Khảo sát hiệu ứng trùng phùng trong đo phổ kế gamma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ- VẬT LÝ KĨ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KHẢO SÁT HIỆU ỨNG TRÙNG PHÙNG TRONG ĐO PHỔ KẾ GAMMA H T TR N THIỆN TH NH CBPB: Th.S TRỊNH HO LĂNG VTH PHẠM THỊ TH U -TP.HCM 2012- i LỜI CẢM ƠN o luận Sau tháng ngày thực rùn p ùn ron n ệp “K ảo sát hiệu ứng o p ổ amma”, c gắng thân, em ã n ận ược khích lệ nhi u từ p ía n rường, thầy cô, a ìn bạn bè Trư c hế , x n c m ơn b mẹ ã ộng viên, nhắc nhở tạo mọ ể học tập hoàn thành t t luận ăn Em xin cảm ơn u kiện t nghiệp ầy cô rườn Đại học Khoa học Tự n ên ã ruy n ạt kiến thức quý báu cho chúng em su t trình học tập Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng chân thành sâu sắc ến thầy Th.S Trần Thiện T an N ườ úp ỡ em su t trình làm luận ăn Em x n c m ơn ã ận ìn ng dẫn t nghiệp ầy Th.S Trịn Hoa Lăn ãd n ời gian xem nhận xét khóa luận Em x n c m ơn cô T S Đo n T ị Hi n ã úp ỡ em xem xét khóa luận Em x n c m ơn rườn Đại học Sư phạm TP.HCM ã ạo u kiện cho chúng em mượn nguồn ể hoàn thành luận ăn n y X n c m ơn ất bạn bè ã hoàn thành t t luận ăn an ộng viên, giúp ỡ em trình học tập t nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Đề mục Trang Lời cảm ơn i Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Danh sách bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ PHỔ KẾ GAMMA 10 1.1 Đầu dò Germanium siêu tinh khiết 10 1.1.1 Giới thiệu 10 1.1.2 Đầu dò 11 1.1.3 Cơ chế hoạt động đầu dò để ghi nhận phổ gamma 12 1.1.4 Buồng chì 13 1.1.5 Nguồn chuẩn 14 1.1.6 Bình làm lạnh 14 1.2 Phổ biên độ xung 14 1.3 Đặc trưng lượng 16 1.3.1 Độ phân giải lượng 16 1.3.2 Chuẩn lượng độ rộng đỉnh 17 1.4 Hiệu suất 18 1.4.1 Định nghĩa hiệu suất 18 1.4.2 Các loại hiệu suất 18 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi đầu dò 20 1.4.4 Đường cong hiệu suất 21 1.5 Nhận xét 21 CHƢƠNG 2: HIỆU ỨNG TRÙNG PHÙNG VÀ PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 22 2.1 Trùng phùng 22 2.1.1 Hiệu ứng trùng phùng thực 22 2.1.2 Nguyên nhân hiệu ứng trùng phùng 22 2.2 Các loại trùng phùng 23 2.2.1 Trùng phùng ngẫu nhiên 23 2.2.2 Trùng phùng thực 24 2.3 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng 25 2.3.1 Phương pháp thực nghiệm 26 2.3.2 Phương pháp Monte Carlo sử dụng chương trình Gespecor 31 2.4 Tương tác xạ gamma với vật chất 27 2.4.1 Giới thiệu xạ gamma 27 2.4.2 Hiệu ứng quang điện 28 2.4.3 Tán xạ Compton 29 2.4.4 Hiệu ứng tạo cặp 30 2.5 Nhận xét 31 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ 32 3.1 Các thông số nguồn 32 3.2 Hệ phổ kế 33 3.3 Cách bố trí thí nghiệm chương trình tính toán 33 3.3.1 Cách bố trí thí nghiệm 33 3.3.2 Các chương trình tính toán 33 3.3.2.1 Chương trình Gennie-2k 33 3.3.2.2 Chương trình Origin 6.0 34 3.3.2.3 Chương trình Gespecor 35 3.3.2.4 Chương trình fit hàm 37 3.4 Kiểm chứng phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng phổ gamma Kafala 38 3.5 Xác định hiệu suất 43 3.6 Nhận xét 46 Kết luận 47 Kiến nghị 48 Tài liệu tham khảo 49 Phụ lục 51 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: Ch: Số kênh ứng với lượng E CT : Độ cao đỉnh Co : Phông S: Diện tích đỉnh trừ phông ε abs : Hiệu suất tuyệt đối ε int : Hiệu suất thực  : Góc khối detector nhìn từ nguồn ε t : Hiệu suất tổng ε p (E) : Hiệu suất đỉnh lượng E f: Hiệu suất phát tia gamma lượng E (%) t: Thời gian sống phép đo A: Hoạt độ riêng nguồn phóng xạ theo (Bq) K w : hệ số hiệu chỉnh phân rã phóng xạ khoảng t w t w : Thời gian từ lúc ban đầu đến đo T1/2 : Chu kì bán rã N i : Tốc độ đếm tia gamma λ : Hằng số phân rã t c : Thời gian đo t d : Thời gian phân rã R f : Tỉ lệ tốc độ đếm nguồn xa detector R n : Tỉ lệ tốc độ đếm nguồn gần detector N r : Tốc độ đếm nguồn chuẩn đơn trùng phùng N s : Tốc độ đếm nguồn đo Cf : Hệ số trùng phùng h : Hằng số Plank υ : Tần số sóng điện từ E i : Năng lượng liên kết electron lớp điện tử thứ i E k : Năng lượng liên kết electron lớp điện tử thứ k μ : Hệ số suy giảm tuyến tính ( cm-1 ) λ c : Bước sóng Compton K: Năng lượng electorn giật lùi θ : Góc tán xạ TA : Năng lượng hạt nhân giật lùi Các chữ viết tắt: P/T: Tỉ số hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng (Peak to total) HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium) FWHM: Một nửa bề rộng đỉnh lượng cực đại (Full Width an Half Maximum) MCA: Máy phân tích đa kênh (Multi channel analyzer) SE: Đỉnh thoát đơn (Single Escape) DE: Đỉnh thoát đôi (Double Escape) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các thông số nguồn 34 Bảng 3.2: Khoảng cách đo từ nguồn tới đầu dò (cm) 35 Bảng 3.3: Hệ số R n , R f vị trí tương ứng 41 Bảng 3.4: Hệ số trùng phùng theo khoảng cách 41 Bảng 3.5: Hệ số trùng phùng khoảng cách 3,077cm 15,175cm 42 Bảng 3.6: Hệ số trùng phùng theo chương trình Gespecor theo khoảng cách 43 Bảng 3.7: Hệ số trùng phùng theo chương trình Gespecor thực nghiệm vị trí 3,077cm 44 Bảng 3.8: Hiệu suất đỉnh theo khoảng cách 45 Bảng 3.9: Hiệu suất đỉnh vị trí có nắp 15,175cm vị trí mở nắp 10,175cm 45 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma 10 Hình 1.2: Cấu trúc đầu dò GC2018 11 Hình 1.3: Hệ đo gamma phòng thí nghiệm Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 12 Hình 1.4: Sơ đồ cắt dọc hệ đầu dò- buồng chì 13 Hình 1.5: Hình ảnh số nguồn đo thí nghiệm 13 Hình 1.6: Bình làm lạnh 14 Hình 1.7: Phân bố độ cao xung gamma theo lượng nguồn 60 Co 15 Hình 1.8: Độ phân giải lượng detector 16 Hình 1.9: So sánh độ phân giải detector 16 Hình 2.1: Trùng phùng thêm 24 Hình 2.2: Phổ lượng 60 Co 24 Hình 2.3: Hiệu ứng quang điện 31 Hình 2.4: Sơ đồ tán xạ Compton 31 Hình 2.5: Sơ đồ tạo cặp 32 Hình 3.1: Giao diện chương trình Gennie-2k 36 Hinh 3.2: Sơ đồ khối chương trình Origin 6.0 36 Hình 3.3: Giao diện chương trình Origin 6.0 37 Hình 3.4: Sơ đồ khối chương trình Gespecor 38 Hình 3.5.a: Giao diện chương trình Gespecor 38 Hình 3.5.b: Giao diện chương trình Gespecor (kết quả) 39 Hình 3.6: Giao diện chương trình fit 39 Hình 3.7: Giao diện kết chương trình fit EFFIGIE 40 Hình 3.8: Hiệu suất ghi hai khoảng cách có nắp 15,175cm nắp 20,335cm 46 MỞ ĐẦU Năm 2004, môn Vật lý Hạt nhân có lắp ráp hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò Germanium siêu tinh khiết (HPGe) cấu hình đồng trục hãng Canberra Trước đưa vào sử dụng hệ phổ kế việc phân tích mẫu môi trường hay mẫu kích hoạt neutron, cần hiệu chuẩn hệ phổ kế lượng hiệu suất, đồng thời khảo sát thông số đầu dò, khả che chắn phông buồng chì Những tính chất xạ sử dụng để đo nồng độ phóng xạ, chẳng hạn xác định hàm lượng hạt nhân phóng xạ phát gamma mẫu môi trường Việc sử dụng đầu dò bán dẫn giúp tạo nên kết xác cho việc ghi nhận xạ gamma đầu dò với lượng khác Các công trình nghiên cứu tập trung vào vấn đề hiệu suất, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hiệu ứng trùng phùng (đây hiệu ứng nhắc đến chủ yếu luận văn này), hiệu ứng tự hấp thụ, thay đổi hiệu suất theo lượng hay khoảng cách… Để khảo sát hiệu ứng trùng phùng này, sử dụng nhiều phương pháp khác như: phương pháp thực nghiệm thường sử dụng dùng số nguồn phát gamma đơn để tính toán hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng theo lượng Trong luận văn chủ yếu sử dụng phương pháp đo đạc thực nghiệm dùng số liệu thu để làm khớp đường cong hiệu suất Sau kết thu ta so sánh với phương pháp Monte Carlo sử dụng chương trình Gespecor để kiểm tra lại độ xác kết đo từ thực nghiệm Có hai loại trùng phùng mà ta cần phân biệt là: Trùng phùng ngẫu nhiên hay chập xung xảy xem chồng chất gamma từ hạt nhân phóng xạ khác (thường gặp mẫu đa nguyên tố), gamma đến đầu dò khoảng thời gian phân giải hệ khuếch đại xảy tương tác quang điện Có thể làm giảm bớt cách sử dụng nguồn có hoạt độ thấp hiệu suất ghi cao 38 Sau xuất file kết dạng notepad sau: Kết cho ta biết lượng, xác suất phát gamma, sai số hiệu suất, bậc đa thức logarit hiệu suất theo logarit lượng Hình 3.7: Giao diện kết chương trình fit 3.4 KIỂM CHỨNG PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG TRONG PHỔ GAMMA CỦA KAFALA [15] Phương pháp dựa tỉ số tốc độ đếm khoảng cách khác để tìm hệ số hiệu chỉnh trùng phùng Ta sử dụng nguồn 54 Mn , 65 Zn , 22 Na , 133 Ba , 109 57 Co , 60 Co , 137 Cs , Cd đo vị trí 3,077cm đến 20,175cm Sau lập tỉ số R n , R f khoảng cách gần xa detector tương ứng Hai hệ số R n , R f dùng để tính hệ số trùng phùng thu từ phương pháp thực nghiệm sau: 39 Bảng 3.3: Hệ số R n R f vị trí tương ứng Đồng vị Năng lượng Rn Rf (keV) Khoảng cách từ detector đến vị trí nguồn (cm) 3,077 9,255 15,175 20,335 0,2387(7) 0,2461(18) 122,06 0,1982(5) 0,2284(11) 136,47 1,6326(92) 1,8337(256) 1,9431(116) 1,9326(152) 1173,2 1,4454(53) 2,4786(89) 1,3781(47) 1,3562(60) 1,3678(79) 1332,5 1,6162(53) 2,7702(99) 1,5402(53) 1,5257(68) 1,5179(88) Cs 661,65 1,0000(28) 1,0000(24) 1,0000(18) 1,0000(28) 1,0000(56) Mn 834,83 0,7050(40) 0,7063(24) 0,7170(37) 1274,5 1,4857(67) 1,3937(63) 1,3685(56) 1,3271(51) 80,997 0,6359(13) 0,5898(13) 0,6609(16) 0,7390(20) 276,39 4,4308(199) 4,3212(195) 4,3348(249) 4,3907(245) 4,3901(220) 302,85 1,8699(57) 1,8387(55) 1,8373(65) 1,8660(69) 1,8542(111) 356,01 0,6450(15) 0,6333(14) 0,6378(14) 0,6379(17) 0,6420(30) 88,033 5,4936(270) 57 60 Co Co 137 54 6,155 22 Na 133 109 Ba Cd 0,7355(35) 7,0169(385) 8,9096(530) Chú ý: kí hiệu 0,1982(5) hiểu (0,1982 ± 0,0005) Sau ta tính hai hệ số R n R f , từ công thức Cf = hệ số trùng phùng bảng sau: Rn ta thu Rf 40 Bảng 3.4: Hệ số trùng phùng theo khoảng cách Đồng vị Năng lượng (keV) Khoảng cách từ detector đến vị trí nguồn (cm) 3,077 9,255 15,175 122,06 0,8054(64) 0,9281(84) 0,9701(78) 136,47 0,8447(82) 0,9488(152) 1,0054(99) 1173,20 1,0567(72) 1,8121(123) 1,0075(68) 0,9915(72) 1332,40 1,0647(73) 1,8250(124) 1,0147(68) 1,0051(74) Cs 661,65 1,0000(63) 1,0000(61) 1,0000(60) 1,0000(63) Mn 834,83 0,9832(75) 80,99 0,8645(45) 0,8018(43) 0,8986(51) 1,0047(56) 276,39 1,0093(68) 0,9843(67) 0,9874(75) 1,0001(75) 302,85 1,0084(68) 0,9916(66) 0,9909(70) 1,0064(71) 356,01 1,0046(52) 0,9865(80) 0,9934(51) 0,9937(53) 88,03 0,6166(48) 57 60 Co Co 137 54 6,155 133 109 Ba Cd 0,9851(61) Chú ý: kí hiệu 0,8054(64) hiểu (0,8054 ± 0,0064) 0,7876(64) 41 So sánh hệ số trùng phùng hai vị trí gần xa detector tương ứng với 3,077cm 15,175cm đóng nắp Bảng 3.5: Hệ số trùng phùng khoảng cách 3,077cm 15,175cm Đồng vị Năng lượng (keV) Khoảng cách từ detector đến nguồn (cm) 3,077 Độ sai biệt (%) 122,06 0,8054(64) 0,9701(78) 20,45 136,47 0,8447(82) 1,0054(99) 19,02 1173,2 1,0567(72) 0,9915(72) 6,17 1332,4 1,0647(73) 1,0051(74) 5,59 Cs 661,65 1,0000(63) 1,0000(63) 0,00 Mn 834,83 0,9832(75) 0,9851(61) 0,19 80,99 0,8645(45) 1,0047(56) 16,21 276,39 1,0093(68) 1,0001(75) 0,91 302,85 1,0084(68) 1,0064(71) 0,19 356,01 1,0046(52) 0,9937(53) 1,06 88,033 0,6166(48) 0,7876(64) 27,73 57 60 Co Co 137 54 15,175 133 109 Ba Cd Nhận xét: So sánh hệ số trùng phùng hai khoảng cách 3,077cm 15,175cm ta nhận thấy độ sai biệt lớn 27,73% vị trí khoảng cách gần detector hiệu ứng trùng phùng xảy nhiều, nguồn chuẩn không trùng phùng mát số đếm trùng phùng vị trí 661keV biệt coi 137 Cs sai 42 Bảng 3.6: Hệ số trùng phùng theo chương trình Gespecor theo khoảng cách Đồng vị Khoảng cách từ detector đến vị trí nguồn (cm) (keV) 3,077 6,155 9,255 15,175 122,06 1,0004 1,0001 1,0000 1,0000 136,47 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1173,20 1,0308 1,0131 1,0076 1,0046 1332,40 1,0314 1,0139 1,0078 1,0047 Cs 661,65 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 Mn 834,83 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 57 60 Co Co 137 54 Năng lượng 65 Zn 1115,50 1,0003 1,0001 22 Na 1274,50 1,0720 1,0307 80,99 1,0464 1,0197 1,0108 1,0054 276,39 1,0401 1,0158 1,0084 1,0036 302,85 1,0243 1,0097 1,0049 1,0021 356,01 1,0194 1,0074 1,0039 1,0017 88,03 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 133 109 Ba Cd 1,0090 Nhận xét: theo phương pháp Monte Carlo sử dụng chương trình Gespecor ta thấy bảng 3.6 hệ số trùng phùng nguồn đơn 109 137 Cs , 54 Mn , 65 Zn , Cd 1, nguồn đơn không bị ảnh hưởng hiệu ứng trùng phùng Còn nguồn 57 Co , 60 Co , 133 Ba hệ số trùng phùng khác 1, ảnh hưởng hiệu ứng trùng phùng, ảnh hưởng tương tác hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp… 43 Bảng 3.7: Hệ số trùng phùng theo chương trình Gespecor thực nghiệm vị trí 3,077cm Đồng vị Năng lượng (keV) Khoảng cách từ detector đến vị trí nguồn (3,077cm) Thực nghiệm Độ sai biệt (%) 122,06 0,8054(64) 1,0004 19,49 136,47 0,8447(82) 1,0001 15,5 1173,20 1,0567(72) 1,0308 2,51 1332,40 1,0647(73) 1,0314 3,23 Cs 661,65 1,0000(63) 1,0000 0,00 Mn 834,83 0,9832(75) 1,0000 1,68 80,99 0,8645(45) 1,0464 17,38 276,39 1,0093(68) 1,0401 2,96 302,85 1,0084(68) 1,0243 1,55 356,01 1,0046(52) 1,0194 1,45 88,03 0,6166(48) 1,0000 38,34 57 60 Co Co 137 54 Gespecor 133 109 Ba Cd Nhận xét: So sánh phương pháp thực nghiệm với chương trình Gespecor cho kết tốt, độ sai biệt lớn 38,34% trình thực nghiệm đo với thời gian ngắn, lượng thấp giá đo chưa xác nên dẫn đến khác biệt Ngoài trình đo đạc, tương tác tia gamma với vật chất xảy hiệu ứng quang điện, cạnh hấp thụ, tán xạ Compton…gây tượng số đếm đỉnh 3.5 XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT Để thấy rõ số đếm trùng phùng theo khoảng cách, thông số biết hiệu suất phát, thời gian phân rã, hoạt độ nguồn… Bằng phương pháp thực nghiệm ta thu kết hiệu suất đỉnh theo khoảng cách bảng sau: 44 Bảng 3.8: Hiệu suất đỉnh theo khoảng cách Đồng vị Năng lượng Khoảng cách từ detector đến vị trí nguồn (cm) (keV) 3,077 6,155 9,255 15,175 20,335 122,06 0,04599(90) 0,00981(20) 0,00419(8) 0,00252(5) 136,47 0,04458(110) 0,00975(30) 0,00411(10) 0,00264(6) 1173,20 0,00540(10) 0,00139(3) 0,00139(3) 0,00063(1) 0,00039(1) 1332,50 0,00482(10) 0,00124(3) 0,00124(2) 0,00056(1) 0,00035(1) Cs 661,65 0,00917(20) 0,00405(8) 0,00225(4) 0,00101(2) 0,00062(1) 54 Mn 834,83 0,01106(20) 0,00121(2) 0,00074(2) 22 Na 1274,50 0,00525(10) 0,00247(5) 0,00140(3) 0,00064(1) 80,99 0,03726(80) 0,01777(30) 0,00881(19) 0,00352(7) 0,00219(4) 276,39 0,02457(53) 0,01115(25) 0,00617(14) 0,00272(6) 0,00169(3) 302,85 0,02274(48) 0,01023(25) 0,00568(12) 0,00250(5) 0,00156(3) 356,01 0,01948(40) 0,00877(18) 0,00216(4) 0,00133(2) 88,03 0,03914(80) 0,00336(7) 0,00164(3) 57 60 Co Co 137 133 109 Ba Cd 0,00484(9) 45 Bảng 3.9: Hiệu suất đỉnh vị trí có nắp15,175cm vị trí mở nắp 20,175cm Đồng vị Khoảng cách detector đến nguồn (cm) 15,175 20,335 122,06 0,00419(8) 0,00252(5) 136,47 0,00411(10) 0,00264(6) 1173,20 0,00063(1) 0,00039(1) 1332,50 0,00056(1) 0,00035(1) Cs 661,65 0,00101(2) 0,00062(1) Mn 834,83 0,00121(2) 0,00074(2) 80,99 0,00352(7) 0,00219(4) 276,39 0,00272(6) 0,00169(3) 302,85 0,00250(5) 0,00156(3) 356,01 0,00216(4) 0,00133(2) 88,03 0,00336(7) 0,00164(3) 57 60 Co Co 137 54 Năng lượng (keV) 133 109 Ba Cd Hinh 3.8: Hiệu suất ghi hai khoảng cách có nắp 15,175cm nắp 20,335cm Nhận xét: Từ bảng số liệu (3.9) hình (3.6) hiệu suất ghi hai trường hợp có nắp nắp hai khoảng cách tương ứng 15,175cm 20,335cm độ sai lệch chúng nhỏ Điều cho thấy phù hợp kết thực nghiệm lý thuyết trùng khớp 46 Ngoài hiệu suất ghi detector bị ảnh hưởng thời gian chết hiệu ứng trùng phùng ngẫu nhiên, hai hiệu ứng làm số đếm đỉnh lượng toàn phần, độ lớn chúng tăng với tăng tốc độ đếm không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến detector hay sơ đồ phân rã Bằng chương trình fit hàm ta thu đường cong hiệu suất theo lượng khoảng cách khác sau: Khoảng cách 3,077cm log(ε p )=-5,34+2,21logE+0,34(logE)2 -0,24(logE)3 (3.1) Khoảng cách 6,155cm log(ε p )=-39,42+46,22logE-18,35(logE)2 +2,34(logE)3 (3.2) Khoảng cách 9,255cm log(ε p )=-1107,9+2718,5logE-2778,7(logE)2 +1511,1(logE)3 -460,7(logE)4 +74,6(logE)5 -5,01(logE)6 (3.3) Khoảng cách 15,175cm log(ε p )=-212,64+410,37logE-319,36(logE)2 +124,08(logE)3 -24,09(logE)4 +1,86(logE)5 (3.4) Khoảng cách 20,335cm log(εp )=5266,9-12898,3logE+13059,8(logE)2 -7002,7(logE)3 +2097,7(logE)4 -332,9(logE)5 +21,87(logE)6 (3.5) 3.6 Nhận xét Trong chương này, sau kiểm tra độ tin cậy chương trình với số liệu đầu vào nhà sản xuất cung cấp cho kết phù hợp Bằng cách sử dụng nguồn điểm đa 133 Ba , 57 Co , 60 Co , nguồn đơn 65 Zn , 109 Cd , 54 Mn với nguồn chuẩn đơn 137 Cs Ta xây dựng thành công đường cong hiệu suất theo lượng khoảng cách khác Kết dùng làm tảng cho nguồn khác Chẳng hạn ta chưa biết hoạt độ nguồn, ta dùng đường cong hiệu suất đỉnh theo lượng để suy hoạt độ thông qua công thức tính hiệu suất đỉnh lượng 47 KẾT LUẬN Với mục đích ban đầu đặt xác định hệ số trùng phùng cho hệ phổ kế gamma sử dụng Detector HPGe Trong chương ta giới thiệu bao quát chế ghi nhận phổ gamma loại Detector, cấu tạo hệ phổ kế gamma môn Vật lý Hạt nhân Trong chương ta định nghĩa hiệu ứng trùng phùng, phương pháp hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng, công thức tính toán hệ số trùng phùng Trong chương ta trình bày kết thu từ thực nghiệm phương pháp Monte – Carlo sử dụng chương trình GESPECOR, so sánh tìm sai lệch kết quả, kiểm chứng phương pháp hiệu ứng trùng phùng Kafala Thành công luận văn xác định hệ số trùng phùng thiết lập đường cong hiệu suất đỉnh lượng khoảng cách khác Tìm hiểu chương trình Genie-2k, chương trình Origin 6.0, sử dụng phương pháp Monte Carlo chương trình GESPECOR…những ứng dụng chúng thực tế, từ ta tìm khuyết điểm, vấn đề tồn đọng trình làm thí nghiệm, đưa phương hướng nghiên cứu cho vấn đề tiếp sau Ngày với phát triển khoa học máy tính, việc tính toán hệ số hiệu chỉnh trùng phùng làm thông qua chương trình giúp tìm kết xác Vì thời gian có hạn nên luận văn trình bày hiệu suất đỉnh phương pháp nên so sánh với phương pháp khác phương pháp bán thực nghiệm phương pháp mô 48 KIẾN NGHỊ Qua kết luận nêu trên, luận văn em xin đưa số kiến nghị cho phương hướng nghiên cứu sau:  Việc đo đạc xử lý số liệu thời gian ngắn, dẫn đến kết chưa xác cách tuyệt đối  Do ảnh hưởng bề dày lớp chết, vật liệu đầu dò, vật che chắn xung quanh ảnh hưởng đến hiệu suất ghi đầu dò Vì vậy, cần phải nghiên cứu chi tiết tìm giải pháp tốt  Do sai số việc đặt nguồn khoảng cách khác giá đo chưa xác  Trong trình đo đạc có khoảng cách đo nguồn chưa đầy đủ, nên việc đánh giá kết sai số tính toán chưa khớp, thời gian đo khác nên việc hiệu chỉnh gặp nhiều khó khăn Em hi vọng luận văn có làm đề tài khắc phục khuyết điểm sai sót Và mở rộng cho nguồn thể tích nguồn điểm với sơ đồ thực nghiệm 152 Eu 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Châu Văn Tạo (2004),“An toàn xạ ion hóa”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [2] Huỳnh Trúc Phương, Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo (2009),”Các phương pháp phân tích hạt nhân nguyên tử”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [3] Lương Tiến Phát (2008), “Khảo sát hiệu ứng trùng phùng tổng đo phổ Gamma”,Khóa luận tốt nghiệp vật lý, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [4] Nguyễn Mạnh (2011), “Tán xạ Compton”, Nhà xuất trường Cao Đẳng Sư Phạm Ninh Thuận [5] Võ Thị Ngọc Thơ (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma”, Khóa luận tốt nghiệp Thạc Sĩ, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [6] Mai Văn Nhơn (2001), “Vật lý hạt nhân đại cương”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM [7] Đặng Nguyên Phương(2006), “Khảo sát đường cong hiệu suất đầu dò HPGe chương trình MCNP”, Khóa luận tốt nghiệp Đại học [8] Trần Thiện Thanh (2007), “Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gmma sử dụng chương trình MCNP”, Luận văn Thạc sĩ Vật Lý, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [9] Trương Thị hồng Loan (2009), “Xử lý số liệu thống kê thực nghiệm”, Nhà xuất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM (lưu hành nội bộ) [10] Đặng Nguyên Tuấn (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng thực nguyên tố”, khóa luận tốt nghiệp Đại học, Nhà xuất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.Hồ Chí Minh Tiếng nh [11] Genie 2000 Tutorials Manual (2004), Canberra Industries, Inc 50 [12] K Derbetin and R.G Helmer (1988), “Gamma and X-Ray Spectrometry With Semiconductor Detector”, Amsterdam, North-Holland, The Netherland, Elsevier [13] Gelsema Sjoerd J (2001), “Advanced gamma-rayspectrometry dealing with coincidence and attenuation effects”, Delft University Press, The Netherlands [14] Glenn F.Knoll (1999),“Radiation Detector and Measurement”, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York [15] S I Kafala (1995), “Simple method for true coincidence summing correction”, Journal of Randioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol 191, No 1, 105-114 [16] Marie-Christine Lépy, Philippe Brun, Claude Collin and Johann Plagnard (2006), “Experimental validation of coincidence summing corrections computed by the ETNA software”, Applied Radiation and Isotopes,1340-1345 [17] Semkow Thomas.M., Methmood Ghazala, Parekh Pravin P and Mark Virgil (1990), “Coincidence summing in gamma-ray spectroscopy”, Nuclear Instruments and Methods in Physic Research A20, 437-444 [18] http://www.canberra.com/products/835.asp 51 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thông tin đầu dò HPGe GC 2018 52 Phụ lục 2: Số liệu nguồn chuẩn Đồng vị Năng lượng (KeV) Năng lượng Chu kì bán rã (ngày) phân rã năm =365,2422 ngày Xác suất Sai số Giá trị Sai số 122,06065 ±0,00012 0,8551 ±0,0006 271,80 ±0,05 136,47356 ±0,00029 0,1071 ±0,0015 271,80 ±0,05 1173,228 ±0,003 0,9985 ±0,0003 1925,28 ±0,27 1332,492 ±0,004 0,999826 ±0,000006 1925,28 ±0,27 Cs 661,657 ±0,003 0,8499 ±0,0020 (1,099 ±0,004)E4 Mn 834,838 ±0,005 0,999746 ±0,000011 312,29 ±0,26 57 60 Co Co 137 54 Sai số Xác suất phát 65 Zn 1115,539 ±0,002 50,22 ±0,11 244,01 ±0,09 22 Na 1274,537 ±0,003 0,9994 ±0,0014 950,57 ±0,23 53,1622 ±0,0006 2,14 ±0,03 (3,849 ±0,002)E3 80.9979 ±0,0011 32,9 ±0,3 (3,849 ±0,002)E3 276,3989 ±0,0012 7,16 ±0,05 (3,849 ±0,002)E3 302,8508 ±0,0005 18,34 ±0,13 (3,849 ±0,002)E3 356,0129 ±0,,0007 62,05 ±0,19 (3,849 ±0,002)E3 383,8485 ±0,0012 8,94 ±0,06 (3,849 ±0,002)E3 88,0336 ±0,0001 0,3578 ±0,0009 (1,5785 ±0,0023)E5 133 109 Ba Cd [...]... loại:  Trùng phùng thêm (summing in): là hiện tượng trùng phùng làm tăng số đếm ở đỉnh  Trùng phùng mất (summing out): là hiện tượng trùng phùng làm mất số đếm ở đỉnh 25 Như vậy, việc xác định năng lượng đỉnh toàn phần sẽ sai Do đó, sự hiệu chỉnh đỉnh năng lượng toàn phần cho hiệu ứng trùng phùng thực là cần thiết Hình 2.2 cho thấy hiệu ứng trùng phùng thực trong khi đo nguồn 60 Co Hai tia gamma phát... hiệu ứng quang điện lẫn hiệu ứng Compton có tiết diện tán xạ giảm đến 0 ở khoảng năng lượng rất cao, nên sự tạo cặp ở vùng này là cơ cấu chủ yếu của sự hấp thụ bức xạ gamma 31 2.5 Nhận xét Trong chương này, chúng ta vừa khái quát xong các khái niệm về trùng phùng, phân biệt được các loại trùng phùng và các phương pháp để hiệu chỉnh trùng phùng trong đo đạc và xử lý phổ gamma Trong các loại trùng phùng. .. xác thì ta phải hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng bằng cách sử dụng các nguồn điểm như 57 Co , 60 Co , 137 Cs , 65 Zn , 133 Ba , 109 Cd … Nội dung của luận văn này gồm ba chương:  Chương 1: Tổng quan về hệ phổ kế gamma  Chương 2: Hiệu ứng trùng phùng và các phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng  Chương 3: Các chương trình tính toán và kết quả thu được 10 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ PHỔ KẾ GAMMA 1.1 ĐẦU DÒ... hợp những tia gamma vào detector chỉ đóng góp làm trơn phổ phông mà không ảnh hưởng tới hiệu suất đỉnh toàn phần hình 2.2; hình 2.3 Hình 2.2: Phổ năng lượng của 60 Co 2.2 CÁC LOẠI TRÙNG PHÙNG 2.2.1 Trùng phùng ngẫu nhiên Ngoài hiệu ứng trùng phùng thực ra, trong quá trình xử lý phổ gamma người ta còn dễ gặp phải hiệu ứng khi hai tia gamma không liên quan đến nhau được đầu 24 dò ghi nhận trong cùng một... lượng tử gamma giảm đi e lần sau khi đi được quãng đường 1/μ , đại lượng 1/μ là quãng đường tự do trung bình của lượng tử gamma trong vật chất Trong thực tế để ghi nhận bức xạ gamma người ta phải dựa trên ba hiệu ứng của bức xạ gamma với vật chất sau: Hiệu ứng quang điện Tán xạ Compton Hiệu ứng tạo cặp 2.4.2 Hiệu ứng quang điện [1][5] Hiệu ứng quang điện là quá trình tương tác của các lượng tử gamma với... tác Compton-Compton Từ nguồn gốc của hiệu ứng này cho thấy trùng phùng ngẫu nhiên phụ thuộc mạnh vào tốc độ đếm hay hoạt độ nguồn Hiện tượng ngẫu nhiên này thường được hiệu chỉnh bằng cách dùng mạch lọc chồng chất (pile-up) Trong khóa luận này, tác giả không quan tâm nhiều đến hiệu ứng trùng phùng ngẫu nhiên mà chỉ đi sâu vào trùng phùng thực Bởi vì hiệu ứng trùng phùng thực hầu như không phụ thuộc vào... hệ đo Detector, các đặc trưng về năng lượng như độ phân giải năng lượng, tìm ra sự phụ thuộc giữa năng lượng với số kênh, độ rộng chiều cao một nửa của đỉnh (FWHM là một hàm phụ thuộc vào năng lượng) Và từ đó ta đã giải quyết được việc tìm ra hiệu suất ghi và đường cong hiệu suất theo năng lượng 22 CHƢƠNG 2 HIỆU ỨNG TRÙNG PHÙNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 2.1 TRÙNG PHÙNG 2.1.1 Hiệu ứng. .. HỆ PHỔ KẾ Hệ phổ kế gamma được dùng trong phần thực nghiệm này là hệ phổ kế tại phòng thí nghiệm chuyên đề Bộ Môn Vật lý Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM Sơ đồ như trong hình 1.1 3.3 CÁCH BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ CÁC CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 3.3.1 Cách bố trí thí nghiệm Đặt nguồn vào trong hệ đo với buồng chì được đậy nắp Ta thay đổi khoảng cách giữa nguồn và mặt detector để khảo sát các hiệu. .. khiết có ưu điểm lớn nhất là phân tích các phổ gamma phức tạp có nhiều đỉnh 1.3.2 Chuẩn năng lƣợng và độ rộng đỉnh Chuẩn năng lượng là tìm ra mối liên hệ giữa vị trí đỉnh (số kênh) trong phổ và năng lượng gamma tương ứng, công việc này thường được tiến hành trước khi đo phổ gamma Chuẩn năng lượng được tiến hành bằng cách đo phổ gamma của một số nguồn phát gamma đã biết chính xác năng lượng sau đó thiết... PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 2.1 TRÙNG PHÙNG 2.1.1 Hiệu ứng trùng phùng thực Hiệu ứng trùng phùng (coincidence effect): là khi hai hoặc nhiều hơn hai tia gamma được phát ra cùng đến detector trong khoảng thời gian phân giải của detector và được ghi nhận như là một xung duy nhất 2.1.2 Nguyên nhân của hiệu ứng trùng phùng [16] Ta biết rằng tia gamma là photon sinh ra do sự dịch chuyển của hạt nhân không ... 22 CHƢƠNG HIỆU ỨNG TRÙNG PHÙNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 2.1 TRÙNG PHÙNG 2.1.1 Hiệu ứng trùng phùng thực Hiệu ứng trùng phùng (coincidence effect): hai nhiều hai tia gamma phát... CHƢƠNG 2: HIỆU ỨNG TRÙNG PHÙNG VÀ PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TRÙNG PHÙNG 22 2.1 Trùng phùng 22 2.1.1 Hiệu ứng trùng phùng thực 22 2.1.2 Nguyên nhân hiệu ứng trùng phùng. .. hưởng đến hiệu suất hiệu ứng trùng phùng (đây hiệu ứng nhắc đến chủ yếu luận văn này), hiệu ứng tự hấp thụ, thay đổi hiệu suất theo lượng hay khoảng cách… Để khảo sát hiệu ứng trùng phùng này,