Xác định các thông số của đỉnh phổ gamma dạng gauss ghi được bằng phổ kế dùng detector nhấp nháy

THƯ VIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  ĐỖ QUYÊN ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỈNH PHỔ GAMMA DẠNG GAUSS GHI ĐƯỢC BẰNG PHỔ KẾ DÙNG DETECTOR NHẤP NHÁY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giảng viên hướng dẫn : THS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Chuyên ngành : Vật Lý Hạt Nhân Khóa : 32 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG NĂM 2010 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình đại học viết luận văn này, em nhận giảng dạy, giúp đỡ góp ý nhiệt tình quý thầy cô khoa Vật lý môn Vật Lý Hạt Nhân trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh Trước hết em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô môn Vật Lý Hạt Nhân bước dạy dỗ, đào tạo cung cấp cho em kiến thức chuyên ngành cần thiết giúp em hoàn thành khóa luận kiến thức giúp em vững tin bước vào đời Đặc biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy THS NGUYỄN ĐÌNH GẪM tận tình bảo tạo điều kiện tối ưu cho em suốt trình làm luận văn Thầy cung cấp cho em nhiều tài liệu vô quý giá hết lòng hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm kỹ thực nghiệm để em nắm bắt lý thuyết làm thực nghiệm tốt Tôi xin gửi lời cám ơn đến bạn lớp Lý Cử Nhân K32 nhiệt tình giúp đỡ trình làm luận văn Con xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ gia đình tạo điều kiện động viên suốt trìn h hoàn thành khóa luận Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 ĐỖ QUYÊN MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nay, Vật Lý Hạt Nhân ngày có vị trí quan trọng có liên thông với nhiều ngành khoa học khác như: sinh học, địa chất, hóa học,… Lĩnh vực hạt nhân bước khẳng định vai trò vị trí đời sống xã hội ngày Nó ứng dụng rộng rãi nhiều ngành như: công nghiệp, nông nghiệp, y học,… nhằm giúp ích cho đời sống người Trong tự nhiên biết có diện phóng xạ không thấy tác hại chúng Để phát phóng xạ sử dụng dụng cụ detector Trong luận văn sử dụng detector nhấp nháy NaI (Tl) trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh để đo nguồn chuẩn Cs – 137 Detector nhấp nháy NaI (Tl) nối với máy tính có chương trình xử lý phổ ADMCA Dựa vào chương trình xử lý phổ ADMCA ta thu số liệu phổ Cs – 137 phục vụ cho việc tính toán thông số đỉnh phổ dạng Gauss bao gồm: vị trí đỉnh x0 , độ lệch chuẩn  , biên độ đỉnh y0 , diện tích đỉnh S A Trong khuôn khổ luận văn này, xác định thông số đỉnh phổ gamma dạng Gauss ghi phổ kế dùng detector nhấp nháy NaI (Tl) Nội dung luận văn gồm ba chương: Chương : Phổ xạ gamma detector nhấp nháy Chương : Xử lý đỉnh phổ Chương : Thực nghiệm tính toán Nội dung chương trình bày cách tóm tắt kiến thức tương tác xạ gamma với vật chất; hàm đáp ứng detector có kích thước khác ghi nhận xạ; hiệu ứng khác (ngoài tương tác xạ gamma với vật chất) xảy xạ gamma tương tác với detector vật chất xung quanh detector Nội dung chương trình bày lý thuyết cách xác định thông số: vị trí đỉnh x0 , độ lệch chuẩn  , biên độ đỉnh y0 , diện tích đỉnh S A đỉnh phổ gamma dạng Gauss Nội dung chương xử lý số liệu tính toán thông số đỉnh phổ gamma dạng Gauss Và làm khớp số liệu hai phân bố: thực nghiệm lý thuyết Số liệu phổ nói chung, liệu hạt nhân, phổ xạ hạt nhân nói riêng thường có dạng phức tạp, chẳng hạn xạ hạt nhân tới detector (thiết bị ghi nhận xạ hạt nhân), tương tác với vật chất detector cho phổ lượng lối Đây trình phức tạp Do vậy, xạ tới detector có lượng cho lối phổ lượng phức tạp Do phổ ghi nhận có dạng phức tạp, việc xử lý khó khăn, nhiều thực giúp đỡ công nghệ thông tin Trong khuôn khổ luận văn, em xây dựng chương trình tính toán thông số đỉnh phổ gamma dạng Gauss chưa hoàn chỉnh nhằm phục vụ cho luận văn Hoàn thành luận văn chương trình này, em xin chân thành cảm ơn đến thầy ThS Nguyễn Đình Gẫm, người cố vấn cho em nhiều việc hoàn chỉnh luận văn chương trình tính toán thông số đỉnh phổ gamma dạng Gauss Đỗ Quyên CHƯƠNG - PHỔ BỨC XẠ GAMMA CỦA DETECTOR NHẤP NHÁY 1.1 Tương tác xạ gamma với vật chất Bức xạ gamma (viết tắt  ) lượng tử sóng điện từ (các photon) có bước sóng nhỏ khoảng cách a nguyên tử (   a , với a có giá trị khoảng 10 8 cm), xạ tính chất sóng hình dung dòng hạt nên gọi lượng tử Giới hạn lượng thấp lượng tử  10 keV Công thức liên hệ lượng E bước sóng  lượng tử  có dạng: E  h  2 c  1.1 Bức xạ gamma tương tác với vật chất thông qua ba trình :  Hiệu ứng quang điện  Tán xạ Compton  Sự tạo cặp Tia  thuộc loại xạ có tính thâm nhập cao vật chất Chúng tương tác với hạt nhân, electron nguyên tử nói chung lượng chúng bị suy giảm Sự yếu dần chùm tia  theo quy luật hàm mũ phụ thuộc vào: mật độ vật chất, số Z lượng photon gamma E Ngoài phản ứng hạt nhân, tia  lượng cao, yếu tia  chủ yếu trình hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton tạo cặp gây Hình 1.1 Đồ thị miêu tả vùng lượng khác tia  mà kiểu tương tác khác chiếm ưu [7] Như thấy hình 1.1, hiệu ứng quang điện chiếm ưu lượng tia  thấp (vài trăm keV) vật liệu có Z cao Sự tạo cặp chiếm ưu lượng tia  cao (5 → 10 MeV) vật liệu có Z thấp Tán xạ Compton chiếm ưu lượng tia  trung bình 1.1.1 Hiệu ứng quang điện Lượng tử  có lượng thấp (vài trăm keV) đập vào electron nguyên tử, truyền toàn lượng cho electron Electron bị bắn khỏi nguyên tử (được gọi quang electron) lượng tử  bị hấp thụ hoàn toàn nguyên tử bị ion hóa, hiệu ứng quang điện hình 1.2 Hình 1.2 Hiệu ứng quang điện Toàn lượng lượng tử  bị hấp thụ, quang electron nhận động Ee hiệu số lượng tia  tới lượng liên kết Eb electron lớp vỏ trước bị bứt Ee  h  Eb 1.2  Hiệu ứng quang điện xảy mạnh với lượng tử  có lượng vào khoảng lượng liên kết electron nguyên tử Do lượng liên kết nguyên tử lớn electron nằm sâu lớp nên hiệu ứng quang điện chủ yếu xảy lớp vỏ nguyên tử (khoảng 30%) nghĩa electron lớp K Xác suất hấp thụ quang điện giảm nhanh theo lượng tăng mạnh môi trường vật chất có bậc số nguyên tử Z lớn Có thể coi cách gần tiết diện hấp thụ quang điện biến thiên theo quy luật Z / E [3] Các electron tự (tức electron không liên kết với nguyên tử, Wi  ) hấp thụ hoàn toàn photon đồng thời thỏa mãn định luật bảo toàn lượng ( h  E ) xung lượng ( h / c  mve ) Như hiệu ứng quang điện xảy với electron liên kết với nguyên tử, giật lùi nguyên tử góp phần hấp thụ xung lượng photon tới Nếu điều kiện lượng thỏa mãn, với electron liên kết chặt khả xảy hiệu ứng quang điện lớn hay nói cách khác electron liên kết yếu, xác suất xảy hiệu ứng quang điện nhỏ Trong hiệu ứng quang điện, tiết diện hấp thụ  f  E  phụ thuộc vào lượng lượng tử  bậc số nguyên tử Z vật chất Tiết diện hấp thụ tỷ lệ với Z , nghĩa tăng nhanh nguyên tố nặng Nếu lượng xạ  tới lớn lượng liên kết electron tiết diện hấp thụ  f  E  tỷ lệ với 1/ E 3.5 , nghĩa giảm nhanh giảm lượng Khi lượng xạ gamma tới lớn nhiều so với lượng liên kết electron  f  E  giảm chậm theo quy luật E 1 [1] Ví dụ: Đối với Al  f  6.1018 cm E = keV  f  6.1025 cm E = 0.1 MeV Hiệu ứng quang điện cấu hấp thụ chủ yếu vùng lượng thấp, vai trò trở nên không đáng kể vùng lượng cao Trường hợp hấp thụ quang điện tương tác lý tưởng tia gamma Quang electron mang phần lớn lượng tia gamma tới sau tia X đặc trưng electron Auger mang phần động lại Nếu electron hấp thụ hoàn toàn, tổng động chúng với lượng tia gamma ban đầu phổ động electron xuất đỉnh phổ có dạng hàm delta hình 1.3 Hình 1.3 Phổ lượng electron hiệu ứng quang điện [1] 1.1.2 Tán xạ Compton Khi lượng lượng tử  tăng hiệu ứng quang điện giảm nhường chỗ cho tán xạ Compton Tán xạ Compton trở nên bật chế tương tác chủ yếu khoảng lượng lớn nhiều so với lượng liên kết electron nguyên tử Tán xạ Compton tán xạ tia  lên electron lớp phía nguyên tử, tạo photon tia gamma bị tán xạ làm bật electron Trong trình photon tới nhường phần lượng cho electron nguyên tử Electron bật khỏi nguyên tử photon bị tán xạ Photon tán xạ có lượng nhỏ lượng photon tới  h '  h  : h  h ' Eb  Ee 1.3 Trong Ee động electron bắn Eb lượng liên kết electron nguyên tử (Hình 1.4) Hình 1.4 Giản đồ biểu diễn tán xạ Compton Năng lượng h ' tia  tán xạ góc  cho (1.3): h h '  1 h 1  cos   m0 c 1.4  m0c lượng nghỉ electron Động Ee electron giật lùi cho bởi:   h   m c 1  cos     Ee  h  h '  h    h 1  cos      m0 c   1.5 Hai trường hợp đặc biệt là:   :  h   h   m c 1  cos     m c 1  1  0   h  0 Ee  h  h '  h  h  h  1     m c 1  cos      m c 1  1      0 E e  Electron tán xạ nhận lượng từ tia gamma    (va chạm trực diện) Trong trường hợp lượng electron nhận cực đại h '      h h  h 2h 1  cos     m0c m0 c 1.6  h 1  cos   m0c Ee      h  h '  h h 1 1  cos   m0c 2h  h   m c 1  1  m0 c   h Ee      h  2h   h 1  1  1  m c2  m0 c   1.7  Thông thường, gamma tán xạ tất góc detector Vì vậy, lượng electron nhận trải dài từ không tới giá trị cực đại cho công thức (1.6) Trong phổ lượng electron xuất vùng liên tục khoảng lượng trình bày hình 1.5 Hình 1.5 Phổ lượng electron tán xạ Compton [1] Khoảng cách lượng cực đại electron lượng gamma tới cho bởi: 2  h    h  h hv  2 m0c m0c m0c  EC  h  Ee      h  h 2h h 1 1 2 m0c m0c Do đó: EC  h 2h 1 m0 c 1.8 Nếu h  m0c thì: EC  m0c  0, 256 MeV 1.9  Trong trường hợp xét đến lượng liên kết nhỏ electron với nguyên tử, đỉnh nhọn lượng cực đại electron trở thành đỉnh tròn cạnh Compton có độ dốc định 1.1.3 Sự tạo cặp Khi lượng lượng tử  h  2m c  lớn lượng nghĩ cặp e   e  1, 02 MeV  trình tương tác lượng tử  lên vật chất tạo cặp hình 1.6 Kết tạo cặp tạo cặp electron – positron có lượng tổng cộng là: Ee  Ee  h  m0 c 1.10 Hình 1.6 Sự tạo cặp Quá trình tạo cặp electron – positron xảy chủ yếu gần trường Coulomb hạt nhân, hạt nhân hấp thụ phần lượng photon ban đầu Tiết diện hiệu dụng tỉ lệ với Z nghĩa hiệu ứng xảy chủ yếu nguyên tố nặng (Z lớn) Các positron tạo cuối lại biến bị hủy cặp với electron nguyên tử : e   e   2 [4] Quá trình tạo cặp đóng vai trò quan trọng photon lượng từ MeV trở lên Hiệu ứng tạo cặp dẫn đến hình thành lượng tử  lượng 0,511 MeV Tùy theo trường hợp hai lượng tử bị hấp thụ hai lượng tử bay khỏi detector mà ta thấy xuất đỉnh sau đây: - Cả hai lượng tử  hủy cặp bị hấp thụ hoàn toàn thể tích nhạy detector: ta đỉnh hấp thụ toàn phần E - Một hai lượng tử  hủy cặp thoát khỏi vùng nhạy detector: ta đỉnh thoát đơn : E  0, 511 MeV - Cả hai lượng tử  hủy cặp thoát khỏi detector: ta đỉnh thoát đôi ứng với lượng E  1, 022 MeV Electron positron di chuyển cỡ vài milimet trước hết lượng Trong phổ lượng electron hình 1.6 xuất đỉnh phổ dạng hàm delta cách lượng h tia  khoảng lượng 2m0c Vị trí trùng với vị trí thoát cặp Positron cuối quãng chạy hủy với electron môi trường tạo hai tia  ngược chiều lượng nhau, m0c Thời gian để làm chậm hủy positron rấy nhỏ, hai kiện tạo cặp hủy gần trùng [4] Hình 1.7 Phổ lượng electron tạo cặp [1] 1.2 Hàm đáp ứng detector Hàm đáp ứng detector cho biết hình dạng phổ gamma thu tiến hành ghi xạ gamma điều kiện đo cụ thể Nó phụ thuộc vào kích thước, chất liệu cấu tạo detector, lượng tia gamma tới, hình học đo, môi trường xung quanh detector, cấu tạo loại nguồn phóng xạ… 1.2.1 Detector kích thước nhỏ Trong phần này, đề cập đến đáp ứng detector có kích thước nhỏ quãng đường tự trung bình tia  thứ cấp tạo tương tác  ban đầu với vật chất detector Vì quãng đường tự trung bình tia  vào khoảng vài centimet, nên detector kích thước nhỏ 2cm xem nhỏ Trong phần này, ta giả sử tất hạt mang điện (electron quang điện, electron Compton, electron tạo cặp, positron) bị hấp thụ hoàn toàn thể tích detector Hình 1.8 Mô hình tương tác mô hình phổ lượng electron detector nhấp nháy có kích thước nhỏ [6] Hình 1.8 mô tả tượng xảy detector phổ lượng electron tương ứng với trường hợp lượng tia  nhỏ giới hạn tạo cặp lớn giới hạn tạo cặp Nếu lượng tia  nhỏ giới hạn tạo cặp, phổ xuất miền liên tục tương ứng với tán xạ Compton gọi miền liên tục Compton, đỉnh phổ hẹp tương ứng với hiệu ứng quang điện gọi đỉnh quang điện Đối với detector nhỏ, xảy tương tác lần tỷ số diện tích đỉnh quang điện miền liên tục Compton tỷ số tiết diện quang điện tán xạ Compton Khi lượng gamma lớn giới hạn tạo cặp, hiệu ứng tạo cặp ảnh hưởng đến phổ Vì kích thước detector nhỏ nên có electron tạo cặp positron bị hấp thụ, gamma hủy cặp thoát khỏi thể tích detector Theo phần trên, hấp thụ lượng electron positron tạo đỉnh phổ nằm lượng gamma khoảng 2m0 c2 , đỉnh phổ gọi đỉnh thoát cặp nằm chồng lên miền liên tục Compton [1] 1.2.2 Detector kích thước lớn Các detector có kích thước cỡ vài chục centimet (kích thước khối chất nhấp nháy) có khả hấp thụ hầu hết tia  thứ cấp tia  tán xạ Compton, xạ hủy Yêu cầu hấp thụ hoàn toàn thường không thỏa mãn hầu hết detector sử dụng thực tiễn có kích thước nhỏ kích thước này, hấp thụ hoàn toàn xạ thứ cấp tia  tương tác gần bề mặt khối nhấp nháy Tuy nhiên việc xem xét đáp ứng detector trường hợp hấp thụ hoàn toàn giúp dự đoán phổ xạ thu tăng đến kích thước detector Hình 1.9 Mô hình tương tác mô hình phổ lượng electron detector nhấp nháy có kích thước lớn [6] Trong trường hợp này, sau tương tác ban đầu, lượng lượng tử  thứ cấp tạo bị hấp thụ thông qua chuỗi trình Chẳng hạn tương tác ban đầu tán xạ Compton, tia  tán xạ lại tham gia tán xạ Compton vị trí detector tạo tia  tán xạ thứ hai có lượng thấp Quá trình tiếp diễn lượng tia  tán xạ đủ nhỏ bị hấp thụ thông qua hiệu ứng quang điện tạo electron quang điện Như sau chuỗi trình, lượng tia  ban đầu chuyển hoàn toàn cho electron Vì tia  di chuyển với vận tốc ánh sáng nên khối nhấp nháy kích cỡ 10cm, thời gian toàn trình nhỏ 1ns Thời gian nhỏ thời gian đáp ứng hầu hết detector gamma, xung điện cho detector tổng xung điện ứng với electron tạo tương tác Nếu detector đáp ứng tuyến tính theo lượng electron xung điện tạo tỷ lệ với lượng tia  ban đầu, hiệu ứng trung gian diễn sau tương tác ban đầu Như vậy, tia  lượng tạo xung điện cho dù hiệu ứng tương tác cụ thể chúng với detector khác Do đó, phổ gamma xuất đỉnh phổ gọi đỉnh lượng toàn phần, nằm lượng tia  biểu diễn hình 1.9 [1] 1.2.3 Detector kích thước trung bình Các detector thực tế không thuộc hai loại detector đề cập trên, chí với detector kích thước lớn với hình học đo tia  chiếu từ bề mặt xảy thoát tia  thứ cấp gần bề mặt detector Vì hàm đáp ứng trường hợp kết hợp tính chất hai loại detector đề cập trước số hiệu ứng thoát phần lượng tia  thứ cấp Trường hợp lượng trung bình (hiện tượng tạo cặp không đáng kể), phổ xuất miền Compton liên tục đỉnh quang điện hình 1.10 Tuy nhiên tỷ số diện tích đỉnh quang điện miền Compton liên tục lớn so với trường hợp detector kích thước nhỏ có thêm kiện tia  tán xạ Compton bị hấp thụ hoàn toàn đóng góp vào đỉnh quang điện Năng lượng gamma tới thấp, lượng trung bình gamma tán xạ nhỏ khả bị hấp thụ cao dẫn đến miền Compton giảm Tại lượng thấp (nhỏ 100keV), miền liên tục Compton biến Do tượng tán xạ nhiều lần, lượng hấp thụ môi trường detector lớn giá trị ước đoán công thức (1.6):  2h  m0 c Ee      h   2h  1 m0 c        Do phổ xuất miền liên tục nằm cạnh Compton đỉnh quang điện Hình 1.10 Mô hình tương tác mô hình phổ lượng electron detector kích thước trung bình [6] Nếu lượng tia  đủ lớn để hiệu ứng tạo cặp trở nên quan trọng, hàm đáp ứng phức tạp tương tác tia  hủy thể tích detector Các tia thoát khỏi môi trường detector tương tác nhiều lần với môi trường detector dẫn đến hấp thụ phần hay toàn lượng tia gamma sơ cấp Trên phổ quan sát thấy đỉnh thoát đơn đỉnh thoát cặp tương ứng với thoát hai tia  hủy Các kiện khác lượng tia  hủy bị hấp thụ phần hay toàn đóng góp vào vùng nằm đỉnh thoát cặp đỉnh quang điện Hình 1.10 minh họa tượng xảy detector dạng phổ thu Như vậy, hàm đáp ứng detector phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, thành phần detector hình học đo Chẳng hạn, hàm đáp ứng thay đổi di chuyển nguồn phóng xạ từ gần xa detector thay đổi phân bố không gian tương tác sơ cấp detector Tỷ số quang điện số hàm đáp ứng, cho biết tỷ số diện tích đỉnh quang điện diện tích toàn phổ Tỷ số cao giảm bớt phức tạp phổ tán xạ Compton tượng tạo cặp Trong trường hợp lượng gamma lớn, điện tích đỉnh thoát đơn thoát cặp trở nên trội phổ, chí lớn đỉnh quang điện [1] 1.3 Một số hiệu ứng khác Thông thường detector bao quanh buồng kín (ví dụ: buồng bảo vệ chống ẩm, ánh sáng, buồng chân không, buồng chì giảm phông), vật liệu cấu tạo nên buồng trở thành nguồn phát xạ thứ cấp ảnh hưởng đến phổ lượng 1.3.1 Sự thoát tia X đặc trưng Tia X đặc trưng xuất tương tác quang điện tia  sơ cấp thứ cấp với vật chất detector Phần lớn tia X bị hấp thụ gần vị trí xảy tương tác quang điện Tuy nhiên, tượng quang điện xảy gần bề mặt detector, tia X đặc trưng thoát khỏi detector Do vậy, lượng hấp thụ giảm lượng lượng tia X đặc trưng Sự tích lũy kiện thoát tia X hình thành đỉnh phổ, gọi đỉnh thoát tia X, nằm đỉnh quang điện khoảng lượng tia X đặc trưng vật liệu cấu tạo nên detector Hiệu ứng tăng lên tỷ số bề mặt thể tích tăng lên [1] 1.3.2 Sự tạo tia X chắn bảo vệ detector Tương tự với thoát tia X iod từ bề mặt detector NaI tượng quang điện, tượng quang điện xảy bề mặt lớp che chắn detector dẫn đến việc tạo tia X đặc trưng chì (Pb) Tia X đặc trưng phát từ tương tác quang điện tia  với chắn bảo vệ xung quanh detector tạo đỉnh phổ nằm lượng tia X Đối với vật liệu xung quanh detector có nguyên tử Z lớn, tia X mang lượng cao khả thoát khỏi bề mặt vật liệu để đến detector cao Vì cần tránh bố trí vật liệu xung quanh detector Mặt khác, vật liệu Z cao chì (Pb) hiệu che chắn phông, cấu hình buồng che chắn phù hợp bao gồm lớp vật liệu nhẹ đặt bên lớp che chắn làm từ vật liệu Z cao Lớp vật liệu nhẹ hấp thụ tia X phát từ lớp che chắn đồng thời tạo tia X lượng thấp dễ dàng bị hấp thụ, tạo đỉnh phổ miền lượng thấp không ảnh hưởng đến đỉnh phổ quan tâm [1] Để minh họa cho việc đặt vật liệu nhẹ Cd bên lớp che chắn chì (Pb), hình 1.10 kết minh họa Phổ thu lớp che chắn Pb inch x inch (6” x 6”) cho thấy chứng rõ ràng tồn tia X lớp K Pb lượng 0.072 MeV Đường cong thứ (cho đường cong liên tục dãy lượng liên tục) cho thấy diện lớp Cd dày 0.030 inch (0.030”) lót lớp che chắn Pb Lớp Cd mỏng hữu dụng việc giảm cường độ tia X Cuối cùng, đường thấp phổ tia X với lớp che chắn Pb lót Cd dày 0.030 inch (0.030”) [8] Hình 1.11 Hình phổ biểu diễn ảnh hưởng tia X hiệu ứng quang điện phát từ chắn bảo vệ Pb lót Cd dày 0,030 inch [8] 1.3.3 Bức xạ hủy Trong phép đo nguồn phát tia  mà lượng vượt ngưỡng trình tạo cặp phổ quan sát thấy xạ hủy Khi nguồn xạ chứa đồng vị  +, hủy positron thành phần vật chất nguồn tạo xạ  hủy 0,511 MeV Do vậy, phổ quan sát thấy đỉnh lượng 0,511 MeV tương ứng với xạ hủy Điều dẫn đến tương tác cặp chắn detector vật liệu xung quanh detector Theo sau trình tạo cặp, hủy cặp electron – positron tạo tia  lượng 0,511 MeV mà tương tác với detector Nếu lượng tử hủy cặp ghi nhận sau trình tạo cặp, lượng bị cộng thêm vào động cặp electron – positron.Vì nguồn phóng xạ thường bọc kín lớp bảo vệ đủ dày để làm chậm positron nên xạ hủy tạo vùng xung quanh nguồn phóng xạ chứa đồng vị phát + [1] 1.3.4 Bức xạ hãm Hầu hết nguồn phát  kèm với - Các electron phát bị hấp thụ nguồn, lớp bọc nguồn lớp ngăn detector tới detector tạo xạ hãm Các xạ hãm đến detector đóng góp vào phổ xạ  Phổ xạ hãm kéo dài từ không đến lượng electron, tập trung chủ yếu miền lượng thấp Như xạ hãm không tạo đỉnh mà tạo thành liên tục miền phổ xạ cần đo Để hạn chế xạ hãm phải sử dụng chất hấp thụ electron làm từ vật liệu nhẹ beryllium [1] 1.3.5 Phổ tán xạ ngược Trên phổ xạ thông thường quan sát thấy đỉnh phổ nằm quanh vùng 0.2 MeV – 0.25 MeV gọi đỉnh tán xạ ngược Nguyên nhân tượng tán xạ Compton tia  phát từ nguồn lên vật liệu xung quanh detector Để biết hình dạng phổ tán xạ ngược xem mối liên hệ lượng photon tán xạ góc tán xạ cho công thức (1.4): h h '  1 h 1  cos   m0 c Đồ thị mối liên hệ hình 1.12 photon lượng 0.25MeV, 0.51MeV, 1.0MeV 2.0 MeV Hình 1.12 biểu diễn phụ thuộc lượng photon tán xạ vào góc tán xạ Như vậy, góc tán xạ lớn 1200 tia  tán xạ có lượng sai khác không đáng kể tạo nên nguồn phát đơn với lượng gần giá trị cực tiểu cho công thức (1.5): h '  h h 1 m0 c Trường hợp h  m0 c , h '  m0c / Do vậy, tất đỉnh tán xạ ngược nằm 0,25 MeV nhỏ [...]... giữa đỉnh thoát cặp và đỉnh quang điện Hình 1.10 minh họa các hiện tượng xảy ra trong detector và dạng phổ thu được Như vậy, hàm đáp ứng của detector phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, thành phần của detector cũng như hình học đo Chẳng hạn, hàm đáp ứng sẽ thay đổi khi di chuyển nguồn phóng xạ từ gần ra xa detector do sự thay đổi phân bố không gian của các tương tác sơ cấp trong detector Tỷ số quang... các gamma hủy cặp thoát ra khỏi thể tích detector Theo như phần trên, sự hấp thụ năng lượng của electron và positron tạo ra đỉnh phổ nằm dưới năng lượng gamma một khoảng 2m0 c2 , đỉnh phổ này gọi là đỉnh thoát cặp nằm chồng lên miền liên tục Compton [1] 1.2.2 Detector kích thước lớn Các detector có kích thước cỡ vài chục centimet (kích thước của khối chất nhấp nháy) có khả năng hấp thụ hầu hết các. .. nhau [4] Hình 1.7 Phổ năng lượng electron của sự tạo cặp [1] 1.2 Hàm đáp ứng của detector Hàm đáp ứng của detector cho biết hình dạng phổ gamma thu được khi tiến hành ghi bức xạ gamma trong những điều kiện đo cụ thể Nó phụ thuộc vào kích thước, chất liệu cấu tạo detector, năng lượng tia gamma tới, hình học đo, môi trường xung quanh detector, cấu tạo và loại nguồn phóng xạ… 1.2.1 Detector kích thước... những chỉ số của hàm đáp ứng, nó cho biết tỷ số diện tích dưới đỉnh quang điện và diện tích toàn phổ Tỷ số này càng cao sẽ giảm bớt sự phức tạp của phổ do tán xạ Compton và hiện tượng tạo cặp Trong trường hợp năng lượng gamma rất lớn, điện tích dưới đỉnh thoát đơn và thoát cặp trở nên nổi trội trong phổ, thậm chí còn lớn hơn đỉnh quang điện [1] 1.3 Một số hiệu ứng khác Thông thường detector được bao... cả hai lượng tử này bay ra khỏi detector mà ta thấy xuất hiện các đỉnh sau đây: - Cả hai lượng tử  hủy cặp đều bị hấp thụ hoàn toàn trong thể tích nhạy của detector: ta được đỉnh hấp thụ toàn phần E - Một trong hai lượng tử  hủy cặp thoát khỏi vùng nhạy của detector: ta được đỉnh thoát đơn : E  0, 511 MeV - Cả hai lượng tử  hủy cặp thoát khỏi detector: ta được đỉnh thoát đôi ứng với năng lượng... miền phổ bức xạ cần đo Để hạn chế bức xạ hãm phải sử dụng chất hấp thụ electron làm từ vật liệu nhẹ như beryllium [1] 1.3.5 Phổ tán xạ ngược Trên phổ bức xạ thông thường quan sát thấy một đỉnh phổ nằm quanh vùng 0.2 MeV – 0.25 MeV gọi là đỉnh tán xạ ngược Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự tán xạ Compton của tia  phát ra từ nguồn lên vật liệu xung quanh detector Để biết được hình dạng của phổ. .. gamma xuất hiện một đỉnh phổ duy nhất gọi là đỉnh năng lượng toàn phần, nằm tại năng lượng của tia  như biểu diễn ở hình 1.9 [1] 1.2.3 Detector kích thước trung bình Các detector thực tế không thuộc hai loại detector đã đề cập ở trên, thậm chí với các detector kích thước rất lớn nhưng với hình học đo trong đó tia  được chiếu từ bề mặt vẫn xảy ra sự thoát các tia  thứ cấp ở gần bề mặt detector Vì vậy... nhỏ Trong phần này, đề cập đến sự đáp ứng của các detector có kích thước nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của các tia  thứ cấp tạo ra trong tương tác của  ban đầu với vật chất detector Vì quãng đường tự do trung bình của các tia  này vào khoảng vài centimet, nên các detector kích thước nhỏ hơn 2cm được xem là nhỏ Trong phần này, ta vẫn giả sử rằng tất cả các hạt mang điện (electron quang điện,... detector sử dụng trong thực tiễn có kích thước nhỏ hơn kích thước này, ngoài ra không thể hấp thụ hoàn toàn các bức xạ thứ cấp nếu tia  tương tác gần bề mặt khối nhấp nháy Tuy nhiên việc xem xét sự đáp ứng của detector trong trường hợp hấp thụ hoàn toàn sẽ giúp dự đoán phổ bức xạ thu được khi tăng đến kích thước detector Hình 1.9 Mô hình tương tác và mô hình phổ năng lượng electron của detector nhấp. .. một lượng bằng năng lượng tia X đặc trưng Sự tích lũy các sự kiện thoát tia X hình thành một đỉnh phổ, gọi là đỉnh thoát tia X, nằm dưới đỉnh quang điện một khoảng bằng năng lượng tia X đặc trưng của vật liệu cấu tạo nên detector Hiệu ứng này tăng lên khi tỷ số bề mặt trên thể tích tăng lên [1] 1.3.2 Sự tạo tia X trong tấm chắn bảo vệ detector Tương tự với sự thoát tia X do iod từ bề mặt của detector