Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Nghiên cứu khả năng ứng dụng của Aasi (Advanced Alpha-spectrometric Simulation)

Do đó, ngành vật lý hạt nhân cũng không ngoại lệ, nó được chứng minh là công cụ thích hợp dé mô tả sựvận chuyên của hạt alpha, beta, quả trình tia gamma truyền trong vật chất, thậm chí v

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

œ1 l1) xe

Sp

TP HỒ CHÍ MINH

SVTH: LÂM THU VĂN

GVHD: ThS LÊ CÔNG HẢO

TP.Hồ Chí Minh, 2010

Lời cảm ơn

Đề hoan thành khóa luận tốt nghiệp em được sự giúp đỡ rất nhiều từ các giáo viên

trong bộ môn vả các bạn cùng khóa học Em xin gửi lời cắm ơn chân thanh va sâu

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

trưởng cũng như trong quả trình làm luận văn.

Ngoải ra, em cũng xin cắm ơn những người góp sức xây đựng thành công chương

trinh AASI nay.

đỉnh vả các bạn.

Sinh viên thực hiện

Lời nói đầu

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

bị và mô phóng các quá trình phức tạp trong hau hết mọi lĩnh vực của khoa học vả kỹ thuật Do đó,

ngành vật lý hạt nhân cũng không ngoại lệ, nó được chứng minh là công cụ thích hợp dé mô tả sựvận chuyên của hạt alpha, beta, quả 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 phông như các

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

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

của Rutherford va Compton, sự hap thụ quang điện sự chuyên động chậm dan của các hạt mang

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

Phép đo đạc phô alpha là một phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi trong việc khảosát hoạt độ phóng xa trong môi trường Hoạt độ của các mẫu thấp đòi hỏi thời gian do đài và khoảngcách giữa nguồn và mẫu (SDD) nhỏ Tuy nhiên, SDD nhỏ có thê 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 chuân bị mẫu một cách can thận là điêu cần thiết, bởi vi các hat alpha mat dan năng lượng khi chúng truyền đi trong vật chất Sự mat năng lượng sẽ dẫn den

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

SDD giảm.

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

chất lượng phô Kết qua là các yeu tổ quan trọng nhất được chọn ra và sự thiết lập các phép đo được xem lả tối ưu Không chỉ thé, các tính chất chưa được biết của nguồn, chăng hạn như mật độ nguồn (hoặc be dày nguồn) hay các tính chất của hat phát ra từ nguồn, đều có thé được xác định được Điều nảy quan trọng đối với mẫu được xử lí bằng phương pháp hóa phóng xạ.

Có nhiều bộ chương trình mô phông Monte Carlo, như bộ chương trình TRIM, day phần mềmGEANT, hay bộ MCNP, đều thích hợp trong việc mô phỏng tính chất của hat alpha trong môi

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

duge xay dung dé mô phông phô năng lượng của hat alpha Day là một bộ chương trinh mô phông

được thiết kế toàn diện trong đó bao gom tat cả các quá trình chủ yếu ảnh hưởng lên pho năng

lượng Các loại mẫu khác nhau (hạt son khi, mẫu dày, mẫu không đồng nhất, ) đều mô phông

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

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

những được sử dụng trong việc mô phông phỏ 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 tínhPentium 1.6Ghz thay đôi từ vai giây tới 2 phút, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của van đẻ đang mô

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

Tuy nhiên ở nước ta hiện, phan mềm nảy chưa được phô biến Vi thé trong bai luận văn nay,

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

sánh phô thu được từ mô phông với phô thu được từ thực nghiệm đo đạc, kiểm tra xem hai kết quảnay khớp với nhau ở mức độ nao, từ đó có thé khai thác sử dụng cũng như mở rộng khả năng ứngdụng của phần mém trong mô phông phô alpha

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

¢ Chương 1: Tông quan vẻ hat alpha

¢ Chương 2: Giới thiệu vẻ hệ đo Alpha Analyst

« Chương 3: Giới thiệu vẻ phan mềm mô phông AASI

« Chương 4: Các kết quả thực nghiệm mô phông và sự so sánh

CHƯƠNG 1 : TONG QUAN VE HAT ALPHA [1], [2] [3] [4]

1.1 Khái niệm hạt alpha

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

xuyên thấp Hat alpha gồm hai proton và hai neutron liên kết với nhau thành một hạt giống hệt hạt nhân nguyên tử hellium, do đó, hat alpha có thê được viết là He””.

Hat alpha xuất hiện trong phân rã của hạt nhân phóng xạ như là uranium, radium, trong mộtquá trình gọi là phân rã alpha Sự phân rã làm hạt nhân ở trạng thái kích thích và trở vẻ trạng thái cơ

ban bằng cách phát tia gamma.

1.2 Sự phân rã alpha

Xay ra khi hạt nhân phóng xạ có tỉ số > quá thấp Khi phan rã alpha, hạt nhân ban dau

4X chuyển thành hạt nhân {4Y và phát ra hạt alpha

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

28 Ra —*-» Rn + Ÿ//c, gồm hai nhánh phát alpha, nhánh thứ nhất với hạt alpha năng lượng 4,602MeV, suất ra 5,5% và nhánh thứ hai với hạt alpha năng lượng 4,785 MeV, suất ra 94,4% Hạt nhân

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

chuyên về trạng thái cơ bản Hạt nhân ?°#z sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm ở trạng thái cơ bản.

Hình 1.1 Sơ đồ phân rã của * 2 [9]

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

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

đồng vị nao phat alpha, chi (Z=82) có hai đồng vị phát alpha, con polonium (Z=§4) có không ít hơn

hai mươi mốt đông vị phát alpha,

Ngoài ra có một nhóm nhỏ các hạt nhân trong vùng đất hiếm cũng phân rã alpha với A=140 đến 160, hạt nhân nhẹ nhất là ‘Ce chứa 84 neutron Một trường hợp đặc biệt là hạt nhân nhẹ {Be

cũng phat alpha với thời gian bán rã 3.10°S

1.3 Các đặc trưng chính của phân rã alpha

Có ba đặc trưng chính là thời gian bán rã Tị¿; của hạt nhân trước phân rã, động năng E và quãng chạy R của hạt alpha.

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

“Pb có T;2=1,4.10” năm, “Rn có T,;=10 s,

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

lượng các hat alpha thay đổi từ 4 MeV đến 9 MeV, còn doi với nhóm đất hiểm từ 2 MeV đến 4,5

MeV.

Quang chạy của hat alpha rat ngắn đo nó bj hap thụ rat mạnh trong vật chat.

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

1.4.1 Thời gian bán rã T;„ và động năng E

Có sự phụ thuộc rất mạnh của thời gian bán rã T;; vào động năng E của hat alpha, đây là tinh chat quan trọng nhất của các hạt nhân phân rã alpha Chang hạn nếu giảm 1% năng lượng thì có the

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

đến ba bậc Sự phụ thuộc nay tuần theo định luật Geiger-Nuttal như sau:

D

lg7,, =C+—— (1.3)

VE

trong đó C va D là các hing số không phụ thuộc vào số khối A ma chỉ phy thuộc vao điện tích Z Vi

dụ nếu E tính theo MeV thi:

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 Quang chạy R và động lượng E

Trong phép gan đúng đầu tiên có thé sử dụng công thức liên hệ giữa quãng chạy của hat alphatrong không khí (tính theo cm) va năng lượng của no (tính theo MeV) trong miễn nang lượng 4-9

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

1.5 Điều kiện về năng lượng đối với phân rã alpha

Xét quá trình phân rã: ⁄X —*> PUY + ‡/fe

Điều kiện dé xảy ra phân rã alpha là:

AE = Ey.x+z+ † Ea „ ÐÊy „„ > 0 (1.6)

Tức là năng lượng liên kết của hạt nhân mẹ E, ,, phải nhỏ hơn tong năng lượng liên kết của hạt

nhân con #„ „,„ „ vả hạt alpha £, „ Năng lượng liên kết của hạt alpha là 28 MeV nên năng lượngliên kết riêng trên một nucleon 1a 7 MeV Như vậy, dé phân rã alpha xảy ra thì năng lượng liên kếtriêng của hạt nhân mẹ phải nhỏ hơn 7 MeV Điều kiện nay 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 đốivới các hạt nhân nặng giảm xuống do năng lượng đây Coulomb của các proton

Năng lượng phân rã AE phân bố cho động năng hạt nhân con #, ,„ ; và động năng hat alpha

AE=E ;: + (1.7)

Gọi động lượng của hạt nhân mẹ là p,„, hạt nhân con là p,,; „ vả hat alpha là p,, giả thiết

là hạt nhân mẹ đứng yên khi phân rã p„; =0, thi theo định luật bảo toàn động lượng ta có

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

E, = AE tức là hạt alpha mang phan lớn năng lượng tỏa ra khi phân rã.

Vi dụ, năng lượng phân rã alpha “Bi(ThC)—— ` THThC )+ø là AE =6,203 MeV Năng

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

“STI(TAC ) theo công thức (1.8) là Z„ =0.117 MeV.

1.6 Cơ chế phân rã alpha

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

ly tâm và cấu trúc hạt nhân

1.6.1 Trường thé Coulomb và hiệu ứng đường ngầm

Đề giải thích sự phụ thuộc rất mạnh của thời gian ban rã T,,; của hạt nhân vào năng lượng hạtalpha, người ta xem xét cơ chế đẻ hat alpha thoát ra khỏi hạt nhân Giả thuyết gần đúng nhất là xemhạt alpha hình thành vả ton 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.

Đề giái bai toán tương tác nay ta gia sử hat 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:

2Ze?

Ú,„., = “C— (1.10)

Hàm này được the hiện trên hình sau:

Hình 1.2 Thé tương tac hạt nhân và thé Coulomb của hat alpha

Thế tương tác nảy tăng dan trong miễn ngoài bán kính hạt nhân, tại đó lực hạt nhân bang không Đến biên hạt nhân + = # thi lực hạt nhân đóng vai trò quan trọng và đường biểu diễn giảm

đột ngột theo đường thăng đứng dạng thế bên trong hạt nhân z < R chưa được biết tường tận, ở đây

giả thuyết nó có dang hỗ chữ nhật với thế không đôi bên trong hạt nhân Chiều cao bờ thế Coulomb

tại r= # = 10” em và với Z = 100 là:

U„ = #2“ =30 MeV (111)

r

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

9 MeV, tức là nhỏ hơn chiêu cao hang rảo thé Theo cơ học cô điện thi hat alpha không thé vượt qua hàng rào thể để ra ngoài, tức là không thẻ xảy ra quá trình phân rã alpha Tuy nhiên, trong thế giới

vi mô, theo cơ học lượng tử, hat alpha có thể xuyên qua hang rao Coulomb theo cơ chế đường

ngâm.

Đề giải bài toán về hiệu ứng đường ngắm của hạt alpha, một lần nữa ta đơn giản hóa bang cách

tính xác suất hat alpha có năng lượng E vượt qua bở thé hình chữ nhật có độ cao U và độ rộng d.

Trạng thái của hạt alpha được mô tả bởi hàm (r) thỏa mãn phương trình Schrédinger:

A ===++==*==-: toán từ đạo ham riêng bậc hai theo không gian

Ox” Gy" ae”

m: khối lượng hat alphafh: hằng số Planck

Giải phương trình Schrodinger với rao thế có dang chữ nhật ta sẽ tìm được hệ số truyền qua

=ep|-[ 28 - Ey (1.13)

Nếu hat alpha trong hạt nhân có vận tốc v thì nó đi đến bờ thé trung bình v/ & lần trong | giây.

Nhu vậy, hằng số phan ra alpha bằng:

Thời gian nay là hợp lí vì nó vào cỡ thời gian bán rã của 2”.

1.6.2 Vai trò của bờ thé li tâm

Trong các tính toán trên ta coi hạt alpha bay ra với momen quỹ đạo £ =0 Nếu hạt alpha bay ravới £ +0 thì nó phải vượt qua bờ thé li tâm bổ sung ngoài thé Coulomb:

làm tăng đáng ké thời gian bán rã của hạt alpha Bang 7.1 dưới đây sẽ dan ra hệ số K suy giảm của

hằng số phân ra 4 với các giá trị khác nhau của ¢ đổi với trường hợp £=5 MeV và

R=9,6.10 ®em.

1.6.3 Anh hưởng của cấu trúc hạt nhân lên phân rã alpha

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

rã, va bai toán trên chỉ tính xác suất truyền hat alpha qua bờ thé Trong thực tế, trước khi phân ra,

hat alpha cần phải hình thành tử các proton va neutron riêng biệt Tuy nhiên khi đó công thức (1.13)chỉ thay đồi hệ số trước ham mũ, con ham mũ không bị thay đôi, do đó sự ảnh hướng của nó lên quátrình hình thành hat alpha trong hạt nhân là không đáng kẻ Việc tinh toán li thuyết đối với quá trình

nay không thé làm chính xác Hơn nữa, từ công thức (1,13) chuyên sang công thức (1.15) phải sử

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

1.7 Sự tương tác của hạt alpha với vật chất

Đôi với hat alpha thì có hai dạng mat nang lượng chủ yeu khi chúng đi qua môi trường vật chat

là mat năng lượng dé ion hóa vả kích thích các nguyên tử vật chat.

1.7.1 Hiệu ứng ion hóa

Khi va chạm không đàn hỏi với nguyên tử của môi trường vật chất, hạt alpha có năng lượnglớn hơn năng lượng ion hóa nguyên tử J, có thé làm bức các electron từ các lớp điện tử của nguyên

tử (hiện tượng ion hóa) hoặc chuyển một electron nao đó từ một mức năng lượng thấp hơn lên mộtmức năng lượng cao hơn (hiện tượng kích thích) Trong mỗi một va chạm như vậy một cặp ionđược hình thành: ion đương là nguyên tử mat electron, còn ion âm là electron Số lượng cặp ion dohạt alpha tạo nên xác định mật độ ion hóa ban đầu

Nếu khoảng cách nhỏ nhất mả 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 va khôngvượt quá trị số năng lượng ion hóa nguyên tử Cũng có khi khoảng cách va chạm với nguyên tử rấtnhỏ, do đó hat alpha có thé truyền cho electron bị bức ra một động năng khá lớn Những electron có

năng lương lớn như vậy thường được gọi la các delta-electron (5-clectron), chúng có kha năng ion

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

cap) Xác suất va chạm của hat alpha với nguyên tử của môi trường có khả năng tạo nên ồ-clectron

~2 2

với động năng từ J, đến (J, + AJ.) tỷ lệ thuận với Zo ae, ở đây Z là điện tích của hạt, Ø: Vv

€

Ax là chiều day của lớp môi trường Rõ ràng rằng, xác suất xuất hiện 5 - electron giảm đi một cách

đáng kê khi năng lượng J, của electron tăng lên Khi ghi nhận các điện tử theo hiệu ứng ion hóa thì

điều quan trọng lả số ion hóa toản phần bằng tông SỐ ion hóa sơ cấp va thứ cấp (do ð - electron sinh

ra).

Nếu lay số năng lượng của hat alpha bị mat 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, vả ký hiệu là @, người ta thấy rằng đại lượng œ được xác định

bằng cách trên hau như không phụ thuộc vào bản chất của hạt và năng lượng của nó, Điều nay có

thé 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 vảo tính chất của các hạt.

Bảng 1.2 dưới đây cho thay rằng, năng lượng can thiết dé tạo một cặp ion lớn hơn nang lượng

ion hóa cỡ hai lan va hầu như giỗng nhau đối với các loại khí khác nhau, mặc dau năng lượng ion

hóa của chúng khác nhau đối với từng loại khí Hơn nữa ta nhận thấy rằng @, > @,, mặc du

fy, <1,, Điều đó xảy ra do năng lượng can thiết cho ion hóa và kích thích các nguyên tử hay phân

tử không giống nhau đối với từng loại khí tro khác nhau và đối với chúng năng lượng ion hóa caohơn va số năng lượng trung bình can thiết dé tạo một cặp ion gần băng năng lượng ion hóa Riêngđối với oxy những lần va chạm không đàn hồi thường đưa đến sự kích thích các phân tử, do đó trị số

œ lớn hơn năng lượng ion hóa những ba lần

Số cặp ion y sinh ra do một hat alpha trên Icom 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 nang lượng toàn phan của nó

bị mat do sự ion hóa sẽ bing a Mật độ ion hóa của hat alpha cũng biến đổi theo năng lượng J

@

giống như sự biến đôi của độ mắt 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 |, đưới tác

dụng của lực Coulomb do các hat alpha gây nên, xuất hiện hiện tượng phân cực và do đó lam 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 tinh chat

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

can thiết dé tạo nên một cặp ion Trong các chất nước và trong các chat 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 đẻ tạo nên một cap ion sẽ có giá trị cở 30eV

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

tử ngoai cùng của các nguyên tử bị biển dang, các nguyên tử không còn độc lập với nhau nữa, do đó

quá trình tương tác không dan hồi giữa hạt alpha với các nguyên tử môi trường xảy ra một cách khác han Trong loại tinh thé vật chất như thé các mức năng lượng cho phép các nguyên tử tạo nên

những vùng năng lượng đặc biệt và vai trỏ của hat alpha bây giờ 1a chuyên các electron bị trang

buộc từ các vùng lap đây lên các vùng năng lượng cao hơn và ở đó các electron có thé được xem

như tự do Những lỗ trong xuất hiện ở những vùng mắt electron được xem như các ion Năng lượng

cân thiết để tạo nên một cặp clectron — lỗ trông phụ thuộc vào bản chất của môi trường, và có trị sỐ

cỡ vải electron — volt (eV).

Bảng 1.3 Năng lượng can thiết dé tạo một cặp electron — lỗ trống của một số chất

10 7,6 5.8 | 3.5 2,8

ow, eV

1.7.2 Sự mat năng lượng của hat alpha do quá trình ion hóa

Đề nghiên cứu sự mat nang lượng, chúng ta khảo sát sự tương tác của hạt alpha với một

electron và sau đó là với tat cả các electron Trong sự gan đúng cô điển tiền hành bởi Bohr cho phép

xác định sự mat năng lượng riêng bởi những hạt

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

một khoảng b.

Hình 1.3 Tan xạ của hat alpha lên một hat electron

Nếu xem như electron dịch chuyên chậm sau tương tác vì lực dỗi xứng, clectron nhận được

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

Đây cũng là năng lượng mat đi của hat alpha Dé khảo sát anh hưởng của tat ca electron theo

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

dx

db

dx Hình 1.4 Tan xạ của hat alpha lên các hat electron trong lớp hình trụ

Thẻ tích lớp trụ là dV = 2zbdbdx Gọi n là mật độ electron, khi đó số electron trong lớp hình trụ nay là dN =n, 2#5dbáy Do đó sự mat năng lượng của hạt alpha do tương tác với các electron

i (1.22)+

m vo

aT (een db

Công thức nay chi đúng khi xem electron đang khảo sát là không bị ảnh hướng bởi sự có mặt

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

khảo sát được gọi là higu ứng mật độ, và như thể chúng ta phải đưa vảo sự hiệu chính

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

bằng cách lấy tích phân trên mọi giá trị khả hữu ca tham số tương tác b (từ 0 tới ) Khó khăn làtích phân của công thức (1.22) trên hai cận này không hội tụ, nên tích phân chỉ lấy từ bmi, đến b„„„„:

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

(AT), a7 (ila thé ion hóa của nguyên tử) b„„„ được tinh theo công thức sau:

trong đó (-<) biểu thị độ mat năng lượng (dau âm) do ion hóa, đơn vị do erg/cm Dé tinh

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

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

Hat 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 rat cao, vào khoảng hang chục nghìn cặp ion trên lem trong không khí Doctheo đường đi của mình trong vật chat, do năng lượng bị mat dan nên hat alpha đi chậm dan và độion hóa riêng tăng dan Đến khi sắp hết năng lượng độ ion hóa tăng nhanh và sau đó giảm đến 0 khi

hat alpha đừng chuyên động Diéu này được minh họa trên đường cong Bragg (hình: 7.5).

1.7.3 Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất Hat alpha có khả năng đâm xuyên thấp trong số các bức xạ ion hóa, Trong không khí, ngay cả

hat alpha có năng lượng cao nhất đo các nguôn phóng xạ phát ra cũng chi đi được vải centimet, còn

trong các môi trường rắn hay lỏng, quăng chạy của nó có kích thước cỡ micromet Có hai định nghĩa vẻ quãng chạy của hạt alpha, là quãng chạy trung bình và quãng chạy ngoại suy.

—

se Quang chạy

Quang chạy ngoai suy

Tốc đô đếm tương đối © a

0 l 2 3 4

Độ day hấp thu, cm không khí

Hình 1.6 Đường cong hap thụ của hat alpha

Trên hình nay, đường cong hap thụ có dang phẳng vì nó là hạt đơn năng Ở cuối quãng chạy,

số đếm các hat alpha giảm nhanh khi tăng bề day chất hap thụ Quang chạy trung bình được xác

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

hap thụ tới giá trị 0.

Quãng chạy Ru(cm) của hạt động năng E(MeV) trong không khí ở 0°c và áp suất 760 mmHg được biểu điễn một cách gần đúng như sau:

Ry=0,318E°* đối với 3<R„u<7 (1.28)

Sự phụ thuộc quãng chay-nang lượng của hạt alpha trong không khí được minh họa bằng hinh

1.7,

Đối với môi trường bat kì va khối lượng hạt nhân A thì quãng chạy của hat alpha được tính

theo công thức:

R=0.56R,,A '° (1.29)

trong đó R do trong đơn vị mg/cm’, Ry là quãng chạy của hat alpha với cùng năng lượng trong

không khí, đơn vị đo cm.

Nang lượng McV (đường 1)

Hình 1.7 Sự phụ thuộc quảng 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 quang chạy trong không khí rất ngắn nên việc

khảo sát các van dé 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 chuân bị hợp lí và chính xác mới cho kết quá tốt Hiện nay ở nước ta,

ứng dụng phô kế alpha còn ít vì chưa có nhiều thiết bị đo và xứ 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 dé

dang khảo sát các mẫu phóng xa alpha tiết kiệm thời gian mà cho kết qua chính xác, Tinh chất hệ

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

trường phát hat alpha Khi dùng các hệ đo khác dé đo phóng xa alpha, ta phải quan tâm rất nhiều đến các thông số như hoạt động của hệ điện tử của máy có ôn định không, hệ thông 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 đểđiều khiến kết quả Còn đối với hệ đo Alpha Analyst, ta có thể an tâm hơn với quá trình đo, phântích và xử lí kết quả

Các thao tác của quá trình do, phân tích va xứ lí khi dùng hệ Alpha Analyst chủ yếu thực hiệntrên máy tính qua phần mềm ứng đụng Genie-2000 Alpha Acquisition & Analysis Ngoài việc đưamẫu ra vào trên máy thì trên hệ nảy không có bất kì nút điều khiên nảo khác Với điều kiện mẫu đophóng xạ alpha đã được chuẩn bị tốt khi đưa vào hệ đo Alpha Analyst, mẫu được bảo vệ an toàntrong buông chân không, đảm bảo được số hat alpha phát ra từ mẫu bằng với số hạt alpha dau đỏ thunhận được Nói chung hệ Alpha Analyst là thiết bị đo có hiệu suất cao va độ chính xác cao khi do

phóng xạ alpha.

Máy phân

khuẻch tích biên 46

PCI Card

Hình 2.1 Sơ đồ khôi của hệ Alpha Analyst

2.2 Buồng chân không

Hệ đo được thiết kế dé đo phố alpha, do đó đòi hỏi giảm tôi thiểu sự mat năng lượng hạt alphatrong môi trường Việc hút chân không đẻ đo alpha là điều cực kì quan trọng buông đo chứa mẫu

đo và detector của hệ Alpha Analyst có khả năng hút chân không rất tốt và nhanh (áp suất chânkhông có thé đạt tới giá trị nhỏ hơn 0,1 torr) Khi đó, ta có thé xem môi trường trong buồng do nàygần như chân không hoản toàn

Trong buồng chân không được thiết kế có các khe rãnh dé ta kẹp mẫu đo Các khe này cáchđều nhau, khe cudi cùng phái cách detector một khoảng cách nhất định dé đảm bảo an toàn cho đầu

dé khỏi hư hại và kéo dai thời gian sử dụng Với các khe cách đều nhau, ta có thé thay đôi khoảngcách giữa mẫu đo va detector theo ý muôn Trong buông nay thông thường ta phải dùng mang chan

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

tôi đa sự giao thoa và nhiễu trong khi đo

2.3 Detector Alpha PIPS

Detector Alpha PIPS được toi ưu về kha nang phân giải nang lượng, độ nhạy cao va phổ alpha phông thấp Cửa số mỏng của detector PIPS cung cap sự phân giải tăng cường va khoảng cách dau

đò — nguồn can cho hiệu suất cao Dòng rò thấp giúp làm giảm tối thiểu sự địch đỉnh khi thay đôi

nhiệt độ.

Tan số đếm phông đối với detector Alpha PIPS bé hơn 0,05 số đếm/giờ/cm trong day nang lượng từ 3 + 8 MeV Các detector Alpha PIPS có độ sâu vùng nghéo tối thiểu lớn hơn 140 pm là đủ

dé hap thụ toàn bộ các hạt alpha lên tới 15 MeV, Bé day vùng nghéo phụ thuộc điện thé áp vào, khi

thé điện thé cao thì bề day tăng, có khả năng lam dừng hoàn toàn tat cả năng lượng của các hạt.

Bang 2.1 Một số detector Alpha PIPS cua hang Canberra san xuat

Loại Điện tích vùng hoạt

Điện thé phân cực yêu cau :+40 V

2.4 Bộ tiền khuếch đại

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

nỗi tiên khuếch đại với các bộ phận còn lại của hệ đo Đồng thời tiên khuếch đại cũng bé sung một

lượng tạp âm nhỏ nhất có the Vì tín hiệu đi vào tien khuếch dai là tương đối yeu nên được lap càng

gần detector càng gần càng tốt sao cho giảm thiểu độ đài cáp Trong hệ Alpha Analyst do hãngCanberra sản xuất, bộ tiền khuếch đại nhạy với điện tích Điện dung trong bộ tiền khuếch đại đượcthiết kế và tính toán thích hợp với tạp âm của hệ thông không đáng kẻ

Với việc sử dụng tiền khuếch đại detector ban dẫn 2004 là loại nhạy điện tích thích hợp choviệc khuếch đại ding trong detector phát hiện hat alpha, có những đặc trưng sau:

% Lỗi vào detector: tiếp nhận xung điện tích từ detector bán dẫn.

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

Zi, = 93 MQ.

$% Lối vào cao thé: cho phép thiên áp detector tới + 2000V DC, detector nối tiếp với trở

thiên áp 110 MQ.

% Lỗi ra năng lượng: xung đuôi bị loại bỏ thời gian tăng được cho trong bang 2.3, hằng số

thời gian giảm 50 Hs.

s* Đặc tính:

© D6 trội hệ số khuếchđại :<+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 VipC

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

Yêu cầu nguồn nuôi

" +24VDC-30mA :+ 12 VDC - 2mA

" -14VDC-lŠmA :- 12 VDC - 2mA

Bang 2.2 lai loại tiền khuếch đại hạt điện tích Si của Canberra

Kha năng tan | Thời

số (điện tích

hay năng

lượng)

2000 V | 2003 T/2003BT | <2kcV | 20mV/MeV SI | 2,3.10° MeV/s | <§

5000 V 2004 <2,8 keV | 20 mV/MeV SI | 4,5.10° MeV/s | <20

Bang 2.3 Dac tinh của bộ tiền khuếch đại 2004

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

vả hình thành xung dé có đạng thuận tiện cho việc xử lí tiếp theo Trong cả hai trường hợp, bộkhuếch 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 néu thông tin biên độ được yêu cau thi 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 đôi với yêu câu của bộ tiền khuếch đại là đặc

trưng hình thành xung va 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 thé điều chỉnh hệ số

khuếch đại trên một dai rộng Đó la "những bộ khuếch đại hình thành xung chuân Gauss”, vì dang

xung của nó gần với dang của một đường cong Gauss Do đỏ, bộ khuếch đại này có ti số tín hiệu trên tap 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 hãng 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 hộ khuếch đại trong hệ do Alpha Analyst đáp ứng tốt cho xử lí phô của detector bándẫn nói chung va detector PIPS nói riêng Với tạp âm nhỏ, độ rộng biên độ xung nhỏ, đảm bảo xung

ra tot và có thẻ điều chỉnh hệ số khuếch đại theo yêu cau Hệ số khuếch đại được nối với một phụchồi đường cơ ban Nhờ vậy nó góp phan lam tăng khả năng phân giải và ôn định vị trí đỉnh tại vị trítần số cao trong phé alpha

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

Bộ biên đôi tương tự thành số {Analog to Digital Coverter - ADC) đo biên độ cực đại của mộtxung 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 va phân loại

bằng biểu đồ Biểu đỗ này biểu điễn phô của biên độ xung vào Với xung vào từ bộ khuếch đại phố

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

Bộ ADC dùng trong hệ do Alpha Analyst có được số bit đủ yêu cầu cho phố có khả năng phan giải

cao.

2.7 Máy phân tích biên độ đa kênh MCA

Máy phân tích biên độ đa kênh (Multi Channel Analyzer - MCA) bao gồm ADC, một bộ nhớbiêu đỏ, bộ chỉ thị biêu đỗ được ghi trong bộ nhớ Mục đích của ADC lả đo biên độ xung tương tự

và biến đối nó thành số Lỗi ra số là biểu điễn tí lệ của biên độ tương tự lỗi vào ADC Biểu đỏ biểudiễn phố biên độ xung lỗi vào Các xung lỗi vào tới bộ khuếch đại phố năng lượng nên biểu 46tương ứng với phô năng lượng thu nhận bởi detector Trong hệ do, có sử dụng máy tính dé chi thị

phô 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 câu trúc đo MCA cho phép phân tích số liệu phức tạp và mạnh

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

Bang 2.4 Các loại MCA thông dụng

Hãng chế tạo | Loại Phần cứng Phần mềm Số kênh

Genie 2000 BSS

Genie 2000 GAS

Genie 2000

AAS

Canberra System 100 Add on Card

Sau đây là hệ do Alpha Analyst của hang Canberra, sử dung detectot PIPS dòng A1200-37Am,

tại Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân thuộc Khoa Vật Lý — Trường Dai Học Khoa Học Tự Nhiên thành phốH6 Chí Minh

Hình 2.2 Hệ phô kế Alpha Analyst Hình 2.3 Bơm hút chân không

Hình 2.4 May tính tinh toán và hiển thị pho

CHƯƠNG 3 : GIỚI THIEU VE PHAN MEM AASI [7|

AASI là một chương trình dùng mô phông phô năng lượng của hạt alpha Nó sử dụng mật mãMonte Carlo tiên tiến dé đưa ra các phỏ alpha, thuận tiện cho việc nghiên cứu các hiện tượng cũng

như các yếu tô khác nhau có anh hưởng đến chất lượng pho.

to nngg te The rate patchy Oey visevemfeosctgssrvirsc#egl.

Ku A2 Abbe Gray) Teese 034926406 oe Bay

Cwemte 2 Ante soechan fem a Oe L fter

Ce ee eee

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

3.1 Welcome

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

các mẫu phô alpha, khi click vào nút “Open”, thé Simulation plot sẽ bật lên có hình nên ứng vớitừng mẫu chọn Run simulation trong mục Run ở phía trên hoặc bam Ctrl+r dé xem phố mô phông

3.2 Alpha Detector

Dùng thay đôi 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 số (xem hinh 3.2).

Won SA ch C9 ng | Coe Abow rg hiees 2ó0xsÄzecv2 3022422244 ÔSsdslee Serbo set

Hình 3.2 Cửa sô của thẻ Alpha đetector

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

- Detector type: nhập loại detector

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

® Diameter: đường kính cửa số detector Các hạt alpha phát ra từ nguồn như lả các xung được

detector ghi nhận Chúng đi vào detector thông qua cửa số của detector

® Resolution (FWHM); độ phan giải của detector (bề rộng một nửa), phụ thuộc vảo sự ảnh

hưởng của hệ điện tử của detector lên chất lượng phô đo

e Thickness (active volume): bề day vùng hoạt của detector, đây là vùng ghi nhận các hat alpha

tới.

® Dead layer thickness: bề day lớp chết của detector, là một lớp mỏng trên be mặt detector, nó

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

- Dead layer material; đanh 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 mat năng lượng của hạt alpha tới, và

nhân té chính là số khối của vật liệu

- Peak shape

e Total tailing: đuôi toàn phan, chạy từ 0 tới 1 Thông số nay cho phép qui định phan đuôi

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

xác.

® Fast component: được gọi la thành phần nhanh của ham đuôi dang hàm mũ kép, và cũng là

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

e Slow component: được gọi là thành phan chậm của hàm đuôi dang hàm mũ kép, và là yeu tố

thứ hai trong hai yếu tố qui định sự cân đối của ham đuôi Tuy nhiên thành phan nảy thay

đổi chậm hơn thành phan nhanh

® Area ratio (fast/slow): tỉ số giữa thanh phần nahnh vả thành phan chậm, dùng tỉnh chỉnh các

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

3.3 Source

Khảo sát nguồn phóng xa bao gôm việc xác định các chất thực sự phát hat alpha cũng như chấtphát được phân bố như thé nao trên bề mặt nguồn, từ đó cho phép mô phỏng các loại mẫu khácnhau, 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 nảy gồm hai cửa so.

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 nhatthap nhất trong trường hợp nguồn lỗi/lõm.

- Source type: lựa chọn loại nguồn chứa chat phát hat alpha

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

bó đông đều trong nguồn vả có kích thước đủ nhỏ dé xem là đồng nhất (xem #ink 3 3).

li XS» Vợ nde hệ

we Mmatsae |e te Rhee ere Cv@sv s2 A Reker ad A Redden he

Hình 3.3 Hiện thị các thông số (có the thay đôi) khi chọn nút Homogeneous

source

“ Source properties

® Diameter: xem nguôn có dạng hình trụ, và đây là đường kính của hình trụ.

® Central thickness: bề day tai tâm nguôn.

* Side thickness: bề day mép nguôn, kết hợp với bê dày tâm nguồn dé nhận biết nguồn có

lôi/lõm

® Thickness fluctuation: bề day bién động cực đại Nguồn có thé có nhiều bề day khác nhau

thay đôi từ 0 đến giá trị này

" Density: mật độ vật liệu nguồn

s* Source element composition

Bang này chứa các thành phan nguyên tổ của nguôn Nhap chuột vào phan tring của bang dé

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

hình 3.4).

(1 AAS k$»s+»*ss 9 Alạlhse »zeclt*vrìtkc 3@vxge/see

PC Xe Peay ernie bước

Wena | dpcen Owns SOW đảxssbeagerss Co m=mhvxssbmlsfissrsk 2msdddsses 5

“Presets” Nêu muốn bó đi tên đã đặt trong danh sách thì nhấp vào “Remove”

"Nút “Compound material”: lựa chọn vật liệu dé tao hop chat theo mong muốn Vùng

“Molecular formula”: sử đụng các kí hiệu hóa học dé thê hiện nguyên tố theo ý muốn, vàchỉ số dưới dong biểu thị số lượng nguyên tử của nguyên tô đó Chỉ số trên dòng ở phía

trước kí hiệu nguyên tô dé biểu thị một đồng vị Có thé chuyên chỉ số ở dưới dòng lên

phía trên dòng hoặc ngược lại bằng mũi tên lên xuống trên bàn phím Các nguyên tố trongcác hợp chất được liệt kê ở bên phải của vùng này Cũng có thé đưa ra hợp chất bằng việcdùng bang tuần hoàn hóa học được cung cap sẵn để chọn nguyên tô theo mong muốn

(xem hình 3.3) “T $AS) A@renend Aiphe speciroenattic Serva lesen

fe *e Bn Virdee neo

Welcome | ima Ceremor SICA Mhewting leper | (smcveceràiớeSrddwro 2kẻsres 7zvxlfca pat

Hình 3.5 Một hợp chất được tạo theo mong muốn

Hình 3.6 Các mục đề tạo hỗn hợp nguồn theo mong muốn

> Element list: sử dụng danh sách này để chọn một phan tử cho hỗn hợp có thê hiển thị

các phan tử đưới mục “Elements selected for simulation” bằng cách nhấp vào nút “mili tên” bên cạnh như một bảng các thành phần nguyên tố Khi một phan từ được chọn trong danh sách, thông tin vẻ nó sẽ được hiển thị bên dưới mục “Element properties”.

> Nút “mữi tên”: dùng thêm một nguyên tô hoặc một hỗn hợp vảo bảng hỗn hợp các

nguyên td.

z> Nút “dau chéo”: dùng loại bỏ một nguyên tô hoặc một hỗn hợp nao đó trong bảng hỗn

hợp các nguyên tố.

> Elements selected for simulation: các nguyên tô được chọn trong mô phỏng.

© Cột Mass percentage: sit dụng dé xác định tỷ lệ phan tram khối lượng tương đối

của nguyên tô trong hỗn băng cách kéo các cột

oCét A: sử dụng để chỉ định một nguyên tô hay đồng vị của nguyên tố

e Nút “Radioactive particles”: sừ dụng khi các nguyên tổ phát hat alpha tại một vị trí hoặctrong một vùng nào đó trong nguồn (xem hinh 3 7)

Phe * fxn Medee Hảo

Hình 3.7 Cửa sô của nút Radioactive particles

4 Particle occurrence: dé xác định cách thức va vị trí phát sinh hạt.

" Nut Single particle: một hạt được phát ra từ vị trí chỉ định có chứa nguyên tố phát hạtalpha Vị trí này có thé thay đổi trên hai trục x và y — tọa độ của hạt Gốc của hệ tọa độtrùng với tâm của cửa sô detector

* Nút Many particles: nhiều hạt được sinh ra một cách ngẫu nhiên từ nguyên tô phát

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

area” Lưu Ý là tùy chon nay vô hiệu hóa khi kích thước hạt không déu

“ Particle type: xác định dạng hình học cúa hat can mô phỏng

® Nút Spherical: đối với các hạt cần mô phỏng có dang câu

® Nút Ellipsoidal: đôi với các hạt cần mô phóng có dang elip Lưu ý là tùy chọn nay vôhiệu hóa khi kích thước hạt không đều, ma xem tat cả các hạt có cùng kích thước

® Nút Radioactive spherical surface layer: đôi với cic hạt cần mô phỏng có dang cầu đượcsinh ra từ lớp vật liệu phóng xạ trên bẻ mat

4 Size of the particles: kích thước hạt cần mô phóng Tùy chọn này vô hiệu hóa đối với

“* Particle properties:

® Diameter: đường kính hạt cần mô phỏng, chi dùng cho loại hat có dang cau.

* Density: mat độ vật liệu phát hạt.

“ Particle element composition:

Bảng nảy hién thị các thành phan nguyên tổ phát hat Nhap chuột vào phan trắng của bảng dé thay đổi vật liệu Các bước thực hiện tương tự như nguồn đồng nhất (xem hinh 3.8).

Hình 3.8 Các bang dùng thay đôi thành phan nguyên tổ phát hat

© Nút Radioactive particle in homogeneous source matrix: các nguyên tô phỏng xạ nằm trong

tap chat của nguồn đồng nhất (xem hinh 3.9).

te hee Đế SE Pat

“em [200 TS | Sires toy ners | ca mes=ei Kirasdion | ásems

da.“ aa - an

1Ô 5T Odea () Patieactve the ertece wow

©) Ad pertces Nevetee 2392 2/16 {_) Lao nay đeo 964 ca óc 33x

Hình 3.9 Của sô của nút Radioactive particle in homogeneous source matrix

% Particle type va Size of the particles; tương tự như nút Radioactive particles.

“ Particle depth distribution in the source matrix:

® Uniform: các hat phân bo đều

® Exponential: các hat phân bố theo qui luật hàm mũ

$% Particle properties; tương tự như phan Particle properties trong nút Radioactive

particles.

¢ Matrix properties: tính chat của tap chat trong nguồn, tương ty như phan Source type của

Homogeneous source (xem hình 3.17).

3.3.2 Radionuclides in the source:

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

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

Hình 3.10 Cita sô của nút The source emites alpha particles of energy

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

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

e Vùng Number of decays: thay đôi 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 dit liệu hat nhân được cung cấp sẵn (xem hinh

3.11).

¢ Nuclide list (NuclideLibrary.xml); sau khi chon một hat nhân nào đó thông tin của nó sẽ

được hiện thị ở phan Nuclide properties Biéu tượng “ma /ile"ở bên trái cho phép mé file thư

viện dit liệu hạt nhân NuclideLibrary.xmi Lưu ý là không được chon đữ liệu từ các thư viện khác nhau trong cùng một mô phỏng.

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

3.4 The absorbing layers

Sự suy giảm của bức xa alpha còn phụ thuộc vào chất hap thụ các hat alpha, vì thực tế không

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

khác nhau giữa nguồn bức xạ vả đầu do dé việc mô phỏng thêm chân thật

- Nút No absorbing layers: thy chon này cho phép bỏ qua hiệu ứng gây bởi các lớp vật liệu hap

thụ trong mô phóng (xem Ainh 3.72).

fe Ss~ Đam ete bet

ae ^47e190%3 xa oe Rone ben levee | Conceal 6 Deter A Som er

Hình 3.12 Cửa số của nút No absorbing layers

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

vật liệu hấp thụ (xem fink 3 } 3).

Hình 3.13 Cửa sé của nút Use absorbing layers

% Bàng Layers:

Lựa chọn vật liệu hấp thy dé 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 nay 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 bẻ dày 1

um, mật độ | g/cm? va là nguyên tô hydro.

" Nút Delete layer: bỏ đi lớp vật liệu đã được chọn trong bang Layers.

“* Layer properties

" Vùng Density: xác nhận mat độ của lớp vật liệu dang được chon.

" Vùng Thickness: xác nhận bè day của lớp vật liệu đang được chọn

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

chọn.

4% Bang Layer element composition; hiện thị lớp vật liệu đã được chọn trong Layers Nhap

vào vùng trang dé thay đôi thành phan lớp vật liệu Việc thay đôi tương tự như đã trình

bảy ở trên (xem hình 3.14).

Hình 3.14 Các mục để tao hợp chat hap thu theo mong muốn

3.5 Coincedences and backscattering

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

phô Hiện tượng trùng phùng lả do hạt alpha nao đó với một hạt alpha khác phat bởi các hạt nhâncon chau, được phat ra gan nhu đồng thời Còn hiệu ứng tán xạ ngược là do các hạt phát bị giật lùi

do va chạm đàn hôi với tam nên Thẻ nay gồm 2 cửa số

3.5.1 Coincidneces and backscattering

Lưu ý là dé kích hoạt hiện tượng trùng phing hay tính toán hiệu ứng tán xạ ngược, thư viện ditliệu phải chứa dữ liệu bỏ sung vẻ hạt nhân được cung cấp bởi AASI, gọi là CoincidenceLibrary.xml

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

tring phùng trong mô phỏng Khi chọn hộp nay thì phải chọn mô hình che chắn trong danh

sách Shielding model (xem hinh 3.15).

PK Xe Căn Wiehe Pete

“ ` CG Ache Iter Corte Xứ v32 vert Se ee ae QAR Chee aH

oxen cee error 1, 09%6 Inorg

(J Ure Sepctition coe lì E54 2402 Inver (8473276 96 (