Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe gồm có 3 chương trình bày tổng quan về các hệ phổ kế gamma, hệ phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe và một số nội dung khác. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ------------------------- Huỳnh Minh Hiền KHẢO SÁT PHỔ KẾ TRÙNG PHÙNG GAMMA SỬ DỤNG ĐẦU DÒ BÁN DẪN HPGe Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. ĐINH SỸ HIỀN Thành phố Hồ Chí Minh – 2010
Lêi c¶m ¬n Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n quý thÇy c« Khoa VËt LÝ, c¸n bé phßng Sau §¹i Häc - Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP Hå ChÝ Minh ®· tËn t×nh gi¶ng d¹y vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho em trong suèt thêi gian häc tËp t¹i trêng. Xin göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c nhÊt ®Õn PGS. TS §inh Sü HiÒn, ngêi ®· trùc tiÕp chØ b¶o em trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n nµy. Sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy chÝnh lµ ®éng lùc vµ nÒn t¶ng ®Ó em hoµn thµnh ®îc luËn v¨n nµy. Em xin tr©n träng göi tíi ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t lêi c¶m ¬n ch©n thµnh v× sù gióp ®ì vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho em ®îc lµm thùc nghiÖm t¹i ViÖn. Xin tr©n träng c¶m ¬n c¸n bé Phßng VËt LÝ §iÖn Tö H¹t Nh©n, ®Æc biÖt lµ anh NguyÔn Xu©n H¶i, anh Hå H÷u Th¾ng ®· gióp ®ì tËn t×nh, híng dÉn chi tiÕt vµ cã nh÷ng ®ãng gãp quý b¸u cho em. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ban Gi¸m HiÖu vµ Tæ VËt LÝ - KTC trêng THPT Nam Hµ - Biªn Hßa - §ång Nai ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó em hoµn thµnh khãa häc t¹i Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP Hå ChÝ Minh. TP. Hå ChÝ Minh, th¸ng 8 n¨m 2010 Huúnh Minh HiÒn
Më §ÇU Phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma lµ phæ gi¸n ®o¹n, cã n¨ng lîng hoµn toµn x¸c ®Þnh ®Æc trng cho mçi nguyªn tè, cêng ®é bøc x¹ gamma ®Æc trng cña mçi nguyªn tè phãng x¹ tØ lÖ thuËn víi hµm lîng cña nguyªn tè ®ã. ChÝnh v× vËy, viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c phæ gamma cña mçi nguyªn tè cã ý nghÜa rÊt quan träng trong c¸c bµi to¸n ph©n tÝch x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn nguyªn tè, ph¬ng ph¸p ph©n tÝch kÝch ho¹t h¹t nh©n,…Tuy nhiªn, phæ gamma ®o ®îc trong c¸c phÐp ph©n tÝch thêng kh¸ phøc t¹p. HiÖn nay, viÖc ghi nhËn phæ gamma b»ng ®Çu dß b¸n dÉn thêng cã nÒn Compton cao cho nªn mét sè ®Ønh n¨ng lîng cã cêng ®é thÊp hiÖn lªn kh«ng râ nÐt, cã khi bÞ nÒn Compton che lÊp. Do ®ã viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®Ønh nµy thêng ph¹m sai sè lín lµm ¶nh hëng nhiÒu ®Õn ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. MÆt kh¸c, ®é nh¹y ph©n tÝch chØ cã thÓ c¶i thiÖn trong ®iÒu kiÖn tØ sè diÖn tÝch ®Ønh phæ trªn nÒn Compton lµ lín. V× vËy, vÊn ®Ò ®Æt ra lµ lµm sao h¹ ®îc nÒn Compton cµng thÊp cµng tèt, tõ ®ã míi cã kh¶ n¨ng lµm lé râ ®îc c¸c ®Ønh n¨ng lîng thÊp. Nh ta ®· biÕt, kho¶ng thêi gian ph¸t c¸c tia gamma nèi tÇng hoÆc c¸c tia gamma sinh ra trong qu¸ tr×nh hñy cÆp electron - pozitron vµo kho¶ng vµi tr¨m pic« gi©y nªn ta cã thÓ coi nh chóng ph¸t ra ®ång thêi, ®ã lµ c¸c tia gamma trïng phïng. TÝn hiÖu trïng phïng ®Æc trng c¶ vÒ n¨ng lîng vµ t¬ng quan thêi gian cña hai bøc x¹ ph¸t ra tõ mét h¹t nh©n nªn nã cã tÝnh chän läc cao. V× vËy, ta cã thÓ lîi dông sù t¬ng quan vÒ thêi gian cña c¸c tia gamma trïng phïng ®Ó ghi nhËn chän läc c¸c bøc x¹ gamma ®Æc trng cña mçi h¹t nh©n phãng x¹, nghÜa lµ ta dïng th«ng sè thêi gian ®Ó ®iÒu khiÓn viÖc ghi nhËn n¨ng lîng phæ bøc x¹ gamma. Nhê ®ã, ta cã thÓ gi¶m ¶nh hëng cña c¸c tia gamma t¸n x¹ Compton vµ c¸c dÞch chuyÓn gamma kh«ng t¬ng quan vÒ thêi gian gióp gi¶m ®¸ng kÓ nÒn Compton, n©ng cao chÊt lîng cña phÐp ®o. Trong trêng hîp nµy, th«ng tin chÝnh x¸c vÒ thêi gian tíi cña lîng tö bøc x¹ trong ®Çu dß lµ ®Æc biÖt quan träng. Sù chÝnh x¸c vÒ thêi gian cã thÓ ®îc thùc hiÖn phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña ®Çu dß ®îc sö dông ®Ó xö lý tÝn hiÖu. §Æc trng thêi gian tèt nhÊt nhËn ®îc ®èi víi c¸c ®Çu dß trong ®ã ®iÖn tÝch ®îc thu gãp nhanh nhÊt. §Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe lµ lo¹i dÇu dß cã kh¶ n¨ng thu gãp ®iÖn tÝch nhanh vµ cung cÊp kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng tèt nhÊt trong tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Çu dß th«ng dông cho nªn nã rÊt thÝch hîp khi sö dông trong c¸c s¬ ®å ghi nhËn bøc x¹ gamma sö dông kü thuËt trïng phïng. Môc ®Ých cña luËn v¨n lµ nh»m t×m hiÓu vÒ c¸c khèi ®iÖn tö cïng nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe, t×m hiÓu ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng vµ ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng (cßn gäi lµ trïng phïng sù kiÖn - sù kiÖn) ®Ó ghi nhËn phæ n¨ng lîng cña bøc x¹ gamma, sö dông hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma thu phæ n¨ng lîng
cña nguån 60Co, 22Na nh»m kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶m ph«ng cña hÖ phæ kÕ trïng phïng so víi hÖ phæ kÕ b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ. CÊu tróc cña luËn v¨n bao gåm c¸c phÇn chÝnh sau : Ch¬ng 1 : Tæng quan vÒ c¸c hÖ phæ kÕ gamma Ch¬ng 2 : T×m hiÓu hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Ch¬ng 3 : Thùc nghiÖm ghi phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co, 22Na b»ng hÖ phæ kÕ gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ vµ hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma, sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Do thêi gian thùc hiÖn vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn ch¾c ch¾n trong phÇn néi dung cña luËn v¨n sÏ cã nhiÒu thiÕu sãt, kÝnh mong nhËn ®îc sù gãp ý cña quý thÇy c« cïng c¸c ®ång nghiÖp ®Ó t¸c gi¶ ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n vÒ kiÕn thøc. CH¦¥NG 1 : TæNG QUAN VÒ C¸C HÖ PHæ KÕ Gamma 1.1 T¬ng t¸c cña bøc x¹ gamma víi vËt chÊt vµ sù h×nh thµnh phæ gamma Bøc x¹ gamma lµ c¸c lîng tö cña sãng ®iÖn tõ (c¸c photon). N¨ng lîng cña photon E tØ lÖ víi tÇn h sè sãng : E = h , xung lîng cña photon ®îc tÝnh theo c«ng thøc p  . Bøc x¹ gamma t¬ng t¸c c víi vËt chÊt th«ng qua 3 qu¸ tr×nh c¬ b¶n sau ®©y : 1.1.1 HiÖu øng quang ®iÖn Khi lîng tö gama va ch¹m víi electron quü ®¹o cña nguyªn tö, gamma biÕn mÊt vµ n¨ng lîng gamma ®îc truyÒn toµn bé cho electron quü ®¹o ®Ó nã bay ra khái nguyªn tö. Electron nµy ®îc gäi lµ quang electron. Quang electron nhËn ®îc ®éng n¨ng Ee, b»ng hiÖu sè gi÷a n¨ng lîng gamma vµo E vµ n¨ng lîng liªn kÕt  lk cña electron trªn líp vá. Ee = E -  lk (1.1) Trong ®ã,  lk = K ®èi víi electron líp K,  lk =  L ®èi víi electron líp L,  lk =  M ®èi víi electron líp M vµ  K >  L >  M .
Theo c«ng thøc (1.1), n¨ng lîng gamma vµo Ýt nhÊt ph¶i b»ng n¨ng lîng liªn kÕt cña electron th× hiÖu øng quang ®iÖn míi x¶y ra. NÕu E <  K th× hiÖu øng quang ®iÖn chØ x¶y ra víi c¸c líp L, M, … NÕu E <  L th× hiÖu øng quang ®iÖn chØ x¶y ra víi c¸c líp M, … HiÖu øng quang ®iÖn kh«ng thÓ x¶y ra víi c¸c electron tù do v× kh«ng b¶o ®¶m ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng lîng vµ ®éng lîng. Nh vËy, muèn cã hiÖu øng quang ®iÖn th× electron ph¶i liªn kÕt trong nguyªn tö. TiÕt diÖn hÊp thô cña hiÖu øng quang ®iÖn phô thuéc vµo n¨ng lîng gamma vµ lo¹i nguyªn tö. Cô thÓ lµ tiÕt diÖn hÊp thô tØ lÖ víi Z5 (Z lµ sè nguyªn tö), nghÜa lµ nã t¨ng rÊt nhanh víi c¸c nguyªn tö nÆng. 1.1.2 HiÖu øng Compton Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton tíi nhêng mét phÇn n¨ng lîng cña m×nh cho mét electron cña nguyªn tö. Electron nµy sÏ b¾n ra khái nguyªn tö cßn ph«ton sÏ bÞ t¸n x¹. Ph«ton t¸n x¹ cã n¨ng lîng nhá h¬n n¨ng lîng cña ph«ton tíi ( h '  h ). h  h '  lk  Ee (1.2) Trong ®ã Ee lµ ®éng n¨ng cña electron b¾n ra,  lk lµ n¨ng lîng liªn kÕt cña electron trªn líp vá.   ' H×nh 1.1 : Giản đồ biểu diễn t¸n xạ Compton. Liªn hÖ gi÷a ®éng n¨ng cña ph«ton t¸n x¹ vµ gãc t¸n x¹ cho bëi hÖ thøc h h '  (1.3) hv 1 (1  cos  ) m0 c 2 Trong ®ã : m0c2 lµ khèi lîng nghØ cña electron (m0c2 = 0,511 MeV). HiÖu øng Compton lµ qu¸ tr×nh t¬ng t¸c ph«ton - vËt chÊt chñ yÕu trong kho¶ng n¨ng lîng mét vµi tr¨m keV ®Õn vµi MeV. HiÖu øng Compton cã thÓ x¶y ra ®èi víi electron tù do (liªn kÕt yÕu víi nguyªn tö) hay víi electron liªn kÕt chÆt víi nguyªn tö v× ë ®©y nhê cã ph«ton t¸n x¹ mµ cã thÓ tháa m·n ®ång thêi c¶ hai ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng lîng vµ xung lîng. 1.1.3 HiÖu øng t¹o cÆp electron - pozitron Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton biÕn thµnh mét cÆp electron - pozitron. Theo ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng lîng vµ xung lîng th× n¨ng lîng cña ph«ton ph¶i lín h¬n tæng n¨ng lîng nghØ cña cÆp e - - e+
( h  1, 022 MeV). Së dÜ ph¶i lín h¬n v× theo ®Þnh luËt b¶o toµn xung lîng, cÆp e - - e+ ph¶i cã mét ®éng n¨ng nµo ®ã. Theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch th× tæng ®iÖn tÝch c¸c h¹t t¹o thµnh ph¶i b»ng 0 v× photon kh«ng cã ®iÖn tÝch. Qu¸ tr×nh t¹o cÆp e - - e+ x¶y ra chñ yÕu gÇn ®iÖn trêng cña h¹t nh©n, h¹t nh©n nµy còng hÊp thô mét phÇn xung lîng cña ph«ton ban ®Çu. TiÕt diÖn hiÖu dông tØ lÖ víi Z2, nghÜa lµ hiÖu øng x¶y ra chñ yÕu ®èi víi c¸c nguyªn tè nÆng (Z lín). C¸c pozitron ®îc t¹o ra cuèi cïng còng sÏ l¹i biÕn mÊt do bÞ hñy cÆp víi electron cña nguyªn tö : e   e   2 Qu¸ tr×nh t¹o cÆp ®ãng vai trß quan träng ®èi víi c¸c ph«ton cã n¨ng lîng lín h¬n 1,022 MeV. Víi mét nguyªn tè cho tríc, ®ãng gãp cña mçi qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn cã thÓ ®îc h×nh dung qua ®å thÞ biÓu diÔn c¸c tiÕt diÖn cña tõng qu¸ tr×nh riªng lÎ vµ tiÕt diÖn tæng céng theo n¨ng lîng tíi cña ph«ton tíi. C¸c qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn dÉn tíi sù h×nh thµnh c¸c ®Æc trng cña phæ gamma nh sau : + HiÖu øng quang ®iÖn dÉn ®Õn sù hÊp thô hoµn toµn n¨ng lîng cña ph«ton tíi E  h trªn ®Çu dß, do ®ã trong phæ gamma xuÊt hiÖn ®Ønh hÊp thô toµn phÇn víi n¨ng lîng E . + Trong qu¸ tr×nh t¸n x¹ Compton, ph«ton tíi chØ mÊt mét phÇn n¨ng lîng, phÇn cßn l¹i chuyÓn thµnh n¨ng lîng ph«ton t¸n x¹. Sù ph©n bè gi÷a hai phÇn nµy tïy thuéc vµo gãc t¸n x¹. Do ®ã trªn phæ gamma xuÊt hiÖn nÒn liªn tôc (nÒn Compton) tr¶i dµi tõ gi¸ trÞ E trë xuèng. Tia gamma sau khi t¸n x¹ lÇn ®Çu cã thÓ tiÕp tôc t¸n x¹ nhiÒu lÇn, cuèi cïng bÞ hÊp thô hoµn toµn trong ®Çu dß do hiÖu øng quang ®iÖn. Qu¸ tr×nh t¸n x¹ nhiÒu lÇn nµy còng ®ãng gãp vµo ®Ønh hÊp thô toµn phÇn, møc ®ãng gãp tïy thuéc vµo thÓ tÝch ®Çu dß. + HiÖu øng t¹o cÆp dÉn ®Õn sù h×nh thµnh hai lîng tö gamma cã n¨ng lîng 0,511 MeV. Tïy theo trêng hîp c¶ hai lîng tö nµy bÞ hÊp thô hoÆc mét hoÆc c¶ hai lîng tö bay ra khái ®Çu dß mµ ta thÊy xuÊt hiÖn c¸c ®Ønh sau ®©y : - C¶ hai lîng tö gamma hñy cÆp ®Òu bÞ hÊp thô hoµn toµn trong thÓ tÝch nh¹y cña ®Çu dß : ta ®îc ®Ønh hÊp thô toµn phÇn E . - Mét trong hai lîng tö gamma hñy cÆp tho¸t khái vïng nh¹y cña ®Çu dß : ta ®îc ®Ønh tho¸t ®¬n E  0, 511 MeV. - C¶ hai lîng tö gamma hñy cÆp tho¸t khái ®Çu dß : ta ®îc ®Ønh tho¸t ®«i øng víi n¨ng lîng E  1, 022 MeV.
1.2 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe 1.2.1 §Çu dß b¸n dÉn HPGe 1.2.1.1 CÊu tróc cña ®Çu dß b¸n dÉn §Ó ghi phæ gamma, hiÖn nay ngêi ta thêng dïng hai lo¹i ®Çu dß : ®Çu dß nhÊp nh¸y víi tinh thÓ NaI (Tl), ®Çu dß b¸n dÉn Germani siªu tinh khiÕt (HPGe). Gi÷a hai lo¹i nµy th× ®Çu dß HPGe cã kh¶ n¨ng ghi phæ gamma víi chÊt lîng phæ tèt h¬n. V× vËy, néi dung cña ®Ò tµi chñ yÕu lµ t×m hiÓu vÒ ®Çu dß b¸n dÉn HPGe. Ta cã thÓ ph©n biÖt hai lo¹i ®Çu dß Ge tuú theo xuÊt ph¸t ®iÓm ban ®Çu lµ chÊt b¸n dÉn lo¹i p hay n. Ngoµi ra, vÒ mÆt h×nh häc cßn cã thÓ chia ra c¸c lo¹i : lo¹i ®ång trôc, lo¹i h×nh giÕng hay lo¹i ph¼ng (planar). Th«ng thêng ta cã c¸c lo¹i sau. §Çu dß HPGe lo¹i p kiÓu ®ång trôc : vÒ c¬ b¶n, chÊt b¸n dÉn xuÊt ph¸t lµ lo¹i p, ®ã lµ tinh thÓ Ge h×nh trô víi líp tiÕp xóc lo¹i n trªn bÒ mÆt ngoµi vµ líp tiÕp xóc lo¹i p trªn mÆt trong. CÊu tróc ®Çu dß ®ång trôc ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.2. Germani cã møc t¹p chÊt cì 1010 nguyªn tö /cm3 sao cho khi cã ®iÖn ¸p ngîc thÝch hîp ®Æt vµo hai cùc th× thÓ tÝch gi÷a hai ®iÖn cùc ®îc lµm nghÌo vµ ®iÖn trêng më réng qua vïng nµy. Ngêi ta t¹o ra mét líp tiÕp xóc n+ dµy kho¶ng 0,5 mm b»ng ph¬ng ph¸p khuÕch t¸n Li, líp tiÕp xóc p+ phÝa trong cã ®é dµy cì 0,3 mm b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B. Khi sö dông ph¶i ®Æt cao thÕ d¬ng kho¶ng 2 - 5 kV ®Ó kÐo c¸c cÆp electron - lç trèng t¹o ra. Lo¹i nµy cã hiÖu suÊt gi¶m nhiÒu ë n¨ng lîng tia gamma thÊp (díi 100 keV) v× sù hÊp thô trªn líp chÕt n+. H×nh 1.2 : CÊu tróc đầu dß Ge đồng trục.
V× Ge cã ®é réng vïng cÊm thÊp nªn khi sö dông lo¹i ®Çu dß nµy cÇn ph¶i lµm l¹nh ®Ó gi¶m viÖc sinh ra phÇn tö mang ®iÖn do nhiÖt nªn gi¶m ®îc dßng rß. NÕu kh«ng, t¹p ©m do dßng rß g©y ra sÏ lµm tåi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng cña ®Çu dß. Ngêi ta thêng dïng Nit¬ láng cã nhiÖt ®é 77 K lµm m«i trêng lµm l¹nh cho c¸c ®Çu dß lo¹i nµy. §Çu dß ®îc l¾p trong mét buång ch©n kh«ng ®îc g¾n hoÆc ®a vµo Dewar chøa Nit¬ láng. Do ®ã bÒ mÆt nh¹y cña ®Çu dß ®îc chèng Èm vµ kh«ng ngng chÊt bÈn. CÊu h×nh chuÈn cña ®Çu dß bao gåm : èng lµm l¹nh (cryostat) th¼ng ®øng víi Dewar 30 lÝt vµ tiÒn khuÕch ®¹i 2002C (®èi víi h·ng Canberra). CÊu t¹o cña cryostat b»ng Nit¬ láng ®îc giíi thiÖu trong h×nh 1.3. H×nh 1.3 : Cấu tạo của cryostat cần đứng mẫu 7500SL. D¶i n¨ng lîng sö dông cña ®Çu dß Ge ®ång trôc lµ 50 keV ®Õn 10 MeV. Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i, d¹ng ®Ønh lµ rÊt tèt. §êng cong hiÖu suÊt cña ®Çu dß Ge ®ång trôc ®iÓn h×nh ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.4.
H×nh 1.4 : Đường cong hiệu suất tuyệt đối điển h×nh đối với đầu dß Ge đồng trục (khoảng c¸ch đầu dß tới nguồn là 2,5 cm). C¸c mÉu ®Çu dß Ge ®ång trôc thêng gÆp ®îc liÖt kª trong b¶ng 1.1 B¶ng 1.1 : C¸c mÉu ®Çu dß Ge ®ång trôc.[2] Sè mÉu Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i HiÖu suÊt TØ sè CANBERR FWHM FWHM FWTM t¬ng ®èi P/C A (122 keV) (1332 keV) (1332 keV) GC1018 10 0,9 1,8 3,4 38 GC1019 10 1,0 1,9 3,7 36 GC10021 100 1,2 2,1 4,0 80 GC10023 100 1,3 2,3 4,6 74 §Çu dß HPGe lo¹i n kiÓu ®ång trôc : chÊt b¸n dÉn xuÊt ph¸t lµ lµ lo¹i n. Ngêi ta t¹o ra mét líp p+ dµy kho¶ng 0,3  m b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B. Khi sö dông, cÇn ®Æt ®iÖn ¸p ©m. So víi lo¹i trªn th× lo¹i nµy cã hiÖu suÊt Ýt bÞ gi¶m h¬n ë n¨ng lîng thÊp v× líp chÕt p+ máng h¬n. §Çu dß HPGe h×nh giÕng (h×nh 1.5) : lo¹i nµy cã hiÖu suÊt h×nh häc cao h¬n nªn thÝch hîp cho c¸c phÐp ®o ho¹t ®é nhá. §é ph©n gi¶i n¨ng lîng cã kÐm ®«i chót do ®Æc ®iÓm cÊu t¹o.
H×nh 1.5 : CÊu tróc ®Çu dß HPGe h×nh giÕng. §Çu dß ph¼ng (planar) : cã ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng tèt nhng hiÖu suÊt gi¶m nhanh ë n¨ng lîng cao nªn chØ thÝch hîp ®Ó ®o ë vïng n¨ng lîng thÊp. 1.2.1.2 Nguyªn lý lµm viÖc Nguyªn lý chung cña c¸c lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn nh sau : chÊt b¸n dÉn thêng dïng hiÖn nay lµ Si hoÆc Ge (®Ó ghi c¸c lîng tö gamma ngêi ta thêng dïng ®Çu dß b¸n dÉn Ge). Khi lîng tö gamma bay vµo chÊt b¸n dÉn, nã sÏ t¹o nªn electron tù do th«ng qua ba hiÖu øng chñ yÕu víi tinh thÓ b¸n dÉn. Electron tù do di chuyÓn víi ®éng n¨ng lín sÏ lµm kÝch thÝch c¸c electron chuyÓn lªn vïng dÉn vµ ®Ó l¹i lç trèng. Nh vËy th«ng qua c¸c hiÖu øng t¬ng t¸c, bøc x¹ gamma ®· t¹o nªn mét lo¹t c¸c electron vµ lç trèng trong tinh thÓ b¸n dÉn. C¸c cÆp electron - lç trèng ®îc t¹o ra trong vïng nghÌo däc theo quü ®¹o cña bøc x¹ tíi, chóng sÏ ®îc kÐo vÒ hai ®iÖn cùc bëi ®iÖn trêng do hiÖu ®iÖn thÕ ngîc ¸p vµo ®Çu dß : c¸c electron sÏ chuyÓn ®éng ®Õn cùc d¬ng, c¸c lç trèng sÏ chuyÓn ®éng vÒ phÝa cùc ©m, kÕt qu¶ lµ ta cã mét xung dßng ®iÖn ë lèi ra. Khi ®ã, ë m¹ch ngoµi ®Çu dß xuÊt hiÖn mét tÝn hiÖu thÕ, xung thÕ nµy ®îc ghi ë lèi ra bëi hÖ ®iÖn tö tiÕp sau. §o vµ kh¶o s¸t tÝn hiÖu xung ra tõ ®Çu dß ta cã thÓ biÕt ®îc nh÷ng th«ng tin vÒ bøc x¹ ®· ghi nhËn. N¨ng lîng cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra ®îc mét cÆp electron - lç trèng trong Si lµ 3,61 eV, cßn trong Ge lµ 2,98 eV. NÕu n¨ng lîng cña tia gamma lµ E th× sè cÆp electron lç trèng mµ E nã t¹o ra ®îc trong Ge lµ , víi  = 2,98 eV.  1.2.1.3 C¸c ®Æc trng kü thuËt ®Çu dß b¸n dÉn  §é ph©n gi¶i n¨ng lîng
§é ph©n gi¶i n¨ng lîng cho biÕt kh¶ n¨ng mµ ®Çu dß cã thÓ ph©n biÖt c¸c ®Ønh cã n¨ng lîng 1 gÇn nhau trong phæ. §¹i lîng nµy x¸c ®Þnh b»ng ®é réng ë ®é cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn 2 1 (FWHM) hoÆc ®«i khi ë ®é cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn (FWTM). 10 §é ph©n gi¶i cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe cßn tuú thuéc vµo lo¹i ®Çu dß, thÓ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lîng tia gamma. Nãi chung, hiÖn nay cã thÓ ®¹t vµo kho¶ng 1,8 keV (FWHM) ë ®Ønh 1332 keV cña 60 Co. Víi ®Çu dß NaI thêng chØ ®¹t ®é ph©n gi¶i cì 7 - 8 % ë ®Ønh 1332 keV cña 60Co, nghÜa lµ FWHM vµo kho¶ng 100 keV. Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i lµ mét u ®iÓm næi bËt cña ®Çu dß Ge so víi ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI khiÕn nã ®îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay trong c¸c phÐp ®o phæ n¨ng lîng gamma khi yªu cÇu vÒ ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng cÇn ®îc ®Æt lªn hµng ®Çu.  HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn còng lµ mét chØ tiªu quan träng cña ®Çu dß, ®Æc biÖt cÇn chó ý ®Õn trong c¸c phÐp ®o ho¹t ®é nhá. HiÖu suÊt ghi nµy phô thuéc vµo lo¹i ®Çu dß, thÓ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lîng tia gamma. HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn cña mét ®Çu dß thêng ®îc x¸c ®Þnh víi ®Ønh 1332 keV cña nguån 60Co ®Æt c¸ch ®Çu dß 25 cm (theo tiªu chuÈn ANSI/IEEE 325- 1971). HiÖu suÊt tuyÖt ®èi ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lÊy sè ®Õm tæng céng trong ®Ønh 1332 keV chia cho tæng sè lîng tö gamma ph¸t ra tõ nguån trong cïng kho¶ng thêi gian.  TØ sè Peak/Compton (P/C) TØ sè nµy cho ta ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cña ®Çu dß cã thÓ ph©n biÖt ®îc c¸c ®Ønh yÕu, n¨ng lîng thÊp n»m trªn nÒn Compton cña c¸c ®Ønh n¨ng lîng cao. §ã lµ tØ sè gi÷a chiÒu cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn víi chiÒu cao cña nÒn Compton t¬ng øng (thêng lÊy ë r×a Compton). TØ sè nµy cµng cao th× cµng cã lîi cho phÐp ®o ho¹t ®é thÊp vµ phæ gamma phøc t¹p. TØ sè nµy phô thuéc vµo thÓ tÝch cña ®Çu dß : c¸c ®Çu dß lín cã tØ sè P/C lín v× ®ãng gãp cña t¸n x¹ Compton nhiÒu lÇn vµo ®Ønh hÊp thô toµn phÇn lín. TØ sè P/C theo quy ®Þnh thêng ®îc tÝnh b»ng c¸ch chia ®é cao cña ®Ønh 1332 keV cho ®é cao trung b×nh cña nÒn Compton trong kho¶ng 1040 keV vµ 1096 keV. [8] Soá ñeám taïi ñænh 1332 keV P/C = (1.4) Soá ñeám trung bình cuûa keânh 1040 keV vaø 1096 keV 1.2.2 Khèi tiÒn khuÕch ®¹i (Preamplifier)
Khèi tiÒn khuÕch ®¹i ®îc nèi trùc tiÕp ngay sau ®Çu dß. NhiÖm vô cña nã lµ khuÕch ®¹i s¬ bé tÝn hiÖu rÊt nhá tõ ®Çu dß mµ vÉn ®¶m b¶o møc t¹p ©m kh¶ dÜ lµ nhá nhÊt (ta thêng nãi lµ ®¶m b¶o tØ sè tÝn hiÖu/t¹p ©m (S /N) tèi ®a) . Khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã ý nghÜa rÊt quan träng ®èi víi chÊt lîng cña phæ kÕ, sau ®Çu dß, nã quyÕt ®Þnh ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng cña phæ kÕ. Tuú lo¹i ®Çu dß mµ ngêi ta sö dông mét trong lo¹i tiÒn khuÕch ®¹i sau ®©y : + TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng. + TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ. + TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch. H×nh 1.6 : Sơ đồ của một tiền khuếch đại nh¹y thế (a) vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch (b). Bé tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng thêng ®îc sö dông víi c¸c dông cô cã trë kh¸ng thÊp, do ®ã nã rÊt Ýt th«ng dông víi c¸c ®Çu dß bøc x¹ v× chóng thêng lµ dông cô trë kh¸ng cao. TiÒn khuÕch ®¹i ®iÖn nh¹y thÕ lµ tiÒn khuÕch ®¹i kh¸ th«ng dông. Nã khuÕch ®¹i bÊt k× ®iÖn thÕ nµo xuÊt hiÖn t¹i lèi vµo cña nã : v× c¸c ®Çu dß bøc x¹ chñ yÕu lµ c¸c dông cô t¹o nªn ®iÖn tÝch cho nªn ®iÖn thÕ nµy xuÊt hiÖn qua tô thuÇn céng víi c¸c tô ký sinh kh¸c cã thÓ cã mÆt t¹i lèi vµo, tøc lµ : Q V (1.5) Ctot Do ®ã, ®Ó V æn ®Þnh th× cÇn gi÷ cho tô ®Çu dß æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian ho¹t ®éng. §èi víi c¸c ®Çu dß b¸n dÉn, thêng xuÊt hiÖn sù thay ®æi riªng cña tô ®Çu dß khi xuÊt hiÖn sù thay ®æi nhiÖt ®é. Sù thay ®æi nµy lµ do dßng rß trong ®ièt b¸n dÉn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. V× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn thÕ kh«ng thÝch hîp sö dông víi c¸c ®Çu dß b¸n dÉn. Víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe dïng cho môc ®Ých ®o phæ gamma, ta thêng dïng lo¹i khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch nªn sau ®©y ta chØ nãi vÒ lo¹i nµy. §Æc ®iÓm quan träng cña khèi tiÒn khuÕch ®¹i lµ nã kh«ng nh¹y ®èi víi sù biÕn ®æi ®iÖn dung cña ®Çu dß nhê sù tÝch ph©n ®iÖn tÝch trªn mét tô ph¶n håi Cf . §iÖn ¸p ë lèi ra V0 tØ lÖ víi ®iÖn tÝch t¹o ra trªn ®Çu dß Q :
Q V0  (1.6) Cf Xung ®iÖn ¸p ë lèi ra cã thêi gian t¨ng gÇn b»ng ®é réng cña xung dßng ®iÖn trªn ®Çu dß vµ cã h»ng sè thêi gian ph©n r· cho bëi :  = Cf Rf (1.7) Trong ®ã : Rf lµ ®iÖn trë ph¶n håi, Cf cã gi¸ trÞ cì 0,1 pF ®Õn vµi pF. §iÖn tÝch Q t¹o ra trªn ®Çu dß cho bëi : E.e.106 Q (1.8)  Trong ®ã : E lµ n¨ng lîng ph«ton tíi, cã ®¬n vÞ lµ MeV. e lµ ®é lín ®iÖn tÝch cña electron (e = 1,6.10-19 C).  lµ n¨ng lîng cÇn thiÕt (®¬n vÞ ®o lµ eV) ®Ó t¹o ra mét cÆp electron - lç trèng trong ®Çu dß. Gi¸ trÞ  ë 77 K ®èi víi Si vµ Ge lÇn lît lµ 3,61 eV vµ 2,98 eV. HÖ sè 106 lµ hÖ sè ®Ó chuyÓn ®æi ®¬n vÞ MeV ra eV. Tõ ph¬ng tr×nh (1.6) vµ (1.8), ta tÝnh ®îc ®iÖn ¸p ra g©y bëi ph«ton cã n¨ng lîng E (MeV) lµ : E.106.1, 6.1019 V0  (1.9) Cf §é nh¹y ®iÖn ¸p (®iÖn ¸p ra øng víi 1 MeV n¨ng lîng gamma mÊt trªn ®Çu dß) cho bëi : V0 106.1, 6.1019  (1.10) E Cf Møc t¹p ©m trong tiÒn khuÕch ®¹i ®iÖn tÝch phô thuéc vµo 3 yÕu tè : tranzito trêng (FET) lèi vµo, ®iÖn dung lèi vµo (bao gåm Cf , ®iÖn dung ®Çu dß, ®iÖn dung lèi vµo) vµ ®iÖn trë lèi vµo. §iÖn dung lèi vµo lµ nh©n tè c¬ b¶n, ®ßi hái ®Çu dß cÇn ®îc lùa chän mét c¸ch cÈn thËn ®Ó phï hîp víi tõng øng dông. Sù phô thuéc cña t¹p ©m tiÒn khuÕch ®¹i vµo ®iÖn dung lèi vµo ®îc thÓ hiÖn ë b¶ng 1.2. B¶ng 1.2 : Sù phô thuéc cña t¹p ©m tiÒn khuÕch ®¹i vµo ®iÖn dung lèi vµo.[2] §iÖn dung lèi vµo (pF) T¹p ©m Q (C) FWHM cña ®Çu dß Ge 0 3,06.10-17 570 10 3,92.10-17 730 30 5,69.10-17 1060 50 7,24.10-17 1350 100 1,18.10-16 2200
§iÖn dung vµo kh«ng nh÷ng ¶nh hëng lªn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng cña hÖ phæ kÕ b»ng c¸ch bæ sung thªm t¹p ©m mµ nã cßn ¶nh hëng ®Õn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i thêi gian cña hÖ thèng. Nèi tiÒn khuÕch ®¹i víi ®Çu dß còng bæ sung thªm ®iÖn dung vµo. Do ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i cã thÓ ®îc l¾p trùc tiÕp víi ®Çu dß. §Ó ®¶m b¶o møc t¹p ©m lèi vµo nhá, ngêi ta thêng dïng tranzito trêng (FET) lµm phÇn tö lèi vµo cho tiÒn khuÕch ®¹i. Tranzito trêng lµ linh kiÖn t¹p ©m thÊp, cã thÓ ®îc tèi u nhê thiÕt kÕ m¹ch. §Ó ®¶m b¶o møc t¹p ©m cùc thÊp, ngêi ta lµm l¹nh tranzito trêng ë lèi vµo b»ng c¸ch ®Æt nã ngay trong èng lµm l¹nh (cryostat), g¾n trùc tiÕp vµo ®Çu dß. Biªn ®é cña xung ®iÖn ¸p ra gi¶m theo hµm mò : t   V  V0e (1.11) H×nh d¹ng xung ra tõ tiÒn khuÕch ®¹i ®îc minh ho¹ trong h×nh 1.7. H×nh 1.7: Xung ra tõ mét tiÒn khuÕch ®¹i. Nh vËy, ®iÖn tÝch vµo ®îc tÝch ph©n trong khèi khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch ®Ó thu ®îc hai ®¹i lîng : ®iÖn tÝch tæng céng vµo vµ thêi gian thu ®iÖn tÝch nªn tÝn hiÖu ®îc t¸ch ra thµnh lèi ra n¨ng lîng E vµ thêi gian T. V× vËy, khèi tiÒn khuÕch ®¹i lµ rÊt h÷u Ých cho c¶ phæ kÕ thêi gian vµ n¨ng lîng. 1.2.3 Khèi khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh (Amplifier - AMP) Khèi nµy cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i tiÕp xung ra tõ tiÒn khuÕch ®¹i (th«ng thêng nhá h¬n 1 V) lªn ®Õn kho¶ng gi¸ trÞ thÝch hîp ®Ó cã thÓ xö lý tiÕp mét c¸ch dÔ dµng vµ chÝnh x¸c. Ngoµi ra trong khèi nµy cßn cã t¸c dông t¹o d¹ng xung nh»m c¶i thiÖn tØ sè tÝn hiÖu/t¹p ©m (S/N) vµ ng¨n ngõa sù chång chËp xung. Hai yªu cÇu nµy thêng m©u thuÉn nhau cho nªn trong thiÕt kÕ thÝ nghiÖm cÇn cã sù tháa hiÖp nhÊt ®Þnh. - NÕu yÕu tè ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng lµ quan träng h¬n th× cÇn gi÷ tèc ®é ®Õm ë gi¸ trÞ thÊp hîp lý.
- NÕu thùc nghiÖm ®ßi hái ph¶i lµm viÖc víi tèc ®é ®Õm cao th× ®Ó ®¶m b¶o ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng kh«ng bÞ tåi ®i nhiÒu th× cÇn lùa chän c¸c m¹ch t¹o d¹ng xung thÝch hîp víi h»ng sè thêi gian thÝch hîp. Trong c¸c lo¹i m¹ch t¹o d¹ng xung th× m¹ch CR - RC (vi ph©n - tÝch ph©n) thêng ®îc sö dông nhiÒu nhÊt. M¹ch vi ph©n CR cã t¸c dông ®èi víi phÇn ®u«i cña xung vµ cã thÓ coi nh mét bé läc cho qua tÇn sè cao vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè thÊp. M¹ch tÝch ph©n RC cã t¸c dông lªn phÇn ®Çu (phÇn t¨ng) cña xung vµ cã thÓ xem nh mét bé läc cho tÇn sè thÊp vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè cao. Mét m¹ch CR - RC ®iÓn h×nh ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.8. H×nh 1.8 : Mạch hình thành xung CR – RC. Trªn h×nh 1.8 mét bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n víi hÖ sè khuÕch ®¹i ®¬n vÞ lý tëng (víi trë kh¸ng vµo v« h¹n vµ trë kh¸ng ra 0) t¸ch riªng hai m¹ch sao cho hai m¹ch kh«ng ¶nh hëng nhau. Trong c¸c bé khuÕch ®¹i xung h¹t nh©n, h×nh thµnh xung CR - RC thêng ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông c¸c h»ng sè vi ph©n  1 vµ tÝch ph©n  2 b»ng nhau. ViÖc chän chÝnh x¸c h»ng sè thêi gian cña m¹ch h×nh thµnh xung phô thuéc c¬ b¶n vµo thêi gian thu ®iÖn tÝch trong ®Çu dß ®îc sö dông. NÕu quan t©m vÒ gi¶m chång chËp, ta cÇn gi÷ h»ng sè thêi gian ng¾n sao cho d¹ng xung h×nh thµnh cã thÓ trë vÒ ®êng c¬ b¶n cµng nhanh cµng tèt. Mét gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ò dÞch ®êng 0 t¹i tÇn sè cao lµ sö dông c¸c xung hai ph©n cùc. Nh÷ng xung nµy cã thÓ t¹o ®îc h×nh thµnh b»ng c¸ch bæ sung mét tÇng CR vµo tÇng CR - RC ®Ó t¹o nªn m¹ch vi ph©n kÐp.
H×nh 1.9 : Mạch vi phân xung kép hình thành xung CR – RC – RC. H×nh 1.9 minh häa xung ra hai ph©n cùc víi tÝch b»ng nhau, nã rÊt h÷u Ých trong viÖc gi¶m thiÓu sù dÞch ®êng 0 víi tÇn sè ®Õm thay ®æi. Nã còng thuËn tiÖn víi nh÷ng øng dông thêi gian c¾t zªr«. Nhîc ®iÓm cña m¹ch vi ph©n kÐp so víi m¹ch CR - RC lµ xung dµi h¬n vµ tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tåi h¬n. D¹ng xung mµ ta cã ®îc sau bé läc CR - RC trªn thùc tÕ cã mét phÇn lät xuèng phÝa díi ®êng c¬ b¶n (undershoot). NÕu cã mét xung thø hai ®Õn ®óng vµo vÞ trÝ undershoot th× nã sÏ ®îc ®o kh«ng ®óng vµ nÕu undershoot kh«ng ®îc ®iÒu chØnh thÝch hîp sÏ g©y ra sù dÞch chuyÓn ®êng c¬ b¶n khiÕn cho phÐp ®o biªn ®é kh«ng cßn chÝnh x¸c n÷a. Lý do g©y ra undershoot lµ m¹ch liªn kÕt CR (t¹o ra thªm mét lÇn vi ph©n míi). §Ó kh¾c phôc hiÖn tîng nµy, ta ®a vµo m¹ch liªn kÕt tÇng thªm mét ®iÖn trë Rpz vµ ta ®îc m¹ch theo kiÓu bï trõ cùc ®iÓm bëi ®iÓm 0 (pole zero cancellation - PZC). H×nh 1.10 minh häa m¹ch bï trõ cùc zªr« vµ hiÖu øng cña nã. TÝn hiÖu khuÕch ®¹i ®îc ¸p tíi lèi vµo cña m¹ch vi ph©n CR trong bé khuÕch ®¹i, xung lèi ra tõ bé vi ph©n thêng cã bøu ©m kh«ng nh mong muèn. §iÖn trë Rpz ®îc m¾c song song víi tô C1 vµ ®îc hiÖu chØnh ®Ó c¾t bíu ©m. KÕt qu¶ lµ xung ra cã d¹ng hµm mò ®¬n gi¶n, gÇn víi ®êng c¬ b¶n víi h»ng sè thêi gian vi ph©n thÝch hîp. Thùc tÕ, tÊt c¶ c¸c bé khuÕch ®¹i phæ kÕ ®Òu cã ®Æc trng nµy víi hiÖu chØnh bï trõ cùc zªr« ë mÆt tríc. HiÖu chØnh chÝnh x¸c cùc zªr« sÏ cho phæ tèt vµ tin cËy. Mét sè bé khuÕch ®¹i phøc t¹p h¬n sÏ ®¬n gi¶n hãa nhiÖm vô nµy b»ng m¹ch hiÖu chØnh cùc zªr« tù ®éng.
. H×nh 1.10 : Mạch bù trừ zªr« (a) vµ hiÖu øng cña m¹ch bï trõ zªr« (b, c, d). Trong c¸c hÖ thèng ®o phæ gamma lµm viÖc ë tèc ®é ®Õm cao, ®iÒu quan träng lµ ph¶i ®iÒu chØnh thËt chÝnh x¸c m¹ch bï trõ cùc zªr« v× ®iÒu chØnh kh«ng ®ñ hoÆc ®iÒu chØnh qu¸ møc (undershoot hoÆc overshoot) ®Òu khiÕn cho phÐp ®o kh«ng chÝnh x¸c. H×nh 1.11 cho thÊy t¸c dông cña viÖc ®iÒu chØnh cùc ®iÓm bëi ®iÓm kh«ng nh»m phôc håi ®êng c¬ b¶n : h×nh 1.11a t¬ng øng víi ®iÒu chØnh tèt, h×nh 1.11b øng víi ®iÒu chØnh cha hÕt (undershoot) vµ 1.11c lµ ®iÒu chØnh qu¸ møc (overshoot). 11 a 11 b 11 c H×nh 1.11 : T¸c dụng của mạch bï trừ zªr«. §èi víi mét phæ t¹p ©m cho tríc, thêng tån t¹i mét d¹ng xung tèi u trong ®ã tÝn hiÖu bÞ nhiÔm Ýt nhÊt do t¹p ©m, ®ã lµ c¸c xung cã d¹ng Gauss hoÆc d¹ng tam gi¸c. KÕt hîp c¶ hai m¹ch CR vµ RC, ta cã thÓ thu ®îc ë lèi ra mét xung cã d¹ng gÇn Gauss vµ cã tØ sè S/N tèi u. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, ®Ó h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ngêi ta thay bé tÝch ph©n RC ®¬n gi¶n b»ng mét m¹ch tÝch ph©n ho¹t ®éng phøc t¹p h¬n th× tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña bé khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung cã thÓ ®îc lµm tèt lªn tõ 17% ®Õn 19%.
H×nh 1.12 : Mạch h×nh thành xung trong bộ khuếch đại chuẩn Gauss. C¸c bé khuÕch ®¹i cã nh÷ng bé läc phøc t¹p h¬n ®îc gäi lµ nh÷ng bé khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung chuÈn Gauss (h×nh 1.12) v× d¹ng xung ra cña nã gÇn víi d¹ng cña mét ®êng cong Gauss. Mét u ®iÓm kh¸c cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss lµ gi¶m ®é réng xung ra t¹i 0,1% cña biªn ®é xung. T¹i mét h»ng sè thêi gian, d¹ng xung Gauss cã thÓ gi¶m ®é réng xung tõ 22% ®Õn 52% so víi bé läc CR - RC. D¹ng xung ra cña bé h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.13. H×nh 1.13 : Dạng xung ra của hình thành xung chuẩn Gauss với hằng số thời gian 2  s . §Ó ®¶m b¶o chÊt lîng khèi khuÕch ®¹i khi lµm viÖc ë tèc ®é cao, ngêi ta cßn ®a vµo c¸c m¹ch phôc håi ®êng c¬ b¶n (baseline restorer) vµ lo¹i trõ chång chÊt xung (pile up rejector) cho phÐp c¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng ë tèc ®é ®Õm cao. M¹ch khö chång chËp xung cã nhiÖm vô t¹o ra sau mçi xung tíi mét giai ®o¹n kiÓm tra kÐo dµi trong kho¶ng thêi gian bËn cña lèi ra. NÕu cã mét sù kiÖn nµo xuÊt hiÖn trong kho¶ng thêi gian bËn nµy
th× sÏ cã mét tÝn hiÖu cÊm ®îc t¹o ra ®Ó ®ãng cæng m¸y ph©n tÝch biªn ®é l¹i, nhê vËy mµ phæ thu ®îc kh«ng bÞ mÐo. D¹ng xung ra sau khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh ®îc minh häa nh h×nh 1.14. H×nh 1.14 : Dạng xung ra sau khuếch đại tuyến tính. 1.2.4 Bé biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter - ADC) TÝn hiÖu t¬ng tù tõ khèi khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh cã biªn ®é V0 sÏ ®îc ®a vµo khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè ADC. Khèi nµy ®o biªn ®é cùc ®¹i cña mét xung t¬ng tù vµ biÕn ®æi gi¸ trÞ ®ã thµnh m· sè. M· sè tØ lÖ víi biªn ®é t¬ng tù t¹i lèi vµo ADC. §èi víi c¸c xung tíi liªn tiÕp, m· sè tõ ADC ®îc dÉn tíi bé nhí dµnh riªng hoÆc m¸y tÝnh vµ ®îc ph©n lo¹i b»ng biÓu ®å. BiÓu ®å nµy biÓu diÔn phæ cña biªn ®é xung vµo. Cã nhiÒu kiÓu biÕn ®æi, sau ®©y ta chØ xÐt kiÓu biÕn ®æi Wilkinson lµ kiÓu biÕn ®æi phæ biÕn nhÊt. Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson ®îc minh ho¹ trªn h×nh 1.15.
Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm Đång hå ®Þa chØ ®Þa chØ a) Tô n¹p ®iÖn I Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm Đång hå ®Þa chØ ®Þa chØ b) Tô phãng ®iÖn Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm Đång hå ®Þa chØ Nc ®Þa chØ c) Chu trình nhí H×nh 1.15 : Sơ đồ hoạt động của ADC Wilkinson. Bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc dïng ®Ó ghi nhËn xung tíi tõ bé khuÕch ®¹i. Th«ng thêng ngìng cña bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc ®Æt trªn møc t¹p ©m ®Ó ng¨n ngõa ADC kh«ng mÊt thêi gian ph©n tÝch t¹p ©m. Khi xung vµo cao h¬n møc ngìng ph©n biÖt thÊp, cæng tuyÕn tÝnh vµo më vµ tô n¹p ®îc nèi víi lèi vµo. Khi biªn ®é xung vµo ®¹t tíi cùc ®¹i vµ b¾t ®Çu gi¶m xuèng th× cæng tuyÕn tÝnh bÞ ®ãng vµ tô bÞ ng¾t khái lèi vµo. T¹i ®iÓm nµy, thÕ trªn tô b»ng biªn ®é cùc ®¹i cña xung vµo. Theo sau sù ph¸t hiÖn biªn ®é ®Ønh, mét nguån dßng kh«ng ®æi ®îc nèi víi tô ®Ó t¹o nªn sù phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña thÕ trªn tô. §ång thêi ®ång hå ®Þa chØ ®îc nèi víi bé ®Õm ®Þa chØ vµ xung ®ång hå ®îc ®Õm trong kho¶ng thêi gian phãng ®iÖn cña tô ®iÖn. Khi thÕ trªn tô vÒ zªr« th× viÖc ®Õm xung ®ång hå còng dõng l¹i. V× thêi gian phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña tô tØ lÖ víi biªn ®é xung gèc cho nªn sè ®Õm Nc ghi ®îc trong bé ®Õm ®Þa chØ còng tØ lÖ víi biªn ®é xung. Trong kho¶ng thêi gian chu tr×nh nhí, ®Þa chØ Nc ®îc