báo cáo xây dựng hệ phổ kế thời gian khảo sát sự ảnh hưởng của muon đến phông nền của detector hpge

BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MUON ĐẾN PHÔNG NỀN CỦA DETECTOR HPGe SVTH : Trương Quang Vương CBHD : ThS. Nguyễn Quốc Hùng CBPB : TS. Trần Duy Tập TP HỒ CHÍ MINH – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN  1 NỘI DUNG TỔNG QUAN XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN THỰC NGHIỆM KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. 3. 2. 4. 2 TỔNG QUAN 1. 3 Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma phông thấp  Detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có độ phân giải cao.  Ứng dụng để khảo sát các mẫu phóng xạ môi trường, mẫu sinh học, …  Các tác nhân ảnh hưởng phông nền: - Bức xạ gamma từ môi trường, thiết bị, vật liệu che chắn. - Radon trong không khí - Bức xạ vũ trụ (muon, neutron, electron, …) 4 MCA  Cao thế Khuếch đại Tiền Khuếch đại Máy tính Detector HPGe 6 Bức xạ vũ trụ sơ cấp Các hạt nhân (O hoặc N) Tương tác hadron Bức xạ hãm Tương tác yếu Hình 1.2. Các quá trình tương tác của bức xạ vũ trụ đi vào khí quyển của Trái Đất Giới thiệu về muon  Một số tính chất của muon: Spin 1/2 Khối lượng 105,659 MeV/c 2 Năng lượng 4 GeV Thông lượng 1 muon/cm 2 /phút Điện tích   ;   Thời gian sống 2,197034 ± 0,000021 μs  Các bức xạ vũ trụ sơ cấp (proton, heli, electron) tương tác khí quyển  các pion ( 0 ,  + ,   )  muon (     ). 5 Ảnh hưởng của muon đến phông nền HPGe  Muon tương tác với buồng chì và detector HGPe: - Muon âm tạo ra neutron kích hoạt tạo ra gamma. - Phân rã muon dương tạo ra positron. - Bức xạ hãm muon - Ion hóa trực tiếp của các muon => Đóng góp vào phổ phông nền của phổ gamma.  Phương pháp giảm phông do muon tạo ra: - Đặt detector HPGe trong một phòng thí nghiệm dưới lòng đất. - Sử dụng phương pháp giảm phông chủ động (đối trùng phùng). 6 XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN 2. 7 8 RS-232 Xung Start Xung Stop Code VHDL Xây dựng và khảo sát hệ phổ kế thời gian MÁY PHÁT XUNG Kiểm tra khả năng đáp ứng: - Độ chính xác khi đo thời gian. - Tốc độ ghi nhận và xử lý với tần số thay đổi. 5 V -5 V Khảo sát thay đổi khoảng thời gian giữa hai xung Bảng 2.1. Kết quả tương quan giữa khoảng thời gian thiết lập trong code VHDL và kết quả đo được từ hệ phổ kế thời gian Hình 2.1. Đồ thị khảo sát đo thời gian của phổ kế thời gian 11 9  Tần số được cố định 1,5 Hz  Đường tuyến tính: y = -0,85812 + 0,99996.x Hệ số làm khớp R=1.  Hệ phổ kế thời gian đáp ứng tốt về mặt đo thời gian giữa hai xung tín hiệu. Khảo sát thay đổi tần số Bảng 2.2. Khảo sát hiệu suất ghi nhận của hệ phổ kế thời gian khi thay đổi tần số tạo xung từ máy phát xung Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn phổ thời gian khi thay đổi tần số phát xung 12  Khoảng cách cố định 2,2 s  Tuyến tính dưới 100Hz y = 0,00334 + 1,00133.x Hệ số làm khớp R=1.  Tốc độ ghi nhận của hệ phổ kế thời gian thực hiện tốt với tần số xung dưới 100Hz. 10 [...]... góp của muon trong phổ phông nền 8,64% với cửa sổ thời gian 1000ns  Đề xuất cửa sổ thời gian để giảm phông chủ động cho hệ phổ kế gamma HPGe Kiến nghị - Tăng cấu hình detector Plastic loại lớn - Sử dụng bộ phân biệt để trigger xung tín hiệu trước khi đưa vào hệ phổ kế thời gian - Xây dựng hệ điện tử đối trùng phùng cho hệ giảm phông chủ động của hệ phổ kế gamma HPGe với cửa sổ thời gian đề xuất nêu... vào phổ phông HPGe theo cửa sổ thời gian tương quan giữa hai detector Plastic -HPGe 17 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18 Kết luận - Xây dựng thành công hệ phổ kế thời gian đáp ứng tốt khả năng khảo sát muon - Phổ thời gian tương quan giữa Plastic -HPGe làm khớp theo hàm e mũ có dạng: y = 997,45 e(−t/78,56) - Kết quả  = 78,56  2,46 ns phù hợp với tài liệu tham khảo [14] là 79,5ns - Kết quả đóng góp của muon. .. gian sống của muon trong buồng chì là  = 78,56  2,46 ns 18 16 Tỉ lệ đóng góp của muon vào phông nền của HPGe theo cửa sổ thời gian Tỉ lệ muon/ phông HPGe= Số đếm muon trong cửa sổ thời gian Tổng số đếm phông trên HPGe  Tỉ lệ đóng góp muon đến phông HPGe có giá trị khoảng 8,64% với cửa sổ thời gian 1000ns (1,0µs)  Đưa ra cửa sổ thời gian 1000 ns (1,0µs) cho hệ đối trùng phùng Hình 3.9 Tỉ lệ muon đóng... Muon tương tác trực tiếp Hình 3.6 Phổ phông nền của detector HPGe đặt bên trong buồng chì 15 Phổ thời gian tương quan giữa detector Plastic và detector HPGe Hình 3.7 Phổ thời gian tương quan giữa hai detector Plastic và HPGe Hình 3.8 Phổ thời gian tương quan giữa Plastic – HPGe và làm khớp theo hàm e mũ sau khi loại bỏ đỉnh tại kênh 134ns - Hàm làm khớp có dạng e mũ y= 997,45.exp(-t/78,56) - Thời gian. .. Cao thế của detector Plastic (V) -1 200 Cao thế của detector HPGe (V) 3 000 Cửa sổ thời gian (ns) 10 000 14 Phổ phông nền của detector HPGe + Đo trong 24 giờ (từ 18h ngày 8/6/2014 đến 18h ngày 9/6/2014) + Kết quả thu được từ 0-2000 keV có 115477 số đếm  Phổ phông gồm nền có: - Đỉnh hủy 511keV của e+ do phân rã muon dương - Đỉnh 1460 keV của K-40 - Phần còn lại: Neutron kích hoạt hạt nhân của 511 keV... khảo sát ảnh hưởng của muon đến phông nền của detector HPGe 12 Hình 3.2 Cấu trúc detector GC2018 Hình 3.3 Xung tín hiệu từ tiền khuếch đại của detector HPGe ghi nhận bằng Oscillocope kích thước 30x20x1 cm Hình 3.4 Mô hình detector nhấp nháy Plastic Hình 3.5 Xung tín hiệu từ ống nhân quang điện của detector Plastic ghi nhận bằng Oscillocope 13 THÔNG SỐ CÀI ĐẶT Tên thiết bị Thông số cài đặt Cao thế của. .. THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Quý Đạo (2011), Xây dựng hệ đo bức xạ vũ trụ - Khảo sát sự phân bố bức xạ vũ trụ tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ [2] Nguyễn Quốc Hùng (2011), Xây dựng chương trình nhúng VHDL tính các thông số đặc trưng cho hệ MCA (Flash-ADC/FPGA), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ [3] Đặng Lành (2013), nghiên cứu, xây dựng hệ. .. pháp Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [5] Đỗ Minh (2013), Mô phỏng hệ giảm phông chủ động của hệ phổ kế gamma phông thấp bằng chương trình Geant4, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [6] Trần Thiện Thanh (2013), hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp monte carlo, Luận... Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [7] Trần Quốc Việt (2011), Nghiên cứu xây dựng hệ đo hạt muon đo thời gian sống hạt muon, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM Tiếng Anh [8] Mark Pearce (2003), Measruring the Lifetime of Cosmic Ray Muons, Kungliga Tekniska Högskolan [9] T.E Coan, J Ye (2003), Muon Physics, v051110.0 Website [10] Cornell University Library, http://arxiv.org/abs/1009.0173... http://www.pma.caltech.edu/~ph77/labs/exp15.html [14] http://pages.physics.cornell.edu/p510/w/images/p510b/8/8e/PhysRevC.35 2212.pdf 21 20 CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE !!! Buồng chì Detector Plastic Detector HPGe . BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MUON ĐẾN PHÔNG NỀN CỦA DETECTOR HPGe SVTH : Trương Quang Vương CBHD. góp của muon vào phông nền của HPGe theo cửa sổ thời gian Hình 3.9. Tỉ lệ muon đóng góp vào phổ phông HPGe theo cửa sổ thời gian tương quan giữa hai detector Plastic -HPGe Tỉ lệ muon/ phông HPGe= Số. phùng). 6 XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN 2. 7 8 RS-232 Xung Start Xung Stop Code VHDL Xây dựng và khảo sát hệ phổ kế thời gian MÁY PHÁT XUNG Kiểm tra khả năng đáp ứng: - Độ chính xác khi đo thời gian. -