Xác định hoạt độ của đồng vị phóng xạ dựa trên phổ gamma đã được giải cuộn bằng phương pháp GRAVEL và ma trận đáp ứng từ mô phỏng MCNP
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Việc xác định chính xác hoạt độ của các đồng vị phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong công tác đảm bảo an toàn bức xạ và giám sát môi trường. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một phương pháp dựa trên kỹ thuật giải cuộn phổ gamma nhằm nâng cao độ chính xác trong việc xác định hoạt độ của đồng vị phóng xạ phát gamma năng lượng thấp (dưới 500 keV). Thuật toán GRAVEL, trong gói phần mềm UMG, được sử dụng để giải cuộn các phổ thực nghiệm. Một ma trận đáp ứng của đầu dò được xây dựng thông qua mô phỏng Monte Carlo với chương trình MCNP6, trong đó mỗi photon tới có năng lượng trùng khớp với các kênh năng lượng của phổ gamma thực nghiệm. Ma trận đáp ứng này được xây dựng đến năng lượng 1 MeV và được tích hợp vào quá trình giải cuộn nhằm tăng cường khả năng tách đỉnh và xác định hoạt độ. Phương pháp đề xuất được kiểm chứng thông qua phổ gamma thực nghiệm từ nguồn điểm chứa nhiều đồng vị phóng xạ có hoạt độ đã biết. Kết quả cho thấy việc kết hợp giữa mô phỏng hàm đáp ứng dựa trên MCNP và giải cuộn bằng thuật toán GRAVEL đã giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy của phép đo hoạt độ. Sự cải thiện này đặc biệt rõ rệt đối với các đồng vị phát gamma năng lượng thấp và cường độ yếu, với độ sai lệch tương đối lớn nhất không vượt quá 4,3%.
Từ khóa
Phổ kế gamma, Mô phỏng MCNP, Giải cuộn phổ, Hiệu suất ghi đỉnh, Hoạt độ đồng vị phóng xạ.
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
Boukhalfa, S., Ould Mohamed Sidi Mohamed, M., & Khelifi, R. (2021). Monte Carlo simulation of NaI(Tl) detector and GRAVEL deconvolution for biological, geological samples and their dosimetry evaluation. Journal of Instrumentation, 16(09), P09024. https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/09/P09024
Byon, J., Park, S., Kim, Y., & Ahn, S. (2022). External exposure specific analysis for radiation worker in reuse of containment building for Kori Unit 1. Nuclear Engineering and Technology, 54(5), 1781-1788. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.net.2021.11.015
Chen, Y., Chen, X., Lei, J., An, L., Zhang, X., Shao, J.,…Wang, X. (2014). Unfolding the fast neutron spectra of a BC501A liquid scintillation detector using GRAVEL method. Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 57(10), 1885-1890. https://doi.org/10.1007/s11433-014-5553-7
Dombrowski, H. (2024). Comparison of the conversion method with gravel unfolding to obtain dose values from photon spectra. Radiation Protection Dosimetry, 200(1), 32-59. https://doi.org/10.1093/rpd/ncad251
Dryak, P., Kovar, P., & Gudelis, A. (2010). Total efficiency of GE detectors—dead layer signal effect. Applied Radiation and Isotopes, 68(7), 1451-1453. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2009.11.026
Eckert & Ziegler. Mixed nuclide solutions. https://www.ezag.com/products/isotope-products/isotrak-calibration-sources/standardized-solutions/calibrated-solutions/mixed-nuclide-solutions/
GUM. (2008). Evaluation of Measurement Data – Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. JCGM 100:2008, http://www.bipm.org. http://www.bipm.org
He, J.-F., Yang, Y.-Z., Qu, J.-H., Wu, Q.-F., Xiao, H.-L., & Yu, C.-C. (2016). An inversion decomposition method for better energy resolution of NaI(Tl) scintillation detectors based on a Gaussian response matrix. Nuclear Science and Techniques, 27(3), 58. https://doi.org/10.1007/s41365-016-0062-1
Kurniasari, D., Warsono, W., Indryani, N., Usman, M., & Hadi, S. (2021). Simulation of generalized Gamma distribution with maximum likelihood estimation and expectation-maximization algorithm on right censored data type 1. Decision Science Letters, 10, 415-424. https://doi.org/10.5267/j.dsl.2021.1.003
Li, F., Gu, Z., Ge, L., Li, H., Tang, X., Lang, X., & Hu, B. (2019). Review of recent gamma spectrum unfolding algorithms and their application. Results in Physics, 13, Article 102211. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102211
Li, F., Lang, X., Chen, Y., Ge, L., Feng, L., & Li, S. (2019). Evaluation on least square method applied to gamma spectrum de-noising. Journal of Physics: Conference Series, 1423(1), 012002. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1423/1/012002
Li, X., Wang, Z., Lv, H., Wei, S., Liu, J., Wang, Y.,…Yang, C. (2020). Measurement of the energy of fast neutrons in the presence of gamma rays using a NaI(Tl) and a plastic scintillator. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 976, 164257. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164257
Liu, B., Yang, H., Lv, H., Jing, F., Gao, X., & Yan, M. (2020). A deconvolution method for scintillator gamma-ray spectrum analysis based on convex optimization. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 957, 163399. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163399
Loan, T. T. H. (2016). Study on analyzing overlaped peaks using the Gold algorithm of unfolding. Science & Technology Development, 19.
Maestro-32. (2003). Software user's manual vesion 6.
Ménesguen, Y., & Lépy, M. C. (2021). COLEGRAM, a flexible user-friendly software for processing of ionizing radiation spectra. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1003, Article 165341. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165341
Pelowitz, P. (2013). MCNP6TM User's manual, Version 1.0. Los Alamos National Laboratory report LA-CP-13-00634.
PTB. (2004). UMG 3.3, Analysis of data measured with spectrometers using unfolding techniques. https://www.oecd-nea.org/tools/abstract/detail/nea-1665/
Thanh, T. T., Vuong, L. Q., Ho, P. L., Chuong, H. D., Nguyen, V. H., & Tao, C. V. (2018). Validation of an advanced analytical procedure applied to the measurement of environmental radioactivity. J Environ Radioact, 184-185, 109-113. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.12.020
Trang, L. T. N., Chuong, H. D., & Thanh, T. T. (2019). Efficiency calibration for HPGe detector by Monte Carlo efficiency transfer method. Science & Technology Development Journal - Natural Sciences, 3, 9-17.