Luận văn Mô phỏng monte carlo và kiểm chứng thực nghiệm phép đo chiều dày vật liệu đối với hệ chuyên dụng MYO-101

rị của sai số tương đối R chỉ liên quan đến độ chính xác của phương pháp Monte Carlo chứ không phải là độ chính xác của phương pháp mô phỏng so với kết quả thực nghiệm. Bảng 2.2. Các đánh giá sai số tương đối R trong MCNP Giá trị R Đặc trưng của đánh giá > 0,5 Không có ý nghĩa 0,2 - 0,5 Có thể chấp nhận trong một vài trường hợp 0,1 - 0,2 Chưa tin cậy hoàn toàn < 0,1 Tin cậy (ngoại trừ đối với detector điểm hay vòng) < 0,05 Tin cậy đối với cả detector điểm hay vòng Đối với phương pháp Monte Carlo có ba yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết qủa so với giá trị vật lý thực nghiệm: chương trình tính, mô hình bài toán và người sử dụng. Các yếu tố chương trình tính gồm: các đặc trưng vật lý trong bài toán, các mô hình toán học, tính chính xác của số liệu sử dụng trong chương trình: tiết diện phản ứng, khối lượng nguyên tử,... Mô hình bài toán có ảnh hưởng quan trọng đến độ chính xác của kết quả. Người sử dụng phải hiểu rõ chương trình [17], [11]. 2.4. Phương pháp Monte Carlo trong mô phỏng tương tác của photon với vật chất của chương trình MCNP [17]. Phương pháp Monte Carlo cho phép mô phỏng lần lượt từng photon riêng biệt đi xuyên qua thể tích hoạt động của detector. Các đại lượng vật lý tuân theo quy luật thống kê được lấy mẫu tương ứng theo một hàm phân bố xác suất thích hợp. Chẳng hạn, trong trường hợp nguồn điểm, hướng và điểm tới của tia gamma trên bề mặt detector được xác định bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên từ phân bố đồng dạng. Điểm tương tác của tia gamma trong thể tích hoạt động của detector được xác định bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên từ phân bố hàm mũ theo cường độ tia gamma. Cường độ tia gamma trong môi trường được mô tả theo một hàm số phụ thuộc vào hệ số hấp thụ tuyến tính toàn phần tμ và bề dày lớp vật chất x. t-μ x0I = I e t tμ = Nσ t photoelectric Comtonp pair production Thomson scattσ = σ + σ + σ + σ Với: I: cường độ tia gamma tại độ sâu r bên trong thể tích hoạt động của detector I0: cường độ tia gamma tại bề mặt detector N: mật độ nguyên tử tσ : tiết diện tương tác hiệu dụng toàn phần Đặt R là số ngẫu nhiên thuộc khoảng (0,1) và thỏa mãn công thức: t t x -μ x 0 0 -μ x 0 0 I e dx R = I e dx    Suy ra: t 1 x = - ln(1- R) μ Nếu x lớn vượt quá kích thước giới hạn phần thể tích hoạt động của detector thì tia gamma được xem như không tương tác và thoát khỏi detector. Còn nếu x nhỏ hơn kích thước giới hạn thì tia gamma được xem như trải qua một tương tác. Sau đó bản chất của tương tác được xác định bằng cách lấy mẫu theo các tiết diện tương tác tương ứng với quá trình tương tác như hấp thụ quang điện, tán xạ Compton, tán xạ Thomson, hiệu ứng tạo cặp... Hướng và năng lượng của tia gamma tán xạ sau đó lại được xác định bằng việc lấy mẫu theo các hàm phân bố xác suất thích hợp. Các sản phẩm con cháu (quang electron, electron vỏ K, tia X của quá trình quang điện; electron và tia gamma tán xạ của quá trình tán xạ Compton; electron, positron và các photon hủy cặp của quá trình tạo cặp...) sẽ tiếp tục tương tác bên trong thể tích hoạt động của detector cho đến khi năng lượng tia gamma tới được hấp thụ toàn bộ hoặc hấp thụ một phần và một phần thoát khỏi thể tích hoạt động của detector. Phần năng lượng hấp thụ này sẽ được chuyển đổi thành xung điện áp với độ cao xung tỉ lệ tương ứng. Phân bố độ cao xung theo năng lượng hay còn gọi là phổ gamma mô phỏng được lấy ra bằng thẻ truy xuất kết quả F8 của chương trình MCNP. Ngoài ra do ảnh hưởng của ba hiệu ứng là sự dãn rộng thống kê số lượng các hạt mang điện, hiệu suất tập hợp điện tích và đóng góp của các nhiễu điện tử làm cho các quang đỉnh của phổ gamma thực nghiệm có dạng Gauss. Do đó trong quá trình mô phỏng gamma còn sử dụng lựa chọn GEB (Gaussian Energy Broadening) của thẻ FT8 trong chương trình MCNP. Khi đó phổ gamma mô phỏng phù hợp tốt hơn với phổ gamma thực nghiệm. Dựa trên cơ sở phổ gamma mô phỏng này hiệu suất tính toán của detector được xác định bằng cách lấy số photon đóng góp trong đỉnh năng lượng toàn phần chia cho số photon phát ra từ nguồn theo mọi hướng. 2.4.1. Mô hình tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Để mô hình quá trình tán xạ Compton điều cần thiết là phải xác định góc tán xạ  ( góc giữa phương chuyển động của photon với photon thứ cấp), năng lượng của photon thứ cấp E’ và động năng giật lùi của electron E – E’. Trong MCNP, tiết diện tán xạ vi phân được tính theo công thức: incσ (Z,α,ξ)dξ = I(Z,v)K(α,ξ)dξ 1 Compton scatt inc -1 σ = σ (Z,α,ξ)dξ Trong đó: 2 2 20 α' α' α K(α,ξ)dξ = πr ( ) ( + +ξ -1)dξ α α α' - công thức Klein – Nishina r0 = 2,817938.10 -13 (cm) – bán kính electron cổ điển.  và ' lần lượt là năng lượng của photon tới và photon thứ cấp tính bằng đơn vị 0,511 MeV ( 2 e E α = m c ), me là khối lượng electron, c là vận tốc ánh sáng, α α' = (1+α(1-ξ)) và ξ = cosθ . Thừa số hiệu chỉnh I(Z,v) sẽ làm giảm tiết diện vi phân Klein-Nishina (tính cho một electron) theo hướng về phía trước đối với photon có E thấp và vật liệu có Z cao. Hình 2.1 mô tả sự phụ thuộc của thừa số hiệu chỉnh I(Z,v) theo v. Đối với vật liệu có Z bất kỳ, thừa số hiệu chỉnh I(Z,v) sẽ tăng từ I(Z,0) = 0 đến I(0, ) = Z. Trong đó: 1 θ v = sin = kα 1-ξ λ 2 , -8 e10 m ck = h 2 =29,1445 cm-1. h = 6,625.10-34 J.s – hằng số Plăng. maxξ = -1 v = v = kα 2 = 41,2166α . Hình 2.1 . Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của I(Z,v) theo v. 2.4.2. Mô hình tán xạ Thomson (tán xạ kết hợp) Trong tán xạ Thomson, chỉ có hướng của photon tới thay đổi, còn năng lượng của nó không thay đổi. Để mô hình tán xạ Thomson người ta chỉ tính góc tán xạ θ và quá trình vận chuyển tiếp theo của photon tán xạ. Trong MCNP, tiết diện tán xạ vi phân được tính theo công thức: 2cohσ (Z,α,ξ)dξ = C (Z,v)T(ξ)dξ 1 Thomson scatt coh -1 σ = σ (Z,α,ξ)dξ Trong đó: 2 20T(ξ)dξ = πr (1+ξ )dξ độc lập với năng lượng photon tới. Thừa số hiệu chỉnh 2C (Z,v) sẽ làm giảm tiết diện tán xạ vi phân Thomson theo hướng tán xạ ngược đối với photon có E cao và vật liệu có Z thấp. Đối với vật liệu có Z bất kỳ, thừa số hiệu chỉnh C(Z,v) sẽ giảm từ C(Z,0) = Z đến C(Z, ) = 0. Giá trị của 2C (Z,v) tại v = kα 1-ξ được nội suy từ bảng các giá trị 2C (Z,v )i có trong thư viện tiết diện tương tác của chương trình MCNP. Hình 2.2. mô tả sự phụ thuộc của C(Z,v) theo v. Trong đó: 1 θ v = sin = kα 1-ξ λ 2 , -8 e10 m ck = h 2 =29,1445 cm-1. h = 6,625.10-34 J.s – hằng số Plăng. maxξ = -1 v = v = kα 2 = 41,2166α . Hình 2.2. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của C(Z.v) theo v. 2.4.3. Hiệu ứng quang điện Trong hiệu ứng quang điện, năng lượng E của photon tới bị hấp thụ, phát ra một vài photon huỳnh quang và làm bật ra một electron quỹ đạo có năng lượng liên kết e < E và truyền cho electron động năng E – e. Trong MCNP, hiệu ứng quang điện được mô tả theo một trong ba trường hợp như sau: - Không có photon huỳnh quang nào năng lượng lớn hơn 1 keV được phát ra. Trong trường hợp này chỉ có hiện tượng các electron chuyển mức liên tiếp để lấp đầy lỗ trống do electron quỹ đạo bị bật ra từ hiệu ứng quang điện hoặc hiệu ứng Auger. Vì không có photon huỳnh quang phát ra cho nên quá trình vận chuyển của photon được xem như kết thúc. - Có một photon huỳnh quang năng lượng lớn hơn 1keV được phát ra. Ở đây năng lượng photon huỳnh quang E' = E - (E - e) - e' = e - e' . E là năng lượng photon tới, (E - e) là động năng electron thoát, e' là phần năng lượng kích thích dư sẽ bị tiêu tán bởi các quá trình Auger tiếp theo và được mô hình hóa bằng mode p, e của chương trình MCNP. Các chuyển đổi trạng thái sơ cấp nhờ năng lượng kích thích dư e' sẽ đóng góp vào hiệu suất huỳnh quang toàn phần và phát ra các tia X. - Có hai photon huỳnh quang có thể được phát ra nếu năng lượng kích thích dư e' trong trường hợp (2) lớn hơn 1 keV. Electron có năng lượng liên kết e'' có thể lấp đầy lỗ trống trên quỹ đạo của electron có năng lượng liên kết e' và làm phát ra photon huỳnh quang thứ hai với năng lượng E'' = e' - e'' . Đến lượt mình năng lượng kích thích dư e'' cũng sẽ bị tiêu tán bởi các quá trình Auger tiếp theo và được mô hình hóa bằng mode p, e của chương trình MCNP. Các chuyển đổi trạng thái thứ cấp này xảy ra khi các electron ở những lớp cao hơn chuyển về lớp L. Do đó các chuyển đổi trạng thái sơ cấp K 1α hoặc K 2α sẽ để lại một lỗ trống ở lớp L. Mỗi photon huỳnh quang, phát ra trong các trường hợp (2) và (3) được giả thiết là đẳng hướng và tiếp tục vận chuyển nếu E', E'' >1 keV. Các năng lượng liên kết e, e' và e'' phải rất gần với mép hấp thụ tia X bởi vì tiết diện hấp thụ tia X thay đổi đột ngột tại các mép này. 2.4.4. Quá trình tạo cặp Hiệu ứng tạo cặp xảy ra khi photon có năng lượng E > 1,022 MeV đi ngang qua trường lực hạt nhân. Trong MCNP, hiệu ứng tạo cặp được mô tả theo một trong ba trường hợp sau: - Cặp electron – positron tạo thành sẽ tiếp tục di chuyển và mất dần năng lượng nhưng không phát ra các photon hủy. - Cặp electron – positron tạo thành với positron có động năng nhỏ hơn năng lượng kết thúc của electron sẽ không di chuyển và phát ra các photon hủy. - Cặp electron – positron tạo thành và phần năng lượng còn lại E – 2m0c 2 biến thành động năng cặp electron – positron được giữ lại tại điểm tương tác. Positron hủy với electron tại điểm tương tác và tạo ra hai photon có cùng năng lượng 0,511 MeV nhưng có hướng ngược nhau. CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG MONTE CARLO VÀ KIỂM CHỨNG THỰC NGHIỆM PHÉP ĐO CHIỀU DÀY VẬT LIỆU ĐỐI VỚI HỆ ĐO CHUYÊN DỤNG MYO-101 3.1. Mô tả hệ đo MYO-101 dùng trong thực nghiệm và mô phỏng [13]. Hệ đo chiều dày vật liệu nhẹ chuyên dụng MYO-101 được sử dụng trong luận văn thuộc phòng thí nghiệm của Trung Tâm Đào Tạo – Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, được NuTEC/JAEA, Nhật Bản viện trợ năm 2007. Để mô hình hoá hệ đo MYO-101 bằng chương trình MCNP, chúng ta cần tìm hiểu chi tiết cấu hình của hệ đo, vật liệu tương ứng, các thông số về mật độ, thành phần hoá học, nồng độ từng nguyên tố tham gia trong chất cấu thành vật liệu tương ứng, các đặc trưng của nguồn phóng xạ, quá trình tương tác của nguồn phóng xạ với vật liệu tán xạ, loại đánh giá cần xác định…. Các hiểu biết đầy đủ và chính xác về loại bài toán cần xác định như thế giúp người sử dụng xây dựng được tệp đầu vào của chương trình MCNP chính xác và thành công. Hệ đo MYO-101 gồm có các thành phần chính như sau: detector với tinh thể nhấp nháy YAP(Ce) (Yttrium Aluminum Perovskite with activated Cerium) và các thiết bị kèm theo gồm nguồn nuôi cao thế cho detector, bộ khuếch đại, tiền khuếch đại và tạo xung, khối đo và định thời gian; nguồn phóng xạ kín 241Am . Hệ đo chiều dày vật liệu MYO-101 được thể hiện trên hình 3.1. Hình 3.1. Hệ đo chiều dày vật liệu MYO-101. 3.1.1. Detector (Đầu dò) Detector với tinh thể nhấp nháy YAP(Ce), model S-2743, được thiết kế dùng ở đầu một loại ống nhân quang điện. Kích thước hình học của detector nhấp nháy được mô trình bày gồm các phần sau: - Detector có: Đường kính 81 mm Dài 335 mmm Vỏ bọc bên ngoài bằng Tungsten, dày 2 mm. - Chất nhấp nháy YAP(Ce) có: Đường kính ngoài 60 mm Đường kính trong 15 mm Bề dày 1 mm Cổng nhận tia tới bằng nhôm chiều dày 0,3 mm. 3.1.2. Nguồn phóng xạ Nguồn phóng xạ 241Am được sử dụng trong luận văn là nguồn kín có hoạt độ 370 MBq (370.106 Bq) với chu kì bán hủy 432,2 năm. Nguồn có dạng hình trụ đường kính 4,2 mm, chiều cao 5 mm, được bao phủ bên ngoài bởi lớp Tungsen và lớp thép với đường kính toàn phần lớp vỏ ngoài 8 mm; có cửa sổ beryllium dày 1mm. Nguồn 241Am phóng xạ gamma mềm có năng lượng 59,9 keV đặt cố định trong detector nhấp nháy YAP(Ce), được mô tả trên hình 3.3. Kích thước, hình học của nguồn 241Am được mô tả trên hình 3.2. Kích thước của nguồn được xác định theo thông tin của nhà sản xuất. Hình 3.2. Kích thước hình học của nguồn 241Am Hình 3.3. Nguồn 241Am được đặt cố định trong detector 3.2. Nguyên tắc đo [15]. Trong ứng dụng thực tế có nhiều yêu cầu cần xác định mật độ vật chất, bề dày, độ mòn... nhưng chỉ tiếp xúc được một phía của đối tượng. Trong các trường hợp như vậy, kỹ thuật hạt nhân sẽ sử dụng phương pháp tán xạ ngược bức xạ gamma để giải quyết bài toán một cách nhanh gọn và chính xác. Khi truyền qua vật chất, tia phóng xạ bị tán xạ khỏi hướng ban đầu. Tùy theo thành phần của vật liệu mà cường độ chùm tia tán xạ sẽ khác nhau. Như vậy nếu đo được cường độ của chùm tia tán xạ khi chùm tia gamma truyền qua vật chất ta có thể khảo sát thành phần, tính chất và kích thước của vật liệu. Trong phương pháp đo chiều dày của vật liệu dựa trên hiệu ứng gamma tán xạ ngược này nguồn phóng xạ gammma và detector ghi nhận bức xạ được bố trí cùng một phía so với đối tượng. Khi bức xạ từ nguồn phóng xạ đi vào đối tượng cần xác định sẽ gây ra các hiệu ứng chủ yếu: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. Vùng năng lượng bức xạ gamma mà chúng ta sử dụng trong hệ đo chuyên dụng MYO-101 (nguồn Am-241 có năng lượng 59,9 keV) là vùng năng lượng trung bình, đây là vùng năng lượng mà hiệu ứng tán xạ Compton xảy ra chiếm ưu thế. Sơ đồ khối của hệ đo được thể hình 3.7. Tuy nhiên giữa nguồn và detector được bố trí che chắn sao cho không có bức xạ trực tiếp phát ra từ nguồn đến detector mà detector chỉ ghi nhận các bức xạ tán xạ từ khối vật liệu cần khảo sát. Detector sẽ ghi nhận số đếm các bức xạ tán xạ theo những góc nhất định mà ta đã biết trước qua cách bố trí hệ đo. Vật liệu Nguồn Am-241 Tinh thể YAP(Ce) Hệ điện tử Hình 3.4. Sơ đồ khối của phương pháp đo tán xạ ngược. Theo lý thuyết tán xạ, với một chùm tia hẹp gamma đơn năng với cường độ ban đầu I0, sự thay đổi cường độ khi đi qua một lớp vật liệu mỏng có chiều dày khối dx bằng: dI = - μIdx (3.1) Từ (3.1) có thể viết phương trình: dI = - μdx I (3.2) Tích phân phương trình này từ 0 đến x ta được: -μx0I = I e (3.3) Như vậy, cường độ chùm tia gamma đã bị tán xạ là: -μxtx 0I = I (1 - e ) (3.4) Mặt khác, khi thực hiện thí nghiệm trong môi trường không khí nên có ảnh hưởng bởi phông tán xạ của môi trường với cường độ phông là Ip. Như vậy, khi tính đến sự ảnh hưởng phông của môi trường, cường độ I của gamma tán xạ là hàm của chiều dày khối x của vật liệu như sau:   p 0I x = I + I [1 - exp(-μx)] (3.5) Trong đó: Ip: là cường độ bức xạ tán xạ phông (khi không có vật liệu) 0I [1 - exp(-μx)] : là cường độ bức xạ tán xạ của vật liệu x: là chiều dày khối của vật liệu (g/cm2). : là hệ số hấp thụ khối của vật liệu (cm2/g). 1 2μ = μ + μ ( 1μ , 2μ là hệ số hấp thụ khối sơ cấp và hệ số hấp thụ khối thứ cấp của vật liệu) Để xác định cường độ bức xạ tán xạ, chúng ta dùng detector đo số đếm xung khi tăng dần bề dày các tấm vật liệu đặt sát bề mặt nguồn. Ưu điểm của phương pháp đo chiều dày vật liệu dựa trên hiệu ứng gamma tán xạ ngược là chỉ cần đo một phía của vật liệu (nguồn phóng xạ và đầu dò được bố trí cùng một phía) thuận lợi trong hệ thống băng chuyền công nghiệp, tốt với vật liệu nhẹ [12], [14]. 3.3. Các loại vật liệu nhẹ dùng đo gamma tán xạ [15]. Hệ đo chiều dày vật liệu MYO-101 dựa trên hiệu ứng gamma tán xạ ngược, với nguồn phóng xạ gamma mềm (năng lượng 59,9 keV) vật liệu được sử dụng đo chiều dày là các vật liệu nhẹ. Các tấm vật liệu chuẩn được sử dụng trong luận văn là: thép, nhôm, plastic, giấy viết màu trắng và giấy bìa màu vàng. Hình 3.8 mô tả các vật liệu chuẩn sử dụng trong luận văn. Các tấm vật liệu chuẩn có kích thước, bề dày và mật độ được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Kích thước, bề dày và mật độ của các tấm vật liệu STT Vật liệu Kích thước (cm2) Mật độ (g/cm3) Chiều dày (mm) Chiều dày khối (g/cm2) 1 Thép 10x10 7,86 0,100 0,07860 2 Nhôm 10x10 2,70 0,500 0,13500 3 Plastic 10x10 1,44 1,000 0,14400 4 Giấy bìa màu vàng 10x10 0,99 0,180 0,01783 5 Giấy viết màu trắng 10x10 0,93 0,102 0,00946 Hình 3.5. Các vật liệu nhẹ dùng đo gamma tán xạ ngược đối với hệ MYO-101 3.4. Mô phỏng hệ đo MYO-101 bằng chương trình MCNP Đối với mỗi tính toán MCNP cụ thể chúng ta cần cung cấp tệp các số liệu đầu vào chứa đựng thông tin liên quan đến thư viện các tiết diện và mô tả hình học vật lý của nguồn, detector và các vật liệu khác cũng như năng lượng của gamma... Bộ số liệu đầu vào này sẽ được đưa vào trong một input chuẩn của chương trình MCNP. Hệ cần mô phỏng được chia thành các ô (cell) đồng chất giới hạn bởi các mặt được định nghĩa trước. Mỗi ô thể hiện một thành phần của hệ đo. Ở trong luận văn này hệ đo MYO-101 được chia thành 23 ô và các ô được lấp đầy bằng các vật liệu tương ứng. Chi tiết được mô tả sau đây: Ô 1: lớp thép không gỉ làm giá đỡ cho detector Ô 2: lớp thép trong vỏ Tungsten Ô 3: tinh thể YAP Ô 4: không khí trước tinh thể Ô 5: cửa sổ bằng nhôm Ô 6: lớp vỏ Tungsten Ô 7: lớp vỏ Tungsten Ô 8: lớp không khí trước cửa sổ bằng nhôm Ô 9: lớp thép xung quanh nguồn Ô 10: lớp Tungsten xung quanh nguồn Ô 11: nguồn phóng xạ 241Am Ô 12: lớp thép xung quanh nguồn Ô 13: cửa sổ berryllium Ô 14: lớp thép xung quanh nguồn Ô 15: không khí trước nguồn Ô 16: vật liệu tán xạ Ô 17: khối chì trước vật liệu tán xạ Ô 18: khối chì trước vật liệu tán xạ Ô 19: bàn gỗ đặt hệ đo MYO-101 Ô 20: không khí trước detector Ô 21: không khí xung quanh trong phòng Ô 22: lớp bê tông của bức tường phòng thí nghiệm Ô 23: vùng không khí ngoài phòng thí nghiệm Tương ứng với 23 ô ở trên cần 48 mặt khác nhau để liên kết tạo thành 23 ô với độ quan trọng của các ô từ ô 1 đến ô 22 bằng 1 và ô 23 bằng 0 nghĩa là trong quá trình mô phỏng nếu có hạt nào ra ngoài không gian phòng thí nghiệm thì MCNP sẽ không theo dõi hạt này nữa. Hình 3.6 mô tả nguồn đặt cố định trong detector và hình 3.7 mô tả sơ đồ cắt dọc của hệ đo MYO-101 được mô phỏng bằng chương trình MCNP5. Một input điển hình của chương trình MCNP5 được xây dựng để mô phỏng hệ đo MYO-101 được trình bày trong phụ lục 2 [11], [17]. Hình 3.6. Nguồn 241Am được đặt cố định trong detector Hình 3.7. Sơ đồ cắt dọc của hệ gamma tán xạ ngược mô phỏng bằng MCNP (xz). 3.5. Xác định chiều dày bão hòa của một số vật liệu nhẹ. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm [7], [9]. 3.5.1. Xác định chiều dày trong thực nghiệm Để xác định chiều dày của mỗi loại vật liệu chuẩn, chúng ta lần lượt đặt các tấm vật liệu này đối diện và xuyên tâm so với nguồn Am241 (sát bề mặt nguồn). Sau đó đo số đếm xung khi tăng dần các tấm vật liệu của mỗi loại. Chiều dày của mỗi loại vật liệu này được tăng dần đến khi số đếm thu được không tăng nữa mà đạt giá trị bão hòa. Khi số đếm không tăng nữa ta xác định được chiều dày bão hòa của vật liệu tán xạ. Sự phụ thuộc của số đếm vào chiều dày khối của các vật liệu được trình bày ở phụ lục 1 và được xây dựng đồ thị bằng phần mềm ORIGIN mô tả ở hình 3.8. -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 200000 400000 600000 800000 1000000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) Thep Nhom Plastic Giay viet mau trang Giay bia mau vang Hình 3.8. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối của các loại vật liệu theo thực nghiệm. 3.5.2. Xác định chiều dày trong lý thuyết Khi tính toán lý thuyết mô phỏng bằng chương trình MCNP, với mô hình là một phần detector với tinh thể nhấp nháy YAP(Ce), hệ che chắn và vật liệu thực nghiệm sẽ được mô phỏng trong không gian là phòng chứa hệ thiết bị. Mỗi vật liệu sẽ được mô phỏng bằng một file input trong chương trình MCNP và sử dụng Tally F8 để thu nhận số liệu thông qua việc tính số xung trên cell cần đánh giá. Ngoài ra, khi tăng chiều dày của từng loại vật liệu thì file input trong chương trình MCNP cũng được thay đổi theo đúng kích thước theo chiều dày của vật liệu. Sự phụ thuộc của số đếm vào chiều dày khối của các vật liệu được trình bày ở phụ lục 1 và được xây dựng đồ thị bằng phần mềm ORIGIN mô tả ở hình 3.10. -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 200000 400000 600000 800000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) Thep Nhom Plastic Giay viet nau trang Giay bia mau vang Hình 3.9. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối của các loại vật liệu theo lý thuyết. Từ hình 3.8 và hình 3.9, nhận thấy số đếm phụ thuộc vào chiều dày khối của vật liệu, khi tăng dần chiều dày khối thì số đếm cũng tăng, điều này có nghĩa khi tăng chiều dày khối thì cơ hội tán xạ sẽ tăng. Tuy nhiên đối với mỗi vật liệu cường độ tán xạ chỉ tăng đến một giá trị và không tăng nữa. Với cùng một chiều dày khối thì số đếm thu được tương ứng đạt giá trị nhỏ nhất ở vật liệu thép và đạt giá trị lớn nhất ở vật liệu giấy bìa màu vàng. 3.5.3. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm 3.5.3.1. Vật liệu thép Sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối theo thực nghiệm và lý thuyết trình bày trong bảng 3.1 ở phụ lục 1 và đồ thị xây dựng được mô tả trên hình 3.10. Bằng phương pháp khớp bình phương tối thiểu các số liệu thực nghiệm và lý thuyết với phương trình (3.5) được các phương trình tương ứng như sau: Phương trình làm khớp Bình phương sai số Lý thuyết: 2,8743420 21657(1 )xI e   R2 = 0,9921 Thực nghiệm : 3,0523910 23350(1 )xI e   R2 = 0,9956 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 5000 10000 15000 20000 25000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) MCNP Thuc nghiem Hình 3.10. Đồ thị so sánh số đếm theo chiều dày khối giữa lý thuyết (MCNP) và thực nghiệm đối với vật liệu thép. Từ hình 3.10 và các phương trình làm khớp đối với vật liệu thép, ta xác định hệ số hấp thụ khối và chiều dày bão hòa của vật liệu thép là: Hệ số hấp thụ khối Chiều dày bão hòa Lý thuyết: 2,874 (g/cm2)-1 1,21(g/cm2) Thực nghiệm : 3,052(g/cm2)-1 1,19(g/cm2) 3.5.3.2. Vật liệu nhôm Sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối theo thực nghiệm và lý thuyết trình bày trong bảng 3.2 ở phụ lục 1 và đồ thị xây dựng được mô tả trên hình 3.11. Bằng phương pháp khớp bình phương tối thiểu các số liệu thực nghiệm và lý thuyết với phương trình (3.5) được các phương trình tương ứng như sau: Phương trình làm khớp Bình phương sai số Lý thuyết: 0,5853420 491258(1 )xI e   R 2 = 0,9989 Thực nghiệm : 0,6253910 513419(1 )xI e   R 2 = 0,9976 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) MCNP Thuc nghiem Hình 3.11. Đồ thị so sánh số đếm theo chiều dày khối giữa lý thuyết (MCNP) và thực nghiệm đối với vật liệu nhôm. Từ hình 3.11 và các phương trình làm khớp đối với vật liệu nhôm, ta xác định hệ số hấp thụ khối và chiều dày bão hòa của vật liệu nhôm là: Hệ số hấp thụ khối Chiều dày bão hòa Lý thuyết: 0,585 (g/cm2)-1 6,31(g/cm2) Thực nghiệm : 0,625 (g/cm2)-1 5,84(g/cm2) 3.5.3.3. Vật liệu plastic Sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối theo thực nghiệm và lý thuyết trình bày trong bảng 3.3 ở phụ lục 1 và đồ thị xây dựng được mô tả trên hình 3.12. Bằng phương pháp khớp bình phương tối thiểu các số liệu thực nghiệm và lý thuyết với phương trình (3.5) được các phương trình tương ứng như sau: Phương trình làm khớp Bình phương sai số Lý thuyết: 0,6023420 441082(1 )xI e   R 2 = 0,9971 Thực nghiệm : 0,6633910 445372(1 )xI e   R 2 = 0,9958 0 1 2 3 4 5 6 0 100000 200000 300000 400000 500000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) MCNP Thuc nghiem Hình 3.12. Đồ thị so sánh số đếm theo chiều dày khối giữa lý thuyết (MCNP) và thực nghiệm đối với vật liệu plastic. Từ hình 3.12 và các phương trình làm khớp đối với vật liệu plastic, ta xác định hệ số hấp thụ khối và chiều dày bão hòa của vật liệu plastic là: Hệ số hấp thụ khối Chiều dày bão hòa Lý thuyết: 0,602 (g/cm2)-1 6,73(g/cm2) Thực nghiệm : 0,663 (g/cm2)-1 6,14(g/cm2) 3.5.3.4. Vật liệu giấy bìa màu vàng Sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối theo thực nghiệm và lý thuyết trình bày trong bảng 3.4 ở phụ lục 1 và đồ thị xây dựng được mô tả trên hình 3.13. Bằng phương pháp khớp bình phương tối thiểu các số liệu thực nghiệm và lý thuyết với phương trình (3.5) được các phương trình tương ứng như sau: Phương trình làm khớp Bình phương sai số Lý thuyết: 0,5683420 718106(1 )xI e   R 2 = 0,9954 Thực nghiệm : 0,6343910 798651(1 )xI e   R 2 = 0,9982 0 1 2 3 4 5 6 0 200000 400000 600000 800000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) MCNP Thuc nghiem Hình 3.13. Đồ thị so sánh số đếm theo chiều dày khối giữa lý thuyết (MCNP) và thực nghiệm đối với vật liệu giấy bìa màu vàng. Từ hình 3.13 và các phương trình làm khớp đối với vật liệu giấy bìa màu vàng, ta xác định hệ số hấp thụ khối và chiều dày bão hòa của vật liệu giấy bìa màu vàng là: Hệ số hấp thụ khối Chiều dày bão hòa Lý thuyết: 0,568 (g/cm2)-1 7,88 (g/cm2) Thực nghiệm : 0,634 (g/cm2)-1 6,91(g/cm2) 3.5.3.4. Vật liệu giấy viết màu trắng Sự phụ thuộc số đếm vào chiều dày khối theo thực nghiệm và lý thuyết trình bày trong bảng 3.5 ở phụ lục 1 và đồ thị xây dựng được mô tả trên hình 3.14. Bằng phương pháp khớp bình phương tối thiểu các số liệu thực nghiệm và lý thuyết với phương trình (3.5) được các phương trình tương ứng như sau: Phương trình làm khớp Bình phương sai số Lý thuyết: 0,5423420 515495(1 )xI e   R 2 = 0,9986 Thực nghiệm : 0,6373910 596743(1 )xI e   R 2 = 0,9973 0 1 2 3 4 5 6 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 S o d em Chieu day khoi (g/cm 2 ) MCNP Thuc nghiem Hình 3.14. Đồ thị so sánh số đếm theo chiều dày khối giữa lý thuyết (MCNP) và thực nghiệm đối với vật liệu giấy viết màu trắng. Từ hình 3.14 và các phương trình làm khớp đối với vật liệu giấy viết màu trắng, ta xác định hệ số hấp thụ khối và chiều dày bão hòa của vật liệu giấy viết màu trắng là: Hệ số hấp thụ khối Chiều dày bão hòa Lý thuyết: 0,542 (g/cm2)-1 7,97(g/cm2) Thực nghiệm : 0,637 (g/cm2)-1 6,94(g/cm2) Từ việc so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm được mô tả trên các hình 3.10, hình 3.11, hình 3.12, hình 3.13, hình 3.14 cho thấy khi chiều dày vật liệu càng lớn, cường độ tán xạ ngược càng tăng. Tuy nhiên cường độ gamma tán xạ ngược chỉ tăng đến một mức nào đó và không tăng nữa khi tăng thêm chiều dày, với năng lượng xác định và góc tán xạ theo bố trí hình học của hệ đo chiều dày vật liệu MYO-101. Khi tăng chiều dày vật liệu đến ngưỡng xác định như trong bảng 3.2 thì số đếm không tăng nữa ta xem như đây là bề dày bão hòa của tán xạ ngược đối với từng loại vật liệu. Ngoài ra còn nhận thấy phụ thuộc của số đếm vào chiều dày khối giữa lý thuyết và thực nghiệm có sự sai lệch vì:  Trong tính toán lý thuyết đã bỏ qua các lớp không khí giữa các tấm vật liệu và sự khai báo thành phần mật độ vật chất trong quá trình mô phỏng MCNP chưa thật chính xác.  Trong thực nghiệm đã tính đến các lớp không khí giữa các tấm vật liệu khi tăng thêm chiều dày vật liệu. Qua số liệu thu được ở phụ lục 1, chiều dày bão hòa 97% của mỗi loại vật liệu được nêu trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Chiều dày bão hòa của các vật liệu theo lý thuyết và thực nghiệm. Vật liệu Chiều dày bão hòa (g/cm2) Độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm (%) Lý thuyết Thực nghiệm Thép 1,21 1,19 1,65 Nhôm 6,31 5,84 7,45 Plastic 6,73 6,14 8,77 Giấy bìa màu vàng 7,88 6,91 12,30 Giấy viết màu trắng 7,97 6,94 12,92 Nhận xét: Đối với mỗi loại vật liệu thì chiều dày bão hòa khác nhau và vật liệu càng nặng thì chiều dày bão hòa càng nhỏ. Khi tăng chiều dày vật liệu tới giá trị xác định như trong bảng 3.2 thì số đếm không tăng nữa điều này được giải thích là do khi tăng bề dày vật liệu thì tia gamma sẽ có cơ hội gây tán xạ nhiều hơn và khi đó nó bị quá trình hấp thụ trong vật liệu gây cạnh tranh và khi tăng bề dày tới một giá trị nào đó thì hai quá trình tán xạ và hấp thụ sẽ bù trừ nhau. Do đó số tia gama tán xạ ngược có thể thoát ra khỏi vật liệu đến tinh thể detector là không đổi nữa và tạo nên vùng bão hòa. Độ lệch tương đối chiều dày bão hòa giữa kết quả tính toán lý thuyết (mô phỏng bằng chương trình MCNP) và đo thực nghiệm nằm trong khoảng 1,65 % đến 12,92 % và độ lệch tương đối tăng dần từ vật liệu thép (1,65 %) đến giấy trắng (12,92%) vì đối với vật liệu nhẹ nhất là giấy, phải sử dụng nhiều tấm vật liệu khi tăng chiều dày nhưng trong lý thuyết đã bỏ qua các lớp không khí mỏng giữa 2 tấm vật liệu liền nhau nên có sự sai khác nhiều hơn so với các vật liệu nặng hơn như thép hay nhôm. So sánh các phương trình làm khớp bằng phương pháp bình phương tối thiểu và phương trình (3.5) suy ra hệ số hấp thụ khối của các vật liệu được trình bày trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Hệ số hấp thụ khối của các vật liệu theo lý thuyết và thực nghiệm Vật liệu Hệ số hấp thụ khối (g/cm2)-1   Lý thuyết Thực nghiệm Thép 2,874 3,052 0,0583 1,03 Nhôm 0,585 0,625 0,0640 1,04 Plastic 0,602 0,663 0,092 1,09 Giấy bìa màu vàng 0,568 0,634 0,104 1,14 Giấy viết màu trắng 0,542 0,637 0,149 1,15 Trong đó:  là hệ số chuyển đổi giữa lý thuyết và thực nghiệm, ( = Hệ số hấp thụ tính được theo thực nghiệm/ hệ số hấp thụ tính được theo lý thuyết).  là sai số tương đối của hệ số hấp thụ khối giữa lý thuyết và thực nghiệm. KẾT LUẬN kết luận Với mục đích ban đầu đặt ra là xác định chiều dày của một số vật liệu nhẹ trên hệ đo chiều dày chuyên dụng MYO-101 tại Trung Tâm Đào Tạo, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo sử dụng chương trình MCNP và so sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm, luận văn đã thực hiện được: - Tìm hiểu quá trình tương tác của bức xạ gamma với vật chất, đặc biệt hiệu ứng tán xạ Compton. - Giới thiệu phương pháp Monte Carlo và trình bày đặc điểm của chương trình MCNP. - Mô hình hóa hệ đo chiều dày chuyên dụng MYO-101 bằng chương trình MCNP. - Dựa vào mô hình MCNP trên để xác định chiều dày bão hòa của một số vật liệu nhẹ như: thép, nhôm, plastic, giấy bìa màu vàng và giấy viết màu trắng thông qua sự phụ thuộc của số đếm vào chiều dày khối của các vật liệu tán xạ. - Khảo sát chiều dày bão hòa, hệ số hấp thụ khối của các vật liệu tán xạ bằng mô phỏng (lý thuyết) và so sánh với thực nghiệm. - Xác định hệ số chuyển đổi giữa hệ số hấp thụ khối của từng vật liệu từ lý thuyết qua thực nghiệm. Các kết quả này sẽ là cơ sở giúp cho quá trình nghiên cứu các vật liệu nhẹ khác bằng mô phỏng nhằm dự đoán hệ số hấp thụ tuyến tính, hệ số hấp thụ khối của các vật liệu tán xạ tương ứng và dự đoán bề dày bão hòa của vật liệu trước khi tiến hành thực nghiệm. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu này còn rất có ích đối với công tác đào tạo cán bộ cũng như sinh viên về lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp. Kết quả của đề tài đã được nhóm tác giả Hoàng Sỹ Minh Phương, Nguyễn Văn Hùng, Võ Thị Minh Thảo, Nguyễn Thị Kim Thục báo cáo trong hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ VIII tại Nha Trang, Khánh Hòa. Do thời gian và khả năng có hạn (tác giả là giáo viên Trường THPT, mới bắt đầu tìm hiểu và học tập chuyên ngành vật lý hạt nhân) nên đề tài chỉ được thực hiện những vấn đề nêu trên. Còn những hạn chế sẽ là hướng phát triển cho những nghiên cứu sâu hơn và có thể thu được kết quả với mức độ chính xác cao hơn. Hướng nghiên cứu - Trong luận văn tác giả chỉ khảo sát mô phỏng trên các loại vật liệu nhẹ như: thép, nhôm, plastic, giấy bìa màu vàng và giấy viết màu trắng vì vậy nếu có điều kiện và thời gian cần mở rộng khảo sát mô phỏng đối với các vật liệu khác như: thủy tinh, gốm sứ, cao su, kim loại đồng, ... Bên cạnh đó, cần khắc phục giảm sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm bằng cách làm giảm lớp không khí giữa các tấm vật liệu trong thực nghiệm và khai báo thành phần mật độ vật chất, kích thước hình học của hệ đo thật chính xác trong lý thuyết. - Mở rộng ứng dụng mô phỏng bằng chương trình MCNP trong phân tích huỳnh quang tia X và trong các lĩnh vực khác. CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Hoàng Sỹ Minh Phương, Nguyễn Văn Hùng, Võ Ngọc Minh Thảo, Nguyễn Thị Kim Thục (2009), “ Mô phỏng Monte Carlo bằng chương trình MCNP và kiểm chứng thực nghiệm phép đo chiều dày vật liệu đối với hệ chuyên dụng MYO-101”, Hội nghị Khoa học và Công Nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, Nha Trang – Khánh Hòa. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1]. Nguyễn Đạt Thiện Ân (2003), Kiểm tra chất lượng sản phẩm công nghiệp bằng gamma tán xạ, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. [2]. Nguyễn Thành Công và Trần Đại Nghiệp (2007), Nghiên cứu tán xạ gamma không kết hợp trên các vật liệu có số Z khác nhau, Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VII, Đà Nẵng. [3]. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở Vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Lê Hồng Khiêm (2008), Phân tích số liệu trong ghi nhận bức xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. [5]. Nguyễn Thị Ái Loan (2008), Nghiên cứu tính toán liều cơ thể từ nguồn gamma nhiễm bẩn trong không khí sử dụng code MCNP, Luận văn Thạc Sĩ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. [6]. Trương Thị Hồng Loan (2009), Mô phỏng Monte Carlo một số bài toán trong Vật lý hạt nhân, Luận án Tiến Sĩ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. [7]. Nguyễn Quang Miên (2008), Bài giảng môn Ghi nhận và đo lường bức xạ Hạt nhân, Trường ĐHSP Tp.HCM. [8]. Lê Văn Ngọc và Trần Văn Hùng (2005), Bài giảng tại lớp tập huấn MCNP, Trung Tâm Đào Tạo, Viện nghiên cứu Hạt Nhân Đà Lạt. [9]. Hoàng Sỹ Minh Phương, Nguyễn Văn Hùng, Võ Ngọc Minh Thảo, Nguyễn Thị Kim Thục (2009), “ Mô phỏng Monte Carlo bằng chương trình MCNP và kiểm chứng thực nghiệm phép đo chiều dày vật liệu đối với hệ chuyên dụng MYO-101”, Hội nghị Khoa học và Công Nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, Nha Trang – Khánh Hòa. Tiếng nước ngoài: [10]. Syed Naeem Ahmed (2007), Physics and Engineering of Radiation Detection, First edition, Academic Press Inc, Published by Elsevier. [11]. I.F. Briesmeister (2001), MCNP4C2 - Monte Carlo N-Particle Transport Code System, CCC- 701. [12]. Gordon R.Gilmore (2008), Practical Gamma-ray Spectrometry, Second Edition, Nuclear Training Services Ltd Warrington, UK, John Wiley & Sons Ltd. [13]. Kunihiro Ishii (2006), Gamma-ray Gauge (Model MYO-101), Ohyo Keken Kogyo Co.Ltd, Japan. [14]. Glen F. Knoll (1999), Radiation Detection and Measurement, Third edition, John Wiley & Sons Ltd. [15]. Hiroshi Tominaga (2007), Experimental practice for nucleonic thickness gauge, NuTEC/JAEA, Japan. [16]. IAEA-TECDOC-1459 (2005), Technical data on nucleonic gauges, IAEA. [17]. X-5 Monte Carlo Team (2005), MCNP – A General Monte Carlo N – Particle Transport Code. version 5. PHỤ LỤC 1 Bảng 1. Số liệu thu được từ lý thuyết (tính toán bằng MCNP) và thực nghiệm trên hệ MYO-101 đối với vật liệu thép. Trong đó:  là bình phương độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm.  = [ (Số đếm thực nghiệm – Số đếm lý thuyết)/ Số đếm thực nghiệm]2. Bảng 2. Số liệu thu được từ lý thuyết (tính toán bằng MCNP) và thực nghiệm trên hệ MYO-101 đối với vật liệu nhôm. Trong đó:  là bình phương độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm.  = [ (Số đếm thực nghiệm – Số đếm lý thuyết)/ Số đếm thực nghiệm]2. STT Chiều dày khối (g/cm2) Lý thuyết Thực nghiệm  Số đếm Sai số (%) Số đếm Sai số (%) 1 0,000 3420 0,56 3910 0,55 0,015705 2 0,135 30015 0,51 30215 0,21 0,004380 3 0,270 48191 0,45 55193 0,21 0,016092 4 0,405 71566 0,37 82159 0,22 0,016622 STT Chiều dày khối (g/cm2) Lý thuyết Thực nghiệm  Số đếm Sai số (%) Số đếm Sai số (%) 1 0,0000 3420 0,56 3910 0,55 0,015705 2 0,0786 9962 0,44 10248 0,25 0,000777 3 0,1572 12458 0,44 12953 0,26 0,001462 4 0,2358 13851 0,42 14158 0,28 0,000469 5 0,3144 16019 0,38 17985 0,30 0,011953 6 0,3930 17583 0,38 19014 0,31 0,005661 7 0,7860 22007 0,37 22968 0,33 0,001749 8 0,8646 23272 0,36 24167 0,35 0,001372 9 0,9432 23571 0,37 24981 0,40 0,003186 10 1,0218 24230 0,37 25485 0,45 0,002424 11 1,1004 24361 0,38 25963 0,47 0,003806 12 1,1790 24788 0,36 26175 0,49 0002808 13 1,5720 24798 0,36 26220 0,51 0,002902 14 1,6506 24810 0,35 26270 0,55 0,002933 15 1,7292 24845 0,34 26305 0,57 0,002895 16 1,8078 24872 0,32 26355 0,60 0,003166 17 1,8864 24898 0,32 26399 0,60 0,003285 18 1,9650 24917 0,29 26427 0,61 0,003191 19 2,3580 24934 0,29 26458 0,63 0,003317 5 0,540 95260 0,36 109523 0,23 0,001696 6 0,675 119773 0,35 137423 0,24 0,016496 7 1,350 228529 0,35 262888 0,24 0,017082 8 1,485 251818 0,34 289264 0,26 0,016758 9 1,620 267566 0,34 307078 0,28 0,016556 10 1,755 282502 0,33 324158 0,30 0,016514 11 1,890 299301 0,32 343251 0,31 0,016395 12 2,025 324271 0,30 372039 0,30 0,016485 13 2,700 405693 0,29 440855 0,32 0,006361 14 2,835 412520 0,29 447465 0,31 0,006099 15 2,970 420436 0,30 458349 0,33 0,006842 16 3,105 428515 0,30 466834 0,33 0,006738 17 3,240 437604 0,28 476030 0,34 0,006516 18 3,375 444423 0,27 483245 0,34 0,006454 19 4,185 455064 0,28 508447 0,35 0,006421 20 4,320 467843 0,27 519669 0,36 0,006478 21 4,455 481451 0,27 523062 0,36 0,006329 22 4,590 483796 0,25 526231 0,37 0,006503 23 4,725 487330 0,26 529820 0,36 0,006431 24 5,400 494644 0,25 537171 0,37 0,006267 25 5,535 495666 0,25 539197 0,37 0,006518 26 5,670 497695 0,24 531895 0,38 0,004134 27 5,805 498235 0,24 542088 0,38 0,006544 28 5,940 500814 0,24 543925 0,39 0,006282 29 6,075 502721 0,23 544304 0,40 0,006411 30 6,750 505247 0,23 549587 0,42 0,006509 31 6,885 506358 0,22 549728 0,41 0,006224 32 7,020 506281 0,22 550062 0,43 0,006335 33 7,155 507106 0,21 551628 0,43 0,006514 34 7,290 507562 0,21 551779 0,44 0,006421 35 7,425 507695 0,21 552377 0,45 0,000672 Bảng 3. Số liệu thu được từ lý thuyết (tính toán bằng MCNP) và thực nghiệm trên hệ MYO-101 đối với vật liệu plastic. Trong đó:  là bình phương độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm.  = [ (Số đếm thực nghiệm – Số đếm lý thuyết)/ Số đếm thực nghiệm]2. STT Chiều dày khối (g/cm2) Lý thuyết Thực nghiệm  Số đếm Sai số (%) Số đếm Sai số (%) 1 0,000 3420 0,56 3910 0,55 0,015705 2 0,144 32205 0,52 35783 0,21 0,009998 3 0,288 63623 0,52 70692 0,22 0,009999 4 0,432 94700 0,49 105215 0,23 0,009988 5 0,576 122500 0,48 136239 0,24 0,010170 6 0,720 149929 0,47 166556 0,24 0,009966 7 0,864 174948 0,45 194365 0,26 0,009980 8 1,008 196200 0,45 218051 0,30 0,010042 9 1,152 216857 0,44 240953 0,30 0,010001 10 1,296 231997 0,43 257708 0,31 0,009954 11 1,440 245490 0,42 272752 0,31 0,009990 12 1,584 266679 0,40 299643 0,32 0,012102 13 1,728 280115 0,40 311227 0,32 0,009993 14 1,872 289997 0,39 321997 0,33 0,009876 15 2,016 304973 0,37 338192 0,34 0,009648 16 2,160 311312 0,36 345891 0,34 0,009994 17 2,304 326361 0,35 362615 0,34 0,009996 18 2,448 333869 0,35 370959 0,35 0,009997 19 2,592 347479 0,34 386079 0,36 0,009996 20 2,736 354740 0,34 394151 0,36 0,009998 21 2,880 360166 0,33 400187 0,37 0,010001 22 3,024 366013 0,32 406672 0,36 0,009996 23 3,168 372018 0,32 413346 0,37 0,009997 24 3,312 385562 0,31 420811 0,37 0,007016 25 3,456 391090 0,31 425103 0,38 0,006402 26 3,600 392996 0,30 427166 0,38 0,006399 27 3,744 394550 0,30 428869 0,40 0,006404 28 3,888 401325 0,29 436214 0,42 0,006397 29 4,032 404660 0,29 439856 0,42 0,006403 30 4,176 408401 0,28 443928 0,43 0,006405 31 4,320 410573 0,28 446264 0,43 0,006396 32 4,464 411237 0,27 446975 0,44 0,006393 33 4,608 413379 0,26 447308 0,47 0,006394 34 4,752 414193 0,26 448101 0,47 0,006364 35 4,896 414751 0,26 449849 0,47 0,006411 36 5,040 415773 0,24 450894 0,49 0,006389 37 5,184 415873 0,24 451047 0,48 0,006404 38 5,328 417518 0,23 451900 0,51 0,006396 Bảng 4. Số liệu thu được từ lý thuyết (tính toán bằng MCNP) và thực nghiệm trên hệ MYO-101 đối với vật liệu giấy bìa màu vàng. Trong đó:  là bình phương độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm.  = [ (Số đếm thực nghiệm – Số đếm lý thuyết)/ Số đếm thực nghiệm]2. STT Chiều dày khối (g/cm2) Lý thuyết Thực nghiệm  Số đếm Sai số (%) Số đếm Sai số (%) 1 0,00000 3420 0,56 3910 0,55 0,015705 2 0,01783 10390 0,52 11028 0,30 0,003351 3 0,03566 11131 0,52 12715 0,30 0,015518 4 0,08916 22111 0,50 23447 0,25 0,003247 5 0,17832 49210 0,50 58111 0,24 0,023460 6 0,26748 74592 0,49 87313 0,24 0,021226 7 0,35664 107874 0,49 123031 0,26 0,015178 8 0,44580 126185 0,48 143624 0,30 0,014744 9 0,53496 143653 0,48 156071 0,30 0,006331 10 0,62412 166589 0,47 186952 0,31 0,011864 11 0,71328 201842 0,47 235219 0,31 0,020134 12 0,80244 226111 0,46 267896 0,32 0,024328 13 0,89160 259130 0,45 303467 0,32 0,021346 14 0,98076 280586 0,44 338028 0,33 0,028877 15 1,06992 314855 0,43 371921 0,34 0,023543 16 1,15908 343101 0,42 400024 0,34 0,020249 17 1,24824 369882 0,42 429553 0,34 0,019298 18 1,33740 395767 0,42 459869 0,35 0,019430 19 1,42656 420350 0,42 472848 0,36 0,012327 20 1,51572 443549 0,41 509158 0,36 0,016605 21 1,60488 466666 0,41 533999 0,37 0,015899 22 1,69404 489214 0,40 553640 0,36 0,013542 23 1,78320 508587 0,40 574533 0,37 0,013175 24 1,96152 533101 0,40 605563 0,37 0,010639 25 2,13984 576231 0,39 635462 0,38 0,008688 26 2,31816 604721 0,39 660465 0,38 0,007124 27 2,49648 629222 0,39 684751 0,40 0,006576 28 2,67480 650142 0,39 698921 0,42 0,004871 29 2,85312 668457 0,39 716016 0,42 0,004412 30 3,03144 684411 0,38 722884 0,43 0,002833 31 3,20976 700773 0,37 754801 0,43 0,005124 32 3,38808 713227 0,36 762326 0,44 0,004148 33 3,56640 724867 0,36 775050 0,47 0,004192 34 3,74472 734554 0,36 789016 0,47 0,004765 35 3,92304 744077 0,35 802255 0,47 0,005259 36 4,10136 753113 0,35 806165 0,49 0,004331 37 4,27968 760276 0,34 814162 0,48 0,004380 38 4,45800 766869 0,34 814683 0,51 0,003445 39 4,63632 771753 0,34 815940 0,52 0,002933 40 4,81464 776475 0,33 817148 0,54 0,002478 41 4,99296 780138 0,33 822473 0,55 0,002650 42 5,17128 784370 0,33 832300 0,55 0,003316 43 5,34960 787952 0,32 834359 0,58 0,003094 44 5,52792 791289 0,32 835196 0,58 0,002764 45 5,70624 794464 0,31 838234 0,58 0,002727 46 5,88456 797150 0,31 839046 0,60 0,002493 Bảng 5. Số liệu thu được từ lý thuyết (tính toán bằng MCNP) và thực nghiệm trên hệ MYO-101 đối với vật liệu giấy viết màu trắng Trong đó:  là bình phương độ lệch tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm.  = [ (Số đếm thực nghiệm – Số đếm lý thuyết)/ Số đếm thực nghiệm]2. STT Chiều dày khối (g/cm2) Lý thuyết Thực nghiệm  Số đếm Sai số(%) Số đếm Sai số(%) 1 0,00000 3420 0,36 3910 0,55 0,015705 2 0,00946 8462 0,54 9033 0,21 0,003997 3 0,01892 8540 0,49 9562 0,22 0,011433 4 0,04730 13259 0,48 14236 0,23 0,004710 5 0,09460 16484 0,48 17546 0,24 0,003667 6 0,14190 20476 0,49 21298 0,24 0,001489 7 0,18920 25757 0,47 26949 0,26 0,001956 8 0,23650 32637 0,47 31051 0,30 0,002610 9 0,28380 40360 0,47 44433 0,30 0,008402 10 0,33110 49988 0,46 50396 0,31 0,006562 11 0,37840 60232 0,46 64088 0,31 0,003620 12 0,42570 71062 0,45 70523 0,32 0,845720 13 0,47300 90598 0,45 109024 0,32 0,028563 14 0,52030 97192 0,45 116520 0,33 0,027516 15 0,56760 107631 0,42 130237 0,34 0,030128 16 0,61490 120085 0,43 136523 0,34 0,014497 17 0,66220 132906 0,43 159765 0,34 0,028263 18 0,70950 146276 0,42 171158 0,35 0,021134 19 0,75680 158852 0,41 189488 0,36 0,026140 20 0,80410 171428 0,41 209275 0,36 0,032705 21 0,85140 184493 0,41 226174 0,37 0,033962 22 0,89870 198535 0,40 241336 0,36 0,031454 23 0,94600 210684 0,40 259273 0,37 0,035121 24 1,04060 239255 0,40 288142 0,37 0,028786 25 1,13520 262088 0,41 324791 0,38 0,037271 26 1,22980 283333 0,39 341656 0,38 0,029141 27 1,32440 301465 0,40 373327 0,40 0,037053 28 1,41900 322100 0,40 389961 0,42 0,030283 29 1,51360 342002 0,41 408444 0,42 0,026462 30 1,60820 359707 0,39 419666 0,43 0,020413 31 1,70280 376923 0,39 439361 0,43 0,020196 32 1,79740 389377 0,39 449695 0,44 0,017991 33 1,89200 403418 0,38 463949 0,44 0,017022 34 1,98660 416972 0,38 475032 0,45 0,014939 35 2,08120 429304 0,37 486167 0,45 0,013680 36 2,17580 441819 0,37 491244 0,46 0,010123 37 2,27040 452930 0,37 503952 0,47 0,010250 38 2,36500 462698 0,36 516179 0,47 0,010735 39 2,45960 470696 0,36 523625 0,48 0,010218 40 2,55420 479426 0,35 531286 0,48 0,009528 41 2,64880 486691 0,35 537556 0,49 0,008954 42 2,74340 494078 0,35 545102 0,49 0,008762 43 2,83800 500122 0,34 552917 0,49 0,009117 44 2,93260 506227 0,34 557884 0,50 0,008574 45 3,02720 512271 0,34 564076 0,50 0,008435 46 3,12180 518070 0,34 567563 0,50 0,007604 47 3,21640 530708 0,33 572741 0,51 0,005386 48 3,31100 530808 0,33 575864 0,51 0,006149 49 3,40560 531440 0,32 580593 0,52 0,007167 50 3,50020 535897 0,34 585308 0,52 0,007127 51 3,59480 539743 0,33 590764 0,53 0,007459 52 3,68940 543589 0,33 593266 0,54 0,007011 53 3,78400 547985 0,33 596906 0,54 0,006717 54 3,87860 551343 0,32 598615 0,55 0,006236 55 3,97320 553724 0,31 603899 0,56 0,006903 56 4,06780 556959 0,31 607938 0,55 0,007032 57 4,16240 559340 0,31 609744 0,58 0,006833 58 4,25700 561843 0,31 611430 0,57 0,006577 59 4,35160 564529 0,30 613616 0,58 0,006399 60 4,44620 566422 0,30 616402 0,59 0,006575 61 4,54080 568009 0,30 617854 0,60 0,006508 62 4,63540 569780 0,29 618425 0,61 0,006187 63 4,73000 571245 0,29 621276 0,61 0,006485 64 4,82460 572527 0,29 624694 0,62 0,006974 65 4,91920 574358 0,28 626512 0,62 0,007175 66 5,01380 576495 0,28 626913 0,62 0,006491 67 5,10840 577899 0,27 627140 0,62 0,006004 68 5,20300 578937 0,27 627371 0,63 0,005847 PHỤ LỤC 2 Một file input của chương trình MCNP mô phỏng hệ đo chiều dày vật liệu đối với hệ đo chuyên dụng MYO-101 vật liệu tán xạ là thép tương ứng với bề dày 5mm. ( Kích thước được sử dụng để mô phỏng hệ đo MYO-101 trong input file được tính theo đơn vị cm) 1- Calculation flux photon backscatering for MYO-101 2- c cells 3- c group 1: Scintilator, Al, w, steel 4- 1 3 -7.86 1 -2 3 -4 imp:p=1 5- 2 3 -7.86 9 -2 8 -10 imp:p=1 6- 3 8 -5.37 6 -5 8 -3 imp:p=1 $ vol=34.75543953 $tinh the YAP 7- 4 1 -0.0012 5 -7 8 -3 imp:p=1 8- 5 9 -2.7 7 -9 8 -3 imp:p=1 $ cua so bang nhom cua detecto 9- 6 2 -19.25 11 -12 -8 imp:p=1 $ mat do cua Tungsten(W) 10- 7 2 -19.25 12 -2 13 -8 imp:p=1 11- 8 1 -0.0012 9 -2 10 -3 imp:p=1 12- c group 2: Source, air inside 13- 9 3 -7.86 14 -15 -16 imp:p=1 14- 10 2 -19.25 15 -17 -18 imp:p=1 15- 11 5 -12 19 -20 -21 imp:p=1 $mat do,kich thuoc cua nguon Am 16- 12 3 -7.86 17 -20 -18 #11 imp:p=1 17- 13 4 -1.85 20 -22 -23 imp:p=1 $ cua so beryllium 18- 14 3 -7.86 15 -7 -16 18 #13 imp:p=1 19- 15 1 -0.0012 12 -2 -13 20- #9 #10 #11 #12 #13 #14 imp:p=1 21- c group 3: material for scattering 22- C 16 12 -1.41 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 $ Plastic 23- c 16 10 -0.99 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 $giay bia vang 24- c 16 11 -0.94 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 $giay viet trang 25- 16 3 -7.86 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 $ thep 26- C 16 9 -2.7 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 $ nhom 27- C 16 1 -0.0012 24 -25 26 -27 28 -29 imp:p=1 28- c group 4: two blocks lead 29- 17 6 -11.34 25 -30 31 -32 28 -29 imp:p=1 $ chi truoc vat lieu 30- 18 6 -11.34 25 -30 33 -34 28 -29 imp:p=1 31- c group 6: wood table 32- 19 13 -1.27 1 -47 33 -32 29 -48 imp:p=1 $kich thuoc cua ban go 33- c group 7: air ahead detector 34- 20 1 -0.0012 2 -24 33 -32 28 -29 #16 #1 #2 #7 imp:p=1 35- c group 5:concrete and air around 36- 21 1 -0.0012 35 -36 37 -38 39 -40 #1 #3 #5 #2 #6 & 37- #4 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #15 #16 #17 #18 & 38- #19 #20 imp:p=1 39- 22 7 -2.3 41 -42 43 -44 45 -46 #1 #3 #5 #2 #6 #4 & 40- #21 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #15 #16 #17 #18 & 41- #19 #20 imp:p=1 42- 23 0 -41:42:-43:44:-45:46 imp:p=0 43- 44- c faces 45- 1 pz -3.075 46- 2 pz 0.425 47- 3 cz 3.0 $ban kinh ngoai cua tinh the YAP 48- 4 cz 4.05 49- 5 pz 0.224 50- 6 pz -1.075 51- 7 pz 0.225 52- 8 cz 0.70 $ban kinh trong cua tinh the YAP 53- 9 pz 0.255 54- 10 cz 0.95 $ban kinh cua vo thep 55- 11 pz -1.805 56- 12 pz -1.205 57- 13 cz 0.50 58- 14 pz -0.275 59- 15 pz -0.225 60- 16 cz 0.40 61- 17 pz -0.125 62- 18 cz 0.26 63- 19 pz -0.075 64- 20 pz 0.075 65- 21 cz 0.21 $ban kinh cua nguon Am 66- 22 pz 0.175 67- 23 cz 0.30 68- 24 pz 0.426 $ kich thuoc theo be day cua vat lieu 69- 25 pz 0.926 70- 26 py -5.0 $ kich thuoc cua vat lieu 71- 27 py 5.0 72- 28 px -5.0 73- 29 px 5.0 74- 30 pz 5.526 75- 31 py 4.05 76- 32 py 9.05 77- 33 py -9.05 78- 34 py -4.05 79- 35 pz -150.0 $ kich thuoc cua phong 80- 36 pz 145.0 81- 37 py -150.0 82- 38 py 150.0 83- 39 px -80.0 84- 40 px 320.0 85- 41 pz -160.0 86- 42 pz 155.0 87- 43 py -160.0 88- 44 py 160.0 89- 45 px -90.0 90- 46 px 330.0 91- 47 pz 20.0 92- 48 px 6.5 93- 94- c Data cards 95- mode p 96- sdef erg=d3 cell=11 axs=0 0 1 pos=0 0 0 rad=d1 ext=d2 par=2 97- si1 0 0.21 $ radius of cylinder 98- si2 -0.075 0.075 $ axial range of cylinder 99- si3 L 17.0e-3 59.9e-3 100- sp3 0.183 0.817 101- c 102- f8:p 3 4 103- c 104- m1 007014 -0.78 008016 -0.22 $ khong khi tai Dalat 105- m2 074184 -1 $Tungsten (W) 106- m3 026056 -1 $ Fe 107- m4 004009 -1 $ Be 108- m5 095241 -1 $ Am 109- m6 082206 -1 $ Pb 110- m7 1000 -0.0042 8000 -0.5074 12000 -0.0012 13000 -0.0045 & 111- 14000 -0.3861 16000 -0.0007 20000 -0.0687 26000 -0.0272 112- m8 039089 -0.539877 013027 -0.165644 008016 -0.294479 $ YAP 113- m9 013027 -1 $ Al 114- C m10 006012 -0.465360 001001 -0.092805 008016 -0.441835 $GV 115- C m11 006012 -0.444445 001001 -0.061728 008016 -0.493827 $GT 116- C m12 006012 -0.669720 001001 -0.1058240 017035 -0.224456 $ plastic 117- m13 006012 -0.5999 001001 -0.0805 008016 -0.3196 $ ban go 118- nps 100000000