), được xây dựng để mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha. Đây là một bộ chương trình mô phổng được thiết kế toàn diện trong đó bao gồm tất cả các quá trình chủ yếu ảnh hưởng lên phổ năng lượng. Các loại mẫu khác nhau (hạt son khí, mẫu dày, mẫu không đồng nhất, …) đều mô phổng được. Hiện tượng trùng phùng được tính toán bằng cách sử dụng dữ liệu phân rã của từng hạt nhân được lưu trong một tệp hồ sơ đã chuẩn bị sẵn bằng ngôn ngữ kí hiệu mở rộng, XML. Bộ mã không những được sử dụng trong việc mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha phát ra từ mẫu môi trường, mà nó còn được sử dung trong nhiều ứng dụng khác. Thời gian chạy điển hình trên máy tính Pentium 1.6Ghz thay đổi từ vài giây tới 2 phút, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vấn đề đang mô phổng. Bộ mã chương trình được viết theo ngôn ngữ lập trình Fortran 95. Tuy nhiên ở nước ta hiện, phần mềm này chưa được phổ biến. Vì thế trong bài luận văn này, em xin trình bày hai vấn đề, thứ nhất là giới thiệu về cách sử dụng phần mềm AASI; thứ hai là so sánh phổ thu được từ mô phổng với phổ thu được từ thực nghiệm đo đạc, kiểm tra xem hai kết quả này khớp với nhau ở mức độ nào, từ đó có thể khai thác sử dụng cũng như mở rộng khả năng ứng dụng của phần mềm trong mô phổng phổ alpha. Với những điều đã nói ở trên, luận văn sẽ có nội dung như sau:  Chương 1: Tổng quan về hạt alpha  Chương 2: Giới thiệu về hệ đo Alpha Analyst  Chương 3: Giới thiệu về phần mềm mô phổng AASI  Chương 4: Các kết quả thực nghiệm mô phổng và sự so sánh CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HẠT ALPHA [1], [2], [3], [4] 1.1 Khái niệm hạt alpha Hạt Alpha hay tia alpha là một dạng của phóng xạ. Đó là hạt ion hóa cao và khả năng đâm xuyên thấp. Hạt alpha gồm hai proton và hai neutron liên kết với nhau thành một hạt giống hệt hạt nhân nguyên tử hellium, do đó, hạt alpha có thể được viết là He2+. Hạt alpha xuất hiện trong phân rã của hạt nhân phóng xạ như là uranium, radium, … trong một quá trình gọi là phân rã alpha. Sự phân rã làm hạt nhân ở trạng thái kích thích và trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát tia gamma. 1.2 Sự phân rã alpha Xảy ra khi hạt nhân phóng xạ có tỉ số N quá thấp. Khi phân rã alpha, hạt nhân ban đầu AX chuyển thành hạt nhân A4 Y và phát ra hạt alpha. AX  A4Y  4He (1.1) Về quan hệ khối lượng, phân rã alpha thỏa mãn điền kiện sau đây: Mm  Mc  m  2me Q (1.2) trong đó Mm , Mc , m và me tương ứng là khối lượng các nguyên tử mẹ, nguyên tử con, hạt nhân alpha và hạt electron. Q là khối lượng tương đương với năng lượng tổng cộng giải phóng khi phân rã, bằng tổng động năng của hạt nhân con và hạt alpha. Hai hạt electron quỹ đạo bị mất đi khi hạt nhân mẹ phân rã ra hạt nhân con có số nguyên tử thấp hơn. Hạt alpha phát ra với năng lượng cố định và suất ra cố định. Ví dụ như quá trình phân rã của 226Ra  222Rn  4He, gồm hai nhánh phát alpha, nhánh thứ nhất với hạt alpha năng lượng 4,602 MeV, suất ra 5,5% và nhánh thứ hai với hạt alpha năng lượng 4,785 MeV, suất ra 94,4%. Hạt nhân 222Rn sau phân rã theo nhánh thứ nhất nằm ở trạng thái kích thích và tiếp tục phân rã gamma để chuyển về trạng thái cơ bản. Hạt nhân 222Rn sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm ở trạng thái cơ bản. ... - tailieumienphi.vn