TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ PHỔ KẾ NEUTRON XẾP LỒNG VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT ĐỊNH LIỀU NEUTRON DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Khóa luận tốt nghiệp)

HU NH HUY THÁI B O

HU NH HUY THÁI B O 1211534

NH N XÉT C NG D N

NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N

L I C

Trong quá trình th c hi n khóa lu n t t nghi c s truy n

t, h tr t n tình v ki n th c, thông tin, tài li u, công c tính toán, kinh nghi m nghiên c u c a các th y cô Khoa k thu t h t nhân - i h t, các cán b nghiên c u Vi n Nghiên c u h t nhân (Vi c bi t, em xin

Chú Nguy n Minh Tuân, Vi n NCHN v vi xu

nghiên c u, mô hình tính toán, phân tích k t qu và dành nhi u th th o

lu n, gi c m c, t o m u ki n thu n l i nh t trong quá trình ti n hành

toán trí tu nhân t o

ch nh

Xin g i l i c n toàn th b n bè trong l p HNK36, nh ng

ng hành trong h c t p, nghiên c i ki n th c Xin c m

ng viên tinh th em hoàn thành lu

g ng ch nh s a bài lu n m t cách hoàn thi c

ch n s không tránh kh i nh ng thi u sót, vì v y em r t mong nh c nh

góp ý ki n quý báu t quý th y cô

Em xin chân thành c

i h

Sinh viên

Hu nh Huy Thái B o

M C L C

L I C i

DANH M C CÁC T VI T T T ii

M U 1

NGHIÊN C U T LÝ THUY T

C NH LI U NEUTRON 3

1.1 Neutron 3

1.1.1 Các ngu n neutron 3

1.1.2 c x c a neutron .5

1.1.3 a neutron 6

1.1.4 .8

1.1.5 .9

1.1.5.1 nh li u neutron nhanh 9

1.1.5.2 nh li u neutron nhi t .10

1.2 .10

1.2.1 Ghi neutron nhi t 10

1.2.2 .12

15

15

15

2.1.2 Ma tr i cu n 16

2.1.2.1 Ma tr ng c a h ph k NNS 16

2.1.2.2 M t s gi i cu n 17

2.1.3 -ron nhân t o 18

2.1.3.1. 18

2.1.3.2 H p công c M -ron trong MATLAB (MATLAB Neural Network Toolbox) 19

2.1.3.3 M -ron H i quy T ng quát 19

2.1.3.4 Mô t hàm MATLAB 21

2.1.3.5 H ng s kernel spread 22

2.1.3.6 Hu n luy n và ki m tra d li u 23

2.1.4 H s chuy i li u 23

2.2 Mô hình tính toán 24

2.2.1 C u hình h ph k x p l ng 24

2.2.2 c ti n hành xây d ng M -ron nhân t o 25

K T QU VÀ TH O LU N 28

3.1 Mô ph ng c u hình h ph k b ng MCNP5 28

3.2 Ma tr ng c a h ph k NNS 29

3.3 M t s k t qu áp d nhân t o 30

3.4 Sai s quá trình gi i cu n 32

3.5 K t qu nh li u neutron 34

K T LU N VÀ KI N NGH 36

TÀI LI U THAM KH O 38

PH L C 1: INPUT MCNP MÔ T H PH K NEUTRON X P L NG 39

PH L C 2: CODE MATLAB 42

M U

nh li u chi u x neutron là m t trong nh ng nhi m v quan tr ng trong công

m b o an toàn b c x h t nhân Vi nh li u neutron giúp chúng ta có th

c bi t là ph i mua c ngoài v i chi phí cao Hi n nay, tro c ch

có m t h t m c l t t i phòng chu n li u, Vi n Khoa h c k thu t

h t nhân Hà N i Nh m gi i quy t v này, vi c tìm hi u thi t k và ti n t i t ch

quan tâm t i Vi n NCHN

M c tiêu c a khóa lu n là tìm hi u và th c hi n các tính toán mô ph ng m t

h u neutron (h ph k x p l ng NNS - Nested Neutron Spectrometer) v i c u hình hình h n, kh ng nh , giá thành r , có th t ch t c, d

s d ng và phát tri n m t công c ph n m m x lý s li u (gi i cu n) d a trên thu t

c a h ph k x p l ng, tính toán gi i cu n 5 ph th c nghi m và tính

li u cho 35 ph d li u c a IAEA

vi ng phát tri n, ti n t i ch t o thi t b nh li u và chu n li u neutron

Khóa lu n bao g m Ph n m u và ba c

: Nghiên c u t lý thuy t c nh li u neutron;

:

: K t qu và th o lu n.

NGHIÊN C U T NG QUAN LÝ THUY T

ra nh ng h t nhân m i, m t s h t nhân m i này có th ng v phóng x

ph n ng tán x i v i vi c truy

này neutron nhanh chóng b làm ch m và tr thành neutron nhi t Quá trình này là quá trình quan tr ng nh t ng n vi nh li u và che ch n neutron

1.1.1 Các ngu n neutron

Lò ph n ng h t nhân và máy gia t c là hai ngu n sinh neutron ch y u có d i

phân b ng r ng ngu n tr c ti p, và quá trình sinh ra neutron

chi u x lên bia v t li u Ngu n alpha- n có ch a Be ho c

2H tr n v i m t v t li u phát h t alpha, ngu n có ho ph thu c vào ho phóng

neutron thông d ng

B ng 1 M t s ngu n neutron thông d ng

ng trung bình (MeV)

- Ngu n Deuterium-tritium (D-T) là ngu

bia tritium b b n phá b i các h c gia t n 200 keV Ph n ng

a neutron phát ra Các neutron phát ra t ngu n này là neutron

ng và vì v ng c a nó gi m theo quy lu t bình

ng cách (James 2006, p.639).

- Ngu n phát neutron t máy gia t c Cyclotron là ngu

c phát ra b ng cách gia t c các h t deuteron và cho b n vào bia beryllium Neutron phát ra t ph n ng 9Be(d, n)10 ng cao nh t theo

ng c a chùm tia deuteron và tùy thu c vào s ng các h t deuteron c a chùm tia t i, và có th t o ra m t chùm neutron h i t cao Tuy nhiên, ph neutron

quanh m t giá tr ng nh nh (James 2006, p.639)

- Ngu n photo-neutron là ngu c s d ng ph bi n

- Ngu n alpha-neutron bao g m radium, polonium và plutonium tr n v i

beryllium Do hi u ng t h p th h t alpha trong ngu ng neutron phát

ra trung bình ch kho ng vài MeV

- Ngu n neutron phân h ch t phát 252 Cf là ngu c dùng ph bi n nh t

hi n nay v phát 2,3x1012neutron/s/g Neutron phát ra có ph ng

2,3 MeV Th i gian bán rã c a 252Cf là 2, u su t ph n ng phân h ch

ng h p th c minh h a trong Hìn i v i 2 lo i v t li u boron và cadmium

c bi i v i m t s ch t h p th (ví d cadmium trong Hình 1) là s có m t

nh c ng trong ti t di n h p th neutron trong khi các ch t khác (ví dboron trong Hình 1) t n t i m t kho ng r ng t di n gi

u suy gi m này b chi ph i theo quy lu t 1/v, v i v là v n t c neutron

chu n th c nghi nh ti t di n h p th neutron M ng 0,0253 eV

E và E0là 2 giá tr ng b t k t và a(E0 ng v

b ng th c nghi i v i nhi u nguyên t

trong các v t li u nh c bi t là hydrogen Ph ng neutron s i m t

trong chùm tia Sau quá trình làm ch m, neutron có th b h p th qua ph n ng b t neutron ho c phân rã thành proton và m t h t beta

dày c n thi h p th h u h làm suy gi m b t k

truy n cho chúng trong m t vài micromet quanh v i v i va ch m

ng trung bình chuy n cho các nguyên t bia gi t lùi b i các

a 1H = 0, hydrogen r t quan tr ng trong vi nh li u neutron b i

vì m t n ng c c truy n cho các nguyên t hydrogen gi t lùi

M i liên h này gi i thích t i sao v t li u giàu hydro thì r t hi u qu trong vi c làm

(James 2006 p.643):

(1.2)

ng v t lý là dòng neutron (n/cm2 ng trên m th i gian (n/cm2s) Quá trình làm ch m neutron c a m t chùm tia neutron qua m t b dày v t li u

c mô t và thi t l p d a trên quy lu t xác su

I suy gi m qua m t b dày x c a ch t h p th t l v c a ngu n neutron

và h s suy gi m neutron nr a v t li u h p th (James 2006 p.645):

i v i suy gi m photon (James 2006 p.645):

t xác su t m t neutron di chuy n m t kho ng cách x mà không ch u m

nào nr là xác su m t neutron di chuy n trên m dài ch t h p

s d ng cho nh ng tính toán che ch n.

B ng 2 M nguyên t trong mô

Các neutron nhanh m ng trong mô ch y u là do quá trình tán x

i, còn các neutron ch m và neutron nhi t thì qua ph n ng b t, ch y u là các

tâm là ph n ng (n, p) v i nitrogen sinh ra các proton gi t lùi 0,626 MeV (giá tr Q

c a ph n ng 14N(n, p)14C), và ph n i hydrogen t o ra các tia gamma

2,225 MeV (giá tr Q c a ph n ng 1 2H) T t c các proton gi t lùi t ph n ng (n, p) s g c ch c h p th và ch có m t ph n tia gamma t các ph n

1.2.1 neutron nhi t

c s d i v i các neutron nhi t

H u h u ph thu c vào ti t di n neutron nhi t c a v t li c ch n mà

t suy ra t ng c a các neutron nhi t va ch m lên m t ch t

h p th

u dò Boron c s d phát hi n các neutron nhi t b i vì ti t di n

ph n a 10B là l n Khí boron trifluoride (BF3 10 c làm

do giá tr Q b ng 2,31 MeV (và 2,79 MeV theo 4% trong các ph n ng sinh ra 7Li

c thi t k b ng cách ph b m t thành bên trong

c u dò b ng m t h p ch t c a boron và n p vào bên trong nó m t ch t khí phù

cho phép phân bi t tia gamma t nh y gi m xu ng do ti t di n nh

ng v 6Li ch giàu 7,5 % trong t 6Li có th c làm giàu

i d dàng Lithium- c ch t o bên trong các tinh th

phát hi phân bi t gi a tia gamma trong các

u dò tinh th u so sánh v i khí BF3 Các h p ch t c a lithium

bi t tia gamma t t b i vì các electron th c c t o ra b i các tia gamma thì d

Lá dò phân h ch (Fission foils) có th dùng trong vi c ghi

ng phân h ch kho ng 0,4 MeV và 238U là kho ng 1,4 MeV, m t lá

239 c b c trong m t kh i c u có v b ng boron v dày 1 2 g/cm2 ng

ng kho ng 0,01 MeV Vi n ph m phân h ch b ng tia gamma

H ph k qu c u Bonner c phát minh b i Bramblett và Bonner

ng bao g m các kh i c c làm t v t li u giàu hydro,

trung tâm c a ph k t m u dò neutron nhi t ch ng (Bramblett et al.1960)

S d ng HDPE làm ch t làm ch m là b i vì nguyên t hydro ch bao g m 1 proton, kh ng c a proton là 1,0087 u và kh ng c a neutron là 1,

MeV s b m n 0,025 eV trong 27 l n va ch m v i hydro Vì th v t

li u càng có nhi u hydro thì hi u qu làm ch m càng l n (Fung 2014)

chóng và tr thành neutron nhi c ghi b u dò neutron nhi t B ng

c các kh i c u, neutron v ng khác nhau s c làm ch m và thu nh n M i m t qu c u có m t kho c thu nh n

ng v i m t d ng neutron

ít nh t 20 MeV, và có th m r u dùng các v t li u có s nguyên

t l ng, s t v v bên trong kh i c m c a BSS là có hi u su t

quá trình x lí k t qu ph c t c ph neutron, giá thành cao, kh ng

N i dung chính c t v tính toán mô ph ng

i

cu n, M -ron nhân t o (Artificial Neural Network), các hàm công c Matlab

và c u trúc M -ron nhân t o dùng trong nghiên c u gi i cu n, s li u và mô hình MCNP5 h ph k x p l ng, các h s chuy i li u và cách tính li u neutron.

M t n i dung quan tr y trình bày mô hình và công c ph n

nhân t o s d ng các hàm công c m c a công c ph n m m

ti n hành gi i cu n.

c phát tri n vào nh i phòng thí

th ng kê v m t lý thuy a h t nhân v i v t li c bi t hi u qukhi áp d ng cho các bài toán ph c t p mà không th mô hình hóa b

trình vi tích phân s d nh Quá trình l y m u th ng kê d a trên

vi c ch n các s ng u nhiên theo các hàm phân b t Trong quá trình mô ph ng

rò thoát

Carlo, có th s d ng cho nhi u m ng liên t c, áp d ng cho hình h c b t k , ph thu c th i gian và có th tính toán k t h p v n chuy n các lo i

và có th i v i m t s ng v V c u trúc, t p input ch a các thông tin c a bài toán bao g m:

- m k thu t v hình h c;

- Mô t v t li u và l a ch n ti t di n;

- V m c a ngu n neutron, photon ho c electron;

- Lo i output ho c tally mong mu n

- N là s các kh i hình tr dày khác nhau (trong nghiên c u này N = 8)

) trên có th c vi t l i d ng r i r c hóa theo các

ng các phòng thí nghi m có các ngu

u ki n Vi t Nam không có các ngu

gi i bài toán này, có th k n là các code MSANDB, FRUIT, BONMA,

(evaporation peak) t i 2 MeV và m nh t ng (cascade peak) t i 100 MeV) Code

c c hi n th liên t c trong quá trình l p h i t nh ph , k t qu tính toán và gi i cu dung sai và li u Code bao g m m t công c th xác

tham s ng dòng trong nh ng kho ng nh nh, li

ng xung quanh và ph c ghi rõ theo t ng bin (kho ng

Gradient Method) (SGM) (Bedogni et al.2007; Barros et al.2014)

Code BONMA v.167 là m t b n phiên b n s a i c a BON94 Code này d a

c s d t thông tin bi c trong th t c l p Ph ban

c l a ch n b i s d ng Ph c xây d ng d a theo các mô hình v t

lý th c nghi m Các giá tr tính toán c a ph bin-per-bin và c a giá tr tích phân li u

c tính b ng Monte-Carlo (Barros et al.2014; Sannikov 1994)

Code MAXED là m t code gi i cu n c n m t ph m c nh (ph ng u) Ph m nh dùng cho vi c gi i cu n v i MAXED là ph ng s

d ng tham s ng Bayesian Ph gi i cu nh b ng cách áp d ng thu t toán entropy c i (Barros et al.2014; Reginatto et al 2002)

2.1.3 P -ron nhân t o

2.1.3.1.

M -ron nhân t o ng g i ng n g n là M -ron là m t mô

ho ng c a các M -ron sinh h c Nó g m có m t -ron nhân t o (nút m ng c n i v i nhau, và x lý thông tin b ng cách truy n theo các k t n i

và tính giá tr m i t i các nút Trong nhi ng h p, M -ron nhân t o là m t

h th ng thích ng t i c u trúc c a mình d a trên các thông tin bên ngoài hay bên trong ch y qua M ng trong quá trình h c Trong th c t s d ng, nhi u M ng -ron là các công c mô hình hóa d li u th ng kê phi tuy n Chúng có th c

mô hình hóa các m i quan h ph c t p gi a d li u vào và k t qu tìm

ki m các d ng/m u trong d li u

Hình 2 mô t m t M -ron nhân t o

Trong nghiên c u này, m t M -ron h i quy t ng quát (Generalized

c xây d ng và th nghi m trong môi

c phát tri n b i Specht, là m t M -ron ph n h i

c d a trên lý thuy t h i quy không tuy n tính bao g m 4 l p: l u vào, l p

m u, l p t ng h p và l u ra (Hình 3) Nó thích h p cho ch n

ra ch c k t n i duy nh t v i m x lý trong l p t ng h p (Jia 2006)

L u tiên là l c k t n i hoàn toàn v i l p m u L p thhai là l p m u và có m -ron cho m i l p m -ron d tr giá tr c a nhi u d ng h p v i giá tr m c tiêu

Hàm c a l p m theo bán kính (Radial Basis Function)

phân chia ch t ng h p tr ng s kích ho t c m u mà không dùng b t k hàm kích ho t nào

M u ra c a GRNN ch k t n ng v i m t ng

phân chia các tín hi n t t ng h p b i các tín hi n t phân

2.1.3.4 Mô t hàm MATLAB

n s d ng trong vi c t o M -ron là newgrnn(P,T,spread) Nó

g c li t kê trong B ng 3, và tr v m t M -ron h i quy t ng quát m i

Newgrnn t o b i hai l p M ng L -ron radbas, và tính

toán các tr ng s u vào v i dist và net v i netprod L p th -ron purelin,

tính toán tr ng s u vào v i normprod, và các M u ra v i netsum Ch l u

d c (biases)

B ng 3 Mô t các tham s trong hàm newgrnn

Spread Spread c theo bán kính (m nh = 1.0)

(2.3)

2.1.3.5 H ng s kernel spread

Là m t tham s quan tr ng c a GRNN, h ng s spread ph c ch c khi xây d ng M - kh p d li u m t cách ch t ch , dùng m t

kh p d li u b qua sai s (over-fitting), trong khi quá nh s d n tình tr ng kh p

s chính quy

K thu t LOOCV (Leave-one-out cross- c s d ng trong vi c

hu n luy n v i các b ph hu n luy n, d li u d tr s c áp d ng làm cho h

c chia làm 2 ph n: ph n h c và ph n ki m tra Do t t c d li c phân b

2.2 Mô hình tính toán

2.2.1 C u hình h ph k x p l ng

Hình 7 mô t chi ti t c u hình c a h ph k H u và d ki n thi t

(He-3) (C0)

Các hình tr

ng kính t 6,6

n 22 cm) (C1 C7)

S d ng ph n m m tính toán mô ph mô ph ng h ng

ng h p khác nhau c a h ph k : không b c HDPE (C0) và b c HDPE 7

bày trên B ng 4) và xác su ng nh t theo 28 nhóm

B ng 4 ng dùng trong tính toán mô ph ng MCNP5

(MeV) Nhóm

ng (MeV) Nhóm

ng (MeV)

khi co ph s c chu n hóa (sum = 1) Vi c chu n hóa s làm cho m i bi u có

8 s m này s c s d ng làm D li u vào (Input) và ph

Input c a M - M ng t o ra Output (ph n ng v i 28 nhóm);

ng li u neutron

M ng -ron nhân t o

T ng k :

neutron Ph ng c a c tính b ng cách gi

th c hi n vi c xây d ng mô hình trí tu nhân t c ph ng

ng h p detector tr n (C0) giá tr ng l n nh t n m trong vùng

h NNS hoàn toàn có th c m r n th ng BSS (hi n

3.3 M t s k t qu áp d nhân t o

t s k t qu gi i cu n ph ng li u neutron b ng -ron nhân t o

Hình 10 Ph u c a ngu n 252Cf xuyên qua 20 cm bê tông v i 10%

s t c a phòng thí nghi m qu c gia Oak Ridge và ph sau khi gi i cu n

Hình 11 Ph u c a ngu n chu n Am-B (IAEA) và ph sau khi gi i

cu n

Hình 12 Ph u c a ngu n 252 c làm ch m b i 5cm Fe (Vi n Nghiên c u h t nhân C ng hòa Sec (NRI, REZ)) và ph sau khi gi i cu n

Hình 13 Ph u c a ngu n neutron 14 MeV che ch n b i 5cm H2O

(Lò ph n ng h t nhân Cadarache (Pháp)) và ph sau khi gi i cu n