XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG PLATEAU CỦA ỐNG ĐẾM GEIGERMULLER

Lặp lại toàn bộ quá trình phân tích dữ liệu này đối với số đếm của nguồn Cs137... Kết thúc thí nghiệm Đồ thị bạn đã vẽ được chính là đồ thị của tần số, ngoài ra phía trên đồ thị tần số l

Trang 1

2 Câu hỏi chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm

2.1 Đồ thị của đường Plateau sẽ có hình dạng như thế nào?

Hướng dẫn: Đường Plateau chuẩn là đường cong có dạng hình chữ ‘S’

nằm ngang Tăng dần lên từ phía bên trái, ở giữa khá cân bằng và lên cao nhất ở phía bên phải

2.2 Điện thế có ảnh hưởng như thế nào đến sự vận hành của ống GM?

Hướng dẫn: Thế điện điều khiển hệ số nhân điện tử, chính hệ số nhân

điện tử sẽ ảnh hưởng đến độ lớn của tín hiệu, mà độ lớn của tín hiệu lại quyết định đến việc xung có được ghi nhận hay là không (Điện thế xác định độ lớn của điện trường)

Nếu như mẫu phóng xạ được đặt phía dưới của ống đếm và thế của ống

GM được tăng dần lên (tăng chậm theo từng giá trị nhỏ) bắt đầu từ không, ống

sẽ không đếm trong một khoảng Khi thế tăng đạt đến một giá trị nhất định, tại

đó ‘thác lũ’ điện tử có thể tạo thành tín hiệu Giá trị thế tại điểm này được gọi là

thế bắt đầu Từ điểm này, khi tiếp tục tăng thế thì tốc độ đếm tăng lên nhanh và dần dần trở nên ổn định Giá trị thế tại thời điểm mà tốc độ đếm bắt đầu cân

Trang 2

bằng thường được gọi là điểm uốn hay giá trị ngưỡng Sau điểm uốn này, khi thế tăng lên thì chỉ làm cho tốc độ đếm tăng nhẹ Vùng này chính là vùng Plateau mà chúng ta đang tìm kiếm.Với mục đích xác định thế vận hành tối ưu, trước tiên cần phải bắt đầu với việc xác định đường Plateau Điểm cuối của đường Plateau sẽ tìm thấy khi tiếp tục tăng thế lên thì lại xuất hiện sự tăng mạnh của tốc độ đếm Vùng cuối cùng này được gọi là vùng phóng điện Để bảo quản tốt hoạt động của ống đếm, thế vận hành nên được chọn ở phía dưới gần điểm

giữa của đường Plateau (trong khoảng điểm uốn và điểm giữa) Nếu ống GM

vận hành quá gần vùng phóng điện, sẽ có sự thay đổi trong hiệu suất của ống, ống có thể rơi vào chế độ phóng điện liên tục, làm việc tại chế độ này sẽ gây ra

sự phá hủy ống đếm

Hình 1: Đồ thị đường cong Plateau của ống đếm GM

Khi kết thúc thí nghiệm này, sinh viên cần tạo ra được một đồ thị tương

tự với đường biểu diễn trong hình 1

Trang 3

4 Trang thiết bị

- Thiết lập bộ đếm ST-350 với ống GM và bộ đỡ thí nghiệm (Bộ đếm, bộ cung cấp cao thế, bộ chuyển đổi, ống GM, bệ che chắn, bộ dây cáp, giá giữ nguồn) như sơ đồ trong hình 2

- Các nguồn phóng xạ như: Cs137, Sr90, hoặc Co60

Hình 2 Thiết lập ST-350 cùng với nguồn và bộ dụng cụ hấp thụ

5 Quy trình tiến hành thí nghiệm

5.1 Cắm bộ cung cấp nguồn điện vào ổ điện và cắm vào ổ cắm phía sau của hộp ST-350 Tiếp theo rút cẩn thận cáp màu đỏ ra khỏi ống GM Đặt ống

GM lên đầu trên của bộ đỡ che chắn cùng với cửa sổ phía dưới và bộ kết nối BNC Tiếp đến là nối cáp BNC vào ống GM và ST-350 Cuối cùng nối bộ cáp ST-350 và bộ nối vào phía sau máy tính

5.2 Vặn nút nguồn ở phía sau của ST-350 đến vị trí On và vặn núm DISPLAY FUNCTION ở mặt trước của bộ điều khiển từ xa Sau đó mở giao diện máy tính bằng cách nhấn nút Start trên máy tính

Trang 4

Sau đó tìm đến Programs -> tùy chọn SpecTech để tùy chọn cho ST-350 Sau đó sinh viên cần xem lại bảng điều khiển màu xanh xuất hiện trên màn hình máy tính

5.3 Chuyển đến bảng Setup và chọn tùy chọn HV Setting, trong cửa sổ High Voltage (HV), bắt đầu với 700V, trong cửa sổ bước thế nhập 20V Mục Step Voltage Enable phía dưới chọn On (mặc định là Off) Cuối cùng, kích Ok

5.4 Đi đến tùy chọn Preset và chọn Preset Time, nhập 30s và nhấn Ok Sau đó chọn Runs, trong cửa sổ này nhập số lần chạy là 26

5.5 Màn hình cửa sổ số đếm nên được mở với kích thước lớn và dữ liệu trong tất cả các lần chạy ở nửa bên trái của màn hình Ở nửa bên phải là cửa sổ thời gian đặt trước, thời gian chạy, thời gian còn lại, cao thế và bước điện thế

5.6 Chắc chắn rằng không còn dữ liệu trước đó bằng cách chọn nút Erase (nút cuối cùng phía bên phải), sau đó nhấn nút hình thoi màu xanh để thu nhận

dữ liệu

5.7 Khi chạy xong sinh viên vào File và chọn Save as để lưu dữ liệu File lối ra có dạng Text được quy định trước và sau đó được tải vào chương trình tính toán Xem phần Data Analysis để được hướng dẫn cách phân tích dữ liệu trong Microsoft Excel® Với tùy chọn Another sinh viên có thể ghi nhận dữ liệu

và đồ thị vào trong bảng dữ liệu riêng, và có thể bao hàm cả dữ liệu trong trang

6.2 Để tạo ra đồ thị của dữ liệu này, sinh viên có thể vẽ bằng Excel hoặc

là vẽ trên giấy đồ thị Thao tác vẽ trên Excel bằng cách: Đi đến Insert, chọn Chart, chọn XY (Scatter) và chọn Next

6.3 Đối với khoảng dữ liệu, sinh viên thiết lập dựa trên “=[tên file]!$B$13:$C$32”, đặt tên file vào mục [tên file] (không chèn lên các ngoặc

và phần trích dẫn) Ngoài ra, còn có thể thay đổi tùy chọn Series In từ hàng thành cột; Hoặc có thể đi đến Series Tab và đối với các giá trị của x nên đổi thành “=[tên file]!$B$13:$B$32” và các giá trị của y là “=[tên

Trang 5

file]!$B$13:$B$32” và lại tiếp tục kích Next Tiếp theo sinh viên sẽ nhận được một cửa sổ để chèn thêm tiêu đề và nhãn của đồ thị đối với trục x và y Gọi trục

y là số đếm, trục x là thế điện

6.4 Sinh viên có thể tùy chọn hoặc là giữ đồ thị tách biệt với bảng số hoặc là co ngắn đồ thị lại và chèn vào trong bảng số Nếu như chèn đồ thị vào trong bảng tính, hãy điều chỉnh kích thước của đồ thị để phù hợp với quá trình

in ấn hoặc là điều chỉnh trong phần tùy chọn xem trước khi in

7 Kết thúc thí nghiệm

Bây giờ sinh viên đã vẽ được đường cong Plateau của ống GM, nhắc lại rằng cần phải xác định thế vận hành của ống đếm GM, sinh viên nên chọn giá trị gần điểm giữa của đường Plateau hoặc là về phía trái chút ít so với điểm giữa

8 Câu hỏi sau khi hoàn thành thí nghiệm

8.1 Thế vận hành tốt nhất đối với ống GM này là:………… (V)

8.2 Giá trị thế vận hành này sẽ giống nhau đối với tất cả các ống GM trong phòng thí nghiệm này phải không?

8.3 Giá trị thế vận hành này của ống GM sẽ giống nhau trong 10 năm tới phải không?

8.4 Có một cách để kiểm tra xem thế vận hành mà sinh viên xác định được có nằm trên đường Plateau không, đó là tìm độ dốc của đường Plateau Nếu như độ dốc của đường plateau GM là dưới 10% trên 100V,thì đó là đường Plateau tốt Hãy xác định điểm bắt đầu và kết thúc của đường Plateau và xác nhận đó là đường plateau tốt Ta có phương trình độ dốc là:

Trang 6

Họ và tên:

Phiên thí nghiệm:

Ngày thực hành

Trang 9

2.1 Hãy cho biết công thức tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của hai hàm phân bố Poisson và Gaussian?

Hướng dẫn:

- Công thức tính giá trị trung bình của phân bố Poisson là:

0

n i i

x x

i

x x

x x n

Trang 10

2.2 Tại sao chúng ta cần phải học về sai số? Đối với một thiết bị rất tốt

và chính xác thì có cần quan tâm tới sai số của thiết bị đó khi tiến hành đo đạc hay không?

Hướng dẫn:

Bởi vì mọi phép đo đều chứa sai số, và cho dù thiết bị có chính xác đến đâu thì cũng không thể đạt được độ chính xác là 100%

3 Giới thiệu

Thống kê là một đặc tính quan trọng, nhất là trong nghiên cứu vật lý hạt

và vật lý hạt nhân Trong các lĩnh vực đó, chúng ta phải giải quyết đồng thời với

số lượng lớn các nguyên tử Chính vì thế chúng ta cần sự giúp đỡ của thống kê Thống kê giúp dự đoán được sự diễn biến của phần lớn các hạt và bao nhiêu hạt tuân theo mô hình thống kê đó Điều này liên hệ trực tiếp với hai đại lượng đó là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn Ở đây chúng ta sẽ xem xét một phép thử, giả định rằng phép thử này chỉ có hai khả năng xảy ra: Thử thành công và thử không thành công Cụ thể trong công việc mà chúng ta đang làm, thì xác suất để xảy ra sự phân rã hoặc không phân rã của một nguyên tử là một hằng số, mỗi một nguyên tử trong nguồn đều có một xác suất phân rã như nhau (xác suất phân rã thường là rất nhỏ)

Phân bố thống kê Poisson và Gaussian là hai hàm thống kê rất hữu ích đối với thí nghiệm này

Trang 11

Hình 1 Thiết lập hệ ST-350 cùng với nguồn và bộ dụng cụ hấp thụ

5.1 Cắm bộ cung cấp nguồn điện vào ổ điện và cắm vào ổ cắm phía sau của hộp ST-350 Tiếp theo rút rất cẩn thận cáp màu đỏ ra khỏi ống GM Đặt ống

GM lên đầu trên của bộ đỡ che chắn cùng với cửa sổ phía dưới và bộ kết nối BNC Tiếp đến là nối cáp BNC vào ống GM và ST-350 Cuối cùng nối bộ cáp ST-350 và bộ nối vào phía sau máy tính

5.2 Vặn nút nguồn ở phía sau của ST-350 đến vị trí On và vặn núm DISPLAY FUNCTION ở mặt trước của bộ điều khiển từ xa Sau đó mở giao diện máy tính bằng cách nhấn nút Start trên máy tính

Sau đó tìm đến Programs -> tùy chọn SpecTech để tùy chọn cho ST-350 Sau đó sinh viên cần xem lại bảng điều khiển màu xanh xuất hiện trên màn hình máy tính

5.3 Chuyển đến Preset và thiết lập Preset Time, đặt giá trị này bằng 5 Phía dưới nút Preset ta đặt tiếp giá trị số lần chạy là 150 trong Runs

Trang 12

5.4 Kích vào nút hình thoi màu xanh lam để thu nhận dữ liệu Lúc này bạn đang đo phóng xạ xung quanh chúng ta (đo phông) Sau khi đã hoàn thành hãy lưu lại dữ liệu

5.5 Tiến hành đo lại với nguồn Cs137 và thiết lập thời gian đến 1 giây và

số lần chạy là 750

6 Phân tích số liệu

6.1 Mở Microsoft Excel ® Từ File, chọn Open, tìm đến thư mục đã lưu file (mặc định là thư mục SpecTech trong ổ C) Sau đó chọn file phông để mở,đi đến Text Import Wizard bằng cách nhấn nút Next, Next, và Finish

6.2 Trước tiên, bạn nhập vào tất cả các tiêu đề đối với các số mà bạn sẽ tính Trong G10 nhập ‘Giá trị trung bình’, trong G13 bạn nhập ‘Giá trị nhỏ nhất’, trong G16 bạn nhập ‘Giá trị lớn nhất’, trong G19 bạn nhập ‘Độ lệch chuẩn’, trong G22 bạn nhập ‘Căn bậc hai của giá trị trung bình’ Trong H10 bạn nhập ‘Số lần thực hiện phép đo (n)’, trong I10 bạn nhập ‘Tần số’, trong J10 bạn nhập ‘Phân bố Poisson’, cuối cùng trong K10 bạn nhập ‘Phân bố Gaussian’

6.3 Trong G11 nhập ‘=AVERAGE(C12:C161)’, trong G14 nhập

‘=MIN(C12:C161)’, trong G17 nhập ‘=MAX(C12:C161)’, trong G20 nhập

‘=STDEV(C12:C161)’, trong G22 nhập ‘=SQRT(G11)’

6.4 Bắt đầu trong H11, liệt kê số đếm nhỏ nhất được ghi nhận, thường là không Tăng số đếm lên từng giá trị một cho tới khi bạn nhận được giá trị lớn nhất

6.5 Trong cột I nổi lên các ô trống mà tương ứng với các giá trị của n ở cột H Sau đó từ nút Insert bạn chọn Function, một cửa sổ sẽ xuất hiện, bạn sẽ chọn tùy chọn FREQUENCY để tìm thấy các hàm thống kê (các hàm này được liệt kê theo thứ tự bảng chữ cái) Khi bạn chọn xong Frequency thì một cửa sổ mới sẽ xuất hiện, trong cửa sổ dành cho Data_Array, nhập C12:C161 (các ô dữ liệu) Trong cửa sổ dành cho Bin_Array, nhập các ô giá trị n trong cột H (bạn có thể làm nổi bật dữ liệu bằng cách chọn hộp ở cuối cửa sổ) Sau đó bạn nhấn đồng thời Ctrl+Shift+Ok Nếu bạn thực hiện đúng thì tần số đối với tất cả các

Trang 13

giá trị của n sẽ được tính toán Nếu bạn làm chưa đúng thì chỉ có một giá trị của tần số đầu tiên được hiển thị

6.6 Trong J11 nhập ‘=$G$11^H11/FACT(H11)*EXP($G$11)*150’ đối với phân bố Poisson (bạn cần phải nhân thêm 150 bởi vì công thức chuẩn được chuẩn hóa tới 1)

6.9 Đối với Chart Source Data có hai cách để thay đổi phần mặc định trong Excel để trở thành điểm dữ liệu chính xác Tuy nhiên đối với thí nghiệm này thì chúng ta có một cách đơn giản hơn rất nhiều, chọn thanh Series ở phía trên đầu trang, kích vào Remove để loại bỏ tất cả các nhóm được liệt kê như là giá trị mặc định Bây giờ chọn Add trong cửa sổ tên, nhập Raw Frequency, dùng chuột nhấn vào bên phải của cửa sổ giá trị x, đánh dấu giá trị n trong cột

H Bấm Enter hoặc Return để quay lại cửa sổ Chart Wizard Sử dụng chuột nhấn vào bên phải của cửa sổ giá trị y, đánh dấu giá trị tần số trong cột I, bây giờ thêm vào hai nhóm: Một là phân bố Poisson, hai là phân bố Gaussian, sau khi hoàn thành nhấn Next

6.10 Điền vào trong Chart Title trục giá trị x, trục giá trị y với các tên tương ứng (số đếm trên trục x, tần số trên trục y) cùng với các đơn vị nếu có, sau khi hoàn thành thì nhấn Next Tùy chọn kiểu xem đồ thị và dữ liệu, sau đó kích nút Finish

6.11 Điều chỉnh kích thước đồ thị và in đồ thị ra để báo cáo với người hướng dẫn

6.12 Lặp lại toàn bộ quá trình phân tích dữ liệu này đối với số đếm của nguồn Cs137

Trang 14

Đồ thị bạn đã vẽ được chính là đồ thị của tần số, ngoài ra phía trên đồ thị tần số là các dự đoán của hàm phân bố Poisson và Gaussian (chú ý đối với dữ liệu của Cs137 thì phân bố Poisson được đọc là #NUM bởi vì số của chúng quá lớn đối với Excel®)

Ước lượng thống kê của dữ liệu như thế nào? Làm thế nào để giảm bớt độ lệch chuẩn? Cách nào tốt hơn? Trong các điều kiện như thế nào để áp dụng đúng các hàm phân bố Poisson và Gaussian?

8.1 Hàm phân bố nào phù hợp với số đếm của phông? Phân bố Gaussian

mô tả dữ liệu của Cs137 như thế nào?

Hướng dẫn:

- Phân bố Poisson ước lượng phông tốt hơn là phân bố Gaussian

- Phân bố Gaussian mô tả dữ liệu của Cs137 rất phù hợp

8.2 Tại sao không thể thu được dữ liệu tốt đối với Cs137 từ hàm phân bố Poisson?

Hướng dẫn: Do giá trị trung bình của dữ liệu đối với số đếm của Cs137

quá lớn

8.3 Giá trị của hai độ lệch chuẩn sẽ như thế nào khi tính toán cùng với hàm phân bố Poisson và phân bố Gaussian? Có phải một cái chính xác hơn? Có phải một cái dễ dàng tính toán hơn?

Hướng dẫn:

Giá trị độ lệch chuẩn của hai phân bố có xu hướng cân bằng với nhau Chúng lệch nhau ít hơn đối với số đếm của phông và lệch nhiều hơn đối với số đếm của Cs137 Phân bố nào càng ước lượng đúng với dữ liệu thì phân bố đó càng chính xác hơn Ở đây thì chỉ có sự sai khác đôi chút giữa hai phân bố Phân bố Poisson thì dễ dàng tính toán hơn, bởi vì độ lệch chuẩn của phân bố Poisson chính là căn bậc hai của giá trị trung bình

Trang 16

Bộ dữ liệu Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

Gaussian

Độ lệch chuẩn Poisson Phông

Cs137

Trang 17

2.1 Sinh viên hãy liệt kê tên các nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ nhân tạo gây ra bức xạ phông?

Hướng dẫn:

- Bức xạ từ vũ trụ

- Bức xạ trên trái đất (Uranium trong đất đá)

- Khí Radon (phát ra từ sự phân rã của Uranium trong đất đá)

- Các nguồn phóng xạ ngay bên trong cơ thể con người (K40)

2.2 Lượng bức xạ phông trung bình mà công dân Mĩ phải chịu mỗi năm

là bao nhiêu?

Hướng dẫn: 360 mrem/năm  1 mrem/ngày Giá trị này bằng 7.2% liều lượng bức xạ giới hạn được phép đối với công nhân và bằng 0.72% giá trị liều lượng tối thiểu có thể gây ra nguy hiểm về mặt sinh học

Trong phần giới thiệu này, sinh viên cần hiểu thế nào là bức xạ và nội dung phần này sẽ nói về các bức xạ hàng ngày xung quanh chúng ta Thông thường chúng ta không bao giờ nghĩ đến các nguồn bức xạ này Tuy nhiên, mọi sinh vật sống đều chứa đồng vị phóng xạ Cacbon (C14) Mỗi khi bạn xem ti vi hay nhìn vào bất kỳ vật nào đó, bạn cần phải ghi nhận được sóng ánh sáng (chính là bức xạ điện từ) từ vật, điện thoại di động cũng phát ra các sóng điện

từ Các loại bức xạ này luôn xung quanh chúng ta và chúng ta không thể nào tránh được Nhưng cũng thật may mắn bởi vì cường độ và liều lượng của chúng

Trang 18

rất nhỏ và do đó chúng không có ảnh hưởng về mặt sinh học ngay tức thì Ống

GM cũng giống con người, chúng bị bắn phá liên tục bởi các bức xạ Các bức

xạ này sẽ được biểu diễn bằng số đếm trong ống GM, nhưng ở đây chúng ta không thể phân biệt được đâu là số đếm của nguồn phóng xạ và đâu là số đếm của phông môi trường Chính vì lý do này mà dẫn đến số đếm của mẫu được ghi nhận không chính xác Đặc biệt khi mà số đếm của mẫu phóng xạ nhỏ Do đó, chúng ta cần xác định số đếm của phông và sau đó hiệu chỉnh để thu được số đếm chính xác của nguồn phóng xạ Quá trình xử lý ở đây rất đơn giản, sinh viên chỉ cần đo số đếm khi có nguồn phóng xạ và khi không có nguồn phóng xạ Sau đó sinh viên lấy tốc độ đếm khi đo với nguồn phóng xạ trừ đi tốc độ đếm khi không có nguồn phóng xạ, giá trị cuối này chính là tốc độ đếm thực được phát ra từ nguồn phóng xạ

Trang 19

- Các nguồn phóng xạ như: Cs137, Sr90, hoặc Co60

5.1 Cắm bộ cung cấp điện vào nguồn điện và vào phía sau của hộp

ST-350 Tiếp theo tháo rất cẩn thận dây cáp mầu đỏ ra khỏi ống GM Đặt ống GM vào bệ che chắn sao cho đầu cửa sổ hướng xuống phía dưới còn phần đầu nối BNC ở phía trên Tiếp đến, nối đầu BNC của GM vào hộp ST-350 Cuối cùng là cắm dây cáp của ST-350 vào bộ nối phía sau máy tính

5.2 Vặn nút nguồn ở phía sau của ST-350 đến vị trí On và vặn núm DISPLAY FUNCTION ở mặt trước để cài đặt Sau đó mở dao diện máy tính bằng cách nhấn nút Start trên cây máy tính Đi đến Programs -> tùy chọn SpecTech đối với ST-350 Sinh viên quan sát bảng điều khiển màu xanh xuất hiện trên màn hình

5.3 Dưới mục Setup, chọn tùy chọn thiết lập HV, đặt thế của ống GM đến thế vận hành tối ưu, thế này thường là khoảng 900V Đặt bước thế là không

và tắt bộ kích hoạt bước thế Dưới mục Preset, chọn Runs, đặt số lần chạy là 3 Mục Preset Time, đặt thời gian chạy là 5 phút

5.4 Kích vào nút hình thoi màu xanh lá cây để bắt đầu thu nhận dữ liệu Sau 3 lần chạy, sinh viên lưu lại dữ liệu của mình vào ổ cứng

5.5 Đặt nguồn phóng xạ vào trong giá đỡ và lần lượt lặp lại 3 lần chạy với mỗi nguồn phóng xạ Sinh viên ghi nhận dữ liệu của mình riêng vào một bảng dữ liệu để kết hợp với các dữ liệu sau khi cần thiết

Trang 20

6.3 Tại ô A19, sinh viên ghi tên là ‘Số đếm trung bình’ Trong ô A20 ghi tên là ‘Phông trung bình’ Trong ô A21 ghi tên là ‘Số đếm thực trung bình’

6.4 Trong ô B19 nhập công thức ‘=(SUM(C15:C17))/3’ để tính giá trị số đếm trung bình của cả nguồn và phông Trong ô B20 nhập công thức

‘=(SUM(C12:C14))/3’ để tính số đếm trung bình của phông Trong ô B21 nhập công thức ‘=B19-B20’ để tính số đếm của nguồn

8.1 Có những phương pháp nào để hạn chế bức xạ do phông gây ra?

Hướng dẫn: Có thể dùng biện pháp che chắn khi đo đạc, vật liệu dùng để

che chắn có thể dùng chì hoặc bê tông

8.2 Liều lượng của bức xạ phông mà sinh viên đang chịu có giá trị khoảng bao nhiêu (đổi ra các đơn vị là trên phút, trên ngày và trên năm)?

Hướng dẫn:Giá trị này sẽ phụ thuộc vào số liệu cụ thể của từng sinh viên,

nhưng có thể đưa ra giá trị khoảng 40cpm, 40x1440=57600 số đếm trên ngày,

hoặc 57600 x 365 = 21024000 số đếm trên năm

8.3 Có phải số đếm của phông luôn giống nhau trong mọi phép đo phông hay không? Nếu không thì có phải nguyên nhân là do hệ thống đo đạc hay không?

Hướng dẫn:Số đếm phông của mỗi lần đo có thể giống hoặc khác nhau,

nguyên nhân không phải do hệ thống đo lường mà là do quá trình phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên

Trang 21

Họ và tên:

Ngày thực hành

Trang 22

2.1 Khi bức xạ đi vào trong vùng cửa sổ của ống GM, các quá trình xảy

ra như thế nào?

Hướng dẫn:

Bức xạ sẽ gây ra sự ion hóa chất khí bên trong ống, số điện tử sẽ được nhân lên trên đường mà chúng tới anode, chúng gây ra quá trình thác lũ tại anode và tạo ra một xung thế

2.2 Ống GM có thể phân biệt được nhiều hơn một bức xạ khi mà chúng vào trong vùng nhạy cùng một lúc hay không?

Hướng dẫn:

Ống GM sẽ không thể phân biệt được khi mà nhiều hơn một bức xạ khi

mà chúng vào trong vùng nhạy cùng một thời điểm Trong trường hợp này thác

lũ điện tử sẽ chồng lấp lên nhau và tạo ra một tín hiệu ảo Điều này là do ống

GM hoạt động trên nguyên lý chỉ có thể là có hoặc không có tín hiệu khi mà bức xạ đi vào ống

Khi một đồng vị phân rã sẽ tạo ra bức xạ, bức xạ này sẽ đi vào trong ống

GM và tạo ra các cặp ion thông qua quá trình ion hóa chất khí Các điện tử sẽ đi

về anode nhanh hơn là các ion dương đi về cathode Trong quá trình các ion đi

về các điện cực, nếu có một bức xạ tiếp theo đi vào trong ống GM thì nó sẽ không được ghi nhận Sau khi hoàn thành quá trình ghi nhận một tín hiệu thì ống mới có khả năng ghi nhận các tín hiệu đến tiếp theo Ống đếm sẽ không ghi

Trang 23

nhận được nhiều hơn một bức xạ khi chúng đến đồng thời vì bộ đếm sẽ bị chiếm bởi bức xạ đến sớm nhất Hiện tượng này còn được gọi là trùng phùng Như là kết quả của hiện tượng trùng phùng, số đếm được ghi nhận luôn thấp hơn số bức xạ đến Trong trường hợp này, nếu giả định độ phân giải thời gian là 5µs, có thể hiệu chỉnh số đếm bằng cách cộng thêm 0.01% trên 100cpm

Độ phân giải thời gian nằm trong khoảng vài micro giây đối với ống loại nhỏ và có thể lên đến hàng nghìn micro giây đối với các loại ống đếm lớn Tính toán sự mất mát các hạt trong quá trình ghi nhận là rất quan trọng, đặc biệt với các nguồn có hoạt độ lớn thì sẽ gây ra sai số rất lớn của tốc độ đếm

Trong thí nghiệm này, sinh viên sẽ cần tính được kết quả chính xác của thời gian chết thông qua phương pháp hai nguồn phóng xạ Tốc độ đếm của hai nguồn phóng xạ này sẽ được đo đạc riêng biệt (r1 và r2), sau đó hai nguồn này sẽ được đo cùng nhau (r3) Hai nguồn này có dạng hình bán nguyệt và có kích thước giống nhau Lưu ý, sinh viên cần phải giữ nguyên hình học đo trong tất cả các phép đo, điều này đóng vai trò quan trọng để nhận được kết quả chính xác

đó ta đo đạc cả hai nguồn cùng lúc Ta có:

r1+r2=r3+b (3)

Trang 24

Ở đây b là tốc độ đếm của phông, nếu như các tốc độ đếm này đã hiệu chuẩn thời gian chết thì phương trình 3 trở thành:

Trang 25

- Bộ nguồn phóng xạ hình bán nguyệt gồm: 2 nguồn Tl204 như biểu diễn trong hình 2

Hình 2: Thiết lập ST-350 cùng với các nguồn và bộ dụng cụ hấp thụ

Trang 26

ST-350 Tiếp theo tháo rất cẩn thận dây cáp mầu đỏ ra khỏi ống GM Đặt ống GM vào bệ che chắn sao cho đầu cửa sổ hướng xuống phía dưới còn phần đầu nối BNC ở phía trên Tiếp đến, nối đầu BNC của GM vào hộp ST-350 Cuối cùng là cắm dây cáp của ST-350 vào bộ kết nối phía sau máy tính

6.2 Vặn núm nguồn ở phía sau của ST-350 đến vị trí On và vặn núm DISPLAY FUNCTION ở mặt trước để cài đặt Sau đó mở dao diện máy tính bằng cách nhấn nút Start trên cây máy tính Đi đến Programs -> tùy chọn SpecTech đối với ST-350 Sinh viên quan sát bảng điều khiển màu xanh xuất hiện trên màn hình

và tắt bộ kích hoạt bước thế Từ mục Preset, chọn Runs bằng không và Preset Time là 60

6.4 Đầu tiên sinh viên sẽ đo tốc độ đếm của phông (không có nguồn phóng xạ) bằng cách kích vào nút hình thoi màu xanh lá cây để thu nhận dữ liệu

6.5 Tiếp đến là đặt một nguồn và một đĩa bán nguyệt trống vào khay đựng mẫu, sau đó lại kích nút hình thoi màu xanh lá cây để thu nhận dữ liệu và ghi nhận tốc độ đếm r1

6.6 Sau đó thay vào vị trí của đĩa trắng nguồn thứ hai và tiếp tục thu nhận dữ liệu và ghi nhận giá trị tốc độ đếm r3

6.7 Tiếp đến sinh viên thay nguồn đầu tiên bằng một đĩa trắng, và tiếp tục thu nhận dữ liệu để tìm được r2

6.8 Tiếp tục thay một đĩa trắng nữa vào vị trí của nguồn thứ hai và lại ghi nhận dữ liệu Sinh viên lưu tất cả giữ liệu các lần chạy vào file riêng

Trang 27

8.1 Độ phân giải thời gian của ống GM sinh viên vừa tiến hành trong thí nghiệm bằng bao nhiêu? Giá trị độ phân giải thời gian của ống GM nằm trong khoảng 1µs đến 100µs phải không?

Hướng dẫn:

Giá trị thời gian chết sẽ phụ thuộc vào từng ống GM cụ thể Thời gian chết của ống GM có thể lên đến hàng nghìn micro giây

8.2 Giá trị phần trăm hiệu chỉnh là giống nhau đối với tất cả các giá trị

mà sinh viên đã thu được phải không? Tại sao?

Hướng dẫn:

Sự hiệu chỉnh sẽ khác nhau đối với các phép đo khác nhau Bởi vì đối với tốc độ đếm lớn thì khả năng các bức xạ đến ống đếm GM cùng thời điểm sẽ lớn hơn là đối với trường hợp có tốc độ đếm nhỏ

Trang 28

Họ và tên:

Ngày thực hành

- Độ phân giải thời gian T:

Ống GM số:………… ;Nguồn:……… ;Thời gian chạy:………;

Trang 29

2.1 Sinh viên có thể xác định hoạt độ của nguồn phóng xạ như thế nào? Hãy tìm hoạt độ của ba nguồn phóng xạ mà bạn sẽ sử dụng trong thí nghiệm

Hướng dẫn:

Sinh viên có thể xem trên nguồn hoặc hỏi người hướng dẫn

2.2 Theo bạn thì đường cong hiệu suất ghi thu được với các nguồn phóng

xạ này sẽ tốt hay tồi? Vì sao?

Hướng dẫn:

Đường cong hiệu suất ghi trong thí nghiệm này sẽ khá tồi Bởi vì ống đếm GM chỉ ghi nhận được một phần nhỏ trong tất cả các bức xạ được phát ra, ngoài ra do nguồn bức xạ mà chúng ta sử dụng là nguồn phát gamma, mà bức

xạ gamma thường đi xuyên qua ống GM mà ít tạo ra quá trình ion hóa

Trong bài thí nghiệm trước, sinh viên đã tìm hiểu về thời gian chết của ống GM, từ đó biết được rằng không phải tất cả các bức xạ khi đi vào trong ống đều được phát hiện Ngoài ra do tính chất phân bố đẳng hướng của các bức xạ được phát ra và một số bức xạ còn đi xuyên qua cả ống đếm nên lượng bức xạ được ghi nhận tương đối ít Trong thí nghiệm, sinh viên cần phải khảo sát hiệu suất của hệ ống đếm GM cùng với các đồng vị khác nhau, bằng cách so sánh tốc

độ đếm ghi nhận được với tốc độ phân rã thực từ nguồn

Để tìm thấy tốc độ phân rã thực, sinh viên cần đổi từ đơn vị micro Curie sang đơn vị phân rã trên phút (dpm) Hệ số chuyển đổi như sau:

Trang 30

1Ci = 2.22 ×1012 dpm Hay: 1µCi = 2.22 ×106 dpm

Hiệu suất ghi chính bằng tốc độ đếm ghi nhận được chia cho tốc độ phân

rã thực của nguồn phóng xạ

- Nguồn phóng xạ gồm có nguồn phát alpha, beta và gamma như là Po210,

Sr90, Co60, được biểu diễn trọng hình 2

Trang 31

Hình 2: Hộp chứa nguồn phát alpha, beta và gamma

Trang 32

5.4 Tiến hành ghi nhận dữ liệu khi không đặt nguồn phóng xạ để thu được tốc độ đếm của phông bằng cách kích vào nút hình thoi màu xanh lá cây

5.5 Tiếp theo đặt nguồn phóng xạ vào giá đỡ và kích vào nút hình thoi màu xanh để ghi nhận tốc độ đếm của nguồn

5.6 Tiến hành tương tự đối với mỗi nguồn phóng xạ còn lại

5.7 Trong mục Preset, sinh viên đặt lại giá trị Preset Time đến 300 và lặp lại các bước ghi nhận dữ liệu đối với các nguồn trên Lưu dữ liệu vào ổ cứng và thoát khỏi chương trình ST-350

6.3 Trong G10 nhập ‘Hoạt độ của nguồn’ (micro Curie) và trong G17 nhập giá trị hoạt độ của các nguồn tương ứng

G13-6.4 Trong H9 nhập ‘Hiệu chỉnh độ phân giải thời gian’, H10 nhập ‘Số đếm’, trong H13, C14 và C15 nhập công thức ‘=C13/(1-(C13*$F$6))’ Trong H16, H17 và H18 bạn nhập công thức ‘=(C16/5)/(1-((C16/5)*$F$6))’, điều này giúp đổi sang đơn vị số đếm trên phút và hiệu chỉnh đối với độ phân giải thời gian

6.5 Trong I9 nhập ‘Hiệu chỉnh phông’, trong I10 nhập ‘Số đếm’, trong I13, I14, I15 nhập công thức ‘=H13-$C$12’

6.6 Trong J10 nhập ‘%Hiệu suất ghi’, trong J13, J14, J15 nhập

‘=(I12*100)/(G12*$F$2)’

6.7 Lưu và in ra kết quả để báo cáo với người hướng dẫn

Trang 33

Kết quả bạn thu được có hợp lý không? Vì sao? Nếu bạn thực hiện đúng thì kết quả hiệu suất ghi sẽ nằm trong khoảng 0-10%

8.1 Mỗi đường cong hiệu suất ghi của từng đồng vị sẽ đặc trưng cho loại đồng vị đó đúng hay sai? Giải thích?

8.3 Bán kính cửa sổ của ống GM là 3.5cm, đặt nguồn cách bề mặt ống 3cm Hãy so sánh diện tích của hình cầu với bán kính 3cm và diện tích bề mặt của ống đếm Tỷ số đó liên quan đến thí nghiệm này như thế nào? Nhận xét về kết quả mà bạn đã tính được

Hiệu suất của ống đếm sẽ đạt giá trị cực đại tại khoảng cách trên

8.4 Nếu thời gian mỗi lần chạy là một phút thì hiệu suất ghi có khác nhau như thế nào? Tại sao?

Trang 34

Hướng dẫn: Hiệu suất ghi sẽ khác nhau khi thời gian của phép đo khác

nhau Bởi vì nếu thời gian ghi nhận dữ liệu càng lâu thì kết quả thu được càng chứa ít sai số

Họ và tên:

Ngày thực hành

Các thành viên:

BẢNG DỮ LIỆU DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT GHI CỦA ỐNG ĐẾM GM

Ống GM số:…… ; Thời gian chạy:………; Thời gian chết:…………;

Ống GM số:…… ; Thời gian chạy:…………; Thời gian chết:…………;

Trang 35

2 Các câu hỏi chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm

2.1 Cường độ của bức xạ tăng lên hay giảm đi khi vị trí đặt càng xa ống đếm GM?

Do các bức xạ phát ra đẳng hướng, nên chỉ có một phần nhỏ của bức xạ

đi vào trong ống đếm và được ghi nhận Số bức xạ đi vào trong ống đếm sẽ là hàm của khoảng cách từ nguồn đến bề mặt ống đếm Xem trong hình 1, nửa hình cầu biểu diễn bán kính phát xạ từ nguồn phóng xạ điểm Một phần nhỏ của hình cầu đó sẽ đi vào trong ống đếm GM-chính là phần hình tam giác có cạnh là

d và chiều cao là h Nếu như nguồn dịch chuyển ra xa ống đếm, số bức xạ vào trong ống đếm sẽ bị giảm xuống

Trang 36

Hình 1: Sự phụ thuộc của tốc độ đếm vào khoảng cách từ nguồn đến cửa

sổ ống đếm GM

Đối với nguồn phát beta, khi mà dịch chuyển ra xa cửa sổ ống GM thì sự giảm xuống của tốc độ đếm nhanh hơn cả quy luật suy giảm theo bình phương khoảng cách Bởi vì hạt beta bị không khí hấp thụ mạnh Để tránh sự hấp thụ này thì sinh viên cần tính toán được khoảng cách tốt nhất để đặt nguồn sao cho

sự hấp thụ đóng vai trò không đáng kể Trên giá đỡ mẫu có rất nhiều nấc thang chia sẵn, sinh viên sẽ đặt các mẫu tại các vị trí khác nhau để tiến hành khảo sát

Thiết lập bộ đếm ST-350 với ống GM và bộ đỡ thí nghiệm (Bộ đếm, bộ cung cấp cao thế, bộ chuyển đổi, ống GM, bệ che chắn, bộ dây cáp, giá giữ nguồn) như sơ đồ trong hình 2

Nguồn phóng xạ gồm các nguồn phát beta như:Tl204 hoặc Sr90

Trang 37

Trang 38

5.4 Đầu tiên, sinh viên tiến hành đo khi mà không có nguồn để thu được

6.4 Trong H9 nhập ‘Hiệu chỉnh phông’, trong H10 nhập ‘Số đếm’ trong H13 nhập công thức ‘=G13-$C$12’ và sao chép công thức này vào các ô tương ứng với số đếm trong cột G

6.5 Trong I9 nhập ‘Che chắn’, trong I10 nhập ‘Hệ số’, trong I13 nhập công thức ‘=I13/$I$14’và sao chép công thức này vào các ô tương ứng với số đếm trong cột H Ở đây ta coi hệ số che chắn tại vị trí giá đỡ thứ hai bằng 1-đây chính là điểm chuẩn

Bạn xem lại dữ liệu của mình đã thu được xem dữ liệu đó có giảm dần theo khoảng cách hay không? Nếu như không hãy giải thích vì sao?

Trang 39

8.1 Hệ số che chắn có phụ thuộc vào cường độ nguồn phóng xạ hay không? Vì sao?

Hướng dẫn:

Hệ số che chắn phụ thuộc vào cường độ nguồn phóng xạ, có các bộ hệ số che chắn khác nhau đối với các đồng vị khác nhau Bởi vì đối với các bức xạ khác nhau và năng lượng khác nhau thì quá trình tương tác cũng khác nhau cả trong ống GM và trong khoảng không khí giữa nguồn và ống

8.2 Nếu trong thí nghiệm này bạn dùng với nguồn phát alpha hoặc gamma thì có các điểm khác nhau như thế nào?

Hướng dẫn:

Hệ số đối với gamma gần như bằng 1 do đó cường độ của bức xạ gamma hầu như không suy giảm bởi không khí Còn đối với alpha thì ngược lại, các hạt alpha bị suy giảm đáng kể và nhanh chóng giảm xuống không trong không khí

8.3 Tại sao tại vị trí thứ hai của giá đỡ lại là điểm chuẩn?

Hướng dẫn:

Bởi vì tại vị trí đó, ống đếm vẫn nhận được tốc độ đếm cao-do sự hấp thụ của không khí là nhỏ; Ngoài ra thì tại điểm này, thời gian chết của ống khi ghi nhận là không đáng kể, do đó bạn cũng không cần phải hiệu chỉnh thời gian chết

Trang 40

Họ và tên:

Ngày thực hành

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	2,06 MB

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG PLATEAU CỦA ỐNG ĐẾM GEIGERMULLER

Quy trình tiến hành thí nghiệm

Câu hỏi trước khi tiến hành thí nghiệm