LỜI MỞ ĐẦU
Trong quy trình phân tích đồng vị phóng xạ dựa trên việc đo phổ gamma, vấn đề xử lý và tính toán các thông số của các đỉnh Gamma xuất hiện trong phổ có vai trò rất quan trọng, quyết định thành công của cả một quy trình. Các thao tác xử lý phổ hiện nay phần lớn đều dựa vào các phần mềm chuyên dụng chẳng hạn như các Genie-2K, GammaVision, Sampo, Hypermet, Các phần mềm này dựa trên nhiều thuật toán khác nhau và đều có những ưu khuyết điểm riêng. Đặc biệt trong việc xửlý phổ có xuất hiện đỉnh chập hoặc phổ của các mẫu có hoạt độ thấp như mẫu môi trường thì có sự sai biệt khá lớn giữa các kết quả tính toán của những phần mềm này[10]; hoặc thậm chí là giữa các phương thức tính toán khác nhau trong cùng một phần mềm (như trường hợp của Genie-2K). Do vậy, vấn đề tìm kiếm một chương trình xử lý phổ toàn diện vẫn đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Để thúc đẩy sự phát triển của các phương thức xử lý phổ, IAEA trong vòng hơn 10 năm qua đã tổ chức một số chương trình kiểm tra năng lực của các phần mềm xử lý phổ, trong đó về lĩnh vực xử lý phổ gamma có hai chương trình kiểm tra: IAEA Gamma-ray Test Spectra (1995) [13] và IAEA Gamma-ray Test Spectra for Low-Level Spectrometry (2002) [11]. Mục đích chính là nhằm kiểm tra khả năng của các phần mềm xử lý phổ trong việc tìm kiếm đỉnh phổ tự động, tính diện tích đỉnh độc lập với tỉ lệ đỉnh/phông nền, khả năng phát hiện và xử lý đỉnh chập. Ngoài ra, một số phương pháp xử lý phổ cũng đang được nghiên cứu trên thế giới: kĩ thuật wavelet[18], kĩ thuật Bayes [17], chuỗi Markov[13], thuật toán di truyền [14,15], mạng neural[19], cực tiểu hóa entropy [12], …
Trong tất cả các kĩ thuật tối ưu hóa hiện nay, thuật toán di truyền là một trong những thuật toán được sử dụng rộng rãi nhất, trong nhiều lĩnh vực: trí tuệ nhân tạo, thiết kế tự động hóa, chế tạo robot, phân tích thị trường, quản lý mạng dữ liệu, . . . và được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm phát triển. Ưu điểm của thuật toán này là có khả năng tìm kiếm lời giải trên vùng không gian tìm kiếm phức tạp, nhiều tham số, và có thể loại trừ được các tối ưu cục bộ. Đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý phổ dựa trên thuật toán này bao gồm các phổ Mossbauer, cộng hưởng từ hạt nhân, phổ chuỗi nguyên tử, … [14] và cho kết quả khá khả quan, do vậy thuật toán di truyền là một trong những lựa chọn thích hợp cho mục tiêu xây dựng một chương trình xử lý phổ gamma đặc biệt là với nguồn bức xạ hoạt độ thấp. Chương trình xử lý phổ này sẽ bao gồm nhiều thuật toán để xử lý phổ bức xạ gamma, trong đó chủ yếu tập trung vào thuật toán di truyền để làm khớp phổ, tách các đỉnh chồng chập nếu có. Phần mềm xử lý phổ được xây dựng như vậy có thể nâng cao tính chính xác trong việc đánh giá hoạt độ với hệ phổ kế gamma phông thấp đang có. Mà điều đó là cần thiết trong việc đánh giá các mẫu phóng xạ có hoạt độ tương đối thấp như mẫu môi trường.
Mục đích chính của luận văn là bước đầu xây dựng một chương trình xử lý phổ gamma tự động dựa trên việc tối ưu các thông số của hàm làm khớp phổ thông qua thuật toán di truyền kết hợp với một số thuật toán khác. Chương trình này sẽ góp phần nhằm nâng cao tính chính xác trong việc đánh giá hoạt độ nguồn, mẫu phóng xạ được đo bằng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe bên cạnh chương trình xử lý phổ đang được sử dụng duy nhất hiện nay là Genie-2K tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân.
Với mục đích nêu trên, luận văn bao gồm các nội dung như sau:
Chương 1: Sơ lược về phổ gamma và sự hình thành phổ gamma, các hệ thống thiết bị thường được dùng để ghi nhận phổ gamma và nguyên lý ghi nhận tín hiệu trong hệ phổ kế gamma. Đồng thời một số đặc trưng quan trọng của phổ gamma chẳng hạn như dạng của đỉnh, phông nền cũng như các đỉnh đặc trưng của phổ gamma cũng được nêu trong chương này
Chương 2: Các phương pháp xử lý phổ tự động, bao gồm các phương pháp chuẩn năng lượng, bề rộng đỉnh, các thuật toán tìm đỉnh, làm trơn, tính toán làm khớp các thông số và tính toán diện tích của đỉnh.
Chương 3: Giới thiệu khái niệm và những kiến thức cơ bản về thuật toán di truyền; các phép di truyền, lai, đột biến. Phương thức áp dụng thuật toán di truyền vào trong xử lý phổ gamma.
Chương 4: Xây dựng một chương trình xử lý phổ gamma bao gồm các module đọc phổ, tìm đỉnh, tính toán diện tích, . . . Các sơ đồ khối, đặc điểm và cách thức hoạt động của các module xử lý trong chương trình cũng được nêu ra cụ thể.
Chương 5: Một số kết quả tính toán được từ chương trình đối với các phổ nguồn điểm (Co57, Cs137, Mn54, Na22, Co60) đo được từ detector HPGe với tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, các kết quả này được so sánh với kết quả thu được từ Genie-2K để kiểm định tính đúng đắn của chương trình. Đồng thời khả năng xử lý đỉnh chập của chương trình cũng được kiểm tra với các phổ test của IAEA.
