Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát các thông số của hệ phổ gamma với đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết (HPGe) GC 2018

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN

BOÄ MOÄN VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN

KHOA VAÄT LYÙ



KHOAÙ LUAÄN TOÁT NGHIEÄP

ÑEÀ TAØI:

KHAÛO SAÙT CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA HEÄ PHOÅ

KEÁ GAMMA VÔÙI ÑAÀU DOØ BAÙN DAÃN Ge SIEÂU

TINH KHIEÁT (HPGe) GC2018

Caùn boä höôùng daãn: Th.S TRÖÔNG THÒ HOÀNG LOAN

Caùn boä phaûn bieän: Th.S NGUYEÃN ÑÌNH GAÃM

Sinh vieân thöïc hieän: TRAÀN THÒ THUYÙ LIEÂN

Nieân khoùa :2001-2006

MUÏC LUÏC

Trang

PHAÀN A. LYÙ THUYEÁT

CHÖÔNG I. CAÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA PHOÅ KEÁ GAMMA VÔÙI ÑAÀU DOØ

Ge ............................................................................................................... 6

1. Cöôøng ñoä ñieän tröôøng vaø hieäu ñieän theá laøm vieäc ................................... 6

2. Thôøi gian taêng xung ................................................................................. 6

3. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng (FWHM) ......................................................... 8

4. Chuaån naêng löôïng .................................................................................. 8

CHÖÔNG II. TÖÔNG TAÙC PHOTON VÔÙI ÑAÀU DOØ VAØ SÖÏ HÌNH

THAØNH PHOÅ .......................................................................................... 10

5. Lôùp cheát cuûa ñaàu doø ............................................................................... 9

1. Nguyeân taéc cuûa söï hình thaønh phoå ........................................................10

2. Töông taùc cuûa photon vôùi ñaàu doø Ge .....................................................11

a. Hieäu öùng quang ñieän. ......................................................................11

b. Taùn xaï compton ...............................................................................12

CHÖÔNG III. GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI ÑAÀU DOØ BAÙN DAÃN

c. Hieäu öùng taïo caëp ............................................................................14

1. Ñaàu doø Ge vôùi naêng löôïng cöïc thaáp ......................................................15

2. Ñaàu doø Ge vôùi naêng löôïng thaáp ................................................ ...........16

3. Ñaàu doø Ge ñieän cöïc ngöôïc ........................................................ ...........17

4. Ñaàu doø Ge ñoàng truïc .................................................................. ...........18

PHAÀN B. THÖÏC NGHIEÄM

CHÖÔNG I. GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑAÀU DOØ BAÙN DAÃN GE SIEÂU TINH

KHIEÁT GC 2018 CUÛA BOÄ MOÂN VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN ..................21

I. Caáu taïo cuûa ñaàu doø baùn daãn Ge sieâu tinh khieát GC 2018 .............21

1. Caáu taïo ñaàu doø HPGe ................................................................ ....... 21

2. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa ñaàu doø HPGe ................................... ....... 22

3. Hoaït ñoäng cuûa ñaàu doø HPGe ..................................................... ....... 22

a. Quaù trình ion hoùa trong tinh theå Ge ..................................... ....... 22

b. Caáu truùc daûi naêng löôïng cuûa ñaàu doø baùn daãn Ge ................. ....... 23

II. Caùc böôùc chuaån bò vaø tieán haønh ño ..............................................23

1. Moâ taû nguoàn ................................................................................. ....... 23

a. Nguoàn chuaån Co-60 .............................................................. ....... 23

b. Nguoàn chuaån Mn-54 ............................................................. ....... 24

c. Nguoàn chuaån Na – 22 ........................................................... ....... 24

d. Nguoàn chuaån Cs – 137 ......................................................... ....... 24

2. Caùch boá trí thí nghieäm ................................................................ ....... 25

3. Cheá ñoä ño .................................................................................... ....... 25

CHÖÔNG II. KHAÛO SAÙT CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA ÑAÀU DOØ GE SIEÂU

TINH KHIEÁT GC 2018 CUÛA BOÄ MOÂN VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN ......26

I. Chuaån naêng löôïng cho heä ño theo vò trí keânh ..............................26

1. Moái lieân heä giöõa vò trí keânh vaø naêng löôïng ghi nhaän ñöôïc ........ ....... 26

2. Phöông phaùp ño ......................................................................... ....... 26

3. Tieán haønh thí nghieäm ................................................................. ....... 27

4. Keát quaû ..................................................................................... ....... 27

II. Khaûo saùt hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe .....................................28

1. Hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe ................................................ ....... 28

a. Hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe ...................................... ....... 28

b. Hieäu suaát ghi tính theo coâng thöùc .................................... ....... 29

2. Khaûo saùt hieäu suaát ghi theo naêng löôïng ..................................... ....... 30

a. Khaûo saùt hieäu suaát ghi theo naêng löôïng khi môû naép buoàng chì.30

b. Khaûo saùt hieäu suaát ghi theo naêng löôïng khi ñaäy naép buoàng chì.30

c. So saùnh hieäu suaát khi ñaäy naép buoàng chì vôùi khoâng ñaäy naép buoàng

chì..................................................................................... ....... 30

3. Khaûo saùt hieäu suaát theo khoaûng caùch vôùi nguoàn Co-60 ............ ....... 34

a. Ñoái vôùi ñænh naêng löôïng E= 1173.237 (keV) .................. ....... 34

b. Ñoái vôùi ñænh naêng löôïng E= 1332.501 keV ..................... ....... 35

4. Khaûo saùt hieäu suaát theo khoaûng caùch vôùi nguoàn chuaån Cs-137 ....... 35

III. Khaûo saùt ñoä phaân giaûi naêng löôïng cuûa ñaàu doø HPGe ................37

1. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng ........................................................... ....... 37

2. Caùch tính ñoä phaân giaûi naêng löôïng ........................................... ....... 37

3. Keát quaû ...................................................................................... ....... 38

a. Keát quaû ño ...................................................................... ....... 38

b. Ñöôøng bieåu dieãn ñoä phaân giaûi ........................................ ....... 39

IV. Khaûo saùt phoâng cuûa buoàng chì ....................................................39

1. Suaát ñeám treân toaøn phoå .............................................................. ....... 39

a. Tieán haønh thí nghieäm khaûo saùt ........................................ ....... 39

b. Keát quaû ............................................................................ ....... 40

2. Suaát ñeám theo ñænh naêng löôïng ................................................. ....... 40

a. Tieán haønh thí nghieäm khaûo saùt ........................................ ....... 40

b. Keát quaû ño ...................................................................... ....... 41

3. Tyû soá trong vaø ngoaøi buoàng chì ................................................. ....... 41

4. Caùch tính phoâng cuûa buoàng chì .................................................. ....... 41

a. Coâng thöùc tính phoâng cuûa moät ñænh phoå ......................... ....... 41

b. Tính phoâng cuûa ñænh Co-60 khoâng ñaäy naép buoàng chì .... ....... 42

c. Tính phoâng cuûa ñænh Co-60 ñaäy naép buoàng chì .............. ....... 43

V. Giôùi haïn phaùt hieän cuûa ñaàu doø ......................................................44

1. Möùc giôùi haïn Lc ......................................................................... ....... 44

2. Giôùi haïn döôùi cuûa ñaàu doø ........................................................... ....... 44

3. Giôùi haïn phaùt hieän ..................................................................... ....... 45

4. Tính giôùi haïn phaùt hieän aD vaø giôùi haïn ño LD ............................ ....... 45

PHAÀN C . KEÁT LUAÄN

PHẦN D. PHỤ LỤC

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

PHAÀN A.

LYÙ THUYEÁT

Chöông I.

CAÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA HEÄ PHOÅ KEÁ

GAMMA

1. Cöôøng ñoä ñieän tröoøng vaø hieäu ñieän theá laøm vieäc:

Ñeå ñaàu doø laøm vieäc thì phaûi aùp vaøo moät hieäu ñieän theá phaân cöïc ngöôïc.

Hieäu ñieän theá naøy taïo ra moät ñieän tröôøng ñeå tuï ñieän tích trong quaù trình hoaït

ñoäng cuûa ñaàu doø. Cöôøng ñoä ñieän tröôøng lieân quan ñeán ñoä roäng vuøng ngheøo cuûa

ñaàu doø. Vôùi cöôøng ñoä ñieän tröôøng ñuû maïnh seõ taïo ra vuøng ngheøo ñuû lôùn vaø caùc

haït taûi tuï taäp hoaøn toaøn veà hai ñieän cöïc. Khi ñieän theá phaân cöïc thaáp, bieân ñoä

taêng theo ñieän theá phaân cöïc. Neáu tieáp tuïc taêng hieäu ñieän theá phaân cöïc ñeán moät

möùc ñoä naøo ñoù thì taát caû ñieän tích taïo ra bôûi böùc xaï ñeàu taäp trung veà caùc ñieän

cöïc. Vuøng ñieän theá naøy goïi laø mieàn baõo hoøa .

Neáu ñieän theá phaân cöïc ñuû cao seõ xaûy ra hieän töôïng thaùc luõ. Luùc naøy

naêng löôïng cuûa electron sô caáp ñuû lôùn ñeå gaây ra ion hoùa taïo ra electron thöù caáp

treân ñöôøng di chuyeån veà caùc ñieän cöïc. Hieän töôïng naøy laøm cho caùc ñænh phoå

keùo daøi veà mieàn naêng löôïng cao.

2. Thôøi gian taêng xung.

Ñaàu doø baùn daãn laø loaïi ñaàu doø nhaïy nhaát trong taát caû caùc loaïi ñaàu doø

thoâng duïng, thôøi gian taêng xung khoaûng 10ns thaäm chí coøn nhoû hôn nöõa.

Thôøi gian taêng cuûa xung phaùt ra töø ñaàu doø baùn daãn coù theå ño ñöôïc taïi ngoõ ra

cuûa boä tieàn khueách ñaïi nhaïy ñieän tích. Neáu tieàn khueách ñaïi coù khaû naêng ñaùp

öùng nhanh thì Tt ñöôïc xaùc ñònh bôûi caùc soá haïng sau :

- Thôøi gian thu ñieän tích TR.

- Thôøi gian plasma do hieäu öùng plasma gaây ra.

- Thôøi gian taêng xung cuûa maïch töông ñöông ñaàu doø, thöôøng thaønh

phaàn naøy raát beù coù theå boû qua.

Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp, TR laø thaønh phaàn chuû yeáu.

Ñöïôc tính bằng :

TR = d. 10-8s (ôû nhieät ñoä Nitô loûng )

TR = d.10-7s ( ôû nhieät ñoä phoøng )

Trong ñoù d laø ñoä roäng vuøng ngheøo, tính baèng mm (rieâng ñoái vôùi ñaàu doø

ñoàng truïc d laø baùn kính cuûa khoái truï).

Thôøi gian thu ñieän tích laø thôøi gian haït taûi di chuyeån töø vò trí hình thaønh

veà caùc ñieän cöïc. Thôøi gian naøy phuï thuoäc vaøo ñieän theá phaân cöïc vaø beà roäng

vuøng ngheøo. Ñoái vôùi ñaàu doø coù vuøng ngheøo toaøn phaàn, thôøi gian tuï taäp ñieän tích

taêng theo ñieän theá phaân cöïc. Ñoái vôùi ñaàu doø phaân cöïc moät phaàn, söï taêng ñieän

theá phaân cöïc khoâng nhöõng laøm taêng ñieän tröôøng maø coøn taêng beà roäng vuøng

ngheøo, hôn nöõa vaân toác troâi cuûa ñieän töû vaø loã troáng bieán ñoåi trong quaù trình di

chuyeån veà caùc ñieän cöïc do söï khoâng ñoàng ñeàu cuûa ñieän tröôøng. Do vaäy söï phuï

thuoäc cuûa thôøi gian thu ñieän tích vaøo ñieän theá phaân cöïc raát phöùc taïp. Giaû söû ñoä

linh ñoäng cuûa electron laø haèng soá, thôøi gian tuï taäp ñieän tích laø :

(s) (1) Tt =

Trong ñoù :

d: beà roäng vuøng ngheøo, ño baèng cm

: ñoä linh ñoäng cuûa ñaàu doø ño baèng cm2/V

V:ñieän theá phaân cöïc ño baèng Volt

Thôøi gian plasma laø khoaûng thôøi gian ñeå ñaùm maây ñieän tích phaân taùn cho

tôùi khi quaù trình thu thaäp ñieän tích dieãn ra bình thöôøng. Ngoaøi ra ñieän trôû cuûa

vuøng ngoaøi vuøng ngheøo laøm taêng thôøi gian taêng xung. Vì vaäy, caùc ñaàu doø coù

vuøng ngheøo hoaøn toaøn thích hôïp cho caùc phoå keá nhanh.

3. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng (FWHM)1

Ñoä phaân giaûi naêng löôïng ñöôïc xeùt ñeán chính laø beà roäng nöõa cuûa ñænh

phoå ñôn naêng. Ngöôøi ta xeùt ñoä phaân giaûi naêng löôïng khoâng phaûi chæ xeùt ôû giaù

trò cuûa noù maø phaûi xem ñaàu doø ñang ghi nhaän böùc xaï gì, naêng löôïng bao nhieâu

vaø möùc ñoä ñôn naêng cuûa nguoàn ñoù. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng cuûa caùc ñaàu doø

Germani tinh khieát ñoái vôùi böùc xaï gamma nhoû hôn 1 %.

Söï môû roäng ñænh phoå do ñoùng goùp cuûa taïp aâm laø giôùi haïn döôùi cuûa ñoä

phaân giaûi naêng löôïng trong caùc taàng khueách ñaïi. Quaù trình tuï taäp ñieän tích

khoâng hoaøn toaøn vaø söï maát maùt naêng löôïng khoâng gioáng nhau trong cuûa soå vaøo

cuûa ñaàu doø cuõng goùp phaàn laøm môû roäng ñænh phoå, do ñoù laøm giaûm khaû naêng

phaân giaûi cuûa ñaàu doø. Khaû naêng phaân giaûi khoâng chæ phuï thuoäc vaøo baûn thaân

ñaàu doø maø coøn phuï thuoäc vaøo caùc thieát bò ñieän töû ñi keøm theo, chuû yeáu laø boä

tieàn khueách ñaïi. Neáu taïp aâm lôùn, ñieän dung loái vaøo tieàn khueách ñaïi lôùn daãn tôùi

ñoä phaân giaûi cuûa heä thoáng keùm.

4. Chuaån naêng löôïng.

Ñoái vôùi electron nhanh vaø caùc ion nheï nhö proton, alpha, ñöôøng chuaån

naêng löôïng haàu nhö tuyeán tính vaø coù theå söû duïng ñöôøng chuaån naêng löôïng cuûa

moät loaïi böùc xaï cho caùc loaïi böùc xaï khaùc maø khoâng phaïm phaûi sai phaïm lôùn.

Chaúng haïn nhö ñoä cao xung cuûa haït alpha vaø proton cuøng naêng löôïng sai khaùc

khoaûng 1% hoaëc nhoû hôn. Nguoàn chuaån phoå bieán laø Am241 phaùt haït alpha coù

naêng löôïng 5.486MeV(85%) vaø 5.443MeV(13%). Ñeå chuaån naêng löôïng chính

xaùc caàn tính tôùi söï suy giaûm naêng löôïng cuûa caùc haït trong nguoàn, trong moâi

tröôøng vaät chaát giöõa nguoàn vaø ñaàu doø cuõng nhö trong lôùp cheát cuûa ñaàu doø.

Ñoái vôùi caùc ion naëng nhö maûnh phaân haïch ñöôøng chuaån naêng löôïng ít

tuyeán tính hôn vaø coù söï sai khaùc lôùn giöõa bieân ñoä xung cuûa ion naëng vaø ion nheï

cuøng naênglöôïng. Nguyeân nhaân cuûa söï sai khaùc naøy laø do söï khaùc nhau cuûa caùc

naêng löôïng maát maùt taïi lôùp cheát cuûa ñaàu doø, do va chaïm haït nhaân vaø hieäu öùng

plasma.

5. Lôùp cheát cuûa ñaàu doø.

Tröôùc khi vaøo vuøng ngheøo cuûa ñaàu doø, böùc xaï phaûi xuyeân qua lôùp cheát

cuûa ñaàu doø. Lôùp cheát bao goàm ñieän cöïc kim loaïi vaø lôùp chaát baùn daãn nhö laø Ge

ngay beân döôùi ñieân cöïc, beà daøy cuûa noù coù theå phuï thuoäc vaøo ñieän theá phaân cöïc.

Khi qua lôùp cheát naøy böùc xaï seõ hao phí ñi moät phaàn naêng löôïng vaø naêng löôïng

hao phí naøy khoâng ñöôïc ñaàu doø ghi nhaän. Do ñoù, beà daøy cuûa lôùp cheát cuõng raát

quan troïng vaø coù phaàn aûnh höôûng tôùi ñoä phaân giaûi naêng löôïng cuûa ñaàu doø. Neáu

beà daøy lôùp cheát quaù lôùn thì naêng löôïng hao phí seõ lôùn. Khi ñoù naêng löôïng ñaàu

doø ghi nhaän ñöôïc khoâng phaûi laø giaù trò thöïc cuûa haït tôùi. Ñoä moûng cuûa lôùp cheát

côõ 100nm seõ töông öùng vôùi naêng löôïng hao phí laø4 KeV ñoái vôùi proton laø

1MeV, 14 keV ñoái vôùi haït alpha 5 MeV vaø côõ vaøi traêm keV ñoái vôùi maûnh phaân

haïch.

Ngoaøi ra, heä soá hình hoïc cuõng aûnh höôûng tôùi söï maát naêng löôïng trong lôùp cheát.

Neáu haït vaøo theo höôùng vuoâng goùc vôùi beà maët cuûa ñaàu doø thì söï hao phí naêng

löôïng laø nhoû nhaát, neáu böùc xaï ñi vaøo theo moät goùc xieân thì naêng löôïng hao phí

lôùn hôn.

Chöông II.

TÖÔNG TAÙC CUÛA PHOTON VÔÙI ÑAÀU DOØ

VAØ

SÖÏ HÌNH THAØNH PHOÅ

1. Nguyeân taéc cuûa söï hình thaønh phoå

a. Moät tia Gamma coù naêng löôïng h ñi vaøo ñaàu doø Ge

b. Caùc electron thöù caáp vôùi toång ñoäng naêng E(eV) sinh ra trong

vuøng nhaïy trong tinh theå Ge bôûi söï töông taùc photon vôùi Ge

c. Caùc electron thöù caáp sinh ra moät löôïng lôùn (N) caëp electron –loã

troáng bôûi söï ion hoaù trong tinh theå Ge .

d. Moät tín hieäu xung coù bieân ñoä V(volt) ñöôïc sinh ra ôû ñaàu vaøo tieàn

khueách ñaïi vôùi ñieân dung C (Farad).

e. V ñöôïc khueách ñaïi vaø bieán ñoåi thaønh soá chæ vò trí keânh (ch) bôûi

ADC cuûa MCA, moät soá ñeám ñöôïc coâng vaøo soá ñeám toång taïi vò trí

keânh ch.

f. Nhieàu tia Gamma ñöïôc phaân tích bôûi quaû trình töø a ñeán e, vaø söï

phaân boá ñoä cao cuûa xung ñöôïc hình thaønh (phoå Gamma ).

Tia gamma

Electron thöù caáp

Caëp electron –loã troáng

Tín hieäu xung

Phaân tích ñoä cao xung

Phoå gamma

Sô ñoà söï hình thaønh phoå

2. Töông taùc photon vôùi ñaàu doø Ge:

a. Hieäu öùng quang ñieän :

Löôïng töû gamma va chaïm khoâng ñaøn hoài vôùi nguyeân töû vaø trao

toaøn boä naêng löôïng cuûa mình cho electron lieân keát cuûa nguyeân töû. Moät phaàn

naêng löôïng naøy giuùp electron thaéng löïc lieân keát, phaàn coøn laïi trôû thaønh ñoäng

naêng cuûa electron. Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng :

E = Te + Io

(2)

Vôùi : Io: naêng löôïng lieân keát

Te : ñoäng naêng electron cöïc ñaïi

Xung löôïng cuûa heä cuõng ñöôïc baûo toaøn do söï giaät luøi cuûa nguyeân

töû. Ñaëc tính chuû yeáu cuûa hieäu öùng quang ñieän laø do ñieàu kieän baûo toaøn naêng

löôïng vaø xung löôïng electron töï do haáp thuï hay böùc xaï 1 photon hoaøn toaøn. Do

ñoù hieäu öùng quang ñieän maïnh nhaát xaûy ra ñoái vôùi löôïng töû gamma coù naêng

löôïng coù theå so saùnh ñöôïc vôùi naêng löôïng lieân keát cuûa nguyeân töû. Naêng löôïng

lieân keát cuûa nguyeân töû lôùn hôn ñoái vôùi caùc electron voû nguyeân töû saâu hôn vaø

vôùi nguyeân töû coù soá Z lôùn hôn. Do ñoù, hieäu öùng quang ñieän chuû yeáu xaûy ra ôû

lôùp trong cuøng (30%), nghóa laø caùc electron lôùp K, maët khaùc hieäu öùng naøy cuõng

taêng khi Z cuûa moâi tröôøng taêng.

Coâng thöùc toång quaùt cuûa tieát dieän taùn xaï trong hieäu öùng quang

ñieän ñöôïc daãn töø söï phuï thuoäc cuûa tieát dieän taùn xaï vôùi naêng löôïng töû gamma vaø

soá ngöyeân töû cuûa vaät chaát. Tieát dieän taùn xaï tæ leä vôùi Z5, nghóa laø noù taêng raát

nhanh ñoái vôùi caùc nguyeân toá naëng. Neáu naêng löôïng cuûa böùc xaï gamma tôùi chæ

lôùn hôn naêng löôïng lieân keát cuûa e thì tieát dieän taùn xaï (E) tæ leä vôùi E-3.5,

nghóa laø noù giaûm raát nhanh khi giaûm naêng löôïng. Khi naêng löôïng böùc xaï

gamma tôùi lôùn hôn naêng löôïng lieân keát nhieàu, (E) giaûm chaäm hôn, gaàn baèng

E-1. Trong khoaûng chia cuûa naêng löôïng lieân keát, tieát dieän taùn xaï thay ñoåi giaùn

ñoaïn. Thí duï tieát dieän taùn xaï theå hieän cöïc ñaïi roõ raøng hôi cao hôn naêng löôïng

lieân keát cuûa electron lôùp K, bôûi vì noù ôû naêng löôïng thaáp hôn, electron lôùp K

khoâng theå tham gia hieäu öùng quang ñieän, vì noù bò caám bôûi ñònh luaät baûo toaøn

naêng löông. Trong khoaûng naêng löôïng lieân keát cuûa nguyeân töû, tieát dieän taùn xaï

(E) raát lôùn hôn so vôùi tieát dieän taùn xaï cuûa quaù trình khaùc. Khi taêng naêng

löôïng, tieát dieän taùn xaï (E) giaûm maïnh, vì khi ñoù electron nguyeân töû ñöôïc

xem nhö electron töï do.

Ñoäng naêng electron :Ee = E –Io

Ôû ñaây I laø theá ion hoaù cuûa nguyeân töû moâi tröông

Theo ñoù hieäu öùng quang ñieän laø cô caáu haáp thuï troäi hôn ôû vuøng

naêng löôïng thaáp, vai troø cuûa noù trôû neân khoâng ñaùng keå ôû vuøng naêng löôïng cao.

b. Taùn xaï Compton:

Khi naêng löôïng löôïng töû gamma taêng hieän töôïng haáp thuï quang

ñieän giaûm thaønh thöù yeáu nhöôøng cho hieäu öùng Compton. Taùn xaï compton trôû

neân noåi baät nhö moät cô cheá haáp thuï trong khoaûng naêng löôïng lôùn hôn nhieàu

naêng löôïng lieân keát trung bình cuûa nguyeân töû. Khi tính tieát dieän taùn xaï cuûa hieäu

öùng Compton, coù theå xem nhö electron laø töï do vôùi möùc ñoä chính xaùc phuø hôïp

muïc ñích thöïc nghieäm. Trong hieäu öùng Compton, löôïng töû gamma va chaïm ñaøn

hoài vôùi electron töï do.

Giaû söû tröôùc luùc va chaïm electron ñöùng yeân, öùng duïng ñònh luaät

baûo toaøn naêng löôïng vaø xung löôïng ta coù ñöôïc keát quaû :

Söï thay ñoåi ñoä daøi soùng theo phöông xaùc ñònh khoâng tuyø thuoäc

naêng löôïng photon tôùi :

(3)

Vôùi : laø böôùc soùng cuûa photon

:laø böôùc soùng cuûa photon tôùi

Söï thay ñoåi naêng löôïng phuï thuoäc nhieàu vaøo naêng löôïng photon

tôùi .

(4)

Vôùi

Ee : ñoäng naêng cuûa electron sau va chaïm

Naêng löôïng photon taùn xaï laø :

(5)

taàn soá cuûa böôùc soáng tôùi

Naêng löôïng cuûa löôïng töû gamma taêng hieäu öùng Compton trôû thaønh cô caáu haáp

thuï troäi leân ôû mieàn naêng löôïng cao. Chuù yù raèng taùn xaï Compton vôùi haït nhaân

khoâng ñaùng keå, vì baùn kính ñieän töû coå ñieån raát nhoû (r= )

c. Söï taïo caëp.

Khi naêng löôïng >>2mec2 =1,022Mev thì quaù trình töông taùc

sinh ra

chính cuûa leân vaät chaát laø söï taïo caëp electron –positron. Caëp e-,e+

trong tröôøng ñieân töø cuûa haït nhaân, khi ñoù löôïng töû bieán maát (haáp thuï hoaøn

toaøn ) vaø naêng löôïng cuûa noù truyeàn heát cho caëp e+,e- vaø nhaân bò giaät luøi. Naêng

löôïng giaät luøi khoâng ñaùng keå, bieåu thöùc ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng ñöôïc

vieát nhö sau :

(6) E = T- + T+ + 2mec2

Caùc e+,e- sinh ra trong tröôøng ñieän töø cuûa nhaân neân caùc e+ seõ bay

ra khoûi haït nhaân (do löïc ñaåy Coulomb), coøn caùc electron bò haõm laïi. Do ñoù phoå

naêng löôïng ño ñöïôc khaùc nhau ñoái vôùi naêng löôïng E. Söï khaùc nhau caøng taêng

ñoái vôùi moâi tröôøng coù Z lôùn.

Chöông III.

GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI ÑAÀU

DO BAÙN DAÃN

1. Ñaàu doø Ge coù naêng löôïng cöïc thaáp (ULEGe: Ultra low energy Ge)

Ñaàu doø ULEGe cuûa haõng Canberra môû roäng daûi ñaëc tính cuûa ñaàu doø Ge

xuoáng tôùi vaøi traêm eV, cung caáp khaû naêng phaân giaûi,daïng ñænh vaø tyû soá ñænh

treân neàn khi maø ta nghó laø khoâng theå ñaït tôùi ñöôïc ñoái vôùi ñaàu doø baùn daãn. Ñaàu

doø ULEGe giöõ laïi hieäu suaát naêng löôïng cao ñoái vôùi ñaàu doø Ge. Ñaàu doø ULEGe

cung caáp nhöõng öu ñieåm veà khaû naêng phaân giaûi vaø hieäu suaát voán coù cuûa ñaàu doø

Ge maø khoâng coù nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa caùc ñaàu doø Ge thoâng thöôøng, vì vaäy noù

coù taàm aùp duïng trong phaïm vi naêng löôïng roäng hôn.

Khaû naêng phaân giaûi cuûa ULEGe 100 mm2 laø nhoû hôn 150 eV (FWHM)

taïi 5,9 keV. Ñaàu doø Si(Li) toát nhaát coù cuøng kích thöôùc coù khaû naêng phaân giaûi

175 eV(FWHM).

Ñeå taän duïng ñoä nhaïy vôùi naêng löôïng thaáp cuûa ULEGe, ngöôøi ta chon cuûa

soå laø moät maøng polymer. Cöûa soå polymer naøy laø moät maøng coù nhieàu lôùp ñöôïc

hoã trôï bôûi moät khung laøm baèng Silic. Maøng naøy ñöôïc môû roäng ra treân caùc

xöông Silic côõ 100 m, coù ñoä daøy 0.3mm vaø hoaït ñoäng nhö moät oáng chuaån

tröïc(collimator). Ñoái vôùi caùc maùy ñieàu hoaø naèm ngang, söï ñònh höôùng khung

söôøn hoã trôï coù theå ñöôïc choïn bôûi vieäc thieát keá maãu cöûa soå thích hôïp : V ñoái vôùi

khung xöôøng thaúng ñöùng vaø H cho caùc khung xöôøng naèm ngang. Caáu truùc ñôõ

ñöôïc môû 75% do ñoù dieän tích hieäu duïng cuûa ñaàu doø bò giaûm 25% töø dieän tích

toång coäng. Ñoä daøy maøng toång coäng laø côõ 340nm, 400nm laø lôùp nhoâm giaûm ñoä

nhaïy vôùi aùnh saùng moâi tröôøng. Tuy nhieân, caùc ñaàu doø coù cuûa soå polymer phaûi

Window

Elemen

ñöôïc vaän haønh trong moâi tröôøng toái.

Hình 3.1: Caáu truùc ñôõ cuûa soå vaø ñaàu doø

2. Ñaàu doø Ge coù naêng löôïng thaáp (LEGe).

Ñaàu doø Ge naêng löôïng thaáp mieâu taû moät khaùi nieäm môùi trong hình hoïc

ñaàu doø Ge vôùi nhöõng öu ñieåm so vôùi ñaàu doø planar hoaëc ñoàng truïc thoâng

thöôøng trong nhieàu öùng duïng. Ñaàu doø LEGe ñöôïc cheá taïo vôùi lôùp tieáp xuùc

phía tröôùc moûng. Tieáp xuùc phía sau beù hôn dieän tích toaøn phaàn vaø do ñoù

ñieän dung cuûa ñaàu doø beù hôn ñieän dung cuûa ñaàu doø planar coù cuøng kích

thöôùc. Vì vaäy taïp aâm cuûa tieàn khueách ñaïi laø haøm soá ñieän dung cuûa tuï ñaàu

doø thaáp, cho neân LEGe coá gaéng laøm cho taïp aâm thaáp hôn vaø do ñoù khaû

naêng phaân giaûi toát hôn taïi naêng löôïng thaáp vaø vöøa vôùi baát kyø hình hoïc cuûa

ñaàu doø khaùc naøo. Khoâng gioáng caùc ñaàu doø planar raõnh, coù ít Ge cheát ngoaøi

vuøng hoaït. Thöïc teá beà maët tuï tích hôn laø caùch ñieän, ñieàu naøy daãn thôøi gian

taêng xung ngaén hôn vôùi ñaëc tröng cuûa taàn soá vaø tyû soá ñænh treân neàn ñöôïc caûi

thieän. Ñaàu doø LEGe laø coù saün vuøng hoaït töø 50 mm2 ñeán 38 cm2 vaø vôùi ñoä

daøy töø 5 tôùi 25 mm. Ñoái vôùi caùc öùng duïng lieân quan tôùi naêng löôïng gamma

trung bình, LEGe coù theå thay theá moät ñaàu doø ñoàng truïc dung tích lôùn ñaét

tieàn. Lôïi duïng öu ñieåm cuûa ñaùp öùng naêng löôïng thaáp cuûa ñaàu doø cöûa soå nhoû

cô baûn naøy, LEGe thöôøng ñöôïc trang bò vôùi cuûa soå Be moûng. Ñoái vôùi nhöõng

öùng duïng treân 30 keV hoaëc hôn, LEGe coù theå ñöôïc cung caáp vôùi moät cuûa soå

nhoâm 0.5 mm thoâng thöôøng.

Hình 3.2 : Moâ hình ñaàu doø Germanium naêng löôïng thaáp caáu hình phaúng

3. Ñaàu doø Ge ñoàng truïc ñieän cöïc ngöôïc (REGe)

Töôïng töï veà hình hoïc nhö ñoái vôùi ñaàu doø Ge ñoàng truïc khaùc vôùi moät söï

khaùc nhau quan troïng. Ñieän cöïc cuûa REGe ngöôïc vôùi ñaàu doø ñoàng truïc thoâng

thöôøng trong ñoù ñieän cöïc loaïi p, (Bo ñöôïc nuoâi caáy ion) laø beân ngoaøi vaø tieáp

xuùc loaïi n ( khueách taùn Li) laø beân trong. Coù hai öu ñieåm cho boá trí ñieän cöïc naøy

: ñoä daøy cöûa soå vaø choáng hoûng hoùc do böùc xaï.

Tieáp xuùc ngoaøi nuoâi caáy ion laø heát söùc moûûng (0.3 m) so vôùi tieáp xuùc

khueách taùn Li. Keát hôïp vôùi cöûa soå cuûa cryostat moûng seõ môû roäng ñoä nhaïy naêng

löôïng xuoáng khoaûng 5 keV, cung caáp cho ñaàu doø moät khoaûng ñoäng hoïc lôùn hôn

2000 laàn .

Roõ raøng khoaûng ñoäng hoïc naøy lôùn hôn khoaûng 100 laàn maø ñöôïc cung caáp

bôûi haàu heát caùc heä thoáng phaân tích vì theá ñaàu doø naøy khoâng theå bao phuû

khoaûng naêng löôïng 5keV ñeán 10keV cuøng moät luùc.

Caùc ñaëc tính haïn cheá söï toån haïi do böùc xaï cuûa ñaàu doø REGe ôû choã :

ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän raèng söï toån haïi do böùc xaï chuû yeáu laø vì caùc neutron hoaëc

caùc haït mang ñieän gaây ra vieäc baãy loã troáng trong maïng tinh theå Ge.

Khoâng gioáng tröôøng hôïp caùc ñaàu doø ñoàng truïc theo quy öôùc, caùc loã troáng

bò caét bôûi lôùp ñieän cöïc beân ngoaøi cuûa ñaàu doø REGe.

Do phaàn lôùn theå tích laøm vieäc cuûa ñaàu doø maø ñöôïc ñaëc beân trong moät

khoaûng caùch cho tröôùc cuûa lôùp tieáp xuùc beân trong, vì theá veà trung bình caùc loã

troáng coù quaõng chaïy ngaén hôn trong töôøng hôïp noù bò huùt veà beân ngoaøi so vôùi

tröôøng hôïp noù bò huùt veà beân trong. Vôùi khoaûng chaïy ngaén hôn caùc loå troáng

döôøng nhö ít bò baét trong caùc vaät lieäu bò sai hoûng do böùc xaï.

Dó nhieân, vieäc gia taêng söï ngaên chaën caùc toån haïi do böùc xaï coøn phuï

thuoäc caùc thöøa soá khaùc, vì caùc baèng chöùng thöïc nghieäm ñaõ cho thaáy raèng söï

ngaên chaën caùc toån haïi cuûa ñaàu doø REGe toát hôn 10 laàn so vôùi caùc ñaàu doø Ge

ñoàng truïc theo quy öôùc.

Hình 3.3: Moâ hình ñaàu doø ñieän cöïc ngöôïc

4. Ñaàu doø Germani ñoàng truïc

Ñaàu doø ñoàng truïc thoâng thöôøng hay ñöôïc xem nhö Ge tinh khieát, HPGe,

Ge beân trong hay Ge sieâu saïch. Baát chaáp caáp ñoä ñöôïc söû duïng, ñaàu doø veà cô

baûn laø Ge hình truï tieáp xuùc vôùi loaïi n treân maët ngoaøi tieáp xuùc loaïi p treân maët

cuûa gieáng ñoàng truïc. Caáu hình cuûa ñaàu doø ñoàng truïc ñöôïc trình baøy treân

hình 3.3. Germani coù möùc taïp chaát côõ 1010 nguyeân töû / cm3 sao cho vôùi thieân aùp

ngöôïc thích hôïp, theå tích toaøn theå giöõa caùc ñieän cöïc ñöôïc laøm ngheøo vaø ñieän

tröôøng môû roäng qua vuøng hoaït naøy. Töông taùc cuûa photon trong vuøng naøy taïo

neân caùc phaàn töû mang ñieän bò queùt baèng ñieän tröôøng tôùi caùc ñieän cöïc tuï cuûa noù,

ôû ñaây moät tieàn khueách ñaïi nhaïy ñieän tích bieán ñoåi ñieän tích naøy thaønh xung theá

tyû leä vôùi naêng löôïng bò maát trong ñaàu doø. Tieáp xuùc n vaø p hay caùc ñieän cöïc laø

Li khueách taùn vaø Bo ñöôïc nuoâi caáy ion töông öùng. Tieáp xuùc Li khueách taùn

ngoaøi loaïi n naøy coù ñoä daøy côõ 0,5 mm. Tieáp xuùc phía trong coù ñoä daøy côõ 0,3

mm. Haøng raøo beà maët coù theå ñöôïc thay cho Bo nuoâi caáy ion vôùi keát quaû nhö

nhau.

Ñaàu doø ñoàng truïc coù theå vaän chuyeån vaø giöõ khoâng caàn laøm maïnh. Maëc

duø vaäy, söï oån ñònh daøi haïn ñöôïc baûo quaûn toát nhaát baèng giöõ laïnh ñaàu doø. Gioáng

nhö taát caû caùc ñaàu doø Ge, noù phaûi ñöôïc laøm laïnh khi söû duïng ñeå traùnh doøng roø

nhieät quaù möùc. Baûn chaát khoâng deã hoûng cuûa ñaàu doø loaïi naøy môû roäng öùng duïng

cuûa phoå keá Ge bao goàm lónh vöïc söû duïng hieän tröôøng caùc phoå keá xaùch tay.

Hình 3.4 : Moâ hình ñaàu doø daïng ñoàng truïc

PHAÀN B.

THÖÏC NGHIEÄM

Chöông I.

GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑAÀU DOØ BAÙN DAÃN GE

SIEÂU TINH KHIEÁT GC 2018

I. Caáu taïo cuûa ñaàu doø baùn daãn Ge sieâu tinh khieát GC2018

1. Caáu taïo cuûa ñaàu doø HPGe:

- Tinh theå Ge ñöôøng kính ngoaøi 32 mm.

- Chieàu cao 49,5 mm.

- Hoác hình truï ñöôøng kính 7 mm.

- Ñoä saâu cuûa hoác 35 mm.

- Maët ngoaøi laø lôùp tieáp xuùc loaïi n noái vôùi ñieän cöïc döông.

- Maët trong laø lôùp tieáp xuùc loaïi p noái vôùi ñieän cöïc aâm.

- Maët ngoaøi hình truï coù lôùp Lithium vôùi beà daøy töông ñöông 0,86

mm Ge.

- Maët trong hoác laø lôùp Bo vôùi beà daøy töông ñöông 3.10-3 mm Ge.

- Maët treân coù lôùp cheát vôùi beà daøy töông ñöông 0,86 mm Ge.

- Ñöïng trong hoäp kín nhoâm vôùi beà daøy 1,5 mm. Ñöôøng kính 54 mm

(chöa coù thoâng soá ) chieàu cao 115 mm ( chöa coù thoâng soá ).

- Caùc ñieän cöïc caùch ñieän baèng Teflon.

- Cöûa soå tinh theå Cryostat beà daøy 1,5 mm.

- Vaät lieäu laøm cöûa soå IR coù 1/3 mil metalized mylar + 4 mil Kapton.

- Vaät lieäu chöùa tinh theå baèng nhoâm beà daøy 0,76 mm.

- Vaät lieäu cuûa lôùp endcap baèng nhoâm beà daøy 3,2 mm.

- Lôùp nhoâm beân ngoaøi coù beà daøy 2,5 mm.

- Khoaûng caùch giöõa maët treân cuûa tinh theå vôùi lôùp nhoâm laø 5 mm

Moâ hình cuûa ñaàu doø baùn daãn Ge sieâu tinh khieát noùi treân

2. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa ñaàu doø:

- Ñaàu doø GC2018

- Cryostat thaúng ñöùng 7500SL.

- Dewar 30 lít.

- Boä tieàn khueách ñaïi 2002 C.

- Hieäu suaát ghi 20 % so vôùi ñaàu doø nhaáp nhaùy NaI(Ti) kích

- Ñoä phaân giaûi naêng löôïng 1,8 KeV taïi vaïch naêng löôïng 1332 KeV

thöôùc 3 inch x 3 inch.

cuûa Co60

- Tæ soá cuûa ñænh / Comton 50:1.

3. Hoaït ñoäng cuûa ñaàu doø HPGe:

a. Quaù trình ion hoùa trong tinh theå Ge

Khi moät böùc xaï ion hoùa ñi vaøo ñaàu doø baùn daãn, chuùng seõ böùc

electron ra khoûi lieân keát coäng hoùa trò. Caùc electron chuyeån leân vuøng daãn vaø trôû

thaønh caùc electron töï do, ñoàng thôøi ñeå laïi loã troáng mang ñieän tích döông ôû

trong vuøng hoùa trò. Caùc caëp electron - loã troáng ñöôïc taïo ra trong vuøng ngheøo

doïc theo quyõ ñaïo cuûa böùc xaï tôùi. Chuùng ñöôïc keùo veà hai ñieän cöïc bôûi ñieän

tröôøng do hieäu ñieän theá ngöôïc aùp vaøo ñaàu doø. Khi ñoù, ôû maïch ngoaøi ñaàu doø

xuaát hieän moät tín hieäu ñieän theá. Xung ñieän theá naøy ñöôïc ghi nhaän ôû loái ra bôûi

heä ñieän töû tieáp sau. Ño vaø khaûo saùt tín hieäu xung ra töø ñaàu doø ta coù theå bieát

ñöôïc nhöõng thoâng tin veà böùc xaï ñaõ ghi nhaän.

b. Caáu truùc daûi naêng löôïng cuûa ñaàu doø baùn daãn Ge:

Khi ñoäng naêng (E) cuûa electron thöù caáp ñöôïc haáp thuï trong

vuøng nhaïy cuûa tinh theå Ge, soá caëp electron – loã troáng la:

N= E/ (7)

Trong ñoù : laø naêng löôïng trung bình sinh ra moät caëp electron

– loã troáng ( = 2.96 eV trong tinh theå Ge )

Beà roäng moät nöõa laø :

FWHM = 2.355 ( F E)1/2 (8)

Vôùi F laø heä soá Fano

II. Caùc böôùc chuaån bò vaø tieán haønh ño

1. Moâ taû caùc nguoàn thí nghieäm

Trong thí nghieäm naøy ta söû duïng 5 nguoàn chuaån ñieåm laø Co-60,

Mn-54,Cs-137,Co-57,Na-22 cuûa Myõ saûn xuaát, duøng ñeå khaûo saùt hieäu suaát ghi

töông ñoái cuûa ñaàu doø HPGe ñoàng truïc.

a. Nguoàn Co60

- Hoaït ñoä nguoàn : 40,81 kBq (1,103 Ci) .

- Ngaøy saûn xuaát : 1-10-2001.

- Chu kì baùn huûy : 5,271 0,001 y.

- Ñænh naêng löôïng : 1173,273 ( keV) – 1332,501 ( keV).

- Ñöôøng kính hoaït ñoäng : 1 mm.

- Ñöôøng kính toaøn phaàn : 25,4 mm.

- Beà daøy nguoàn : 6,4 mm.

- Lôùp nhöïa bao phuû : 2,7 mm.

b. Nguoàn Mn-54

- Hoaït ñoä nguoàn : 43.57 kBq (1.178 Ci )

- Ngaøy saûn xuaát : 1-10-2001.

- Chu kì baùn huûy : 312.2 0.07 y

- Ñænh naêng löôïng : 834.826 ( keV).

- Ñöôøng kính hoaït ñoäng : 1 mm.

- Ñöôøng kính toaøn phaàn : 25,4 mm.

- Beà daøy nguoàn : 6,4 mm.

- Lôùp nhöïa bao phuû : 2,7 mm.

c. Nguoàn Na-22

- Hoaït ñoä nguoàn : 36.55 kBq (987.9 Ci) .

- Ngaøy saûn xuaát : 1-10-2001.

- Chu kì baùn huûy : 2.602 0.002 y.

- Ñænh naêng löôïng : 1274.53 ( keV) – 511 ( keV).

- Ñöôøng kính hoaït ñoäng : 1 mm.

- Ñöôøng kính toaøn phaàn : 25,4 mm.

- Beà daøy nguoàn : 6,4 mm.

- Lôùp nhöïa bao phuû : 2,7 mm.

d. Nguoàn Cs-137

- Hoaït ñoä nguoàn : 38.21 kBq (1.033 Ci) .

- Ngaøy saûn xuaát : 1-10-2001.

- Chu kì baùn huûy : 30 0,2 y.

- Ñænh naêng löôïng : 661.66 ( keV).

- Ñöôøng kính hoaït ñoäng : 1 mm.

- Ñöôøng kính toaøn phaàn : 25,4 mm.

- Beà daøy nguoàn : 6,4 mm.

- Lôùp nhöïa bao phuû : 2,7 mm.

2. Caùch boá trí thí nghieäm

Caùch boá trí moâ hình cuûa nguoàn – ñaàu doø :

Khi khaûo saùt theo khoaûng caùch ta ñaëc vaøo trong buoàng chì moät giaù ñôû, vôùi moãi

khoaûng thay ñoåi laø 1.6 cm

3. Cheá ñoä ño

+ Cheá ñoä ño :

- Nhieät ñoä laøm vieäc : 77K

- Thôøi gian ño: 1800 giaây

- Söû duïng nguoàn ñieåm : Co-60; Mn-54; Cs-137; Na-22; Co-57

- Maùy ñöôïc khôûi ñoäng oån ñònh 15 phuùt.

- Cao theá : 4 KV.

- Khoaûng caùch nguoàn ñeán ñaàu doø : 12,8 cm.

Khi khaûo saùt theo khoaûng caùch thì ta baét ñaàu ñaët nguoàn töø 3.3 cm caùch maët ñaàu

doø, moãi thí nghieäm ta thay ñoåi 1,6 cm .

Chöông II.

KHAÛO SAÙT CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA HEÄ PHOÅ

KEÁ VÔÙI ÑAÀU DOØ BAÙN DAÃN GE SIEÂU

TINH KHIEÁT GC 2018

I. Chuaån naêng löôïng cho heä ño theo vò trí keânh

1. Moái lieân heä giöõa vò trí keânh vaø naêng löôïng ghi nhaän ñöôïc

Khi böùc xaï tia X ñi vaøo ñaàu doø ta seõ ghi nhaän ñöôïc caùc xung ñieän

theá coù bieân ñoä tyû leä vôùi naêng löôïng cuûa böùc xaï tôùi trong vuøng nhaïy. Sau khi

qua boä tieàn khueách ñaïi vaø khueách ñaïi chính ñeán boä ñeám MCA caùc xung coù

bieân ñoä khaùc nhau ñöôïc saép xeáp vaøo caùc keânh khaùc nhau. Xung coù bieân ñoä cao

hôn ñöôïc xeáp vaøo vò trí keânh cao hôn, do ñoù coù söï tæ leä giöõa vò trí keânh vôùi naêng

löôïng cuûa böùc xaï tôùi. Vì vaäy, khi ghi nhaän böùc xaï ta caàn thieát laäp quan heä giöõa

vò trí keânh vôùi naêng löôïng cuûa noù, vaø quaù trình ñoù goïi laø chuaån naêng löôïng theo

vò trí keânh. Ñoái vôùi moãi heä soá khueách ñaïi khaùc nhau thì ñöôøng chuaån naêng

löôïng khaùc nhau. Nghóa laø, khi naêng löôïng treân moãi keânh seõ khaùc ñi. Cho neân

khi ño ôû moãi heä soá khueách ñaïi khaùc nhau, phaûi chuaån laïi naêng löôïng theo vò trí

keânh phuø hôïp. Coù theå thöïc hieän coâng vieäc naøy ngay treân phaàn meàm MCA baèng

chöùc naêng calibration cuûa chöông trình sau moãi pheùp ño.

2. Phöông phaùp ño.

Ñeå thöïc hieän coâng vieäc treân, ta caàn tieán haønh ño laáy phoå cuûa

nguoàn ña naêng. Töø phoå cuûa nguoàn ña naêng thu ñöôïc ta xaùc ñònh vò trí keânh cuûa

töøng ñænh naêng löôïng töông öùng( naêng löôïng naøy ñöôïc tra trong baûng naêng

löôïng cuûa caùc ñoàng vò phoùng xaï coù ôû phoøng thí nghieäm). Sau ñoù nhôø chöùc naêng

calibration cuûa phaàn meàm GENIE hoaëc duøng chöông trình EXCEL fit leân ta coù

ñöôïc ñöôøng chuaån naêng löôïng. Sau khi chuaån xong, coù theå döïa vaøo ñöôøng

chuaån ñeå xaùc ñònh naêng löôïng cuûa moät phoå tia gamma baát kì, baèng caùch dòch

chuyeån con troû ñeán ñænh caàn quan taâm, giaù trò naêng löôïng hieån thò theo vò trí

keânh

3. Tieán haønh thí nghieäm ño.

Ñeå coù ñöôïc ñöôøng chuaån ta xaùc ñònh caùc ñænh phoå cuûa nguoàn ña

naêng theo vò trí keânh.

Cheá ñoä ño :

- Nhieät ñoä laøm vieäc : 77K

- Thôøi gian ño: 1800 giaây

- Söû duïng nguoàn ña naêng : Ra226

- Maùy ñöôïc khôûi ñoäng oån ñònh 15 phuùt.

- Cao theá : 4 kW.

Khoaûng caùch nguoàn ñeán ñaàu doø : 12,8 cm.

4. Pheùp ño ñöôïc tieán haønh xaùc ñònh ñöôïc caùc ñænh phoå theo soá

keânh nhö sau :

Baûng 1: Vò trí naêng löôïng theo keânh

Soá keânh

Naêng löôïng ñænh (keV)

186.1

746

241.9

1000

295.2

1225

351.9

1466

609.3

2556

1120.3

4720

1764.5

7448

 Baèng phöông phaùp laøm khôùp bình phöông toái thieåu ta coù ñöôøng chuaån naêng

löôïng :

Hình2.1 : Ñöôøng chuaån naêng löôïng cuûa heä ño baèng nguoàn Ra -226

II. Khaûo saùt hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe

1. Hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe

a. Hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø laø :

Hieäu suaát ghi laø phaàn traêm soá haït ñöôïc ghi nhaän bôûi ñaàu doø

vôùi toaøn boä soá haït ñaäp vaøo ñaàu doø theo moïi höôùng. Noù ñaëc tröng cho khaû naêng

taïo ra caùc vaïch hay ñænh ñoái vôùi caùc böùc xaï ñôn naêng. Ñaây laø thoâng soá quan

troïng, noù phaûn aùnh chaát löôïng cuûa ñaàu doø

Caùc loaïi ñaàu doø baùn daãn Ge cuûa haõng Canberra thöôøng coù

hieäu suaát nhoû hôn 10%, ngoaïi tröø ñaàu doø Ge daïng gieáng coù hieäu suaát ñaït gaàn

100%.

Ñoái vôùi ñaàu doø baùn daãn Ge sieâu tinh khieát HPGe hieäu suaát

ghi ñaït khoaûng 20% so vôùi ñaàu doø nhaáp nhaùy NaI(Ti) kích thöôùc 3 inch x 3

inch. Tuy nhieân giaù trò hieäu suaát naøy khoâng ñöôïc tính cuï theå, maø chæ ñöôïc bieãu

dieãn thoâng qua ñöôøng cong hieäu suaát tuyeät ñôùi cuûa ñaàu doø, vôùi khoaûng caùch

khaûo saùt laø ñaëc nguoàn caùch maët ñaàu doø 25 cm, nhö hình 2.2

Hình2.2: Ñöôøng cong hieäu suaát lyù thuyeát cuûa ñaàu doø HPGe vôùi khoaûng caùch

nguoàn 25 cm

Töø hình veõ, ta xaùc ñònh ñöôïc hieäu suaát ghi cuûa ñaàu doø HPGe

ôû khoaûng naêng löôïng 50 KeV ñeán 2 MeV vaø ngoaøi vuøng naêng löôïng naøy thì

hieäu suaát giaûm daàn .

b. Hieäu suaát ghi tính theo coâng thöùc :

(9)

Trong ñoù : S: dieän tích ñænh

T: thôøi gian ño (s)

y : hieäu suaát phaùt (%)

A: hoaït ñoä nguoàn (kBq)

2. Khaûo saùt hieäu suaát ghi theo naêng löôïng

a. Hieäu suaát ghi theo naêng löôïng khi ñaäy naép buoàng chì.

Ta tieán haønh thí nghieäm vôùi 5 nguoàn ñieåm chuaån Co – 60; Mn –

54 ; Na -22 ; Co – 57 ; Cs – 137 ; vaø nguoàn ñöôïc ñaët caùch ñaàu doø 14.4 cm.

Caùch boá trí thí nghieäm vaø cheá ñoä ño tieán haønh nhö treân .

Keát quaû thu ñöôïc laø:

Baûng 2: Soá lieäu hieäu suaát theo naêng löôïng khi ñaäy naép buoàng chì

Thôøi gian ño (s)

Hoaït ñoä (Bq)

Dieän tích ñænh

Hieäu suaát ghi (%) 0.16573743 0.15205071 0.01168653 0.00883481 0.00721771 0.00691428 0.00645947

1800 1800 1800 18000 1800 1800 1800

Hieäu suaát phaùt (%) 85.51 10.6 85.21 99.975 99.9 99.973 99.9824

1.153 1.153 34.73 1.52 23.68 12.14 23.68

Naêng löôïng (keV) 122.06 136.47 661.66 834.826 1173.237 1274.53 1332.501

29413 3345 62252 24166 30734 15105 27528

 Ñöôøng bieãu dieãn hieäu suaát theo naêng löôïng

Hình2.3: Ñoà thò bieåu dieãn hieäu suaát theo naêng löôïng khi ñaäy naép buoàng chì

b. Khaûo saùt hieäu suaát ghi theo naêng löôïng khi môû naép buoàng chì

Cuõng vôùi 5 nguoàn ñieåm chuaån Co – 60; Mn – 54 ; Na -22 ; Co –

57 ; Cs – 137 ; vaø nguoàn ñöôïc ñaëc caùch ñaàu doø 14.4 cm, tuy nhieân trong thí

nghieäm naøy ta môû naép buoàng chì cuûa ñaàu doø ta khaûo saùt laïi hieäu suaát ghi .

Caùch boá trí thí nghieäm vaø cheá ñoä ño tieán haønh nhö treân .

 Keát quaû ño ñöôïc:

Baûng 3 : Soá lieäu tính hieäu suaát theo naêng löôïng khi khoâng coù buoàng chì

Thôøi gian ño T(s) 1800 1800 1800 18000 1800

Hieäu suaát phaùt Y(%) 85.51 10.6 85.21 99.975 99.9

Hoaït ñoä A(kBq) 1.153 1.153 34.73 1.52 23.68

Dieän tích ñænh S 29827 3437 62669 24447 30786

Naêng Hieäu suaát löôïng môû naép buoâng E(keV) chì 0.16807025 122.06 0.15623267 136.47 0.01176481 661.66 0.00893754 834.826 1173.237 0.00722992

 Ñöôøng bieåu dieãn hieäu suaát theo naêng löôïng khi khoâng coù buoàng chì :

1800 1800 99.973 99.9824 12.14 23.68 15189 27943 0.00695273 1274.53 1332.501 0.00655685

Hình 2.4: Ñoà thò bieãu dieán hieäu suaát theo naêng löôïng khi

khoâng ñaäy naép buoàng chì

 Keát luaän: khi ño trong vaø ngoaøi buoàng chì thì hieäu suaát ghi coù bò aûnh höôûng

do phoâng vaø do taùn xaï nhieàu laàn khi ñaäy naép buoàng chì, tuy nhieân söï aûnh höôûng

naøy khoâng ñaùng keå nhieàu ñeán keát quaû ño. Döôùi ñaây laø hình phoå cuûa Co-60 ño ôû

cuøng ñieàu kieän, phoå maøu xanh laø khi ño môû naép buoàng chì , phoå maøu vaøng laø

khi ño ñaäy naép buoàng chì, phoå maøu vaøng naèm döôùi phoå maøu xanh.

Hinh a: Hai phoå cuûa Co-60 khi ñaäy naép buoàng chì vaø khi khoâng ñaäy naép buoàng

chì

c. So saùnh hieäu suaát khi ñaäy naép buoàng chì vôùi khoâng ñaäy naép

buoàng chì

Ôû phaàn b, a, ta coù ñöôïc ñöôøng cong hieäu suaát gaàn nhö laø khôùp vôùi ñöôøng

cong cuûa nhaø saûn xuaát ñöa ra.

Baûng so saùnh soá lieäu hieäu suaát ghi khi ñaäy naép buoàng chì vôùi khi khoâng ñaäy

naép buoàng chì nhö sau:

: Hieäu suaát ghi khi môû naép buoàng chì

: Hieäu suaát ghi khi ñaäy naép buoàng chì

Trong ñoù:

0.168070254 0.15623267 0.01176481 0.008937541 0.007229921 0.006952728 0.00655685 0.16517 0.1532 0.00117 0.00883 0.00722 0.00691 0.00646

Ñöôøng bieåu dieãn hieäu suaát ghi khi ñaäy naép buoàng chì vaø hieäu suaát ghi khi môû

naép buoàng chì :

Treân ñoà thò ta thaáy raèng hieäu suaát ñaäy naép buoàng chì vaø khoâng ñaäy naép

buoàng chì coù ñoä treân cheânh leäch. Phaàn cheânh leäch naøy coù theå laø do taùn xaï cuûa

böùc xaï trong buoàng chì hay do nhöõng tia böùc xaï töø beân ngoaøi maø ñaàu ñoø thu

nhaän ñöôïc.

Tuy nhieân phaàn cheânh leäch khoâng ñaùng keå laém vì theo ñoà thò hai hieäu suaát tuaân

theo haøm daïng: y = 0.9879x + 5E-05 vôùi heä soá töông quan R2 = 1(x: hiệu suất

không đậy nắp buồng chì, y: hiệu suất theo năng lượng khi đậy nắp buồng chì),

theo haøm treân ta coi 5E-05 raát nhoû coù theå boû qua, ñoä cheânh leäch giöõa hai hieäu

suaát laø 2% maø ñoái vôùi pheùp ño haït nhaân thì sai soá cho pheùp ño laø 15%, vì vaäy

ñoä cheânh leäch coi nhö laø khoâng ñaùng keå coù theå boû qua ñöôïc. đ

3. Khaûo saùt hieäu suaát theo khoaûng caùch vôùi nguoàn Co-60

 Keát quaû thu ñöôïc:

a. Ñoái vôùi ñænh naêng löôïng E= 1173.237 (keV)

y

E(KeV)

S

T(s) A(kBq) 23.68 1800

99.9 1173.237 212600

d(cm) 3.3

Hs 0.0499

1800 1800 1800 1800 1800 1800 23.68 23.68 23.68 23.68 23.68 23.68 99.9 1173.237 139935 99.9 1173.237 100310 75394 99.9 1173.237 58052 99.9 1173.237 45788 99.9 1173.237 36715 99.9 1173.237 0.0329 4.9 0.0236 6.5 0.0177 8.1 9.7 0.0136 11.3 0.0108 12.9 0.0086

Baûng 4 : Soá lieäu tính hieäu suaát theo khoaûng caùch Co -60 vôùi naêng löôïng

E=1173.23 KeV

 Ñöôøng bieåu dieån hieäu suaát theo khoaûng caùch :

Hình 2.5 :Ñoà thò bieãu dieãn hieäu suaát theo khoaûng caùch cuûa nguoàn Co – 60 .

 Nhaän xeùt: Khi cuøng cheá ñoä ño, maø ta chæ thay ñoåi khoaûng caùch cuûa

nguoàn thì hieäu suaát cuõng thay ñoåi. Söï thay ñoåi naøy tuaân theo haøm daïng:

y = 0,2473x-1,2854

vôùi heä soá töông quan R2 = 0,99.

b. Ñoái vôùi ñænh naêng löôïng E= 1332.501 keV

Baûng 5 : Soá lieäu tính hieäu suaát theo khoaûng caùch cuûa Co -60

vôùi naêng löôïng E = 1332.5 KeV

y

S

T(s) 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800

A(kBq) 23.68 23.68 23.68 23.68 23.68 23.68 23.68

E(KeV) 99.982 1332.501 190156 99.982 1332.501 124785 99.982 1332.501 89353 99.982 1332.501 67225 99.982 1332.501 52106 99.982 1332.501 41147 99.982 1332.501 33187

Hs d(cm) 0.0446 3.3 0.0293 4.9 0.021 6.5 0.0158 8.1 0.0122 9.7 11.3 0.0097 12.9 0.0078

Hình 2.6 : Ñoà thò bieãu dieãn theo khoaûng caùch cuûa nguoàn Co – 60 .

 Ñöôøng bieåu dieãn hieäu suaát theo khoaûng caùch :

 Nhaän xeùt: Hieäu suaát thay ñoåi theo khoaûng caùch taïi E = 1332,5 keV coù haøm daïng: y = 0.2181x-1,2781 vôùi heä soá töông quan R2 = 0,998

4. Khaûo saùt hieäu suaát theo khoaûng caùch vôùi nguoàn chuaån Cs-137

 Keát quaû thu ñöôïc:

Baûng 6 : Soá lieäu hieäu suaát theo khoaûng caùch cuûa nguoàn Cs – 137

E

S

T 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800

A 34.73 34.73 34.73 34.73 34.73 34.73 34.73 34.73

y 85.21 85.21 85.21 85.21 85.21 85.21 85.21 85.21

661.66 456982 661.66 295445 661.66 204889 661.66 153078 661.66 116872 93481 661.66 75101 661.66 62460 661.66

Hs d 0.0858 3.3 0.0555 4.9 0.0385 6.5 0.0287 8.1 0.0219 9.7 11.3 0.0175 12.9 0.0141 14.5 0.0117

 Ñöôøng bieåu dieãn hieäu suaát theo khoaûng caùch cuûa nguoàn Cs-137.

Hình 2.7 : Ñoàthò bieãu dieãn hieäu suaát theo khoaûng caùch cuûa nguoàn Cs - 137 . Nhaän xeùt: Ñoái vôùi nguoàn Cs-137 ñænh naêng löôïng laø E = 661,66 keV, thì hieäu suaát theo khoaûng caùch tuaân theo haøm daïng: y = 0.4639x-1,3541 vôùi heä soá töông quan R2 = 0,9954. III. Khaûo saùt ñoä phaân giaûi naêng löôïng

1. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng :

Ñoä phaân giaûi naêng löôïng laø ñoä roäng moät nöõa ñoä cao cöïc ñaïi cuûa ñænh

naêng löôïng toaøn phaàn. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng phaân

bieät ñöôïc hai ñænh naêng löôïng naèm keà nhau cuûa ñaàu doø.

Ñoä phaân giaûi naêng löôïng laø thoâng soá quan troïng ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng

cuûa ñaàu doø. Ñoä phaân giaûi cuûa ñaàu doø baùn daãn thöôøng toát hôn vaøi loaïi ñaàu doø

khaùc .

Trong khoaûng hieäu ñieän theá hoaït ñoäng toái öu cuûa ñaàu doø, thì ñoä phaân

giaûi naêng löôïng cuûa maùy khoâng thay ñoåi, hoaëc coù thay ñoåi cuõng chæ laø söï thaêng

giaùng thoáng keâ maø thoâi. Vôùi caùch boá trí pheùp ño vaø caùc vieäc löïa choïn caùc thieát

bò ñieän töû ñi keøm ñaõ haïn cheá toái ña caùc yeáu toá coù aûnh höôûng ñeán ñoä phaân giaûi

naêng löôïng cuûa ñaàu doø.

2. Caùch tính ñoä phaân giaûi naêng löôïng

Chon hai ñænh naêng löôïng gaàn nhau nhaát cuûa phoå. Laáy trò tuyeät ñoái hieäu

naêng löôïng chia cho soá keânh giöõa hai ñænh, ñöôïc heä soá K coù thöù nguyeân laø

naêng löôïng / keânh

 Ví duï : choïn hai ñænh naêng löôïng Co -60 laø 1173.2 KeV vaø 1332.5

KeV

Ta coù :

(10)

Vôùi : N laø soá keânh giöõa hai ñænh naêng löôïng

Ghi laïi soá ñeám cuûa ñænh caàn tính ñoä phaân giaûi naêng löôïng theo vò trí

keânh

Baèng caùch chia ñoâi soá ñeám cuûa ñænh naêng löôïng ta coù giaù trò HM

 Ví duï: ñænh naêng löôïng cuûa Co -60 laø 1332.5 KeV coù ñænh coù soá

keânh laø 2011 vôùi soá ñeám laø 8512 soá ñeám

Ta coù :

( soá ñeám ) (11)

Coâng thöùc tính beà roäng moät nöõa :

(12)

Trong ñoù :

c: soá ñeám taïi vò trí 1/2 ñænh beân traùi ( c HM)

b: soá ñeám taïi vò trí 1/2 ñænh beân traùi ( b < HM)

d: soá keânh taïi vò trí 1/2 ñænh beân traùi

e: soá ñeám tòa vò trí 1/2 ñænh beân phaûi ( e HM)

f: soá keânh taïi vò trí 1/2 ñænh beân phaûi

3. Keát quaû

a. Keát quaû

FWHM

E 122.1

0.798

136.5 0.8

661.7 1.3

834.8 1.363

1173 1.611

1275 1.671

1333 1.764

Baûng 7: Soá lieäu thöïc nghieäm cuûa ñoä phaân giaûi theo naêng löôïng

Trong ñoù :

E : naêng löôïng ( keV)

FWHM : beà roäng moät nöõa

b. Ñöôøng bieãu dieãn beà roäng moät nöõa theo naêng löôïng

Hình 2.8: Ñöôøng bieåu dieån ñoä phaân giaûi naêng löôïng theo thöïc nghieäm

Nhận xeùt: theo nhaø saûn xuaát ñöa ra thì taïi ñænh naêng löôïng E= 1332,5 keV thì

ñoä phaân giaûi laø 1,8 keV, thöïc nghieäm thì taïi ñænh E= 1332,5 keV ñoä phaân giaûi

IV. KHAÛO SAÙT PHOÂNG CUÛA BUOÀNG CHÌ

laø 1,76 keV .

Caùc tieâu chí ñaùnh giaù phoâng cuûa heä phoå keá gamma phoâng thaáp laø :

 Suaát ñeám treân toaøn phoå

 Suaát ñeám theo ñænh naêng löôïng

 Tyû soá trong vaø ngoaøi buoàng chì

1. Suaát ñeám treân toaøn phoå:

Suaát ñeám treân toaøn phoå laø soá ñeám toång cuûa toaøn giaûi naêng löôïng gamma

töø 50 keV ñeán 2000 keV coù theå ño ñöôïc cuûa heä phoå keá trong moät giaây. Suaát

ñeám toång toát thöôøng khoaûng 1 xung/giaây.

a. Tieán haønh thí nghieän khaûo saùt.

Cheá ñoä ño :

- Nhieät ñoä laøm vieäc : 77K

- Maùy ñöôïc khôûi ñoäng oån ñònh 15 phuùt.

- Cao theá : 4 kW.

- Tieán haønh ño phoâng daøi thôøi gian ño phoâng toái öu laø phaûi

treân 20 giô,ø ôû ñay ta khaûo saùt thôøi gian do laø 144000 s

b. Keát quaû.

Soá ñeám treân toaøn phoå thöïc nghieäm ño ñöôïc laø 274904 xung

Thôøi gian ño phoâng laø 144000 s

Ta coù soá ñeám toång toaøn phoå laø

xung/giaây

Nhaän xeùt: Soá ñeám treân toaøn phoå laø 1,9 xung/ giaây lôùn coù theå laø do

buoàng chì chöa che chaén toát.

2. Suaát ñeám theo ñænh naêng löôïng :

Suaát ñeám theo ñænh naêng löôïng laø dieän tích ñænh naêng löôïng gamma

trong moät giôø. Suaát ñeám naøy caøng nhoû caøng toát.

a. Tieán haønh thí nghieän khaûo saùt

Cheá ñoä ño :

- Nhieät ñoä laøm vieäc : 77K

- Maùy ñöôïc khôûi ñoäng oån ñònh 15 phuùt.

- Cao theá : 4 kW.

- Thôøi gian ño : 144000 s

b. Keát quaû ño

Nguyeân toá Th-234 Th-234

Naêng löôïng (keV) 63.3 92.6

Dieän tích ñænh (S) 458 1719

Thôøi gian ño (h) 40 40

Suaát ñeám theo ñænh (S/h) 11.45 42.975

40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

22.15 18.85 11.275 11.625 12.45 8.8 0.75 2.9 43.5 5.575

Ra-226 Pb-212 Pb-214 Ti-208 Bi-214 Ac-228 Ac-228 Bi-214 K-40 Bi-214

186.1 238.6 351.9 583.2 609.3 911.2 969 1120.4 1460.8 1764.6

886 754 451 465 498 352 30 116 1740 223

Baûng 8: Soá lieäu thöïc nghieäm suaát ñeám theo ñænh cuûa neàn phoâng.

3. Tyû soá trong vaø ngoaøi:

Tyû leä dieän tích ñænh naêng löôïng gamma quan taâm trong vaø ngoaøi buoàng

chì. Tyû soá naøy caøng nhoû caøng toát.

Cheá ñoä ño :

- Nhieät ñoä laøm vieäc : 77K

- Maùy ñöôïc khôûi ñoäng oån ñònh 15 phuùt.

- Cao theá : 4 kW.

- Söû duøng nguoàn ñôn naêng : Co-60

- Thôøi gian ño : 1800 s

- Khoaûng caùch ñaët nguoàn caùch ñaàu doø: 24.5 cm

 Keát quaû thu ñöôïc :

4. Caùch tính phoâng cuûa ñænh phoå :

a. Coâng thöùc tính phoâng cuûa moät ñænh phoå nhö sau :

(13)

Trong ñoù :

:trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân chaân traùi cuûa ñænh phoå.

: trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân phaûi cuûa ñænh phoå.

nch : soá keânh töø chaân traùi ñeán chaân phaûi cuûa ñænh phoå.

Hình 2.9:Bieåu dieån caùch laáy phoâng cuûa ñænh phoå

b. Tính phoâng cuûa ñænh Co-60 khoâng ñaäy naép buoàng chì, khi ño ôû

cheá ñoä ño nhö treân. E=1173.237 keV

NL NR

35 21

28 22

31 22

32 18

24 33

Baûng 9: Baûng soá lieäu veà soá ñeám cuûa 5 keânh beân traùi vaø 5 keânh beân phaûicuûa

ñænh Co-60 vôùi naêng löôïng E=1173.237 keV

Trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân traùi ñænh phoå

Trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân phaûi ñænh phoå

NL NR

29 16

30 22

28 24

28 23

33 20

nch:soá keânh töø keânh 4961 ñeán keânh 4927

Soá phoâng cuûa ñænh

c. Tính phoâng cuûa Co-60 ñaäy naép buoàng chì, khi ño ôû cheá ñoä ño

nhö treân. E=1173.237 keV.

Baûng 10: Baûng soá lieäu veà soá ñeám cuûa 5 keânh beân traùi vaø 5 keânh beân phaûi

cuûa ñænh Co-60 vôùi naêng löôïng E=1173.237 keV

Trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân traùi ñænh phoå

Trung bình soá ñeám cuûa 5 keânh beân phaûi ñænh phoå

nch:soá keânh töø keânh 4961 ñeán keânh 4927

Soá phoâng cuûa ñænh

V. Giôùi haïn phaùt hieän cuûa ñaàu doø.

1. Möùc giôùi haïn Lc

Möùc giôùi haïn Lc ñöôïc moâ taû ñeå ñöa ra caùc giaù trò chính xaùc. Noù cho pheùp

xaùc ñònh coù hay khoâng ñænh ñöôïc quan saùt sau khi hoaøn thaønh vieäc ño. Möùc giôùi

haïn Lc ñöôïc tính bôûi coâng thöùc sau:

Trong ñoù : laø sai soá cuûa phoâng,

2. Giôùi haïn döôùi cuûa ñaàu doø

Giôùi haïn döôùi cuûa ñaàu doø coù muïc ñích ñaùnh giaù vaø so saùnh trong vieäc

thoáng keâ heä thoáng soá ñeám. Giôùi haïn döôùi cuûa ñaàu doø ñöôïc tính bôûi coâng thöùc

(soá ñeám ) (14)

Trong ñoù : laø sai soá cuûa phoâng,

Hình 2.10 : Möùc giôùi haïn vaø giôùi haïn döôùi cuûa ñaàu doø.

3. Giôùi haïn phaùt hieän

Giôùi haïn phaùt hieän ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:

(Bq) (15)

Trong ñoù :

: hieäu suaát ghi

p : hieäu suaát phaùt

t: thôøi gian ño

4. Tính giôùi haïn phaùt hieän aD vaø giôùi haïn ño LD cuûa detector baèng nguoàn

Cs-137 vôùi ñænh ñôn naêng laø 661 keV.

Baèng caùch tính phoâng nhö treân ta thu ñöôïc phoâng cuûa nguoàn Cs-137 vôùi

cheá ñoä do gioáng treân laø B= 354, nguoàn Cs-137 coù hieäu suaát phaùt laø p=

0,85vaø hieäu suaát laø =0,0117, thôøi gian ño laø t = 1800 s.

Ta coù giôùi haïn ño laø :

=90 (soá ñeám ) LD = 2,71+ 4,65

Giôùi haïn phaùt hieän laø :

(Bp) aD =

Vaäy ñoái vôùi nguoàn ñieåm Cs-137 coù giôùi haïn phaùt hieän laø 5,04 (Bq), theo nhaø

saûn xuaát thì ñoái vôùi ñaàu doø coù hieäu suaát ghi 40% thì taïi ñænh E= 661,66 keV cuûa

nguoàn Cs-137 giôùi haïn phaùt hieän laø 3,3 (Bq).

PHAÀN C.

KEÁT LUAÄN

Sau khi tìm hieåu lyù thuyeát veà ñaàu doø baùn daãn vaø khaûo saùt ñeå tìm ra caùc

thoâng soá cuûa ñaàu doøbaèng vieäc tieán haønh caùc thí nghieäm. Töø ñoù ta coù theå öùng

duïng noù vaøo vieäc ñaët cheá ñoä phuø hôïp cho caùc pheùp ño cuï theå.

Heä ño coù theå hoaït ñoäng vôùi caùc thoâng soá toái öu nhö sau :

- Ñoái vôùi ñaàu doø Ge sieâu tinh khieât thì ñeå heä ño coù theå vaän

haønh ñöôïc ta phaûi cung caáp Nitô loûng ñeå laøm laïnh.

- Khi ño phaûi khôûi ñoäng maùy tröôùc khi ño 15 phuùt ñeå heä ño

oån ñònh.

- Heä soá khueách ñaïi thích hôïp nhaát laø 4 KW.

- Phoå thu nhaän ñeå tính ñoä phaân giaûi naêng löôïng ít nhaát laø treân

10 phuùt.

Sau moät thôøi gian tieán haønh laøm thöïc nghieäm luaän vaên ñaõ khaûo saùt ñöôïc

- Xaùc ñònh ñöôïc cheá ñoä vaän haønh heä phoå keá gamma toái öu

- Xaùc ñònh ñöôïc ñöôøng chuaån naêng löôïng cuûa heä phoå keá.

- Xaùc ñònh ñöôïc hieäu suaát ghi cuûa heä phoå keá vôùi nhieàu hình

hoïc ño khaùc nhau.

- Xaùc ñònh ñöôïc ñoä phaân giaûi naêng löôïng cuûa heä phoå keá.

- Xaùc ñònh ñöôïc chaát löôïng phoâng cuûa buoàng chì.

Do thôøi gian vaø ñieàu kieän coù haïn, moät vaøi coâng vieäc khaùc chöa theå tieán

haønh ñöôïc vôùi caùc thöïc nghieäm chính xaùc hôn. Neáu coù ñöôïc heä nguoàn chuaån ña

naêng Ra-226 toát hôn vaø caùc boä nguoàn chuaån ñieåm ñôn naêng coù taát caû caùc naêng

löôïng töø 50 keV ñeán 2 MeV, luaän vaên coù theå ñöa ra ñöôïc ñöôøng bieåu dieãn ñoä

phaân giaûi naêng löôïng vaø hieäu suaát ghi cuûa toaøn giaûi phoå gamma töø 50 keV ñeán

2 MeV.

Taøi lieäu tham khaûo

1) Germanium Gamma-Ray detectors/ Chapter 12. Radiation Detection and

Measurement/ Glenn F.Knoll, 2003. Tr 405-454

2) Semiconductor Diod Detectors/ Chapter 11. Radiation detection and

Measurement/ Glenn F.Knoll,2003. Tr 353 – 400

3) Khaûo saùt caùc thoâng soá detector baùn daãn Ge sieâu tinh khieát/ Luaän vaên toát

nghieäp chuyeân ngaønh Vaät Lyù Haït Nhaân tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc Töï

Nhieân/ Döông Truùc Quyønh,2004. Tr 61

4) Phöông phaùp ghi böùc xaï/ Giaùo trình/ Traàn Phong Duõng.

5) Xöû lyù soá lieäu/ Giaùo trình/ Tröông Thò Hoàng Loan.

6) Germannium Detectors/ User,s Manual/ Canberra Industries –USA, 1995

PHAÀN. PHUÏ LUÏC

Nguoàn chuaån Keânh soá Soá ñeám theo keânh

FWTM (keV) 2,984

FWHM ( keV) 1,61

1,764 3,202

Co-60 vôùi ñænh naêng löôïng E= 1173,237 keV Co-60 vôùi E=1332,5 (keV)

0,798 1,498

Co-57 vôùi E=122,06 (keV)

0,8 1,514

Co-57 vôùi E=136,47 (keV)

1,299 2,355

Cs-137 với E=661,66 (keV)

1,363 2,56

Mn-54 với E=834,8 (keV)

1,671 3,062 Na-22 với E = 1274,5 (keV) 4935 4940 4945 4950 5610 5615 5620 5625 485 490 495 500 545 550 555 560 2770 2775 2780 2785 3500 3505 3510 3515 5365 5370 5375 5380 76 160 306 589 1066 1799 2563 3539 4110 4207 3907 3327 2280 1591 859 479 222 102 52 32 107 258 467 874 1399 2048 2754 3284 3510 3393 3009 2382 1775 1012 630 360 157 67 17 9 68 69 61 81 219 1023 2979 6435 8096 6425 3018 919 180 21 4 5 12 8 4 9 10 7 10 8 9 33 138 402 855 1016 750 370 117 22 4 0 0 1 2 0 102 284 722 1789 3720 6621 9218 10644 10517 8312 5473 2939 1313 532 135 36 13 6 3 4 8 12 18 38 102 273 574 1138 1963 2843 3619 3973 3452 2707 1811 1022 486 178 58 19 73 128 258 486 809 1213 1513 1965 2028 1797 1651 1250 850 534 305 126 53 31 20 18

Baûng a: soá lieäu tính ñoä phaân giaûi

FWHM: Full Width Half Maximun ULEGe: Ultra low energy Ge LEGe: Low Energy