Nghiên cứu ứng dụng AASI (Advance Alpha-spectrometric Simulation): Luận văn tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VẬT LÝ



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

SVTH: LÂM THU VĂN

GVHD: ThS. LÊ CÔNG HẢO

------------------------------ TP.Hồ Chí Minh, 2010

Lời cảm ơn

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, em được sự giúp đỡ rất nhiều từ các giáo viên

trong bộ môn và các bạn cùng khóa học. Em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu

sắc đến:

Quý thầy cô khoa Vật lý, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân, đã

tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức chuyên ngành hữu ích.

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Công Hảo – giảng viên trường Đại Học

Khoa Học Tự Nhiên, đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình và thầy phản biện đã

dành thời gian quí báu đọc và đóng góp ý kiến cho luận văn được hoàn thành tốt

hơn.

Những người thân trong gia đình luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ em trong suốt

quá trình học tập.

Xin cảm ơn các bạn cùng lớp luôn đồng hành với mình trong thời gian học tập tại

trường cũng như trong quá trình làm luận văn.

Ngoài ra, em cũng xin cám ơn những người góp sức xây dựng thành công chương

trình AASI này.

Sau cùng, em xin chúc sức khỏe, bình an và may mắn đến tất cả các quý thầy cô, gia

đình và các bạn.

Sinh viên thực hiện

Lời nói đầu

Hiện nay, phương pháp Monte Carlo được ứng dụng rộng rãi trong việc mô hình hóa các thiết

bị và mô phỏng các quá trình phức tạp trong hầu hết mọi lĩnh vực của khoa học và kỹ thuật. Do đó,

ngành vật lý hạt nhân cũng không ngoại lệ, nó được chứng minh là công cụ thích hợp để mô tả sự

vận chuyển của hạt alpha, beta, quá trình tia gamma truyền trong vật chất, thậm chí với các dạng

hình học phức tạp.

Rất nhiều các bộ mã máy tính được phát triển nhằm phục vụ cho công việc mô phổng như các

ứng dụng trong phép đo đạc, trong ngành vật lý hạt cơ bản và trong các lĩnh vực công nghiệp. Cấp

độ tinh vi khác nhau giữa các bộ mã, kể cả các bộ mã đơn giản nhất đều dựa trên hiện tượng tán xạ

của Rutherford và Compton, sự hấp thụ quang điện, sự chuyển động chậm dần của các hạt mang

điện, khi đó kết quả thu được mới có thể chấp nhận.

Phép đo đạc phổ alpha là một phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi trong việc khảo

sát hoạt độ phóng xạ trong môi trường. Hoạt độ của các mẫu thấp đòi hỏi thời gian đo dài và khoảng

cách giữa nguồn và mẫu (SDD) nhỏ. Tuy nhiên, SDD nhỏ có thể gây ra hiện tượng trùng phùng, tức

là sự phát hạt alpha nào đó với một hạt phát ra tiếp theo từ hạt nhân con cháu xảy ra gần như đồng

thời. Ngoài ra, công tác thiết kế kỹ thuật chuẩn bị mẫu một cách cẩn thận là điều cần thiết, bởi vì

các hạt alpha mất dần năng lượng khi chúng truyền đi trong vật chất. Sự mất năng lượng sẽ dẫn đến

sự suy giảm phẩm chất phổ thông qua sự mở rộng đỉnh. Do đó, hiệu ứng chồng chập phổ sẽ tăng khi

SDD giảm.

Việc mô phổng được sử dụng để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hiện tượng khác nhau lên

chất lượng phổ. Kết quả là các yếu tố quan trọng nhất được chọn ra và sự thiết lập các phép đo được

xem là tối ưu. Không chỉ thế, các tính chất chưa được biết của nguồn, chẳng hạn như mật độ nguồn

(hoặc bề dày nguồn), hay các tính chất của hạt phát ra từ nguồn, đều có thể được xác định được.

Điều này quan trọng đối với mẫu được xử lí bằng phương pháp hóa phóng xạ.

Có nhiều bộ chương trình mô phổng Monte Carlo, như bộ chương trình TRIM, dãy phần mềm

GEANT, hay bộ MCNP, đều thích hợp trong việc mô phổng tính chất của hạt alpha trong môi

trường. Bộ mã Monte Carlo mới hiện nay là AASI (Advance Alpha-spectrometric Simulation),

được xây dựng để mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha. Đây là một bộ chương trình mô phổng

được thiết kế toàn diện trong đó bao gồm tất cả các quá trình chủ yếu ảnh hưởng lên phổ năng

lượng. Các loại mẫu khác nhau (hạt son khí, mẫu dày, mẫu không đồng nhất, …) đều mô phổng

được. Hiện tượng trùng phùng được tính toán bằng cách sử dụng dữ liệu phân rã của từng hạt nhân

được lưu trong một tệp hồ sơ đã chuẩn bị sẵn bằng ngôn ngữ kí hiệu mở rộng, XML. Bộ mã không

những được sử dụng trong việc mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha phát ra từ mẫu môi trường,

mà nó còn được sử dung trong nhiều ứng dụng khác. Thời gian chạy điển hình trên máy tính

Pentium 1.6Ghz thay đổi từ vài giây tới 2 phút, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vấn đề đang mô

phổng. Bộ mã chương trình được viết theo ngôn ngữ lập trình Fortran 95.

Tuy nhiên ở nước ta hiện, phần mềm này chưa được phổ biến. Vì thế trong bài luận văn này,

em xin trình bày hai vấn đề, thứ nhất là giới thiệu về cách sử dụng phần mềm AASI; thứ hai là so

sánh phổ thu được từ mô phổng với phổ thu được từ thực nghiệm đo đạc, kiểm tra xem hai kết quả

này khớp với nhau ở mức độ nào, từ đó có thể khai thác sử dụng cũng như mở rộng khả năng ứng

dụng của phần mềm trong mô phổng phổ alpha.

Với những điều đã nói ở trên, luận văn sẽ có nội dung như sau:

 Chương 1: Tổng quan về hạt alpha

 Chương 2: Giới thiệu về hệ đo Alpha Analyst

 Chương 3: Giới thiệu về phần mềm mô phổng AASI

 Chương 4: Các kết quả thực nghiệm mô phổng và sự so sánh

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HẠT ALPHA [1], [2], [3], [4]

1.1 Khái niệm hạt alpha

Hạt Alpha hay tia alpha là một dạng của phóng xạ. Đó là hạt ion hóa cao và khả năng đâm

xuyên thấp. Hạt alpha gồm hai proton và hai neutron liên kết với nhau thành một hạt giống hệt hạt nhân nguyên tử hellium, do đó, hạt alpha có thể được viết là He2+.

Hạt alpha xuất hiện trong phân rã của hạt nhân phóng xạ như là uranium, radium, … trong một

quá trình gọi là phân rã alpha. Sự phân rã làm hạt nhân ở trạng thái kích thích và trở về trạng thái cơ

1.2 Sự phân rã alpha

bản bằng cách phát tia gamma.

N Z

Xảy ra khi hạt nhân phóng xạ có tỉ số quá thấp. Khi phân rã alpha, hạt nhân ban đầu

Z X chuyển thành hạt nhân

2YA

 4 

 



và phát ra hạt alpha.

A Z

 

4 Y 2

4 2

(1.1)





 m Q

Về quan hệ khối lượng, phân rã alpha thỏa mãn điền kiện sau đây:

 M m  c

(1.2)

M M m và m , e



trong đó tương ứng là khối lượng các nguyên tử mẹ, nguyên tử con, hạt nhân

alpha và hạt electron. Q là khối lượng tương đương với năng lượng tổng cộng giải phóng khi phân

rã, bằng tổng động năng của hạt nhân con và hạt alpha. Hai hạt electron quỹ đạo bị mất đi khi hạt

nhân mẹ phân rã ra hạt nhân con có số nguyên tử thấp hơn.

Hạt alpha phát ra với năng lượng cố định và suất ra cố định. Ví dụ như quá trình phân rã của





226 88

222 86

4 2

, gồm hai nhánh phát alpha, nhánh thứ nhất với hạt alpha năng lượng 4,602

222

86 Rn sau phân rã theo nhánh thứ nhất nằm ở trạng thái kích thích và tiếp tục phân rã gamma để

MeV, suất ra 5,5% và nhánh thứ hai với hạt alpha năng lượng 4,785 MeV, suất ra 94,4%. Hạt nhân

86 Rn sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm ở trạng thái cơ bản.

chuyển về trạng thái cơ bản. Hạt nhân 222

226

88 Ra [9]

Hình 1.1. Sơ đồ phân rã của

Hiện nay người ta đã biết hơn 200 hạt nhân phân rã alpha. Phân rã alpha chủ yếu xảy ra với các

hạt nhân nặng ở cuối bảng tuần hoàn Mendeleev với Z>83. Chẳng hạn thallium (Z=81) không có

đồng vị nào phát alpha, chì (Z=82) có hai đồng vị phát alpha, còn polonium (Z=84) có không ít hơn

hai mươi mốt đồng vị phát alpha,…

Ngoài ra có một nhóm nhỏ các hạt nhân trong vùng đất hiếm cũng phân rã alpha với A=140

58Ce chứa 84 neutron. Một trường hợp đặc biệt là hạt nhân nhẹ 8

4 Be

đến 160, hạt nhân nhẹ nhất là 142

1.3 Các đặc trưng chính của phân rã alpha

cũng phát alpha với thời gian bán rã 3.10-6s.

Có ba đặc trưng chính là thời gian bán rã T1/2 của hạt nhân trước phân rã, động năng E và

quãng chạy R của hạt alpha.

204

82 Pb có T1/2=1,4.107 năm, 215

86 Rn có T1/2=10-6 s.

Thời gian bán rã của các hạt nhân phân rã alpha thay đổi trong một dãy rất rộng. Chẳng hạn

Năng lượng các hạt bay ra chỉ thay đổi trong một dãy hẹp. Đối với các hạt nhân nặng thì năng

lượng các hạt alpha thay đổi từ 4 MeV đến 9 MeV, còn đối với nhóm đất hiếm từ 2 MeV đến 4,5

MeV.

1.4 Sự liên hệ giữa thời gian bán rã T1/2, động năng E và quãng chạy R

Quãng chạy của hạt alpha rất ngắn do nó bị hấp thụ rất mạnh trong vật chất.

1.4.1 Thời gian bán rã T1/2 và động năng E

Có sự phụ thuộc rất mạnh của thời gian bán rã T1/2 vào động năng E của hạt alpha, đây là tính

chất quan trọng nhất của các hạt nhân phân rã alpha. Chẳng hạn nếu giảm 1% năng lượng thì có thể

làm tăng thời gian bán rã lên một bậc. Nếu giảm 10% năng lượng thì thời gian bán rã thay đổi từ hai





T 1/2

đến ba bậc. Sự phụ thuộc này tuân theo định luật Geiger-Nuttal như sau:

(1.3)

trong đó C và D là các hằng số không phụ thuộc vào số khối A mà chỉ phụ thuộc vào điện tích Z. Ví

dụ nếu E tính theo MeV thì:

Với Z=84 ta có C=-50,15 và D=128,8

Với Z=90 ta có C=-51,94 và D=139,4

1.4.2 Quãng chạy R và động lượng E

Trong phép gần đúng đầu tiên có thể sử dụng công thức liên hệ giữa quãng chạy của hạt alpha

trong không khí (tính theo cm) và năng lượng của nó (tính theo MeV) trong miền năng lượng 4-9

3/2



0,318

KKR

MeV hay quãng chạy trong không khí 3-7 cm như sau:

(1.4) Trong môi trường với khối lượng hạt nhân A thì quãng chạy hạt alpha được tính theo công

1/3

thức:



R A

0,56 KK

(1.5)

Nhờ hai công thức này có thể tính được quãng chạy khi đo được năng lượng hay ngược lại đối

1.5 Điều kiện về năng lượng đối với phân rã alpha

với hạt alpha.

 



A Z

 

4 Y 2

4 2

Xét quá trình phân rã:

 

E E



 0

Điều kiện để xảy ra phân rã alpha là:

lk A Z

-4,

-2

E lk

E -

lk A Z ,

(1.6)

lk A Z ,

Tức là năng lượng liên kết của hạt nhân mẹ phải nhỏ hơn tổng năng lượng liên kết của hạt

E 

lk A ,

 và hạt alpha

lkE . Năng lượng liên kết của hạt alpha là 28 MeV nên năng lượng

nhân con

liên kết riêng trên một nucleon là 7 MeV. Như vậy, để phân rã alpha xảy ra thì năng lượng liên kết

riêng của hạt nhân mẹ phải nhỏ hơn 7 MeV. Điều kiện này không cho phép các hạt nhân nhẹ phân

rã alpha vì năng lượng liên kết riêng của chúng vào cỡ 8 MeV. Còn năng lượng liên kết riêng đối

với các hạt nhân nặng giảm xuống do năng lượng đẩy Coulomb của các proton.

E 

 và động năng hạt alpha

E:

 

E E



Năng lượng phân rã E phân bố cho động năng hạt nhân con

-4,

-2

E

(1.7)

p 

,A Zp

 và hạt alpha là p, giả thiết

 , thì theo định luật bảo toàn động lượng ta có

Gọi động lượng của hạt nhân mẹ là , hạt nhân con là

A Zp

là hạt nhân mẹ đứng yên khi phân rã

 

p



m 

. Từ đó nhận được:

-4,

-2

E 

-4,

-2

Zm 

 là khối lượng của hạt alpha và hạt nhân con. Kết hợp hai biểu thức (1.7) và

(1.8)

trong đó m và

-4,

 

(1.8) ta được:

E 

-2 Z 

-4,

-2

m 

(1.9)

   , tức là hạt alpha mang phần lớn năng lượng tỏa ra khi phân rã. E

Bi ThC (

)

 

)



 là E  6,203 MeV. Năng

Do khối lượng hạt nhân con rất lớn so với khối lượng hạt alpha nên theo công thức (1.9),

208 TI ThC ( 81

Ví dụ, năng lượng phân rã alpha 212 83

)

(

TIE  0.117 MeV.

208 TI ThC theo công thức (1.8) là 81

1.6 Cơ chế phân rã alpha

lượng này phân bố cho hạt alpha theo công thức (1.9) là E  6,086 MeV và cho hạt nhân con

Trong cơ chế phân rã alpha cần tính đến ba yếu tố là trường thế Coulomb quanh hạt nhân, lực

ly tâm và cấu trúc hạt nhân.

I.6.1 Trường thế Coulomb và hiệu ứng đường ngầm

Để giải thích sự phụ thuộc rất mạnh của thời gian bán rã T1/2 của hạt nhân vào năng lượng hạt

alpha, người ta xem xét cơ chế để hạt alpha thoát ra khỏi hạt nhân. Giả thuyết gần đúng nhất là xem

hạt alpha hình thành và tồn tại trong hạt nhân trước khi thoát ra khỏi hạt nhân. Hạt alpha mang điện

tích dương +2e nên ngoài lực tương tác hạt nhân, nó còn chịu tác dụng của lực Coulomb.

Để giải bài toán tương tác này ta giả sử hạt alpha từ ngoài đi vào hạt nhân. Thế Coulomb do



hạt nhân tương tác lên nó tăng tỉ lệ nghịch với khoảng cách r theo biểu thức:

Coulomb

Ze r

(1.10)

Hàm này được thể hiện trên hình sau:

U(r)

Urào

Eα 0 r R

Hình 1.2. Thế tương tác hạt nhân và thế Coulomb của hạt alpha

Thế tương tác này tăng dần trong miền ngoài bán kính hạt nhân, tại đó lực hạt nhân bằng

không. Đến biên hạt nhân r R thì lực hạt nhân đóng vai trò quan trọng và đường biểu diễn giảm

chưa được biết tường tận, ở đây đột ngột theo đường thẳng đứng. dạng thế bên trong hạt nhân r R

 10-12 cm và với Z  100 là:

giả thuyết nó có dạng hố chữ nhật với thế không đổi bên trong hạt nhân. Chiều cao bờ thế Coulomb

tại r R



 30 MeV

r o à

Ze r

(1.11)

Như đã trình bày trên đây, hạt alpha phân rã từ các hạt nhân nặng có năng lượng từ 4 MeV đến

9 MeV, tức là nhỏ hơn chiều cao hàng rào thế. Theo cơ học cổ điển thì hạt alpha không thể vượt qua

hàng rào thế để ra ngoài, tức là không thể xảy ra quá trình phân rã alpha. Tuy nhiên, trong thế giới

vi mô, theo cơ học lượng tử, hạt alpha có thể xuyên qua hàng rào Coulomb theo cơ chế đường

ngầm.

Để giải bài toán về hiệu ứng đường ngầm của hạt alpha, một lần nữa ta đơn giản hóa bằng cách

tính xác suất hạt alpha có năng lượng E vượt qua bờ thế hình chữ nhật có độ cao U và độ rộng d.

( )r thỏa mãn phương trình SchrÖdinger:

Trạng thái của hạt alpha được mô tả bởi hàm

 ( ) r







 ( )  E U r

 ( ) r



 

  

2 m 2 

(1.12)

trong đó:

 



  x

  y

  z

: toán tử đạo hàm riêng bậc hai theo không gian

 : hằng số Planck

m: khối lượng hạt alpha



exp

U E dr (



)



Giải phương trình SchrÖdinger với rào thế có dạng chữ nhật ta sẽ tìm được hệ số truyền qua

(1.13)



2 m 2 

  

  

/v R lần trong 1 giây.

Nếu hạt alpha trong hạt nhân có vận tốc v thì nó đi đến bờ thế trung bình





exp

U E dr (



)



Như vậy, hằng số phân rã alpha bằng:



v R

2 m 2 

  

  

(1.14)



Vận tốc v có thể xác định từ hệ thức bất định Heisenberg giữa động lượng và tọa độ, tức là

 mR





exp



U E dr (



)

. Vậy:



2 m 2 

 mR

  

  



(1.15)

0, 693 

E

, do đó nó phụ thuộc rất mạnh vào bán kính hạt nhân R. Thời gian bán rã 1/2

 20 MeV, d  2.10-12 cm. Khi đó







Ta thử đánh giá bậc của thời gian bán rã, với

D e 



 mR

. Hệ số của hàm . Do đó:







9 10

T 1/2

1 

năm

92U .

Thời gian này là hợp lí vì nó vào cỡ thời gian bán rã của 238

I.6.2 Vai trò của bờ thế li tâm

0

0

Trong các tính toán trên ta coi hạt alpha bay ra với momen quỹ đạo . Nếu hạt alpha bay ra



thì nó phải vượt qua bờ thế li tâm bổ sung ngoài thế Coulomb: với

ltU

2     ( 2 mr 2

(1.16)

1 2 r

Bờ thế li tâm này không lớn do nó giảm theo hàm trong lúc bờ thế Coulomb giảm chậm

1 r

hơn theo hàm , nhưng do độ thay đổi này còn chia cho hằng số Planck trong hàm số mũ nên nó

làm tăng đáng kể thời gian bán rã của hạt alpha. Bảng 1.1 dưới đây sẽ dẫn ra hệ số K suy giảm của



hằng số phân rã  với các giá trị khác nhau của  đối với trường hợp E  5 MeV và



9, 6.10



 

0 5

cm.



Bảng 1.1. Hệ số suy giảm của hằng số phân rã  với các giá trị đối với trường hợp E  5



9, 6.10



MeV và cm

0 1 2 3 4 5

K 1,0 0,85 0,60 0,35 0,18 0,08

I.6.3 Ảnh hưởng của cấu trúc hạt nhân lên phân rã alpha

Khi tính toán quá trình phân rã alpha, ta đã coi hạt alpha tồn tại trong hạt nhân trước khi phân

rã, và bài toán trên chỉ tính xác suất truyền hạt alpha qua bờ thế. Trong thực tế, trước khi phân rã,

hạt alpha cần phải hình thành từ các proton và neutron riêng biệt. Tuy nhiên khi đó công thức (1.13)

chỉ thay đổi hệ số trước hàm mũ, còn hàm mũ không bị thay đổi, do đó sự ảnh hưởng của nó lên quá

trình hình thành hạt alpha trong hạt nhân là không đáng kể. Việc tính toán lí thuyết đối với quá trình

này không thể làm chính xác. Hơn nữa, từ công thức (1.13) chuyển sang công thức (1.15) phải sử

1.7 Sự tương tác của hạt alpha với vật chất

dụng hệ thức bất định Heisenberg nên công thức (1.15) cũng không phải là công thức chính xác.

Đối với hạt alpha thì có hai dạng mất năng lượng chủ yếu khi chúng đi qua môi trường vật chất

là mất năng lượng để ion hóa và kích thích các nguyên tử vật chất.

1.7.1 Hiệu ứng ion hóa

Khi va chạm không đàn hồi với nguyên tử của môi trường vật chất, hạt alpha có năng lượng

iI có thể làm bức các electron từ các lớp điện tử của nguyên

lớn hơn năng lượng ion hóa nguyên tử

tử (hiện tượng ion hóa) hoặc chuyển một electron nào đó từ một mức năng lượng thấp hơn lên một

mức năng lượng cao hơn (hiện tượng kích thích). Trong mỗi một va chạm như vậy, một cặp ion

được hình thành: ion dương là nguyên tử mất electron, còn ion âm là electron. Số lượng cặp ion do

hạt alpha tạo nên xác định mật độ ion hóa ban đầu.

Nếu khoảng cách nhỏ nhất mà hạt alpha có thể đến gần nguyên tử trong khi va chạm không

đàn hồi khá lớn thì động năng của electron tự do sinh ra trong quá trình ion hóa sẽ nhỏ và không

vượt quá trị số năng lượng ion hóa nguyên tử. Cũng có khi khoảng cách va chạm với nguyên tử rất

nhỏ, do đó hạt alpha có thể truyền cho electron bị bức ra một động năng khá lớn. Những electron có

năng lương lớn như vậy thường được gọi là các delta-electron (δ-electron), chúng có khả năng ion

hóa (hoặc kích thích) các nguyên tử khác của môi trường và tạo nên sự ion hóa cấp hai (ion hóa thứ

J 

)

cấp). Xác suất va chạm của hạt alpha với nguyên tử của môi trường có khả năng tạo nên δ-electron

 , ở đây Z là điện tích của hạt,

eJ đến (

v   , c

 J Z 2 . J

x là chiều dày của lớp môi trường. Rõ ràng rằng, xác suất xuất hiện δ - electron giảm đi một cách

tỷ lệ thuận với với động năng từ

eJ của electron tăng lên. Khi ghi nhận các điện tử theo hiệu ứng ion hóa thì

đáng kể khi năng lượng

điều quan trọng là số ion hóa toàn phần bằng tổng số ion hóa sơ cấp và thứ cấp (do δ - electron sinh

ra).

Nếu lấy số năng lượng của hạt alpha bị mất mát do va chạm không đàn hồi với các phân tử và

nguyên tử của môi trường đem chia cho số cặp ion hóa do nó sinh ra được gọi là năng lượng trung

bình cần thiết để tạo nên một cặp ion, và ký hiệu là ω, người ta thấy rằng đại lượng ω được xác định

bằng cách trên hầu như không phụ thuộc vào bản chất của hạt và năng lượng của nó. Điều này có

thể giải thích như sau: cũng giống như năng lượng ion hóa hay năng lượng kích thích các nguyên tử

hay phân tử, tỷ số của xác suất ion hóa đối với xác suất kích thích là đặc tính của bản thân môi

trường vật và không phụ thuộc vào tính chất của các hạt.

Bảng 1.2 dưới đây cho thấy rằng, năng lượng cần thiết để tạo một cặp ion lớn hơn năng lượng

ion hóa cỡ hai lần và hầu như giống nhau đối với các loại khí khác nhau, mặc dầu năng lượng ion

  Ar

hóa của chúng khác nhau đối với từng loại khí. Hơn nữa ta nhận thấy rằng mặc dù

I

. Điều đó xảy ra do năng lượng cần thiết cho ion hóa và kích thích các nguyên tử hay phân

tử không giống nhau đối với từng loại khí trơ khác nhau và đối với chúng năng lượng ion hóa cao

hơn và số năng lượng trung bình cần thiết để tạo một cặp ion gần bằng năng lượng ion hóa. Riêng

đối với oxy những lần va chạm không đàn hồi thường đưa đến sự kích thích các phân tử, do đó trị số

ω lớn hơn năng lượng ion hóa những ba lần.

Bảng 1.2. Năng lượng trung bình ω và thế ion hóa của một nguyên tố Iion

Ω (eV) Khí Iion (eV)

He 42,3 24,6

Ne 36,6 21,6

Ar 26,4 15,8

Kr 24,2 14,0

Xe 22,2 12,1

34,7 15,5 N2

30,9 12,2 O2

32,8 13,7 CO2

24,6 11,8 C2H6

27,3 13,0 CH4

26,1 10,5 C2H2

Số cặp ion γ sinh ra do một hạt alpha trên 1cm đường đi của nó trong môi trường vật chất được

gọi là mật độ ion hóa. Số cặp ion tạo nên do hạt alpha tương ứng với năng lượng toàn phần của nó

J 

bị mất do sự ion hóa sẽ bằng . Mật độ ion hóa của hạt alpha cũng biến đổi theo năng lượng J

giống như sự biến đổi của độ mất mát năng lượng.

Trong khí có mật độ nguyên tử và phân tử nhỏ, các nguyên tử và phân tử khí tương tác với hạt

alpha một cách độc lập. Trong những môi trường đậm đặc với hằng số điện môi lớn hơn 1, dưới tác

dụng của lực Coulomb do các hạt alpha gây nên, xuất hiện hiện tượng phân cực và do đó làm giảm

tác dụng của các hạt lên các phân tử của vật chất, nhất là khi tham số tương tác lớn. Do đó mật độ

ion hóa trong môi trường khí có cùng một tính chất.

Để xác định hiệu ứng ion hóa trong các môi trường đậm đặc ta phải xác định số năng lượng

cần thiết để tạo nên một cặp ion. Trong các chất nước và trong các chất rắn có liên kết phân tử yếu,

quá trình ion hóa cũng xảy ra như trong chất khí, trong trường hợp này sự ion hóa xảy ra đồng thời

với sự kích thích các nguyên tử và phân tử của môi trường, do đó năng lượng cần thiết mà hạt alpha

phải trả để tạo nên một cặp ion sẽ có giá trị cỡ 30eV.

Trong những chất rắn loại tinh thể ion do sự tương tác mạnh giữa các nguyên tử nên lớp điện

tử ngoài cùng của các nguyên tử bị biến dạng, các nguyên tử không còn độc lập với nhau nữa, do đó

quá trình tương tác không đàn hồi giữa hạt alpha với các nguyên tử môi trường xảy ra một cách

khác hẳn. Trong loại tinh thể vật chất như thế các mức năng lượng cho phép các nguyên tử tạo nên

những vùng năng lượng đặc biệt và vai trò của hạt alpha bây giờ là chuyển các electron bị tràng

buộc từ các vùng lấp đầy lên các vùng năng lượng cao hơn và ở đó các electron có thể được xem

như tự do. Những lỗ trống xuất hiện ở những vùng mất electron được xem như các ion. Năng lượng

cần thiết để tạo nên một cặp electron – lỗ trống phụ thuộc vào bản chất của môi trường, và có trị số

cỡ vài electron – volt (eV).

Bảng 1.3. Năng lượng cần thiết để tạo một cặp electron – lỗ trống của một số chất

AgCl AgBr Si Ge Tinh thể Kim cương

ω, eV 10 7,6 5,8 3,5 2,8

1.7.2 Sự mất năng lượng của hạt alpha do quá trình ion hóa

Để nghiên cứu sự mất năng lượng, chúng ta khảo sát sự tương tác của hạt alpha với một

electron và sau đó là với tất cả các electron. Trong sự gần đúng cổ điển tiến hành bởi Bohr cho phép

xác định sự mất năng lượng riêng bởi những hạt

alpha có điện tích 2e, khối lượng mα và vận tốc v đi ngang qua theo chiều x và cách electron tự do

một khoảng b.

b 2e

Hình 1.3. Tán xạ của hạt alpha lên một hạt electron

Nếu xem như electron dịch chuyển chậm sau tương tác vì lực đối xứng, electron nhận được

Fdt

xung lượng mà có chiều vuông góc với chiều chuyển động của hạt alpha:

   p Giả sử rằng khoảng tương tác là 2b, ta có khoảng thời gian hạt đi khoảng đường này là:

  t

(1.17)

2b v

(1.18)

2e 2 b

  p

Lực tương tác Coulomb giữa electron và hạt alpha là , nên:

24e bv

(1.19)

T  



Động năng của electron nhận được tương ứng với độ biến thiên động lượng này là:

 p 2 e m

e 8 2 m v b e

(1.20)

Đây cũng là năng lượng mất đi của hạt alpha. Để khảo sát ảnh hưởng của tất cả electron theo

tham số tương tác b, chúng ta tính số electron trong lớp hình trụ bán kính b bề dày db và chiều cao

 2

bdbdx

Hình 1.4. Tán xạ của hạt alpha lên các hạt electron trong lớp hình trụ

dN n

bdbdx

Thể tích lớp trụ là . Gọi ne là mật độ electron, khi đó số electron trong lớp hình

 2e

. Do đó sự mất năng lượng của hạt alpha do tương tác với các electron trụ này là

 

T dN .

trong hình trụ là:

db b

 16 n e e 2 m v e

  

  

(1.21)

Sự mất năng lượng trên một đơn vị chiều dài là:

b ( )

dT dx

db b

 16 n e e 2 m v e

  

  

(1.22)

Công thức này chỉ đúng khi xem electron đang khảo sát là không bị ảnh hưởng bởi sự có mặt

của các electron khác. Trong thực tế, sự có mặt của các electron lân cận luôn ảnh hưởng lên electron

khảo sát được gọi là hiệu ứng mật độ, và như thế chúng ta phải đưa vào sự hiệu chỉnh.

Sự mất năng lượng toàn phần của hạt alpha trên một đơn vị đường đi do sự ion hóa được tính

bằng cách lấy tích phân trên mọi giá trị khả hữu của tham số tương tác b (từ 0 tới  ). Khó khăn là

b max



b ( )

tích phân của công thức (1.22) trên hai cận này không hội tụ, nên tích phân chỉ lấy từ bmin đến bmax:



b min

dT dx

db b

b max b min

 n e e 2 m v e

 16 n e e 2 m v e

  

  

(1.23)

v v (

c

)

Để xác định giá trị bmin, có thể lập luận rằng giá trị năng lượng cực đại mà hạt alpha có vận tốc





có thể truyền cho electron đứng yên là

T max

m v 2 e

8 e m v e

1 2 b min

  

  .    

  

(1.24)

maxT

Đồng nhất công thức (1.24) với công thức (1.20) đối với , trong đó thay b bằng bmin , ta



b min

được:

2 e m v e

(1.25)

Giá trị bmax có thể được rút ra từ việc khảo sát cổ điển bởi việc tính đến sự liên kết của electron

trong nguyên tử. Với những giá trị của tham số tương tác b lớn, năng lượng T của hạt truyền cho

electon có thể so sánh với năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử. Đối với các giá trị b



 (I là thế ion hóa của nguyên tử). bmax được tính theo công thức sau:



min

hoàn toàn lớn, năng lượng của hạt alpha truyền cho electron không đủ để gây ra sự ion hóa. Kết quả

b max

v  I

(1.26)

b Ngoài ra, để tính max b min





cần đưa vào hiệu ứng tương đối, khi đó năng lượng truyền cực đại trở

  .

max

v c

2 1

em v 2  

2 



, trong đó thành , thông số tương tác cực đại trở thành max







 

 

Với các hiệu chỉnh trên thì độ mất năng lượng riêng của hạt alpha có dạng:

dT dx

m v e 

2 

  

  

ion

 n e e 2 m v e

2  1

(1.27)



   

   

dT dx

  

   ion

trong đó biểu thị độ mất năng lượng (dấu âm) do ion hóa, đơn vị đo erg/cm. Để tính

dT dx

  

  

ion

trong hệ SI thì phải nhân công thức này với hằng số điện k=9.109N.m2/C2. Các số hạng 

và U tính đến hiệu ứng mật độ và năng lượng liên kết của các electron lớp K và L.

Hình 1.5. Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha

Hạt alpha có điện tích +2e và khối lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp, nên độ

ion hóa riêng của nó rất cao, vào khoảng hàng chục nghìn cặp ion trên 1cm trong không khí. Dọc

theo đường đi của mình trong vật chất, do năng lượng bị mất dần nên hạt alpha đi chậm dần và độ

ion hóa riêng tăng dần. Đến khi sắp hết năng lượng, độ ion hóa tăng nhanh và sau đó giảm đến 0 khi

hạt alpha dừng chuyển động. Điều này được minh họa trên đường cong Bragg (hình 1.5).

1.7.3 Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất

Hạt alpha có khả năng đâm xuyên thấp trong số các bức xạ ion hóa. Trong không khí, ngay cả

hạt alpha có năng lượng cao nhất do các nguồn phóng xạ phát ra cũng chỉ đi được vài centimet, còn

trong các môi trường rắn hay lỏng, quãng chạy của nó có kích thước cỡ micromet. Có hai định

nghĩa về quãng chạy của hạt alpha, là quãng chạy trung bình và quãng chạy ngoại suy.

Hình 1.6. Đường cong hấp thụ của hạt alpha

Trên hình này, đường cong hấp thụ có dạng phẳng vì nó là hạt đơn năng. Ở cuối quãng chạy,

số đếm các hạt alpha giảm nhanh khi tăng bề dày chất hấp thụ. Quãng chạy trung bình được xác

định ở nửa chiều cao đường hấp thụ, còn quãng chạy ngoại suy được xác định khi ngoại suy đường

hấp thụ tới giá trị 0.

Quãng chạy Rkk(cm) của hạt động năng E(MeV) trong không khí ở 0°c và áp suất 760 mmHg

được biểu diễn một cách gần đúng như sau:

Rkk=0,318E3/2 đối với 3

Sự phụ thuộc quãng chạy-năng lượng của hạt alpha trong không khí được minh họa bằng hình

1.7.

Đối với môi trường bất kì và khối lượng hạt nhân A thì quãng chạy của hạt alpha được tính

theo công thức:

(1.29)

R=0,56RkkA1/3 trong đó R đo trong đơn vị mg/cm2, Rkk là quãng chạy của hạt alpha với cùng năng lượng trong

không khí, đơn vị đo cm.

Hình 1.7. Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU HỆ ĐO ALPHA ANALYST [5]

2.1 Tiện ích

Theo lí thuyết, alpha là hạt mang điện nặng, có quãng chạy trong không khí rất ngắn nên việc

khảo sát các vấn đề về alpha rất khó khăn, đòi hỏi kỹ thuật cao về nhiều mặt. Từ việc đòi hỏi mẫu

đo cho đến thiết bị đều phải chuẩn bị hợp lí và chính xác mới cho kết quả tốt. Hiện nay ở nước ta,

ứng dụng phổ kế alpha còn ít vì chưa có nhiều thiết bị đo và xử lí mẫu còn gặp nhiều khó khăn.

Hệ đo Alpha Analyst là thiết bị đo hiện đại hiện nay do hãng Canberra sản xuất, giúp ta dễ

dàng khảo sát các mẫu phóng xạ alpha tiết kiệm thời gian mà cho kết quả chính xác. Tính chất hệ

Alpha Analyst dùng đo hạt alpha trong miền năng lượng thấp nên nó phù hợp với các mẫu môi

trường phát hạt alpha. Khi dùng các hệ đo khác để đo phóng xạ alpha, ta phải quan tâm rất nhiều

đến các thông số như hoạt động của hệ điện tử của máy có ổn định không, hệ thống chân không có

đủ tiêu chuẩn đo alpha không, lo ngại sự cài đặt, xử lí MCA và tín hiệu, bộ nhớ MCA định vị để

điều khiển kết quả. Còn đối với hệ đo Alpha Analyst, ta có thể an tâm hơn với quá trình đo, phân

tích và xử lí kết quả.

Các thao tác của quá trình đo, phân tích và xử lí khi dùng hệ Alpha Analyst chủ yếu thực hiện

trên máy tính qua phần mềm ứng dụng Genie-2000 Alpha Acquisition & Analysis. Ngoài việc đưa

mẫu ra vào trên máy thì trên hệ này không có bất kì nút điều khiển nào khác. Với điều kiện mẫu đo

phóng xạ alpha đã được chuẩn bị tốt khi đưa vào hệ đo Alpha Analyst, mẫu được bảo vệ an toàn

trong buồng chân không, đảm bảo được số hạt alpha phát ra từ mẫu bằng với số hạt alpha đầu dò thu

nhận được. Nói chung hệ Alpha Analyst là thiết bị đo có hiệu suất cao và độ chính xác cao khi đo

phóng xạ alpha.

Máy hút chân không Máy tính

Detector

Khuếch đại

Máy phân tích biên độ đa kênh

Tiền khuếch đại

PIPS PC

Cao thế

PCI Card

Mẫu đo

2.2 Buồng chân không

Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ Alpha Analyst

Hệ đo được thiết kế để đo phổ alpha, do đó đòi hỏi giảm tối thiểu sự mất năng lượng hạt alpha

trong môi trường. Việc hút chân không để đo alpha là điều cực kì quan trọng, buồng đo chứa mẫu

đo và detector của hệ Alpha Analyst có khả năng hút chân không rất tốt và nhanh (áp suất chân

không có thể đạt tới giá trị nhỏ hơn 0,1 torr). Khi đó, ta có thể xem môi trường trong buồng đo này

gần như chân không hoàn toàn.

Trong buồng chân không được thiết kế có các khe rãnh để ta kẹp mẫu đo. Các khe này cách

đều nhau, khe cuối cùng phải cách detector một khoảng cách nhất định để đảm bảo an toàn cho đầu

dò khỏi hư hại và kéo dài thời gian sử dụng. Với các khe cách đều nhau, ta có thể thay đổi khoảng

cách giữa mẫu đo và detector theo ý muốn. Trong buồng này thông thường ta phải dùng màng chắn

để ngăn chặn sự giật lùi của hạt alpha trong quá trình phát ra từ mẫu tới đầu dò. Như vậy giảm thiểu

2.3 Detector Alpha PIPS

tối đa sự giao thoa và nhiễu trong khi đo.

Detector Alpha PIPS được tối ưu về khả năng phân giải năng lượng, độ nhạy cao và phổ alpha

phông thấp. Cửa sổ mỏng của detector PIPS cung cấp sự phân giải tăng cường và khoảng cách đầu

dò – nguồn cần cho hiệu suất cao. Dòng rò thấp giúp làm giảm tối thiểu sự dịch đỉnh khi thay đổi

nhiệt độ.

Tần số đếm phông đối với detector Alpha PIPS bé hơn 0,05 số đếm/giờ/cm2 trong dãy năng

lượng từ 3  8 MeV. Các detector Alpha PIPS có độ sâu vùng nghèo tối thiểu lớn hơn 140 m là đủ

để hấp thụ toàn bộ các hạt alpha lên tới 15 MeV. Bề dày vùng nghèo phụ thuộc điện thế áp vào, khi

thế điện thế cao thì bề dày tăng, có khả năng làm dừng hoàn toàn tất cả năng lượng của các hạt.

Bảng 2.1. Một số detector Alpha PIPS của hãng Canberra sản xuất

Khả năng phân giải Nền phông điển hình Loại Diện tích vùng hoạt (keV) (số ngày đếm)

A300-17AM 17 4 300 A300-19AM 19 4

17 6 A450-18AM 450 19 6 A450-20AM

A600-23AM 18 8 600 A600-25AM 20 8

23 12 A900-25AM 900 25 12 A900-30AM

A1200-30AM 30 16 1200 A1200-37AM 37 16

Đối với hệ Alpha Analyst đang khảo sát là detector loại A1200-37AM có các thông số sau (số

liệu do nhàn sản xuất cung cấp):

A 1200 37 AM Loại

Diện tích vùng hoạt (mm2) Phân giải alpha (keV)

Điện thế phân cực yêu cầu : +40 V

Dòng rò (200°C) : 12 nA

Độ sâu vùng nghèo tối thiểu : >140 microns

Thế phân cực cực đại (giới hạn)

Phông điển hình : +100 V : 0,05 số đếm/cm2/giờ

2.4 Bộ tiền khuếch đại

Bán kính vùng hoạt : 19,55 mm

Chức năng của bộ tiền khuếch đại là khuếch đại các tín hiệu yếu từ detector và tải nó nhờ cáp

nối tiền khuếch đại với các bộ phận còn lại của hệ đo. Đồng thời tiền khuếch đại cũng bổ sung một

lượng tạp âm nhỏ nhất có thể. Vì tín hiệu đi vào tiền khuếch đại là tương đối yếu nên được lắp càng

gần detector càng gần càng tốt sao cho giảm thiểu độ dài cáp. Trong hệ Alpha Analyst do hãng

Canberra sản xuất, bộ tiền khuếch đại nhạy với điện tích. Điện dung trong bộ tiền khuếch đại được

thiết kế và tính toán thích hợp với tạp âm của hệ thống không đáng kể.

Với việc sử dụng tiền khuếch đại detector bán dẫn 2004 là loại nhạy điện tích thích hợp cho

việc khuếch đại dùng trong detector phát hiện hạt alpha, có những đặc trưng sau:

 Lối vào detector: tiếp nhận xung điện tích từ detector bán dẫn.

 Lối kiểm tra: điện tích được nối với tiền khuếch đại 2,2 pC/V;

Zin = 93 MΩ.

 Lối vào cao thế: cho phép thiên áp detector tới ± 2000V DC, detector nối tiếp với trở

thiên áp 110 MΩ.

 Lối ra năng lượng: xung đuôi bị loại bỏ, thời gian tăng được cho trong bảng 2.3, hằng số

thời gian giảm 50 s.

 Đặc tính:

 Độ trội hệ số khuếch đại : < ± 0,02 % cho 10 V lối ra

 Cách điện thiên áp detector : ± 5000 V DC

 Độ nhạy điện tích : 0,2 V/pC hay 1,0 V/pC

 Độ nhạy năng lượng : 9 mV/MeV hay 45 mV/MeV

 Yêu cầu nguồn nuôi

 + 24 V DC – 30 mA : + 12 VDC – 2mA

 - 14 V DC – 15 mA : - 12 VDC – 2mA

Bảng 2.2. Hai loại tiền khuếch đại hạt điện tích Si của Canberra

Khả năng tần Thời Độ nhạy điện Thế số (điện tích gian tích hay năng thiên Tiền khuếch đại Tạp âm hay năng tăng lượng áp lượng) (ns)

<5 2000 V 2003 T/2003BT

<20 5000 V 2004 20mV/MeV SI 2,3.105 MeV/s <2 keV <2,8 keV 20 mV/MeV SI 4,5.105 MeV/s

Bảng 2.3. Đặc tính của bộ tiền khuếch đại 2004

Tạp âm (keV) Tạp âm Crms Thời gian tăng CDET FWHM, Si

0 < 2,8 < 20

30 < 3,0 < 21

100 < 3,5 < 23

2.5 Bộ khuếch đại

300 < 5,2.10-17 < 5,7.10-17 < 6,6.10-17 <1,0.10-17 < 5,3 < 33

Bộ khuếch đại được phục vụ cho hai mục đích cơ bản: khuếch đại tín hiệu từ tiền khuếch đại

và hình thành xung để có dạng thuận tiện cho việc xử lí tiếp theo. Trong cả hai trường hợp, bộ

khuếch đại thường phải giữ những thông tin quan trọng như thông tin thời gian và thông tin biên độ.

Nếu thông tin thời gian được đòi hỏi thì bộ tiền khuếch đại phải đáp ứng nhanh chóng. Còn nếu

thông tin biên độ được yêu cầu thì tỉ lệ giữa biên độ vào và biên độ ra phải được đảm bảo (khuếch

đại tuyến tính). Một trong số các hệ số quan trọng nhất đối với yêu cầu của bộ tiền khuếch đại là đặc

trưng hình thành xung và sự hình thành xung tối ưu của tỉ số tín hiệu trên tạp âm.

Trong hệ Alpha Analyst, bộ khuếch đại được thiết kế với độ tối ưu có thể điều chỉnh hệ số

khuếch đại trên một dải rộng. Đó là “những bộ khuếch đại hình thành xung chuẩn Gauss”, vì dạng

xung của nó gần với dạng của một đường cong Gauss. Do đó, bộ khuếch đại này có tỉ số tín hiệu

trên tạp âm tốt hơn 17 – 19 % so với các loại khác. Đồng thời hình thành xung chuẩn Gauss giảm

được độ rộng xung xảy ra tại 0,1% của biên độ xung. Tại một hằng số thời gian, dạng xung Gauss

có thể giảm độ rộng biên độ xung từ 22% đến 52% so với bộ lọc lựa CR-RC.

Nói chung bộ khuếch đại trong hệ đo Alpha Analyst đáp ứng tốt cho xử lí phổ của detector bán

dẫn nói chung và detector PIPS nói riêng. Với tạp âm nhỏ, độ rộng biên độ xung nhỏ, đảm bảo xung

ra tốt và có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại theo yêu cầu. Hệ số khuếch đại được nối với một phục

hồi đường cơ bản. Nhờ vậy nó góp phần làm tăng khả năng phân giải và ổn định vị trí đỉnh tại vị trí

2.6 Bộ ADC (Bộ biến đổi tương tự thành số)

tần số cao trong phổ alpha.

Bộ biến đổi tương tự thành số (Analog to Digital Coverter – ADC) đo biên độ cực đại của một

xung tương tự và biến đổi giá trị đó thành mã số. Mã số tỉ lệ với biên độ tương tự tại lối vào ADC.

Đối với các xung liên tiếp, mã số từ ADC được dẫn tới bộ nhớ riêng hoặc tới máy tính và phân loại

bằng biểu đồ. Biểu đồ này biểu diễn phổ của biên độ xung vào. Với xung vào từ bộ khuếch đại phổ

kế năng lượng alpha nên phổ tương ứng với phổ năng lượng được quan sát bằng detector kèm theo.

Bộ ADC dùng trong hệ đo Alpha Analyst có được số bit đủ yêu cầu cho phổ có khả năng phân giải

2.7 Máy phân tích biên độ đa kênh MCA

cao.

Máy phân tích biên độ đa kênh (Multi Channel Analyzer – MCA) bao gồm ADC, một bộ nhớ

biểu đồ, bộ chỉ thị biểu đồ được ghi trong bộ nhớ. Mục đích của ADC là đo biên độ xung tương tự

và biến đổi nó thành số. Lối ra số là biểu diễn tỉ lệ của biên độ tương tự lối vào ADC. Biểu đồ biểu

diễn phổ biên độ xung lối vào. Các xung lối vào tới bộ khuếch đại phổ năng lượng nên biểu đồ

tương ứng với phổ năng lượng thu nhận bởi detector. Trong hệ đo, có sử dụng máy tính để chỉ thị

phổ, sự kết hợp ADC với bộ nhớ biểu đồ được gọi là bộ đệm đa kênh (Multi Channel Buffer –

MCB). Việc sử dụng vi xử lí trong cấu trúc đo MCA cho phép phân tích số liệu phức tạp và mạnh

sao cho kết quả cuối cùng được chỉ thị và được in.

Bảng 2.4. Các loại MCA thông dụng

Hãng chế tạo Loại Phần cứng Phần mềm Số kênh

Canberra 35 Plus Chuyên dụng Chuyên dụng 2K, 4K, 8K

Genie 2000

BSS

Genie 2000 2K, 4K, Canberra Accuspec Add on Card GAS 8K,16K

Genie 2000

AAS

Canberra System 100 Add on Card 16k

Sau đây là hệ đo Alpha Analyst của hãng Canberra, sử dụng detectot PIPS dòng A1200-37Am,

tại Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân thuộc Khoa Vật Lý – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên thành phố

Hồ Chí Minh.

Hình 2.2. Hệ phổ kế Alpha Analyst Hình 2.3. Bơm hút chân không

Hình 2.4. Máy tính tính toán và hiển thị phổ

CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM AASI [7]

AASI là một chương trình dùng mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha. Nó sử dụng mật mã

Monte Carlo tiên tiến để đưa ra các phổ alpha, thuận tiện cho việc nghiên cứu các hiện tượng cũng

như các yếu tố khác nhau có ảnh hưởng đến chất lượng phổ.

Hình 3.1. Cửa sổ chính của chương trình

3.1 Welcome

Giao diện đồ họa của chương trình AASI gồm 7 thẻ:

Xuất hiện khi chạy xong chương trình. Các Example 1, Example 2, Example 3, Example 4 là

các mẫu phổ alpha, khi click vào nút “Open”, thẻ Simulation plot sẽ bật lên có hình nền ứng với

3.2 Alpha Detector

từng mẫu, chọn Run simulation trong mục Run ở phía trên hoặc bấm Ctrl+r để xem phổ mô phổng.

Dùng thay đổi tính chất của detector, bởi vì mỗi phép mô phỏng đều có liên quan tới detector,

ứng với các thông số được lưu một cách độc lập. Thẻ này chỉ có một cửa sổ (xem hình 3.2).

Hình 3.2. Cửa sổ của thẻ Alpha detector

- Detector filename: đặt tên cho bộ số liệu của detector sử dụng cho quá trình mô phổng.

- Detector type: nhập loại detector .

- Detector properties: nhập các thông số về tính chất của detector gồm:

 Diameter: đường kính cửa sổ detector. Các hạt alpha phát ra từ nguồn như là các xung được

detector ghi nhận. Chúng đi vào detector thông qua cửa sổ của detector .

 Resolution (FWHM): độ phân giải của detector (bề rộng một nửa), phụ thuộc vào sự ảnh

hưởng của hệ điện tử của detector lên chất lượng phổ đo.

 Thickness (active volume): bề dày vùng hoạt của detector, đây là vùng ghi nhận các hạt alpha

tới.

 Dead layer thickness: bề dày lớp chết của detector, là một lớp mỏng trên bề mặt detector, nó

không ghi nhận các hạt alpha tới mà góp phần vào sự mất năng lượng của hạt alpha.

- Dead layer material: danh sách vật liệu của lớp chết cho phép lựa chọn loại vật liệu của lớp

chết.

- Dead layer material properties: lớp chết góp phần vào sự mất năng lượng của hạt alpha tới, và

nhân tố chính là số khối của vật liệu.

- Peak shape

 Total tailing: đuôi toàn phần, chạy từ 0 tới 1. Thông số này cho phép qui định phần đuôi

trong phép mô phỏng mong muốn là bao nhiêu, nó càng nhỏ thì số đếm đỉnh càng chính

xác.

 Fast component: được gọi là thành phần nhanh của hàm đuôi dạng hàm mũ kép, và cũng là

yếu tố thứ nhất trong hai yếu tố qui định sự cân đối của hàm đuôi.

 Slow component: được gọi là thành phần chậm của hàm đuôi dạng hàm mũ kép, và là yếu tố

thứ hai trong hai yếu tố qui định sự cân đối của hàm đuôi. Tuy nhiên, thành phần này thay

đổi chậm hơn thành phần nhanh.

 Area ratio (fast/slow): tỉ số giữa thành phần nahnh và thành phần chậm, dùng tinh chỉnh các

3.3 Source

hiệu ứng đuôi tương ứng với tính chất của các thành phần nhanh và chậm.

Khảo sát nguồn phóng xạ bao gồm việc xác định các chất thực sự phát hạt alpha cũng như chất

phát được phân bố như thế nào trên bề mặt nguồn, từ đó cho phép mô phỏng các loại mẫu khác

nhau, từ các loại mẫu được chuẩn bị theo phương pháp hóa phóng xạ (không còn các phân tử hay

hiệu ứng matrix của nguồn) tới các mẫu được tích góp nhanh có khả năng xảy ra mạnh các hiệu ứng

tự hấp thụ. Thẻ này gồm hai cửa sổ.

3.3.1 Source

- Distance from the detector: khoảng cách từ nguồn tới detector, được đo từ mặt trước của

nguồn hoặc từ điểm cao nhất/thấp nhất trong trường hợp nguồn lồi/lõm.

- Source type: lựa chọn loại nguồn chứa chất phát hạt alpha

 Nút “Homogeneous source”: loại nguồn thuần nhất, nghĩa là các chất phát hạt alpha phân

bố đồng đều trong nguồn và có kích thước đủ nhỏ để xem là đồng nhất (xem hình 3.3).

Hình 3.3. Hiển thị các thông số (có thể thay đổi) khi chọn nút Homogeneous

source

 Source properties

 Diameter: xem nguồn có dạng hình trụ, và đây là đường kính của hình trụ.

 Central thickness: bề dày tại tâm nguồn.

 Side thickness: bề dày mép nguồn, kết hợp với bề dày tâm nguồn để nhận biết nguồn có

lồi/lõm.

 Thickness fluctuation: bề dày biến động cực đại. Nguồn có thể có nhiều bề dày khác nhau

thay đổi từ 0 đến giá trị này.

 Density: mật độ vật liệu nguồn.

 Source element composition

Bảng này chứa các thành phần nguyên tố của nguồn. Nhấp chuột vào phần trắng của bảng để

thay đổi vật liệu nguồn, bao gồm vật liệu ở dạng nguyên tố, hợp chất nguyên tố hoặc hỗn hợp (xem

hình 3.4).

Hình 3.4. Các bảng dùng thay đổi thành phần nguyên tố của nguồn khi

chọn nút Homogeneous source

 Presets: chọn dạng vật liệu trong danh sách hoặc đặt tên cho vật liệu vừa tạo. Nhấp vào

nút “Save” để lưu vật liệu sau khi chọn. Khi đó sẽ xuất hiện một cửa sổ để nhập tên và

mật độ của vật liệu. Sau khi lưu xong, tên vật liệu vừa đặt sẽ có mặt trong danh sách

“Presets”. Nếu muốn bỏ đi tên đã đặt trong danh sách thì nhấp vào “Remove”.

 Nút “Compound material”: lựa chọn vật liệu để tạo hợp chất theo mong muốn. Vùng

“Molecular formula”: sử dụng các kí hiệu hóa học để thể hiện nguyên tố theo ý muốn, và

chỉ số dưới dòng biểu thị số lượng nguyên tử của nguyên tố đó. Chỉ số trên dòng ở phía

trước kí hiệu nguyên tố để biểu thị một đồng vị. Có thể chuyển chỉ số ở dưới dòng lên

phía trên dòng hoặc ngược lại bằng mũi tên lên xuống trên bàn phím. Các nguyên tố trong

các hợp chất được liệt kê ở bên phải của vùng này. Cũng có thể đưa ra hợp chất bằng việc

dùng bảng tuần hoàn hóa học được cung cấp sẵn để chọn nguyên tố theo mong muốn

(xem hình 3.5).

Hình 3.5. Một hợp chất được tạo theo mong muốn

 Nút “Mixture material”: lựa chọn vật liệu để tạo hỗn hợp theo mong muốn (xem hình

3.6).

Hình 3.6. Các mục để tạo hỗn hợp nguồn theo mong muốn

 Element list: sử dụng danh sách này để chọn một phần tử cho hỗn hợp, có thể hiển thị

các phần tử dưới mục “Elements selected for simulation” bằng cách nhấp vào nút “mũi

tên” bên cạnh như một bảng các thành phần nguyên tố. Khi một phần tử được chọn

trong danh sách, thông tin về nó sẽ được hiển thị bên dưới mục “Element properties”.

 Nút “mũi tên”: dùng thêm một nguyên tố hoặc một hỗn hợp vào bảng hỗn hợp các

nguyên tố.

 Nút “dấu chéo”: dùng loại bỏ một nguyên tố hoặc một hỗn hợp nào đó trong bảng hỗn

hợp các nguyên tố.

 Elements selected for simulation: các nguyên tố được chọn trong mô phổng.

o Cột Mass percentage: sử dụng để xác định tỷ lệ phần trăm khối lượng tương đối

của nguyên tố trong hỗn bằng cách kéo các cột.

o Cột A: sử dụng để chỉ định một nguyên tố hay đồng vị của nguyên tố.

 Nút “Radioactive particles”: sử dụng khi các nguyên tố phát hạt alpha tại một vị trí hoặc

trong một vùng nào đó trong nguồn (xem hình 3.7).

Hình 3.7. Cửa sổ của nút Radioactive particles

 Particle occurrence: để xác định cách thức và vị trí phát sinh hạt.

 Nút Single particle: một hạt được phát ra từ vị trí chỉ định có chứa nguyên tố phát hạt

alpha. Vị trí này có thể thay đổi trên hai trục x và y – tọa độ của hạt. Gốc của hệ tọa độ

trùng với tâm của cửa sổ detector.

 Nút Many particles: nhiều hạt được sinh ra một cách ngẫu nhiên từ nguyên tố phát.

Đường kính khu vực phát các hạt được xác nhận ở vùng “Diameter of the deposition

area”. Lưu ý là tùy chọn này vô hiệu hóa khi kích thước hạt không đều.

 Particle type: xác định dạng hình học của hạt cần mô phỏng.

 Nút Spherical: đối với các hạt cần mô phỏng có dạng cầu.

 Nút Ellipsoidal: đối với các hạt cần mô phỏng có dạng elip. Lưu ý là tùy chọn này vô

hiệu hóa khi kích thước hạt không đều, mà xem tất cả các hạt có cùng kích thước.

 Nút Radioactive spherical surface layer: đối với các hạt cần mô phỏng có dạng cầu được

sinh ra từ lớp vật liệu phóng xạ trên bề mặt.

 Size of the particles: kích thước hạt cần mô phỏng. Tùy chọn này vô hiệu hóa đối với

trường hợp phát một hạt.

 Nút All particles have the same size: tất cả các hạt có cùng kích thước. Kích thước hạt có

thể xác định nhờ vào tính chất hạt

 Nút Lognormally distributed particle size: kích thước hạt được phân bố theo lo-ga-rít

thông thường. Tham số này cũng được qui định bởi tính chất hạt. Lưu ý là tùy chọn này

vô hiệu hóa đối với trường hợp phát một hạt và hạt cần mô phỏng có dạng elip.

 Particle properties:

 Diameter: đường kính hạt cần mô phỏng, chỉ dùng cho loại hạt có dạng cầu.

 Density: mật độ vật liệu phát hạt.

 Particle element composition:

Bảng này hiển thị các thành phần nguyên tố phát hạt. Nhấp chuột vào phần trắng của bảng để

thay đổi vật liệu. Các bước thực hiện tương tự như nguồn đồng nhất (xem hình 3.8).

Hình 3.8. Các bảng dùng thay đổi thành phần nguyên tố phát hạt

 Nút Radioactive particle in homogeneous source matrix: các nguyên tố phóng xạ nằm trong

tạp chất của nguồn đồng nhất (xem hình 3.9).

Hình 3.9. Cửa sổ của nút Radioactive particle in homogeneous source matrix

 Particle type và Size of the particles: tương tự như nút Radioactive particles.

 Particle depth distribution in the source matrix:

 Uniform: các hạt phân bố đều.

 Exponential: các hạt phân bố theo qui luật hàm mũ.

 Particle properties: tương tự như phần Particle properties trong nút Radioactive

particles.

 Matrix properties: tính chất của tạp chất trong nguồn, tương tự như phần Source type của

Homogeneous source (xem hình 3.11).

3.3.2 Radionuclides in the source:

- Nút The source emites alpha particles of energy: xác định năng lượng của hạt alpha được phát

ra và số phân rã để tiến hành mô phỏng (xem hình 3.12).

Hình 3.10. Cửa sổ của nút The source emites alpha particles of energy

 Vùng “năng lượng của hạt alpha được phát ra” (đơn vị MeV): thay đổi giá trị năng lượng

theo mong muốn (giá trị này phải lớn hơn 0).

 Vùng Number of decays: thay đổi giá trị về số phân rã theo mong muốn (giá trị này phải lớn

hơn 0).

- Nút Select alpha particle emitting radionuclide from list: cho phép lựa chọn các nhân phóng xạ

phát hạt alpha từ một danh sách lấy từ thư viên dữ liệu hạt nhân được cung cấp sẵn (xem hình

3.11).

Hình 3.11. Cửa sổ của nút Select alpha particle emitting radionuclide

from list

 Nuclide list (NuclideLibrary.xml): sau khi chọn một hạt nhân nào đó, thông tin của nó sẽ

được hiện thị ở phần Nuclide properties. Biểu tượng “mở file”ở bên trái cho phép mở file thư

viện dữ liệu hạt nhân NuclideLibrary.xml. Lưu ý là không được chọn dữ liệu từ các thư viện

khác nhau trong cùng một mô phỏng.

3.4 The absorbing layers

 Thêm hoặc bỏ đi các nhân, thực hiện như đã trình bày ở trên.

Sự suy giảm của bức xạ alpha còn phụ thuộc vào chất hấp thụ các hạt alpha, vì thực tế không

có buồng đo chân không hoàn hảo. Thẻ này gồm 1 cửa sổ, cho phép thêm các lớp vật liệu hấp thụ

khác nhau giữa nguồn bức xạ và đầu đo để việc mô phỏng thêm chân thật.

- Nút No absorbing layers: tùy chọn này cho phép bỏ qua hiệu ứng gây bởi các lớp vật liệu hấp

thụ trong mô phỏng (xem hình 3.12) .

Hình 3.12. Cửa sổ của nút No absorbing layers

- Nút Use absorbing layers: cho phép thêm, bỏ đi, và thay đổi các lớp

vật liệu hấp thụ (xem hình 3.13).

Hình 3.13. Cửa sổ của nút Use absorbing layers

 Bảng Layers:

Lựa chọn vật liệu hấp thụ để thay đổi. Khi một loại vật liệu được lựa chọn, tính chất của nó

được hiển thị ở vùng Density, Thickness, Thickness fluctuation. Đồng thời lớp vật liệu này còn được

hiển thị ở bảng Layer element composition.

 Nút Add layer: thêm lớp vật liệu vào bảng Layers. Lớp vật liệu đầu tiên sẽ có bề dày 1

m, mật độ 1 g/cm3 và là nguyên tố hydro.

 Nút Delete layer: bỏ đi lớp vật liệu đã được chọn trong bảng Layers.

 Layer properties

 Vùng Density: xác nhận mật độ của lớp vật liệu đang được chọn.

 Vùng Thickness: xác nhận bề dày của lớp vật liệu đang được chọn.

 Vùng Thickness fluctuation: xác nhận độ biến thiên bề dày của lớp vật liệu đang được

chọn.

 Bảng Layer element composition: hiển thị lớp vật liệu đã được chọn trong Layers. Nhấp

vào vùng trắng để thay đổi thành phần lớp vật liệu. Việc thay đổi tương tự như đã trình

bày ở trên (xem hình 3.14).

3.5 Coincedences and backscattering

Hình 3.14. Các mục để tạo hợp chất hấp thụ theo mong muốn

Hiện tượng trùng phùng và hiệu ứng tán xạ ngược đều gây ảnh hưởng đến kết quả ghi nhận

phổ. Hiện tượng trùng phùng là do hạt alpha nào đó với một hạt alpha khác phát bởi các hạt nhân

con cháu, được phát ra gần như đồng thời. Còn hiệu ứng tán xạ ngược là do các hạt phát bị giật lùi

do va chạm đàn hồi với tấm nền. Thẻ này gồm 2 cửa sổ.

3.5.1 Coincidneces and backscattering

Lưu ý là để kích hoạt hiện tượng trùng phùng hay tính toán hiệu ứng tán xạ ngược, thư viện dữ

liệu phải chứa dữ liệu bổ sung về hạt nhân được cung cấp bởi AASI, gọi là CoincidenceLibrary.xml.

- Hộp tùy chọn Calculate coincidences: cho phép hoặc vô hiệu hóa việc tính toán các hiệu ứng

trùng phùng trong mô phỏng. Khi chọn hộp này thì phải chọn mô hình che chắn trong danh

sách Shielding model (xem hình 3.15).

Hình 3.15. Các mục có thể thay đổi khi chọn hộp tùy chọn Calculate coincidences

- Hộp tùy chọn Include backingplate in calculations: cho phép hoặc vô hiệu hóa việc tính toán

các hiệu ứng tán xạ ngược trong mô phỏng. Khi chọn hộp này thì phải chọn loại vật liệu của

tấm nền trong danh sách Backingplate material. Sau khi chọn loại vật liệu, các thông tin của

nó sẽ hiển thị ở Backingplate material properties (xem hình 3.16).

Hình 3.16. Các mục có thể thay đổi khi chọn hộp tùy chọn Include backingplate

in calculations

 Density: xác nhận mật độ vật liệu, giá trị này phải nằm trong khoảng (0 , 23).

 Thickness: xác nhận bề dày vật liệu, giá trị này phải lớn hơn 0.

- Hộp tùy chọn Track alpha particles in the backingplate: cho phép hoặc vô hiệu hóa việc

theo dõi sự di chuyển của các hạt alpha trong mô phỏng, khi đó, đường đi của các hạt

alpha được theo dõi và ghi vào một tâp tin.

- Hộp tùy chọn Parallel beam emission with full particle tracking: khi chọn hộp này, quá

trình tính toán sẽ coi chùm tia tới detector là chùm song song.

- Hộp tùy chọn Linear deposition model in the dead layer (electron only): trong quá trình

tính toán xem chùm tia electron phát ra từ mẫu tạp chất trong lớp chết tới detector là

chùm song song.

3.5.2 Coincidence data browser

Xem dữ liệu trùng phùng của các hạt nhân mà bạn muốn trong thư viện hoặc trong mô phỏng

hiện hành.

- Nút Browse coincidence data for nuclides in the simulation: nút này cho phép xem dữ liệu

hạt nhân trùng phùng cũng là những hạt nhân được chọn cho quá trình mô phổng.

- Nút Browse coincidence data for other nuclides in a library: cho phép xem dữ liệu hạt nhân

trùng phùng trong một thư viện được cung cấp sẵn. Vùng Coincidence data in

CoincidenceLibrary.xml: cho phép mở thư viện ra khi nhấp vào biểu tượng “mở file” ở bên

trái, file có tên là CoincidenceLibrary.xml. Chọn hạt nhân muốn xem bằng cách nhấp vào

dấu “mũi tên” ở phía bên phải, khi đó những thông tin về hạt nhân đã được chọn sẽ hiển thị ở

Data to show (xem hình 3.17).

3.6 Simulation

Hình 3.17. Các mục dữ liệu trong nút Browse coincidence data for other nuclides in a library

Tính toán hiệu suất hình học và chạy mô phổng phổ, đồng thời có thể thiết lập một số tính chất

trong tính toán mô phổng phổ. Thẻ này gồm 2 cửa sổ.

3.6.1 Geometric efficiency calculation

Cho phép tính toán hiệu suất ghi nhận hình học ứng với một thiết lập đo lường nhất định (xem

hình 3.18).

Hình 3.18. Các thông số trong Geonetric efficiency calculation

- Vùng Source – detector distance (SDD): khoảng cách từ nguồn tới detector. Chú ý rằng

nguồn và detector đồng phẳng. Đây cũng là khoảng cách giữa các mặt phẳng chứa nguồn và

detector.

- Vùng Detector diameter: đường kính của cửa sổ detector có dạng một đĩa tròn nằm trong

mặt phẳng xy.

- Vùng Desired relative standard deviation: thay đổi giá trị độ lệch chuẩn theo mong muốn,

nó càng nhỏ thì kết quả càng chính xác nhưng thời gian đo dài.

- Nút Source diameter: xác nhận đường kính của nguồn có dạng đĩa tròn nằm trong mặt phẳng

xy.

- Nút Point source: sử dụng khi nguồn là một nguồn điểm, nằm trong mặt phẳng xy.

 Vùng x: xác nhận vị trí của nguồn điểm trên trục x.

 Vùng y: xác nhận vị trí của nguồn điểm trên trục y.

- Tấm Run geometric efficiency calculation: cho phép chạy việc tính toán các hiệu suất ghi

nhận hình học một cách nhanh chóng. Khi chọn mục này, một cửa sổ tính toán hiệu ứng hình

học được bật lên, và có thể cho kết quả chính xác.

3.6.2 Run spectrum simulation

Cung cấp phép tính toán phổ với sự quản lí tốt nhất trong mô phỏng. Cửa sổ mô phỏng cho

phép thiết lập kích thước gói năng lượng của phổ (xem hình 3.19).

Hình 3.19. Các thông số và các hộp tùy chọn trong Run spectrum simulation

- Vùng Energy bin size: xác lập kích cỡ gói năng lượng của hình ảnh phổ mô phỏng, nhằm

thực hiện sự phân chia năng lượng trên trục đồ thị.

- Vùng Integration step: xác nhận độ lớn bước nhảy của số liệu trên trục đồ thị.

- Hộp tùy chọn Include Gaussian straggling: sử dụng phân bố chuẩn rời rạc trong mô phỏng,

cho phép quan sát được từng đỉnh năng lượng của từng hạt nhân.

- Hộp tùy chọn Emissions to source detector cone only: các bức xạ từ nguồn phát ra tới

detector có dạng hình nón.

- Hộp tùy chọn Plot sum graph only for multiple nuclide simulation: quản lí tính chất của đồ

thị khi nhiều hạt nhân được lựa chọn để mô phỏng, tùy chọn này hiển thị toàn bộ các đỉnh

năng lượng, nhưng không cho phép phân biệt từng đỉnh riêng biệt ứng với từng nguyên tố.

- Hộp tùy chọn Popup into window after simulation: quản lí tính chất của cửa sổ thông tin

được hiển thị sau khi mô phỏng, tùy chọn này giúp bật cửa sổ thông tin lên.

3.7 Simulation plot

- Tấm Run simulation: cho phép chạy mô phỏng.

Hiển thị kết quả mô phỏng, đồng thời cho phép các phép mô phỏng trước đó hiển thị chung với

phép mô phỏng hiện hành. Thẻ này gồm 1 cửa sổ (xem hình 3.20).

 Vùng Energy (MeV) plot range:

Hình 3.20. Cửa sổ của thẻ Simulation plot

 Vùng Energy (MeV) plot range

 Nút Range: dùng xác định khoảng năng lượng trên trục x của đồ thị theo mong muốn, từ

giá trị cực tiểu tới giá trị cực đại. Khi nút này được chọn, trên đồ thị sẽ được vẽ lại để

hiển thị vùng năng lượng được chọn theo mong muốn.

 Nút Auto: tự xác định khoảng năng lượng trên trục x của đồ thị. từ giá trị cực tiểu tới giá

trị cực đại. Chắc chắn rằng tất cả số liệu sẽ được hiển thị trên đồ thị.

 Vùng Counts plot range:

 Nút Range: dùng xác định khoảng số đếm trên trục y của đồ thị theo mong muốn, từ giá

trị cực tiểu tới giá trị cực đại. Khi nút này được chọn, trên đồ thị sẽ được vẽ lại để hiển thị

khoảng số đếm được chọn theo mong muốn.

 Nút Auto: tự xác định khoảng số đếm trên trục y của đồ thị, từ giá trị cực tiểu tới giá trị

cực đại. Chắc chắn rằng tất cả số liệu sẽ được hiển thị trên đồ thị.

 Vùng Currently selected spectrum: đổ màu sắc vào từng đỉnh ứng với từng nhân phóng

xạ để quan sát trên đồ thị (với điều kiện là không bật hộp tùy chọn Plot sum graph only

for multiple nuclide simulation) (xem hình 3.21).

Hình 3.21. Hình ảnh phổ sau khi đổ màu

 Gian X-Axis properties:

 Vùng Title: đặt tiêu đề cho trục x, font chữ của tiêu đề có thể thay đổi bằng nhấp vào

nút “A” ở bên phải vùng này. Lưu ý là phải nhấn nút Enter trên bàn phím sau khi gõ tiêu

đề mới để nó hiển thị trên đồ thị.

 Nút Linear: dùng thang đo tuyến tính.

 Nút Logarithmic: dùng thang đo lo-ga-rít.

 Hộp tùy chọn Tics: cho phép hiển thị thang giá trị trên trục x.

 Tics size:

o Nút “+”: tăng kích cỡ của các số.

o Nút “-”: giảm kích cỡ của các số.

 Gian Y-Axis properties:

 Vùng Title: đặt tiêu đề cho trục y, font chữ của tiêu đề có thể thay đổi bằng nhấp vào

nút “A” ở bên phải vùng này. Lưu ý là phải nhấn Enter trên bàn phím sau khi gõ tiêu đề

mới để nó hiển thị trên đồ thị.

 Nút Linear: dùng thang đo tuyến tính.

 Nút Logarithmic: dùng thang đo lo-ga-rít.

 Hộp tùy chọn Tics: cho phép hiển thị thang giá trị trên trục y.

 Tics size:

o Nút “+”: tăng kích cỡ của các số.

o Nút “-”: giảm kích cỡ của các số.

 Gian Spectrum properties: hiển thị tính chất phổ ứng với từng nhân phóng xạ.

 Vùng Title: hiển thị tên nhân phóng xạ.

 Colour: màu sắc đổ trong từng đỉnh năng lượng, có thể nhấp vào ô màu này để thay đổi

màu sắc theo mong muốn.

 Width: thay đổi độ rộng đỉnh năng lượng, giá trị này phải nhỏ hơn 1.

CHƯƠNG 4 : CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, MÔ PHỔNG VÀ SỰ SO

SÁNH

4.1 Mục tiêu

 Hộp tùy chọn Fill: đổ màu sắc tương ứng cho đỉnh năng lượng của nhân.

Mô phổng lại các điều kiện, thông số trong đo đạc thực nghiệm mẫu, từ đó so sánh kết quả thu

được từ thực nghiệm đo đạc với kết quả mô phổng, kiểm tra xem hai kết quả này khớp với nhau ở

mức độ nào. Từ đó có thể khai thác sử dụng cũng như mở rộng khả năng ứng dụng của phần mềm

4.2 Nội dung

mô phổng phổ alpha AASI.

4.2.1 Phần mô phổng

Sử dụng phần mềm mô phổng phổ alpha AASI với các thông số cung cấp cho quá trình mô

phổng:

4.2.1.1 Thẻ Alpha Dectector

Bảng 4.1. Các thông số đưa vào thẻ Alpha Detector

Mẫu Chuẩn Uranium (Am-241, Pu-239)

Loại detector 1200PIPS 1200PIPS 1200PIPS

Đường kính 39,1 mm 39,1 mm 39,1 mm

FWHM 37 keV 37 keV 37 keV

Bề dày vùng hoạt 200 m 200 m 200 m

Bề dày lớp chết 0,05 m 0,05 m 0,05 m

Vật liệu lớp chết Silic Silic Silic

Đuôi toàn phần 0,007666 0,009951 0,999999

Thành phần nhanh 10 keV 10 keV 10 keV

Thành phần chậm 66 keV 66 keV 66 keV

Tỉ số nhanh/chậm 12 12 12

Hình 4.1. Các thông số về tính chất của detector

Hình 4.2. Loại detector, vật liệu và tính chất vật liệu lớp chết

của detector

Hình 4.3. Các thông số về hình dạng đỉnh của mẫu chuẩn, mẫu

Uranium, mẫu (Am-241, Pu-239)

4.2.1.2 Thẻ Source

- Loại nguồn

Bảng 4.2. Các thông số đưa vào loại nguồn

Mẫu Chuẩn Uranium Am-241 và Pu-239

Khoảng cách từ

detector tới nguồn 13 5 10

(mm)

Loại nguồn đồng nhất đồng nhất đồng nhất

Đường kính nguồn

(mm) 24,1 24,1 24,1

Bề dày tại tâm và 0,01 0,01 0,01 mép nguồn (m)

0,0013 0,0013 0,0013 Mật độ nguồn (g/cm3)

Nitơ (61%), Nitơ (61%), U (Uranium), Các thành phần của Oxi (33%), Oxi (33%), O (Oxigen) nguồn Heli (3%), Heli (3%),

Argon (1%) Argon (1%)

Hình 4.4. Các thông số của nguồn chuẩn

Hình 4.5. Các thông số của nguồn Uranium

- C ác

ân

ón

xạ Hình 4.6. Các thông số của nguồn (Am-241, Pu-239)

ong nguồn

Bảng 4.3. Các nhân phóng xạ trong từng nguồn

Mẫu Chuẩn Uranium (Am-241, Pu-239)

U-238, U-234 Am-241, Pu-239 Các nhân phóng xạ trong nguồn U-238, U-234, Pu-239, Am-241

Hình 4.7. Các nhân phóng xạ trong nguồn chuẩn

Hình 4.8. Các nhân phóng xạ trong Hình 4.9. Các nhân phóng xạ trong

nguồn Uranium nguồn (Am-241, Pu-239)

4.2.1.3 Thẻ Absorbing layers:

Bỏ qua lớp hấp thụ.

4.2.1.4 Thẻ Coincedences & Backscattering

Không xét đến hiện tượng trùng phùng và tán xạ ngược.

4.2.1.5 Thẻ Simulation

a) Chạy quá trình mô phổng phổ

Bảng 4.4. Các thông số đưa vào quá trình chạy mô phổng phổ

Chuẩn Uranium (Am-241, Pu-239)

10,612 10,612 10,612

0,2 0,2 0,2 Mẫu Kích cỡ gói năng lượng (keV) Bước nhảy (m)

Hình 4.10. Các thông số của quá trình chạy

mô phổng phổ

b) Tính hiệu suất ghi nhận

Bảng 4.5. Các thông số đưa vào quá trình tính hiệu suất ghi nhận

Mẫu Chuẩn Uranium (Am-241, Pu-239)

Khoảng cách

nguồn – detector 13 5 9

(mm)

Đường kính 39,1 39,1 39,1 detector (mm)

Độ lệch chuẩn

tương đối theo 0,5 0,5 0,5

mong muốn (%)

Đường kính nguồn 24,1 24,1 1 (mm)

Hình 4.11. Các thông số đưa vào để tính Hình 4.12. Các thông số đưa vào để tính

hiệu suất ghi nhận đối với mẫu chuẩn hiệu suất ghi nhận đối với mẫu Uranium

Hình 4.13. Các thông số đưa vào để tính hiệu suất ghi nhận

đối với mẫu (Am-241, Pu-239)

Hình 4.14. Hiệu suất ghi của mẫu chuẩn Hình 4.15. Hiệu suất ghi của mẫu

Uranium

Hình 4.16. Hiệu suất ghi của mẫu (Am-241, Pu-239)

4.2.1.6 Thẻ Simulation Plot

Hiển thị kết quả mô phổng.

Chuyển số liệu mô phổng qua phần mềm Excel để xử lí, bằng cách:

Simulation Plot->Edit->Copy selected graph in Excel format

4.2.2 Phần xử lí số liệu

Sử dụng ba mẫu:

Mẫu chuẩn (U-238, U-234, Pu-239, Am-241).

Mẫu Urani (U-234, U-238).

Mẫu (Am-241, Pu-239)

4.3 So sánh

Số liệu cũng được xử lí bằng phần mềm Excel.

4.3.1 Mẫu chuẩn

4.3.1.1 Số liệu thu được sau khi đo mẫu chuẩn

Bảng 4.6. Bảng số liệu thu được sau khi đo mẫu chuẩn

Đường chuẩn năng lượng E = 0,9923MeV + 6,864.10-3*(Kênh)

Hiệu suất đo (%) 20

Tổng số đếm (hạt) 24192

Tốc độ đếm (hạt/s) 1,5549

Thời gian đo (s) 15559

U-234 U-238 Pu-239 Am-241 Hoạt độ (Bq) 1,72383 1,67923 1,72578 1,89453

Hình 4.17. Phổ mẫu chuẩn thu được từ đo đạc thực nghiệm

900

800

700

600

500

m ế đ ố S

400

300

200

100

Phổ mẩu chuẩn

3.8 4.3 5.3 5.8 4.8 Năng lượng (MeV)

Hình 4.18. Phổ mẫu chuẩn được xử lí bằng phần mềm Excel

4.3.1.2 Số liệu mô phổng mẫu chuẩn

Hình 4.19. Phổ mẫu chuẩn thu được từ phần mềm AASI

Bảng 4.7. Bảng số liệu thu được sau khi mô phổng mẫu chuẩn

Cho số phân rã 18000

Hiệu suất ghi (%) 20,393

Tổng số đếm (hạt) 15721

Tốc độ đếm (hạt/s) 1,4592

Thời gian đo (s) 10774

Phổ mô phổng mẫu chuẩn

900

800

700

600

500

400

m ế đ ố S

300

200

100

3.8

4.3

5.3

5.8

4.8 Năng lượng (MeV)

Hình 4.20. Phổ mô phổng mẫu chuẩn sau khi xử lí bằng phần mềm Excel

So sánh phổ mẫu chuẩn với phổ mô phổng mẫu chuẩn

900

800

700

600

500

m ế đ ố S

400

300

200

100

3.8

4.3

5.3

5.8

4.8 Năng lượng (MeV)

Phổ mẫu chuẩn

Phổ mô phổng mẫu chuẩn

4.3.1.3 So sánh phổ mẫu chuẩn và phổ mô phổng của mẫu chuẩn

Hình 4.21. Biểu đồ so sánh phổ mô phổng mẫu chuẩn với phổ mẫu

chuẩn thu được từ phần mềm Excel

4.3.2 Mẫu Uranium

4.3.2.1 Số liệu mẫu Uranium

Bảng 4.8. Bảng số liệu thu được sau khi đo mẫu Uranium

Đường chuẩn năng lượng E = 1,019 MeV + 6,825.10-3*(kênh)

Hiệu suất đo (%) 33

Tổng số đếm (hạt) 2068

Tốc độ đếm (hạt/s) 1,3787

Thời gian đo (s) 1500

U-238 U-234 Hoạt độ (Bq) 1,983 1,750

Hình 4.22. Phổ mẫu Uranium thu được từ đo đạc thực nghiệm

Phổ mẫu Uranium

140

120

100

m ế đ ố S

3.8

4.3

4.8

Năng lượng (MeV)

Hình 4.23 Phổ mẫu Uranium thu được từ phần mềm Excel

4.3.2.2 Số liệu mô phổng mẫu Uranium

Hình 4.24. Phổ mô phổng mẫu Uranium thu được từ phần mềm AASI

Bảng 4.9. Bảng số liệu thu được sau khi mô phổng mẫu Uranium

Cho số phân rã 1850

Hiệu suất ghi (%) 35,616

Tổng số đếm (hạt) 1210

Tốc độ đếm (hạt/s) 1,3348

Phổ mô phổng mẫu Uranium

140

120

100

m ế đ ố S

3.8

4.3

4.8

Năng lượng (MeV)

Thời gian đo (s) 906

Hình 4.25. Phổ mô phổng mẫu Uranium thu được từ phần mềm Excel

So sánh phổ mẫu Uranium với phổ mô phổng mẫu Uranium

140

120

100

m ế đ ố S

3.8

4.3

4.8

Năng lượng (MeV)

Phổ mẫu Uranium Phổ mô phổng mẫu Uranium

4.3.2.3 So sánh phổ mẫu Uranium và phổ mô phổng mẫu Uranium

Hình 4.26. Biểu đồ so sánh phổ Uranium với phổ mô phổng mẫu

Uranium thu được từ phần mềm Excel

4.3.3 Mẫu (Am-241, Pu-239)

4.3.3.1 Số liệu mẫu (Am-241, Pu-239)

Bảng 4.10. Bảng số liệu thu được sau khi đo mẫu (Am-241, Pu-239)

Đường chuẩn năng lượng E = 0,9932 MeV + 6,841.10-3*(kênh)

Hiệu suất đo (%) 27

Tổng số đếm 14327

Tốc độ đếm (hạt/s) 119,34

Thời gian đo (s) 120

Am-241 Pu-239 Hoạt độ (Bq) 418,5730 16,5701

Hình 4.27. Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) thu được từ đo đạc thực nghiệm

Phổ mẫu (Am-241, Pu-239)

1800

1600

1400

1200

1000

m ế đ ố S

800

600

400

200

5.0

5.1

5.4

5.5

5.6

5.2 5.3 Năng lượng (MeV)

Hình 4.28. Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) thu được từ phần mềm Excel

4.3.3.2 Số liệu mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239)

Hình 4.29. Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) thu được từ phần mềm AASI

Bảng 4.11. Bảng số liệu thu được sau khi mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239)

Am-241 Pu-239 Cho số phân rã 31000 1125

Hiệu suất ghi (%) 29,017

Tổng số đếm (hạt) 9332

Tốc độ đếm (hạt/s) 119,78

Phổ mô phổng (Am-241, Pu-239)

1800

1600

1400

1200

1000

m ế đ

800

ố S

600

400

200

5.0

5.1

5.5

5.6

5.4 5.3 5.2 Năng lượng (MeV)

Thời gian đo (s) 78

Hình 4.30. Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) thu được từ phần mềm Excel

4.3.3.3 So sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239) và phổ mô phổng của mẫu (Am-241, Pu-

239)

So sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239) với phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239)

m ế đ ố S

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

5.0

5.1

5.5

5.6

5.2 5.4 5.3 Năng lượng (MeV)

Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239)

Hình 4.31. Biểu đồ so sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239)với phổ mô phổng

mẫu (Am-241, Pu-239) thu được từ phần mềm Excel

Bảng 4.12. Bảng số liệu so sánh giữa thực nghiệm và mô phổng của mẫu chuẩn, mẫu Uranium và

mẫu (Am-241, Pu-239)

Chuẩn Uranium (Am-241, Pu-239)

Mẫu Thực Mô Thực Mô Thực Mô

nghiệm phổng nghiệm phổng nghiệm phổng

Hiệu suất (%) 20 20,393 33 35,616 27 29,017

Tổng số đếm (hạt) 24192 15721 2068 1210 14327 9332

Tốc độ đếm (hạt/s) 1,5549 1,4592 1,3787 1,3348 119,34 119,78

4.4 Kết luận

Thời gian đo 15559 10774 1500 906 120 78

Từ bảng 4.12, có thể kết luận như sau:

 Hiệu suất mô phổng so với thực nghiệm tuy có sự sai lệch nhỏ, khoảng 0,3% đến 2%,

nhưng từ các hình 4.21, 4.26, 4.31 cho thấy có sự tương thích giữa phổ mô phổng với phổ

thực nghiệm.

 Tốc độ đếm giữa mô phổng và thực nghiệm chênh lệch rất ít, thời gian đo ứng với tổng số

đếm tính ra cũng khá hợp lí, do đó độ tin cậy của phần mềm có thể coi là khá cao.

Những kết quả thu được cho thấy phần mềm AASI cho kết quả tương đối phù hợp trong công

tác mô phổng dự đoán phổ của hạt alpha cũng như nghiên cứu.

Thời gian chạy mô phổng rất nhanh, thông tin về các chất phát trong nguồn như tần số phát hạt

theo chiều sâu, vị trí của chất phát, được hiển thị chi tiết khi bật cửa sổ thông tin mô phổng lên.

Tuy nhiên, phần mềm cũng có mặt hạn chế của nó, đó là:

 Trong thẻ Source, phần Source type, khi chọn nút Radioactive particles hay nút

Radioactive particles in a homogeneous source matrix, phần mềm đòi hỏi cung cấp các

thông tin về hình dạng của các hạt trong nguồn: hình cầu, hình elip hay hình cầu và nằm

trên lớp bề mặt nguồn, mức độ đồng nhất của các hạt: tất cả các hạt có cùng kích thước

hay kích thước hạt được phân bố theo lo-ga-rít thông thường, thế nhưng các nguồn trong

thực tế thì không lí tưởng như vậy, hay nói khác hơn là không thể khẳng định nguồn có

những tính chất như vậy. Do đó, kết quả giữa mô phổng và đo đạc thực nghiệm sẽ có sự

sai khác đôi chút.

 Trong thẻ Coincidences & Backscattering, cửa sổ Coincedence data browser, chức năng

của nút Browse coincidence data for nuclides in the simulation hơi khó sử dụng, đòi hỏi

phải tự đưa dữ liệu về những hạt nhân được chọn cho quá trình mô phổng, chứ phần mềm

không cung cấp sẵn. Do đó chức năng này sẽ dành cho những anh chị có mong muốn

4.5 Hướng phát triển [6]

đóng góp xây dựng cho chương trình ngày một hoàn thiện hơn.

Thật vậy, phần mềm mô phổng phổ alpha AASI có khá nhiều ứng dụng hiệu quả như:

 Các phép trắc phổ trực tiếp đối với mẫu khí ở những vùng có độ phóng xạ cao (do tai nạn

lò phản ứng hạt nhân), thường làm phức tạp phổ alpha thu được, thậm chí là phổ bị nhòe

đi. Phần mềm AASI có thể cho hình ảnh phổ tương đối rõ ràng.

 Nghiên cứu hiệu ứng trùng phùng, giúp tìm ra hình dạng các đỉnh alpha thực sự, cụ thể là

đỉnh của hai đồng vị Pu-239 và Pu-240.

 Các đặc trưng của nguồn có ảnh hưởng đáng kể lên phổ năng lượng của hạt alpha, nhất là

mật độ chất nền trong nguồn. Thế nhưng việc kiểm tra bằng thực nghiệm các tính chất đó

là một nhiệm vụ nặng nề và đòi hỏi kĩ thuật đặc biệt. Với phần mềm AASI, sự ảnh hưởng

của các tính chất khác nhau của nguồn lên phổ alpha, như bề dày và độ mấp mô, thành

phần nguyên tố, … đều có thể kiểm tra. Một trường hợp đặc biệt là tính chất đặc thù của

từng hạt phóng xạ cũng được kiểm tra. Thậm chí sự ảnh hưởng của nguồn không đồng

nhất lên chất lượng phổ cũng có thể biết.

Trong tương lai, hy vọng rằng phần mềm mô phổng phổ alpha AASI sẽ được khai thác sử

dụng phổ biến ở nước ta bởi khả năng đáp ứng chính xác của nó.

Tài liệu tham khảo

Tiếng việt

[1]. Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ, NXB ĐHQG TP.Hồ Chí Minh.

[2]. PGS-TS Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa Hoc và Kỹ Thuật.

[3]. PGS-TS Nguyễn Minh Cảo (2003), Giáo trình các detector cơ bản, Đại Học Khoa Học Tự

Nhiên TP.Hồ Chí Minh.

[4]. Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi nhận bức

xạ ion hóa, NXB ĐHQG TP.Hồ Chí Minh.

[5]. Đoàn Thị Hiền (2008), Nghiên cứu chế tạo mẫu chuẩn U-234, U-238 dùng trong phân tích

mẫu môi trường bằng phương pháp mạ điện phân kết tủa, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Đại

Học Khoa Học Tự Nhiên.

Tiếng anh

[6]. Teemu Siiskonen, Roy PÖllänen, Tero Karhunen (2008), “A Versatile Simulation Code For

Alpha Spectrometry: Development of the Graphical User Interface and Applications”,

Esarda Bulletin, No.40, pp. 26-30.

[7]. http://www.stuk.fi/tutkimus/programs/aasi/en_GB/aasi/

[8]. http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3705050240/

Phụ lục

Phụ luc 1: Số liệu mẫu chuẩn

Kênh Số đếm Kênh Số đếm

Kênh -> Năng lượng (MeV) 3,806540 3,813404 3,820268 3,827132 3,833996 3,840860 3,847724 3,854588 3,861452 3,868316 3,875180 3,882044 3,888908 3,895772 3,902636 3,909500 3,916364 3,923228 3,930092 3,936956 3,943820 3,950684 3,957548 3,964412 3,971276 3,978140 3,985004 3,991868 3,998732 4,005596 4,012460 4,019324 4,026188 4,033052 4,039916 4,046780 4,053644 4,060508 4,314476 4,321340 4,328204 4,335068 4 5 0 3 5 3 2 3 2 5 1 4 3 1 2 2 3 5 6 5 2 9 5 4 3 5 8 2 3 3 2 5 6 6 2 2 10 10 4 6 7 15 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 484 485 486 487 Kênh -> Năng lượng (MeV) 4,060508 4,067372 4,074236 4,081100 4,087964 4,094828 4,101692 4,108556 4,115420 4,122284 4,129148 4,136012 4,142876 4,149740 4,156604 4,163468 4,170332 4,177196 4,184060 4,190924 4,197788 4,204652 4,211516 4,218380 4,225244 4,232108 4,238972 4,245836 4,252700 4,259564 4,266428 4,273292 4,280156 4,287020 4,293884 4,300748 4,307612 4,060508 4,602764 4,609628 4,616492 4,623356 10 13 19 18 39 47 76 91 155 195 214 238 311 380 549 689 728 732 486 276 103 29 6 3 2 0 4 3 5 3 4 9 2 3 1 5 7 10 4 9 6 4 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 447 526 527 528 529

488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 4,341932 4,348796 4,355660 4,362524 4,369388 4,376252 4,383116 4,389980 4,396844 4,403708 4,410572 4,417436 4,424300 4,431164 4,438028 4,444892 4,451756 4,458620 4,465484 4,472348 4,479212 4,486076 4,492940 4,499804 4,506668 4,513532 4,520396 4,527260 4,534124 4,540988 4,547852 4,554716 4,561580 4,568444 4,575308 4,582172 4,589036 4,595900 4,891052 4,897916 4,904780 4,911644 4,918508 4,925372 4,932236 4,939100 4,945964 4,952828 20 13 21 25 22 18 20 14 11 10 5 5 1 5 7 9 5 6 5 5 3 0 4 1 5 3 2 2 5 3 4 9 8 6 8 10 3 7 1 1 0 4 0 2 0 4 0 4 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 4,630220 4,637084 4,643948 4,650812 4,657676 4,664540 4,671404 4,678268 4,685132 4,691996 4,698860 4,705724 4,712588 4,719452 4,726316 4,733180 4,740044 4,746908 4,753772 4,760636 4,767500 4,774364 4,781228 4,788092 4,794956 4,801820 4,808684 4,815548 4,822412 4,829276 4,836140 4,843004 4,849868 4,856732 4,863596 4,870460 4,877324 4,884188 5,179340 5,186204 5,193068 5,199932 5,206796 5,213660 5,220524 5,227388 5,234252 5,241116 12 8 15 28 22 46 54 91 117 167 206 247 246 266 324 481 633 721 737 581 330 152 48 9 2 1 1 4 0 3 1 3 0 3 0 3 1 0 6 2 4 2 2 3 6 6 4 7

578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 4,959692 4,966556 4,973420 4,980284 4,987148 4,994012 5,000876 5,007740 5,014604 5,021468 5,028332 5,035196 5,042060 5,048924 5,055788 5,062652 5,069516 5,076380 5,083244 5,090108 5,096972 5,103836 5,110700 5,117564 5,124428 5,131292 5,138156 5,145020 5,151884 5,158748 5,165612 5,172476 5,467628 5,474492 5,481356 5,488220 5,495084 5,501948 5,508812 5,515676 5,522540 5,529404 5,536268 5,543132 5,549996 5,556860 5,563724 5,570588 2 3 2 2 3 5 5 7 4 7 4 10 24 11 27 45 63 84 124 179 171 288 375 489 729 829 780 604 373 194 45 17 799 702 590 376 266 203 136 91 66 47 17 11 4 1 0 0 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 5,247980 5,254844 5,261708 5,268572 5,275436 5,282300 5,289164 5,296028 5,302892 5,309756 5,316620 5,323484 5,330348 5,337212 5,344076 5,350940 5,357804 5,364668 5,371532 5,378396 5,385260 5,392124 5,398988 5,405852 5,412716 5,419580 5,426444 5,433308 5,440172 5,447036 5,453900 5,460764 5,639228 5,646092 5,652956 5,659820 5,666684 5,673548 5,680412 5,687276 5,694140 5,701004 5,707868 5,714732 5,721596 5,728460 5,735324 5,742188 3 4 8 6 10 12 7 7 7 8 6 9 11 16 10 12 18 16 27 20 29 35 49 95 97 128 148 222 265 372 477 695 0 0 2 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

668 669 670 671 672 673 674 675 676 5,577452 5,584316 5,591180 5,598044 5,604908 5,611772 5,618636 5,625500 5,632364 0 0 0 0 0 0 0 0 0 693 694 695 696 697 698 699 700 5,749052 5,755916 5,762780 5,769644 5,776508 5,783372 5,790236 5,797100 0 0 0 0 1 0 1 0

Phụ luc 2: Số liệu mô phổng mẫu chuẩn

Năng lượng Năng lượng Năng lượng Số đếm Số đếm Số đếm (MeV) (MeV) (MeV)

4,6799 4,6905 4,7011 4,7117 4,7223 4,7330 4,7436 4,7542 4,7648 4,7754 4,7860 4,7966 4,8072 4,8178 4,8285 4,8391 4,9876 4,9983 5,0089 5,0195 5,0301 5,0407 5,0513 5,0619 5,0725 5,0831 5,0938 5,1044 5,1150 5,1256 5,1362 5,1468 5,1574 5,1680 5,1787 5,1893 5,1999 5,2105 5,2211 5,2317 5,2848 5,2954 5,3060 5,3166 5,3272 5,3378 5,3484 5,3591 5,3697 5,3803 5,3909 5,4015 5,4121 5,4227 5,4333 5,4440 5,4546 5,4652 5,4758 5,4864 5,4970 5,5076 5,5182 5,5289 5,5395 5,5501 141 48 8 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 8 13 22 19 21 61 109 155 219 396 650 813 743 463 179 53 11 8 3 0 95 170 251 277 252 339 571 681 662 372 170 41 9 3 1 0 0 3 0 2 0 3 19 30 108 129 162 275 386 697 829 669 382 0 1 0 0 1 3 5 28 89 164 208 259 331 451 677 738 570 265 96 20 2 0 0 1 0 4 2 1 0 0 6 15 48 4,0113 4,0219 4,0326 4,0538 4,0644 4,0750 4,0856 4,0962 4,1068 4,1175 4,1281 4,1387 4,1493 4,1599 4,1705 4,1811 4,1917 4,2024 4,2130 4,2236 4,2342 4,2448 4,5525 4,5632 4,5738 4,5844 4,5950 4,6056 4,6162 4,6374 4,6481 4,6587 4,6693

Phụ luc 3: Số liệu mẫu Uranium

Kênh Số đếm Kênh Số đếm

Kênh -> Năng lượng (MeV) 3,803600 3,810425 3,817250 3,824075 3,830900 3,837725 3,844550 3,851375 3,858200 3,865025 3,871850 3,878675 3,885500 3,892325 3,899150 3,905975 3,912800 3,919625 3,926450 3,933275 3,940100 3,946925 3,953750 3,960575 3,967400 3,974225 3,981050 3,987875 3,994700 4,001525 4,008350 4,015175 4,022000 4,028825 4,035650 4,042475 4,049300 4,056125 4,322300 4,329125 4,335950 4,342775 4,349600 4,356425 4,363250 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 484 485 486 487 488 489 490 0 2 0 0 0 0 2 1 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 2 1 0 3 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 4 2 1 Kênh -> Năng lượng (MeV) 4,062950 4,069775 4,076600 4,083425 4,090250 4,097075 4,103900 4,110725 4,117550 4,124375 4,131200 4,138025 4,144850 4,151675 4,158500 4,165325 4,172150 4,178975 4,185800 4,192625 4,199450 4,206275 4,213100 4,219925 4,226750 4,233575 4,240400 4,247225 4,254050 4,260875 4,267700 4,274525 4,281350 4,288175 4,295000 4,301825 4,308650 4,315475 4,608950 4,615775 4,622600 4,629425 4,636250 4,643075 4,649900 0 3 6 5 5 10 11 17 15 14 36 38 50 55 64 73 98 105 108 64 45 27 9 2 5 2 0 1 0 0 0 0 3 0 2 0 0 0 1 3 5 3 4 0 6 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 526 527 528 529 530 531 532

4,370075 4,376900 4,383725 4,390550 4,397375 4,404200 4,411025 4,417850 4,424675 4,431500 4,438325 4,445150 4,451975 4,458800 4,465625 4,472450 4,479275 4,486100 4,492925 4,499750 4,506575 4,513400 4,520225 4,527050 4,533875 4,540700 4,547525 4,554350 4,561175 4,568000 4,574825 4,581650 4,588475 4,595300 4,602125 4,895600 4,902425 4,909250 4,916075 4,922900 4,929725 4,936550 4,943375 1 3 5 3 4 1 2 2 0 3 1 0 1 2 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 2 1 1 2 0 1 1 5 2 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 576 577 578 579 580 581 582 583 4,656725 4,663550 4,670375 4,677200 4,684025 4,690850 4,697675 4,704500 4,711325 4,718150 4,724975 4,731800 4,738625 4,745450 4,752275 4,759100 4,765925 4,772750 4,779575 4,786400 4,793225 4,800050 4,806875 4,813700 4,820525 4,827350 4,834175 4,841000 4,847825 4,854650 4,861475 4,868300 4,875125 4,881950 4,888775 4,950200 4,957025 4,963850 4,970675 4,977500 4,984325 4,991150 4,997975 8 9 11 11 6 17 35 29 50 49 49 50 73 86 123 110 94 79 38 22 7 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 568 569 570 571 572 573 574 575

Phụ lục 4: Số liệu mô phổng mẫu chuẩn

Năng Năng Năng lượng Số đếm Số đếm Số đếm lượng lượng (MeV) (MeV) (MeV)

3.8734 3.8840 3.8946 4.0113 4.0219 4.0326 4.0432 4.0538 4.0644 4.0750 4.0856 4.0962 4.1068 4.1175 4.1281 4.1387 4.1493 4.1599 4.1705 4.1811 4.1917 4.2024 4.2130 4.2236 4.2342 4.5632 4.5738 4.5844 4.5950 4.6268 4.6374 4.6587 39 87 103 99 77 42 17 3 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 2 0 0 1 0 1 3 5 14 25 37 44 4.6693 4.6799 4.6905 4.7011 4.7117 4.7223 4.7330 4.7436 4.7542 4.7648 4.7754 4.7860 4.7966 4.8072 4.8178 10 25 34 30 41 36 59 97 119 80 48 21 5 1 0

Phụ lục 5: Số liệu mẫu (Am-241, Pu-239)

Kênh Số đếm Kênh Số đếm

Kênh -> Năng lượng (MeV) 5,002026 5,008867 5,015708 5,022549 5,029390 5,036231 5,043072 5,049913 5,056754 5,063595 5,070436 5,077277 5,084118 5,090959 5,097800 5,104641 5,111482 5,118323 5,125164 5,132005 5,138846 5,145687 5,152528 5,159369 5,166210 5,173051 5,179892 5,186733 5,193574 5,200415 5,207256 5,214097 5,220938 5,227779 5,234620 5,241461 5,248302 5,255143 5,261984 5,268825 5,275666 5,282507 5,289348 5,296189 2 3 4 4 3 1 3 5 5 8 16 18 15 25 31 23 27 45 44 51 59 42 36 29 14 2 3 1 3 2 3 2 5 4 2 3 8 4 4 6 8 8 7 13 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 Kênh -> Năng lượng (MeV) 5,303030 5,309871 5,316712 5,323553 5,330394 5,337235 5,344076 5,350917 5,357758 5,364599 5,371440 5,378281 5,385122 5,391963 5,398804 5,405645 5,412486 5,419327 5,426168 5,433009 5,439850 5,446691 5,453532 5,460373 5,467214 5,474055 5,480896 5,487737 5,494578 5,501419 5,508260 5,515101 5,521942 5,528783 5,535624 5,542465 5,549306 5,556147 5,562988 5,569829 5,576670 5,583511 5,590352 5,597193 15 14 25 17 36 34 42 57 76 117 108 123 164 185 262 353 451 514 676 713 910 1041 1357 1627 1652 1345 888 482 175 91 47 22 17 16 14 3 4 0 0 0 0 0 0 0 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673

Phụ lục 6: Số liệu mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239)

Năng lượng Năng lượng Năng lượng Số đếm Số đếm Số đếm (MeV) (MeV) (MeV)

4,8072 4,8178 4,8285 4,9240 4,9346 4,9452 4,9558 4,9664 4,9770 5,0089 5,0195 5,0301 5,0407 5,0513 5,0619 5,0725 5,0831 5,0938 5,1044 5,1150 5,1256 0 1 0 0 1 2 0 2 0 0 1 0 5 4 11 8 18 18 24 47 53 5,1362 5,1468 5,1574 5,1680 5,1787 5,1893 5,1999 5,2105 5,2211 5,2317 5,2423 5,2529 5,2636 5,2742 5,2848 5,2954 5,3060 5,3166 5,3272 5,3378 5,3484 59 40 25 8 1 2 1 3 3 4 7 5 6 5 9 12 12 17 24 29 38 5,3591 5,3697 5,3803 5,3909 5,4015 5,4121 5,4227 5,4333 5,4440 5,4546 5,4652 5,4758 5,4864 5,4970 5,5076 5,5182 5,5289 5,5395 5,5501 5,5607 5,5713 61 63 80 143 241 351 509 764 1163 1574 1643 1255 667 220 64 17 5 3 3 1 0