Bức xạ gamma là một loại bức xạ ion hóa có năng lượng cao và có khả năng thâm nhập sâu vào các vật liệu. Điều này làm cho nó trở thành công cụ hữu ích trong kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing - NDT) trong nhiều ứng dụng công nghiệp và y tế. Hướng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật đo gamma tán xạ vào việc kiểm tra không phá hủy nhằm đánh giá các đặc trưng của vật liệu đã và đang thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Nhiều công trình nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học uy tín đã chứng minh tính khả thi và độ chính xác của kỹ thuật đo này trong các ứng dụng như: đo bề dày vật liệu (xem Hình 1), phát hiện và đánh giá ăn mòn, khuyết tật trên bề mặt vật liệu kim loại; kiểm tra vết nứt, lỗ rỗng trong bê tông xây dựng; đo mật độ khối lượng và xác định mặt phân cách giữa hai môi trường có mật độ khác nhau. Các ứng dụng phổ biến của bức xạ gamma trong kiểm tra không phá hủy bao gồm: kiểm tra độ dày vật liệu và hỗn hợp vật liệu, kiểm tra bê tông và cấu trúc bê tông, kiểm tra hàn, kiểm tra ống dẫn và bồn chứa, kiểm tra sụn và cơ xương trong y học.

Ngoài các ứng dụng như trên, bức xạ gamma còn được ứng dụng trong phát triển các phương pháp phân tích hàm lượng của các thành phần nguyên tố có trong các loại vật liệu. Bên cạnh các phương pháp phân tích hạt nhân như kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron, hay kỹ thuật phân tích huỳnh quang tia X, kỹ thuật phân tích hàm lượng nguyên tố có trong mẫu bằng phương pháp sử dụng tỷ số tán xạ Rayleigh-Compton là phương pháp được quan tâm và nghiên cứu hiện nay (xem Hình 2). 

Nghiên cứu và phát triển các phương pháp cải tiến các hệ gamma truyền qua nhằm xác định khả năng làm suy giảm cường độ chùm gamma của một số loại vật liệu dùng trong che chắn bức xạ. Bên cạnh đó, tương tự như khả năng ứng dụng của phương pháp gamma tán xạ, phương pháp gamma truyền qua còn được ứng dụng rộng rãi trong các bài toán công nghiệp như xác định bề dày, phát hiện khuyết tật, đo mực chất lỏng. Phương pháp gamma truyền qua dựa trên nguyên tắc suy giảm, nghĩa là sự giảm cường độ hoặc năng lượng của các tia gamma khi chúng đi qua vật liệu. Khi các tia gamma gặp một vật thể, chúng tương tác với vật liệu và năng lượng của chùm gamma bị hấp thụ hoặc tán xạ tùy thuộc vào mật độ và thành phần của vật liệu. Kết quả là các tia gamma truyền qua được ghi nhận trên đầu dò, tạo ra hình ảnh tiết lộ cấu trúc bên trong của vật thể. Thiết bị được sử dụng trong thử nghiệm gamma truyền qua thường bao gồm nguồn tia gamma, ống chuẩn trực, đối tượng cần kiểm tra và đầu dò ghi nhận bức xạ (xem Hình 3). Nguồn tia gamma phát ra bức xạ, được chuẩn trực để tạo thành một chùm hẹp hướng tới vật thể. Bức xạ truyền đi sau đó được ghi nhận bởi đầu dò. Điểm nổi bật của phương pháp là không bị phụ thuộc bởi nhiệt độ môi trường hay loại vật liệu và có thể mở rộng khoảng đo mà không bị giới hạn về giá trị bão hòa (xem Hình 4). 

Sử dụng các chương trình dựa trên thuật toán Monte Carlo để mô phỏng các quá trình tương tác của bức xạ gamma với vật chất theo như cấu trúc hình học ứng với các bố trí thực nghiệm trong thực tế. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo là tập hợp các thuật toán dựa trên phương pháp tạo số ngẫu nhiên để thu được kết quả giải số. Phương pháp này được sử dụng để giải quyết các bài toán liên quan đến các biến số mà không thể giải quyết bằng các thuật toán tất định. Phương pháp Monte Carlo được sử dụng rộng rãi trong các bài toán mô phỏng của vật lý, hóa học và sinh học. Phương pháp Monte Carlo mô hình hoá các hiện tượng bằng cách mô phỏng trực tiếp các lý thuyết cần thiết dựa vào yêu cầu của hệ. Hình 5 mô tả hệ mô phỏng đo tán xạ trên đường ống công nghiệp, trong đó nguồn phóng xạ được sử dụng là Cs-137 phát gamma năng lượng 662 keV. Hình 6 biểu diễn các thành phần phân tách phổ mô phỏng trong phép đo gamma truyền qua bằng phần mềm MCNP-CP, qua đó cho thấy sự đóng góp của tán xạ góc nhỏ vào nền đỉnh quang điện tại mức năng lượng 662 keV.