Thạc Sĩ Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho phổ kế gamma

LỜI MỞ ĐẦU
Hệ phổ kế germanium siêu tinh khiết (HPGe) là một trong những hệ phổ kế được ứng dụng rộng rãi trong việc đo đạc các nguồn phóng xạ có hoạt độ vào cỡ àCi với khoảng năng lượng trải dài từ vài keV cho đến hàng MeV. Đối với các hình học đo có khoảng cách từ nguồn đến detector là nhỏ, hiện tượng trùng phùng tổng (summing coincidence) xảy ra giữa γ – γ, γ – tia X và tia X – tia X có thể làm phức tạp thêm phổ gamma đo được và làm thay đổi giá trị diện tích đỉnh của các đỉnh gamma được quan tâm. Hiệu chỉnh trùng phùng tổng là một vấn đề nghiên cứu hết sức thú vị từ những năm 70 của thế kỷ trước. Năm 1972, D. S. Andreev và cộng sự [10] đã xây dựng công thức tổng quát cho trường hợp trùng phùng. Sau đó McCallum và Coote [19] đã mở rộng công thức của Andreev cho trường hợp trùng phùng gamma có tính đến mức ảo do phát (511keV) và áp dụng cho phân rã của +β22Na. Năm 1977, R. J. Gehrke và cộng sự [13] đã xây dựng bảng hệ số hiệu chỉnh trùng phùng cho đầu dò Ge(Li) tại khoảng cách 10cm.
Năm 1990, T.M. Semkow và cộng sự [23] đã sử dụng công thức ma trận để tính toán lại trường hợp trùng phùng của các tia gamma và sau đó M. Korun và Martincic (1993) [17] đã mở rộng công thức ma trận để tính toán hiệu chỉnh các ảnh hưởng do trùng phùng γ – tia X, xây dựng các mức ảo cho trường hợp bắt electron và đã áp dụng vào giải quyết bài toán trùng phùng của 139Ce. Năm 2007, D. Novkovic và cộng sự [20] cũng sử dụng công thức ma trận để giải quyết tiếp bài toán trùng phùng của tia X cho 139Ce và 57Co. Về mặt thực nghiệm, năm 1995, S.I. Kafala [15] đã đưa ra phương pháp tính tỉ số theo khoảng cách để hiệu chỉnh trùng phùng. Ngoài ra phương pháp tỉ số P/T cũng được áp dụng để hiệu chỉnh các trùng phùng loại này [12,18,22].
Ngày nay thế giới khoa học công nghệ phát triển một cách nhanh chóng, đặc biệt là công nghệ thông tin. Với sự ra đời của các công cụ tính toán và ngôn ngữ lập trình giúp các nhà khoa học có thể xây dựng mô hình tính toán nhanh, và tiết kiệm thời gian hơn so với thực nghiệm. Do vậy, luận văn này đã ứng dụng ngôn ngữ lập trình C# [5,9] để xây dựng chương trình tính toán hệ số hiệu chỉnh trùng phùng theo phương pháp ma trận của T.M. Semkow và McCallum-Coote, kết hợp với mô phỏng các đường cong hiệu suất bằng phương pháp Monte Carlo. Mục đích nhằm giúp cho việc tính toán nhanh và chính xác các hệ số hiệu chỉnh trùng phùng mà không cần phải qua thao tác thực nghiệm. Đồng thời phương pháp tính toán hệ số trùng phùng dựa trên việc lập tỉ số hiệu suất theo khoảng cách và chương trình tính hệ số trùng phùng TRUECOINC cũng được thực hiện nhằm so sánh các kết quả thu được từ hai phương pháp khác nhau.
Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:
ã Chương 1: Tổng quan bao gồm hai phần:
- Phần A: Đầu dò Germanium siêu tinh khiết gồm các đặc tính: sự hình thành xung, độ phân giải năng lượng, hiệu suất ghi, thời gian chết và đường cong hiệu suất.
- Phần B: Các đặc trưng trong phân rã phát xạ gamma và tia X.
ã Chương 2: Trùng phùng và các phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng, bao gồm: tỉ số hiệu suất theo khoảng cách, đường cong P/T kết hợp với ma trận dịch chuyển.
ã Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán hệ số hiệu chỉnh trùng phùng, phần này trình bày các sơ đồ khối tính toán của chương trình và cơ sở dữ liệu được sử dụng để xây dựng ma trận dịch chuyển.
ã Chương 4: Một số kết quả tính toán hệ số hiệu chỉnh trùng phùng. Trong luận văn này thực hiện tính hệ số hiệu chỉnh trùng phùng theo phương pháp tỉ số theo khoảng cách và phương pháp ma trận, lập bảng kết quả và so sánh hai phương pháp. Và tính hệ số hiệu chỉnh trùng phùng theo hai chương trình SCOP và TRUECOINC, lập bảng so sánh kết quả.
MỤC LỤC

Danh mục bảng . 4
Danh mục hình vẽ, đồ thị . 5
Lời mở đầu . 8
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 10
1.1 Cơ chế hoạt động của detector HPGe để ghi nhận gamma. 10
1.2 Phổ biên độ xung .10
1.3 Độ phân giải năng lượng 12
1.4 Hiệu suất đo 13
1.4.1 Hiệu suất tuyệt đối 14
1.4.2 Hiệu suất nội .14
1.4.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất detector .15
1.4.4 Đường cong hiệu suất .15
1.5 Thời gian chết .16
1.6 Các đặc trưng trong phân rã phát xạ γ .17
1.7 Các đặc trưng trong phân rã phát xạ tia X 19
1.7.1 Hệ số biến hoán trong . ;26
1.7.2 Hiệu suất huỳnh quang . 26
CHƯƠNG 2 - TRÙNG PHÙNG VÀ CÁC CÁCH HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 27
2.1 Trùng phùng 27
2.1.1 Định nghĩa 27
2.1.2 Nguyên nhân của hiệu ứng trùng phùng . 27
2.2 Trùng phùng thực . . 31
2.3 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng thực 32
2.3.1 Tỉ số hiệu suất theo khoảng cách 32
2.3.2 Tỉ số P/T . 34
2.3.3 Hiệu chỉnh trùng phùng γ - γ bằng phương pháp ma trận 35
2.4 Hiệu chỉnh trùng phùng γ - tia X bằng phương pháp ma trận 40
2.4.1 Giới thiệu 40
2.4.2 Mô hình phân rã 41
CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ SỐ HIỆU
CHỈNH TRÙNG PHÙNG . 46
3.1 Giới thiệu 46
3.2 Cơ sở dữ liệu ENSDF . 47
3.3 Cơ sở dữ liệu của tia X . 47
3.4 Sơ đồ khối của chương trình 48
3.4.1 Sơ đồ khối tính hệ số hiệu chỉnh tổng quát 48
3.4.2 Sơ đồ khối nhập dữ liệu 49
3.4.3 Sơ đồ khối tính hệ số hiệu chỉnh 50
3.4.4 Sơ đồ khối hiển thị kết quả . 52
CHƯƠNG 4 – MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN HIỆU CHỈNH TRÙNG
PHÙNG 54
4.1 Hệ phổ kế gamma và nguồn . 54
4.1.1 Detector HPGe 54
4.1.2 Nguồn . 55
4.2 Xây dựng đường cong hiệu suất và P/T 56
4.3 Xác định hệ số hiệu chỉnh đối với một số nguồn 59
4.3.1 Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng của nguồn 60Co . 59
4.3.2 Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng của nguồn 152Eu 60
4.3.3 Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng của nguồn 131I . 61
4.3.4 Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng của nguồn 183Hf 64
4.3.5 Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng của nguồn 211Pb. . 66
KẾT LUẬN 68
KIẾN NGHỊ . 70
Danh mục công trình . 71
Tài liệu tham khảo . 72