Khóa luận tốt nghiệp Kĩ sư kĩ thuật hạt nhân: Xác định thực nghiệm hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phố kế PGNAA

Chia sẻ: Huỳnh Mộc Miên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận này gồm có 3 chương: Chương 1 - Giới thiệu tổng quan về hệ phổ kế gamma, detector HPGe, lý thuyết về hiệu suất, lý thuyết về tương tác của gamma với vật chất. Chương 2 - Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma: Chuẩn năng lượng và trình bày về phương pháp tính toán việc chuẩn hiệu suất ghi. Chương 3 - Kết quả và thảo luận. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Kĩ sư kĩ thuật hạt nhân: Xác định thực nghiệm hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phố kế PGNAA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGUYỄN THỊ ĐÀI TRINH XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM HIỆU SUẤT GHI TUYỆT ĐỐI CỦA HỆ PHỐ KẾ PGNAA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ HẠT NHÂN LÂM ĐỒNG, 2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGUYỄN THỊ ĐÀI TRINH - 1310556 XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM HIỆU SUẤT GHI TUYỆT ĐỐI CỦA HỆ PHỐ KẾ PGNAA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ HẠT NHÂN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS. PHẠM NGỌC SƠN KHÓA 2013 - 2018
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đối với ba mẹ em. Cảm ơn ba mẹ đã dành cho em những gì tốt đẹp nhất để em có cơ hội được cắp sách đến lớp và được may mắn đến hôm nay để viết ra những lời này. Cảm ơn ba mẹ đã và luôn đồng hành cùng em trên mọi bước đường em đi. Để hoàn thành được khóa luận này em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban lãnh đạo Khoa kỹ Thuật Hạt Nhân – Trường Đại học Đà Lạt đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Các Thầy Cô trong Khoa và Trường đã tận tình truyền đạt kiến thức và giúp đỡ em trong suốt 4 năm học. Đặc biệt, em xin thể hiện lòng biết ơn đến TS. Phạm Ngọc Sơn, cảm ơn thầy đã tạo điều kiện cho em thực tập và làm quen hiểu biết hơn về một số thiết bị, máy móc tại Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Cảm ơn thầy đã bỏ thời gian quý báu của mình để hướng dẫn em trong suốt khoảng thời gian thực hiện khóa luận này. Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn yêu quý nhất của em, cảm ơn các bạn đã giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Lạt, tháng 12 năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Đài Trinh i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................... vi LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 3 1.1 Các đặc điểm chính của một số hệ phân tích PGNAA trên thế giới .................... 3 1.2 Hệ thiết bị PGNAA tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt .......................................... 5 1.2.1 Kênh ngang số 2 tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ................................... 5 1.2.2 Chùm nơtron phin lọc nhiệt tại KS2........................................................ 6 1.2.3 Hệ che chắn dẫn dòng nơtron.................................................................. 6 1.2.4 Hệ phổ kế dùng đầu dò HPGe ................................................................. 8 1.3 Đầu dò Germanium siêu tinh khiết ................................................................... 10 1.3.1 Giới thiệu về đầu dò HPGe ................................................................... 10 1.3.2 Cơ chế hoạt động của đầu dò để ghi nhận gamma ................................. 10 1.3.3 Buồng chì ............................................................................................. 10 1.3.4 Bình làm lạnh ....................................................................................... 11 1.4 Phổ biên độ xung ............................................................................................. 12 1.5 Độ phân giải năng lượng .................................................................................. 13 1.6 Hiệu suất đo ..................................................................................................... 14 1.6.1 Định nghĩa hiệu suất ............................................................................. 14 1.6.2 Các hình thức hiệu suất......................................................................... 15 1.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi của đầu dò .............................. 16 1.6.4 Đường cong hiệu suất ........................................................................... 17 1.7 Cơ chế tương tác của gamma với môi trường vật chất ...................................... 17 1.7.1 Hấp thụ quang điện ............................................................................... 18 ii
1.7.2 Tán xạ Compton ................................................................................... 19 1.7.3 Hiệu ứng tạo cặp................................................................................... 20 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 22 2.1 Bố trí thí nghiệm .............................................................................................. 22 2.1.1 Vị trí chiếu mẫu .................................................................................... 22 2.1.2 Chuẩn bị mẫu ....................................................................................... 22 2.1.3 Chiếu mẫu ............................................................................................ 24 2.2 Hiệu chuẩn hệ phổ kế đo gamma tức thời ......................................................... 24 2.2.1 Chuẩn năng lượng ................................................................................ 24 2.2.2 Chuẩn hiệu suất ghi .............................................................................. 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 29 3.1 Xử lý phổ gamma tức thời ................................................................................ 29 3.2 Xử lý số liệu và kết quả .................................................................................... 30 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 38 iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PGNAA: Prompt gamma neutron activation analysis HPGe: High Purity Germanium FWHM: Full Width at Half Maximum KS2: Kênh số 2 BGO: Bismuth Germanate (Bi4Ge3O12) ADC: Analog to Digital Converter MCA: Multi channel Analysis HV: Hight Voltage c/s/g: counts/seconds/gam IAEA: International Atomic Energy Agency iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các đặc điểm chính của một số hệ phân tích PGNAA trên thế giới ............. 3 Bảng 2. Đặc trưng của các nguồn gamma chuẩn .................................................... 23 Bảng 3. Các giá trị năng lượng và xác suất phát tia gamma từ phản ứng 35 Cl(n,)36Cl, sử dụng để xác định hiệu suất ghi tuyệt đối. ..................................... 27 Bảng 4. Giá trị hiệu suất theo năng lượng .............................................................. 32 Bảng 5. Kết quả số liệu trong tính toán sai số hiệu suất ghi.................................... 34 v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Sơ đồ mặt cắt của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.............................................. 5 Hình 2. Sơ đồ hệ che chắn chuẩn trực bên trong KS2. ................................................ 7 Hình 3. Mặt cắt hệ thống che chắn bảo đảm an toàn bức xạ bên ngoài KS2. ............... 8 Hình 4. Hệ thiết bị dẫn dòng nơtron tại KS2. .............................................................. 8 Hình 5. Hệ phổ kế dung đầu dò HPGe và các khối điện tử.......................................... 9 Hình 6. Sơ đồ cắt dọc của hệ đầu dò-buồng chì (kích thước tính theo cm) .................. 11 Hình 7. Bình làm lạnh ................................................................................................ 11 Hình 8. Phân bố độ cao xung của gamma theo năng lượng nguồn 60Co ...................... 13 Hình 9. Độ phân giải năng lượng của detector ............................................................ 13 Hình 10. So sánh độ phân giải của detector................................................................. 14 Hình 11. Hiệu ứng quang điện .................................................................................... 19 Hình 12. Sơ đồ tán xạ Compton .................................................................................. 20 Hình 13. Cấu hình hệ PGNAA tại kênh 2 lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt .................. 22 Hình 14. Các nguồn gamma chuẩn ............................................................................. 23 Hình 15. Đường chuẩn năng lượng của đầu dò HPGe ................................................. 25 Hình 16. Diện tích đỉnh 517 keV (màu đỏ) ................................................................. 29 Hình 17. Diện tích đỉnh 1951 keV (màu đỏ) và diện tích đỉnh 1959 keV (màu xanh) .. 30 Hình 18. Phổ gamma tức thời từ phản ứng 35Cl(n,)36Cl thu được trong vùng năng lượng từ 0-8000 keV với thời gian đo 4182 giây. ........................................................ 30 Hình 19. Phổ phông gamma tức thời từ phản ứng 35Cl(n,)36Cl thu được trong vùng năng lượng từ 0-8000 keV với thời gian đo 62466 giây. ............................................. 31 Hình 20. Phổ gamma tức thời của mẫu Clo và phổ phông gamma thu được trong vùng năng lượng từ 0-8000 keV. ................................................................................ 31 Hình 21. Kết quả đường cong hiệu suất ghi tại vị trí nguồn cách đầu dò 38.5 cm ....... 33 vi
LỜI MỞ ĐẦU Từ những năm 1940 đến nay, khoa học và công nghệ hạt nhân đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng vào thực tiễn ở nhiều nước trên thế giới, và đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế xã hội của Quốc tế nói chung và đối với nhiều Quốc gia nói riêng trong đó có Việt Nam. Khoa học và kỹ thuật hạt nhân ở Việt Nam vẫn đang được quan tâm và ưu tiên phát triển một cách mạnh mẽ; đặc biệt là đã và đang đẩy mạnh phát triển các hướng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân. Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là việc xử lý phổ gamma ghi nhận được để từ đó suy ra các đối tượng cần quan tâm. Nhìn lại các giai đoạn phát triển của các phương pháp ghi nhận trong vật lý hạt nhân và các hạt cơ bản, chúng ta thấy sự ra đời và phát triển của các loại detector: các buồng bọt, buồng Strimơ, các buồng ion hóa, buồng tỷ lệ, ống đêm Geiger Muller, ống đếm tia lửa, detector nhấp nháy, detector tinh thể Tren-ren-cốp, detector bán dẫn, … Có thể nói detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) là đỉnh cao của việc ghi nhận bức xạ với ưu điểm nổi bật về khả năng phân giải. Trong khóa luận này, chúng tôi tập trung nghiên cứu xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế PGNAA tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Hiệu suất ghi là một thông số có ý nghĩa quan trọng trong hệ phổ kế gamma. Mỗi hệ phổ kế có một hiệu suất ghi khác nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc hình học của hệ đo, kích thước và hình học mẫu, góc khối đo và thời gian chết của hệ đo, ngoài ra hiệu suất ghi còn phụ thuộc vào năng lượng của nguồn bức xạ. Do vậy, việc xác định chính xác đường chuẩn hiệu suất ghi theo năng lượng là rất cần thiết. Trong thực nghiệm vấn đề này được thực hiện thông qua các nguồn chuẩn phát gamma, chương trình máy tính chuyên dụng, các phần mềm tính toán. Dựa trên kết quả tìm được, chúng ta sử dụng cho các tính toán liên quan như xác định cường độ chùm tia gamma trong phân tích mẫu môi trường, xác định cường độ tia gamma tức thời của các nguyên tố, các thông số phổ của hệ đo: hoạt độ, tốc độ, tiết diện, thông lượng nơtron,…của các kênh ngang, Cột nhiệt, Bẫy nơtron trong lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt,… Phổ năng lượng bức xạ gamma là phổ gián đoạn, có năng lượng hoàn toàn xác định được đặc trưng cho mỗi nguyên tố, phổ gamma ghi nhận được cho ta biết các thông tin về thời gian đo mẫu, các thông số của mỗi đỉnh phổ gamma như số đếm, số kênh, độ phân giải năng lượng của đỉnh, diện tích đỉnh, sai số diện tích đỉnh, phân bố dạng Gauss của đỉnh,…những thông tin đó giúp ta trong việc tính 1
toán xử lý số liệu cần quan tâm, phổ gamma trong thực nghiệm trên hệ PGNAA tại KS2 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được thu nhận và xử lý bằng phần mềm Gienie 2000. Ngoài ra, phần mềm Peakfit cũng được sử dụng trong khóa luận để tách các đỉnh chập. Bố cục của khóa luận này bao gồm có ba phần đó là giới thiệu lý thuyết, thực nghiệm và kết luận. Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ phổ kế gamma, detector HPGe, lý thuyết về hiệu suất, lý thuyết về tương tác của gamma với vật chất. Chương 2: Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma: Chuẩn năng lượng và trình bày về phương pháp tính toán việc chuẩn hiệu suất ghi. Chương 3: Kết quả và thảo luận. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các đặc điểm chính của một số hệ phân tích PGNAA trên thế giới Sự ra đời và phát triển của các phương pháp phân tích hạt nhân gắn liền với những thành tựu của vật lý và kỹ thuật hạt nhân hiện đại. Phương pháp PGNAA có những ưu điểm rất cơ bản như độ nhạy và độ chính xác cao, tốc độ phân tích nhanh, mẫu phân tích không bị phá hủy và có thể tiến hành phân tích đồng thời nhiều nguyên tố. Có thể tự động hóa được toàn bộ quy trình phân tích. Do đó, hệ phân tích PGNAA luôn được quan tâm nâng cấp nhằm nâng cao độ nhạy và độ chính xác của hệ đo. Dưới đây là đặc điểm chính của một số hệ phân tích PGNAA trên thế giới và trong nước [10,11]. Bảng 1. Các đặc điểm chính của một số hệ phân tích PGNAA trên thế giới Hệ phân tích Đặc điểm - Nguồn nơtron nhiệt - Thông lương chùm nơtron: 8.2x107 n.cm-2.s-1 SNU-KAERI - Kích thước chùm: 2x2 cm2 (Hàn Quốc) - Tỉ số Cadmium R = 266 (đối với Au) - Độ nhạy tại Ti (1382 keV): 2020 c/s/g - Hệ phổ kế: hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe - Nguồn nơtron nhiệt dẫn dòng bằng phản xạ gương Ni - Thông lượng chùm nơtron: 2.4x107 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2x2 cm2 - Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 23.8%, độ phân giải (FWHM) 1.75 keV tại đỉnh JEARI 1332 keV của Co60 (Nhật Bản) - Nguồn nơtron lạnh - Thông lượng chùm nơtron: 1.1x108 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2x2 cm2 - Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 23.8%, độ phân giải (FWHM) 1.75 keV tại đỉnh 1332 keV của Co60 3
- Nguồn nơtron nhiệt: phin lọc (sapphire) - Thông lượng chùm nơtron: 3.0x108 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2 cm hoặc nhỏ hơn - Tỉ số Cadmium R = 166 (đối với Au) - Độ nhạy tại Ti (1382 keV): 890 c/s/g - Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe và hệ triệt Compton NIST (Mỹ) - Nguồn nơtron lạnh: Phin lọc (Be, Bi) và phản xạ gương - Thông lượng chùm nơtron: 9.5x108 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2 cm hoặc nhỏ hơn - Độ nhạy tại Ti (1382 keV): 7700 c/s/g - Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe và hệ triệt Compton - Nguồn nơtron nhiệt: phản xạ gương - Thông lượng chùm nơtron: 1.4x107 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2.5x10 cm2 - Tỉ số Cadmium R = 3.4x104 (đối với In) BARC - Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe (Ấn Độ) - Nguồn nơtron nhiệt: graphit - Thông lượng chùm nơtron: 1.6x106 n.cm-2.s-1 - Kích thước chùm: 2.5x3.5 cm2 - Tỉ số Cadmium R = 3.4x104 (đối với In) - Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe - Nguồn nơtron lạnh: phản xạ gương - Thông lượng chùm: 5.0x107 n.cm-2.s-1 BUDAPEST - Kích thước chùm: 1x1 cm2 hoặc 2x2 cm2 (Hungary) - Độ nhạy tại Ti (1382 keV): 750 c/s/g - Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe và hệ điện tử triệt Compton 4
- Kênh nơtron số 2: - Nguồn nơtron nhiệt: phin lọc 80 cm Si + 6 cm Bi - Thông lượng chùm nơtron: 1.6x106 n.cm-2.s-1 - Đương kính chùm: 3 cm NIR (Đà Lạt) - Tỉ số Cadmium R = 420 (đối với Au) - Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 70%, độ phân giải (FWHM) 2 keV tại đỉnh 1332 keV của Co60 1.2 Hệ thiết bị PGNAA tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 1.2.1 Kênh ngang số 2 tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt là loại lò bể bơi, làm chậm và tải nhiệt bằng nước nhẹ, công suất nhiệt của lò là 500 kW. Sơ đồ mặt cắt của vùng hoạt và vị trí các kênh nơtron của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa ra trong Hình 1 [2, 5, 6]. Hình 1. Sơ đồ mặt cắt của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt có 4 kênh nơtron phục vụ cho các mục đích nghiên cứu, trong đó có 3 kênh xuyên tâm ( No.1, No.2 và No.4) và 1 kênh tiếp tuyến (No.3). Trong thực nghiệm này, chúng tôi thực hành thí nghiệm trên kênh ngang số 2. Đến nay toàn bộ hệ thống thiết bị PGNAA đã được lắp đặt hoàn chỉnh và đưa vào ứng dụng để đo số liệu hạt nhân và phát triển phương pháp PGNAA. Bên 5
cạnh đó, hiện nay, tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, kênh ngang số 1 đang đóng chưa được đưa vào khai thác sử dụng, kênh ngang số 3 sử dụng đo số liệu hạt nhân trong phản ứng gamma nối từng và kênh ngang số 4 được chuyên dụng cho PGNAA và đo tiết diện truyền qua. 1.2.2 Chùm nơtron phin lọc nhiệt tại KS2 Để tạo chùm nơtron nhiệt, một tổ hợp 2 loại phin lọc nơtron bao gồm phin lọc đơn tinh thể Si có chiều dài 80 cm và đơn tinh thể Bismuth có chiều dài 6 cm. Thành phần đơn tinh thể Si có chức năng chính là cho phép thành phần nơtron nhiệt truyền qua với tỉ số truyền qua cao và năng lượng nơtron nhiệt vẫn bảo toàn theo phân bố Maxell. Bên cạnh đó, phin lọc Si với tổng chiều dài tương đối lớn nên cũng có tác dụng hạn chế đáng kể phông bức xạ gamma từ vùng hoạt của lò phản ứng. Phin lọc Bismuth có chức năng giảm thiểu thành phần bức xạ gamma từ vùng hoạt lò phản ứng và phông gamma do tương tác của nơtron với các vật liệu cấu trúc kênh và hệ dẫn dòng. Ngoài ra phin lọc Bismuth còn có tác dụng hạn chế các đỉnh năng lượng 54 keV, 148 keV và thành phần nơtron nhanh. Thông lượng nơtron nhiệt đạt 1.6x106 n.cm-2.s-1 và tỉ số Cadmium R = 420 (đối với Au) [6]. 1.2.3 Hệ che chắn dẫn dòng nơtron • Che chắn chuẩn trực bên trong KS2 Sau khi truyền qua bộ phin lọc nơtron, dòng nơtron sẽ được chuẩn trực đến vị trí chiếu mẫu qua hệ thống các ống chuẩn trực với đường kính chùm là 3 cm. Hệ chuẩn trực nơtron gồm các chuẩn trực có kích thước: đường kính ngoài 12 cm và đường kính trong là 3 cm. Các lớp chuẩn trực được chế tạo từ vật liệu Pb, tổng chiều dài là 30 cm và 5 lớp chuẩn trực chế tạo từ vật liệu Borated + Hydrogenated Concrete (SWX chứa 5% Boron) tổng chiều dài là 60 cm (Hình 2). Ở vị trí cách lối ra của kênh khoảng 30 cm là khối chuẩn trực bằng thép không rỉ có chức năng che chắn gamma và bảo đảm kín nước chủ động cả khi kênh mở cũng như kênh đóng. Hệ che chắn chuẩn trực bên trong được mổ tả trên hình 2 [2]. 6
Hình 2. Sơ đồ hệ che chắn chuẩn trực bên trong KS2. • Che chắn chuẩn trực bên ngoài KS2 Dòng nơtron và gamma sau khi truyền qua các khối chuẩn trực và kín nước bên trong kênh sẽ truyền qua hệ che chắn bảo đảm an toàn bức xạ bên ngoài kênh và dừng lại tại khối chắn dòng. Hệ có tổng chiều dài 2.4 m và được thiết kế lắp đặt trên một hệ giá đỡ bằng thép có các bánh xe di chuyển được dọc theo chiều của kênh [6]. 7
Hình 3. Mặt cắtt hệ h thống che chắn bảo đảm an toàn bức xạ bên ngoài KS2. Hình 4. H Hệ thiết bị dẫn dòng nơtron tại KS2. 1.2.4 Hệ phổ kế dùng đ đầu dò HPGe Hệ phổ kế gamma tại KS2 của Lò phản ứng hạt nhânn Đà Lạt sử dụng detector bán dẫn n siêu tinh khi khiết HPGe GR7023 đồng trục loại n, hiệu suất ghi tương đối 70%, độ phân giảii (FWHM) 2 keV tạit đỉnh 1332 keV của Co60. Phía sau buồng chì lắp p hai vành khuyên chì để che chắn phông gamma tán xạ từ các vật v liệu che chắn. Cao thế 3106D 06 kV và những tín hiệu từ đầu dò sẽ đượcc ghi nh nhận và xử lí bởi các khối điện tử: khối khuếch đại Amplifier 2026, bộ biến đổii tín hiệu hi số Multi- 8
port II được tích hợp bởi ADC16K và MCA, sử dụng phần mềm điều khiển Genie 2000, tất cả đều do hãng Canberra (Mỹ) sản xuất [14]. HPGe Pre. Amp Amp ADC-MDC PC HV Hình 5. Hệ phổ kế dung đầu dò HPGe và các khối điện tử Đầu dò thu nhận tín hiệu từ các điện tích sinh ra khi bức xạ gamma tương tác với tinh thể của detector và biến thành xung điện, các tín hiệu ở lối ra đầu dò có biên độ rất bé, do đó cần khuếch đại sơ bộ bằng tiền khuếch đại (Pre. Amp). Tín hiệu ở lối ra tiền khuếch đại được đưa vào khối khuếch đại chính (Amplifer) để khuếch đại tín hiệu đủ lớn về biên độ và hình thành xung chuẩn. Sau đó tín hiệu được biến đổi từ dạng tương tự sang dạng số qua bộ ADC (Anolog to Digital Converter) và được xử lý qua khối phân tích biên độ đa kênh (MCA). Tín hiệu sau khi được xử lý và được hiển thị qua máy tính (PC) là thông tin về phổ bức xạ gamma cần đo. 9
1.3 Đầu dò Germanium siêu tinh khiết 1.3.1 Giới thiệu về đầu dò HPGe Detector HPGe là một trong những detector dùng ghi nhận gamma phổ biến nhất hiện nay cho việc nghiên cứu cơ bản hay trong vật lý ứng dụng, vì chúng có ưu điểm là có độ phân giải cao. Năng lượng của tia gamma hoặc beta có thể ghi nhận với độ phân giải lên tới 0.1% [7, 13]. 1.3.2 Cơ chế hoạt động của đầu dò để ghi nhận gamma Việc ghi nhận phổ gamma được thực hiện thông qua các tương tác mà trong đó một phần hoặc toàn bộ năng lượng của tia gamma tới được truyền cho electron. Nhờ điện trường của cao thế, chính các electron này tiếp tục gây ion hóa tạo ra các xung điện ở lối ra của detector. Cho nên để ghi nhận phổ gamma thì detector phải thực hiện hai chức năng [7, 13]: • Biến đổi năng lượng tia gamma thành năng lượng các electron. Do đó nó hoạt động như bộ chuyển đổi trung bình mà tại đó các tia gamma có xác suất tương tác trung bình sinh ra một hay nhiều electron nhanh. • Hoạt động như một thiết bị ghi nhận chuyển đổi electron nhanh thành những tín hiệu điện. 1.3.3 Buồng chì Chúng ta biết rằng tương tác của tia gamma với chì tạo ra các tia X có năng lượng trong khoảng 74-85 KeV. Các tia X này của chì có thể được ghi nhận bởi đầu dò và làm cho phổ gamma bị nhiễu, để hạn chế điều này người ta thường bổ sung thêm lớp vật liệu bên trong buồng chì các lớp đồng và thiếc có bề dày tương ứng là 1.5 mm và 1 mm. Qua khảo sát cho thấy một lớp thiếc dày 1 mm có thể hấp thụ được khoảng 95% các tia X từ chì. Và sự có mặt của 1.5 mm đồng đã làm tăng khả năng hấp thụ lên tới 98.5% đối với các tia X của chì [7, 13]. 10