Download miễn phí Luận văn Khảo sát hiệu suất ghi của detectơ nhấp nháy theo năng lượng bức xạ gamma bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo
MCNP là phần mềm vận chuyển bức xạ đa năng dựa trên phương pháp Monte-Carlo được
nhóm X-5 phát triển hơn 50 năm qua ở phòng thí nghiệm quốc gia Los-Alamos, Mỹ. Đây là một
công cụ tính toán rất mạnh, có thể mô phỏng số vận chuyển neutron, photon và electron riêng biệt
hay kết hợp trong môi trường vật chất, và giải quyết các bài toán vận chuyển bức xạ 3 chiều, phụ
thuộc thời gian, năng lượng liên tục trong các lĩnh vực khoa học hạt nhân. Hiện nay chương trình
được áp dụng rộng rãi: che chắn, đánh giá an toàn , thiết kế detector, phân tích và thăm dò dầu khí,
y học hạt nhân Vùng năng lượng neutron được sử dụng tính toán từ 10-11MeV đến 20 MeV, năng
lượng photon và electron từ 1 keV đến 1000 MeV. Sau đây sơ lược các mốc quan trọng trong sự
phát triển của chương trình:
Năm 1963, chương trình MCS có nhiều ứng dụng được tích hợp và có thể giải quyết các bài
toán ở mức độ vừa phải. Tiếp theo MCS là MCN được viết năm 1965. MCN có thể giải bài toán các
neutron tương tác với vật chất trong không gian 3 chiều và sử dụng các số liệu vật lý được lưu trong
các thư viện riêng và thư viện số liệu phong phú hơn.
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-10-21-luan_van_khao_sat_hieu_suat_ghi_cua_detecto_nhap_n.VuHdryMvr4.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-41399/Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Tóm tắt nội dung:
. Những photon ánh sáng với năng lượng h sẽ làm bức xạ các electron từ lớp màn nhạy
quang của photocatốt. Những photoelectron này sẽ được gia tốc và hội tụ bằng điện trường, sao cho
chúng lại đập vào một điện cực đặc biệt (được gọi là dinốt). Đinốt được chế tạo bằng vật liệu có
công thoát điện tử nhỏ và khi bị các electron bắn phá, sẽ bức xạ những electron thứ cấp, với số
lượng lớn hơn số lượng electron ban đầu từ 1 đến 10 lần. Những electron thứ cấp này lại được gia
tốc và hội tụ lên đinốt tiếp theo và đinốt này lại đóng vai trò phát xạ electron thứ cấp và v.v… Số
lượng đinốt có thể rất lớn (khoảng 10 đinốt). Cứ mỗi lần chuyển tiếp từ đinốt này sang đinốt tiếp
theo, số lượng electron sẽ nhân lên nhiều lần, và thông thường số lượng electron được bức xạ ở
đinốt cuối cùng sẽ lớn hơn số lượng electron ban đầu hàng vạn đến hàng triệu lần. Như vậy, ống
nhân quang điện đồng thời đóng vai trò biến tín hiệu quang học thành tín hiệu điện và khuếch đại
chúng.
Tín hiệu từ ống nhân quang điện được lấy ra qua mạch RC, đưa đến các khối tiền khuếch đại,
khuếch đại, rồi được đưa đến ngưỡng tích phân hình thành các xung có dạng vuông và độ rộng thích
hợp.
Hình 1.5. Cấu tạo của ống nhân quang điện
Một đặc điểm cần lưu ý khi sử dụng các ống nhân quang điện là tạp âm nhiệt của chúng do
hiện tượng bức xạ electron nhiệt ngay từ đinốt đầu tiên. Đôi khi, do điện áp trên các đinốt cao quá
giá trị bình thường, có thể xảy ra hiện tượng bức xạ lạnh các electron từ bề mặt của đinốt.
Nếu như biên độ xung tín hiệu lớn hơn biên độ tạp âm, thì việc khử tạp âm trong chuỗi xung
ra rất đơn giản, bằng cách dùng bộ hạn chế biên độ. Trong trường hợp mức tạp âm quá lớn, ta phải
tìm mọi cách để giảm nó đến mức tối thiểu để có thể tiến hành đo đạc được các tính hiệu cần thiết.
Vì xác suất bức xạ electron nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó để giảm tạp âm nhiệt, ta cần hạ thấp
nhiệt độ của photocatốt (khi hạ thấp nhiệt độ, thì cứ 100C, số xung tạp âm nhiệt giảm đi cỡ hai lần).
Khó khăn đáng kể nhất là khi ghi nhận những xung ánh sáng yếu với biên độ của chúng bằng
cỡ mức tạp âm. Khi đó, trong điều kiện thí nghiệm vật lý, thường là số tín hiệu cần thiết lại nhỏ hơn
số xung tạp âm. Trong trường hợp này, để tách các tín hiệu cần thiết, ta nên dùng một hệ hai ống
nhân quang điện, được mắc theo sơ đồ trùng phùng theo thời gian. Sơ đồ trùng phùng này sẽ ghi
được các xung ánh sáng từ tinh thể nhấp nháy, còn các xung tạp âm phân bố theo quy luật thống kê
theo thời gian sẽ bị loại bỏ, tất nhiên có tồn tại một số xung trùng phùng giả tạo do sự trùng hợp
ngẫu nhiên của các xung tạp âm.
Ngoài những xung tạp âm do sự bức xạ các electron nhiệt, trong ống nhân quang điện, có thể
xảy ra sự ion hóa các nguyên tử hay phân tử còn lại bởi những chùm electron thứ cấp. Những
nguyên tử hay phân tử khí này bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn và sau đó, khi trở về trạng
thái cơ bản, chúng bức xạ ra photon ánh sáng. Những photon ánh sáng này lại đập vào photocatốt
(một cách trực tiếp hay sau nhiều lần phản xạ) làm bức xạ các photoelectron và do đó sinh ra xung
tín hiệu giả tạo. Xác suất gây nên những xung giả tạo loại này tỷ lệ thuận với mật độ electron thứ
cấp ở những tầng cuối cùng của ống nhân quang điện, do đó để giảm bớt xung giả tạo, người ta
thường giảm hệ số khuếch đại và điện áp nguồn nuôi cho ống nhân quang điện.
1.3.3. Phân giải năng lượng
Trong các ống đếm nhấp nháy thực tế có hàng loạt những nguyên nhân khác nhau đưa đến sự
làm xấu khả năng phân giải theo năng lượng của chúng. Trước hết là bản thân chất nhấp nháy có thể
không hoàn toàn đồng nhất (ví dụ nồng độ tạp chất hoạt hóa không đều nhau trong toàn thể tích
detector) do đó cường độ bức xạ sẽ khác nhau, tùy theo vị trí mà hạt đi qua. Hơn nữa, trong thể tích
chất nhấp nháy còn có khả năng hiệu ứng biên, do đó khi hạt đi gần bề mặt bên của tinh thể, nó có
thể đi ra ngoài tinh thể và chỉ mất một phần năng lượng mà thôi. Hệ số thu góp photon trên
photocatốt của ống nhân quang điện, đối với những photon sinh ra từ những vị trí khác nhau, sẽ
khác nhau. Hơn nữa, những photoelectron bức xạ từ catốt dưới những góc khác nhau, từ những vị trí
khác nhau sẽ có hiệu suất thu góp khác nhau trên đinốt đầu tiên. Ngoài ra, hệ số khuếch đại của ống
nhân quang điện có thể biến đổi theo sự không ổn định của nguồn nuôi và v.v… Nói tóm lại, sự mở
rộng vạch phổ năng lượng của ống đếm nhấp nháy có nhiều nguyên nhân khác nhau gây nên, bắt
đầu từ sự thăng gián thống kê của sự tiêu tán năng lượng của bản thân hạt cơ bản và kết thúc bằng
sự thăng gián của hệ số khuếch đại của ống nhân quang điện và các nhiễu điện tử của hệ đo.
1.3.4. Phổ năng lượng của detector nhấp nháy kích thước trung bình:
Nếu xét theo kích thước đầu dò, các detector nhấp nháy có thể chia làm 3 loại: detector có kích
thước nhỏ (dưới 2cm), detector kích thước lớn (cỡ vài chục cm) và detector kích thước trung bình
(có kích thước nằm giữa 2 khoảng trên). Với từng loại kích thước đầu dò khác nhau, hàm hưởng
ứng và phổ năng lượng của detector có những đặc trưng khác biệt. Do tính chất luận văn là khảo sát
hệ phổ kế Gammar Rad 76BR76 sử dụng đầu dò NaI(Tl) hình trụ kích thước 3 inch x 3 inch là loại
đầu dò có kích thước trung bình. Vì vậy trong luận văn này chỉ trình bày về các hiệu ứng xảy ra bên
trong đầu dò và phổ năng lượng của detector kích thước trung bình.
Trường hợp năng lượng trung bình (hiện tượng tạo cặp không đáng kể), trên phổ xuất hiện
miền Compton liên tục và đỉnh quang điện. Vì kích thước detector là đáng kể nên có xảy ra các sự
kiện tia gamma tán xạ Compton bị hấp thụ hoàn toàn đóng góp vào đỉnh quang điện. Năng lượng
gamma tới càng thấp, năng lượng trung bình gamma tán xạ càng nhỏ và khả năng bị hấp thụ càng
cao dẫn đến miền Compton càng giảm. Tại năng lượng gamma tới rất thấp (nhỏ hơn 100 keV).
Miền liên tục Compton hầu như biến mất. Do hiện tượng tán xạ nhiều lần, trên phổ xuất hiện một
miền liên tục nằm giữa cạnh Compton và đỉnh năng lượng.
Nếu năng lượng gamma đủ lớn để hiệu ứng tạo cặp trở nên quan trọng, hàm đáp ứng sẽ phức
tạp hơn do tương tác của các gamma hủy trong thể tích detector. Các tia này có thể thoát khỏi thể
tích detector hay tương tác nhiều lần với môi trường detector dẫn đến sự hấp thụ một phần hay
toàn bộ năng lượng của tia gamma sơ cấp. Trên phổ tương tác thấy đỉnh thoát đơn, đỉnh thoát cặp
tương ứng với sự thoát một hay hai gamma hủy. Các sự kiện khác trong đó năng lượng của tia
gamma hủy bị hấp thụ một phần hay toàn bộ sẽ đóng góp vào vùng nằm giữa đỉnh thoát cặp và đỉnh
quang điện.
Hình 1.6. Mô hình tương tác và mô hình phổ năng lượng
của detector kích thước trung bình
1.4 . HIỆU SUẤT
...
