Xác định độ dày vật liệu thép chịu nhiệt tại vùng bị ăn mòn bằng phương pháp Monte Carlo kết hợp với phương pháp giải tích

Trong công trình này, phương pháp Monte Carlo được sử dụng trong kĩ thuật gamma tán xạ để xác định độ dày bão hòa của vật liệu thép chịu nhiệt. Kết quả chỉ ra rằng độ dày bão hòa khi sử dụng tia gamma năng lượng 662keV là 17mm. Bên cạnh đó, tác giả cũng đánh giá khả năng áp dụng của kĩ thuật gamma tán xạ sử dụng đầu dò NaI(Tl) trong việc xác định độ dày ăn mòn bằng cách so sánh độ dày thực tế của vật liệu và độ dày tính toán từ mô phỏng Monte Carlo kết hợp với phương pháp giải tích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định độ dày vật liệu thép chịu nhiệt tại vùng bị ăn mòn bằng phương pháp Monte Carlo kết hợp với phương pháp giải tíchTạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013_____________________________________________________________________________________________________________ XÁC ĐỊNH ĐỘ DÀY VẬT LIỆU THÉP CHỊU NHIỆT TẠI VÙNG BỊ ĂN MÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO KẾT HỢP VỚI PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH HOÀNG ĐỨC TÂM*, TRẦN THIỆN THANH**, TRỊNH VĂN DANH***, VÕ THỊ THẮM***, CHÂU VĂN TẠO**** TÓM TẮT Trong công trình này, phương pháp Monte Carlo được sử dụng trong kĩ thuậtgamma tán xạ để xác định độ dày bão hòa của vật liệu thép chịu nhiệt. Kết quả chỉ ra rằngđộ dày bão hòa khi sử dụng tia gamma năng lượng 662keV là 17mm. Bên cạnh đó, chúngtôi cũng đánh giá khả năng áp dụng của kĩ thuật gamma tán xạ sử dụng đầu dò NaI(Tl)trong việc xác định độ dày ăn mòn bằng cách so sánh độ dày thực tế của vật liệu và độ dàytính toán từ mô phỏng Monte Carlo kết hợp với phương pháp giải tích. Kết quả chỉ ra rằngcó thể tính toán được độ dày vật liệu tại vùng bị ăn mòn với độ sai biệt giữa độ dày thực tếvà độ dày tính toán dưới 10% khi sử dụng tia gamma năng lượng 662keV. Từ khóa: gamma tán xạ, ăn mòn, thép chịu nhiệt, NaI(Tl). ABSTRACT Determining the thickness of heat-resistant steel at corrosion range using Monte Carlo method combined with analytic method In this work, Monte Carlo method was used in the gamma backscattering techniquein order to determine the saturation thickness of heat-resistant steel. The result showedthat the saturation thickness was 17 mm corresponding to gamma rays of 662keV. Besides,we also evaluated the applicability of the gamma scattering technique in corrosiondetection by comparing the real thickness of material with calculated thickness from MonteCarlo method and analytical method. The results show that, for gamma rays of 662 keVand with experimental arrangement in our work, the gamma scattering technique candetermine the thickness of material at corrosion range with deviation under 10%. Keywords: gamma scattering, corrosion, heat-resistant steel, NaI(Tl).1. Giới thiệu Sử dụng detector NaI(Tl) để phát hiện các khuyết tật trên vật liệu bằng phươngpháp gamma tán xạ được nhiều nhóm quan tâm nghiên cứu trong thời gian qua [1, 2, 3,9]. Priyada và cộng sự [5] bằng cách sử dụng detector bán dẫn HPGe đã xác định độ ănmòn đối với các loại thép mềm (Mild Steel). Với độ phân giải năng lượng tốt, đây là* ThS, Trường Đại học Sư phạm TPHCM** ThS, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM*** HVCH, Trường Đại học Sư phạm TPHCM*** PGS TS, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM172Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Hoàng Đức Tâm và tgk_____________________________________________________________________________________________________________loại detector cho kết quả đáng tin cậy trong việc xác định độ dày ăn mòn của vật liệu.Tuy nhiên, nhược điểm của loại detector này là cần được làm lạnh ở nhiệt độ thấp bằngni-tơ lỏng nên tính linh động không cao trong việc đo các đối tượng ở ngoài hiệntrường. Để khắc phục được nhược điểm này, chúng tôi sử dụng detector NaI(Tl). Loạidetector này có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng [4] nên có thể mang ra ngoài hiệntrường để thực hiện các phép đo trực tiếp. Để đánh giá khả năng áp dụng detector này trong các phép đo thực nghiệm về xácđịnh độ ăn mòn, chúng tôi tiến hành mô phỏng toàn bộ quá trình xác định độ dày ănmòn của vật liệu thép chịu nhiệt (một loại vật liệu thường dùng trong các thành lò chịunhiệt với hàm lượng Các-bon (C) và Sắt (Fe) lần lượt là 3,95% và 96,05%). Kết quảcủa quá trình mô phỏng này là phổ tán xạ của tia gamma tới năng lượng 662 keV trênvật liệu thép chịu nhiệt ở góc tán xạ 135 o. Từ phổ mô phỏng thu được chúng tôi sẽ xácđịnh độ dày bão hòa của vật liệu thép chịu nhiệt đối với tia gamma tới năng lượng 662keV. Bên cạnh xác định độ dày bão hòa, chúng tôi cũng sử dụng phương pháp giải tíchđể tính toán độ dày của vật liệu tại điểm tán xạ (còn gọi là độ dày ăn mòn).2. Phương pháp Monte Carlo2.1. Mô phỏng bằng chương trình MCNP5 Các thông số về detector NaI(Tl) mà chúng tôi sử dụng để mô phỏng dựa trên cácthông số do hãng Amptek cung cấp. Loại detector này sử dụng tinh thể nhấp nháyNaI(Tl) với kích thước tinh thể có đường kính 76 mm và chiều dài 76 mm. Các thôngsố kĩ thuật của detector NaI(Tl) được trình bày trong hình 1. Hình 1. Các thông số kích thước và loại vật liệu của hệ đo NaI(Tl) dùng trong mô phỏng 173Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013_____________________________________________________________________________________________________________ Phần sau cùng của detector là ống nhân quang điện, tuy nhiên việc mô phỏng cácchi tiết của ống nhân quang điện là tương đối phức tạp và thực sự không cần thiết vìảnh hưởng đến kết quả thu được là không thực sự rõ ràng. Do đó, để khắc phục vấn đềnày, trong chương trình mô phỏng, chúng tôi xem ống nhân quang điện như là một ốngnhôm hình trụ đặc với độ dày 30 mm. [8] Mô hình hóa hệ đo để khảo sát phổ tán xạ trên vật liệu gồm ba phần: Phần 1: Mô hình hóa đầu dò NaI(Tl) và collimator. Hệ đo sử dụng đầu dòNaI(Tl) bao gồm: tinh thể NaI(Tl), nhôm, silicon và nhôm ô-xít (Al2O3) có mật độ lầnlượt là 3,667 g cm-3, 2,7 g cm-3, 2,329 g cm-3 và 3,970 g cm-3. Để hạn chế được đónggóp tán xạ nhiều lần đồng thời vẫn đả ...