Khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường bằng detector HPGe với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHẢO SÁT PHỔ GAMMA CỦA MỘT SỐ MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG DETECTOR HPGE VỚI HỆ MCA (FLASH-ADC/FPGA) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TIẾN SĨ VÕ HỒNG HẢI HỌC VIÊN THỰC HIỆN: VÕ MẠNH HUỲNH MSHV: 190908 MỞ ĐẦU Môi trường xung quanh chúng ta luôn tồn tại các hạt nhân phóng xạ, ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của con người. Môi trường xung quanh chúng ta luôn tồn tại các hạt nhân phóng xạ, ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của con người. Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường đã được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ XX. Đặc biệt là sau tai nạn Chernobyl, và gần đây là sự cố lò phản ứng hạt nhân Fukushima I, các nghiên cứu điều tra về ảnh hưởng rơi lắng phóng xạ toàn cầu càng được quan tâm. Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường đã được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ XX. Đặc biệt là sau tai nạn Chernobyl, và gần đây là sự cố lò phản ứng hạt nhân Fukushima I, các nghiên cứu điều tra về ảnh hưởng rơi lắng phóng xạ toàn cầu càng được quan tâm. Trong chương trình hợp tác giữa Đại học Osaka (Nhật Bản) với Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, phía bạn đã cung cấp hệ thiết bị MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits để phục vụ cho việc nghiên cứu phóng xạ. Trong chương trình hợp tác giữa Đại học Osaka (Nhật Bản) với Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, phía bạn đã cung cấp hệ thiết bị MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits để phục vụ cho việc nghiên cứu phóng xạ. Ở Việt Nam, cụ thể tại Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, ĐH Khoa học Tự Nhiên TP.HCM, hệ phổ kế gamma có tại Bộ môn đã giúp rất nhiều cho các nghiên cứu về phóng xạ. Ở Việt Nam, cụ thể tại Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, ĐH Khoa học Tự Nhiên TP.HCM, hệ phổ kế gamma có tại Bộ môn đã giúp rất nhiều cho các nghiên cứu về phóng xạ. NỘI DUNG II. Sử dụng detector phông thấp HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường. II. Sử dụng detector phông thấp HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường. I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits Sơ đồ bố trí thí nghiệm Buồng chì Mẫu phóng xạ MCA(Flash- ADC/FPGA) Đầu dò HPGe Tiền khuếch đại Nguồn cao thế Máy tính Khuếch đại 3. Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits 3. Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits 2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng diện tích xung 2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng diện tích xung 1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits 1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits Mẫu môi trường trong buồng chì Hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) Detector HPGe đặt trong buồng chì Bộ khuếch đại Cao thế Chương trình ghi nhận và điều khiển các thông số 1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) - Flash-ADC (analog-to-digital converter) 250MHz-8bits. - FPGA (Field Programmable Gate Array ) Hệ MCA (Multi Channel Analyzer) sử dụng công nghệ Flash-ADC/FPGA gồm có 2 board mạch: Kênh A COM MCA (Flash-ADC/FPGA) Flash-ADC FPGA Với j 1 = i –B, j 2 = i + B + i: vị trí đỉnh xung. + B: bề rộng tính từ vị trí đỉnh xung thứ i đến chân trái và chân phải của xung + dientichnen: phong nền của hệ điện tử (kênh_sum). + A[j]: độ cao xung tại vị trí thứ j (kênh) Để biểu năng lượng của gamma chúng tôi dựa vào diện tích của xung tín hiệu từ đầu dò. Công thức tính diện tích như sau: ∑ −= 2 1 ][)_( j j ndientichnejAsumkênhS Kênh (x4mV) Chân phải Chân trái Đỉnh xung B B Dientichnen Tính diện tích của một sự kiện Thời gian (x 640ns) Cách tính diện tích 2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng xung 2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng xung - Qua chương trình C ++ : xác định diện tích xung và diện tích nền ứng với từng sự kiện. - Dữ liệu thu được từ LabVIEW 8.5 dưới dạng “.txt” sẽ được xử lí bằng chương trình tự viết trên ngôn ngữ lập trình C ++ . Phương pháp xử lí số liệu - Chương trình PAW: vẽ phổ và xử lí phổ bức xạ. Chương trình xử lí xung viết bằng C ++ Nhận dữ liệu “.txt” từ LabVIEW 8.5 Diện tích xung Vẽ phổ và xử lí phổ bằng PAW Diện tích nền 100(%) ×= Mean FWHM R (%) 2.35 100R Mean σ = × × Ta áp dụng công thức : Hay Trong đó R: Độ phân giải phổ (%) FWHM: Bề rộng một nửa chiều cao đỉnh phổ (kênh) Mean: Vị trí đỉnh phổ của Gaussian fitting (kênh) σ: Độ lệch chuẩn từ việc Gaussian fitting - Sử dụng nguồn chuẩn 22 Na: 511keV và 1274,5keV, làm khớp histogram dạng Gauss. - Xác định các giá trị mean, sigma. - Xác định độ phân giải R(%). Làm khớp dạng Gauss hai đỉnh 511keV (a) và 1274,5keV (b) của 22 Na (a) (b) Số đếm Số đếm Kênh - Sum Kênh - Sum Bề rộng (bin) σ ± Δσ (Kênh) Mean ± ΔMean (Kênh) R ± ΔR (%) 0 0,61 ± 0,02 32,24 ± 0,01 4,55 ± 0,17 2 1,13 ± 0,04 94,16 ± 0,02 2,83 ± 0,10 4 1,71 ± 0,07 153,00 ± 0,07 2,63 ± 0,12 6 1,99 ± 0,70 207,90 ± 0,75 2,26 ± 0,82 8 2,28 ± 0,86 255,80 ± 0,67 2,09 ± 0,80 10 2,77 ± 0,11 298,30 ± 0,07 2,18 ± 0,10 12 3,01 ± 0,11 333,70 ± 0,08 2,12 ± 0,08 14 3,42 ± 0,13 360,60 ± 0,14 2,24 ± 0,10 16 3,77 ± 0,15 380,50 ± 0,14 2,33 ± 0,10 18 3,80 ± 0,14 396,00 ± 0,10 2,26 ± 0,09 20 4,24 ± 0,16 406,00 ± 0,16 2,46 ± 0,10 22 4,05 ± 0,16 413,20 ± 0,12 2,30 ± 0,10 24 3,78 ± 0,13 417,80 ± 0,10 2,12 ± 0,08 26 3,88 ± 0,13 420,70 ± 0,08 2,17 ± 0,07 28 3,61 ± 0,17 421,90 ± 0,04 2,02 ± 0,10 30 3,23 ± 0,12 422,00 ± 0,81 1,80 ± 0,10 32 3,64 ± 0,12 421,10 ± 0,13 2,03 ± 0,08 34 3,87 ± 0,12 420,20 ± 0,13 2,17 ± 0,08 36 3,73 ± 0,15 418,40 ± 0,08 2,09 ± 0,09 38 3,89 ± 0,14 417,40 ± 0,10 2,19 ± 0,08 40 4,00 ± 0,14 417,20 ± 0,15 2,25 ± 0,09 42 3,60 ± 0,20 414,00 ± 0,18 2,04 ± 0,12 44 4,24 ± 0,14 409,80 ± 0,16 2,43 ± 0,10 46 4,38 ± 0,15 403,50 ± 0,16 2,55 ± 0,10 48 4,42 ± 0,16 395,20 ± 0,16 2,63 ± 0,11 50 4,54 ± 0,15 385,00 ± 0,16 2,77 ± 0,10 52 4,59 ± 0,14 374,70 ± 0,16 2,88 ± 0,11 Sự phụ thuộc của R theo vùng kênh lấy diện tích xung đối với đỉnh 511keV Bề rộng (bin) σ ± Δσ (Kênh) Mean ± ΔMean (Kênh) R ± ΔR (%) 0 0,44 ± 0,11 75,58 ± 0,02 1,87 ± 0,35 2 0,94 ± 0,03 225,80 ± 0,09 0,98 ± 0,03 4 1,46 ± 0,60 368,00 ± 0,05 0,94 ± 0,38 6 1,79 ± 0,54 500,50 ± 0,08 0,84 ± 0,25 8 2,01 ± 0,10 618,50 ± 0,10 0,76 ± 0,03 10 2,17 ± 0,10 721,60 ± 0,13 0,71 ± 0,03 12 2,54 ± 0,11 806,50 ± 0,14 0,74 ± 0,03 14 2,76 ± 0,5 871,90 ± 0,50 0,74 ± 0,14 16 2,89 ± 0,27 920,90 ± 0,15 0,74 ± 0,07 18 3,92 ± 0,52 957,20 ± 0,44 0,96 ± 0,13 20 3,81 ± 1,12 981,20 ± 1,00 0,91 ± 0,27 22 3,15 ± 0,34 997,40 ± 0,19 0,74 ± 0,08 24 4,22 ± 0,17 1006 ± 0,19 0,99 ± 0,04 26 3,71 ± 0,15 1013 ± 0,14 0,86 ± 0,04 28 3,11 ± 0,12 1017 ± 0,11 0,72 ± 0,03 30 2,88 ± 0,11 1019± 0,09 0,66 ± 0,02 32 2,87 ± 0,11 1019 ± 0,10 0,66 ± 0,02 34 2,97 ± 0,15 1019± 0,06 0,69 ± 0,03 36 3,01 ± 0,14 1018± 0,11 0,70 ± 0,03 38 3,28 ± 0,13 1017 ± 0,14 0,76 ± 0,03 40 3,40 ± 0,13 1016 ± 0,25 0,79 ± 0,03 42 3,54 ± 0,15 1013 ± 0,14 0,82 ± 0,03 44 3,71 ± 0,16 1009 ± 0,17 0,87 ± 0,04 46 3,56 ± 0,15 1002 ± 0,08 0,84 ± 0,03 48 3,72 ± 0,14 993,70 ± 0,15 0,88 ± 0,03 50 3,62 ± 0,15 983,10 ± 0,14 0,87 ± 0,03 52 3,85 ± 0,14 972,90 ± 0,15 0,93 ± 0,04 Sự phụ thuộc của R theo vùng kênh lấy diện tích xung đối với đỉnh 1274,5keV Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của R(%) đối với bề rộng vùng lấy diện tích Đỉnh 511 keV Đỉnh 1274,5 keV Vị trí đỉnh (kênh) Đồ thị biểu diễn vị trí đỉnh ứng với sự thay đổi bề rộng vùng lấy diện tích Bề rộng lấy diện tích xung Đỉnh 511 keV Đỉnh 1274,5 keV Bề rộng lấy diện tích xung Độ phân giải năng lượng R (%) Kết hợp 2 đồ thị ta thấy độ phân giải năng lượng R có giá trị nhỏ và gần như không đổi khi bề rộng lấy diện tích xung là 30 (B=15). Sự chọn lựa này sẽ được cố định cho tất cả những lần đo sau cho hệ MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. [...]... II Sử dụng detector HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của mẫu môi trường 1 Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector HPGe 2 Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector NaI (Tl) 3x3 Xây dựng... số tương quan R2 = 0,999 1 Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector HPGe Số đếm Khảo sát phổ gamma của nguồn phóng xạ 226Ra Kênh -Sum Phổ năng lượng của 226Ra Cường độ Kênh -Sum Phổ năng lượng bức xạ của mẫu 226Ra Thư viện các mức năng lượng gamma của 226Ra theo LNHB Năng lượng (keV) 2447,86 keV, Bi – 214 2204,21 keV, Bi – 214... được phổ gamma tương ứng như hình bên Trên đó biểu diễn các mức năng lượng ứng với các đỉnh ghi nhận trên phổ được phát ra từ các đồng vị phóng xạ 228 Ac(6,15h; β); 228 Th(1,9y; α); 208 Tl (3,05m; β) Kênh - sum Phổ năng lượng của mẫu RGTh1 đo bằng NaI (Tl) 3x3 KẾT LUẬN Dùng detector HPGe và detector NaI (Tl) 3x3 kết hợp với MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits chúng tôi đã khảo sát phổ gamma của hai mẫu môi. .. Xác địnhchì 250MHz-8bits là 30bin tương ứng với diện tích toàn phần của xung 3 Xây dựng đường chuẩn năng lượng cho hệ detector phông thấp HPGe và hệ MCA Hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits với bộ nguồn chuẩn 22Na, 133Ba và 226Ra là: E (keV) = (1,276 ± 0,011).Ch – (10 (Flash-ADC/FPGA) quan R 2 = 0.999 ±8) với hệ số tương Khảo sát được độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits có độ lệch khoảng... chúng tôi đã khảo sát phổ gamma của hai mẫu môi trường 226Ra và RGTh1 Cụ thể như sau: - Đối với phổ gamma của 226Ra: dùng detector HPGe với trình MCA (FlashChương hệ ghi nhận Cao thế Bộ khuếch đại ADC/FPGA), xác định được các đồng vị 214Bi (20m; β-); 214Pb (22y; β) phátcác và điều khiển ra - Đối với mẫu môi trường RGTh1, sử dụng detector HPGe với hệ số thông MCA (FlashADC/FPGA), xác định được các đồng... 1274,5 keV Số đếm Ba 133 Năng lượng tìm được (keV) Số đếm Na 22 Vị trí (kênh) 511 keV Nguồn Kênh - Sum Phổ năng lượng bức xạ của 22Na Phương trình chuẩn năng lượng: Phổ năng lượng bức xạ của 133Ba E(keV)=(1,276 ± 0,011).ch-(10 ± 8) Kênh -Sum Kênh - sum Một số đỉnh của 226Ra được dùng để chuẩn năng lượng Đồ thị đường chuẩn năng lượng Với hệ số tương quan R2 = 0,999 1 Khảo sát phổ gamma của một số đồng... 243,17 986.77 2627.68 Sai số tương đối (%) 0,99 2,92 0,85 0,42 0,51 1,13 0,08 0,19 0,05 0,32 0,59 1,92 0,41 0,50 Đồng vị (T1/2; kiểu phân rã) [7] 228 Ac (6,15h; β) Th(1,9y; α) 212 Pb(10,64h; β ) 228 208 Tl (3,05m; β) 2 Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 Bố trí thí nghiệm Mẫu môi trường Detector NaI (Tl) 3×3...3 Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits Sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm tra tính ổn định của hệ MCA (FlashADC/FPGA) 250MHz-8bits Hệ MCA Máy phát xung Khuếch đại Máy tính (FADC/FPGA) - Máy phát xung: tạo xung 3Hz - Đo trong thời gian từ 16:00 đến 7:00 sáng hôm sau (15 giờ liên tục) rồi tiến hành phân tích và xử lí số liệu, thu được đồ thị sau 3 Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA). .. 1716,54 1752,26 1836,48 2114,65 2205,24 2453,62 Sai số tương đối (%) 1,23 0,48 0,90 1,54 0,00 0,13 0,44 0,39 1,15 1,07 0,47 0,85 0,71 0,71 0,08 0,05 0,22 Đồng vị (T1/2; kiểu phân rã) [7] Pb (22y; β) 214 214 Bi(20m; β) Số đếm Khảo sát phổ gamma của mẫu môi trường RGTh1 Kênh-sum Cường độ Phổ năng lượng bức xạ của mẫu RGTh1 Thư viện các mức năng lượng gamma của 232Th Kênh -Sum Năng lượng (keV) 238,6 keV,... 212Pb(10,64h; Mẫu môi β); 208Tl (3,05m; β) ường trong Khi chì buồng sử dụng detector NaI với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) cũng cho kết quả tương tự Để làm được điều đó chúng tôi đã: 1 Viết được một chương trình xử lí số liệu trên nền ngôn ngữ C ++ Chương trình này cho phép ta đặt Detector HPGexử lý từng sự kiện về độ cao xung, diện tích xung và nền xung trong buồng được vùng bề rộng lấy diện tích xung của hệ MCA . với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường. I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. I. Khảo sát hệ. phút 1. Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector HPGe 1. Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường. mẫu môi trường. II. Sử dụng detector HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của mẫu môi trường. 2. Khảo sát phổ gamma của một số đồng