Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần

Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần

BAo cAo NGHI~M THU DE TAl NGHIEN CUu

cAp TRUONG

NGHIEN CUU PHUONG PHAp TAcH cAc

DA THANH PHAN

NHAM xAc DINH CHIEU DAy vA M~ T DQ)

Chti Nhi~m D@Tai:

PGS.TS MAl VANNHON ThS NGUYEN HAl DUONG

Cae eQng S1f:

TMN THANH SON NGUYEN HOANG DU SON TMN THI$N THANH

TP H6 Chi Minh nam 2007

MUC LUC

,

1.1 Ca chStuang tac cua gamma v6i v~t chfit 5

2.1.2 cfiu t~o va nguyen t~c ho~t dQngcua m~ch di~n diSukhien h~ ca 13

ChtrO1lg3: Khao sat S1}'phan b8 nang ItrQ'ngtan x~ Compton theo g6c tan x~e 19

DANH MUC cAe BANG

Bang 3.1: Nang IUQ'ngtan x~ Compton theo Iy thuy~t 22Bang 3.2: so sanh nang Iuqng tan x~ trung binh Iy thuy~t va th1JCnghi~m 24Bang 4.1: 86 d~mtheo bS day ".""""""""""""""""""""""""""'" 27

DANH MVC cAe HINH vi, DO THJ

Hinh 1.1: D6 thj mo tit djnh lu~tbito toan dQnglUQ'Ilg 7

Hinh 2.4: So'd6 ho~t dQngcua m~ch diSukhiSn 16Hinh 2.5: Chuang trinh diSukhiSn h~ Co' 17Hinh 3.1: So'd6 b6 tri thi nghi~m""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'" 19Hinh 3.2: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 120° 20Hinh 3.3 Dinh tan x~ sau khi sir d\mgphuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 120° 21Hinh 3.4: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 70° 21Hinh 3.5 Dinh tan x~ sau khi sir d\lng phuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 70° 22Hinh 3.6: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 140° 23Hinh 3.7: Dinh tan x~ sau khi sir d\lng phuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 140° 23Hinh 4.1: biSudiSn S1!ph\l thuQccua s6 dSmvao kh6i lUQ'IlgbSm~t 28

LOi m(y dau

Vi tinh chAtnguy hi~m cua cac buc x~ h~t nhan d6i v6i con nguai va moi twang nencac thi€t bi dung trong hQct~p, nghien cuu va k~ ca trong nganh cong nghi~p h~t nhanngay cang tra nen hi~n d~i, t\1'dQngh6a va an toan TAtca cac thi€t bi trong nganh v~t

ly h~t nhan d~u duQ'ctinh toan dQan toan cho nguai su d\lng va v~ hanh, nhAtla cacthi€t bi phat ra cac buc x~ ho~c chua ngu6n ph6ng x~ c6 cuang dQ Ian phai dam baolam sao cho th~t an toan va nguai su d\lng it phai ti€p xuc v6i ngu6n phat D6i v6i cacsinh vien trong nganh v~t ly h~t nhan, vi~c hQct~p va nghien Clrudoi h6i sinh vien phaithuang xuyen ti€p xuc v6i cac thi€t bi chua ngu6n phat tia ph6ng x~, vi v~y vi~c hi~n

d~i h6a va !\f dQng h6a cac h~ thi nghi~m ph\lc V\l cho hQc t~p va nghien Clrutrong cactwang d~i hQc la h€t suc cftn thi€t Cung v6i S\1'phat tri~n cua cac nganh khoa hQc maytinh va di~u khi~n t\1'dQng thi vAn d~ !\f dQng h6a trong nganh v~t ly h~t nhan da dftndftn duQ'cgiai quy€t tri~t d~

Tir m\lc dich d6 chung toi da thi€t k€ duQ'c h~ cO'khi c6 th~ dich chuy~n dftu doniing IUQ'llgtheo tUng g6c xac dinh nh~m ph\lc V\l cho thi nghi~m Compton, xay d\lllgduQ'c chuang trinh k€t n6i v6i may tinh b~ng ngon ngfr l~p trinh Visual Basic nh~md~u khi~n h~ Co'mQt cach t\1'dQng duQ'c di~u khi~n hoan toan bfug may vi tinh va c6th~ b6 tri a nO'ian toan cho nguai lam thi nghi~m

Tren Co'sa h~ Co'khi t\1'dQng chung toi ti€n hanh khao sat S\1'phan b6 niing IUQ'llgtrung binh theo g6c tan x~ 8 va khao sat S\1'ph\l thuQc cua chum tia gamma tan x~ theob~ day v~t li~u NhUng k€t qua lrng d\lng ban dftu nay c6 th~ duQ'cphat tri~n thanh mQtquy trinh t\1'dQng cho cong vi~c th\1'ct€ yeu cftu

COsa LY THUYET

1.1 CO'cbS tU'O'Dghic tU'O'Dgtac cua gamma vOi v~t cbAt

Cac tia gamma khong gay hi~n tu<Jllg ion hoa tIVc ti~p OOuOOiingh~t tich di~n.Tuy OOienkhi gamma tuang tac v6i nguyen ill, no lam bUt cac electron quy d~o ra khoi

Ngoai ra mQt phfut Ian cac lU<Jllgill gamma cling bi tan x~ len cac electron Do laOOiinghi~n tu<Jllg-co the ghi do du<;yc.Khi gamma di qua moi twang ta co cac d~ngtuang tac ca ban sau hi~u img quang di~n, tan x~ Compton, hi~u img t~o c~p Bay gia

ta se khao sat hinh d~g ph6 a ngo ra cua detector cua m6i hi~u img [1].

1.1.1 Hi~u fu1gquang di~n

Hi~u img qang di~n la hi~u img du<;ycmong mu6n xay ra ooAttrong kh6i ooAp

OOay,bai vi cac electron quang di~n la ca ch~ chiOOgay ion hoa moi twang va phat racac photo sang Trong hi~u img quang di~n, cac gamma tuang tac v6i electron lien k€tcua nguyen ill, thong thuang la lap K co nang lU<Jllglien k€t tir vai KeV d€n hang ch\lcKeV tuang img v6i nguyen ill co Z 000 va Z lan, va truy€n toan bQ nang lU<Jllgchoelectron nay Electron sau do thoat ra khoi nguyen ill va de l~i mQt 16tr6ng d6ng thaiphat ra tia X d~c trung Cac tia X d~c trung di chuyen mQtkhoang thong thuang vaokhoang mQtmilimet ho~c 000 han, sau do tuang tac quang di~n v6i electron lien k€t

y€u han a vong ngoai, giai phong electron (di~n ill Auger) va cling de l~i mQt16tr6ng.

Qua triOOti€p di8n cho t6i khi toan bQnang lU<Jllgcua tia X bi hApth\l hoan toan baicac electron quang di~n Nhu v~y k~t qua cua hi~u img quang di~n la t~o ra mQelectron mang hAuh~t nang lu<;yngcua tia gamma va cac electron Auger (electron nangIU<JllgthAp han).

1.1.2 Tan x~ Compton

Niim 1923, Authur Holly Compton (USA,1892 - 1962) d\1'avao thuy€t lU<Jllgillanh sang ma Einstein dii d€ xuAt twqc do giai thich thaOO cong mQt hi~n tu<Jllg l~

thuemg ma sau do mang ten ong, do la hi~n tuQ'ng gia tang cua bu6c song tia X dO'Ils~ckhi chi~u no qua mQt bim Graphite [3] Luc bAy gia hi~n tuqng nay khong th~ giai

thich mQtcach thoa dang n~u d1Javao ly thuy~t ca hQc c6 di~n Newton va ly thuy~tdi~n dQngl1JchQc c6 di~n cua Maxwell (Theo ly thuy~t c6 di~n thi bu6c song tan x~phai bfutgv6i bu6c song tm)

Khi chi~u mQtchum tia gamma vao v~t chAt,cac photon trong chum tia gamma se

va ch~m v6i h~t nhan nguyen ill va cac electron trong v~t chAt.S1JtuO'Ilgtac nay co th~xem nhu tUO'Ilgtac giii'ahai h~t v6i nhau d day ta chi xet tuang tac giii'acac gammav6i cac electron trong nguyen ill, n~u luqng ill gamma co niing luqng 100hO'Ildang k~

so v6i niing luqng lien k~t cua electron thi co th~ xem eOla !1Jdo trong qua trinh xet S1J

va ch~m cua luqng ill gamma v6i no Va tuO'Ilgtac nay gQi la tan x~ Compton

Tir djnh lu~t bao toan niing luqng ta co:

By = By' + EeV6i : Ey = hc/A ; By' = hc/A.' ; Ee = (me-mo).c2

Trong do: mo, m, A., A.' IAn luqt la khBi luqng nghi cua electron, khBi luqng

Tir dinh lu~t bao toan dQng luqng:

Qua mQt s6 phep bi~n d6i tuang duang phuang trinh cu6i ta duQ'c :

Tir cac cong thuc tren ta rut ra dugc sg ph\! thuQccua nang lugng gamma tan x~

Ey' vao nang lugng gamma tai Eyva goc tan xa e:

Khi e = 00 thi By' = By

Khi e = 1800thi Ey' = Ey khi do nang lugng truy8n cho e- la Ian nhfttva

niing lugng gamma tan x~ E'yse cgc ti6u (tan x~ gi~t lui).

Ti~t di~n vi phan cua tan x~ Compton dugc tinh b6i Tamm va Klein Nishina va dff

dugc thgc nghi~m ki6m chUng [4]:

Co hai truang hgp d~c bi~t :

Truang hgp E« 1, cong thuc (1.9) dugc khai tri6n thanh:

(1.9)

crCom = crTh(1- 21>+2561>2+ ) (1.10)

Truang hgp 8 » 1, cong thuc (1.9) tra thanh:

Hi~u ung Compton con dugc quan sat cho nhftng electron chuy~n dQngco nanglugng co th~ so sanh dugc vai nang lugng cua gamma tai [4]

Trong truang hgp nay gamma tai cling se bi tan x~ len electron, tuy nhiengamma tan x~ co th~ co buac song ng~n han gamma tai tuy thuQcvao goc tai cua hai

h~t Nang lUQ'l1gEy' cua gamma tan x~ trong truang hgp nay co th~ tinh dugc bAng

cach bien d6i bi~u thuc (1.16) ill h~ to~ dQ g~n vai electron sang h~ to~ dQ g~n vaiphong thi nghi~m, ta dugc:

E '= E I-j3easel

Y Y'I-j3eose2+Ey(1-eose)IEe

(1.12)

a day ~ = V/c, 81 la goc gifra chiSuchuy~n dQngcua electron va photon tai, 82

la goc gifra chiSu chuy~n dQngelectron va photon tan x~ Ey,Ee la nang lUQ'l1gphotontai va electron bay ra, 8 la goc gifra photon tai va photon tan x~ Tir (1.12) ta co th~

thfiykhi photon taiva electron tien l~i gAnnhau (81= 1t),photon tan x~ bay ngugc tra

l~i (8 = 1t , 8 = 0 ) D6ng thai nang lugng photon tan x~ nh~n gia tri C\l'Cd~i

electron va positron di chuy€n nguQ'c chi~u nhau ca viii milimet sau khi m~t h~t nang

gamma t6i BymQt khoang tuang img bfu1g2moc2

1.2 Detector nhip nhiy

1.2.1 D~c trU'Dgcua detector nhip nhiy

Detector su d\mg trong bao cao nay la detector nh~p nhay model 802 cua hang

CANBERA trong phong thi nghi~m BQ Mon V~t Ly H~t Nhful truang DHKHTNTP.HCM Cac thong s6 nhu sau:

Duang kinh b~ m~t ghi nh~ gamma: 4 cm

Kh6i IUQ'I1g:1,2 Kg.

Kh6i nh~p nhay: Sl,ld\mg tinh th€ nh~p nhay vo co NaI(TI) co kich thu6c 2,9x7,6cm2,n6ng dQch~t tang ho~t la (0,01%), lap phan x~ m~t ngoai bfu1gOxide co m~t dQmg/cm2 va day 1,6 mm duQ'cd~t trong hQp b~ng nhom day 0,05mm; m~t dQ 147,9mg/cm2

Khoang cach ill ngu6n t6i bia la 10 cm Khoang cach ill bia t6i detector la 12 cm.Bia tan x~ la nhom (AI) co b~ day 10 mm

Detector duQ'c d~t i:Jch~ dQ:

MCA:

ADC:

TypeType

AcSp/+

Acc uspec

Thai gian do trong 300 gHiy M6i goc bin x~ thay d6i cach nhau 10°.

TAtca cac thi nghi~m d~u sir d\mg phUO1lgtrinh duang chuAn:

E = 7,574 + 1,0927*ch (KeV)va FWHM = -10.65 + 3.042*EI/2 (KeV)

Duqc rut ra tir bQ nguBn chuAnNa22, CO57,Co6o,Mn5\ CSl37

1.2.2 Nguon chuan

Trong bao cao nay chung toi sir d\mg nguBn co ho~t dQ 480flCi Bfulg phan irng(n,y), no bi kich thich thanh Co6ophfu1ra phat mQtbeta 0,31 MeV va hai gamma nangluqng 1,173 MeV (99%) va 1,332 MeV(1O0%).Chu ki ban ra 5,3 nam NguBn duqc

d~t trong hQp chi day 3 cm, tia gamma S\l d\mg duqc chuAntf\lc b~ng colimator co

duang kinh 6ng chuAntf\lc 1 mm, b~ day 3 cm

Hinh 1.2: Sa dB phfu1ra cua Co6o

DH KHOA HOC TU NHIEN

I)~ do tan x~ nguai ta chi djch chuy~n detector theo cac goc tmmg fu1gill

0°- 1800 tren mQt m~t ph~ng xung quanh bia tan x~ H~ ca khi duQ'c thi~t k~ d~ co th~

djch chuy~n detector d~n mQt goc tan x~ bdt kY duQ'cdn djnh s~n If u di~m cua h~ ca la

co th~ lam vi~c lien f\1ctrong moi truang phong x~, thao tac chinh xac, de dang, sai s6cua h~ ca la c6 djnh va co th~ lo~i tn! duQ'c [4]

Cdu t~o ca khi cua h~ ca duQ'cmo ta nhu trong hinh 2.1, g6m cac bQ ph~n chinh

sau:

Hinh 2.1: H~ ca khi diSu khi~n Detector

D~ : D~ co nhi~m V\lgift cho h~ ca va detector thang bfutg trong khong gian Trend~ co khoan 4 166c d€ ta co th€ c6 dinh no vai n6n mQt cach ch~c ch~n va d6 dang.Tr1}c cB djnh: Tf\lc c6 djnh co cAu trUc hinh !r\l d~c, lam bfutg thep va duqc c6dinh vftng ch~c tren d~.

Tr1}.cxoay: Tf\lc xoay cling duqc lam b~ng thep, co cAutrUchinh tf\l r6ng, co th€xoay quanh !r\lc c6 djnh Tren !r\lc xoay co gia cong mQtbanh rang truy6n h!c vai 85rang

Cac h~ bi: H~ ca sir d\lng hai 6 bi dO ch~ mQtday, co kha nang chiu h!c huang

Him va I\lC dQc tf\lc Chung dam nh~n nhi~m V\l gift cho tf\lC xoay co th€ quay vftngch~c quanh tf\lCc6 dinh

Gia d~ bia tan x~: Duqc thi~t k~ d~g hinh dia trim, co duimg kinh 45 mm trenm~t gia dO-co kh~c cac v~ch chia dQ,m6i v~ch cach nhau 2°

Gia dO-detector: duqc thi~t k~ d€ chiu trQng l\lc cua detector va cac thi~t bi chech~n di kern vai Detector Tren gia dO-co hai kyp nh~m c6 djnh detector trong qua trinhquay quanh !r\lc c6 dinh

HQp giam tBc va c~P banh rang din l'!c: Do doi hoi h~ ca phai quay chinh xactai 0.1 dQ,moment khai dQngcua h~ ca Ian va khong bi gi~t khi khai dQng,nen ta c~nphai co mQth~ th6ng giam t6c Ian a day ta sir d\lng mQthQpgiam t6c thu nhAtco ti s6truy6n 10 : 650, hQpgiam t6c thu 2 co ti s6 truy6n 1 : 198.8 va c~p banh rang dfutl\lccu6i cimg tir h~ giam t6c len tf\lCquay co ti s6 truy6n 54 : 85

Cac k~t cAuca khi k€ tren co th€ thao rai ho~c l~p l~i thanh mQt h~ th6ng hoanchinh mQtcach d6 dang, tir do thu~ lqi cho chung ta trong vi~c di chuy€n, thay th~,sfta chfta va (rng d\lllgh~ th6ng nay trong cac thi nghi~mkhac

2.1.2 cAu t~o va nguyen tic ho~t dQng cua m~ch di~n di~u khi~n dQngcO'

* Board m~ch chu: board m~ch chu g6m co mQtIC di6u khi€n chinh thuQcdongATMEGA 32 - la dong IC chuyen di6u khi€n dQngca, co lap vo ch6ng nhi6u di~n tir.Ngoai ra tren Board con co cac kh6i khac nhu: kh6i cach ly ngu6n, kh6i giao ti~p IC

vai may tinh, kh6i hi~n thi LCD, kh6i ban phim, kh6i nl;lpchuang trinh cho IC.Chuang trinh nl;lpcho IC duQ'cvi~t tren ngon ngii'C va dung chuang trinh CodeVisionfor AVR d€ nl;lpcho IC.

*.Encoder: Encoder hay con gQila bQgiai ma co cAutl;log6m mQt dia tron, trendia tron co d\lc cac khe hyp, cach dBunhau n~m tren mQtduang tron Hai ben khe cod~t hai con LED phat va LED thu Khi Encoder hOl;ltdQng,cu m6i khi LED phat, khehyp, LED thu th~ng hang thi Encoder d~m duQ'cmQtxung di~n.GQia la s6 khe hyp cuadia tron, khi do cu m6i xung di~n thi Encoder quay duQ'c360/a dQ.Nhu v~y, bfug cachd~m s6 xung cua Encoder tra vB, ta co th€ bi~t duQ'cgoc ma h~ co quay duQ'cla baonhieu dQ

code disk

infraredi~ 1

emitters* ""\;:;J

0 S6 xung tren 1 vong quay: 100xung

0 Di~n ap ngo vao : ill 4,5 - 13,2 Volt DC

0 Co th€ nh~ bi~t chiBuquay cua cua Moter

0 Sa d6 chan:

day mau do: cApngu6n cho Encoder

Day mau den: Mass

Day mim xanh: duang tin hi~u ra (Sig A) -n8u chi€u quay la thu~n chi€ukim d6ng h6.

Day mau tr~ng: duang tin hi~u ra (Sig B) -n8u chi€u quay la ngugcchi€u kim d6ng h6

D{)ngcO":H~ th6ng sir dl,mgmQtdQngca DC 24 V, co hai tfl,lCquay dfuIh.rcra i:J hai dAucua dQngca MQtdAuco t6c dQquay b~ng v6'i t6c dQquay thl,Iccua dQngca (ti

l~ 1 : 1) No dugc n6i trl,Icti8p v6'i Encoder thong qua h~ 2 banh rang va day dai hinhthang co ti s6 truy€n 5: 3 ( moter quay 3 vong thi Encoder quay 5 vong) BAudfuIll,Ic

ra con l~i da dugc giiun t6c 60.5 IAnthong qua mQt hQp giilm t6c thrr nhAt g~n li€n v6'i

dQng ca co ti s6 truy€n la 10 : 605 Nhu v~y ti s6 truy€n cu6i cimg cua h~ ca la tich cua

sA xung cAnthi~t cua Encoder d~ Detector quay du(}"c1 d{)quanh bia hin x,:

Crrm6i vong quay cua Moter thi h~ ca quay dugc 1{~~ x ~~ 1~~8) = 1/18932,02vong

va Encoder quay dugc 5/3 vong tuang lrng v6'i%x 100 xung Nhu v~y d~ h~ ca quay

duac mot do thi Encoder Phili d8m t6ng cong 18932,02 x~xl 00 x~ =8765 xun g.

Sai sAcua h~ cO":Nhu tren da noi sai s6 h~ ca do Encoder sinh ra khong th~ lo~i trtr dugc la 10-4dQ,sai s6 nay qua nh6 ta co th~ b6 qua Trong ca khi, dQchinh xac cua h~ ca ph1,1thuQcvao dQchinh xac trong vi~c gia cong cac banh rang (co nghia la tl s6

truy€n cua h~ ca) va dQfa cua h~ ca Trong h~ ca nay, dQra ca khi t6ng cQngkhoilng

1 dQ.Nhu v~y, n8u ta so sanh sai s6 cua h~ th6ng do Encoder sinh ra v6'i sai s6 do dQ

ra cua ca khi thi ro rang sai s6 do dQra ca khi Ian hall gAp10000IAn.Tuy nhien sai s6 cua dQra ca khi chUngta co th~ lo~i trir dugc bfug l~p trinh n8u chu y r~ng dQra ca khi chi xuAthi~n khi h~ ca d6i chi€u chuy~n dQng.Bfug cach xac dinh dQra ca khi

thlJc t~ cua h~ ca, ta co thS tiOOduQ'cs6 xung ma Encoder d~m duQ'cva s6 vong quaytlJ do ma moter phili quay khi h~ ca deSichi~u chuySnd9ng.

Nhu tren dfftrinh bay thi d9 ra ca khi cua h~ th6ng nay khoilng 1 d9, OOuv~ykhi h~ th6ng co tin hi~u deSichi~u chuySn d9ng, b&ngcach l~p triOOta b~t bU9Cmoterphili quaytlJ do cho t6i khi ma Encoder d~m duQ'cteSngc9ng 8765 xung di~n

Nguyen Iy ho~t dQngm~ch di~n di~u khi~n: Khi b~t d§.ucApngu6n khai d9ng

h~ th6ng, chuang trinh se 1lJd9ng Reset h~ ca v~ vi tri 00 Vi tri 00 la vi tri ma a docong t~c haOOtrinh bi c§.ng~t cua h~ ca g~t v~ vi tri dong, OOuv~y b&ngcach di~uchinh vi tri cua cong t~c hanh triOOta co thS thi~t l~p duQ'cdS dang vi tri 00.Cu m6i hICb~t d§.ulam vi~c, h~ ca luon a vi tri 00.Chuang trinh se lAyvi tri 00 lam m6c dS dichchuy~nh~ ca d~nnhiing goc khac OOauma ta mong mu6n

HiOO2.4: Sa d6 ho~t d9ng cua m~ch di~u khiSnKhi ta truy~n m9t I~OOm may tinh 1 xu6ng Board m~ch chiOO2 (xem hinh 2.4),giil su ta truy~n I~OOcho h~ ca dich chuySn vi trim goc 00 d~n vi tri 100.L~OOll<lYse