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)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.2 MB, 51 trang )

HU NH HUY THÁI B O

TÍNH TOÁN THI T K H PH K NEUTRON X P L NG VÀ
PHÁT TRI N K THU
NH LI U NEUTRON D A TRÊN
TU NHÂN T O

KHÓA LU N T T NGHI P K

THU T H T NHÂN

HU NH HUY THÁI B O 1211534

TÍNH TOÁN THI T K H PH K NEUTRON X P L NG VÀ
PHÁT TRI N K THU
NH LI U NEUTRON D A TRÊN
NHÂN T O

KHÓA LU N T T NGHI P K

THU T H T NHÂN

NG D N
TS. TR N TU N ANH
CN. NGUY N MINH TUÂN

NH N XÉT C

NG D N

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

th c hi n khóa lu

và công c
toán trí tu nhân t o.

i ý cho nghiên c
Hoàng, Vi
c bi

c ti
ng d n, cung c p s li u
ng d n tính toán mô ph ng MCNP5 và thu t

TS. Tr n Tu n Anh, Vi
c uc
ch nh.

c trình bày lu

t v n i dung, ph m vi nghiên
t cách khoa h c và hoàn

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
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
ih
Sinh viên
Hu nh Huy Thái B o

c

DANH M C CÁC T
Ch vi t t t

VI T T T

Ti ng Anh

Ti ng Vi t

ATBX

An toàn b c x

BSS

Bonner Sphere
Spectrometer

GRNN

Genetalized Regession
Neural Networks

HDPE

High density
polyethylene

IAEA

International Atomic
Energy Agency

MCNP

Monte Carlo N-Particle

H ph k qu c u
Bonner
M

-ron h i quy
t ng quát

Polyethylene có m
cao
ng
nguyên t qu c t
ng
Monte Carlo

NCHN

Nghiên c u h t nhân

NNS

Nested Neutron
Spectrometer

SSE

Sum of squared error

H ph k x p l ng
T

M CL C

............................................................................................................ i

L IC

DANH M C CÁC T

VI T T T......................................................................... ii

U ....................................................................................................................1

M

NGHIÊN C U T
C
1.1

LÝ THUY T
NH LI U NEUTRON ..................................................3

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.
2.1.3.1.

-ron nhân t o........................................................18
.........................................................................................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
ki
lò ph n
ph thu
th k

c an toàn b c x
nh li u neutron c n ph

ng làm vi c có ngu n phát neutron và
ng neutron
n th

c) là s d ng các qu c

c s d ng t nh
ng kính khác nhau làm b ng v t

li u HDPE (High density polyethylene) và s d ng m t h
3
He ho c
m nh p nháy 6

m

c ph neutron v i d i
ng r ng (t
ng nhi t t i vài ch c MeV,
th m chí có th
cv n
n. Tuy nhiên,
mc
c u Bonner có kh
i
n
i tháo l p
m nhi u l n (
ng t i hình h c
c bi t là ph i mua
c ngoài v i chi phí cao. Hi n nay, tro
c ch
có m t h
tm
cl
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
t om th
chu n li u neutron mang nh
mc
áp
ng th i kh c ph c nh ng h n ch
t nhi m v
c
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
toán trí tu nhân t
mm ic
c hi n bao g m
tính toán ma tr
ng, tính toán mô ph ng cho 8
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.
K t qu th c hi
khoa h c và th c ti
c bi t trong
vi
ng phát tri n, ti n t i ch t o thi t b nh li u và chu n li u neutron
Vi
c v công tác nghiên c u và gi ng d y v k thu t h t
nhân t
i h c Vi t Nam.

1

Khóa lu n bao g m Ph n m

u và ba c

: Nghiên c u t

lý thuy t c

neutron;
:
: K t qu và th o lu n.

2

nh li u

NGHIÊN C U T NG QUAN
LÝ THUY T
C
NH LI U NEUTRON
N i dung chính c
nh li

t
ch

ng quan v các v
liên quan
a neutron v i v t

c bi t là v t ch

i, b n ch t c a li u chi u do neutron

t neutron và gi i thi u t ng quan v
li u neutron b ng h ph k qu c u Bonner.
1.1.

nh

Neutron
Neutron là h t có trong thành ph n h t nhân nguyên t

n, kh i

ng là 1,675x10 27 kg. S t n t i c a nó
c Rutherford d
c Chadwick ch ng minh b ng th c nghi
v i v t ch
c a các ph n ng tán x
ph n ng h p th
sinh
ra nh ng h t nhân m i, m t s h t nhân m i này có th
ng v phóng x .
Trong v t li u nh (ví d
c hay mô t
y u b ng
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
k
ng. Các ngu n phát neutron khác ph thu c vào s
chi u x lên bia v t li u. Ngu n alphan có ch a Be ho c
2
H tr n v i m t v t li u phát h t alpha, ngu n có ho
ph thu c vào ho
phóng
x c a ngu
cs d
, v t li u Be và 2
cs
d ng khi k t h p chúng v i m t ngu
ng cao, ngu n này
c g i là ngu n photo
các máy gia t c hay
lò ph n ng h
i d ng m

ng
2
c mô t
id
i d ng ngu
m, ngu n
n th tích (James 2006, p.639). B
t m t s ngu n
neutron thông d ng.

3

B ng 1. M t s ngu n neutron thông d ng

[a]

ng
trung bình
(MeV)
0,024

Y-Be

[a]

0,16

Na-D2O

[a]

0,22

[a]

0,83

Ngu n

Ph n ng

D

124

Sb-Be

88
24

24

2

Na-Be

ng

Phân h ch

(n,n)

0-8 MeV

2

H-2H (D-D)

(d,n)

[a]

3,27

0-8 MeV

5

0-8 MeV

4,5

Phân h ch t phát

0-10 MeV

2,3

(d,n)

[a]

14,1

226

Ra-Be

239

Pu-Be

252

Cf

2

H-3H (D-T)

a: Ngu

ng phát ph thu c vào s t h p th c a ngu n

- Ngu n Deuterium-tritium (D-T) là ngu
bia tritium b b n phá b i các h
c gia t
này gi

n 200 keV. Ph n ng

ng (17,6 MeV)
c chuy n tr c ti p
a neutron phát ra. Các neutron phát ra t ngu n này là neutron
ng và vì v
ng cách (James 2006, p.639).

ng c a nó gi m theo quy lu t bình

- 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
cho m
u, hi u chu n thi t b

c s d ng ph bi n
nh li u neutron.

- 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.

4

- Ngu n neutron phân h ch t phát 252Cf là ngu
c dùng ph bi n nh t
hi n nay v
phát 2,3x1012 neutron/s/g. Neutron phát ra có ph
ng
phân b t
ng nhi
2,3 MeV. Th i gian bán rã c a 252Cf là 2,

ng trung bình là kho ng
u su t ph n ng phân h ch

là kho ng 3%.
H u h t các ngu n neutron phát ra các h
cg
r t cao. M
tác v
sau:

ng cao, chúng

i vì v n t c c a chúng ng v i m
ng này

c sinh ra là neutron nhanh, chúng nhanh chóng t
ng và m t d

ng. S phân lo

L nh (T < 20oC): < 0,0253 eV;
Nhi t: 0,0253 eV;
Trung gian : 0,5 ~ 104 eV;
Nhanh: 0,01 - 10 MeV;
1.1.2.

c x c a neutron

t lý quan tr ng nh t c a neutron trong an toàn b c x là xác
su
nh qua ti t di
ng
truy
ng. M i quan h gi a ti t di
ng neutron c a môi
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 d
boron trong Hình 1) t n t i m t kho ng r ng
t di n gi
ng neutron m

nh c
ng có th t n t i
ng cao
u suy gi m này b chi ph i theo quy lu t 1/v, v i v là v n t c neutron
(v t l thu n v i
1/v
i v i nhi u lo i v t li
t tiêu
chu n th c nghi
nh ti t di n h p th neutron. M
ng 0,0253 eV
nh là m
ng v i v n t c c a neutron
u ki n nhi t
phòng thí nghi m (b ng 2200 m/s). V i ch t h p th tuân theo quy lu t 1/v, có th
c ti t di n h p th a (E) t
ng b t k khác, mi n là nó n m
trong vùng 1/v, theo bi u th
(James 2006, p.641-642):
(1.1)

5

E và E0 là 2 giá tr
ng th
a (E0
b ng th c nghi

ng b t k

t và
ng nhi t, các giá tr

(E0

ng v
nh

i v i nhi u nguyên t .

Hình 1. Ti t di n h p th neutron c
1.1.3.

a

ng

a neutron

n an toàn b c x , có 3 lo
a neutron c n quan
tâm là tán x
i, tán x
i và ph n ng b
này x y ra gi a neutron và các h t nhân c a nguyên t bia; các electron c a nguyên
t h
i có hi u qu
i v i vi c làm ch m neutron
trong các v t li u nh
c bi t là hydrogen. Ph

ng neutron s
im t
khi x
này, nó giúp làm ch
u
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.
-

tán x
i
u qu nh
nh trong vi c
làm ch m neutron. Nó t o ra tr ng thái kích thích cho các h
ng
h p th , và ph
c gi i phóng ngay l p t c b ng cách phát ra các
h
không
ng th y gi a neutron nhanh và h t nhân
n
c bi t n
ng neutron
trên 1 ho
ng h p th ch a nguyên t có s Z l n. Các l p
che ch n neutron luôn h p th
c phát ra trong tán x
ib

6

dày c n thi
c gi

h p th h u h
làm suy gi m b t k
ng h t nhân b kích thích (James 2006 p.643).

-

t neutron có th x y ra trong quá trì
c làm ch

tán x
ng c ng

ng nhi t, nó có th d dàng b h p th b i các h t nhân bia
c

ng h p th .
Ph

c truy n cho m t h t nhân bi
tán x
i là r t quan tr ng trong vi
các nguyên t bia gi t lùi s l
ng toàn b
truy n cho chúng trong m t vài micromet quanh v
ng trung bình

u

nh li u b c x b i vì
c
i v i va ch m

chuy n cho các nguyên t bia gi t lùi b i các
là (James 2006 p.643):
(1.2)

V i:

và A là s kh i c a h t nhân bia.

i hydro, tán x
i không x y ra c v i 1H và 2H
b i vì h t nhân c a chúng không có tr ng thái kích thích.
:
;
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
ch
ng cao.
i v i các h t nhân n
c truy
tán x

i gi
và nh
m t
ng ch y u c
ng cao trong v t li u n
x
i v i neutron nhanh, ti t di n tán x
i nh
nhi u so v i ti t di n tán x
i, tuy nhiên nó v
có hi u qu nh
nh
làm ch m neutron trong các v t li u n ng. N
u neutr
ng
neutron
(James 2006 p.643):

7

(1.3)
1.1.4.
thu n ti n vi c mô t
ng v t lý là dòng neutron (n/cm2

neutron
ng trên m

ng s d

i
th i gian (n/cm2

s). 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):
(1.4)
i v i suy gi m photon (James 2006 p.645):
(1.5)
V i I0

u và I(x

b dày x.

ng

mô

t xác su t m t neutron di chuy n m t kho ng cách x mà không ch u m
nào.
m t neutron di chuy n trên m
dài ch t h p
nr là xác su
th và ch u m

p th hay tán x

lo i nó kh

u.

Khi v t li u không ch a hydro, h s lo i b neutron kh i chù
u
3
n b ng ti t di
nr
t v i N là s nguyên t bia/cm
trong m t ch t h p th và t là ti t di
vi mô l
barn (10 -24 cm2/nguyên t
i v i m i nguyên t trong
m t th
c a ch t h p th
cm-1 và có m i liên h v
nr
m t v t lý v i h s suy gi m. Th c t
cs d
i d ng h s ph
2
thu c kh
là neutron (cm
c tính b ng cách chia cho nó m t
c a ch t h p th (James 2006, p.646).
H s ph thu c kh

ng neutron:

(cm2

nr

/

(1.6)

M

ng v t lý khác có liên quan là quãng ch y t
ng cách trung bình mà m t neutron v
chuy
c khi nó ch u m
yt
c hi u là b dày trung bình c a m
y ra. Nó có giá tr là (James 2006, p.646):
Quãng ch y t do trung bình = 1/

8

nr

(1.7)

c

1.1.5.

vi

Các thành ph n chính trong mô t
ng quan tâm ch y u trong
nh li
c tóm t t trong B ng 2. Ti t di
= Ni i
cs

d
thành ph n khác nhau c

c truy n

a neutron v i các
ng này khác v i h s nr t
c

s d ng cho nh ng tính toán che ch n.
B ng 2. M

nguyên t trong mô

Thành ph n

Nguyên t /cm3

Hydrogen

5,98 x 1022

Oxygen

2,45 x 1022

Carbon

9,03 x 1021

Nitrogen

1,29 x 1021

Natri

3,93 x 1021

Clo

1,70 x 1021

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
2
ph n ng 1
H và 14N(n, p)14C. Ph n
i hydrogen gi i phóng m t
ng 2,225 MeV và m t ph
ng này l

th . Ph n ng (n, p) v i nitrogen sinh ra m t proton 0,626 MeV và toàn b
ng
này l
ng g n vùng x
x y ra v i carbon và oxygen trong mô (James 2006, p.646).
1.1.5.1.

nh li u neutron nhanh

V

ch y

truy
ng trong mô là tán x
i v i các nguyên t nh
x y ra ch y u v
i di n cho m t s
ng l n nh t
các nguyên t trong mô, và vì m t n
c truy n cho nó.
Khái ni m li u va ch
cs d
mô t s l
ng do
nguyên t hydrogen gi t lùi; neutron b tán x có kh thoát kh
c
khi nó ph i ch
ng h
c truy n

ch b
u. Khái ni m li u va ch
u c a các neutron
ns l
ng do các ph n ng h p th hay nh ng
ph n ng tán x
c khi thoát ra kh
. Tuy nhiên th c t các quá trình
9

này có th x
c truy n
ch
cm-1

ng
i nh n u so sánh v
u. Ví d , m t neutron 5 MeV có ti t di
ch y t do trung bình c a nó là 1/0,

ng m t neutron 5 MeV s ch có m
(James 2006, p.649).
1.1.5.2.

m là 0,051
u này có
c khi nó xuyên qua toàn

nh li u neutron nhi t

Các neutron nhi
th , b

m

ng ch khi chúng b h p
ng nhi t; t c là t t c các ph n
i và

i mà có th x
y ra r i. Ch có hai ph n ng là c n ph i quan
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
2,225 MeV (giá tr Q c a ph n ng 1
(n, p) s g

2

i hydrogen t o ra các tia gamma
H). T t c các proton gi t lùi t ph n ng

c ch
c h p th và ch có m t ph n tia gamma t các ph n
c gi thi t là b h p th và l
ng.

Li u b c x t
c t o ra b i ph n ng 1
l n n u toàn b

b chi u x . Trong ph n
ra b i các tia gamma 2,
c gi i phóng trong ph n
phân b
, toàn b
s v
li u, v
n li u (James 2006, p.649).

2

H có th là
c s gây
c
n mà gây ra

1.2.
Do neutron không ph i là m t h
ti p thông qua các h
n là s n ph m c a ph n ng b t neutron, 3 ph n ng
quan tr ng nh t là:
4%
*: tr ng thái kích thích phát ra
ng

96%

10

1.2.1.

neutron nhi t
cs d

H uh
t

i v i các neutron nhi t.

u ph thu c vào ti t di n neutron nhi t c a v t li
c ch n mà
suy ra t
ng c a các neutron nhi t va ch m lên m t ch t

h p th .
u dò Boron

cs 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
giàu, có th
cs d
t ch
u dò trong m t
hi n các neutron nhi
c sinh ra trong

10

c làm
mt l
phát
m BF3 là khá l n

do giá tr Q b ng 2,31 MeV (và 2,79 MeV theo 4% trong các ph n ng sinh ra 7Li
tr
l n này cho phép phân bi t v i các xung c a
ng có m t cùng v
xung nh
u (James 2006 , p.667).

v

ion hóa khí BF3

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

c

h
neutron ch
c a boron và s

c tr n l n v i các ch t nh p nháy (ví d
u d a trên lý do là ti t di

c t o ra b i các s n ph m gi t lùi.

phát hi n
n

u dò lithium
iv i6
phát hi n các
a
6
3
neutron ch m. Ph n ng
H có giá tr Q l
n
cho phép phân bi t tia gamma t
nh y gi m xu ng do ti t di n nh
6
ng v 6Li ch
giàu 7,5 % trong t
Li có th
c làm giàu
i d dàng. Lithiumc 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
c pha tr n v
t
u dò nh v i kh
bi t tia gamma t t b i vì các electron th c

c t o ra b i các tia gamma thì d
dàng thoát ra kh i tinh th
t
n (James 2006 ,
p.667).
u dò ch a khí helium s d
m là ti t di n c a ph n ng (n, p)
3
c a He l n (5330 b). M t
m t l He có th b m t xung khi các s n ph m c a
ph n ng (n, p) có giá tr Q th p; tuy nhiên
m 3He có hi u su t ghi cao vì nó
3

11

có th n p khí 3He v i áp su t cao. Kh
BF3 b
ng th

t gamma kém so v i
m
n nh do giá tr Q th p.

1.2.2.
bi

trung gian là làm ch m

chúng xu
ng nhi
r
nhi t hay s d ng các lá dò kích ho

n chúng b ng m
phát hi n chúng tr c ti p.

u dò neutron

t lá dò
ng các ph n ng h t nhân, là
m t trong nh

t nh

neutron kích ho t

ng th i c 2 lá

trong kho ng t 0,

n 1,9 MeV.

115

nh thông tin ph neutron b i vì m i
In và

58

kích ho t. Ví d , n u m t ngu n
ng c a ngu
m

Lá dò phân h ch (Fission foils) có th dùng trong vi c ghi
237
ph n ng h
Np, 238U, 239Pu . 237Np có
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
Ba - La ho c 65Zn c a m
nh phân b dòng
ng 0,01 0,4 MeV, 0,4 1,4 MeV, và trên 1,4 MeV. Có 3 lo i
u dò bán d n sandwich (3He
ho c 6
u dò nh p nháy;
m t l hay bu ng ion hóa (3
mc a
các thi t b
phân gi
ng t t, d dàng v
c
r ng d
n (t

n 6 MeV) (Fung 2014; James
2006).
t các ph n ng

140

t lùi
pháp proton gi t lùi là m t trong nh
bi n trong
vi
nh ph
nh b o v b c x . Các neutron
c phát hi n gián ti p thông qua các tán x
i. Neutron
va ch m v i các h t nhân nguyên t nh
n
các h
o ra m
c ghi b ng các
m t l , nh p
nháy ho c các detector bán d n. Thi t b
phân gi
i vi c v
i ph c t p, d
n,
t
n 20 MeV (Fung 2014).
12

u dò tích h p
u dò tích h p là m t t p h
thu

u dò này có th là t p h p c
t 55Mn, 197

m t l 3He ho c b
thì thích h p trong vi

u dò có h s

ng khác nhau ph
u dò ch
u dò ch

ng th
iv
n ng h t nhân thì s d ng các lá dò kích ho

c b c trong các v t li u làm ch
c khác nhau vì th
h p s có s
ng khác nhau. V t li u làm ch
s d
i d ng hình c
m b o tính
c g i là h ph k qu c u Bonner (Fung 2014).

ng. Nh ng h ph k

ng
u

u dò tích
c
v y

ph k qu c u Bonner
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,
ch ng h
cao (HDPE), v
c khác nhau và
trung tâm c a ph k
tm
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,
chênh l ch kh
ng gi
vì th neutron s m t
ph n l
ng khi va ch m v i proton. M

ng là 2
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).
Khi m
i c u HDPE, nó s b m
ng và nhanh
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.
BSS có th
t ph neutron có d
ít nh t 20 MeV, và có th m r
t l
ng, s t..v..v. bên trong kh i c
ghi cao, hình h
n, nguyên t c v
kh
t gamma cao. Tuy nhiên, BSS l

13

ng l n t

ng nhi
n
u dùng các v t li u có s nguyên
m c a BSS là có hi u su t
ng và
phân gi
ng kém,

quá trình x lí k t qu ph c t
c ph neutron, giá thành cao, kh
l
i c ng k nh khi di chuy n.

nh
t

ng

kh c ph
c tính v giá, kh
m c a BSS, thì yêu c u c n thi t k m t h ph k c i ti n, có th t ch
u ki n Vi t Nam.

T ng k

xác su

m quan tr ng nh t c
a nó trong m

ng
c truy

i v i neutron là
nh qua ti t di
ng. H u h t các ngu
u sinh

cg

n t c c a chúng; tuy

nhiên, chúng nhanh chóng ph i ch
ng c a chúng gi m xu ng m c
lo
ng: tán x
i, tán x
ph n ng quan tr ng trong vi
iv
ng nhi t thì vi
chúng b

u dò: ch

ng nhi t. Có 3
i và b t neutron. Ba
10
B(n, He)7Li; 7Li(n, T)4He 3He(n,
n, ghi nh n

i v i các
ct
t trong nh ng cách thông
d
n nh t là s d ng các qu c u Bonner
m c a h Bonner là d s
d ng, d
i r ng t
ng nhi
n
ch
c c ng k
u thi t k m t h ph k
m i kh c ph
c nh ng h n ch nêu trên là n i dung nghiên c
t ra c
tài.

14

N i dung chính c
cu n, M
và c u trúc M

t v tính toán mô ph ng

i
-ron nhân t o (Artificial Neural Network), các hàm công c Matlab
-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
M t n i dung quan tr
m m x lý s li u (gi i cu

i li u và cách tính li u neutron.
y trình bày mô hình và công c ph n

c phát tri n d

nhân t o s d ng các hàm công c
này là d s d
i ph

-ron
d

l y t 140 ph d li u c
ti n hành gi i cu n.

M

m c a công c ph n m m
c. 105 ph neutron
-ron này "h

c khi

c phát tri n vào nh
i phòng thí

nghi m Los Alamos (Hoa K
d
mô ph ng quá trình
th ng kê v m t lý thuy
a h t nhân v i v t li
c bi t hi u qu
khi 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
v n chuy n h t, k thu t Monte Carlo mô ph ng th
a t ng
h t riêng bi t k t
c sinh ra t ngu
n khi b m
p th hay
rò thoát.
MCNP5 là m
n chuy n h
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
h
c tính v n chuy n sau: ch có neutron,
ch có photon ho c ch có electron, k t h p v n chuy
i
ng c
c x lý t 10-11
n 20 MeV cho t t c

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

15

-

m k thu t v hình h c;

- Mô t v t li u và l a ch
-V

n ti t di n;

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

- Lo i output ho c tally mong mu n
Trong ph m vi khóa lu

c s d ng

cho vi c tính toán mô ph ng m t k h ph k neutron d ng x p l ng (Nested Neutron
Spectrometer). Các tính toán
m tính toán ma tr
ng và co ph
neutron v

ng.

2.1.2. Ma tr

i cu n

2.1.2.1. Ma tr

ng c a h ph k NNS

Ma tr
ng c a h ph k NNS là m t ma tr n bi u di n s ph
thu c c a t
m xung ghi nh
i v i các kh i hình tr HDPE có
dày khác nhau. Ma tr
b c 1 bi u di n m i quan h gi a t
(Bramblett et al.1960):
(2.1)

-

Cj là t

-

Rj (E)
ng c
u dò ng v i kh i hình tr th j ph thu

ng;
l
ng neutron t i b m t kh i hình tr ph thu
ng;
N là s các kh i hình tr
dày khác nhau (trong nghiên c u này N = 8).

-

u dò ng v i kh i hình tr th j;

m ghi nh

)

trên có th
c vi t l
i d ng r i r c hóa theo các
(Bramblett et al.1960):
(2.2)

Rjk
k

j
ng th k,

k và

k

ng th k, M là s
ng (trong nghiên c u này M = 28). k
nh t vi c gi i h
) v i gi thi t là Rjk và Cj
c xác
c b ng th c nghi m ho c tính toán mô ph ng MCNP5.

16

ng các phòng thí nghi m có các ngu
ng có th
nh b ng th c nghi m dùng các ngu n neutron

tr
do v y ma tr

u ki n Vi t Nam không có các ngu
ng c a h
ng tính toán mô ph ng

dùng code MCNP5.
2.1.2.2. M t s

ng

k

s

có nghi m duy nh
Quá trình gi i h

gi i cu n
c ma tr
nh b ng cách gi
). H
c g i là Under-determined equations) và không
tính

gi i b
k t m t t p h p các s

m Cj

ng.
c g i là

gi i cu n (unfolding
u nghiên c
c phát tri n
gi i bài toán này, có th k
n là các code MSANDB, FRUIT, BONMA,
.

Code MSANDB d a trên code SAND-II. MSANDB s d ng thu t toán l p
nhi u l n và yêu c u c n ph i có m t ph gi

u bao g m các thông tin v t

ng neutron. Ph
u Hybrid 8
cs d
m
nh.
i di n cho m t d ng thô c a ph neutron d ki n, bao g
ng
(m
nh nhi t, m t vùng ph ng c a neutron trên nhi t, m
nh b
(evaporation peak) t i 2 MeV và m
nh t ng (cascade peak) t i 100 MeV). Code
này tính l p ph nhi u l
i ph
u phù h p v i giá tr
c
c
n khi giá tr cu
c tìm ra. D a trên các kinh nghi m
s d
cl
c s d ng (Barros et al.2014) .
lý v

c thi t k

m t công
c dùng cho vi c tính toán trong chu i s ki n mà r
c bi
c.

Bên c nh ma tr
ng, s
m ghi nh n và giá tr sai s , FRUIT ch yêu c u
nh tính c a lo
ng b c x
c a m t vùng
check-box nh p vào. Các thông s
i cu n và s bi n thiên
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
nh phân b xác su t c a t t c
n ph cu i cùng: các

17

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)

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về