Khảo sát phổ kế năng lượng - Thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe: Luận văn Thạc sĩ Vật lý

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC S¦ PH¹M TP. Hå CHÝ MINH -------------------------

NguyÔn V¨n Kim Trêng

KH¶O S¸T PHæ KÕ N¡NG L¦îNG - THêI GIAN Sö SôNG §ÇU Dß B¸N DÉN HPGe

Chuyªn ngµnh: VËt lý nguyªn tö, h¹t nh©n vµ n¨ng lîng cao M· sè: 60 44 05

LUËN V¡N TH¹C SÜ vËt lý

NG¦êI H¦íNG DÉN KHOA HäC PGS. TS : §INH Sü HIÒN

Thµnh phè Hå ChÝ Minh - 2010

Më §ÇU

Ph¬ng ph¸p ghi phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt (High Purity

Germanium - HPGe) lµ ph¬ng ph¸p phæ biÕn ®Ó x¸c ®Þnh ho¹t ®é nguån, cêng ®é c¸c bøc x¹ gamma

ph¸t ra còng nh nhËn diÖn c¸c nguyªn tè, v× kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt cña ®Çu dß. Tuy nhiªn, phæ n¨ng

lîng bøc x¹ gamma cña c¸c nguån phãng x¹ hay c¸c ®ång vÞ phãng x¹ rÊt phøc t¹p nh ngoµi c¸c ®Ønh

quang cßn cã nÒn Compton kÌm theo. §Æc biÖt lµ c¸c nguån phãng x¹ ho¹t ®é thÊp, ph¸t ra nhiÒu bøc

x¹ gamma cã n¨ng lîng kh¸c nhau th× c¸c ®Ønh n¨ng lîng cã cêng ®é bÐ sÏ kh«ng hiÖn ra râ nÐt vµ

cã trêng hîp nã bÞ che khuÊt bëi nÒn Compton qu¸ cao khi ®îc ghi nhËn b»ng hÖ phæ kÕ sö dông c¸c

lo¹i ®Çu dß chøa khÝ, ®Çu dß nhÊp nh¸y,.... §iÒu ®ã dÉn ®Õn sai sè ®¸ng kÓ trong phÐp ®o.

VÊn ®Ò ®Æt ra lµ ph¶i x©y dùng hÖ phæ kÕ sao cho phæ n¨ng lîng ghi nhËn ®îc cã c¸c ®Ønh n¨ng lîng

hiÖn ra râ nÐt, nÒn Compton cµng thÊp cµng tèt vµ ®é ph©n gi¶i tèt. §Çu dß b¸n dÉn HPGe lµ lùa chän

tèt nhÊt ®Ó cã ®îc kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèi u. Ph¬ng ph¸p trïng phïng lµ ph¬ng ph¸p sö dông sù

t¬ng quan vÒ thêi gian gi÷a c¸c bøc x¹ gamma trïng phïng (c¸c bøc x¹ ph¸t ra gÇn nh ®ång thêi) ®Ó

ghi phæ n¨ng lîng gamma cã tÝnh chän läc nghÜa lµ nã chØ ghi nhËn c¸c bøc x¹ gamma trïng phïng vµ

lo¹i bá c¸c bøc x¹ gamma do t¸n x¹ Compton. KÕt qu¶ lµ thu ®îc phæ n¨ng lîng víi c¸c ®Ønh n¨ng

lîng gamma ®Æc trng hiÖn ra râ nÐt trªn nÒn Compton ®îc h¹ thÊp. C¸c nhµ khoa häc ®· nghiªn cøu

x©y dùng hÖ phæ kÕ trïng phïng vµ thu phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma kh¸ tèt. Tuy nhiªn, viÖc hiÓu

biÕt vµ vËn hµnh hÖ phæ kÕ trïng phïng ®Æc biÖt lµ hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n

dÉn HPGe ®Ó thu phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma cña c¸c nguån phãng x¹ vµ ®ång vÞ phãng x¹ cßn kh¸

xa l¹ vµ cha ®îc phæ biÕn réng trong nghiªn cøu h¹t nh©n ë níc ta.

§Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trªn, t¸c gi¶ quyÕt ®Þnh nghiªn cøu ®Ò tµi: “kh¶o s¸t phæ kÕ n¨ng lîng - thêi

gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe” ®Ó phôc vô cho luËn v¨n tèt nghiÖp chuyªn ngµnh VËt lý

nguyªn tö, h¹t nh©n vµ n¨ng lîng cao, Khãa 18 (2007 - 2010) Trêng §¹i Häc S Ph¹m T.P Hå

ChÝ Minh.

Môc tiªu chÝnh ®Æt ra cña luËn v¨n nµy lµ:

- T×m hiÓu nh÷ng ®Æc trng chung vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng c¬ b¶n cña c¸c khèi ®iÖn tö trong hÖ

phæ kÕ.

- T×m hiÓu vµ thùc hiÖn kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ.

- TiÕn hµnh nh÷ng thao t¸c trªn c¸c khèi ®iÖn tö nh lªn cao thÕ cho ®Çu dß, chän nh÷ng th«ng sè

trªn c¸c khèi ®iÖn tö vµ lµm thÝ nghiÖm víi nguån chuÈn nh 60Co vµ 22Na.

- Xö lý sè liÖu, ghi nhËn phæ n¨ng lîng vµ so s¸nh víi phæ n¨ng lîng ghi nhËn ®îc b»ng hÖ

phæ kÕ th«ng thêng (hÖ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe). Tõ ®ã, chøng tá

u ®iÓm cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe lµ: c¸c ®Ønh quang

®îc hiÖn râ trªn nÒn Compton thÊp vµ tû sè ®Ønh trªn Compton t¨ng lªn.

CÊu tróc luËn v¨n gåm c¸c phÇn chÝnh sau:

Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ c¸c hÖ thèng phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh

khiÕt HPGe.

Ch¬ng 2: Kü thuËt trïng phïng vµ hÖ thèng xö lý xung thêi gian.

Ch¬ng 3: Thùc nghiÖm.

Do thêi gian vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn luËn v¨n nµy kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt, kÝnh mong nhËn

®îc sù gãp ý cña quý ThÇy, C« vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®Ó luËn v¨n ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n.

Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ c¸c hÖ thèng phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông

®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe

1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi níc

1.1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi níc [8]

N¨m 1958, Hooenboom A.M ®· ®a ra ph¸c th¶o ®Çu tiªn vÒ hÖ phæ kÕ trïng phïng céng biªn

®é b»ng ®Çu dß nhÊp nh¸y.

Tõ n¨m 1981, ViÖn Liªn Hîp Nghiªn Cøu H¹t Nh©n Dubna ®a ra vÊn ®Ò ghi nhËn vµ xö lý sè

ADC

Detector

Fast Amplifier

Fast Discriminator

Spect. Amplifier

Single Chanel Analyzer

Fast Coincidence

Slow Coincidence

Linear Gate

I N T E R F A C E

ADC

liÖu trªn m¸y tÝnh b»ng hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng víi s¬ ®å hÖ ®o nh h×nh 1.1.

1. Detector: ®Çu dß.

2. Fast Amplifier: khèi khuÕch ®¹i nhanh.

3. Fast Discriminator: khèi ph©n biÖt ngìng nhanh.

4. Spect. Amplifier: khèi khuÕch ®¹i phæ.

5. Single Chanel Analyzer: m¸y ph©n tÝch ®¬n kªnh .

6. Fast Coincidence: khèi trïng phïng nhanh.

7. Slow Coincidence: khèi trïng phïng chËm.

8. Linear Gate: cæng tuyÕn tÝnh.

H×nh 1.1. S¬ ®å hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng.

Sau n¨m 2003, Céng Hßa SÐc thiÕt lËp hÖ ®o trïng phïng dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c

xung trïng phïng cã s¬ ®å khèi nh h×nh 1.2.

Ge (Li ) Ge (Li )

Preamplifier Preamplifier

Amplifier Amplifier

Analog to Analog to Digital Digital Convert Convert

Timing Timing Amplifier Amplifier

Active Active Amplifier Amplifier

Gate Gate

Timing Timing Discriminator Discriminator

Shaper Shaper

Constant Constant Fraction Fraction Discrimin. Discrimin.

Slow Slow Coincidence Coincidence Unit Unit

Gate Gate

Time to Time to Pulse –Height Pulse –Height Convert. Convert.

Shaper Shaper

Analog to Analog to Digital Digital Convert Convert

Delay Delay

Timing Timing Discriminator Discriminator

Interface Interface

PC PC

Constant Constant Fraction Fraction Discrimin. Discrimin.

Dual Sum Dual Sum Amplifier Amplifier

Gate Gate

Timing Timing Amplifier Amplifier

Active Active Amplifier Amplifier

Analog to Analog to Digital Digital Convert Convert

HPGe HPGe

Preamplifier Preamplifier

Amplifier Amplifier

Preamplifier: khèi tiÒn khuÕch ®¹i . Constant Fraction Discrimin: khèi

Amplifer: khèi khuÕch ®¹i. ph©n biÖt ngìng kh«ng ®æi.

Active Amplifier: khèi khuÕch ®¹i chñ ®éng. Time to Pulse – Height Convert: khèi

Dual Sum Amplifier: khèi khuÕch ®¹i tæng biÕn ®æi thêi gian thµnh xung.

®«i. Analog to Digital Convert: khèi biÕn

Timing Discriminator: khèi ph©n biÖt ngìng ®æi t¬ng tù thµnh sè.

thêi gian. Slow Coincidence Unit: khèi trïng

Shaper: khèi t¹o d¹ng xung. phïng chËm.

Timing Amplifier: khèi khuÕch ®¹i thêi gian. Interface: card thu nhËn d÷ liÖu (card

Delay: khèi lµm chËm. giao diÖn).

H×nh 1.2. HÖ ®o trïng phïng dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng.

1.1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu trong níc [8]

N¨m 1984, §¹i Häc Tæng Hîp Hµ Néi ®· thö nghiÖm hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng

sö dông ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI.

N¨m 1999, Trung T©m VËt Lý H¹t Nh©n thuéc ViÖn Khoa Häc vµ C«ng NghÖ Quèc Gia ®· nhËn

mét hÖ thiÕt bÞ ®Ó thiÕt lËp mét hÖ ®o theo ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng.

Trong thêi gian gÇn ®©y, Trung T©m H¹t Nh©n Thµnh phè Hå ChÝ Minh ®· thiÕt lËp vµ sö dông

hÖ ®o trïng phïng sö dông ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI.

N¨m 2005, víi sù hîp t¸c gi÷a ViÖn N¨ng Lîng Nguyªn Tö ViÖt Nam vµ §¹i Häc Khoa Häc

Tù Nhiªn §¹i Häc Quèc Gia Hµ Néi, trong khu«n khæ ®Ò tµi cÊp bé, t¹i lß ph¶n øng h¹t nh©n §µ L¹t ®·

x©y dùng thµnh c«ng hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. So víi hÖ ®o t¹i ViÖn Nghiªn Cøu

H¹t Nh©n Dubna vµo nh÷ng n¨m tríc th× hÖ ®o t¹i §µ L¹t cã nh÷ng u ®iÓm vît tréi nh hiÖu suÊt

ghi cao h¬n, tèc ®é lµm viÖc cña hÖ ®iÖn tö nhanh gÊp nhiÒu lÇn, kh«ng sö dông c¸c ®êng d©y trÔ tËp

trung, ®é tuyÕn tÝnh vµ ®é æn ®Þnh ®Òu tèt h¬n rÊt nhiÒu.

1.2. §Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt (High Purity Germanium - HPGe)

1.2.1. CÊu t¹o cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe

§Çu dß b¸n dÉn ®îc chÕ t¹o tõ c¸c tinh thÓ b¸n dÉn díi d¹ng nguyªn tè nh Ge, Si (®îc sö

dông réng r·i nhÊt) vµ c¸c tinh thÓ b¸n dÉn pha t¹p lo¹i p, b¸n dÉn lo¹i n. Tïy thuéc vµo yªu cÇu cô thÓ

mµ ®Çu dß b¸n dÉn cã h×nh d¹ng vµ cÊu tróc kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n, ®Çu dß Si (Li) ph¼ng r·nh cã t¸c

dông lµm gi¶m dßng rß vµ do ®ã t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng.

LEGe LEGe

CGe CGe

Well Well

ULEGe ULEGe

REGe REGe

XtRa XtRa

Ký hiÖu Ký hiÖu

Vïng ho¹t Vïng ho¹t

TiÕp xóc n TiÕp xóc n

TiÕp xóc p TiÕp xóc p

MÆt thô ®éng MÆt thô ®éng

Lo¹i ®Çu dß Lo¹i ®Çu dß

Ge n¨ng lîng cùc thÊp ULEGe Ge n¨ng lîng cùc thÊp ULEGe

Ge n¨ng lîng thÊp LEGe Ge n¨ng lîng thÊp LEGe

Ge ®ång trôc CGe Ge ®ång trôc CGe

§Çu dß Ge ®iÖn cùc ®¶o REGe vµ §Çu dß Ge ®iÖn cùc ®¶o REGe vµ ®Çu dß d¶i réng XtRa ®Çu dß d¶i réng XtRa

E ( KeV) E ( KeV)

Ge giÕng Well Ge giÕng Well

10 10

100 100

0 0

1 1

1000 1000

10000 10000

H×nh 1.3 cho thÊy cÊu tróc vµ d¶i n¨ng lîng cña tõng lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn [2].

H×nh 1.3. CÊu tróc vµ d¶i n¨ng lîng cña tõng lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn HPGe.

Díi ®©y lµ mét sè lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn HPGe th«ng dông.

1.2.1.1. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p

~ 600 μm

HPGe

lo¹i p

Bøc x¹

Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm

Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm

H×nh 1. 4. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p.

§Çu dß b¸n dÉn HPGe d¹ng ®ång trôc lo¹i p cã cÊu t¹o nh mét ®ièt - b¸n dÉn lo¹i p víi mét

líp tiÕp xóc dµy lo¹i n ë mÆt ngoµi h×nh trô vµ mét líp tiÕp xóc máng lo¹i p ë mÆt trong cña tinh thÓ

Ge. CÊu tróc th«ng thêng cña ®Çu dß ®ång trôc hay ®ång trôc khÐp kÝn lµ líp tiÕp xóc dµy h¬n ®îc

®Æt ë bÒ mÆt ngoµi khèi trô b¸n dÉn lo¹i p vµ líp tiÕp xóc máng h¬n ®Æt ë mÆt trong cña khèi trô nh

®îc chØ trªn h×nh 1.4. C¸c líp tiÕp xóc nµy ®îc h×nh thµnh trong vËt liÖu b¸n dÉn lo¹i p ®Ó t¹o nªn líp

chuyÓn tiÕp ®ièt gÇn víi líp tiÕp xóc ë mÆt trong. ViÖc h×nh thµnh líp chuyÓn tiÕp gÇn líp tiÕp xóc ë

mÆt trong t¹o ra ®iÖn trêng ®Òu bªn trong tinh thÓ vµ v× thÕ ®é ph©n gi¶i sÏ tèt nhÊt.

Líp tiÕp xóc mÆt ngoµi cã thÓ dµy tõ 600 ®Õn 1000 μm. Nã tïy thuéc vµo nhµ s¶n xuÊt vµ kÝch

thíc tinh thÓ. Th«ng thêng, ®é dµy cña líp tiÕp xóc t¨ng theo kÝch thíc cña ®Çu dß. Líp tiÕp xóc

kh«ng h×nh thµnh tÝn hiÖu tõ c¸c bøc x¹ gamma mµ nã hÊp thô ®îc gäi lµ líp chÕt. Líp tiÕp xóc mÆt

trong dµy kho¶ng 0,3 μm. Líp tiÕp xóc mÆt ngoµi hÊp thô hoµn toµn c¸c lîng tö n¨ng lîng thÊp vµ

hiÖu suÊt cña ®Çu dß t¨ng ®Õn khi n¨ng lîng lîng tö ®¹t mét gi¸ trÞ cùc ®¹i kho¶ng 120 keV.

1.2.1.2. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n

§èi víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n th× líp tiÕp xóc bÞ ®¶o ngîc l¹i. NghÜa lµ líp

tiÕp xóc máng ®îc ®Æt ë mÆt ngoµi vµ líp tiÕp xóc dµy ®Æt ë mÆt trong.

0.3μm 0.3μm

HPGe HPGe

lo¹i n lo¹i n

Bøc x¹ Bøc x¹

Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm

H×nh 1.5. CÊu t¹o cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n.

§èi víi ®Çu dß lo¹i nµy th× hiÖu suÊt ®èi víi c¸c lîng tö cã n¨ng lîng thÊp ®îc c¶i thiÖn bëi

v× bÒ dµy cña líp chÕt ®îc gi¶m ®i. Tuy nhiªn, kh¶ n¨ng ph©n gi¶i kh«ng tèt b»ng ®Çu dß b¸n dÉn

HPGe lo¹i p.

1.2.1.3. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc

§Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc cã cÊu tróc t¬ng tù

nh ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p, chØ kh¸c ë chç mÆt tríc cña ®Çu dß nµy ®îc phñ mét líp

~ 600 μm ~ 600 μm ~ 600 μm

HPGe HPGe HPGe

lo¹i p lo¹i p lo¹i p

Bøc x¹ Bøc x¹

Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm

Líp tiÕp xóc mÆt tríc ~ 10 μm Líp tiÕp xóc mÆt tríc ~ 10 μm Líp tiÕp xóc mÆt tríc ~ 10 μm

Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm

máng b¸n dÉn lo¹i n ®îc chØ trªn h×nh 1.6.

H×nh 1.6. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc.

Víi líp tiÕp xóc nµy lµm cho ®Çu dß t¨ng ®é nh¹y víi c¸c lîng tö n¨ng lîng thÊp nh hÇu hÕt

c¸c ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i n, trong khi vÉn gi÷ ®îc kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt cña c¸c ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i p.

HiÖu suÊt n¨ng lîng thÊp øng víi c¸c ®Çu dß nµy thÝch hîp víi c¸c øng dông víi n¨ng lîng thÊp nhÊt

kho¶ng trªn 30 keV. Lîi thÕ kh¸c cña ®Çu dß lo¹i nµy lµ hiÖu suÊt cao h¬n t¹i gi¸ trÞ n¨ng lîng cao ®èi

víi ®Çu dß cã thÓ tÝch tinh thÓ lín h¬n vµ b¸n kÝnh cùc ®¹i lín h¬n 8 cm, kÕt hîp víi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i

vµ d¹ng ®Ønh phæ tuyÖt vêi.

1.2.1.4. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc d¶i réng XtRa [2]

§Çu dß XtRa lµ mét ®Çu dß Ge ®ång trôc cã mét tiÕp xóc cöa sæ máng duy nhÊt trªn mÆt tríc

cã t¸c dông më réng d¶i n¨ng lîng xuèng tíi 3 keV. §èi víi c¸c ®Çu dß ®ång trôc Ge th«ng thêng cã

líp tiÕp xóc khuÕch t¸n Li víi ®é dµy tõ 0,5 ®Õn 1,5 mm. Líp chÕt nµy dõng hÇu hÕt c¸c n¨ng lîng

díi 40 keV. §Çu dß lo¹i nµy cho tÊt c¶ c¸c u ®iÓm cña ®Çu dß ®ång trôc chuÈn th«ng thêng nh hiÖu

suÊt cao, kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt. CÊu h×nh cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc XtRa ®îc tr×nh bµy

Cöa sæ Be ( 0,5 mm) Cöa sæ Be ( 0,5 mm)

TiÕp xóc n TiÕp xóc n

TiÕp xóc p TiÕp xóc p

trªn h×nh 1.7.

~ ~

H×nh 1.7. CÊu h×nh ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc d¶i réng XtRa.

1.2.1.5. §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng [2]

§Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng cung cÊp hiÖu suÊt cao cho mÉu nhá gÇn nh ®îc bao quanh

b»ng vËt liÖu ®Çu dß. §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng ®îc chÕ t¹o b»ng mét lç côt ®Ó l¹i Ýt nhÊt 5mm ®é

§êng kÝnh giÕng

dµy ®Çu dß ho¹t t¹i ®¸y cña giÕng. Do ®ã, h×nh häc ®Õm gÇn b»ng 4. CÊu h×nh cña ®Çu dß b¸n dÉn

~

HPGe giÕng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.8.

§Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng ®îc chÕ t¹o tõ Ge cã ®é tinh khiÕt cao. Do ®ã, nã cã thÓ ®îc vËn

chuyÓn vµ b¶o qu¶n t¹i nhiÖt ®é phßng mµ kh«ng bÞ háng. Vá chøa ®Çu dß vµ giÕng ®îc chÕ t¹o b»ng

nh«m víi ®é dµy 0,5 mm trong lËn cËn giÕng. §é s©u giÕng chuÈn lµ 40 mm cho tÊt c¶ c¸c ®Çu dß.

1.2.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe

Khi bøc x¹ gamma t¬ng t¸c víi ®Çu dß th× bøc x¹ gamma sÏ truyÒn n¨ng lîng cho ®Çu dß lµm

xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch. Díi thiªn ¸p ë hai cùc ®Çu dß, c¸c ®iÖn tÝch nµy ®îc tô vÒ c¸c ®iÖn cùc t¹o ra

thÕ (tÝn hiÖu). ThÕ nµy ®îc xö lý bëi c¸c khèi ®iÖn tö kh¸c ®Ó h×nh thµnh xung. PhÇn n¨ng lîng

truyÒn cho ®Çu dß ®îc thùc hiÖn theo c¸c hiÖu øng t¬ng t¸c sau:

- §Çu dß hÊp thô hoµn toµn n¨ng lîng cña lîng tö gamma theo hiÖu øng quang ®iÖn.

- §Çu dß hÊp thô mét phÇn n¨ng lîng cña lîng tö gamma theo hiÖu øng Compton.

- Khi n¨ng lîng lîng tö gamma lín h¬n 1500 keV (theo lý thuyÕt lµ 1022 keV) th× qu¸ tr×nh t¹o

cÆp xuÊt hiÖn vµ sinh ra cÆp electron - pozitron. N¨ng lîng cña electron nhanh chãng bÞ hÊp thô

trong ®Çu dß (v× qu·ng ch¹y cña h¹t tÝch ®iÖn rÊt ng¾n); cßn pozitron sÏ nhanh chãng bÞ hñy cÆp t¹o

hai lîng tö gamma 511 keV. NÕu c¶ hai lîng tö gamma bÞ hÊp thô th× qu¸ tr×nh nµy t¬ng ®¬ng

víi hÊp thô quang ®iÖn. NÕu mét trong hai lîng tö gamma bay ra ngoµi th× phÇn n¨ng lîng hÊp

thô sÏ t¹o nªn ®Ønh tho¸t ®¬n. NÕu c¶ hai lîng tö gamma bay ra ngoµi th× sÏ t¹o nªn ®Ønh tho¸t kÐp.

1.2.3. ¦u ®iÓm cña ®Çu dß HPGe

- Kh«ng ph¶i b¶o qu¶n liªn tôc trong Nit¬ láng.

- §é ph©n gi¶i n¨ng lîng vµ hiÖu suÊt ghi h¬n h¼n ®Çu dß b¸n dÉn khuÕch t¸n cã cïng thÓ tÝch. VÒ

c¬ b¶n, u ®iÓm kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cã thÓ thuéc vÒ lîng nhá n¨ng lîng cÇn ®Ó t¹o nªn mét phÇn tö

mang ®iÖn vµ tÝn hiÖu ra lín ®èi víi c¸c lo¹i ®Çu dß kh¸c cã cïng n¨ng lîng photon tíi. T¹i 3 eV/ cÆp

®iÖn tö - lç trèng. Sè phÇn tö mang ®iÖn ®îc sinh ra trong ®Çu dß b¸n dÉn Ge cao h¬n cì mét ®Õn hai

bËc ®é lín so víi ®Çu dß nhÊp nh¸y vµ ®Çu dß chøa khÝ t¬ng øng.

1.3. ThiÕt bÞ ®iÖn tö ®Ó xö lý tÝn hiÖu tõ ®Çu dß h¹t nh©n

1.3.1. Nh÷ng khèi tiÒn khuÕch ®¹i (Preamplifier)

Khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã chøc n¨ng chÝnh lµ nhËn vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ ®Çu dß mµ kh«ng lµm

gi¶m ®¸ng kÓ tû sè tÝn hiÖu/nhiÔu. V× vËy, c¸c khèi tiÒn khuÕch ®¹i n»m cµng gÇn ®Çu dß cµng tèt ®Ó

ph¸t hiÖn vµ c¸c m¹ch lèi vµo ®îc thiÕt kÕ phï hîp víi ®Æc tÝnh cña tõng lo¹i ®Çu dß.

Cã ba lo¹i tiÒn khuÕch ®¹i c¬ b¶n: tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ vµ tiÒn

khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch.

Trong ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng ®îc sö dông víi c¸c dông cô tÝn hiÖu cã trë kh¸ng thÊp.

Do ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy rÊt Ýt ®îc sö dông víi c¸c ®Çu dß bøc x¹ (dông cô trë kh¸ng cao).

ChÝnh v× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy kh«ng tr×nh bµy trong ph¹m vi cña luËn v¨n nµy.

1.3.1.1. CÊu t¹o

Cf Cf Cf Cf

R2 R2 R2 R2

-A -A

R1 R1 R1 R1

V0 V0 V0 V0

Cd Cd Cd Cd

Vin Vin Vin Vin

V0 V0 V0 V0

a) a) a)

b) b) b)

TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ cã thiÕt kÕ c¬ b¶n nh h×nh 1.9. [2]

H×nh 1.9. S¬ ®å cña mét tiÒn khuÕch ®¹i: a) nh¹y thÕ ; b) nh¹y ®iÖn tÝch.

1.3.1.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng

TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ th«ng dông h¬n tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y

®iÖn tÝch. Nã khuÕch ®¹i bÊt kú thÕ nµo xuÊt hiÖn t¹i lèi vµo cña nã. §Çu dß bøc x¹ t¹o ra c¸c ®iÖn tÝch

tõ nh÷ng sù kiÖn h¹t nh©n t¬ng t¸c víi tinh thÓ ®Çu dß, c¸c ®iÖn tÝch nµy ®îc tô l¹i trªn c¸c tô cña ®Çu

dß vµ h×nh thµnh nªn thÕ. ThÕ nµy xuÊt hiÖn qua tô thuÇn céng víi c¸c tô ký sinh kh¸c cã thÓ cã mÆt ë

lèi vµo tiÒn khuÕch ®¹i. Do ®ã, tô ®Çu dß ph¶i ®îc gi÷ æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian lµm viÖc. §©y

chÝnh lµ trêng hîp èng nh©n quang ®iÖn, èng ®Õm tû lÖ vµ èng ®Õm Geiger – Muller. Cßn ®èi víi ®Çu

dß b¸n dÉn th× tô riªng cña ®Çu dß l¹i thay ®æi theo nhiÖt ®é do dßng rß trong ®ièt b¸n dÉn phô thuéc

vµo nhiÖt ®é. V× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy kh«ng nªn dïng víi ®Çu dß b¸n dÉn.

Nhîc ®iÓm cña tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ cã thÓ tr¸nh b»ng c¸ch sö dông tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y

®iÖn tÝch. Trong khèi khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch, khi ®iÖn tÝch tíi ®îc tô trªn mét tô ®iÖn. Sau ®ã, ®iÖn

tÝch trªn tô ®iÖn nµy sÏ ®îc lÊy ®i b»ng c¸ch phãng ®iÖn qua mét m¹ch liªn kÕt cã thÓ lµ m¹ch liªn kÕt

ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë hay m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang.

- NÕu tô phãng ®iÖn qua m¹ch liªn kÕt ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë Rf (h×nh 1.10) cã gi¸ trÞ tõ 100

M ®Õn 2 G th× sù phãng ®iÖn nµy t¹o nªn xung ®u«i d¹ng mò nh h×nh 1.11a. H»ng sè thêi gian ®Æc

trng thay ®æi rÊt dµi cì 50 μs hoÆc h¬n. [2]

Rf Rf Rf

Cf Cf Cf

-A -A

Cd Cd Cd

V0 V0 V0

b) b)

a) a)

H×nh 1.10. TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch lo¹i liªn kÕt ®iÖn trë.

H×nh 1.11. a) Xung ®u«i tõ mét tiÒn khuÕch ®¹i, b) sù chång chËp xung: xung thø hai chång lªn

xung thø nhÊt.

- NÕu thay m¹ch liªn kÕt ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë Rf b»ng m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang häc th×

phæ kÕ sÏ lµm viÖc chÝnh x¸c h¬n: t¹p ©m gi¶m vµ d¶i réng t¨ng lªn. Trong khèi tiÒn khuÕch ®¹i nµy,

®iÖn tÝch tõ ®Çu dß ®îc n¹p liªn tôc vµo tô vµ ®îc gi÷ cho tíi mét giíi h¹n x¸c ®Þnh (thêng lµ mét

vµi V«n). Khi ®ã, xung dßng ph¸t ra cã dÊu ngîc l¹i ®îc khëi ph¸t vµ tô ®îc phãng ®iÖn. Trong qu¸

tr×nh nµy, mét xung ©m lín ®îc ph¸t ra trong d·y khuÕch ®¹i. §Ó ng¨n ngõa viÖc ph©n tÝch xung

phãng ®iÖn nµy, mét tÝn hiÖu cÊm phô thuéc ®îc ph¸t ra ®Ó cÊm c¸c xung nµy trong c¸c m¹ch ®iÖn tö

tiÕp theo sau.

S¬ ®å vµ tÝn hiÖu lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i víi m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang ®îc chØ ra trªn

h×nh 1.12. Khi giíi h¹n ®¹t ®îc, sù phãng ®iÖn ©m lín ®îc nhËn thÊy vµ sau ®ã tô cña tiÒn khuÕch ®¹i

b¾t ®Çu n¹p l¹i. [2]

Giíi h¹n trªn Giíi h¹n trªn

Diser Diser

Lèi ra tiÒn Lèi ra tiÒn khuÕch ®¹i khuÕch ®¹i

§Ìn §Ìn

CÊm CÊm

Dßng ®Çu dß Dßng ®Çu dß

§Çu dß §Çu dß

TÝn hiÖu cÊm TÝn hiÖu cÊm

Lèi ra Lèi ra tÝn hiÖu tÝn hiÖu

FET FET

1.3.1.3. Mét sè khèi tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch

1.3.1.3.1. TiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT [2]

H×nh 1.12. S¬ ®å vµ tÝn hiÖu lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i víi m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang. TiÒn khuÕch ®¹i lèi vµo FET nh¹y ®iÖn tÝch 2003BT ®îc thiÕt kÕ cho ®Æc tÝnh tèi u víi c¸c

®Çu dß hµng rµo mÆt Si (Silicon Surface Barrier – SSB). TiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy lµm viÖc nh mét bé

biÕn ®æi ®iÖn tÝch thµnh thÕ. Sau khi khuÕch ®¹i phÇn tö mang ®iÖn ®îc t¹o nªn trong ®Çu dß trong

kho¶ng thêi gian mçi sù kiÖn h¹t nh©n bÞ hÊp thô, ë lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i cung cÊp thÕ tû lÖ thuËn

víi ®iÖn tÝch t¹i tÇn sè 0,45 V/pC. ThÕ nµy ®îc khuÕch ®¹i víi hÖ sè khuÕch ®¹i 20 mV/MeV cho ®Çu

dß Si t¹i nhiÖt ®é phßng.

§èi víi ®Çu dß SSB ®îc thiªn ¸p d¬ng, lèi ra n¨ng lîng hÕt søc tuyÕn tÝnh cung cÊp mét

xung ph©n cùc d¬ng lý tëng cho phæ kÕ n¨ng lîng. Lèi ra thêi gian trïng phïng cung cÊp xung vi

ph©n nhanh ph©n cùc ©m lý tëng ®Ó ph©n gi¶i c¸c sù kiÖn h¹t nh©n vÒ thêi gian.

S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT ®îc tr×nh bµy trªn

10 M 10 M 10 M

SHV SHV

Rf Rf

Lèi vµo Lèi vµo HV HV

Cf Cf

100 M

100 M 100 M

93 M 93 M 93 M

Lèi ra Lèi ra n¨ng lîng n¨ng lîng

Lèi vµo Lèi vµo ®Çu dß ®Çu dß

BNC BNC

Lèi ra Lèi ra thêi gian thêi gian

BNC BNC

M¹ch ®Öm M¹ch ®Öm

M¹ch tÝch M¹ch tÝch ph©n ph©n

h×nh 1.13.

H×nh 1.13. S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT.

TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch 2003BT cã nh÷ng ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n sau:

- Lèi vµo ®Çu dß: tiÕp nhËn xung ®iÖn tÝch tõ ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i SSB.

- Lèi vµo cao thÕ: cho phÐp thÕ thiªn ¸p ®Çu dß lªn tíi ±2000V; trë thiªn ¸p nèi tiÕp ®Çu dß lµ

110 M.

- Lèi vµo kiÓm tra: ®iÖn tÝch ®îc nèi víi tiÒn khuÕch ®¹i t¹i 1 pC/V; cã s½n t¹i ®Çu c¸p cña

tiÒn khuÕch ®¹i.

- Lèi ra n¨ng lîng: bÞ ®¶o víi h»ng sè thêi gian xung ®u«i 250 μs vµ biªn ®é lªn tíi ±10 V;

Zout=93 .

- Lèi ra thêi gian: (chØ víi ®Çu dß thiªn ¸p d¬ng) – kh«ng ®¶o, xung bÞ vi ph©n nhanh.

- §Æc tÝnh:

+ §é phi tuyÕn tÝch ph©n: < ±0,04% cho 10 V lèi ra.

+ §é tr«i hÖ sè khuÕch ®¹i: < ±0,005%/0C (± 50 ppm/0C).

+ C¸ch ®iÖn thiªn ¸p ®Çu dß: ±2000 V DC.

+ §é nh¹y ®iÖn tÝch: 0,45 V/pC .

+ §é nh¹y n¨ng lîng: 20 mV/MeV (Si).

1.3.1.3.2. TiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß b¸n dÉn 2004 [2]

Bé tiÒn khuÕch ®¹i lèi vµo FET nh¹y ®iÖn tÝch 2004 ®îc thiÕt kÕ ®Ó sö dông víi c¶ hai lo¹i ®Çu

dß b¸n dÉn dung kh¸ng thÊp vµ cao. TiÒn khuÕch ®¹i biÕn ®æi c¸c phÇn tö mang ®iÖn thµnh xung thÕ

hµm bíc, biªn ®é cña xung thÕ nµy tû lÖ víi ®iÖn tÝch tæng céng ®îc tÝch lòy trong mçi sù kiÖn. Lèi ra

cung cÊp tÝn hiÖu ph©n cùc d¬ng khi sö dông víi ®Çu dß thiªn ¸p d¬ng vµ phÇn tÝn hiÖu suy gi¶m víi

h»ng sè thêi gian 50 μs.

Lèi vµo Lèi vµo HV HV

10 M 10 M 10 M

ChØnh P/Z ChØnh P/Z

TriÖt P/Z TriÖt P/Z

100 M 100 M

100 M

Lèi ra Lèi ra n¨ng lîng n¨ng lîng

Lèi vµo Lèi vµo ®Çu dß ®Çu dß

KhuÕch ®¹i KhuÕch ®¹i

Lèi vµo Lèi vµo thö thö

P/Z P/Z

®Öm ®Öm

M¹ch tÝch M¹ch tÝch ph©n ph©n

H×nh 1.14 tr×nh bµy s¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i 2004.

H×nh 1.14. S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i 2004.

Nh÷ng ®Æc trng c¬ b¶n cña tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch 2004:

- Lèi vµo ®Çu dß: tiÕp nhËn xung ®iÖn tÝch tõ ®Çu dß b¸n dÉn.

- Lèi vµo kiÓm tra: ®iÖn tÝch ®îc nèi víi tiÒn khuÕch ®¹i t¹i 2,2 pC/V;

Zin = 93 .

- Lèi vµo cao thÕ: cho phÐp thiªn ¸p ®Çu dß lªn tíi ±2000 V; trë thiªn ¸p nèi tiÕp ®Çu dß lµ

110 M.

- Lèi ra n¨ng lîng: xung ®u«i bÞ ®¶o, h»ng sè thêi gian gi¶m 50 μs.

- §Æc tÝnh:

+ §é phi tuyÕn tÝch ph©n: < ±0,02% cho 10 V lèi ra.

+ §é tr«i hÖ sè khuÕch ®¹i: < ±0,01%/0C (100 ppm/0C).

+ C¸ch ®iÖn thiªn ¸p ®Çu dß: ±5000 V DC.

+ §é nh¹y ®iÖn tÝch: 0,2 V/pC hay 1,0 V/pC.

+ §é nh¹y n¨ng lîng (Si): 9 mV/MeV hay 45 mV/MeV.

1.3.2. Nh÷ng khèi khuÕch ®¹i (Amplifier)

1.3.2.1. Chøc n¨ng c¬ b¶n cña khèi khuÕch ®¹i

Khèi khuÕch ®¹i cã hai chøc n¨ng c¬ b¶n sau:

- KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ khèi tiÒn khuÕch ®¹i.

- H×nh thµnh xung ®Ó cã d¹ng thuËn tiÖn cho viÖc xö lý tÝn hiÖu cña c¸c khèi ®iÖn tö tiÕp theo.

§èi víi c¸c khèi khuÕch ®¹i phæ kÕ, mét trong c¸c hÖ sè quan träng nhÊt lµ ®Æc trng h×nh thµnh

xung. Xung tíi tõ khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã thÓ cã ®Æc trng b»ng ®u«i dµi d¹ng hµm mò kÐo dµi tõ vµi μs

®Õn hµng tr¨m μs. Biªn ®é xung th× tû lÖ víi n¨ng lîng. NÕu xung thø hai tíi trong kho¶ng thêi gian 

th× nã sÏ chång lªn ®u«i cña xung thø nhÊt vµ biªn ®é cña nã sÏ t¨ng lªn. Do ®ã, th«ng tin n¨ng lîng

chøa trong xung thø hai sÏ bÞ mÐo ®i. §iÒu nµy ®îc gäi lµ sù chång chËp xung. §Ó tr¸nh hiÖu øng nµy,

ta ph¶i h¹n chÕ tÇn sè ®Õm bÐ h¬n 1/ sè ®Õm trªn gi©y hoÆc h×nh thµnh xung. Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p

h×nh thµnh xung lµ sù lùa chän tèi u v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m t¨ng. [2]

§èi víi khèi khuÕch ®¹i nhanh, hÖ sè quan träng nhÊt lµ gi÷ thêi gian t¨ng nhanh cña tÝn hiÖu

nghÜa lµ ®¶m b¶o mét d¶i réng. Do ®ã, c¸c khèi khuÕch ®¹i nhanh nãi chung h×nh thµnh rÊt Ýt hoÆc

thËm chÝ kh«ng h×nh thµnh xung. Bªn c¹nh ®ã, khèi khuÕch ®¹i nhanh cßn bÞ h¹n chÕ hÖ sè khuÕch ®¹i

(nhá h¬n 100 lÇn). §Ó hÖ sè khuÕch ®¹i cã thÓ t¨ng lªn cao h¬n, ta cã thÓ nèi nhiÒu tÇng nhng kh«ng

yªu cÇu hÖ sè khuÕch ®¹i ngoµi 1000 lÇn. [2]

Trong nh÷ng øng dông mµ ë ®ã c¶ th«ng tin thêi gian vµ th«ng tin biªn ®é ®îc yªu cÇu th× tån

t¹i sù m©u thuÉn gi÷a d¹ng thêi gian vµ d¹ng tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tèt nhÊt. Trong nhh÷ng trêng hîp

nh thÕ th× cÇn cã sù tháa hiÖp. [2]

1.3.2.2. Nh÷ng m¹ch h×nh thµnh xung trong khèi khuÕch ®¹i

1.3.2.2.1. H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm [2]

C¸c khèi khuÕch ®¹i sö dông h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm rÊt thÝch hîp cho nh÷ng

yªu cÇu cña ®Çu dß nhÊp nh¸y (v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña tËp hîp khuÕch ®¹i, tiÒn khuÕch ®¹i lµ

nghÌo vµ h¹n chÕ vÒ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng). C¸c ®êng lµm chËm kÕt hîp víi c¸c m¹ch ®iÖn

tö ®Ó t¹o nªn xung ra vu«ng tõ mçi xung vµo hµm bíc. §èi víi c¸c ®Çu dß kh«ng cã c¸c hÖ sè khuÕch

®¹i néi, h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm lµ kh«ng thÝch hîp v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña tiÒn

khuÕch ®¹i víi h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm kÐm h¬n so víi h×nh thµnh xung chuÈn Gauss.

2RD 2RD

 

1 1

RD RD

ΔT ΔT

RD RD

- 1 - 1

a) a)

2RD 2RD

 

1 1

RD RD

ΔT ΔT

RD RD

- 1 - 1

2RD 2RD

 

1 1

RD RD

ΔT ΔT

2ΔT 2ΔT

RD RD

- 1 - 1

b) b)

C¸c m¹ch h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.15.

H×nh 1.15. a) H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm ®¬n.

b) H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm kÐp.

Xung bíc tõ tiÒn khuÕch ®¹i bÞ ®¶o, ®îc lµm chËm vµ céng víi xung bíc gèc. KÕt qu¶ lµ

t¹o ra mét xung ra vu«ng gãc víi ®é réng b»ng thêi gian lµm chËm cña ®êng lµm chËm. NÕu nèi tiÕp

mét bé h×nh thµnh xung ®¬n thø hai ta sÏ cã m¹ch h×nh thµnh xung lµm chËm vi ph©n kÐp (h×nh 1.15b).

KÕt qu¶ lµ xung ra cã hai ph©n cùc d¬ng - ©m víi biªn ®é vµ ®é réng b»ng nhau.

3 3

4 4

2 2

M¹ch tÝch ph©n RC M¹ch tÝch ph©n RC

1 1

C C

Lèi vµo tõ Lèi vµo tõ tiÒn khuÕch ®¹i tiÒn khuÕch ®¹i

A1 A1

A2 A2

Bé håi phôc Bé håi phôc ®êng c¬ b¶n ®êng c¬ b¶n

R R

C C

R2 R2

M¹ch tÝch ph©n M¹ch tÝch ph©n

R1 R1

M¹ch tÝch ph©n tÝch cùc M¹ch tÝch ph©n tÝch cùc

A-1 A-1

M¹ch vi ph©n vµ M¹ch vi ph©n vµ khö cùc zero khö cùc zero

1.3.2.2.2. H×nh thµnh xung chuÈn Gauss [2]

H×nh 1.16. H×nh thµnh xung trong khèi khuÕch ®¹i chuÈn Gauss.

B»ng c¸ch thay m¹ch tÝch ph©n RC ®¬n gi¶n b»ng mét m¹ch tÝch ph©n tÝch cùc th× tû sè tÝn

hiÖu trªn t¹p ©m cña khèi khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung cã thÓ tèt lªn tõ 17% ®Õn 19%. §iÒu nµy lµ quan

träng ®èi víi ®Çu dß b¸n dÉn v× sù ph©n gi¶i n¨ng lîng vµ h»ng sè thêi gian h×nh thµnh ng¾n cña nã bÞ

h¹n chÕ b»ng tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m. KÕt qu¶ lµ xung ra cña m¹ch h×nh thµnh xung nµy cã d¹ng cña

mét ®êng cong Gauss. ¦u ®iÓm cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss lµ gi¶m ®é réng xung ra t¹i 0,1%

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. §iÒu nµy dÉn ®Õn ®Æc trng håi phôc ®êng kh«ng tèt, lµm gi¶m thêi gian chÕt

cña bé khuÕch ®¹i.

Lèi ra ®¬n cùc

2 V

2 μs

2V/cm, 2 μs/cm

D¹ng xung ra cña bé h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ®îc chØ ra trªn h×nh 1.17.

H×nh 1.17. D¹ng xung ra cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss víi h»ng sè thêi gian 2 μs.

1.3.3. Khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter - ADC)

1.3.3.1. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng

ADC ®o biªn ®é cùc ®¹i cña mét xung t¬ng tù vµ biÕn ®æi gi¸ trÞ ®ã thµnh m· sè. M· sè tû 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 ®Õn bé nhí

dµnh riªng hoÆc m¸y tÝnh vµ ®îc ph©n lo¹i b»ng biÓu ®å.

TÝn hiÖu lèi ra tõ khèi khuÕch ®¹i phæ ®îc ®a ®Õn lèi vµo cña ADC, nÕu tÝn hiÖu n»m trong

ngìng cña ADC th× ADC sÏ biÕn ®æi. Sau khi biÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè th× ADC sÏ

göi tÝn hiÖu Data Ready ®Õn card thu nhËn d÷ liÖu (MCA hay Interface) b¸o cho card thu nhËn d÷ liÖu

biÕt s½n sµng ®äc d÷ liÖu. Sau khi nhËn ®îc tÝn hiÖu Data Ready, card thu nhËn d÷ liÖu sÏ göi tÝn hiÖu

Data Accept ®Õn ADC ®Ó cho phÐp b¾t ®Çu qu¸ tr×nh biÕn ®æi míi vµ d÷ liÖu cña phÐp biÕn ®æi míi nµy

sÏ thay thÕ d÷ liÖu cña phÐp biÕn ®æi tríc ®ã. [4]

Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña ADC, d÷ liÖu lèi vµo cã thÓ lµ Valid (c¸c d÷ liÖu vµo cña ADC

®îc card thu nhËn d÷ liÖu ®äc vµ ghi) hoÆc Invalid (c¸c d÷ liÖu lèi vµo cña ADC ®îc card thu nhËn d÷

Data Ready Data Ready

I I

Enable Data Enable Data

ADC ADC

Dead Time Dead Time

N N T T E E R R F F A A C C E E

Data Accept Data Accept

liÖu ®äc mµ kh«ng ghi). [4]

H×nh 1.18. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng vµ c¸ch ghÐp nèi cña ADC víi Interface.

1.3.3.2. Mét sè khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè

1.3.3.2.1. ADC Wilkinson [2]

Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson ®îc minh häa nh h×nh 1.19. Bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc

dïng ®Ó ghi nhËn xung tõ khèi khuÕch ®¹i. Ngìng cña bé ph©n biÖt møc thÊp thêng ®îc ®Æt trªn

Õ Õ h h T T

Bé ph©n biÖt møc thÊp Bé ph©n biÖt møc thÊp

Thêi gian Thêi gian

(a) Xung lèi ra bé (a) Xung lèi ra bé khuÕch®¹i khuÕch®¹i

(b) Lèi ra bé ph©n biÖt (b) Lèi ra bé ph©n biÖt

møc thÊp møc thÊp

gi¶m dÇn gi¶m dÇn

(d) §ång hå ®Þa chØ (d) §ång hå ®Þa chØ

(e) Chu tr×nh nhí (e) Chu tr×nh nhí

(f) Cæng tuyÕn tÝnh (f) Cæng tuyÕn tÝnh

bÞ ®ãng bÞ ®ãng

møc t¹p ©m ®Ó ng¨n ngõa ADC kh«ng mÊt thêi gian ph©n tÝch t¹p ©m.

(g) Cæng thêi gian chÕt (g) Cæng thêi gian chÕt

Khi xung

vµo ADC cao h¬n H×nh 1.19. TÝn hiÖu thêi gian cña ADC Wilkinson trong kho¶ng thêi gian xö lý xung. ngìng ph©n biÖt møc thÊp, cæng tuyÕn tÝnh vµo më vµ tô n¹p ®îc nèi víi lèi vµo. Do ®ã, tô ®îc n¹p

tíi biªn ®é cña xung vµo (h×nh 1.20a).

cæng tuyÕn tÝnh cæng tuyÕn tÝnh

Cæng Cæng tuyÕn tÝnh tuyÕn tÝnh

Bé ®Õm Bé ®Õm ®Þa chØ ®Þa chØ

§ång hå §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ

(a) Tô n¹p ®iÖn (a) Tô n¹p ®iÖn

I I

Cæng Cæng tuyÕn tÝnh tuyÕn tÝnh

Bé ®Õm Bé ®Õm ®Þa chØ ®Þa chØ

§ång hå §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ

(b) Tô phãng ®iÖn (b) Tô phãng ®iÖn

Cæng Cæng tuyÕn tÝnh tuyÕn tÝnh

Bé ®Õm Bé ®Õm ®Þa chØ ®Þa chØ

§ång hå §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ

H×nh 1.20. Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson trong kho¶ng thêi gian ba tr¹ng th¸i xung.

Khi biªn ®é xung vµo ®¹t tíi cùc ®¹i vµ b¾t ®Çu gi¶m (h×nh 1.20 b) th× cæng

tuyÕn tÝnh bÞ ®ãng vµ tô bÞ ng¾t khái lèi vµo. Khi ®ã, thÕ trªn tô b»ng biªn ®é cùc ®¹i cña xung vµo.

Theo 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 tô. Cïng lóc ®ã, ®ång hå ®Þa chØ ®îc nèi víi bé ®Õm ®Þa chØ vµ xung ®ång hå ®Õm

trong kho¶ng thêi gian phãng ®iÖn cña tô. Khi thÕ trªn tô vÒ zer« th× viÖc ®Õm xung cña ®ång hå còng

dõng l¹i. V× thêi gian cho phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña tô tû lÖ víi biªn ®é xung gèc cho nªn sè ®Õm Nc

ghi ®îc trong bé ®Õm ®Þa chØ còng tû lÖ víi biªn ®é xung.

Trong kho¶ng thêi gian cña chu tr×nh nhí, ®Þa chØ Nc ®îc ®Þnh vÞ trong bé nhí biÓu ®å vµ mét

sè ®Õm ®îc céng vµo néi dung cña vÞ trÝ ®ã. Gi¸ trÞ Nc thêng t¬ng øng víi sè kªnh. ADC thêng cã sè kªnh thÊp lµ 256 cho nh÷ng øng dông ph©n gi¶i thÊp vµ cã 16384 kªnh cho nh÷ng yªu cÇu kh¶ n¨ng

ph©n gi¶i cao.

§èi víi ADC Wilkinson, thêi gian ®o cña MCA ®ãng gãp vµo thêi gian chÕt theo biÓu thøc

(1.1).





T M

T MC

N f

(1.1)

Thêi gian chÕt cña MCA phô thuéc vµo tÇn sè ®ång hå fc, sè kªnh Nc vµ thêi gian chu tr×nh nhí

TMC. TÇn sè ®ång hå trong d¶i tõ 50 ®Õn 400 Hz lµ ®iÓn h×nh vµ thêi gian chu tr×nh nhí tõ 0,5 ®Õn 2 μs

lµ th«ng dông. Thêi gian biÕn ®æi cùc ®¹i ®èi víi mét ADC Wilkinson 8192 kªnh kÐo dµi tõ 20 ®Õn 165

μs. ¦u ®iÓm cña ADC Wilkinson lµ ®é phi tuyÕn vi ph©n thÊp (®iÓn h×nh < 1%). Nhîc ®iÓm lµ thêi

gian biÕn ®æi dµi vµ phô thuéc vµo biªn ®é xung.

1.3.3.2.2. ADC lo¹i song song [2]

Nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC lo¹i song song ®îc chØ ra trªn h×nh 1.21. ADC lo¹i song song

®îc cÊu tróc b»ng chång mét d·y c¸c bé so s¸nh sao cho mçi ngìng cña bé so s¸nh lµ t¨ng kh«ng ®æi

mét thÕ ΔV trªn mét ngìng cho tríc. ADC lo¹i song song vÒ nguyªn t¾c lµ mét chång c¸c m¸y ph©n

tÝch biªn ®é ®¬n kªnh víi ®é réng cöa sæ vµ ngìng ®îc chia ra nh nhau. Khi tÝn hiÖu lèi vµo t¬ng

tù t¹i biªn ®é cùc ®¹i th× lèi ra c¸c bé so s¸nh ®îc chän vµo bé m· lèi ra sè. H×nh 1.21 lµ ADC song

song N = 4 kªnh. §Ó cã N kªnh cÇn N + 1 bé so s¸nh. ¦u ®iÓm cña ADC song song lµ thêi gian biÕn

M· hãa

Bé so s¸nh

Lèi vµo

lèi ra sè

t¬ng tù

Strobe

Lèi ra

nhÞ ph©n

2 bit

V Strobe

®æi ng¾n trong d¶i nano gi©y. Nhîc ®iÓm lµ ®é phi tuyÕn vi ph©n lín.

H×nh 1.21. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ADC lo¹i song song.

1.3.4. Khèi ph©n tÝch biªn ®é nhiÒu kªnh (Multi Channel Analyzer - MCA)

1.3.4.1. CÊu t¹o

Khèi ph©n tÝch biªn ®é nhiÒu kªnh bao gåm ADC, mét bé nhí biÓu ®å, bé chØ thÞ biÓu ®å ®îc

Bé nhí d÷ liÖu Bé nhí d÷ liÖu

TÝn hiÖu TÝn hiÖu trùc tiÕp trùc tiÕp

ADC ADC

Bé vi xö lý Bé vi xö lý

PC PC

hay ®a hîp hay ®a hîp

M¸y tÝnh c¸ M¸y tÝnh c¸ nh©n nh©n

Bé nhí Bé nhí ch¬ng tr×nh ch¬ng tr×nh

C¸c MCB kh¸c C¸c MCB kh¸c

ghi trong bé nhí. [2]

H×nh 1.22. S¬ ®å khèi chøc n¨ng cña hÖ thèng ph©n tÝch ®a kªnh.

1.3.4.2. Chøc n¨ng cña MCA

MCA cã hai chøc n¨ng chñ yÕu:

- Thø nhÊt lµ thu nhËn vµ lu tr÷ sè liÖu ®îc thùc hiÖn bëi phÇn cøng MCB (bé ®Öm ®a

kªnh - sù kÕt hîp gi÷a ADC vµ bé nhí biÓu ®å).

- Thø hai lµ ®iÒu khiÓn vµ chØ thÞ ®îc thùc hiÖn b»ng phÇn mÒm ch¹y trªn m¸y tÝnh c¸ nh©n

giao tiÕp víi MCB.

PhÇn mÒm cña MCA cã kh¶ n¨ng:

- ChuÈn n¨ng lîng (chuÈn bËc nhÊt hoÆc bËc hai theo ®¬n vÞ n¨ng lîng hoÆc theo ®¬n vÞ thêi

gian).

- T×m ®Ønh (tÝnh to¸n vÞ trÝ t©m ®Ønh cho phÐp ph©n tÝch tù ®éng phæ cha biÕt).

- TÝnh diÖn tÝch thùc cña ®Ønh (sè ®Õm t¹i ®Ønh ®· trõ ph«ng).

- ChuÈn hãa phæ (t¨ng hoÆc gi¶m ph«ng b»ng mét h»ng sè).

- Söa phæ (trõ ph«ng hoÆc trõ phæ phô).

- Lµm tr¬n phæ (lµm tr¬n nhiÒu ®iÓm ®èi víi toµn phæ hoÆc mét phÇn phæ).

- X¸c ®Þnh lo¹i ®ång vÞ (so s¸nh c¸c ®Ønh trong phæ víi th viÖn ®ång vÞ).

- Thùc hiÖn ch¬ng tr×nh tù ®éng (x¸c lËp hÖ thèng b»ng mét lÖnh ®¬n).

1.3.5. Card thu nhËn d÷ liÖu - Interface

1.3.5.1. S¬ ®å nguyªn lý cña card thu nhËn d÷ liÖu - Interface

H×nh 1.23. S¬ ®å nguyªn lý cña card thu nhËn d÷ liÖu – Interface.

1.3.5.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña card thu nhËn d÷ liÖu - Interface [1]

Card thu nhËn d÷ liÖu - Interface ho¹t ®éng theo hai nguyªn t¾c sau:

* Theo nguyªn t¾c trïng phïng

Khi cã tÝn hiÖu trïng phïng, card thu nhËn sÏ ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó cho phÐp c¸c ADC

thu nhËn tÝn hiÖu ë lèi vµo vµ b¾t ®Çu biÕn ®æi. Khi ®ã, mét trong ba kh¶ n¨ng sau sÏ x¶y ra:

- Mét hoÆc c¶ hai tÝn hiÖu lèi vµo kh«ng vît ngìng cña ADC, khi ®ã mét hoÆc c¶ hai ADC

sÏ kh«ng cã tÝn hiÖu Data Ready göi ®Õn Interface nªn nã sÏ kh«ng ph¶n øng.

- Mét hoÆc c¶ hai tÝn hiÖu lèi vµo vît ngìng cña ADC, khi ®ã mét hoÆc c¶ hai ADC cã tÝn

hiÖu Data Ready göi ®Õn Interface. Trong trêng hîp nµy, Interface chØ ®äc mµ kh«ng ghi d÷ liÖu. TÝn

hiÖu cho phÐp hai ADC reset l¹i ®Ó thùc hiÖn c¸c phÐp biÕn ®æi tiÕp theo.

- Khi c¶ hai tÝn hiÖu n»m trong d¶i ph©n tÝch [LLD, ULD] cña c¸c ADC , c¶ hai ADC göi tÝn

hiÖu Data Ready tíi Interface. TÝn hiÖu nµy c¸ch nhau mét kho¶ng thêi gian kh«ng qu¸ 1 μs th×

Interface sÏ göi tÝn hiÖu Enable Data ®Ó ®äc vµ ghi d÷ liÖu cña xung lèi vµo tõ ADC. Sau khi ghi xong

Interface sÏ göi tÝn hiÖu Data Accept tíi ADC vµ cho phÐp ADC reset l¹i ®Ó thùc hiÖn phÐp biÕn ®æi tiÕp

theo.

C¸c ADC ho¹t ®éng ë chÕ ®é non - overlap. Trong trêng hîp thø ba, sè liÖu lèi ra cña ADC

sÏ ®îc ghi díi d¹ng event - event; cßn c¸c trêng hîp cßn l¹i th× sè liÖu sÏ kh«ng ®îc ghi nhËn. Sè

liÖu trïng phïng thu ®îc sÏ gåm ba cét.

- Cét I : ghi code n¨ng lîng cña tia gamma ®Õn ®Çu dß thø nhÊt.

- Cét II : ghi code n¨ng lîng cña tia gamma ®Õn ®Çu dß thø hai.

- Cét III : ghi gi¸ trÞ t¬ng øng víi ®é chªnh lÖch thêi gian xuÊt hiÖn cña hai sù kiÖn ë hai ®Çu

dß.

* Theo chÕ ®é MCA

Trong chÕ ®é MCA, khi ADC nµo cã tÝn hiÖu Data Ready vµ tÝn hiÖu ®îc biÕn ®æi n»m trong

d¶i ph©n tÝch th× card thu nhËn d÷ liÖu sÏ ®äc sè liÖu tõ ADC ®ã, néi dung cña kªnh t¬ng øng trong bé

nhí sÏ t¨ng lªn 1. Khi kÕt thóc thêi gian ®o, sè liÖu thu ®îc sÏ lu díi d¹ng tËp tin cã phÇn më réng

*.spe ®Ó xö lý.

1.4. HÖ phæ kÕ n¨ng lîng

Trong lÜnh vùc nghiªn cøu h¹t nh©n vµ øng dông kü thuËt h¹t nh©n vµo c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau

trong s¶n xuÊt còng nh ®êi sèng th× viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®ång vÞ phãng x¹, n¨ng lîng, cêng ®é c¸c

lîng tö ph¸t ra tõ c¸c nguån phãng x¹ lµ rÊt quan träng. Do ®ã cÇn ph¶i cã hÖ thèng ®iÖn tö h¹t nh©n

®Ó x¸c ®Þnh phæ n¨ng lîng cña c¸c nguån phãng x¹ vµ ®ång vÞ phãng x¹. HÖ thèng ®ã ®îc gäi lµ hÖ

thèng phæ kÕ n¨ng lîng. Tïy thuéc vµo môc ®Ých nghiªn cøu vµ ®iÒu kiÖn thiÕt bÞ mµ ngêi ta cã thÓ

thiÕt lËp hÖ thèng phæ kÕ n¨ng lîng cã cÊu h×nh kh¸c nhau. Díi ®©y lµ mét sè hÖ phæ kÕ n¨ng lîng

®· ®îc x©y dùng vµ sö dông ®Ó ghi nhËn phæ n¨ng lîng cña c¸c nguån phãng x¹ víi c¸c cÊu h×nh

kh¸c nhau.

1.4.1. HÖ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn

§Ó ghi nhËn c¸c bøc x¹ ph¸t ra tõ c¸c nguån ®ång vÞ phãng x¹, chóng ta cã thÓ dïng c¸c hÖ phæ

kÕ ®¬n gi¶n sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn nh ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.24 vµ h×nh 1.25.

Unipolar Unipolar

Amplifer Amplifer

MCB MCB

Preamp Preamp

PC PC

Ge or Si(Li) Ge or Si(Li)

Busy Busy

Source Source

Bias Bias Supply Supply

Pur Pur

Unipolar: ®¬n cùc. Busy: bËn.

Preamp: khèi tiÒn khuÕch ®¹i. Amplifier: khèi khuÕch ®¹i phæ.

Bias supply: nguån cao thÕ. MCB: bé ®Öm ®a kªnh.

PC: m¸y tÝnh c¸ nh©n.

Source Source

Amp Amp

ADC ADC

MCA MCA

PC PC

HPGe HPGe Detector Detector

High High Voltage Voltage

H×nh 1.24. Phæ kÕ n¨ng lîng víi ®Çu dß Ge cho bøc x¹ gamma hoÆc ®Çu dß Si (Li) cho tia X. [2]

HPGe Detector: §Çu dß b¸n dÉn tinh khiÕt Ge .

High Voltage: Cao thÕ.

Khèi khuÕch ®¹i (Amplifier). Amp:

ADC: Khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter).

MCA: Khèi ph©n tÝch ®a kªnh (Multi Channel Analyzer)

PC: M¸y tÝnh c¸ nh©n (Person Computer).

H×nh 1.25. Phæ kÕ n¨ng lîng sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe.

Khi ®Æt nguån phãng x¹ tríc ®Çu dß b¸n dÉn th× trªn lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i sÏ xuÊt hiÖn c¸c

tÝn hiÖu. C¸c tÝn hiÖu nµy sÏ ®îc xö lý bëi c¸c khèi ®iÖn tö tiÕp theo sau nh khèi khuÕch ®¹i, khèi

biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè vµ khèi ph©n tÝch ®a kªnh. TÝn hiÖu sau khi ®· ®îc c¸c khèi ®iÖn tö xö lý sÏ

®îc lu tr÷ trªn m¸y tÝnh vµ cho ra phæ nhê c¸c phÇn mÒm chuyªn dông.

1.4.2. HÖ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông hai ®Çu dß b¸n dÉn

§Ó ghi nhËn phæ n¨ng lîng cña c¸c lîng tö gamma ph¸t ra gÇn nh ®ång thêi (trïng phïng)

tõ c¸c nguån phãng x¹, c¸c nhµ khoa häc ®· x©y dùng nªn hÖ thèng phæ kÕ gamma - gamma nh h×nh

1.26. ¦u ®iÓm cña hÖ thèng phæ kÕ nµy lµ phæ n¨ng lîng thu ®îc sÏ cã nÒn Compton thÊp h¬n c¸c

phæ n¨ng lîng do hai hÖ phæ kÕ trªn thu ®îc. KÕt qu¶ lµ tû sè ®Ønh trªn Compton sÏ cao h¬n, c¸c ®Ønh

phæ hiÖn râ trªn nÒn Compton ®îc h¹ thÊp. Nguyªn nh©n chÝnh lµ hÖ phæ kÕ nµy sö dông khèi trïng

phïng cã t¸c dông chØ cho ghi nhËn c¸c sù kiÖn h¹t nh©n x¶y ra trong hai ®Çu dß trong kho¶ng thêi gian

rÊt ng¾n (®îc xem lµ ®ång thêi hay gäi lµ trïng phïng) vµ kh«ng ghi c¸c sù kiÖn h¹t nh©n x¶y ra

AMPLIFIER AMPLIFIER

DELAY DELAY AMPLIFIER AMPLIFIER

Pre Amp Pre Amp

HPGE HPGE

Detector Detector

Detector Detector Bias Supply Bias Supply

TIMING TIMING SCA SCA

A A

PULSER PULSER

COINCIDENCE COINCIDENCE

PC PC

MCB MCB

HPGE HPGE

Detector Detector

Detector Detector Bias Supply Bias Supply

TIMING TIMING SCA SCA

A A

Pre Amp Pre Amp

AMPLIFIER AMPLIFIER

chªnh lÖch thêi gian nhiÒu nh t¸n x¹ Compton, …

HPGe detector: ®Çu dß b¸n dÉn Ge siªu tinh khiÕt.

Detector Bias Supply: nguån cao thÕ cung cÊp cho ®Çu dß.

Pulser: m¸y t¹o xung .

Preamp: khèi tiÒn khuÕch ®¹i.

Amplifier: khèi khuÕch ®¹i.

Coincidence: khèi trïng phïng.

Timing SCA: m¸y ph©n tÝch ®¬n kªnh lo¹i thêi gian.

MCB: khèi ®Öm ®a kªnh.

PC: m¸y tÝnh c¸ nh©n.

H×nh 1.26. HÖ thèng phæ kÕ trïng phïng gamma - gamma ®èi víi phæ n¨ng lîng ®îc thùc hiÖn trªn

hai ®Çu dß HPGe. [2]

1.5. HÖ phæ kÕ thêi gian

§Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc trng thêi gian cña c¸c bøc x¹ gamma nèi tÇng ph¸t ra tõ c¸c nguån phãng x¹

phôc vô cho viÖc nghiªn cøu thêi gian sèng cña c¸c pozitron, thêi gian sèng cña c¸c tr¹ng th¸i kÝch

thÝch hay nghiªn cøu s¬ ®å ph©n r· h¹t nh©n, … ®ßi hái ph¶i cã hÖ thèng ®iÖn tö lµm viÖc æn ®Þnh vµ ®é

chÝnh x¸c cao. §Ó ®o c¸c ®Æc trng thêi gian cña c¸c lîng tö ph¸t ra tõ c¸c nguån phãng x¹, ngêi ta

®· tiÕn hµnh x©y dùng c¸c hÖ phæ kÕ thêi gian cã cÊu h×nh kh¸c nhau. Sau ®©y lµ mét sè cÊu h×nh phæ

kÕ thêi gian thêng dïng nhÊt ®îc thùc hiÖn trªn c¸c ®Çu dß kh¸c nhau vµ phæ thêi gian thu ®îc tõ

c¸c hÖ phæ kÕ ®ã.

START START

CFD CFD

DELAY DELAY

NE 111 PREAMP NE 111 PREAMP

2126 2126

2058 2058

2107 2107

MCA MCA

TIME – TIME –

ANALYZER ANALYZER

2143 2143

CFD CFD

DELAY DELAY

10% 10%

PREAMP PREAMP 2111 2111

2126 2126

2058 2058

STOP STOP

1.78 KeV 1.78 KeV

1.5.1. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß plastic vµ b¸n dÉn [2]

Preamp: khèi tiÒn khuÕch ®¹i; CFD: khèi ph©n biÖt ngìng kh«ng ®æi.

Delay: khèi lµm chËm. Time analyzer: khèi ph©n tÝch thêi gian.

Multi Channel Analyzer: khèi ph©n tÝch ®a kªnh.

H×nh 1.27. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß plastic vµ b¸n dÉn.

NÕu ®Æt nguån phãng x¹ chuÈn 60Co vµo kho¶ng gi÷a hai ®Çu dß cña hÖ thèng phæ kÕ th× trªn lèi ra

cña c¸c tiÒn khuÕch ®¹i sÏ xuÊt hiÖn tÝn hiÖu nhanh. Nh÷ng tÝn hiÖu nµy ®i qua c¸c khèi ph©n biÖt

ngìng kh«ng ®æi 2126, khèi lµm chËm nano gi©y 2058 tíi lèi vµo khëi ph¸t vµ dõng t¬ng øng cña

khèi TAC 2143. KÕt qu¶ lµ mét xung lèi ra h×nh ch÷ nhËt víi ®é réng vµi micro gi©y vµ biªn ®é tû lÖ

víi kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c xung khëi ph¸t vµ dõng. Khi qu¸ tr×nh biÕn ®æi vµ ®o ®îc lÆp l¹i cho c¸c

xung khëi ph¸t vµ dõng th× phæ thêi gian t¨ng lªn trong bé nhí cña khèi ph©n tÝch ®a kªnh. D¹ng phæ sÏ

phô thuéc vµo t¬ng quan thêi gian gi÷a c¸c xung khëi ph¸t vµ dõng. H×nh 1.28 tr×nh bµy phæ thêi gian

thu ®îc tõ nguån 60Co víi ®é ph©n gi¶i thêi gian lµ 1800 ps.

60Co 60Co

104 104

1800 psec 1800 psec

FWHM FWHM

102 102

S S T T N N O O U U C C

CHANNEL CHANNEL

H×nh 1.28. Phæ thêi gian nhËn ®îc cña nguån 60Co sö dông ®Çu dß plastic - b¸n dÉn.

CFD CFD

NaI NaI

PREAMP PREAMP

2126 2126

802-4 802-4

2007 2007

START START

MCA MCA

TIME – TIME –

ANALYZER ANALYZER

2143 2143

CFD CFD

DELAY DELAY

NE111 NE111

PREAMP PREAMP

2126 2126

2058 2058

STOP STOP

2107 2107

1.5.2. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß plastic vµ NaI [2]

H×nh 1.29. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß plastic vµ NaI.

Khi ®Æt nguån chuÈn 60Co vµo gi÷a hai ®Çu dß plastic vµ ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI cña hÖ phæ kÕ trªn

h×nh 1.29 th× tÝn hiÖu tõ hai ®Çu dß sÏ ®îc xö lý qua c¸c khèi ®iÖn tö phÝa sau. KÕt qu¶ còng cho ra phæ

60Co 60Co

104 104

1000 psec 1000 psec

FWHM FWHM

1800 psec 1800 psec

102 102

FWTM FWTM

CHANNEL CHANNEL

S S T T N N O O U U C C

thêi gian nh h×nh 1.30 víi ®é ph©n gi¶i tèt h¬n lµ 1000 ps.

H×nh 1.30. Phæ thêi gian cña 60Co sö dông ®Çu dß plastic - NaI.

1.5.3. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông hai ®Çu dß plastic [2]

DELAY DELAY DELAY

CFD CFD CFD

PREAMP PREAMP PREAMP

2058 2058 2058

2129 2129 2129

2107 2107 2107

START START START

COINC COINC COINC

MCA MCA MCA

Fast Plastic Scintilation Fast Plastic Scintilation

TAC TAC TAC

2144 2144 2144

GATE GATE GATE

Detectors and PMTs Detectors and PMTs

2143 2143 2143

STOP STOP STOP

CFD CFD CFD

DELAY DELAY DELAY

PREAMP PREAMP PREAMP

2129 2129 2129

2058 2058 2058

2107 2107 2107

Fast Plastic Scintillation Detectors and PMTs: ®Çu dß nhÊp nh¸y plastic nhanh vµ c¸c èng nh©n quang

®iÖn.

Coinc: khèi trïng phïng.

MCA: khèi ph©n tÝch ®a kªnh.

TAC: khèi biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é.

H×nh 1.31. HÖ phæ kÕ thêi gian sö dông hai ®Çu dß plastic.

Khi ®Æt nguån chuÈn 60Co vµo gi÷a ®Çu dß nhÊp nh¸y plastic nhanh vµ c¸c èng nh©n quang ®iÖn cña hÖ

phæ kÕ trªn h×nh 1.31 th× tÝn hiÖu tõ hai ®Çu dß sÏ ®îc xö lý qua c¸c khèi ®iÖn tö phÝa sau. KÕt qu¶

60Co 60Co 60Co

104 104 104

200 psec 200 psec 200 psec

FWHM FWHM FWHM

400 psec 400 psec 400 psec

102 102 102

FWTM FWTM FWTM

CHANNEL CHANNEL CHANNEL

S S S T T T N N N O O O U U U C C C

còng cho ra phæ thêi gian nh h×nh 1.32 víi ®é ph©n gi¶i tèt h¬n lµ 400 ps.

H×nh 1.32. Ph©n gi¶i thêi gian cña phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß plastic.

Ch¬ng 2: Kü thuËt trïng phïng vµ hÖ thèng xö lý xung

thêi gian

2.1. Kü thuËt trïng phïng vµ u ®iÓm cña kü thuËt ®ã

2.1.1. Kü thuËt trïng phïng

Cã nhiÒu øng dông trong lÜnh vùc nghiªn cøu h¹t nh©n ®ßi hái sù ®o lêng c¸c sù kiÖn h¹t nh©n

x¶y ra gÇn nh ®ång thêi (cã thÓ gäi lµ trïng phïng) trong hai ®Çu dß trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n

nhÊt ®Þnh hoÆc x¸c ®Þnh thêi gian chªnh lÖch gi÷a hai sù kiÖn h¹t nh©n ®ã. Hai ph¬ng ph¸p ®îc sö

dông trong viÖc ®o lêng c¸c sù kiÖn trïng phïng gamma - gamma, nghiªn cøu s¬ ®å ph©n r· h¹t nh©n,

nghiªn cøu thêi gian sèng cña pozitron, … lµ trïng phïng vµ ®o thêi gian.

Mét hÖ thèng trïng phïng dïng x¸c ®Þnh hai sù kiÖn h¹t nh©n x¶y ra trong mét kho¶ng thêi gian

ng¾n nhÊt ®Þnh. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ ph¬ng ph¸p nµy kh«ng thÓ ph©n tÝch c¸c sù kiÖn trïng phïng

nµy víi ®é chÝnh x¸c 100% do tÝnh chÊt thèng kª vµ do c¸c khèi ®iÖn tö g©y ra c¸c sai sè do nhiÔu, t¹p

©m vµ sai sè bíc. Mét m¹ch trïng phïng ®¬n gi¶n gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy lµ cæng AND hai lèi vµo. Nã

ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c phñ trong ®é réng cña xung vµo vµ x¸c ®Þnh trùc tiÕp thêi gian ph©n gi¶i

TÍN HIỆU VÀO TÍN HIỆU VÀO

TÍN HIỆU RA TÍN HIỆU RA

A A

AND AND

B B

C C

MỨC LOGIC MỨC LOGIC

1 1

A A

0 0

TÍN HIỆU TÍN HIỆU

1 1

VÀO VÀO

B B

0 0

1 1

TÍN HIỆU TÍN HIỆU

C C

0 0

RA RA

cña m¹ch trïng phïng. H×nh 2.1 minh häa nguyªn t¾c c¬ b¶n cña m¹ch trïng phïng. [2]

H×nh 2.1. Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña m¹ch trïng phïng.

Nh trªn h×nh 2.1, cæng AND ph¸t lèi ra “logic 1” chØ khi c¸c xung “logic 1” cã mÆt trªn c¶ hai

lèi vµo A vµ B. Thùc tÕ, lèi ra chØ sinh ra trong kho¶ng thêi gian xung A vµ B phñ nhau. Do ®ã, m¹ch

nµy ®îc gäi lµ trïng phïng phñ.

HÇu hÕt c¸c khèi trïng phïng cung cÊp nhiÒu lèi vµo (thêng lªn tíi bèn) cã thÓ ®îc ®ãng ng¾t

mét c¸ch ®éc lËp. Khi chØ mét lèi vµo ®îc ®ãng, mäi tÝn hiÖu logic lèi vµo ®Òu ®îc ®a tíi lèi ra cña

khèi trïng phïng. KiÓu lµm viÖc nµy cung cÊp mét c¸ch thuËn tiÖn ®Ó ghi tÇn sè ®¬n trong bÊt cø nh¸nh

vµo nµo. Khi hai lèi vµo ®îc ®ãng, khèi ho¹t ®éng nh mét khèi trïng phïng ®¬n gi¶n hai lèi vµo, ba

lèi vµo chuyÓn m¹ch dÉn ®Õn trïng phïng ba lèi vµo, . . .

2.1.2. ¦u ®iÓm cña kü thuËt trïng phïng

- §èi víi c¸c hÖ phæ kÕ n¨ng lîng kh«ng sö dông kü thuËt trïng phïng th× phæ n¨ng lîng thu

®îc sÏ cã ph«ng nÒn cao do t¸n x¹ Compton. Ngoµi ra, phæ thu ®îc sÏ cã nhîc ®iÓm lµ c¸c ®Ønh

n¨ng lîng thÊp, cã cêng ®é nhá cã thÓ bÞ che khuÊt bëi c¸c ®Ønh n¨ng lîng cao vµ cêng ®é lín h¬n.

ThËm chÝ c¸c ®Ønh n¨ng lîng cßn bÞ nÒn Compton che khuÊt. KÕt qu¶, tû sè ®Ønh trªn Compton sÏ

thÊp. Nguyªn nh©n chÝnh lµ do phæ kÕ nµy ghi nhËn tÊt c¶ c¸c sù kiÖn h¹t nh©n x¶y ra trong qu¸ tr×nh

ghi nhËn.

- VÊn ®Ò trªn sÏ ®îc gi¶i quyÕt khi ¸p dông vµo hÖ phæ kÕ kü thuËt trïng phïng b»ng c¸ch dïng

c¸c khèi ®iÖn tö h¹t nh©n nh khèi trïng phïng hay khèi biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é – TAC. Khi

¸p dông kü thuËt trïng phïng vµo viÖc ghi nhËn cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng hay hÖ phæ kÕ thêi gian th×

phæ n¨ng lîng thu ®îc sÏ cã nÒn ph«ng thÊp v× ®· lo¹i bá c¸c sù kiÖn h¹t nh©n kh«ng trïng phïng

nh c¸c t¸n x¹ Compton, c¸c sù kiÖn h¹t nh©n ngÉu nhiªn, . . . chØ ghi nhËn c¸c sù kiÖn h¹t nh©n ®îc

xem lµ trïng phïng (x¶y ra gÇn nh ®ång thêi). KÕt qu¶ lµ c¶i thiÖn ®îc tû sè ®Ønh trªn Compton ®¸ng

kÓ. Bªn c¹nh ®ã, sö dông kü thuËt trïng phïng ta cã thÓ x¸c ®Þnh kh¸ chÝnh x¸c thêi gian chªnh lÖch

gi÷a c¸c sù kiÖn h¹t nh©n trïng phïng (chÝnh x¸c cì pico gi©y). Do ®ã, cã thÓ øng dông ®Ó nghiªn cøu

thêi gian sèng cña pozitron, nghiªn cøu s¬ ®å ph©n r· h¹t nh©n, nghiªn cøu mËt ®é møc n¨ng lîng,….

2.2. Khèi khuÕch ®¹i nhanh läc thêi gian (Time Filter Amplifier - TFA)

2.2.1. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng c¬ b¶n cña khèi TFA [6]

Khèi TFA cã nhiÖm vô t¹o d¹ng xung vµ khuÕch ®¹i c¸c tÝn hiÖu vµo ®Ó cho ra tÝn hiÖu phï hîp

víi c¸c khèi ®iÖn tö phÝa sau. Trong ®ã, nhiÖm vô t¹o d¹ng xung ®ãng vai trß quan träng.

VÒ c¬ b¶n, viÖc t¹o d¹ng xung dùa trªn c¸c m¹ch läc tÇn sè cao - CR (m¹ch läc cao tÇn) vµ

m¹ch läc tÇn sè thÊp - RC (m¹ch läc h¹ tÇn). C¸c m¹ch läc nµy kÕt hîp víi c¸c linh kiÖn tÝch cùc nh

khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o thµnh m¹ch läc tÝch cùc.

Tríc tiªn, tÝn hiÖu qua m¹ch läc tÇn sè cao nh»m lµm t¨ng tû sè tÝn hiÖu/nhiÔu. V× m¹ch nµy cã

t¸c dông lo¹i bít c¸c tÝn hiÖu cã tÇn sè thÊp. C¸c tÝn hiÖu tÇn sè thÊp dÔ bÞ c¸c tÝn hiÖu tÇn sè kh¸c ¶nh

hëng lªn nã vµ cã nhiÒu tÝn hiÖu nhá nªn thêng chøa nhiÒu nhiÔu. Thêi h»ng cña xung ra ®îc ®iÒu

chØnh qua viÖc lùa chän h»ng sè vi ph©n d = CdRd, m¹ch nµy gäi lµ m¹ch vi ph©n.

Cd Cd

Rd Rd

H×nh 2.2. M¹ch läc tÇn sè cao CR.

Sau ®ã, tÝn hiÖu ®i qua m¹ch läc tÇn sè thÊp. Thêi gian t¨ng cña xung ra ®îc ®iÒu chØnh b»ng

h»ng sè tÝch ph©n i = CiRi , m¹ch nµy ®îc gäi lµ m¹ch tÝch ph©n. M¹ch nµy cã t¸c dông lµm gi¶m c¸c

nhiÔu tÇn sè cao nªn còng lµm t¨ng tû sè tÝn hiÖu/nhiÔu v× ë tÇn sè cao dÔ x¶y ra céng hëng lµm t¨ng

Ri Ri

hiÖn tîng ph¶n x¹ sãng ë ®Çu c¸p.

KÕt hîp hai m¹ch vi ph©n CR vµ m¹ch tÝch ph©n RC ta ®îc m¹ch t¹o H×nh 2.3. M¹ch läc tÇn sè thÊp RC.

CiCi Ci

Ri Ri Ri

Cd Cd Cd

Ci Ci Ci

Rd Rd Rd

IN IN

OUT OUT

d¹ng xung ®¬n gi¶n.

H×nh 2.4. CÊu t¹o c¬ b¶n cña m¹ch t¹o dang xung CR-RC.

ChuyÓn m¹ch chän thay ®æi thêi h»ng m¹ch vi ph©n

ChuyÓn m¹ch chän hÖ sè khuÕch ®¹i

Lèi vµo tõ tiÒn khuÕch ®¹i

ChuyÓn m¹ch chän thay ®æi thêi h»ng m¹ch tÝch ph©n

Lèi ra

2.2.2. Khèi TFA 474

H×nh 2.5. MÆt tríc cña khèi TFA 474.

Khèi TFA 474 do h·ng ORTEC s¶n xuÊt. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña TFA 474 vÒ c¬ b¶n gièng

nh c¸c khèi TFA kh¸c. Tuy nhiªn, khi sö dông cÇn quan t©m nh÷ng th«ng sè sau:

- Thay ®æi hÖ sè khuÕch ®¹i tÝn hiÖu (gåm hai nóm chØnh Gain vµ Fine Gain).

- Thay ®æi thêi gian t¨ng cña xung ( nóm INT).

- Thay ®æi thêi gian gi¶m cña xung (nóm DIFF).

Hai chøc n¨ng chÝnh cña TFA 474 lµ khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng xung. Nhng bªn c¹nh ®ã, TFA

474 cßn cã c¸c chøc n¨ng nh ®iÒu chØnh pole-zero, ®iÒu chØnh cùc tÝnh cña xung ë lèi ra (chuyÓn m¹ch

INVERT/NONINVERT: INVERT - ®¶o cùc tÝnh cña xung, NONINVERT - kh«ng ®¶o cùc tÝnh cña

xung).

Tõ kh¶o s¸t thùc nghiÖm cho thÊy h»ng sè tÝch ph©n trong khèi TFA thêng ®îc chän sao cho

thêi gian t¨ng cña xung ë lèi ra ®Òu ®îc lµm chËm h¬n thêi gian t¨ng cña xung ë lèi vµo.

Xung tõ lèi ra cña khèi tiÒn khuÕch ®¹i thay ®æi trong kho¶ng thêi gian kh¸ réng (phô thuéc vµo

kÝch thíc tinh thÓ cña ®Çu dß vµ lo¹i tiÒn khuÕch ®¹i ®îc sö dông). Xung lèi ra nµy cã mÆt t¨ng n»m

trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m nano gi©y, thêi gian gi¶m cña xung n»m trong kho¶ng vµi chôc ®Õn

vµi tr¨m micro gi©y. Do ®ã, chän lùa c¸c tham sè cña khèi TFA lµ rÊt quan träng. NÕu chän h»ng sè

tÝch ph©n (mÆt t¨ng xung) lín qu¸ sÏ lµm cho ®é ph©n gi¶i thêi gian kÐm (xuÊt hiÖn trïng phïng ngÉu

nhiªn) nhng hiÖu suÊt ghi t¨ng (sè xung thu ®îc t¨ng lªn). ViÖc chän h»ng sè vi ph©n chÝnh lµ x¸c

®Þnh thêi gian xung ®Õn ®êng c¬ b¶n vµ cho phÐp xung kÕ tiÕp ®îc quan s¸t, nÕu dµi qu¸ sÏ x¶y ra

qu¸ tr×nh chång chËp xung.

Xung lèi ra cña TFA 474 n»m trong kho¶ng 0 ®Õn ±5 V, nÕu xung lèi vµo n»m trong kho¶ng 0

®Õn 1 V th× sÏ ®îc khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh.

2.3. Khèi ph©n biÖt ngìng kh«ng ®æi (Constant Fraction Discriminator - CFD)

2.3.1. C¸c ®Æc trng chung [6]

Khèi CFD thêng ®îc chÕ t¹o ®Ó phôc vô cho hai øng dông kh¸c nhau:

- Thø nhÊt: ®Õm c¸c xung nhá víi tèc ®é ®Õm cao.

- Thø hai: x¸c ®Þnh thêi gian xung ®Õn víi ®é chÝnh x¸c cao.

Trong kªnh thêi gian, khèi CFD cã vai trß x¸c ®Þnh thêi ®iÓm xung ®Õn, t¹o ra tÝn hiÖu ®Çu vµo

®a ®Õn khèi trïng phïng. CFD lµm t¨ng ®é ph©n gi¶i thêi gian, lo¹i trõ nhiÔu vµ ¶nh hëng cña c¸c tia

gamma mÒm. ViÖc chän gi¸ trÞ ngìng lµ rÊt quan träng, nÕu chän ngìng qu¸ thÊp th× sÏ xuÊt hiÖn

trïng phïng víi c¸c gamma mÒm hoÆc gamma t¸n x¹ gi÷a hai ®Çu dß; cßn nÕu chän ngìng cao qu¸ sÏ

mÊt c¸c chuyÓn dêi gamma cã n¨ng lîng thÊp.

Khèi CFD ho¹t ®éng theo ba chÕ ®é (mode) tïy thuéc vµo kiÓu ®Çu dß.

- Constant - Fraction (CF): chÕ ®é CF dùa trªn tû sè cè ®Þnh.

- Slow Rise Time Reject (SRT): chÕ ®é SRT chän lùa ®Ó lo¹i trõ c¸c xung t¨ng chËm.

- Leading Edge (LE): chÕ ®é LE dùa trªn ph¬ng ph¸p khëi ph¸t mÆt tríc.

Trong chÕ ®é CF vµ SRT cÇn ®Õn thêi gian trÔ (CF dïng trÔ ng¾n kho¶ng 2 ns). Thêi gian trÔ

®îc chän phï hîp víi tõng øng dông cô thÓ. Thêi gian trÔ tæng céng td ®îc tÝnh b»ng tæng thêi gian trÔ bªn trong cña khèi CFD (ttr) víi thêi gian trÔ bªn ngoµi (tng) do khèi trÔ quyÕt ®Þnh. Thêi gian trÔ



ngoµi lÊy tõ khèi trÔ hoÆc d©y trÔ. ChiÒu dµi cña d©y trÔ ®îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc (2.1):

ng 

 t 

(2.1)

Trong ®ã, l lµ chiÒu dµi d©y trÔ,  lµ thêi gian trÔ cña tÝn hiÖu trªn 1m d©y trÔ.

Lèi test chän walk vµ width thÝch hîp

ChuyÓn m¹ch chän c¸c chÕ ®é

Lèi ra ph©n

CF, SRT, LE

cùc d¬ng

Lèi vµo

Lèi ra thêi gian

BiÕn trë ®iÒu chØnh ngìng

2.3.2. Khèi CFD 584

H×nh 2.6. MÆt tríc cña khèi CFD 584.

Khèi CFD 584 cho ®é ph©n gi¶i thêi gian tèt víi hÇu hÕt c¸c ®Çu dß thêng dïng nh HPGe,

NaI(Tl), ….Nã ho¹t ®éng nh mét thiÕt bÞ ph©n biÖt ngìng tÝch ph©n, chØ khi tÝn hiÖu vµo vît ngìng

®Æt tríc th× míi cho tÝn hiÖu lèi ra. Xung lèi vµo CFD 584 n»m trong kho¶ng - 5 ®Õn 0 V. CFD 584

cho bèn lèi ra:

- Hai lèi ra xung logic ©m, ®é réng 5 ns.

- Mét lèi ra xung logic d¬ng, lèi nµy ®îc nèi víi ®Çu vµo cña khèi trïng phïng.

- Mét lèi ra Blocking ®Ó tinh chØnh.

- Mét lèi ra time walk.

Ngìng CFD 584 n»m trong d¶i - 5 mV tíi -1 mV, cßn ngìng ngoµi (®iÒu chØnh b»ng biÕn trë

tinh chØnh ngìng - threshold) n»m trong d¶i 0 mV tíi 1 V. Khi ®iÒu chØnh biÕn trë Threshold ë 0 mV,

ngìng c¾t thùc tÕ cña khèi CFD 584 lµ -1 mV.

Khi dïng CFD, ®iÒu quan träng lµ chän ®îc ngìng, thêi gian trÔ tèi u nhÊt øng víi tõng chÕ

®é vµ tõng øng dông cô thÓ. Ta ®i nghiªn cøu chi tiÕt tõng chÕ ®é:

CF: thêng ®îc dïng víi c¸c ®Çu dß (nh ®Çu dß fast plastic) cã c¸c tÝn hiÖu lèi ra tháa m·n:

thêi gian t¨ng ng¾n vµ ®é biÕn thiªn thêi gian t¨ng nhá. Víi CFD 584 cã hÖ sè suy gi¶m f = 0,2 (cã thÓ

thay ®æi nÕu cÇn thiÕt). ChÕ ®é nµy ho¹t ®éng theo ph¬ng ph¸p ARC (Amplitude and Risetime

Compensation - kü thuËt ®iÒu chØnh biªn ®é vµ thêi gian t¨ng). Do ®ã, thêi gian trÔ ph¶i rÊt nhá.

SRT: thêng dïng c¸c xung ra tháa m·n ®iÒu kiÖn: ®é biÕn thiªn cña thêi gian t¨ng n»m trong

d¶i réng. ChÕ ®é nµy phï hîp víi ®Çu dß b¸n dÉn Ge. Khi ho¹t ®éng ë chÕ ®é SRT th× ngìng CFD ph¶i

thÊp. NÕu ®Æt ngìng cao qu¸ sÏ cã nhiÒu tÝn hiÖu lèi vµo bÞ lo¹i v× cã nhiÒu tÝn hiÖu c¾t ngìng sau

thêi ®iÓm tcfd. ¦u ®iÓm cña chÕ ®é SRT lµ lµm t¨ng ®é ph©n gi¶i thêi gian nhng cã nhîc ®iÓm lµ lµm

gi¶m hiÖu suÊt ®Õm.

LE: thêng dïng víi ®Çu dß cho c¸c xung ra nhanh, cã biªn ®é hay thêi gian t¨ng biÕn thiªn

nhá. Khi ë chÕ ®é nµy th× kh«ng dïng ph¬ng ph¸p tû sè cè ®Þnh. TÝn hiÖu ra xuÊt hiÖn khi mÆt tríc

cña xung vµo c¾t ngìng CFD.

2.4. Khèi biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é (Time to Amplitude Converter - TAC)

Constant – current Constant – current source source

I I

Buffer Amplifier Buffer Amplifier

Stop Stop

Output Output Amplifier Amplifier

Linear Linear

v v

Gate Gate

A = 1 A = 1

Output Output

(to MCA) (to MCA)

Start Start

Converter Converter Capacitor Capacitor

2.4.1. S¬ ®å chøc n¨ng cña TAC [2]

Constant current source: nguån dßng kh«ng ®æi.

Converter capacitor: tô cña bé biÕn ®æi. Buffer amplifier: bé khuÕch ®¹i ®Öm.

Linear gate: cæng tuyÕn tÝnh. Output amplifier: khuÕch ®¹i ra.

Output (to MCA): lèi ra ( tíi MCA).

H×nh 2.7. S¬ ®å chøc n¨ng cña TAC.

2.4.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña TAC

Cã hai lo¹i TAC: TAC sö dông ph¬ng ph¸p phñ vµ TAC lo¹i “Start – Stop”.

2.4.2.1. TAC lo¹i sö dông ph¬ng ph¸p phñ

Ph¬ng ph¸p phñ dùa trªn viÖc cung cÊp c¸c xung “start” vµ “stop” cã d¹ng vu«ng gãc chuÈn

cho bé biÕn ®æi vµ ®o diÖn tÝch phñ gi÷a hai xung. NÕu hai xung lµ trïng phïng, chång nhau hoµn toµn,

trong khi ®ã nÕu chóng ®îc t¸ch biÖt nhau b»ng biªn ®é xung th× kh«ng chång nhau. Do ®ã, nÕu xung

ra ®îc ph¸t ra cã biªn ®é liªn quan víi diÖn tÝch chång nhau th× biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é ®îc

thùc hiÖn. VÒ c¬ b¶n s¬ ®å phñ lµ rÊt nhanh so víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c. Tuy nhiªn, TAC lo¹i nµy cã

®Æc trng tuyÕn tÝnh vµ ®é chÝnh x¸c tåi. Do ®ã, TAC lo¹i nµy chØ ®îc sö dông chñ yÕu trong c¸c øng

dông ë ®ã tÇn sè ®Õm cùc ®¹i ®îc quan t©m.

2.4.2.2. TAC lo¹i "Start - Stop"

Xung “Start” b¾t ®Çu ho¹t ®éng m¹ch nh n¹p cho mét tô nhê mét nguån dßng kh«ng ®æi. T¸c

®éng nµy tiÕp tôc cho ®Õn khi bÞ dõng b»ng xung “stop”. Dßng kh«ng ®æi ph¸t ra mét thÕ r¨ng ca, nã

bÞ dõng l¹i t¹i mét biªn ®é trong kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c xung “start” vµ “stop”. TAC lo¹i nµy cã ®Æc

trng tuyÕn tÝnh tèt h¬n so víi lo¹i sö dông ph¬ng ph¸p phñ. Do ®ã, TAC lo¹i nµy ®îc sö dông phæ

biÕn trong c¸c phÐp ®o thêi gian th«ng thêng. H¬n thÕ n÷a, TAC lo¹i nµy cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c cao

v× nã sö dông kü thuËt t¬ng tù ®Ó biÕn c¸c kho¶ng thêi gian nhá thµnh biªn ®é xung. ChÝnh v× vËy,

TAC nµy ®îc sö dông trong øng dông thêi gian yªu cÇu ®é chÝnh x¸c pico gi©y.

Ch¬ng 3: Thùc nghiÖm

3.1. Kh¸i qu¸t ch¬ng tr×nh thu nhËn sè liÖu dïng 7811R vµ ch¬ng tr×nh xö lý phæ OriginPro

7.5

3.1.1. Ch¬ng tr×nh thu nhËn sè liÖu dïng 7811R

Ch¬ng tr×nh ho¹t ®éng theo hai chÕ ®é ®o:

- ChÕ ®é MCA

- ChÕ ®é Event-Event

§Ó chän chÕ ®é ®o, ta Click chuét vµo tab cña chÕ ®é ®ã.

H×nh 3.1. Tab chän chÕ ®é MCA hay Event-Event.

3.1.1.1. ChÕ ®é MCA

ChÕ ®é nµy cho phÐp ®o vµ hiÓn thÞ ®ång thêi nhiÒu phæ. §Ó ph©n biÖt c¸c phæ gi÷a c¸c kªnh

kh¸c nhau, ta cã thÓ chän mµu cho tõng phæ qua c«ng cô chän mµu ë gãc trªn bªn ph¶i cña ch¬ng

tr×nh.

H×nh 3.2. Giao diÖn cña ch¬ng tr×nh trong chÕ ®é MCA.

C¸c thµnh phÇn trªn giao diÖn cña ch¬ng tr×nh trong chÕ ®é MCA

- C¸c nót lÖnh ®Ó lu vµ më phæ:

Nót më phæ Nót më phæ

Nót lu phæ Nót lu phæ

Hép ®êng dÉn vµ tªn phæ Hép ®êng dÉn vµ tªn phæ

H×nh 3.3. C¸c nót lu vµ më phæ.

- C¸c nót chøc n¨ng ®Ó xãa phæ:

H×nh 3.4. C¸c nót ®Ó xãa phæ.

Nót bËt / t¾t chÕ ®é MCA Nót bËt / t¾t chÕ ®é MCA

Nót b¾t ®Çu ®o cho tõng kªnh Nót b¾t ®Çu ®o cho tõng kªnh

- C¸c nót chøc n¨ng ®Ó bËt t¾t chÕ ®é MCA vµ chän kªnh b¾t ®Çu ®o:

H×nh 3.5. C¸c nót khëi ®éng ®o.

- Hép ®Æt thêi gian ®o (®¬n vÞ lµ gi©y):

H×nh3.6. Textbox ®Æt thêi gian ®o.

- Hép hiÓn thÞ sù thay ®æi c¸c tham sè cña kªnh ADC1, ADC2 gåm dead time (thêi gian chÕt),

count rate (tèc ®é ®Õm), live time (thêi gian thùc), total count (tæng sè ®Õm).

H×nh 3.7. Textbox hiÓn thÞ sù thay ®æi c¸c

tham sè.

- C¸c nót lÖnh dïng ®Ó phãng to vµ thu nhá phæ, thay ®æi vïng hiÓn thÞ:

H×nh 3.8. C¸c nót chøc n¨ng phãng to vµ thu nhá phæ.

- Vïng hiÓn thÞ cña phæ:

H×nh 3.9. Vïng hiÓn thÞ phæ.

3.1.1.2. ChÕ ®é Event-Event

H×nh 3.10. Cöa sæ ch¬ng tr×nh trong chÕ ®é Event-Event.

C¸c thµnh phÇn trªn giao diÖn cña ch¬ng tr×nh trong chÕ ®é Event-Event

- C¸c nót khëi ®éng vµ tho¸t chÕ ®é ®o:

H×nh 3.11. C¸c nót ®iÒu khiÓn.

- Hép textbox cho phÐp ghi thêi gian lµm chËm (Delay Time (μs)) vµ ®é réng xung (Pulse Width

(ns)):

H×nh 3.12. Hép textbox cho phÐp ®Æt thêi gian lµm chËm vµ ®é

réng xung.

- Hép textbox cho phÐp ®Æt thêi gian ®ång hå c¸c ADC:

H×nh 3.13. Hép textbox cho phÐp ®Æt thêi gian ®ång hå c¸c ADC.

- Hép tho¹i cho phÐp gâ ®êng dÉn lu sè liÖu vµ tªn file d÷ liÖu hiÖn hµnh:

H×nh 3.14. Hép tho¹i lu tr÷ d÷ liÖu.

- Hép tho¹i hiÓn thÞ c¸c gi¸ trÞ cña ADC hiÖn hµnh trong qu¸ tr×nh ®o:

H×nh 3.15. Hép hiÓn thÞ c¸c gi¸ trÞ ADC.

- Hép hiÓn thÞ c¸c tÝn hiÖu, nÕu ®Ìn xanh s¸ng lªn ë díi TAC cho biÕt cã TAC, cßn ®Ìn xanh

s¸ng lªn ë díi DATA lµ b¸o cho biÕt cã d÷ liÖu.

H×nh 3.16. Hép tho¹i hiÓn thÞ tÝn hiÖu.

- Vïng hiÓn thÞ phæ tæng:

H×nh 3.17. §å thÞ hiÓn thÞ phæ tæng.

3.1.2. Ch¬ng tr×nh xö lý phæ OriginPro 7.5

OriginPro 7.5 lµ ch¬ng tr×nh cho phÐp thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc trong lÜnh vùc phæ häc, thiÕt kÕ

vµ c¸c lÜnh vùc kh¸c. Trong ®ã, c«ng viÖc quan träng lµ vÏ phæ vµ ph©n tÝch c¸c ®Ønh cña phæ thu ®îc.

OriginPro 7.5 cung cÊp c¸c c«ng cô cÇn thiÕt ®Ó ph©n tÝch ®Ønh nh:

- Thèng kª sè liÖu vµ vÏ phæ.

- ChuÈn n¨ng lîng.

- Läc sè liÖu.

- Tù ®éng hay b»ng tay t×m ®êng ph«ng hoÆc x¸c ®Þnh ®Ønh.

- Khíp ®Ønh b»ng c¸c hµm khíp ®· thiÕt kÕ s½n.

- XuÊt c¸c ®¹i lîng ®Æc trng nh ®é cao ®Ønh, diÖn tÝch ®Ønh, ®é ph©n gi¶i, . . .

Cöa sæ lµm viÖc cña ch¬ng tr×nh ®îc chØ ra trªn h×nh 3.18.

H×nh 3.18. Giao diÖn cña ch¬ng tr×nh OriginPro 7.5.

Thanh Menu cung cÊp c¸c lÖnh cho phÐp c¸c thao t¸c trong cöa sæ nh më hay lu mét tËp tin,

nhËp sè liÖu, thèng kª vµ vÏ ®å thÞ, v.v…

H×nh 3.19. Thanh menu khi cöa sæ sè liÖu ®îc chän.

H×nh 3.20. Thanh menu khi cöa sæ ®å thÞ ®îc chän.

Thanh c«ng cô vµ c¸c chøc n¨ng cña mét sè c«ng cô c¬ b¶n ®îc chØ ra trªn h×nh 3.21

Më mét Më mét

Më ma Më ma

C¸c nót më vµ C¸c nót më vµ lu tËp tin lu tËp tin

trang lµm viÖc míi trang lµm viÖc míi

Më mét Më mét

Phãng to, thu Phãng to, thu nhá phæ nhá phæ

trËn míi trËn míi

project míi project míi

Më mét Më mét

VÏ ®å thÞ míi VÏ ®å thÞ míi

C¸c nót nhËp C¸c nót nhËp sè liÖu sè liÖu

trang excel míi trang excel míi

H×nh 3.21. Thanh c«ng cô.

§Ó xem c¸c ®Æc trng cña phæ nh h×nh d¹ng, ®é cao, diÖn tÝch, … cña phæ hay ghi chó thÝch, vÏ

Chän vïng Chän vïng quan t©m cña quan t©m cña phæ ®Ó khíp phæ ®Ó khíp

VÏ mòi tªn VÏ mòi tªn

Phãng to phæ Phãng to phæ

§äc ®é cao §äc ®é cao ®Ønh phæ ®Ønh phæ

Thu nhá phæ Thu nhá phæ

§¸nh v¨n b¶n §¸nh v¨n b¶n

VÏ VÏ ®êng ®êng th¼ng th¼ng

c¸c c¸c h×nh häc c¬ b¶n th× OriginPro cung cÊp thªm thanh c«ng cô Tools nh h×nh 3.22.

H×nh 3.22. Thanh c«ng cô Tools.

* C¸ch vÏ vµ xö lý mét phæ b»ng ch¬ng tr×nh OriginPro 7.5

- Bíc mét: Më ch¬ng tr×nh OriginPro 7.5 b»ng c¸ch click ®«i vµo biÓu tîng ch¬ng tr×nh sau

khi ®· cµi ®Æt.

- Bíc hai: NhËp sè liÖu thu ®îc tõ ch¬ng tr×nh thu nhËn sè liÖu dïng 7811R b»ng c¸ch click

vµo c¸c nót c«ng cô nhËp sè liÖu (cô thÓ lµ nót Import ASCII ) råi chän tËp tin cÇn nhËp vµo.

- Bíc ba: Thèng kª c¸c sè liÖu ®· nhËp tõ b¶ng sè liÖu DATA b»ng c¸ch click chän cét A(X)

hay B(Y) råi vµo Statistics tõ thanh menu, chän Descriptive  Frequency Count… chän From

Minimum: 0 vµ Step Size :1  OK. Ta sÏ ®îc mét b¶ng thèng kª COUNT.

- Bíc bèn: Chän cét BinCtr(X) vµ Count(Y) tõ b¶ng COUNT  Plot (hay click ph¶i vµ chän

Plot)  chän c¸c kiÓu ®å thÞ muèn vÏ (Line: ®êng, scatter: ®iÓm, …) Ta sÏ ®îc mét ®å thÞ biÓu

diÔn phæ.

- Bíc n¨m: dïng c¸c c«ng cô trong thanh c«ng cô Tools ®Ó biÕt c¸c ®Æc trng cña phæ (nÕu c¸c

sè liÖu ®· chuÈn).

+ Dïng c«ng cô Zoom In ®Ó phãng to phÇn phæ cÇn quan s¸t råi click chän c«ng cô Screen

Reader ®Ó xem ®é cao cña mét vÞ trÝ bÊt k× nµo ®ã.

+ Dïng c«ng cô Data Selector ®Ó chän mét vïng cña phæ (®Ønh phæ). Sau ®ã, khíp ®Ønh phæ

®Ó nhËn c¸c th«ng tin cña nã nh ®é cao cña ®Ønh phæ, diÖn tÝch ®Ønh, ®é ph©n gi¶i, … b»ng c¸ch chän

®Ønh phæ b»ng c«ng cô Data Selector  Analysis tõ thanh Menu  chän hµm cÇn ®Ó khíp (nÕu ®Ønh

phæ cã d¹ng Gauss th× chän Fit Gaussian). Ta sÏ ®îc mét ®å thÞ víi mét ®Ønh phæ ®· khíp l¹i víi c¸c

th«ng sè nªu trªn.

3.2. S¬ ®å khèi vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®o

bøc x¹ gamma cña nguån 60Co

HV HV 660 660

AMP AMP 572A 572A

ADC ADC 7072 7072

TFA TFA 474 474

CFD CFD 584 584

GC GC 1518 1518

60Co 60Co

PC PC

TAC TAC 566 566

ADC ADC 8713 8713

Delay Delay

TFA TFA 474 474

CFD CFD 584 584

Inter Inter Tech- Tech- nique nique

I I N N T T E E R R F F A A C C E E

AMP AMP 572A 572A

ADC ADC 7072 7072

HV HV 660 660

3.2.1. S¬ ®å khèi

H×nh 3.23. S¬ ®å phæ kÕ thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe

3.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng

C¸c bøc x¹ gamma ph¸t ra tõ mÉu ®o ®Õn t¬ng t¸c víi hai ®Çu dß ®îc ®Æt ®èi diÖn nhau. KÕt

qu¶, t¹i lèi ra cña hai ®Çu dß cho ra tÝn hiÖu. Hai tÝn hiÖu ë lèi ra T (Timing) sÏ ®îc ®a ®Õn khèi

khuÕch ®¹i nhanh läc thêi gian TFA 474. Khèi ®iÖn tö nµy sÏ cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng xung

lo¹i trõ nhiÔu, ¶nh hëng cña c¸c gamma mÒm vµ lùa chän thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña c¸c xung trïng

phïng. Do ®ã, viÖc chän lùa gi¸ trÞ ngìng cña khèi CFD 584 lµ rÊt quan träng, v× nÕu thÊp qu¸ sÏ xuÊt

hiÖn trïng phïng víi ph«ng gamma mÒm hoÆc gamma t¸n x¹ gi÷ hai ®Çu dß, nÕu cao qu¸ th× sÏ mÊt c¸c

chuyÓn dêi cã n¨ng lîng thÊp. §Ó cho tÝn hiÖu lèi ra ë hai khèi CFD 584 cã sù ®ång bé th× tÝn hiÖu

trªn mét nh¸nh sÏ ®îc lµm chËm b»ng khèi lµm chËm Delay víi thêi gian trÔ lµ 40 ns råi míi ®a ®Õn

khèi biÕn ®æi thêi gian thµnh biÕn ®é TAC 566. Thêi gian trÔ cña TAC ®îc ®Æt ë thang 500 ns. Víi

thu nhËn d÷ liÖu Interface (Interface-NI7811R).

3.2.3. ThÝ nghiÖm vµ kÕt qu¶

3.2.3.1. M« t¶ thÝ nghiÖm

- Bè trÝ vµ l¾p ®Æt hÖ phæ kÕ thêi gian nh h×nh 3.23.

- Lªn cao ¸p cho ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518 vµ Inter - Technique (1750 V vµ 2500 V) vµ

chuÈn hÖ ®o.

- §Æt nguån 60Co ho¹t ®é 2,65 μCi gi÷a hai ®Çu dß.

- Khëi ®éng ch¬ng tr×nh ®o vµ thu nhËn sè liÖu.

- ChuÈn n¨ng lîng cho tõng kªnh ®o.

- Xö lý: tÝnh to¸n, vÏ phæ thêi gian vµ c¸c tham sè thu ®îc b»ng ch¬ng tr×nh OriginPro 7.5.

3.2.3.2. KÕt qu¶

45 ns 45 ns

m m Õ Õ ® ® è è S S

Thêi gian (ns) Thêi gian (ns)

H×nh 3.24. Phæ thêi gian cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ thêi gian sö dông hai ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 113 phót, ®é ph©n gi¶i thêi gian 45 ns.

3.3. S¬ ®å khèi vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña phæ kÕ n¨ng lîng sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®o

bøc x¹ gamma cña nguån 60Co vµ 22Na

60Co 60Co

INTERFACE INTERFACE

PC PC

AMP AMP 572A 572A

HPGe HPGe Detector Detector

ADC ADC 7072 7072

HV HV 660 660

3.3.1. S¬ ®å khèi

H×nh

3.25. S¬ ®å hÖ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông ®Çu dß HPGe.

3.3.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng

TÝn hiÖu tõ ®Çu dß HPGe GC 1518 hay Inter - Technique ®îc ®a tíi khèi khuÕch ®¹i AMP

572A ®Ó khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng xung thÝch hîp cho c¸c khèi ®iÖn tö sau xö lý. TÝn hiÖu ra khái khèi

khuÕch ®¹i AMP 572A ®îc ®a vµo khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè ADC 7072. ADC ®îc nèi víi

3.3.3. ThÝ nghiÖm vµ kÕt qu¶

3.3.3.1. M« t¶ thÝ nghiÖm

- Bè trÝ vµ l¾p ®Æt hÖ phæ kÕ n¨ng lîng nh h×nh 3.25.

- Lªn cao ¸p cho ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518 hay Inter - Technique

(1750 V hay 2500 V) vµ chuÈn hÖ ®o.

- §Æt nguån 60Co hay 22Na (ho¹t ®é 60Co 2,65 μCi hay 22Na 0,0056 μCi) tríc ®Çu dß b¸n dÉn.

- Khëi ®éng ch¬ng tr×nh ®o vµ thu nhËn sè liÖu.

- ChuÈn n¨ng lîng cho tõng kªnh ®o.

- Xö lý: tÝnh to¸n, vÏ phæ n¨ng lîng vµ c¸c tham sè thu ®îc b»ng ch¬ng tr×nh OriginPro

7.5.

3.3.3.2. KÕt qu¶

1173 1173

1332 1332

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

H×nh 3.26. Phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 27 phót 32 gi©y.

1173 1173

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

1332 1332

H×nh 3.27. §Ønh quang 1173 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 27 phót

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

32 gi©y.

H×nh 3.28. §Ønh quang 1332 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 27 phót 32 gi©y. B¶ng 3.1. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc

ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 27 phót

32 gi©y.

N¨ng lîng 1173 (keV) 1332(keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 667576 ± 7196 602491 ± 6944

§é cao ®Ønh 125820 112900

Tû sè ®Ønh/Compton 13,5

511 511

m m ế ế đ đ ố ố S S

1274 1274

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

H×nh 3.29. Phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng

511 511

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

H×nh 3.30. §Ønh quang 511 keV cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng

phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 52

phót 35 gi©y.

1274 1274

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

H×nh 3.31. §Ønh quang 1274 keV cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng

B¶ng 3.2. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc

ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng th«ng thêng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe víi thêi gian ®o 52 phót

35 gi©y.

N¨ng lîng 511 (keV) 1274(keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 5742 ± 113 1866 ± 37

§é cao ®Ønh 960 311

3.4. S¬ ®å khèi vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn

HPGe ®o bøc x¹ gamma cña nguån 60Co vµ 22Na

3.4.1. S¬ ®å khèi

HV HV 660 660

AMP AMP 572A 572A

ADC ADC 7072 7072

TFA TFA 474 474

CFD CFD 584 584

GC GC 1518 1518

60Co 60Co

PC PC

TAC TAC 566 566

ADC ADC 8713 8713

Delay Delay

TFA TFA 474 474

CFD CFD 584 584

Inter Inter Tech- Tech- nique nique

I I N N T T E E R R F F A A C C E E

AMP AMP 572A 572A

ADC ADC 7072 7072

HV HV 660 660

H×nh 3.32. S¬ ®å hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe.

3.4.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng

TÝn hiÖu tõ lèi ra n¨ng lîng cña hai ®Çu dß b¸n dÉn GC1518 vµ Inter - Technique ®îc truyÒn

®Õn lèi vµo cña hai khèi khuÕch ®¹i phæ AMP 572A. Cïng lóc ®ã, tÝn hiÖu tõ lèi ra thêi gian cña hai

®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®îc truyÒn ®Õn lèi vµo cña hai khèi khuÕch ®¹i thêi gian cã läc TFA 474. TÝn

biÖt ngìng kh«ng ®æi CFD 584. TÝn hiÖu cña lèi ra cña hai khèi CFD 584 sÏ ®a ®Õn hai lèi vµo cña

khèi TAC 566 (cæng Start vµ cæng Stop). Tuy nhiªn, trong hai ®êng tÝn hiÖu trªn th× cã mét ®êng tÝn

hiÖu ®îc lµm chËm b»ng c¸ch cho qua khèi Delay (víi thêi gian lµm chËm lµ 40 ns) tríc khi vµo khèi

TAC 566 ®Ó hai tÝn hiÖu lÖch nhau mét kho¶ng thêi gian (trong kho¶ng 500 ns). Trong khi ®ã, tÝn hiÖu

ra tõ hai khèi khuÕch ®¹i phæ AMP 572A ®îc dÉn ®Õn lèi vµo cña hai khèi ADC 7072. Cæng ra cña

khèi TAC 566 ®îc nèi víi khèi ADC 8713 ®Ó truyÒn tÝn hiÖu khi TAC ®· biÕn ®æi tÝn hiÖu thêi gian.

Lèi ra cña ba ADC ®Òu ®îc nèi víi card thu nhËn d÷ liÖu Interface. Lèi ra Valid ST ®îc nèi víi card

thu nhËn d÷ liÖu Interface (Interface-NI7811R) ®Ó t¸c ®éng vµo Gate cña ba ADC cho phÐp qu¸ tr×nh

biÕn ®æi (khi h×nh thµnh xung d¬ng TTL cã ®é réng thay ®æi tõ 5 ®Õn 20 μs); cho phÐp c¸c ADC thùc

khèi thu nhËn d÷ liÖu Interface.

3.4.3. ThÝ nghiÖm vµ kÕt qu¶

3.4.3.1. M« t¶ thÝ nghiÖm

- Bè trÝ vµ l¾p ®Æt hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian nh h×nh 3.32.

- Lªn cao ¸p cho ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518 vµ Inter - Technique (1750 V vµ 2500 V) vµ

chuÈn hÖ ®o.

- §Æt nguån 60Co hay 22Na (ho¹t ®é 60Co 2,65 μCi hay 22Na 0,0056 μCi) gi÷a hai ®Çu dß b¸n

dÉn.

- Khëi ®éng ch¬ng tr×nh ®o vµ thu nhËn sè liÖu.

- ChuÈn n¨ng lîng cho tõng kªnh ®o.

- Xö lý: tÝnh to¸n, vÏ phæ n¨ng lîng vµ c¸c tham sè thu ®îc b»ng ch¬ng tr×nh OriginPro

7.5.

3.4.3.2. KÕt qu¶

3.4.3.2.1. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ghi phæ n¨ng lîng gamma cña nguån 60Co vµ 22Na b»ng phæ kÕ

n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß HPGe víi ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng

1173 1173

1332 1332

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

 §èi víi 60Co ho¹t ®é lµ 2,65 μCi, thêi gian ®o 113

phót.

H×nh 3.33. Phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi

gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 113

1173 1173

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

phót.

H×nh 3.34. §Ønh quang 1173 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng

1332 1332 Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 113 phót.

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-

H×nh 3.35. §Ønh quang 1332 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng

- thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o

113 phót.

B¶ng3.3. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi

b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi

TAC 566 víi thêi gian ®o 113 phót.

N¨ng lîng 1173 (keV) 1332 (keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 23492 ± 792 21040 ± 1305

§é cao ®Ønh 6914 5709

Tû sè ®Ønh/Compton 38,3

511 511 511

511 511

m m m ế ế ế đ đ đ

m m ế ế đ đ

ố ố ố S S S

ố ố S S

1274 1274 1274

1274 1274

Năng lượng (KeV) Năng lượng (KeV) Năng lượng (KeV)

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

 §èi víi 22Na ho¹t ®é 0,0056 μCi, thêi gian ®o 13 giê 28 phót.

H×nh 3.36. Phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng -

thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o

13 giê 28 phót.

B¶ng 3.4. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc

ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ

khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 13 giê 28 phót.

N¨ng lîng (keV) 511 (keV) 1274 (keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 12674± 231 329 ± 58

§é cao ®Ønh 2393 115

3.4.3.2.2. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ghi phæ n¨ng lîng gamma cña nguån 60Co vµ 22Na b»ng phæ kÕ

n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß HPGe víi ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng

Víi cÊu h×nh ®o vµ thêi gian ®o nh nhau, b»ng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng

phïng th× phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co vµ 22Na thu ®îc cã nÒn Compton ®îc h¹ xuèng rÊt thÊp.

 §èi víi 60Co ho¹t ®é 2,65 μCi, thêi gian ®o 113 phót.

1173 1173

1332 1332

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

KÕt qu¶, tû sè ®Ønh/Compton ®¹t gi¸ trÞ rÊt cao.

H×nh 3.39. Phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi

gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 113

phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

1173 1173

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

H×nh 3.40. §Ønh quang 1173 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng

- thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o

1332

m ế đ ố S

Năng lượng (keV)

113 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

H×nh 3.41. §Ønh quang 1332 keV cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ

kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ

B¶ng 3.5. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 113 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung

b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi trïng phïng).

TAC 566 víi thêi gian ®o 113 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

N¨ng lîng (keV) 1173 (keV) 1332 (keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 2300± 132 3626 ± 65

§é cao ®Ønh 1562 804

 §èi víi 22Na ho¹t ®é 0,0056 μCi, thêi gian ®o 13 giê 28 phót .

511 511

m m ế ế đ đ ố ố S S

1274 1274

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

511

m ế đ ố S

Năng lượng (keV)

Tû sè ®Ønh/Compton 4542

H×nh 3.42. Phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng

phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-

Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 13 giê 28 phót (dïng ph¬ng ph¸p

céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

H×nh 3.43. §Ønh quang 511 keV cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng

lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ khèi TAC 566 víi thêi

1274 1274

m m ế ế đ đ ố ố S S

Năng lượng (keV) Năng lượng (keV)

gian ®o 13 giê 28 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

H×nh 3.44. §Ønh quang 1274 keV cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc ghi b»ng

phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique

vµ khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 13 giê 28 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c

xung trïng phïng).

B¶ng 3.6. C¸c tham sè thu ®îc tõ phæ n¨ng lîng cña nguån 22Na (ho¹t ®é 0,0056 μCi) ®îc

ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe GC 1518, Inter-Technique vµ

khèi TAC 566 víi thêi gian ®o 13 giê 28 phót (dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng).

N¨ng lîng (keV) 511 (keV) 1274 (keV)

DiÖn tÝch ®Ønh 9374± 101 300 ± 13

§é cao ®Ønh 1882 101

3.5. So s¸nh phæ n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng lîng thêng vµ phæ n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng

lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe

3.5.1. So s¸nh phæ n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe vµ phæ

n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian (sö dông ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng)

13000 13000

1 1

12000 12000

11000 11000

10000 10000

1173 1173

9000 9000

8000 8000

1332 1332

7000 7000

6000 6000

m m e e d d m m o o Õ Õ S S ® ® è è S S

5000 5000

4000 4000

3000 3000

2 2

2000 2000

1000 1000

0 0

800 800

1000 1000

1200 1200

1400 1400

Nang luong (keV) Nang luong (keV) N¨ng lîng ( keV) N¨ng lîng ( keV)

H×nh 3.45. Phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng

phæ kÕ n¨ng lîng thêng dïng mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe (1) vµ phæ kÕ n¨ng

lîng - thêi gian sö dông ph¬ng ph¸p trïng phïng th«ng thêng (2).

Tõ h×nh 3.45, b¶ng 3.1 vµ b¶ng 3.3 ta nhËn thÊy víi phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian th× phæ n¨ng

lîng thu ®îc cã nÒn Compton h¹ thÊp h¬n ®¸ng kÓ. Cô thÓ, tû sè ®Ønh trªn Compton ®èi víi phæ n¨ng

lîng thu ®îc b»ng phæ kÕ n¨ng lîng thêng dïng mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe lµ 13,5 cßn phæ n¨ng

lîng thu ®îc b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian ®¹t 38,3. Tuy nhiªn, thêi gian ®o b»ng hÖ phæ kÕ

dÉn HPGe v× hÖ phæ kÕ nµy ®· lo¹i bá c¸c sù kiÖn kh«ng trïng phïng vµ sù kiÖn trïng phïng ngÉu

nhiªn.

3.5.2. So s¸nh phæ n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ph¬ng ph¸p trïng

phïng thêng vµ phæ n¨ng lîng tõ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ph¬ng ph¸p céng biªn

®é c¸c xung trïng phïng

1173 1173

1332 1332

m m Õ Õ ® ®

è è S S

2 2

3 3

1800 1800 1700 1700 1600 1600 1500 1500 1400 1400 1300 1300 1200 1200 1100 1100 1000 1000 900 900 800 800 700 700 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 0 0

800 800

900 900

1000 1000

1100 1100

1200 1200

1300 1300

1400 1400

1500 1500

N¨ng lîng ( keV) N¨ng lîng ( keV)

H×nh 3.46. Phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co (ho¹t ®é 2,65 μCi) ®îc ghi b»ng phæ kÕ n¨ng

lîng - thêi gian dïng hai ®Çu dß b¸n dÉn HPGe sö dông ph¬ng ph¸p trïng phïng th«ng

thêng (2) vµ ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng (3).

Tõ h×nh 3.46, b¶ng 3.3 vµ b¶ng 3.5 ta cã nhËn xÐt: khi ghi phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co víi

thêi gian ®o vµ cÊu h×nh hÖ ®o lµ nh nhau nhng sö dông hai ph¬ng ph¸p kh¸c nhau th× víi ph¬ng

ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng cho phæ n¨ng lîng cã nÒn Compton gÇn nh kh«ng cßn vµ

c¸c ®Ønh quang ®îc hiÖn ra rÊt râ trªn nÒn Compton rÊt thÊp. Do ®ã, tû sè ®Ønh trªn Compton ®¹t gi¸ trÞ

rÊt lín. Cô thÓ, tû sè ®Ønh trªn Compton ®èi víi ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng ®¹t

4542, trong khi ®ã víi ph¬ng ph¸p trïng phïng th«ng thêng chØ ®¹t 38,3.

Nh vËy, tû sè ®Ønh trªn Compton khi ghi b»ng phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ph¬ng

ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng lín h¬n tû sè ®Ønh trªn Compton khi ghi b»ng phæ kÕ n¨ng

lîng - thêi gian sö dông ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng lµ 118,6 lÇn. §iÒu ®ã cho thÊy u ®iÓm rÊt

lín cña ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng khi ghi nhËn b»ng hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi

gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe vµ viÖc phæ biÕn hÖ phæ kÕ nµy lµ cÇn thiÕt.

KÕt luËn

Qua qu¸ tr×nh kh¶o s¸t vµ tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trªn hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông

vÊn ®Ò sau:

- N¾m ®îc c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n vÒ an toµn bøc x¹ khi lµm viÖc víi c¸c nguån phãng x¹.

- T×m hiÓu vµ biÕt ®îc nguyªn t¾c ho¹t ®éng c¬ b¶n còng nh nh÷ng chøc n¨ng chÝnh cña c¸c

khèi ®iÖn tö trong hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe.

- BiÕt ®îc c¸ch kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö trong hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß

b¸n dÉn HPGe.

- BiÕt c¸ch lªn cao thÕ cho c¸c ®Çu dß b¸n dÉn, khëi ®éng còng nh chän c¸c th«ng sè thÝch hîp

cho c¸c khèi ®iÖn tö.

- T×m hiÓu vµ n¾m ®îc c¸ch sö dông c¸c phÇn mÒm thu nhËn sè liÖu vµ phÇn mÒm xö lý sè liÖu

- T×m hiÓu vµ n¾m ®îc ph¬ng ph¸p trïng phïng vµ ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng

phïng ®Ó h¹ thÊp nÒn Compton trong phæ n¨ng lîng ghi nhËn ®îc.

- Sù cÇn thiÕt cña viÖc kh¶o s¸t hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe.

V× hÖ phæ kÕ nµy cã nh÷ng u ®iÓm sau:

+ Ghi phæ n¨ng lîng cã tÝnh chän läc dùa vµo t¬ng quan thêi gian gi÷a c¸c bøc x¹ gamma

trïng phïng (chØ ghi nhËn c¸c bøc x¹ gamma trïng phïng). KÕt qu¶ lµ nÒn Compton ®îc h¹ thÊp vµ

lµm c¸c ®Ønh quang ®îc hiÖn ra râ nÐt trªn nÒn Compton ®ã.

+ Víi sè liÖu ghi nhËn ®îc b»ng hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn

HPGe ®îc xö lý b»ng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng th× phæ n¨ng lîng sÏ ®îc c¶i

thiÖn. Cô thÓ lµ nÒn Compton sÏ ®îc h¹ thÊp rÊt nhiÒu so víi ph¬ng ph¸p trïng phïng th«ng thêng.

+ Ngoµi viÖc ghi nhËn phæ n¨ng lîng, hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n

Tõ ®ã, chóng ta thÊy ®îc sù cÇn thiÕt cña viÖc kh¶o s¸t hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö

dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe v× viÖc kÕt nèi, vËn hµnh vµ chän c¸c th«ng sè cho hÖ ®o lµ rÊt quan träng.

Qua luËn v¨n nµy, t¸c gi¶ hy väng cã thÓ ®ãng gãp mét phÇn vµo viÖc phæ biÕn c¸ch sö dông hÖ phæ kÕ

n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe cho nh÷ng ngêi nghiªn cøu trong lÜnh vùc h¹t

TµI LIÖU THAM KH¶O

hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp c¬ së

n¨m 2006, §µ L¹t.

Hå ChÝ Minh, §¹i Häc Khoa Häc Tù Nhiªn Tp Hå ChÝ Minh.

Origin, §µ L¹t.

b»ng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng, Hµ Néi.

36Cl, §µ L¹t.

[5]. Tr¬ng V¨n Minh (2008), Ph¶n øng 35Cl(n,2)36Cl vµ mét sè vÊn ®Ò liªn quan ®Õn mËt ®é møc cña

liªn quan, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé n¨m 2007 - 2009, §µ L¹t.

[8]. V¬ng H÷u TÊn vµ c¸c céng sù (12/2006), Nghiªn cøu cêng ®é chuyÓn dêi gamma nèi tÇng vµ s¬

ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé n¨m 2005

- 2006, §µ L¹t.

[9]. Canberra (2006), Timing and Coincidence Counting Systems.

[10]. EG & Ortec Catalog (1995), Modular Pulse Processing Electrics and Semiconductor radiation

detectors, USA.

[11]. Ortec (2002), Constant-Fraction Discriminator operating and service manual - 584, USA.

PHô LôC

1. S¬ ®å kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn

Detector Detector Detector

Interface Interface Interface

Detector Detector Detector

1 1 1

Interface Interface

Detector Detector Detector

1 1 1

2 2 2

C C ¸ ¸ p p

3 3 3

2 2 2

4 4 4

3 3 3

PC PC PC

5 5 5

C C ¸ ¸ p p

4 4 4

Delay Delay

5 5 5

box box

Nguån Nguån

In In

HPGe

S¬ ®å kÕt

nèi c¸c

khèi ®iÖn tö

Out Out

(mÆt sau).

Chó ý: C¸c khèi ®iÖn tö ®îc ®Òu cung cÊp nguån nu«i riªng.

C¸c khèi ®iÖn tö vµ kÕt nèi cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ë lß ph¶n øng h¹t nh©n §µ L¹t.

2. C¸c th«ng sè setup cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe t¹i lß ph¶n øng h¹t nh©n §µ L¹t Cao thÕ cho hai ®Çu dß b¸n dÉn GC 1518 vµ Inter-Technique lµ 1750V vµ 2500 V.

+ Threshold: Khèi TFA 474 (thø hai) x6 6,25 ns Out 200 ns Non - Inv Khèi CFD 584 (thø hai)

0,6 x1 12,5 ns Out 200 ns Inv Khèi CFD 584 (thø nhÊt) SRT 40 ns SRT 40 ns nèi víi Stop cña TAC Khèi TAC 566

: : + Mode + CF Delay : + Timing Output : nèi víi Start cña TAC + Range : 50 ns + Multiplier: 10 + Mode : Int + TAC Output: nèi víi ADC 8713 Khèi ADC 8713 : Gain/Range 1K - 4K , Deadtime = 0. : + Gain + Coarse Gain : + Shaping Time: : + Input : +UNI Khèi Amp 572A (thø nhÊt) Khèi Amp 572A (thø hai) 3.75 100 3 μs NEG nèi víi ADC 7072 12.26 20 3 μs POS nèi víi ADC 7072

Khèi TFA 474 (thø nhÊt) + Coarse Gain: + Fine Gain : + Intergrate : + Diff : + Input 0,6 3. Sè liÖu thu ®îc tõ hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông hai ®Çu dß b¸n dÉn HPGe (ghi phæ n¨ng lîng gamma trïng phïng vµ phæ thêi gian cña 60Co)

Thêi gian Thêi gian Thêi gian 4.

172 173 0 0 0 0 0 0 0 0 0 167 0 0 0 0 0 0 426 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 214 0 0 0 0 0 0 217 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 178 0 0 171 0 0 183 0 0 157 0 0 0 0 0

….. ….. …..

N¨ng lîng 1 1307 839 445 1022 795 804 891 1151 1151 1079 877 1196 1313 944 1583 1314 914 1006 750 1152 996 1100 N¨ng lîng 2 764 1019 1315 399 338 1313 1017 540 611 949 422 1153 550 331 693 679 956 900 313 1021 1153 1136 N¨ng lîng 1 1154 1313 928 881 1153 615 1102 1275 866 1155 925 865 827 1021 838 869 577 933 657 1506 1156 1152 1008 N¨ng lîng 2 843 578 490 1167 965 1050 688 951 1155 1029 724 1129 1154 523 1314 485 1005 724 863 448 810 1310 1312 N¨ng lîng 1 1196 550 985 934 1115 1148 927 1183 816 977 436 1152 1143 725 1146 567 663 1315 875 941 1151 651 947 N¨ng lîng 2 1098 1109 1018 1133 1153 611 912 1152 982 971 1150 1107 1153 1104 1157 1310 956 1153 983 1155 631 852 561

Ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng

Ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng lµ biÕn tíng cña ph¬ng ph¸p trïng phïng

ban ®Çu ®îc sö dông víi c¸c ®Çu dß nhÊp nh¸y, sau ®ã c¸c ®Çu dß nhÊp nh¸y ®îc thay thÕ bëi ®Çu dß

b¸n dÉn HPGe. Ph¬ng ph¸p trïng phïng céng biªn ®é hiÖn nay ®· ®îc c¶i tiÕn vµ cã sù kh¸c biÖt lµ

phæ kÕ lªn ®Õn 2 lÇn mµ kh«ng lµm gi¶m hiÖu suÊt ghi trïng phïng.

C¬ së cña ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng lµ ë chç ®Çu dß b¸n dÉn HPGe biÕn ®æi

tuyÕn tÝnh n¨ng lîng bøc x¹ gamma thµnh biªn ®é tÝn hiÖu ®o. Tæng n¨ng lîng E1 vµ E2 cña hai dÞch

r· (i) vµ møc t¹o thµnh sau dÞch chuyÓn nèi tÇng hai gamma (f), nã kh«ng phô thuéc vµo n¨ng lîng

cña tr¹ng th¸i kÝch thÝch trung gian. Khi ®ã, c¸c trêng hîp ghi dÞch chuyÓn nèi tÇng mµ x¶y ra sù hÊp

thô ®ång thêi toµn bé n¨ng lîng hai tia gamma ë c¶ hai ®Çu dß sÏ dÉn ®Õn xuÊt hiÖn c¸c ®Ønh tæng biªn

®é c¸c xung trïng phïng. Sù hÊp thô kh«ng hoµn toµn n¨ng lîng dï lµ cña mét trong c¸c lîng tö

t¬ng øng. V× vËy, ta cã thÓ dÔ dµng t¸ch ra tõ tËp hîp c¸c trïng phïng gamma – gamma chØ nh÷ng

trêng hîp khi mµ toµn bé n¨ng lîng cña dÞch chuyÓn nèi tÇng bÞ hÊp thô hoµn toµn trong hai ®Çu dß.

VÒ c¬ b¶n, ph¬ng ph¸p trïng phïng céng biªn ®é vÉn dùa trªn ph¬ng ph¸p trïng phïng gamma –

nhËn th«ng tin khi c¶ hai ®Çu dß cã xung ra ®ång thêi (chÝnh x¸c lµ thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña hai xung

lÖch nhau mét kho¶ng thêi gian nhá h¬n kho¶ng thêi gian ®Þnh tríc cña hÖ ®o - ®îc gäi lµ cöa sæ

thêi gian cña hÖ trïng phïng).

2 2

γ1

Nguyªn lý cña ph¬ng ph¸p nµy nh sau :

A A

γ3 3 3 C C

1 1

1 1 γ2

râ rµng lµ cã kh¶ n¨ng tån t¹i trïng phïng gi÷a A vµ B, cßn kh¶ n¨ng trïng

B B

phïng gi÷a A vµ C hoÆc gi÷a B vµ C lµ rÊt khã cã thÓ x¶y ra.

2 2

0 0

Nh÷ng h¹n chÕ cña ph¬ng ph¸p trïng phïng nh trªn :

- HiÖu suÊt ghi trïng phïng thÊp.

γ1

- Kh«ng cã kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh thø bËc chuyÓn dêi.

- Do qu¸ tr×nh t¸n x¹, huû cÆp cña nh÷ng chuyÓn dêi cã n¨ng lîng lín vµ tû sè diÖn tÝch

®Ønh trªn diÖn tÝch ph«ng nhá, nªn ®é tin cËy gi¶m ®i.

Bíc 1 : FileImportSimple Single ASCII Chän tËp sè liÖu cÇn më ®Ó nhËp sè liÖu vµo b¶ng.

Bíc 2 : Chän cét sè liÖu thø nhÊt chän StatisticsDescriptive StatisticsFrequency count ®Ó

më hép tho¹i Count.

Bíc 3 : Trong hép tho¹i Count gâ Step size 2 sau ®ã bÊm OK.

Bíc 4 : Chän Cét Count(Y vµ vÏ ®å thÞ b»ng c¸ch chän Plot->Line.

Bíc 5 : Chän Tools PickPeaks ®Ó më hép tho¹i Pick Peak thay ®æi c¸c tham sè trong hép tho¹i

®Ó t×m c¸c ®Ønh trong phæ.

Bíc 6 : Më cöa sæ Peak võa t×m ®îc vµ chän cét PkType gâ c¸c gi¸ trÞ n¨ng lîng chuÈn vµo

c¸c vÞ trÝ t¬ng øng víi c¸c ®Ønh trong b¶ng.

Bíc 7 : Chän cét PkType(YChän ColumnSet as Y.

Bíc 8 : Chän cét Pkx(XChän ColumnSet as X.

Bíc 9 : VÏ ®å thÞ hai cét trªn b»ng c¸ch chän hai cét PlotScatter.

Bíc 10 : Chän AnalysisFit Polynominal ®Ó khíp vµ xem hµm khíp.

Bíc 11 : Sö dông hµm chuÈn võa t×m ®îc cho kªnh thø nhÊt vµ hiÖu chØnh l¹i c¸c gi¸ trÞ code

trong cét thø nhÊt (gi¸ trÞ ®Ó vµo cét thø 3.

Bíc 12 : LÆp l¹i c¸c bíc trªn cho cét thø hai.

Bíc 13 : Sau khi ®· cã hai cét sè liÖu hiÖu chØnh, céng c¸c cÆp sè liÖu trong hai cét ®· hiÖu chØnh

Bíc 14 : Tõ phæ tæng ta lÊy gi¸ trÞ Et t¹i ®Ønh tæng vµ ΔE chÝnh lµ gi¸ trÞ n÷a ®é cao cña ®Ønh tæng b»ng

c«ng cô Green reader.

Bíc 15 : Läc c¸c gi¸ trÞ E1i vµ E2i víi E1i + E2i = Et ± ΔE trong hai cét ®· hiÖu chØnh vµ ghÐp c¸c gi¸ trÞ

E1i vµ E2i ®· läc thµnh mét cét.

sau ®ã dïng c«ng cô thèng kª ®Ó vÏ phæ tæng.

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát phổ kế năng lượng - Thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

Chủ đề:

KH¶O S¸T PHæ KÕ N¡NG L¦îNG - THêI GIAN Sö SôNG §ÇU Dß B¸N DÉN HPGe

~ ~

~ ~

~

~

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi