BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -
TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH | KHOA VAT LY « Re _„ “me, ` x22 va sonar es TT t*
GIAO VIÊN HƯỚNG DẪN: : TẠ HƯNG QUÍ
CHÂU VĂN TẠO
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trang 3XS
£m xin chân fhành cảm ơn:
-Ban Giám hiệu frường và ban chủ nhiém khoa Yat Ly đã cho phép và lạo điều kiện để em thực hiện luận văn “Thầy Tạ ưng Qui và Tháy Châu văn Tạo đã lận tình hướng đẫn và giúp đỡ em frong fhời gian lam luận văn
-Toàn thể fháy cô khoa Yật Lý da
truyền ffhụ kiến thức cho em
trong suốt fftời gian học lập
Trang 4VS du
Suét trong lịch sử của minh, tử đời này qua đời khác, loài
nưười bị chiếu xạ liên tục, không chỉ bởi bức xạ phát ra tử các
chất phóng xạ tự nhiên trên mặt đất mà còn bởi các tia vũ trụ
và các chất phóng xạ do con người tạo ra ở thế kỷ 20 này Ngày
nay, củng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học,
những thành tựu của vàt lý học, đã góp phản không nhỏ trong việc phục vụ đời sống con người Vật lý hạt nhân và phóng xa là một trong những mũi nhọn của ngành vặt lý, có những tiến bộ
nhanh chóng và ứng dụng được trong nhiều lảnh vực: Sinh học
phóng xa, y học, khảo cổ học, luyện kim, các ngành kỹ thuật
Việc ứng dụng lcÿ thuật hạt nhân vào linh vực môi trường, dủ khó khăn về mặt công nghệ và trị thức, nhưng đã đưa lại những
kết quả lý thủ và bổ ích, có rất nhiều công trình nghiên cứu về
lý thuyết vé thực nghiệm và phóng xạ hạt nhân đã được tiến
hành cung cấp nhiều tài liệu và đem lại lợi ích cho xã hội Với
điều kiện hạn hẹp về thời gian và phương tiện nghiên cứu, thực hành Trong phạm ví đề tài : Khảo sát sự tương tác của tia
phóng xạ với vật chất và ứng dụng của chúng Chúng tôi chỉ tìm
hiểu và trình bày, tóm tắt lý thuyết về cơ chế tương tác của tia
phóng xạ với vật chất, kết hợp khảo sát bằng thực nghiệm về đo
Trang 5DE TAI DUOC TRINH BAY TRINH TU NHU SAU « PHAN 1: LY THUYET : SU TUONG TAC CUA BUC XA VOI VAT CHAT : 1 Phan ra phéng xa 1 Các khải niệm 2 Định luật phân rä phóng xã
3 Các trường hợp phân rã của hạt nhân
Il Tương tac cua bức xạ hạt nhân mang điện tích (z,B) với vật chất 1 Sự mất đắn năng lượng do ion hóa
2 Su phat xa ham va phat buc xa Tre - Ren - Cop 3 Quang chạy của các hạt tích điện
LII Sự tương tác của Photon :
1 Hiệu ứng quang điện
2 Hiệu ứng Compton
3 Hiéu ung tao cap
IV Sự hấp thụ bức xa ¥
1 Tiết diện hiệu dụng toàn phân của tương tác của tia Gamma với vật chất
2, Qui luật suy giảm của tia Gamma khi truyền qua vật chất
+ PHAN 2: |
THUC NGHIEM ; DO MUC NUOC BANG NGUON DONG VI PHONG XA
L Mô ta thí nghiệm
1 Thiết bị ghi nhận bức xa dùng trong đo mực chất lỏng 2 Phương pháp thống kê trong đo mực chất lỏng
a/ Sai số thống kê và sai số phép đo b/ Một số nét về đo mực chất lỏng LI Thực nghiệm:
1 Đo mực nước bằng phương pháp đo khoảng cách khoảng cách 2 Đo mực nước bằng phương pháp nhảy vọt
1H Kết quả thí nghiệm IV Xứ ly số liệu
PHAN 3 : KET LUAN
Trang 6thant: LY THUYET SU TUONG TAC CUA BUC XA VỚI VẬT CHẤT I PHÂN RÄ PHÓNG XẠ : 1 CÁC KHÁI NIÊM : ® Định nghĩa : Phân rả phóng xạ:sự biến đổi tử đồng vị này thành đồng vị khác bằng cách phát ra một hạt nào đó
- Cúc đặc Lrưng của phóng xa la:
+ Loại hạt phát ra trong quá trinh phan ra
- Thời gian xảy ra phóng xa + Năng lượng của hạt phát ra
+ Pliân bỏ góc giữa các hạt cùng phát ra Spin của chúng - Các loại phúng xạ + Phản rả ứ : „Xˆ—>,,Yˆ*! + ø + Phan ra § + Dịch chuyến + + Phân rá photon: P i gi ; Hang s6 phéng xa « Chu kỳ bán rã :
Khoảng thời gian để cho số hạt nhân phóng xa N, giảm đi một nửa gọi là
chu kỳ bán rã tại thời điểm t = Tự» N(Ty ) = N,:2
Hiện tượng biến đổi nội tại của hạt nhân kèm theo phát ra các hạt a, B va bức xạ y để thành hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xa, xuất hiện ở các
đỏng vị phóng xạ trong điểu kiến tự nhiên gọi là phóng xạ tự nhiên Ngược
lại, tính phóng xạ ở các nguyên tổ do ký thuật chế tạo gọi là phóng xa nhân tạo Do vày ta có 2 loại phóng xa: Phóng xa tư nhiên và phóng xạ nhân tạo
- Vị phân rã phóng xạ lä hiện tượng thống kê, nênØ£môtả các định luật thống kẻ ta phải dũng khái niệm xác suất, và để mô tá hiện tượng phản
rả phóng xa, La đưarallai lượng gọi là hăng số phân rã À
Trang 7+ Goi N là hạt nhân không bên, trong một đơn vị thời gian số hạt nhân phan rả là ÀN
+ Thời gian dt số nhân phan rã là ; dN = -ÄNdt (1)
Dấu <-> chỉ hạt nhân phân rả giảm theo thời gian
(1) — Nit)=N, ¢ e“ Dinh luat co ban cua phan ra phong xa
N, = 0:S6 nhan phong xa tait = 0 Ln2 0,695 A A * Trưởng hợp phóng xạ chuối : 1= 2—› 3 Quá trình được điển ra : nhân 1 phóng xa thành nhân 2 và nhân 2 phóng xa thành nhân 3
Trong trường hợp này, ta viết định luật cơ bản cho nhân 1 và nhân 2
UN, = -A,N (ude (2) dN, = |Ä,N,0 -À,N,(U]dt (3) tư (2), (3) kết hợp với điều kién ban dau N,(0) = 0; N,(0) = N, (0) Ta tìm được nghiệm Môi hiến hệ givta T,, vad :T,,, = N, =N,*c"" NA, No= Ễ (e*-e*)+N,(0) e3 Ầ.-3, * Do phong xa A:
Là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát xạ, nó bằng số phân rã phóng
xa trong một đơn vị thời gian của nguồn Có hai loại đơn vị đo độ phóng xạ Curi : C¡
1Ci = 3,7 10''" phân rã trong một giây = độ phóng xạ của 1 gam radie
Becquerel ; Bq
1Ci
* Xac dinh hang sé phan rAd nho duéng céng phan ra
Trang 8Lay logarit cơ số e cho 2 về : Ìn (- ~ j= In AUN) -At
vẽ Ïn (- Tả ) theo t ta được đó L:.¡ như hình 1 ae Hình 1: Sự phân rả của 1 đồng vị dN phóng xạ, nhờ đó ta xác định In{-——} duge hang sé phan rad > T,, > ” L
s- Trường hợp phân rả phức tạp là trường hợp có tử 2 đồng vị trở lên trong một nguồn phóng xa Đề đơn giản, ta chỉ xét trường hợp nguồn chứa 2 đồng vị có các hãng số phản rã 4, và À Trường hợp t= 0 > N,(t)=N, ; N, (t)=N,, = Số nhân phân rã tổng cộng : Nit)=N.,e“'+N,, e* (4) Lây In 2 vẽ (4) ta được; dN A Al Inn (- Se Ink N Ave" +N ,A,e") =) Từ đó ta có đồ thị biểu diễn (5) Hình 2: Sự phân rã của 2 loại đồng dt vị phóng xạ
x được xác định bằng số đo của máy N„ Được xác định bằng cách kéo dài
ngoại suy đấu đường thẳng cho cắt
0 truc tung
- Truéng hop phan ra phéng xa chudi
Mé hinh phan ra: 132-3
Với điều kién : N, (0) = 0; N, (0) = NO)
Độ phóng xạ toàn phản sẽ là :
dN , fi
; =+AN, +AN, “iN Je itis - sk ei i |
Trang 9- L Trưởng hợp cân bằng thế kỷ tổng quát cho phân rã liên tiếp 1—2—›3—>4— A, <<A, T,,,(1)>> T,,,{2), T,,,(3) Hệ thức trên duge ding dé xac dinh diéu kién can bằng của 1 dãy phóng xạ nao đó 3 CẢ ‘ON se Phân rac (12T, (2): T„(3) 1⁄4 | = N: Ny N #T A A-4 4 a ar z Z-2 2 Nhan me Nhan con Hata e* Tí h u là sự phụ thuộc rất mạnh của chu kỳ bản rã vào năng lượng của những hạt bay ra
« Đị i “ trình bày sự phụ thuộc của T,, và năng
lượng hạt bay ra B như sau :
D
Log * T,,=C TE
C.D hằng số không phu thuGc vaoA, chi phụ thuộc Z
« Điều liện cần đối với phân rã z :
Năng lượng liên kết của hạt nhân mẹ phải nhỏ hơn tổng năng lượng liên
kết của hạt nhân con và của hạt # thì phân rã ø xảy ra
se Điều kiện đủ để nhân phân rã « :
[m(A - 4, Z - 2) + m (*, He) - m(A,Z)] C < 0
hay m(A,Z) > m(A - 4, Z - 2) + m(‘, He)
¢ Co ché phan ra a ¢6 3 yếu tổ ảnh hưởng đến phan ra a do la:
«- Tường thể colote quanh nhân : Ta giả sử có 1 hạt tích điện chẳng han hạt «, tử xa đi lại gắn hạt nhãn Lực coulomb tương tác do nhân lên nó sẽ tăng
Trang 10Độ lớn : U 2c' 2
coulis “”
I1
+ Hang rao ly tâm
Néu hat « thodt khdéi hat nhan mà có momen quỷ đạo Ì z# 0 thì nó có năng lượng ly tâm h* we CS, 2Mr°
Năng lượng này sẻ làm tăng hàng rào thế do luc coulomb gay nén
e CAu tric hạt nhân đến phan tã 4
Tử trước đến nay, ta da giả sử ngắm răng hạt ø hiện diện trong hạt nhân
vu Xác suất ¡hàn hủy ứ được xác định hoàn toàn bởi xác xuất thoát khỏi của
hạt z Nhưng thực ra trước khi thoát hạt nhân hạt ứœ phải được hình thành từ
những proton và neutron riêng lẽ s Phân rãj);
Là sự biến đổi tự phát 1 hạt nhân không bền thành 1 hạt nhân khác với
Trang 11A A
Wes Z x - Z-1 X ĐT
Nét đặc trưng cỡ bản của phan ra B vừa phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân, vưa liên quan với tương tác yếu
« Điều kién dé phan ra B:
ˆ“M>„,ˆM+m
*M: Khối lượng nhân phan ra, * »M :Khéi lugng nhân sản phẩm
° Oi icuan n tử ban đầu :
Mi = ˆ,M + Zm
Khối lượng M: của nguyên tử sau cùng : M: =ˆ,.M + (2+ 1)m « Điều liện để hạt nhân lchông bên đối với phân rã B M,>M,(M,= =',„,M +( Z + 1)m) + Điều kiện để hạt nhân không bén đối với phân rà ” M,>M, + Zm (M, = ˆ,„,M + (Z-1)m ) + Điều kiện để cho hạt nhân ở hiện Lượng chiếm K M, > M,(M, =*,.M + m(Z-1))
« Như uậy: Nét chủ yếu vẻ tính chất tổng quát của sự biến đổi của các hạt cơ bản là các hạt điện tử, nơtrino và các hạt khác sinh ra trong phân rả Ö
sẽ được sinh ra chính trong quá trình phân rã e Dich chuyén Gamma:
e- Dinh nghia ; La hiện tượng hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích cao
về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc là về trạng thái cơ bản kèm theo
việc phát ra bức xạ gamma hoặc là làm bật điện tử từ các lớp điện tử trong
củng của nguyên tứ gọi lả biến hoán nội
Dịch chuyển gamma chỉ xảy ra trong hạt nhân kích thích sau dịch chuyển nhân không đổi cả A lấn Z
- Tính chất của địch chuyển gamma
® Năng lượng bức xạ gamma = năng lượng của trạng thái đầu - năng lượng
của trạng thái cuối của hạt nhân
E hy Mỗi photon nang lugng Ey= hv cé xung lugng Py= = a
Trong do: v: tan sé séng; h: hang sé plank
Ngoai ra concé méiquanhégitadvaE; A ¢ E=1,24¢ 10"
Trang 12Vé bán chất thi bức xạ gamma cua hạt nhân là do tương tác của các
Nueleon riêng lẻ trong hạt nhân với trường điện tử Bức xạ gaimnma được chia làm 3 loại
Bức xa điện (1Š), bức xa từ (M)
-Là hiện tượng chùm gamma phát ra bị hạt nhân cùng loại hấp thụ hết để
chuyển lên trang thái kích thích giống như trạng thai E, Như vậy, muốn có
hấp thụ cộng hưởng chùm gamma phải có năng lượng Ð + T„ (T,„ = P 2m)
- Ta xét tia gamma sinh ra do nhan tw trạng thái kích thích ö, chuyển về
trạng thái cơ bán, Hiệu năng lượng của hai trạng thái này là E = E, - EB, và 1 phần năng lượng sẽ cho nhân dưới hình thức Lruyên xung lượng khi nó phat gamma, ta gọi phần năng lượng đó là T,
Nang luyng cua lia gamma sẽ là :
i gamma = E -T,, (voi T,,, = P*/2m)
P: Xung lượng giật lủi; m: Khối lượng của nhãn
Như vày: Độ chênh lệch giữa năng lượng gamma phat ra va nang lugng
cán thiết đé gây cộng hưởng là 2T Nên lý ra sẽ không có sự hấp thụ cộng
hương Nhưng do có độ bắt định của năng lượng, chùm gamma phát ra và chủm gamma hấp thụ mà các vạch năng lượng của chùm gamma phat ra va
của chùm hap thu sẽ xòe rộng ra Một phần của chúng chồng lên nhau Điện tích phần này chính là số gamma bị hấp thụ cộng hưởng được biểu diễn qua
hinh vê sau:
E,„ : Năng lượng hấp thụ
E phát : Năng lướngphất
“wy Hình bên biểu điến phân bố năng
lượng của vạch gamma trong sự phát và
hấp thụ
_ năng lượng
« Hiệu ứng Mossbauer :
Nếu nguồn phát gamma không phải là nguyên tử, mà là một phần tính thé chal ran thi m trong Tan=P’/2m là khối lượng của mạng tỉnh thé
Mossbauer cho rang da sé hat nhan chiu giật lùi toàn phản, phần còn lai sé
phat gamma ma hau nhu khéng giat lui và xung lượng giật lui được toàn thể
tinh thé mang di S6 gamma nay sé bị hấp thụ cộng hưởng
Trang 13ll TUONG TAC CUA BUC XA HAT NHAN MANG DIEN TICH (a, B) VOL VAT
CHAT :
Đối với những hạt mang điện, khi đi qua môi trường vật chất, thì sự mất
dan nang lượng sẽ xảy ra
1 SUMAT DAN NANG LUONG DO ION HOA :
Trong Lương tác điện tử của các hạt mang điện với điện tứ (e ) của vật chat thì khi đi qua môi trường vật chất các hạt nhân mang điện tương Lác với các điện tử của nguyên tử bằng trường điện từ của mình và đưa các điện tử này lên
các mức nàng lượng kích thích
Trong mỗi lần tương Lác không đàn hỏi như vậy, hạt sẽ mất 1 phần năng lượng của minh (bằng năng lượng ion hóa nguyên tử) và nàng lượng trung
binh ma hat mat mat dé ion hóa và kích thích nguyên tử trên 1cm đường đi
của mới trường cho trước gọi là do: mat nang lượng riêng tốn hóa - TT
7 T— có thể tỉnh toán theo công thức Bethe - Block là die 2ne°N# mv E ’
-——| = ————_ [In (- ————- } 8")-S ergz/iem (1) ( dx Ì„ my” (1-87 pi-eg
Trong đó E : Động năng của hạt
N: Số nguyên tử trong lem" vật chất
Z : Bạc số nguyên tử của nguyên tử môi trường
I : năng lượng ion hóa trung bình các nguyên tử
P= ~— và ư mơ tả hiệu ứng mật độ môi trường
Đối với hạt nặng quá trình mất mát năng lượng chủ yếu là do va chạm khỏng đàn hói với e của nguyên tử môi trường (hiệu ứng ion hóa)
D6 mat dan năng lượng riêng ion hóa của hạt nặng cho bởi công thức Bethe E 44 š è d ss 4x Z“e NZ (In aay -B'-Œ] (9) I( 1-8") dx mv Trong đó ; Ze : điện tích hạt nàng
N= — : L: Sö` Avogradrỏ, 9: Mat do,
A: 86 khdi lugng nguyén tu
Cx: la thanh phan bé chinh, tinh dén su khong dong gép cua K- electron Tử các cỏng thức (1), (2), ta thây độ mất mát dân năng lương lon hóa
tiếng ty lệ với bình phương điện tích của hạt, mặt độ electron trong môi trưởng
Trang 14va ham so van tốc 1Ÿ, nhưng không phụ thuộc khối lượng M của hạt, Vì đại
lương mắt dân năng lương ion hóa tỉnh cho một đơn vị phụ thuộc vận tốc và dién tich cua hat nén cing cung mét nang lugng ma mat dan ion hóa tính cho
mọt đơn vị đối với điện tử sẽ nhỏ hơ,: rất nhiéu so voi hat a, chinh vi vay ma
hat œ và các điện tử có khá năng xuyên qua khác nhau: hạt ø chỉ xuyên qua được vải cm không khi, trong khi đó với cùng năng lượng như vậy điện tử sẽ đi được hang chục mét trong không khi
Quan sát hiện tượng ton hóa chú yếu dựa vào một trong những phương
phap pho bién nhất: xác định số cắp ion tạo ra và nếu biết năng lượng trung
bình 2 căn cho việc tạo một đôi lon thì có thể tìm được năng lượng toàn phan
cua hạt,
2, SU PHÁT X : ‘RR -
s- Trong trường coulomb của hat nhân nguyên tử, các hạt tích điện bị tác dụng một lực có gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng M của hạt tích điện và hạt phát ra lượng tử Hiện tượng đó gọi là sự phát bức xạ hàm
Nang lượng do hạt bức xạ ra tỉ lệ thuận với bình phương của gia tốc (tức la tỉ lệ với 1M)
Heither đã đưa ra biếu thức mô tả độ mất dân năng lượng do phát bức xạ ham cua electron nhu sau :
4 x _ 4
- để ke FB tl [4In ZtIP+mc) —]
dx jpx 137m‘C' me” 3
Nhu vay, nang lugng cua electron cang cao thi hiệu ứng phát bức xạ hãm của electron cảng trở nên quan trọng
So sánh 2 hiệu ứng ion hóa va phat xa ham ta rút ra công thức gản đúng sau:
Hai hiệu ứng này sẽ tương đương nhau ở năng lượng giới hạn (dE/dx),, (E + mc')Z
(dE/dx), 1600.mc”
Egh - 1600mec
VD: Đối với không khíthì Egh = 83MeV
Với Argon la lgh = 34/5MeV và Egh=7MeV vái Chỉ:
Do vậy trong thực tế các năng lượng hao tốn khong chỉ phụ thuộc vào chảt mà còn phụ thuộc vào năng lượng của các hạt
Hiện tượng phát xạ ảnh sáng nhìn thấy được khi hạt tích điện đi nhanh
qua mi trường day đặc và trong suốt với vận tóc lớn hơn vận tốc pha (C/n) của ánh sảng trong mỏi trường đó, Gọi là hiện tượng phát xạ Tre -
Trang 15~li-.ren - cốpa Frank - Tam đã đưa ra công thức mô tả độ mất mát năng
lượng phát xạ Trê - ren - cốp như sau: dk 4r'e` Ì .—) #K—_—(| LL» d te) “eo gep m>1 dE te? 1 _——) 2 See (1 )udu dx r 5 (Bn) Với u: tản số bức xạ phát ra
níu) : chiết suất môi Lrường
Su mat mat dần năng lượng nảy xảy ta trong vủng năng lượng cao và nói chung chỉ là phần nhỏ bé trong sự mất dần năng lượng tổng cộng
3/ QUANG CHAY CUA CAC HAT TICH DIEN :
- Do rat nhiéu va cham khéng đàn hỏi và đàn hồi với các nguyên tử môi
trường hạt tích điện sẽ mất hết năng lượng, vả có quãng chạy hưu han trong môi trường Sự mất dain này mang tính chất thống kẽ nên ta chỉ xết có khải niệm quảng chạy trung bình R của hạt
Cac electron khi va cham với các electron của nguyên tử môi trường có
thể bị lệch hướng Sự lệch hướng này do tán xạ Coulomb đàn hồi với hạt nhân
đóng vai trò đáng kể và có khi lệch trên 90” (tán xạ ngược) Vì vậy, khái niệm “quang chạy thực” của eleetron và chiếu dày bản hấp thụ không đồng nhất với nhau Nhưng trong thực nghiệm chỉ xác định được độ dày truyền qua và đại
lượng đó được gọi là quãng chạy
Bằng thực nghiém Do sé electron truyén qua cua chum electron don
năng lượng song song đi vào lớp vật chất có chiểu dài thay đổi Kết quả thực nghiệm cho thấy cường độ ban đầu giảm từ từ khi tăng chiều dày, sau đó giảm hẳn, khoảng đường đi được xác định bởi điểm cắt của đường chấm chấm ( )
với trục ox được gọi là quảng chạy nội suy
cư độ † Đường cong hấp thụ của chùm
electron đa năng lượng không thể xác
định dựa vào quảng chạy mà phải
dựa vào toàn bộ quá trình ion hóa của
\ ` »~ > chúng trong chất hấp thụ
0 Chitu duiy Oop hấp thu
Còn đối với hạt năng như photon hat a, hạt y V,V khi di chuyến trong mỏi trường vật chất phần lớn năng lượng mất mát Ìà do sự va chạm không đàn
hói với eleetron của nguyên tử môi trường vả quỹ đạo của các hạt nặng gắn
như thẳng do đó độ dài di chuyển được xem bằng quãng chạy dx
Trang 16Ta co H L ie R= { jedx) : = „ =dl/dx ` (3) Thay (3) vào (3) K m rdls R R= - — [ Ề voi Biv) =In HE -B'-C 41⁄2 *eNế, ho Ô( vì [(1-B/' ` L.9 Với N (số hạt) z ——— Ơi S0 hạt! A
Trong do: L: sé Avégadré
Á ; Số khối lượng nguyên tử 9: Mat do
R= mM if v dv
4r2Z'cNZ b Biv)
Đo quảng chạy bằng cách khảo sát sự hấp thụ chùm hạt qua chất hấp thụ cu bé day tang dan
Người ta có thể tích quảng chạy trong 3 mối trưởng thông qua tỷ số (dx/dx,) với 2 mi Lrường này ứng với cùng năng lượng đE mất mát dx NO SAB dx, _ NG, 9.A,0, Vì N = L3, : N, = L3, A A Thue nghiém đã xác dinh 1 cach kha gan dung rang B «VA R, _ 9NA, R "SA
Hệ thức nay gọi là qui tắc Bragg Cleman
Ill SUTUONG TAC CUA PEOTON :
Sư tương tác của photon với nguyên tử môi trường sẽ dẫn đến sự hấp thụ
toan phan tia bức xa hoặc làm thay đổi phương chuyển động của nó Cường độ
chum photon song song voi cham tia ban đầu, khi đi qua môi trường, vật chất
có đỏ dài x, sẻ biến đổi theo quy luật
Kix) = le”
Với H ; hệ sở suy giảm tuyén tính; Sự suy giảm do các quá trình sau: hiệu
ứng quang điện, hiệu ứng compton, hiệu ứng tạo cặp
Trang 17ì HIÊU ỨNG QUANG ĐIỆN :
Các photon khi đi qua môi trường vật chất có thể bị hấp thụ bởi các
nguyên tử của môi trường và nó chỉ xảy ra chủ yếu khi photon có năng lượng
thấp Ta có hiệu ứng quang điện Đối với bức xạ gamma xảy ra hiệu ứng quang
điện khi năng lượng bức xạ tới Ey 2 E (EB : Nang lượng liên kết của điện tử và nguyên tử):
T'zlw -Ì¿
với ht : năng lượng của photon tới
l¿ : năng lượng liền kết của electron
Trong hiệu ứng quang điện, photon và chạm lkhöng đàn hồi với nguyên tử
va trao toàn bộ năng lượng của mình cho electron lên kết của nguyên tử trong
do 1 phan dé thang sw lién két cua electron va ;„hấn còn lại biến thành động
nàng T của photo -electron (động năng này là do điện tử bay ra khỏi nguyên tử) Hiệu ứng quang điện thường quan trọng lkchi 2 khá lớn (đương nhiên với
hư phải nhó)
Lễ trồng nhanh chóng được lấp đảy bởi electron tử quỹ đạo bên trên
chuyến đến kèm theo việc phát tia X đặc trưng hoặc electron Auger
Điểm nổi bật của hiệu ứng quang điện là nó không thể xảy ra đối với các điện tử tự do không liên quan gì đến nguyên tử Điêu này được suy ra tử định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng hy = T + Ie Py=Pe Nếu giả sử hiệu ứng quang điện có thể xảy ra với các điện tử tự do thì với , 1 — 0, ta CÓ: (*) hy = mv" 2 hy m ví es m ví
(")¬ oa =m,v — V = 2C: Diéu nay khéng thể xảy ra
Như vậy, hiệu ứng quang điện chỉ có thể xảy ra trong 1 hệ thống mà điện
tử liên kết với nguyên tử Kết quả nguyên tử đó được truyền 1 phần xung
lượng 1laÐ)/†ñu quang điện gu phụ thuộc vào năng lượng của photon tới và
bắc số nguyên từ 2 của chất hấp thụ
Khi 1 hư bé : Hạ (Cm (nguyên tử) = 1,019 hy b Cm* i ‘ 1.09 10" Z" 13,61 _— 7/2
Trang 181
hy (MeV)
Hình vẽ sau biếu thức mổi liên hệ của các tiết diện hiệu dụng của hiệu
ưng quang điện vào năng lượng của lượng tử + hy >> m,c* : uy (Cm‘/nguyén tu) = 1,34 10" Z" » đo l¿ I, L
Khi giam năng lượng của lượng tử y thì tiết diện Ø¿ tăng nhanh cho đến
khi hứ khơng thế bằng Ì, Nếu ta cử tiếp tục giảm năng lượng thì tiết diện hiệu ứng bắt đầu giảm đột ngột cho đến khi hiệu ứng trên vỏ k không thể tiếp tục
giảm được
Tiếp tục, tiết điện lại bắt đầu tăng vi ta tăng (1h) tiết diện hiệu ứng sẽ ngưng tăng khi hv = l
Xác suât của hiệu ứng quang điện tăng lên tủy theo mức độ tăng năng
lượng quang tử (photon) lên gần bằng năng lượng liên kết điện tử với nguyên Lử, và hiệu ứng quang điện có xác suất lớn nhất trong trường hợp khi năng lượng của photon gắn bằng năng lượng Ie
Với những tính toán lý thuyết người ta nhận thấy rằng hiệu ứng quang
điện xảy ra hầu hết với những điện tử tầng K,hiệu ứng quang điện xảy ra hầu hết với những điện tử tầng EK (80%) Đối với y(gamma) có: E, <Ey<< mc Ơ * = Ma (hy bé) Đối với gamma cé Ey >m, c : Liq = % (hv >>ma €Ÿ ) Từ đó ta có : 5 k Ởẹ = Oe 4
Xác suất hấp thu quang điện của lớp k tì lệ thuận với 2” và w””,
Với E,„< Ey <<mec’ ta cd
1
(hy)
Ø ~
Trang 19Sư phu thuộc hấp thu bị mất đi năng lượng không đổi E = 2,6 MeV
với hw >> m‹c” sự phụ thuộc của Ø; vào # yếu hơn Tức là : Ge ~ Liv Điêu đó rút ra từ biểu thức 2 = 6,6õB *10”'em” ) Ơ,= Ơ,, s ˆ ( 2 137 hư ThS
sTutn lại: Hiệu ứng quang điện là kết quả trao đổi năng lượng khi có sự va cham gitta photon anh sang va dién tử
3 z m‹c' | 8x e”
mec
Theo phuong trinh T = hy - le thi dOng nang cua dién tu tang tuyén tinh vửi tán số anh sáng va đây củng là phương trình Einstein đối với hiệu ứng quang điện
2 HIRU UNG COMPTON :
Nếu nang lugng cua photon tới lớn hơn rất nhiều năng lượng liên kết của
eÌectron trong nguyên tử (tương ứng À s 1Á”) thi các electron nó được coi la
electron tự do va sự va chạm đàn hỏi của photon với electron tự do gọi là tán
Xa compton
Trong tán xạ compton vì năng lượng liên kết của electron nhỏ hơn năng
lượng của photon tới, cho nên trong phép gắn đúng, người ta có thể bỏ qua
năng lượng liên kết của các electron trong nguyên tử và bỏ qua động năng của nó Trường hợp này, hiện tượng được mô hình hóa bởi “sự va chạm” của photon theo điện tử tự do (electron tự do) đứng yên Photon tới sau khi bị tán xạ bởi electron tư đo, sẽ có năng lượng nhỏ hơn vì đã truyền năng lượng cho electron tự do đồng thời bị lệch hướng 0,511 E ux by Eitan xu = WS — 9 Ein (1-cos?) + 0511 v « Nhu vay:
Do va chạm đàn hỏi với e:ectron, lượng tử y truyền cho nó 1 phần năng
lượng và xung lượng, tính chăt hạt của các lượng tử y đã xuất hiện
«Hiệu ung compton đặt biệt quan trọng đối với những tia gamma có nang lượng trung binh (0,5 đến 1MeV), và tương đối quan trọng hơn các hiệu
ưng khác khi 2Z nhỏ
s Đặc trưng năng lưưựng và đặc trưng góc của khuếch tán compton hoàn toàn được xác định bằng định luật bảo Loản năng lượng và bảo toản động lượng
đối với va chạm đàn hồi Tron# va chạm năng lượng của các lượng tử giảm
xuống, độ dải bước sóng tăng Hiện tượng này không thể giải thích bằng lý
Trang 20thuyết sóng kinh điển về anh sáng được sự phát mình khuếch tán compton la 1 trong những khẳng định quan trọng của lý thuyết lượng tử về tính chat hat cua anh sang
Khi áp dung 2 dịnh luật bảo toàn năng lượng vả động lượng ta nhận được
cac ết quả sau: (lưu ý ban dâu eiectron đứng yên đã nói ở phần trên)
Su thay đổi vẻ đủ dái sóng lién quan đến góc tán xạ theo 1 phương xác
định hơi phương trình, không phụ thuộc vào năng lượng của photon tới ss ÀÈ'-Ã= (1-eos 0) IHvC s® Sự thay đói về năng lượng phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng của photon lw, cl 1-cos@) E = hv - hv = hy 1 +£@œ(1-cos 0) a= hy —, va Ec la dong năng cua electron sau khi va cham Mec Nang lugng ho" cua photon khuéch tan [a : mec l-cus Ø + (1/œ)
Klein - Nhisina - ‘l‘amm đã thiết lập công thức về tiết diện vi phân của tán
xa compton nhu sau: rẻ 1 2 ”(1-cosØ)" do,.= ¢| 1+ cos‘d 2 | 1+ a(1-cost) 1 + a{1-cos@) z r= —— = 2,82 *° 10 "cm: bán kính electron Mec
Tiết diện tán xạ compton giảm khi tăng năng lượng Khác với quá trình quang điện, hệ số hấp thụ compt_on kì chị phụ thuộc bac 1 vào Z
hư' = -
it, (em'') = NZ o,
Tiết diện hiệu ứng của khuếch tan compton cho | electron thì tỷ lệ nghịch vơi năng lượng bử xạ y và tý lệ thuận với điện tích hạt nhàn nguyên tử của chất:
Z , Tớ
he
Hinh bên: Sự phụ thuộc của tiết diện
hiệu dụng của khuốch tán compton vào
nàng lượng của lượng tử ÿ đ, đạt giá trí cực
đại khi nàng lượng của lượag tử nhỏ,giả trị
nay bang o cua khuéch tan thomson, `
Ơ, ~
Trang 21
- Khuéch tan Thomson :
8 xr,"
3
Do khuéch tan compton, thanh phần chùm tia khi đi xuyên qua chất sẽ thay đổi Những lượng tử đầu Liên có năng lượng cố định được thay thế bằng những lượng tứ y khuếch tán mang năng lượng khác Nếu lớp chất mà lượng tử đi qua móng thì để có thể khuếch tán 1 lản lượng tử y sẽ thoát ra khỏi chùm dong phương
Ớ, =
Ở các lớp vặt chất, do khuếch tán nhiều lần, lượng tử y có thể quay về hương của chúm tia ban đầu Khuếch tán compton có thể diễn ra không chỉ với điện tử mà còn với bất kử hạt cơ bán nảo có khả năng tương tác với phóng xa
3 HIBU UNG TAO CAP :
Nếu như năng lượng của tia y : hv > 2mc” = 1,022MeV thì quá trình tương tác của tia y lên vật chất phải tỉnh đến sự tạo cặp electron-positrion, ta có hiệu ứng tao cập Hiệu ứng này có thể xảy ra và trở thành quan trọng trong vùng năng lượng cao
Sự sinh cặp là 1 quá trình biến đổi của photon y thành 2 hạt cơ bản: điện
tu va positron (la loại hạt có khối lượng đúng bằng khối lượng điện tử, có điện
tích dương và độ lớn bằng độ lớn điện tích âm của electron)
Quá trình chỉ có thể xảy ra khi năng lượng photon không nhỏ hơn tổng
cac khoi lugng nghi cda electron me va posstrion mu:
Tương ứng điều kiện cho năng lượng : hư > 2meC"” = 2*0,511M«eN -
= 1,022MeV
(œ < 0.01A, w = 3,10s1) k v— e
Sự nảy sinh các đội dién ti va posstron 1S ==®
R
Vi cập electron dương, electron š¡a sinh ra được trong trường điện của hạt nhân vá khi đó tia photon bị biến mất (hấp thụ hoàn tòan) và năng lượng của nó truyền hết cho cặp electron dương, electron âm và hạt nhân giật lùi cho nên năng lượng xác định thông qua bảo toàn năng lượng như sau:
hy = T.+ T+ +2meC*; T-: Dong nang ctia electron; Va mC’ =0,51MeV T+ ; Déng nang cua possitron
Các electron dương, eletron àm sinh ra trong trường điện của hạt nhân,
nên các electron dương sẽ bay khói hạt nhân vì lực đẩy culong, còn cdc electron am bi ham lai Do đó phổ năng lượng sẻ khác nhau đối với 2 loại này, sự khác
nhau càng tăng đối với môi Lrường có 2 lứn
Photon y cb thé tao thanh đố: Ciện tử position cả ở trong trường electron
Trong trường hợp nảy phải có h⁄>2m ©”,
Trang 22Vi electron sau khi lấy đi xung lượng sẽ mang đi 1 năng lượng đáng kể fi Ve’ k (Be = , be = —: 1a vận tốc tương đổi của điện tử va positon) "
Mới liên hệ của tiết diện hiệu dụng của quá trình tạo cặp electron dương, electron âm đói với nàng lượng của lượng tử có dạng
hy Trong đó Z: điện tích hạt nhân nguyên tử
muCf của chất
Øa= ZÌn
Mối liên hệ này dược biểu diễn bởi : sự phụ thuộc của tiết diện hiệu dụng trung quá trình tạo đôi electron đương, electrcn âm vào năng lượng của lượng
tử thông qua hình vẻ sau i G,/o AL fb ( e i f - Ø,= Z 5 137 4 mC = Z‘* 0,58 * 10” cm’ i ! | ! | \ ! | ° —* E/m.Cf
Khi năng lượng løa gắn bằng 1000m.C” thì ơ« được thay thế bằng 1 hệ số
đo hiệu ứng của các điện tử nguyên tử che chắn trường hạt nhân đa= 0,08 * đt
Như vậy: tiết điện hiệu ứng quang điện và tiết điện hiệu ứng compton ở vùng có năng lượng cao giảm dần đến 0 và quá trình tạo đôi electron duong , electron am trở thànÌ: cơ cấu chính của hấp thụ bức xạ +
Trang 23oF - hư Khi hv > mC’
ơ,.: Tiết diện hiéu dung cua tan xa compton Ớ,~ = với hư >>rm C7
Lí
ơ,: Tiết diện hiệu dung của hiệu ứng tạo cặp trong trường hạt nhân
cs, ~ Z'lnhw Khi với 6 meC* < hy < 50meC*
Trường hựp năng lượng, j3yehw<lŠ, (, :năng lượng có giá trị 10”- 10" MeV) thì quá trình chính của tương tác tia y với vật chất là hiệu ứng quang điện
Trường hợp năng lượng Ö„ < Ey < E¿ (E;: có độ lớn từ 1MeV - 10MeV) thì hiéu ung la hicu ung compton,
Trường hợp năng lượng lŠy > E, : Hiéu ung sinh cap dién tu - positron Hinh sau biểu diễn đường cong của sự phụ thuộc hệ số h trong tương tác của tia y với vät chất vào năng lượng lượng tử (mn 4 ie —_ = ;— ` T KN hich dng _ \ - k Cưrn| a+ \ _hiểu dần ot] a a N ý \ sh og ' ` rêu da of wae “ \w VNC “ 4 Fai quản #n " a Ệ 7 0,2 ae hy o|- 02 os 4- 2 fg © 2B So Ih 1600 mee
2 Khi buic xa gamina di xuyén qua vat chat thi tuong tac vdi các nguyên tử
của vật hấp thụ chủ yếu xảy ra với 3 hiệu ứng quang dién, compton, và tạo cặp như đả nói ở phản trên (II) Do đó mỗi photon chịu sự tán xạ hay sự hấp thụ ứng với một lắn tương tác va sé dl photon bj tan xa hay bi hap thu trong bẻ dx của vật chất tỷ lệ với cường độ I (số photon toi /em* ) bé day dx, và số nguyên tử (M nguyên tu) can trong lem’, nghĩa là:
Trang 24
di = - ơNldx (1)
o= 6,+90,+ 9,
Với ơn = t gọi là hệ số hấp thu tuyến tính
ul (em i vei x lem) Li = tly + LH compton + pd Tử đó chúng tà có cường độ tia ý sau khi qua bản vật chất có bé dày x la tình tử phương trình vị phản (1), I=l _e” = 1 ,exp (-ux) = Ì,exp(-ud⁄9) Với d mặt độ bé mặt đ = g.x (g/em”)
Với u = xác định số photon ban đầu chưa tham gia bất cứ loại tương tác
nào ở trên:H = Ñ (0g + Gc + Op)
lu: La cu@ng d6 chim photon, Ì là cường độ sau khi đi qua khỏi 1 khoảng bé dày dx của vật hấp thụ
Nhưng hệ số hấp thụ của hiệu ứng quang điện, hiệu ứng compton hiệu ứng Lạo cặp, đối với vật liệu bãt kỳ có bậc số nguyên tử 2 khối lượng nguyên tử M có thể được tính thông qua các hệ số của vật liệu biết trước (a) =e S Jum Sj a \13 M S } Pb 82 j M 'x = 3] In, ; 2T _| Be ie : 207,2 S Jam 3/A 13 M \s m 82 M (x - [x E1: 21 _[bụ (zy 207,2 S Jam 3 /A:\ 13 M SjJm\8 " M
Khi năng lượng h tang thi p, va Hp giảm liên tục va trái lại thì lu tạo
cặp tăng Lúc đó hệ số hấp thụ tuyến tính hi qua 1 cực tiểu umin của hv và
tương ứng với Emin, Emin nay phy thuộc vào môi trường vật chất hấp thụ, trị
Trang 25Hinh trên biếu điển hệ số hấp thụ toàn phan la ham cua nang lượng bức
xu gamma (neu về cho L củng đạt cực tiểu như vậy)
Ngòai ra, để tiện lợi cho việc khảo sát sư hấp thụ của bức xa gamma, nưười ta đưa ra khải niệm độ dày 1 nửa (x/2) là khoảng cách khi đi xuyên qua vat hap thu, cường độ chủm tia gamma bi gidm 1/2 gia trị ban đầu Điều này cụ nghĩa là Ï = l,@và thể vào phường trình suy gidm cuvng dé I = l e”" ta được: lu = Lue""*= —e” = -In2 = - x/2 x In2 _ 0.693 2 uk Cũng tử phương trình về sư suy giảm cường độ, ta có : Ul In —— = « 1 MX Se re 3 d In JI, In _!, 1, L, độ dốc = -u độ dốc =-_È_ Sài g/cm*
Su hap thu tuyén tinh Sự hấp thụ khối lượng
Đề nghiên cứu hệ số ki chính xác hơn, ta để ý đến hệ số hấp thụ tổng cộng,
đo là hệ số diễn tả sự giám của cường độ chùm tia trong các trường me hap
thụ thật sự và tán xa của bức xạ, như vậy: p = +H +L,
Trong đó: : Hésé hap thu compton
u, : Hé sé hap thụ của hiệu ứng quang điện u, : hé sé hap thụ của hiệu ứng tạo cap
- Nguén Ra™ : Cấu tric vach phé Gamma cia Ra™ phiic tap ta chi dua ra 3 loai gamma quan trong :
Ey, = 187KeV
Ky, = 118KeV
Ey, = 46,5KeV
Trang 26Diver 2 THUC NGHIEM
ĐO MỨC NƯỚC BẰNG NGUỒN ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
I MƠ TÀ THÍ NGHIÊM :
1 THIẾT BI GHLNHÀÂN BỨC XA DÚŨNG ĐO MUC CHẮT LỎNG :
Trong nhiều trường hựp cân háo sát và ghỉ nhận các hạt tham gia vào
cac qua trình hat nhàn, tức là phát hiện ra sự tốn Lại các hạt phóng xạ, xác
định sỏ lương hạt, năng lượng vận tốc các hạt v,v Tất cả các phương pháp ghi nhận các hạt đéu dưa trên sự tương tác của các hạt mang điện tích với các nguyen tử phân tử của môi trường Đối với các hạt không mang điện tích và các bức xạ được ghỉ nhận thông qua các hiệu ứng thứ cấp của chúng khi tương
La VỚI tồi trường
Đề ghi nhận các bức xạ phát ra tử hạt nhân người ta dựa vào các hiệu ưng: xảy ra khi bức xạ hạt nhân đi qua môi trường vật chất của dung cu ghi
bưc xạ Detector Do các hiệu ứng tương tác khi đi qua môi trườnG vật chất, các bức xạ mất hết (hoậc phần lớn) năng lượng của mình Detector có nhiệm vụ
biến đổi phần năng lượng này thành dạng khác (như điện năng) đế dễ dàng
ghi lại trong thiết bị kèm theo
° Các Detector ghí bức xạ hạt nhân :
1/ Detector chita khi; Detector nay cé cau tao la nhung tụ điện có 2 cực bang kim loại đặt trong 1 ống thủy tình có chứa khí
Khi bức xa hạt nhân đi vào Deteector, chúng có thể trực tiếp ion hóa chất khi hay làm bật electron từ catod để rôi electron này ion hóa chất khí Các
eÌectron và ion dương vừa tạo ra do sự ion hóa, chúng sẽ chuyển dịch dưới tác
dụng của điện trường E về các điện cực làm xuất hiện tín hiệu điện ở mạch ngoài,
Lin hiệu điện này được ghi nhận và phân tích theo hình vẽ sau Cated k: / + § a uw = \L_ ante] AK So dé nguyên tắc 1 ,| V a = R detector chứa khí aI : ”
Tủy theo đỏ lớn của điện trường E, tức là CỦA thế hiệu V đặt lên các
dién cuc cua Detector ma cac qua trình có thể xảy ra
- Khi nhỏ, có qúa trình làm giảm số điện: tích vẻ điện cực
- Khi E lớn, số điện tích nảy tăng lên đo quá trình khác, dựa vào thế hiệu
lam việc, Đetector chứa khi được phân làm các loại: buông ion hóa, Detector tỷ le va Detector Geiger - MXIuller, tủy theo yêu cầu ghi bức xạ cụ thể mà ta chọn lua loa: Detector thích hợp
Trang 27Ngoài sự khác nhau về thế hiệu làm việc giữa các loại Detector này, còn có sự khác nhau vé cấu tạo, thành phan khi chứa trong Detector và phạm vì
ưng dụng của chúng,
tự Bường iòn hóa - Là 1 bình (hay ống thủy tỉnh)! chứa khí ở áp suất xác dink, Trong bình có bỏ uri 2 điện cực được đặt trong điện trường (A,B)
Với thê hiệu hoạt động thấp nên điện trường
tạo ra trong buồng yếu các electron và ion tạo nên
do ion hoa có thể tham gia vào các quá trình tạo ion
âm, khuếch tán hỗn loan, hoặc tồn tại đến khi xảy
ra sự Lái hợp
Các quá Lrình này, sẽ làm trở ngai qúa trình địch chuyển định hướng của các hạt tích điện đo bức xa tạo ta trong buồng Khi điện trường đủ lớn quá trình địch chuyển định hướng chiếm ưu thế
Tuy theo chế độ làm việc, người La phân loại buông lon hóa như sau: s Buông ion hóa như sau :
+ Budng jon boa dong: Budéng này không ghi từng bức xạ riêng biệt, mà
chỉ đo dòng bức xạ trung binh đi vào môi trường khí của buồng
+ Budng lọn hóa xung: Để đáp ứng yêu cầu phân tích từng bức xạ, người
ta dùng buồng tọn hóa xung Trong buồng ion hóa xung, khi 1 bức xạ rơi
vào thị sẽ có 1 động điện Ï (dòng xung) chạy trong mạch của buồng và mạch ngoài xuất hiện 1 xung thế Như vậy, số xung ghi được trong 1 khoảng thời gian tý lệ với số hạt lon hóa rơi vào buồng trong củng thời
gian đú, tứ đó ta có thể đo cường độ nguồn Nếu hạt ion hóa mất toàn bộ
năng lượng thì thỏng qua biến độ xung điện có thể xác định được năng
lượng của mỗi bức xạ (vì biên độ xung tỷ lệ với số cặp electron ion tạo
nên bơi hạt lon hóa)
b/ Detector ty lé:
Trong chế độ làm việc của buỏng ion hóa, các electron tạo nên đo tác dụng ion
hóa của bức xạ dịch chuyển vẻ anol, không kèm théo quá trình ion hóa thứ cấp
Còn trong detector tỷ lệ, cường độ điện trường E lớn các electron có thể thu
đủ năng lượng để on hóa trong quảng đường tự do không lớn Các electron vừa tao thanh do ion héa thy cap trong điện trường lớn
Khi cang dén gan dién cuc tu số electron tăng rất nhanh đồng thời số ion dương cúng Lăng Đó là quá trình thác lũ electron- ton (quá trình khuếch đại khi) quá trình này Lạo ra ở điện cực 1 xung có biện độ bảo hòa
Đé đặc trưng chủ qua Lrinh thác lũ eleetron ion là hệ số khuếch đại khí m
và m được xúc định bằng tỷ số giữa số electron tạo thành tổng cộng do quá trình thác lũ và electron Lau nén bạn đầu do ion hóa bới bức xa
Hệ sở khuéch đại kh: m phụ thuộc vào vị trí lon hóa đầu tiên (lon hóa sơ cấp? điều này không có lui vi no anh hưởng xấu đến khả năng xác định năng
Trang 28lượng mât mát của hạt trong môi trưởng detoctor, để khắc phục điều đó người ta ché tao detector có đáng hình tru, trong đó điện trường lớn có kha nang tao nên va chạm ion hóa rất hẹp nằm sát dãy anod Detector khuếch đại khí với
dạng hình trụ, vẫn dam bảo đưực sự tỷ lệ giửa biên độ xung điện và năng
luong mat mat trong detector của hạt Do tính chất đó nên ta goitdetector ty lệ Khi cường độ điện trường đủ lớn, ngoài qúa trình thác lủ electron lon trong detector tỷ lệ còn xảy ra các quá trình ion hóa phụ khác Thực vậy, với dong nang dú lứn, các electron khỏng chỉ va chạm ion héa, ma còn va chạm kich thich cae nguyén tử (hoặc phân tử) khí môi trường, các nguyên tử (hoặc phần tư) bị kích thích sẽ chuyển vé trạng thái cơ bản đồng thời bức xạ ra các photon có năng lượng đủ lớn để bức xạ electron tử bé mặt các điện cực (hiệu
ung quang điện) các eletron sinh ra sẽ quay trở lại anod được tác dụng của điện trường lớn lại tạo ra thac lu electron - ion mới
C/_Detuctor eiger - ÀTuler:
Khi hiệu thể v tăng thì hệ sở khuếch đại khí tăng lúc này quá trình thứ cập đóng vai tro đáng kể Chế độ làm việc của detector không còn là chế độ tỷ
lẽ nửa
Hiệu thẻ v lớn đến mức nào đó, hệ số khuếch đại khí toàn phần có thế
tang đến cực đai có nghĩa là mỗi 1 thác lũ điện tử có thế tạo thêm 1 electron tự
do bởi qua trình quang điện trên bẻ mặt catod; electron tự do nay lai tao thém 1
thác lú điện tử khác, quá trình trên diễn ra không bao giờ tắt Ta nói trong
deLector xảy ra sự phóng điện tự duy trì
Điện thể V lúc này go: la điện thể môi Vmì
- Detector lam việc với chế độ đó gọi là Deteetor GeiLger - Muller.Để dùng
detector vào việc ghi hạt bức xa, sự phóng điện tự duy trì phải được làm
tắt Có 2 loại : Detector Geiller Muller không tự tắt và tự tắt
«Detector GeiLger - Muller khơng tư tất: (Chứa các khí vô cơ) để tắt sự
phỏng điện, sơ đổ nối của detector không tự tắt sử dụng điện trở R lớn để RC (hãng số thời gian) RC lớn hơn so với thời gian tụ T+ của ion dương tử anod về catod, sao cho sau giai đoạn phóng điện, V(t) < Vm =› Quá trình phóng điện tắt dắn
® Detector GeiLeer - Muller tu tat:
Ngồi các chất khi vô cơ còn có thêm các chất hữu cơ — hỗn hợp khí Hỗn hợp khi này cắn phải thỏa măn điều kiện bắt buộc sau : thế ion hóa của khí tắt cân phải thấp hơn mức kích thích thứ l của khí cơ bản, Các khí này có tác
dụng làm tắt tự động sự phóng điện
Sự phụ thuộc của số đếm N chỉ trên máy ghí và hiệu điện thê đặt vào detector khi cường độ trung đông bức xa chiếu vào detector không đối, gọi là đặc trưng đếm
cua detector
Trang 29aN Dac trung dén cua Detector Geiger - Muller:
N, soe
N, Khi ¥ = V, (=Vm) - detector lam việc ở
chế độ phóng điện khi
V.—V, : Ta có đoạn nằm ngang của
—>V_ đường đặc trưng gọi là vùng pÌato
V V,
d/ Ong dém tia lửa :
Buông ta lửa gồm 32 điện cực bằng lim loại cách điện với khoảng cách nhỏ
vài mm
Khi hat iõn hóa mạnh (như ¿ chẳng hạn) đi vào buồng làm xuất hiện 1 tỉa lửa điện giửa 2 điện cực của ống đếm,
3 DETECTOR NHẬP NHAY:
Khả năng phát sáng cua 1 sé vật chất dưới tác động của các hạt mang điện
đã được áp dụng trong thiết bị ghì nhàn bức xạ, gọi là detector nhấp nháy Photocato:l 2 n ri 7 anod / oN ods C — | dinod Hình bên: "YS * R Sơ đỏ cấu tạo của v X1 ` detector nhấp nháy chât 27 nhap nháy + «Chất nhấp nháy có thể là vỏ cơ hay hưu cơ ở dạng rắn, lỏng, khí Chất
nhấp nháy cần có hiệu suất kỹ thuật cao, đại lượng nảy là tỷ số năng lượng
anh sáng đi ra khỏi bẻ mặt bản nhấp nháy trên năng lượng hạt bị mất trong đó Khi 1 bức xa ion hóa đi vào bản nhấp nháy, Nó sẽ kích thích các
nguyên tử hay phân tử Từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản,
chủng sẽ phát ra một :¡nh sáng nhấp nháy có cường độ tỷ lệ với năng lượng của bức xạ ion.hơa
Ông nhân quang điện là 1 thiết bị điện tử tương tự như các đèn điện tứ chăn không nhưng có bổ tri nhiéu anod
Bọ nhân quang điện có chức nàng biến đổi dòng ánh sáng thành dòng điện và khuẻch đại dòng điện đõ lên Các xung ánh sáng phát ra từ các chất nhấp nháy sẻ đi qua cửa số trong suốt của ống nhân quang điện và đập vào bê mặt cúa phoLocatod _ lan: bật ra các photolectron Các electron này dưới tác
Trang 30dung của điện trường (giứa phtLocatod và đinốt đầu tiên của ống nhân quang
điện), sẽ thu gia tốc và hội tụ vào 1 điện cực (gọi là dinot) đầu tiên làm bật ra 1
sử electron LÌ:ứ cấp nhiều hơn Các electron thứ cấp này lại được tăng tốc trong
điện trường và hội tụ lên dinốt tiếp theo v.v Nhờ vậy mà số electron đánh bật
ra khói bê mắt dinot môi lúc nhiều hưn nữa và cuối củng số lượng electron
dược bưc xa ơ dinot cuối sẽ lớn hơn số lượng electron ban đầu hảng triệu lần
Như vậy ki bức xe tòn hóa rơi vao bản nhấp nháy, ở lối ra (nối với anod) ca các electron Lao thành ¡ dòng điện tử rất mạnh, Dòng điện tử này tạo thành xun' thể hay xung dòng Lđiên) khả lớn được đưa vào hệ thống khuếch dai tin liệu, sau đó đưa vào máy đêm Biện đò xung này tỷ lệ với năng lượng hạt rơi vào,
Các bức xạ được đo thóng qua phương pháp phát quang và phương pháp
nay đựa trên cơ chế nhấp nháy
Phương pháp nhấp nháy ghi các bức xạ được dựa trên việc đo cường độ
cac chép sang xuất hiện trong các chất phát quang, khi có bức xạ ion hóa đi
qua chúng Rất hiếm thấy những vật liệu có tính chất phát quang lớn
Ở đa sở các chất nàng lượng kích thích nguyên tử biến thành năng lượng chuyên đóng của các nguyên tư (phản tử) tỏa ra dưới dạng nhiệt bởi vi do tương tác với các nguyên Lử hay phản tử lân cận
au Cac qua trinh xdy ra trong đâu dò nhấp nháy + Hap thu buic xa trong chat nhaép nháy
+ lon hoa và kích thích các nguyên tử và phần tử của chất nhấp nháy
bởi các hạt mang diện và bức xạ photon
+ Góp các photon vẻ quang, Catod của bộ nhãn quang điện
+ Hấp thụ photon ở catod của bộ nhân quang điện và giải phóng các
quang electron
+ Điều tiêu các quang điện tử vào Emite thi 1 và nhân điện tử
+ Dòng điện tử đươợc nhãn ở Anod b Thiết láp công thúc đo liêu chiếu
Khi qua chất nhấp nháy năng lượng của bức xạ sơ cấp E có thể bị hấp thu
Luàn bộ hay chỉ một phan « nao đó
Năng lượng hấp thu «E cua bức xạ sơ cấp trong chất nhấp nháy phụ thuộc vao độ dày d của chảt nhấp nhảy và quảng đường cực đại của hạt, năng
lượng hat @ nang suat hain cua chất nhấp nháy
Sự hấp thụ hoàn Loan nàng lượng của hạt mang điện trong tính thể nhấp
nhay (tue la œ = 1) và hiệu suất ghì các hạt 100% chỉ có thể có được nếu độ dày tình thể lớn hơn độ dài cực dai r cua hạt (d>r) Hiệu ứng biên và hiệu ứng tán xạ
ngược được loại Lrừ bằng cúch đặt nguồn hạt mang điện bên trong tinh thể chất nhấp nháy (dạng hình học 4x)
Trang 31Năng lượng hấp thụ se của tính thể nhấp nháy đối với bức xa ion hóa đi vau tình thế chủ yếu được dùng cho sự ion hóa và kích thích mà trong đó một phán nàng lượng chuyền thành nhiệt năng, Các phân tử và nguyên tử của tinh thẻ lại bức xạ năng lượng dưới dạng photon ánh sáng với năng lượng toàn phan E: (Er < xe) Đồng thời phổ bức xạ của những chất nhấp nháy không phu
thuộc vào bản chất của Lác nhân bức xạ ion hóa
Người ta gọi `= E/ Bx: hiệu suất biến hoán (hiệu suất ánh sáng vật lý) Néu goi p la sé photon phat ra voi năng lượng trung bình hy Ta có :
fr — :
Ei = p.hv = 9 = Er/ Ese: “E— = = (2.1)
Tà có W = s¿/ p năng lượng trung bình do tác nhân ion hóa mất đi dé tao
mot luong tu anh sang
Phan nang lugng con Jai Esc:-E: mat di do các sự dịch chuyển không phát sáng Mặc đầu các photon đinh sáng được phat ra cé nang lugng Ex Nhung that su chi co Er (Er < B¿) thoát ra khỏi chất nhấp nhảy j và người tà gọi ;
= E¿ / Ex: hiệu suất ảnh sáng kỹ thuật
Hiệu suãt kỹ thuật phụ thuộc vào độ trong suốt của chất nhấp nháy đối với bức xạ riêng, vào bế dày của nó và các tạp chất Ở chất nhấp nháy tốt hiệu suất kỹ thuật phải gắn bàng hiệu suất biến hoán
Tử trên ta có số photon do chất nhấp nháy phát ra
(2.2)
Quá trình năng lượng ánh sáng thoát ra khỏi chất nhấp nháy được gọi là , sự huỳnh quang Huỳnh quang không phải là quá trình tứcthời, cường độ
huỳnh quang l biến đổi theo thời gian theo luật hàm mũ:
I, = 1, exp (-t/r')
I, cudng dé biic xa cuc dai khi t = 0, r hé sé théi gian huynh quang (cua
thanh phần nhanh nhất ) các chất nhấp nháy £ = 10” —› 10's Số photon P, thoát ra sau thời gian t: 4hetocatod ag Aưwod — #wwe 4 - ¥ 77 Lil
Pi =P{1l-expl-t/r)) ae ee: Oe Gng nhén quang Sen Ï, Hiệu suất ảnh sáng đối với các loại bức xạ khác nhau đối với chất ahi nháy là khác nhau, nó phụ thuộc vào khối lượng, điện tích và năng lượng của hat do đó người ta đưa vào tý số đặc trưng @/B, ty s6 nay cho biết hiệu suất ánh sang cua chất nhấp nháy dưới Lác dụng của bức xạ # lớn hơn hoặc nhỏ hơn bao nhiều lần so với tác dung của bức xạ j
Trang 32Độ trong suốt quang học Tp phụ thuộc và hệ số hấp thu quang hoc wt và đủ đại quảng đường x cua photon trong tinh the,
T =¢"" (2.3)
tử phụ thuộc vào bước sóng bức xa Lới va bite xa huynh quang Đôi với một
sO tinh thé t nhỏ, do đủ cø thể làm tình thể dày lại con ngược lại ta phải làm
tush the mor: ch
Nhu vay so photua P' roi vau cutod cia bo nhan quang có tỉnh đến độ
trons suot cua tinh the Tp va dé gup sang ở {Ngoại độ trong suốt, sự Lán xạ woh sany lén cac mat su pop anh sang canyg ảnh hướng đến hiệu suất anh sang su úp ¿nh sảng phụ thuốc vào sự bỏ trí gốc khỏi nhìn thấy chat nhap nháy
của quan catod Dé lam giám sự bức xạ và Lăng hiệu suật ánh sáng qua mặt dum cua nh the hấp nháy tới mức Lói đá, Mật bên vá mặt trên của tình thể
duve phu lop MgO duve ma bac hay boc mét lop nhóm đôi khi những bê mat được làm xu xi nhờ đó sự khuẽch tán tang lén sé nhé hun sé photon P do chat
nhap nháy phát ra
l ='T'p op (2.4)
Đối với những ổng đếm nhấp nháy riêng lẻ đạc biệt trong phòng thí
nhiệm taecd the lay Tp = 1 vao= 1
Dé mu rong dé nhay pho truny vung bue xa tu nyoai ngudi ta ché tao cua
su thu cua bú nhân quang điện tư thủy tỉnh thạch anh, ta có thể thu được ống đem có đủ phản giải thời gian cao và biên độ xung tăng lên 30% so với bộ nhân quang dién, thuy tinh dang quater phenyl
50 photon nay P' di dén catod của ống nhân quang, ở đây xảy ra hiệu ứng quang điện, Gọi g(10 - 209) là hiệu suất thoát lượng tử của ống nhân quang Ta co: Ne = Ig hi ‹ Ne = oh 1 g* Tp ơ 11⁄
Trang 33Ta gui Pz la suat licu hap thu của nguồn phát xạ đổi với chất nhấp nháy
Ta củ nàng lương hấp thủ ở một khói dM tron;¿ chất nhấp nháy trong 1 đơn vị thoi gian d dM di =PzdM (2.7) —ti.t) Ta co dM = SPzux Py = lk (ym) = | expl-pex] (ym): xpox * le Thé vav ta co: (11.1) a b., = his (y,3P, { expÍ-H,x] dx ) Esu =uS (yp, ded (2.7) uzd O day ta da gid suv EL la nàng lượng hấp thụ trong khối trong 1 đơn vị thời gian, La có Qu = Io ly vM (le) 16010" 0 °sgs Lid hy Day chinh la điện tiến chạy qua anod trong 1 đơn vị thời gian Qa — ia Ta co : Suat liéu lugng chiều xạ phụ thuộc vào cường độ bức xạ, ta có: Pu = Ì,, (Y„, Jee as i =P 1.6°10 ear : (1-e*“) (Y.»„ (2.8) wad (fy c Các loại chất nhấp nháy
Nhấp nhảy vô cơ, hứu cơ và nhấp nháy khi
@) Nhap nhdy v6 co:
Có thể chia làm 3 nhóm :
* Nhóm Sulfur : ZnS(Ag), CdS(Ag)
*® Nhúm Halogenua của kìm loại kiếm : Nal(Te),C HTe) Cai, (Eu) ; Lil(Eu)
* Nhóm Vonframat : CaWO,; CdWO,
e- Nhom sulfur kích hoạt boi bac (Ag! c6 dd trong sudt Tp rất thấp đối với bức xa phat yuang riéng Do do ov nbaa quang dién chi có thể ghí được những
Trang 34lớp rất móng và đo tốt đối với những bức xạ có quảng đường đi ngắn và hiệu suat bién hoan n‘ dat gia tri rat cao = 28% doi véi «, thời gian huỳnh quang của nhóm 1 lớn hơn rất nhiều so với các nhóm khác
- Nhom Halogen của hím loại kiêm : Bo các bức xạ y rất lớn, tốt nhất là do độ góp quang học Nhược điểm của nó phải kể đến tính hút ẩm, để tránh hut am người ta bọc nó trong lớp nhơm, ngồi ra khi chiếu xa lâu bẻ mặt của tinh thể có sắc thái vàng do iod thoát ra Ờ nhiệt độ của n¡itơ lỏng hiệu sual bién hoan Nal khong duge kich hoat tang lén 2 lan, thoi gian
5 huynh quang & nhiét dé phong giam
HN: 5 lắn so với Nal(Te); Hiện tượng nảy
> (4,2) cUng thay ¢ don tinh thé CsI Hiệu
si suất ánh sảng của chất nhấp nháy Nal(Te) phụ thuộc tuyến tính vào
năng lượng E các hạt 8, P, d, còn đối
ita | với các hạt phụ thuộc nấy mang f tính chất phi tuyến tính: Các số liệu
nh P ý thực nghiệm cho thấy rằng phần lớn
a 7 way, mang lugng của các hạt a bj mat mat
" cho các dịch chuyển không kèm theo sự phát sáng
- Nhom vonfarat ; được dùng dưới dạng những tỉnh thể nhỏ để phát hiện những hạt nặng Ngoài ra còn có các chất nhấp nháy thủy tinh dung dé ghi bức xạ trong những mỏi trường ân mòn: chúng dễ chế tạo và giá rẻ,
trong các chất nhấp nháy thủy tính, những ion ở trực tiếp trong thành phân của thủy tình là những tâm phát quang Xesi là chất kích hoạt có
hiệu quả nhất, hiệu suất ánh sáng của các ống đếmthủy tỉnh bằng 10 :
+ 15% hiệu suất ánh sáng của Nal(Te), thời gian huỳnh quang 0,15 x 10”s
j› Chat nhấp nháy hitu co:
Thời gian huỳnh quang nhỏ, nhỏ hơn hai bậc so với các chất nhấp nháy vô cơ, Luy nhiên các chất nhấp nháy hữu cơ có hiệu suất biến hoán ị' nhỏ
Hàm lượng hydro trong các hợp chất hứu cơ cho phép dung chung dé ghi
neutron nhanh xtimben được dùng rất rộng rãi cho những mục đích đó Khi đo các hạt nàng, những nhấp nháy hưu cơ có hiệu suất ánh sáng thấp và phi tuyển (phụ thuộc vào năng lượng)
Trong tất cả những chất nhấp nháy hữu cơ thi antraxen C,H, có hiệu suất biến hoán cao nhất nq = 6% thời gian huỳnh quang r = 2,7 x 10”s Hiệu
suất ánh sáng của antraxen phụ thuộc vào năng lượng là phi tuyến đối với mọi
hat nàng, P, d, z do củng nguyên nhân như sử dung chất nhấp nháy vô cơ
NalUTo!
Trang 35Antrwact
| % Ta có thể hình dung sự huỳnh quang
= của các chất nhấp nhảy hữu cơ dưới dạng
tổng của các thành phần dang ham mu
ma tong nay gém mot thanh phan nhanh
(thời gian huỳnh quang r = 107s) mang
80% hiệu suất ánh sáng toản phần và những thành phản chậm có thời gian huỳnh quang khoảng (0,1:100) x 10°s (H.3:
Người ta đã xác định rằng thời gian huỳnh quang của thành phần nhanh kháng phụ thuộc vào loại bức xạ ion hóa, còn thời gian huỳnh quang của thành
phan châm phụ thuộc vao loại hạt, hạt càng nàng thời gian đó càng lớn Cường
đủ huỳnh quang và dạng xung ghi: được cùng khác nhau Do đó ta có thể sử dụng
sự khác nhau nảy để tách và ghi các loại bức xạ khác nhau tác dụng đồng thời Hiện nay người tà đã công bố những sơ đổ tách dạng xung khác nhau để ghi
neutron nhanh trên phong khá mạnh các lượng tử gamma
- Chat nhap nháy hữu cơ lông : Được chia làm loại 3 thành phần (dung địch và chất kích họat), và loại nhiêu thành phần (dung dịch, chất kích hoạt và chất dịch phổ! Những hợp chất thơm là dung môi tối nhất (Toluen, Xilen, benzen, phenwlaclohexan v.v ) Những chất y kích hoạt rắt có hiệu quả là n-terphenyl, các phenylocxazen (ppo, popop, œ NPO
v.v ) và phenaylocxadiazen (PBD v.v ) chất địch phổ có thế popop, ppo, a NPO, PBD (chat dịch phổ phải có phổ kích thích phủ lên phố bức xạ của chất nhấp nháy chính và cả phổ bức xạ nằm ở vùng nhạy phổ cực đại của : quang catod Khi nóng độ chất kích hoạt tăng hiệu suất ánh sáng lúc đầu
tăng nhanh và đạt gía trị cực đại và sau đó giảm dần Khi oxy hòa tan trong chất nhấp nháy lõng thi các tính chất phát quang của nó có giảm
đột ngọt Để khôi phục lại chúng cần cho nitơ hay argen đã lọc đi qua dung dịch Hiệu suất biến hoán của chất nhấp nháy lòng nhỏ hơn so với tinh thể hưu cơ, thời gian huỳnh quang nhỏ ~10”s Để ghi nơtron nhiệt
người La cho các hợp chất của bo, cadimi, gadolini v.v vào dung dịch y) Chat nh&p nháy khí :
Bất ky khi trơ nào cúng có thể trử thành nhấp nháy khí, song xenon có hiệu suất biến hoán lửn nhất Hiệu suất ánh sáng của những khí trơ khác bang 0,3 - 0,6 so với xenon, còn thời gian huỳnh quang 10ˆ-107”s, các chất nhấp nhay lhí có thể là hồn hựp hai thành phần của các khi hiếm khi nhẹ được cho them khi nàng, Khi nóng độ khi này tăng lên Hiệu suất ánh sáng tăng đột
nvot tdi gaa trị cực đại, sau đó giảm đơn điệu Cường độ phát quang giảm
mạnh khi các khi hiếm bị nhiễm các tạp chất như H¿, O¿ và hidrocarbon Do đó khi sử dụng chất nhấp nháy khi cán phải làm sạch nó
Trang 363/ DETECTOR BAN DAN :(D - BAN DAN)
Mỗi bức xạ hat nhan khi di vao tinh thé tao thành những cặp electron dương lỏ trổng trên đường đi dưới tic dung cua điện trường, các cặp điện tích này echuven động vẻ các điện cực vào taáu Lhành tín hiệu điện ởớ mạch ngòai.,
Tinh the dung trong D - bán dẫn phải thỏa các điều kiện + bực xạ (on hóa lp
Sơ đó câu tạo của D-Bán dẫn hoac Ge tinh thé Si - Năng lượng “ton hua” bé
- Cách điện tốt
- Không có nhiều tâm bấy để các phản tử tải điện chuyển động hoàn toàn
dự do về các điện cực
Vật liệu cản có nguyên tử số Z2 cao để có thể hãm bức xạ hiệu quả
Detector ban dan được chathành các loại :
¢ Detector tiép xúc khuếch tán : Bao gỗm 2 lớp bán dẫn loại p và loại n tiếp
xúc nhau Khi đặt 1 điện trường ngược vào,eÌectron sẽ địch chuyển về cực dương và lỏ trống vẻ cực âm Lạo thành 1 vùng nghèo cả 2 loại điện tích, 1 4 bức xạ đi vào vủng này sẽ tạo nên các cặp electron lỗ trống và chúng sẽ làm
xuất hiện tín hiệu điện ở mạch ngoài khi có điện trường tác dụng (vì lúc
này chúng sẽ dịch chuyển về các cực tương ứng)
®Detector húáng rào mặt: Cùng bao gồm lớp tiếp xúc p-n nhưng lúc này các
điện cực nói với lớp n qua Ì lớp vàng và Ìớp p qua 1 lớp nhôm phun trên
mat
¢ Detector Germani - Liti La loa tàm bản đẫn Ge loại p được phun 1 lớp L¡,
đặt 1 điện thể ngược vao thi cae wn Li bat đầu bị lôi kéo từ mặt của lớp
tiếp xúc văau sâu trung lớp p Cae on Li do bu tru va trung hòa tap chất loại
Ð trong 1 vũng của Ge Day la vung nhạy ghi bức xa
Trang 374/ PHO KE DUNG MAY PHAN TÍCH BIÊN ĐƠ :
Sv dé cua 1 phé ké ding may phan tich bién dé, wanne! Detector A_.| Tién khuéch dai Ng khuéch dai > May phan tich biên độ Thời gian ot Bo chi thi Cac pho ké ghi các loại bức xa riêng biệt khác nhau chủ yếu ở Detector © Pho ké Alpha (a
Detector cua pho ké alpha co thé la buéng ion hoa detector ty 1é, detector nhập nhay, Detector ban dẫn,
Detectur ban dan thudng dung dé ghi @ la Detector Si (Li) loai hang rao mat Detector nhaép nhay thudng dung la Sunfat Zn day 5 +40mg/cm*
© Pho ké § (Beta)
Dé thu phé B cé thé dung Detector nhấp nháy hoặc ban dan Cac tinh thé nhấp nhảy được dùng có thể là tỉnh thể hữu co Angtranxen hay chất déo plastis
Với § mém có thể dũng chất nhấp nháy löng
e- Phó hể gamma (†)
Các tình thể nhấp nháy Nai (le) là tỉnh thể bán dẫn Gi(Lì) là những
Detector chủ yếu dùng cho phố kể y
Để xác định năng lượng và cường độ của chùm y đi vào Detector thường
phải dùng các nguồn chuầnmÀ cường độ và năng lượmcủa bức xạ y phát ra đã
biết, nhớ đó xáy dựng các đường hiệu suất ghi của Detector và đường chuẩn năng lượng (mỏ tủ su phụ thuốc số kênh vào năng lượng y) của phổ kế
*® Nuuyên tac hoat động của nhố kế
Khi cuc bute xa di vao Detector, d lối ra của nó xuất hiện các tín hiệu có
biên độ Lý lệ với năng lượng bức xí; sau khi được khuếch đại nhờ các tiên
khuéch dai va khuéch dai tuyến tính tín hiệu được đưa vào máy phân tích biên
đó dơn giản hoặc máy phân tích biên độ nhiều kênh Cuối củng máy phân tích
sẽ đưa ra 1 bảng số chủ biết số đến (tý lệ với cường độ bức xạ) thông qua bộ chi thị trong khoang thời gian nào đó hoặc sẽ vẽ ra 1 phổ năng lượng của bức xạ
Trang 38
2 PHƯƠNG PHAP THÒNG iš TREC
A_SALSO THONG KE VA SALSO PHEP DO
¢ Trong vat ly hat nhan, sai sé duge chia lam 2 loại Sai số thống kẽ và sai sủ phép đo
- Rai số phép đo gây tí bởi sự khơng hồn thiện của dụng cụ đo hay phương
pháp đo (vi dụ sai zö đo thời gian chết của ống đếm)
- Sai số thống kê pÌu thuộc tính xác suất của đại lượng được đo Sai số thông lẽ là thăng ¿:+n¿z các đại lượng đo xung quanh vị trí trung bình của no Su thang gián nity là hệ quả của đặc tỉnh xác suất của các quá trình (vị
du quả trình phân tí cua nhân nguyên tử)ở đây, ta để cập đến sai số thống
kẻ đếm xung, Nguới tà chứng mình được rằng, nếu số xung trung bình ghi được trong 1 đơn vì thối gian sau N phép đo là m (với số xung lớn) ï1, +, + +1, N Thị sai số trung bình (Sai số thống kê) sau N lần do là 5 -ÄEÁ— é = lì m= Với 1 lan do
- Trugng hop sai so Lhong ké chiém wu thé so với những sai số khác
Gia suf s6 xung gh: duvc trong đơn vị thời gian của 3 đại lượng ngẫu nhiên X„ X„ X„ là mm, m„m Thưi gian mỗi phép đo là t„ t„, t, Giả sử @ (x,, x„, x,) là hàm của 3 đại lượng đó Điều kiện để sai số kết quả đo của hàm 6 (x,, x,, x,) bé nhất là :
tate Ne (Nm GEN am,
Điều kiện sai số do cuc tiểu : Xét trường hợp hấp thu bite xa l = ]e”-
Với [, L,: Cường dó bưc xa tới detector va ban dau
+ Đai số của cường do dòng gồm sai số thông kê vả sai số dung cy
éI Nalin)? + (la)*
Nêu đô chỉnh xác của hệ giới hạn bởisai số dung cụ, Ta có : ð(x) -_
Có đla.x
| Ox! | -
1 ux
Trang 39ne
ux\\t,, vl,
Vai ta: thdi giaz do, v : hiéu suat detector,
',.: Hệ số thuộc hệ điện tử
Cực tiêu khi ux= 2 Đó là điều kiện xác định sai số thống kẻ tương đối bẻ nhất
Hai điều kiện này thỏa nếu chọn bức xạ và năng lượngthích hợp (nhằm xác định 1) *® Như vậy : với nước 4t biểu diễn theo năng lượng như hình vẽ ðl=ðlw thì Jd(x)l = 2 T NX Hinh bên : 3 Hệ số hấp thụ tuyến tính — của nước theo Ey (MeV) fel i Ps titl : | ; = — evs ị NI Ấ
Trong kỳ thuật, để xác định mực chất lỏng trong các bình kín, những
thiết bị không thể tiếp xúc trực tiếp, người ta có thể dùng phương pháp đo bàng phóng xa, Các thiết bị phóng xạ tỏ ra có nhiễu ưu điểm : bố trí tiện lợi, xác định mức liên tục, kiểm tra nhanh chóng hàng loạt sản phẩm V.V phương pháp đo phống xạ có thể xác định mức với sự biến đổi yất bé, có độ chính xác cao
e Nguyén lý :
Có 2 phương pháp chủ yếu mà ta sẽ nêu ở đây ‹ l/ Độ bẻ cao, mực chất lòng dựa vào việc đo khoảng cách giứa nguồn phóng
xa va detector
Trong phương pháp nảy, nguồn đặt trong 1 cái hộp cô lập kín chứa trong
bình, detector được đặt bên ngòai Ostector Lf Hép Nguồn Nước LHỀ THÔNG ĐO
Khi mức chất lỏng thay đổi, nguồn được nâng lên hay hạ xuống, ghi sự
thay dối cường độ bước xạ đến detector có thể xác định được độ cao mức
Trang 40Phương pháp này cho phép xác định mức 1 cách liên tục khi không có chất hấp thụ, cường độ bức xa ban đầu đến detector được khai triển gần đúng theo độ
phóng xa nguỏn (theo uÖ1)
Sd *
4x}
nk : Số hạt hay lượng tử phát tử 1 phân rä của hạt nhân Sd : Diện tích hiệu dụng của detecLor
a — : Độ phóng xạ nguồn
| : Khỏang cách tử nguồn đến detector
Sư chính xác phép đo mức phụ thuôc sự chính xác phép đo cường độ bức xa đến detector Hình sau là sơ đồ phương pháp và đường cong kết quả Tan = 3,7* 10° *nk Detector | 7 we h : độ cao mực —» Nguồn nước NƯỚC 4 —_—_[^ mác ion =— “ cố v h X"_ 6 100 % ae
2 Do muc nudge binh bang phuong phapnhay vot
Nguoén va detector duge đặt đồng trục theo bình chứa Thiết bị hoạt động nhu 1 Role Nguồn “+ Đình Detector Le | _ ©c©o coo = iets =| Li fh aa AA
Nếu mức nước chất lỏng thấp hơn độ cao h, kết quá làm tăng cường độ nguồn ban đảu tới được ghi bởi máy đo Nếu mức chất lỏng cao hơn h, cường độ dòng bức xa đến detector giảm đột ngột, hệ thống báo ngưng hoạt động + Nguon | Detector Duong cong L kết quả Nước R Pag Be — Binh + Ve Ne i 0 100 %
Các kết quả không phụ thuộc việc đo chính xác cường độ đòng và tỷ trọng
chất lỏng Nên phương pháp này dùng rộng rải Tuy nhiên khi sử dung phương pháp này cần chú ứ năng lượng nguồn