BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

CHANHMANIVONG SOUKSAMONE

TỐI ƯU HÓA HÌNH HỌC HỘP CHỨA MẪU ĐỂ ĐO
CÁC CHẤT PHÓNG XẠ CÓ HOẠT ĐỘ THẤP

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGUYÊN TỬ

Người hướng dẫn khoa học:
TS. VÕ XUÂN ÂN

Thành phố Hồ Chí Minh – 2014


່ໍ ສ
ກະຊວງສ
້ າງ
ຶ ກສາ ແລະ ການກ
ໂຮງ ຮຽນມະຫາວ
ູ ນະຄອນໂຮ
້ າງຄ
່ ີ ຈມ
ິ ທະຍາໄລສ
ິ ນ

ສ
ຸ ກສະໝອນ ຈັນມະນ
ີ ວ
ົ ງ

ິ ນຍາໂທ
ົ ນ: ລະດັບປະລ

່ີ ຶ ປກສາດ
ອາຈານທ
້ ານວ
ິ ທະຍາສາດ: ດຣ ເວາ ະ ຊວນ ເອ
ິ ນ

ນະຄອນໂຮ
່ ີ ຈມ
ິ ນ - 2014


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự
quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ Quý Thầy Cô, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin được
bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến:
Thầy TS. Võ Xuân Ân, hướng dẫn khoa học, đã mang đến cho tôi những kiến
thức phong phú và định hướng phương pháp nghiên cứu khoa học, truyền đạt tinh
thần học hỏi, tìm tòi và tận tình chỉ dẫn, giúp tôi vượt qua những trở ngại, vướng mắc
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Quý Thầy Cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý và Trường Đại học
Sư phạm TP. HCM đã đóng góp những ý kiến thảo luận quý báu và luôn tạo mọi điều
kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể học tập và tích lũy kiến thức trong lĩnh
vực vật lý nguyên tử và hạt nhân.
Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời tri ân đến Quý Thầy Cô đã giảng dạy và Quý Thầy
Cô của Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm TP. HCM đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và quan tâm đến chúng tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực
hiện luận văn.

່ ຈາກຄ
ື ຼ ອທ
ົ າໃຈໃສ
ົ ້ າໄດ
ົ າລ
ົ ບຮັກ,
່ື ອນຮ
ເພ
ູ້ ບ
ຸ ນຄ
ຸ ນຢ
ຸ ງ ແລະ ິ ຈງໃຈເຖ
ໍ ສະແດງຄວາມຮ
່ າງສ
່ ວມງານ ແລະ ຄອບຄ
້ າພະເຈ
ິ ງ:
ົ ວ. ຂ
ົ ້ າຂ
່ີ ຶ ປກສາກ
ດຣ
ເວາະ
ຊວນ
ເອ
ອາຈານທ
່ ຽວກັບວ
ິ ນ
ິ ທະຍາສາດ,

່ິ ນໄດ

່ າຍ
່ ວຍເຫ
່ າງໃກ
້ ິ ຊດ,
ີ ຄ
ື ຼ ອຢ

ຈ
ຸ ປະສັກ,
່ ານຜ
່ າອ
້ ຂ
້ າພະເຈ
ັ ດໃຫ
ົ ນເຮ
ົ ້ າສາມາດຜ

ບັນຫາຄວາມຫຍ
ຼ ອດໄລຍະເວລາຂອງການເຮ
ຸ ່ ງຍາກນາໆປະການຕະຫ
້ າວ
ິ ໄຈ.
ັ ດບ
ົ ດຄ
ົ ້ ນຄວ
່ີ ເຄ
ຄ
ຼ ຍ,
ຄະນະວ
ິ ິ ຊກນ

ື ້ ອອ

ນວຍຄວາມສະດວກ,

ຈ
ູ ້ ໄດ
ຸ ນສະນະພ
້ ເຖ
້ ຂ
້ າພະເຈ
ິ ງຄ
ື ້ ນຖານ,
ັ ດໃຫ
ົ ນເຮ
ົ ້ າສາມາດຮຽນຮ

ມ
ຼ ຍ ແລະ ຟ
ິ ິ ຊກນ
ິ ິ ຊກອາຕອມ.
່ ຽວກັບຟ
ີ ຄວາມສາມາດທາງພາກປະຕ
ິ ບັດກ
ິ ວເຄ
່ຶ ອໜ
່ຶ ງ,
ີ ອກເທ

ຂ
ູ້ ບ

ຼ ອດໄລຍະເວລາຂອງການຄ
້ າງເງ
້ ພວກຂ
້ າພະເຈ
ິ ໄສ
ົ້ ນ
ົ ້ າຕະຫ
່ໍ າຮຽນ ແລະ ໃນພາກປະຕ
ຄວ
້ າຮ
ິ ບັດການຂຽນບ
ິ ທະຍານ
ິ ພ
ົ ດວ
ົ ນ.
່ື ອນມ
ເພ
ສ
ຂ
ຸ ດທ
ໍ ຝາກຄວາມຂອບໃຈມາຍັງ:
້ າຍ,
້ າພະເຈ
ິ ສະຫາຍ,
ົ ້ າຂ
ອ
້ າຍເອ
້ ອງ,
ື ້ ອຍນ
່ີ ຮັກ

້ ກ
ໍ າລັງໃຈຢ
່ າງເປ
ິ ຕະຫ
ຶ ກສາຄ
ົ ້ ນຄວ
່ີ ສ
ໃນເວລາພ
ຸ້ ງຍາກທ
ຸ ດ.
ົ ບກັບບັນຫາຄວາມຫຍ

ຊ
ູ້ ,
ຸ ກຍ
ແລະ

ຜ
ູ ້ ປະພັນ
ສ
ຸ ກສະໝອນ ຈັນມະນ
ີ ວ
ົ ງ

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. 1
MỤC LỤC .................................................................................................................... 3

2.5. Kết luận ....................................................................................................................... 35

3


CHƯƠNG 3: SO SÁNH HAI HỘP ĐỰNG MẪU DẠNG HÌNH TRỤ VÀ DẠNG
MARINELLI.............................................................................................................. 36
3.1. Mở đầu ........................................................................................................................ 36
3.2. Sụ phụ thuộc của suất đếm cực đại của hộp hình trụ và hộp Marinelli ............... 36
3.2. Đường cong phân bố đẳng hiệu suất trong không gian bên trên và xung quanh
detector HPGe GC1518 .................................................................................................... 38
3.3. Kết luận ....................................................................................................................... 39

KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................ 41
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ...................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 48
PHỤC LỤC ................................................................................................................ 52

4


BẢNG CÁC CHỮ VIẾ TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

TP. HCM



Thư viện số liệu ENDF

Evaluated Nuclear Data File

ENDL

Thư viện số liệu ENDL

Evaluated Nuclear Data Library

STT

Số thứ tự

No

T1/2

Chu kì bán rã

Half-life

ANSI

Viện Tiêu chuẩn Quốc gia

America National Standards

Hoa kỳ

PC

Máy tính cá nhân

Personal Computer

HP

Hewlett-Packard

Hewlett-Packard

5


DEC

Tổng công ty Thiết bị kỹ

Digital Equipment Corporation

thuật số
SGI

Đồ họa quốc tế Silicon

Silicon Graphics International

SUN


chính các hộp đựng mẫu này. Một công trình khác [16] nghiên cứu các kích thước tối
ưu của hộp đựng mẫu dạng Marinelli bằng phương pháp thực nghiệm đã xác định
được một số kích thước tối ưu đối với hộp Marinelli thể tích 500 cm3 và 1000 cm3 đối
với các detector Ge(Li) dạng trục. Kết quả nghiên cứu của công trình này cũng rất
hạn chế do sự hạn chế các điều kiện thực nghiệm.

7


Lý do chọn đề tài: Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng
detector HPGe đang được sử dụng rộng rãi trong phép đo phổ gamma của các mẫu
phóng xạ trong môi trường. Đặc trưng của nguồn phóng xạ gồm dạng hình học, kích
thước và thể tích hình hộp đựng mẫu. Trong đó các dạng hình học hộp đựng mẫu
hình trụ và dạng Marinelli là được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên việc sử dụng
hình học hộp đựng mẫu hình trụ và dạng Marinelli với thể tích cho trước đạt hiệu suất
đếm cao nhất cần phải tính toán kích thước tối ưu của chúng. Hơn nữa với thể tích
mẫu cho trước việc lựa chọn hình học hộp đựng mẫu hình trụ hoặc dạng Marinelli
cũng được tính đến.
Mục đích của đề tài này là áp dụng chương trình Monte Carlo MCNP5 để tính
toán kích thước tối ưu và việc sử dụng tối ưu của hộp đựng mẫu hình trụ và dạng
Marinelli dùng cho detector HPGe GC1518 đặt tại Trung tâm Hạt nhân Thành phố
Hồ Chí Minh. Việc tính toán được tiến hành đối với các thể tích từ 25 cm3 đến 600
cm3, năng lượng tia gamma bằng 364 keV, Chúng ta chọn 364 keV vì mong muốn
sau khi tính toán MCNP, sẽ kiểm chứng thực nghiệm bằng dung dịch phóng xạ iodine
I-131. Đây là nguồn phóng xạ dễ tìm kiếm và thích hợp với vấn đề nghiên cứu của
luận văn và mật độ mẫu đo bằng 1,0 g/cm3.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe
GC1518 của Trung tâm Hạt nhân TP. HCM vào hộp đựng mẫu hình trụ và dạng
Marinelli; phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn này là phương pháp
mô phỏng Monte Carlo với chương trình MCNP5.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Những kết quả đạt được trong nghiên cứu bài toán tối ưu hóa hình học hộp
đựng mẫu
Trong lĩnh vực nghiên cứu phóng xạ môi trường, các nguồn phóng xạ thường
có hoạt độ thấp chứa trong hộp đựng mẫu thể tích lớn. Việc lựa chọn dạng hình trụ
mẫu thích hợp và kích thước tối ưu của chúng luôn là một thách thức được đặt ra cho
nhà khoa học và nhà nghiên cứu. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình
nghiên cứu nhằm nâng cao tính chính xác trong quá trình đo đạc các nguồn phóng xạ
môi trường. Thực vậy, vấn đề tối ưu hóa hình học mẫu đo là một những vấn đề được
quan tâm nghiên cứu nhằm tăng cường khả năng đo đạc mẫu có hoạt thấp bằng việc
lựa chọn dạng hình học mẫu đo sao cho có hiệu suất ghi nhận tốt nhất. Vấn đề này
cũng đã được nghiên cứu trong một số công trình trước đây như: Klemola (1996)
[20]; Barrera và cộng sự (1999) [19]; Suzuki và cộng sự (1984) [18]; Nguyễn Thị
Cẩm Thu (2010) [4],... Tuy nhiên các công trình này chỉ cho một số nhận định khái
quát về cấu hình tối ưu. Trong đề tài luận văn này, chúng tôi sử dụng chương trình
MCNP5 để xác định kích thước tối ưu của hộp đựng mẫu hình trụ và dạng Marinelli
đối với thể tích mẫu đo cho trước, cũng như việc lựa chọn dạng hình học mẫu thích
hợp dựa trên cơ sở bộ số liệu đầu vào đã được kiểm chứng thực nghiệm như trong
công trình [1].
1.2. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo
Phương pháp Monte Carlo là phương pháp đánh giá các đại lượng có tính chất
xác suất của các quá trình ngẫu nhiên, thường được dùng để mô phỏng các quá trình
vận chuyển phức tạp và rất khó mô hình hóa bằng các phương pháp toán học giải
tích. Cơ sở toán học của phương pháp Monte Carlo dựa trên hai tính chất quan trọng
của lý thuyết xác suất và thống kê đó là luật số lớn đối với các đại lượng ngẫu nhiên
và định lý giới hạn trung tâm [5]. Các biến cố riêng biệt có tính chất xác suất xảy ra
trong một quá trình ngẫu nhiên sẽ được mô phỏng một cách tuần tự. Do số phép thử
cần phải khá lớn cho nên quá trình mô phỏng được thực hiện bằng máy tính. Vì vậy
phương pháp Monte Carlo còn được gọi là công cụ toán học định hướng máy tính, rất

phương pháp Monte Carlo để giải các bài toán về hiện tượng khuếch tán neutron bên
trong các vật liệu nhiệt hạch và phân hạch hoặc tính tích phân bằng phương pháp số
trên máy tính điện tử [24, 25]. Cho đến nay phương pháp Monte Carlo đã và đang
được sử dụng rộng rãi để giải quyết nhiều bài toán khoa học và kỹ thuật khác nhau
[26]. Trong vật lý hạt nhân phương pháp Monte Carlo đã được sử dụng rộng rãi để
mô hình hóa các cấu hình phức tạp nhằm mục đích giải các bài toán tương tác [1, 27,
28, 29, 30].
Để thực hiện một bài toán mô phỏng dù đơn giản hay phức tạp thì đều phải mô
hình hóa và lựa chọn phương thức thích hợp để thực hiện trên máy tính và dựa trên
nhiều tiêu chuẩn, mô phỏng có thể chia thành nhiều loại. Sau đây là một số loại cơ
bản:
11


1. Mô phỏng ngẫu nhiên: còn gọi là mô phỏng Monte Carlo, áp dụng nguyên
tắc gieo các số ngẫu nhiên để mô phỏng các hiện tượng ngẫu nhiên.
2. Mô phỏng tất định: là phương pháp tính toán có thể đoán trước được. Nếu
mô phỏng với một bộ dữ liệu vào cụ thể thì các dữ liệu ra không đổi.
3. Mô phỏng liên tục: bằng việc sử dụng các phương trình vi phân và giải tích
số, máy tính sẽ giải phương trình một cách tuần hoàn và sử dụng kết quả thu được để
thay đổi trạng thái, số liệu xuất ra.
4. Mô phỏng rời rạc: người ta ghi lại một dãy các sự kiện đã được sắp xếp theo
thời gian, khi mô phỏng các sự kiện này sẽ tạo ra các sự kiện mới.
1.3. Chương trình MCNP5
1.3.1. Tổng quan về MCNP5

Chương trình MCNP được nhóm X-5 tại PTN Los Alamos, Hoa Kỳ phát triển
trong hơn 50 năm qua [17, 31, 32], đây là chương trình máy tính đa mục đích ứng
dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng quá trình vận chuyển của neutron,
photon và electron riêng biệt hoặc kết hợp trong môi trường vật chất. Hiện nay

File), các tài liệu ENDL (Evaluated Nuclear Data Library) và ACTL (Activation
Library) tại Livermore và các đánh giá của nhóm vật lý hạt nhân ứng dụng (T-2) tại
Los Alamos, sau đó chúng được mã hóa ở dạng thích hợp.
MCNP5 đánh giá sai số tương đối theo công thức 1 N , N là số quá trình mô
phỏng. Thực vậy, trong MCNP5 các kết quả truy xuất được chuẩn hóa trên một hạt
nguồn cùng với sai số tương đối R. Sai số tương đối R sẽ được tính toán sau mỗi quá
trình mô phỏng Monte Carlo. Điều này cho phép giải thích những đóng góp khác
nhau vào kết quả truy xuất của một quá tình mô phỏng. Đối với kết quả truy xuất có
chiều hướng tốt thì R tỉ lệ với 1 N , do đó để giảm R một nửa cần phải tăng số quá
trình lên gấp bốn lần. Đối với kết quả truy xuất có chiều hướng xấu thì R có thể tăng
khi số quá trình tăng. Ngoài ra để theo dõi diễn biến của kết quả truy xuất, MCNP5
còn đưa ra tiêu chuẩn đánh giá FOM (figure of merit) sau mỗi lần truy xuất kết quả.
Giá trị của FOM được tính theo công thức:
FOM =
13

1
R 2T

(1.1)


Trong đó: T - thời gian tính toán tính bằng phút. Giá trị của FOM càng lớn thì
quá trình mô phỏng Monte Carlo càng hiệu quả bởi vì chỉ cần ít thời gian tính toán
cũng có thể đạt được giá trị R mong muốn. Khi N tăng thì giá trị của FOM sẽ tiến đến
giá trị không đổi vì R2 tỉ lệ với 1/N và T tỉ lệ với N. Vì vậy việc sử dụng tiêu chuẩn
đánh giá FOM để kiểm tra diễn biến của kết quả truy xuất là rất cần thiết.
1.4. Hệ phổ kế gamma, cấu trúc buồng chì và detector HPGe GC1518
1.4.1. Hệ phổ kế gamma


15


Hình 1.2c. Mặt cắt dọc của buồng chì được mô hình hóa bằng chương trình MCNP5
đối với hộp đựng mẫu hình trụ.
Để giảm bớt phổ phông do các đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo phân bố
xung quanh detector làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích phổ gamma đo được, điều
tất yếu là phải có vật liệu che chắn thích hợp. Thực vậy, với tấm chì có bề dày 10
g/cm2 sẽ làm giảm bớt một nửa cường độ chùm photon có năng lượng 1000 keV hoặc
tấm chì có bề dày 100 g/cm2 (tương đương 8,8 cm) thì cường độ chùm photon có
năng lượng 1000 keV giảm đi 1000 lần. Do đó tấm chì có bề dày 10 cm thường được
sử dụng để che chắn các bức xạ phông. Chì được sử dụng để che chắn phải là chì
“cổ” bởi vì chì “trẻ” thường chứa 210Pb (T1/2 = 21 năm) được tạo ra từ quá trình phân
rã của 238U, trong khi đó chì “cổ” hoạt độ phóng xạ của 210Pb giảm đi đáng kể. Buồng
chì được chế tạo tại Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh đáp ứng tốt đối với các yêu
cầu trên [8]. Cấu trúc của buồng chì được trình bày trên hình 1.2a, 1.2b và 1.2c. Trên
hình này detector HPGe GC1518 là một ống hình trụ bán kính 3,81 cm với chiều cao
nằm bên trong buồng chì là 8,40 cm. Buồng chì có dạng hình trụ với bán kính ngoài
25 cm, cao 50 cm, bán kính trong 15 cm, cao 30 cm. Bề dày tấm chì ở các mặt trên,
mặt dưới và mặt bên hình trụ bằng 10 cm. Ở mặt dưới của nắp buồng chì có một lớp
thiếc dày 0,3 cm và một lớp đồng dày 0,1 cm. Mặt trên của đáy buồng chì có lót một
16


lớp đồng dày 0,8 cm. Mặt trong của thành buồng chì có một lớp thiếc dày 0,8 cm,
một lớp paraffin dày 6,25 cm nửa dưới và 4,75 cm nửa trên, và một lớp đồng dày 0,6
cm kể từ bên ngoài vào. Buồng chì dùng để che chắn có thể chứa các đồng vị phóng
xạ phát ra các tia X đặc trưng hoặc tia β bị hãm và phát ra bức xạ Bremsstrahlung
(chẳng hạn 210Pb phát ra tia X có năng lượng 46,5 keV…) cho nên việc lót thêm các
lớp thiếc, đồng là rất cần thiết. Ngoài ra các neutron có nguồn gốc từ vũ trụ hoặc do



Hình 1.3a. Mặt cắt dọc của detector HPGe GC1518, kích thước tính bằng mm.

Hình 1.3b. Mặt cắt dọc của detector HPGe GC1518 được mô hình hóa bằng chương
trình MCNP5.

18


Hình 1.4a. Cấu tạo của bình chứa nitrogen lỏng và cách ghép nối detector HPGe
GC1518 đặt tại Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh.
Nguồn: Canberra Industries Inc., http://www.canberra.com/default.asp

Hình 1.4b. Hình ảnh của bình chứa nitrogen lỏng và ảnh chụp tại Trung tâm Hạt
nhân TP Hồ Chí Minh.
dày tương đương 0,3.10-3 mm Ge. Đây là lớp p+ được nối với cực âm của nguồn điện.
Mặt trên cùng của tinh thể có phủ hai lớp vật liệu gồm lớp trên làm bằng kapton với
bề dày 0,1 mm và lớp dưới làm bằng mylar được kim loại hóa với bề dày 8,5.10-3
19


mm. Tinh thể germanium đặt trong một hộp kín bằng nhôm và ghép cách điện với
que tản nhiệt bằng đồng nhưng vẫn đảm bảo sự tản nhiệt tốt. Que tản nhiệt sẽ dẫn
nhiệt từ tinh thể germanium đến bình chứa nitrogen lỏng -196°C (77 K) nhằm giảm
tối thiểu ảnh hưởng nhiễu do dao động nhiệt trong tinh thể germanium và các linh
kiện điện tử của tiền khuếch đại như trong hình 1.4a và 1.4b. Hộp kín bằng nhôm có
bề dày 2,7 mm (chỗ dày nhất), 0,76 mm (chỗ mỏng nhất) để đảm bảo tránh được sự
hấp thụ các photon có năng lượng thấp và che chắn bức xạ hồng ngoại từ bên ngoài
vào tinh thể germanium. Các điện cực cách điện với nhau bằng teflon và có một

chính xác các yêu cầu, các khuôn mẫu của chương trình MCNP5, khi đó chương trình
MCNP5 sẽ tái tạo lại mô hình chính xác nhất trên máy tính về hệ phổ kế gamma
trong phòng thí nghiệm. Sau đó dựa vào những dữ liệu về tính chất hạt nhân và các
quy luật tương tác hạt nhân từ thư viện dữ liệu nguồn của chương trình, MCNP5 sẽ
cho kết quả phổ gamma dựa trên mô phỏng Monte Carlo.
1.5.2. Mô phỏng phổ gamma của các nguồn phóng xạ

Các photon phát ra từ nguồn sẽ phân bố đều theo mọi hướng trong không gian.
Chỉ có một phần các photon đạt đến bề mặt detector, phần còn lại sẽ bị hấp thụ trong
môi trường xung quanh hệ phổ kế. Quá trình một photon phát ra từ nguồn cho đến
khi kết thúc có thể xảy ra các quá trình tương tác với vật chất trên suốt quãng đường
truyền qua của nó. Tuy nhiên chỉ có các quá trình tương tác của photon với vật liệu
bên trong thể tích germanium hoạt động mới đóng góp suất đếm vào phổ gamma.
Dựa trên cơ sở các đặc điểm và chuẩn mực của chương trình MCNP5, bộ số liệu đầu
vào về cấu trúc hình học và thành phần vật liệu của buồng chì, detector và nguồn
phóng xạ được vào input của chương trình MCNP5 để mô hình hóa hệ phổ kế gamma
và mô phỏng phổ gamma của các nguồn phóng xạ sao cho thời gian tính toán càng
ngắn càng tốt nhưng vẫn phải đảm bảo độ tin cậy của phổ gamma mô phỏng.

21


CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỐI ƯU CỦA CÁC HỘP
CHỨA MẪU BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5
2.1. Mở đầu
Trong thực nghiệm người ta thường sử dụng hộp đựng mẫu hình trụ và dạng
Marinelli để đo các mẫu môi trường có hoạt độ thấp. Hộp đựng mẫu hình trụ có cấu
tạo đơn giản nhưng hiệu suất ghi thấp. Trong khi đó hộp đựng mẫu dạng Marinelli có
hiệu suất ghi cao nhưng có cấu trúc phức tạp hơn. Vì vậy trong phần này chúng tôi sẽ
áp dụng chương trình MCNP5 để tính toán kích thước tối ưu của hai kiểu hộp đựng

của buồng chì, detector và nguồn phóng xạ. Trong quá trình mô phỏng mode p được
sử dụng bởi vì nguyên tố germanium có bậc số nguyên tử Z lớn cho nên sự khác nhau
giữa mode p và mode p e là không đáng kể [2]. Mặt khác mô hình chi tiết về tương
tác của photon với vật chất cũng được áp dụng, trong mô hình này ngoài việc tính
toán đối với các quá trình tương tác quan trọng như hấp thụ quang điện, tán xạ
Compton (tán xạ không kết hợp), tạo cặp còn phải tính toán đối với quá trình tán xạ
Thomson (tán xạ kết hợp) và quá trình phát huỳnh quang xảy ra theo sau quá trình
hấp thụ quang điện. Đối với mode p quá trình tương tác của electron với vật chất
được mô phỏng theo mô hình gần đúng TTB (thick target bremsstrahlung) của
chương trình MCNP5. Mô hình gần đúng TTB giả thiết rằng electron được tạo thành
di chuyển cùng hướng với photon tới và phát ra bức xạ Bremsstrahlung ngay tức thì.
Khi photon đi xuyên qua vùng nghèo thì sẽ tạo ra các cặp hạt mang điện và được tập
hợp về hai điện cực. Thông qua bộ tiền khuếch đại nhạy điện tích, điện tích của các
hạt mang điện chuyển đổi thành xung điện áp. Xung điện áp tỉ lệ với phần năng lượng
của photon được giữ lại trong detector. Khi đó phổ phân bố độ cao xung hay còn gọi
là phổ gamma mô phỏng được lấy ra bằng thẻ truy xuất kết quả F8 của chương trình
MCNP5. Khi được truy xuất bằng thẻ F8, kết quả phân bố độ cao xung được tính
bằng số đếm đối với năng lượng (chuẩn theo số quá trình photon phát ra từ nguồn tại
năng lượng đó). Ngoài ra do ảnh hưởng của ba hiệu ứng là sự giãn rộng thống kê số
lượng các hạt mang điện, hiệu suất tập hợp điện tích và đóng góp của các nhiễu điện
tử [10] làm cho các quang đỉnh của phổ gamma thực nghiệm có dạng Gauss. Do đó
trong quá trình mô phỏng còn sử dụng lựa chọn GEB (Gaussian energy broadening)
của thẻ FT8 (Special treatment for tally) đi kèm với thẻ kết quả phân bố độ cao xung
23