Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH - Huỳnh Minh Hiền KHẢO SÁT PHỔ KẾ TRÙNG PHÙNG GAMMA SỬ DỤNG ĐẦU DỊ BÁN DẪN HPGe Chun ngành: Vật lí ngun tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐINH SỸ HIỀN Thành phố Hồ Chí Minh – 2010 Lêi c¶m ¬n Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n q thÇy c« Khoa VËt LÝ, çn bé phßng Sau §¹i Häc - Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP Hå ChÝ Minh ®· tËn t×nh gi¶ng d¹y vµ t¹o ®iỊu kiƯn thn lỵi cho em st thêi gian häc tËp t¹i trêng Xin gưi lêi c¶m ¬n s©u s¾c nhÊt ®Õn PGS TS §inh Sü HiỊn, ngêi ®· trùc tiÕp chØ b¶o em st qu¸ tr×nh thùc hiƯn ln v¨n nµy Sù gióp ®ì tËn t×nh cđa thÇy chÝnh lµ ®éng lùc vµ nỊn t¶ng ®Ĩ em hoµn thµnh ®ỵc ln v¨n nµy Em xin tr©n träng gưi tíi ViƯn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t lêi c¶m ¬n ch©n thµnh v× sù gióp ®ì vµ t¹o ®iỊu kiƯn thn lỵi cho em ®ỵc lµm thùc nghiƯm t¹i ViƯn Xin tr©n träng c¶m ¬n çn bé Phßng VËt LÝ §iƯn Tư H¹t Nh©n, ®Ỉc biƯt lµ anh Ngun Xu©n H¶i, anh Hå H÷u Th¾ng ®· gióp ®ì tËn t×nh, híng dÉn chi tiÕt vµ cã nh÷ng ®ãng gãp q b¸u cho em Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ban Gi¸m HiƯu vµ Tỉ VËt LÝ - KTC trêng THPT Nam Hµ - Biªn Hßa §ång Nai ®· t¹o mäi ®iỊu kiƯn thn lỵi ®Ĩ em hoµn thµnh khãa häc t¹i Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP Hå ChÝ Minh TP Hå ChÝ Minh, th¸ng n¨m 2010 Hnh Minh HiỊn Më §ÇU Phỉ n¨ng lỵng bøc x¹ gamma lµ phỉ gi¸n ®o¹n, cã n¨ng lỵng hoµn toµn x¸c ®Þnh ®Ỉc trng cho mçi nguyªn tè, cêng ®é bøc x¹ gamma ®Ỉc trng cđa mçi nguyªn tè phãng x¹ tØ lƯ thn víi hµm lỵng cđa nguyªn tè ®ã ChÝnh v× vËy, viƯc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c phỉ gamma cđa mçi nguyªn tè cã ý nghÜa rÊt quan träng çc bµi to¸n ph©n tÝch x¸c ®Þnh çc thµnh phÇn nguyªn tè, ph¬ng ph¸p ph©n tÝch kÝch ho¹t h¹t nh©n,…Tuy nhiªn, phỉ gamma ®o ®ỵc çc phÐp ph©n tÝch thêng kh¸ phøc t¹p HiƯn nay, viƯc ghi nhËn phỉ gamma b»ng ®Çu dß b¸n dÉn thêng cã nỊn Compton cao cho nªn mét sè ®Ønh n¨ng lỵng cã cêng ®é thÊp hiƯn lªn kh«ng râ nÐt, cã bÞ nỊn Compton che lÊp Do ®ã viƯc x¸c ®Þnh çc ®Ønh nµy thêng ph¹m sai sè lín lµm ¶nh hëng nhiỊu ®Õn ®é chÝnh x¸c cđa phÐp ®o MỈt kh¸c, ®é nh¹y ph©n tÝch chØ cã thĨ c¶i thiƯn ®iỊu kiƯn tØ sè diƯn tÝch ®Ønh phỉ trªn nỊn Compton lµ lín V× vËy, vÊn ®Ị ®Ỉt lµ lµm h¹ ®ỵc nỊn Compton cµng thÊp cµng tèt, tõ ®ã míi cã kh¶ n¨ng lµm lé râ ®ỵc çc ®Ønh n¨ng lỵng thÊp Nh ta ®· biÕt, kho¶ng thêi gian ph¸t çc tia gamma nèi tÇng hc çc tia gamma sinh qu¸ tr×nh hđy cỈp electron - pozitron vµo kho¶ng vµi tr¨m pic« gi©y nªn ta cã thĨ coi nh chóng ph¸t ®ång thêi, ®ã lµ çc tia gamma trïng phïng TÝn hiƯu trïng phïng ®Ỉc trng c¶ vỊ n¨ng lỵng vµ t¬ng quan thêi gian cđa hai bøc x¹ ph¸t tõ mét h¹t nh©n nªn nã cã tÝnh chän läc cao V× vËy, ta cã thĨ lỵi dơng sù t¬ng quan vỊ thêi gian cđa çc tia gamma trïng phïng ®Ĩ ghi nhËn chän läc çc bøc x¹ gamma ®Ỉc trng cđa mçi h¹t nh©n phãng x¹, nghÜa lµ ta dïng th«ng sè thêi gian ®Ĩ ®iỊu khiĨn viƯc ghi nhËn n¨ng lỵng phỉ bøc x¹ gamma Nhê ®ã, ta cã thĨ gi¶m ¶nh hëng cđa çc tia gamma t¸n x¹ Compton vµ çc dÞch chun gamma kh«ng t¬ng quan vỊ thêi gian gióp gi¶m ®¸ng kĨ nỊn Compton, n©ng cao chÊt lỵng cđa phÐp ®o Trong trêng hỵp nµy, th«ng tin chÝnh x¸c vỊ thêi gian tíi cđa lỵng tư bøc x¹ ®Çu dß lµ ®Ỉc biƯt quan träng Sù chÝnh x¸c vỊ thêi gian cã thĨ ®ỵc thùc hiƯn phơ thc vµo tÝnh chÊt cđa ®Çu dß ®ỵc sư dơng ®Ĩ xư lý tÝn hiƯu §Ỉc trng thêi gian tèt nhÊt nhËn ®ỵc ®èi víi çc ®Çu dß ®ã ®iƯn tÝch ®ỵc thu gãp nhanh nhÊt §Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe lµ lo¹i dÇu dß cã kh¶ n¨ng thu gãp ®iƯn tÝch nhanh vµ cung cÊp kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lỵng tèt nhÊt tÊt c¶ çc lo¹i ®Çu dß th«ng dơng cho nªn nã rÊt thÝch hỵp sư dơng çc s¬ ®å ghi nhËn bøc x¹ gamma sư dơng kü tht trïng phïng Mơc ®Ých cđa ln v¨n lµ nh»m t×m hiĨu vỊ çc khèi ®iƯn tư cïng nguyªn t¾c ho¹t ®éng cđa hƯ phỉ kÕ trïng phïng gamma sư dơng ®Çu dß b¸n dÉn HPGe, t×m hiĨu ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng vµ ph¬ng ph¸p céng biªn ®é çc xung trïng phïng (cßn gäi lµ trïng phïng sù kiƯn - sù kiƯn) ®Ĩ ghi nhËn phỉ n¨ng lỵng cđa bøc x¹ gamma, sư dơng hƯ phỉ kÕ trïng phïng gamma thu phỉ n¨ng lỵng cđa ngn 60Co, 22Na nh»m kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶m ph«ng cđa hƯ phỉ kÕ trïng phïng so víi hƯ phỉ kÕ b¸n dÉn ®¬n tinh thĨ CÊu tróc cđa ln v¨n bao gåm çc phÇn chÝnh sau : Ch¬ng : Tỉng quan vỊ çc hƯ phỉ kÕ gamma Ch¬ng : T×m hiĨu hƯ phỉ kÕ trïng phïng gamma sư dơng ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Ch¬ng : Thùc nghiƯm ghi phỉ n¨ng lỵng cđa ngn 60Co, 22Na b»ng hƯ phỉ kÕ gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thĨ vµ hƯ phỉ kÕ trïng phïng gamma, sư dơng ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Do thêi gian thùc hiƯn vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn ch¾c ch¾n phÇn néi dung cđa ln v¨n sÏ cã nhiỊu thiÕu sãt, kÝnh mong nhËn ®ỵc sù gãp ý cđa q thÇy c« cïng çc ®ång nghiƯp ®Ĩ t¸c gi¶ ngµy cµng hoµn thiƯn h¬n vỊ kiÕn thøc CH¦¥NG : TỉNG QUAN VỊ ÇC HƯ PHỉ KÕ Gamma 1.1 T¬ng t¸c cđa bøc x¹ gamma víi vËt chÊt vµ sù h×nh thµnh phỉ gamma Bøc x¹ gamma lµ çc lỵng tư cđa sãng ®iƯn tõ (çc photon) N¨ng lỵng cđa photon E tØ lƯ víi tÇn sè sãng : E = h , xung lỵng cđa photon ®ỵc tÝnh theo c«ng thøc p  h Bøc x¹ gamma t¬ng t¸c c víi vËt chÊt th«ng qua qu¸ tr×nh c¬ b¶n sau ®©y : 1.1.1 HiƯu øng quang ®iƯn Khi lỵng tư gama va ch¹m víi electron q ®¹o cđa nguyªn tư, gamma biÕn mÊt vµ n¨ng lỵng gamma ®ỵc trun toµn bé cho electron q ®¹o ®Ĩ nã bay khái nguyªn tư Electron nµy ®ỵc gäi lµ quang electron Quang electron nhËn ®ỵc ®éng n¨ng Ee, b»ng hiƯu sè gi÷a n¨ng lỵng gamma vµo E vµ n¨ng lỵng liªn kÕt  lk cđa electron trªn líp vá Ee = E -  lk Trong ®ã,  lk = K (1.1) ®èi víi electron líp K,  lk  lk =  M ®èi víi electron líp M vµ  K >  L >  M =  L ®èi víi electron líp L, Theo c«ng thøc (1.1), n¨ng lỵng gamma vµo Ýt nhÊt ph¶i b»ng n¨ng lỵng liªn kÕt cđa electron th× hiƯu øng quang ®iƯn míi x¶y NÕu E <  K th× hiƯu øng quang ®iƯn chØ x¶y víi çc líp L, M, … NÕu E <  L th× hiƯu øng quang ®iƯn chØ x¶y víi çc líp M, … HiƯu øng quang ®iƯn kh«ng thĨ x¶y víi çc electron tù v× kh«ng b¶o ®¶m ®Þnh lt b¶o toµn n¨ng lỵng vµ ®éng lỵng Nh vËy, mn cã hiƯu øng quang ®iƯn th× electron ph¶i liªn kÕt nguyªn tư TiÕt diƯn hÊp thơ cđa hiƯu øng quang ®iƯn phơ thc vµo n¨ng lỵng gamma vµ lo¹i nguyªn tư Cơ thĨ lµ tiÕt diƯn hÊp thơ tØ lƯ víi Z5 (Z lµ sè nguyªn tư), nghÜa lµ nã t¨ng rÊt nhanh víi çc nguyªn tư nỈng 1.1.2 HiƯu øng Compton Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton tíi nhêng mét phÇn n¨ng lỵng cđa m×nh cho mét electron cđa nguyªn tư Electron nµy sÏ b¾n khái nguyªn tư cßn ph«ton sÏ bÞ t¸n x¹ Ph«ton t¸n x¹ cã n¨ng lỵng nhá h¬n n¨ng lỵng cđa ph«ton tíi ( h '  h ) h  h '  lk  Ee (1.2) Trong ®ã Ee lµ ®éng n¨ng cđa electron b¾n ra,  lk lµ n¨ng lỵng liªn kÕt cđa electron trªn líp vá   ' H×nh 1.1 : Giản đồ biểu diễn t¸n xạ Compton Liªn hƯ gi÷a ®éng n¨ng cđa ph«ton t¸n x¹ vµ gãc t¸n x¹ cho bëi hƯ thøc h '  h hv 1 (1  cos  ) m0 c (1.3) Trong ®ã : m0c2 lµ khèi lỵng nghØ cđa electron (m0c2 = 0,511 MeV) HiƯu øng Compton lµ qu¸ tr×nh t¬ng t¸c ph«ton - vËt chÊt chđ u kho¶ng n¨ng lỵng mét vµi tr¨m keV ®Õn vµi MeV HiƯu øng Compton cã thĨ x¶y ®èi víi electron tù (liªn kÕt u víi nguyªn tư) hay víi electron liªn kÕt chỈt víi nguyªn tư v× ë ®©y nhê cã ph«ton t¸n x¹ mµ cã thĨ tháa m·n ®ång thêi c¶ hai ®Þnh lt b¶o toµn n¨ng lỵng vµ xung lỵng 1.1.3 HiƯu øng t¹o cỈp electron - pozitron Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton biÕn thµnh mét cỈp electron - pozitron Theo ®Þnh lt b¶o toµn n¨ng lỵng vµ xung lỵng th× n¨ng lỵng cđa ph«ton ph¶i lín h¬n tỉng n¨ng lỵng nghØ cđa cỈp e - - e+ ( h  1, 022 MeV) Së dÜ ph¶i lín h¬n v× theo ®Þnh lt b¶o toµn xung lỵng, cỈp e - - e+ ph¶i cã mét ®éng n¨ng nµo ®ã Theo ®Þnh lt b¶o toµn ®iƯn tÝch th× tỉng ®iƯn tÝch çc h¹t t¹o thµnh ph¶i b»ng v× photon kh«ng cã ®iƯn tÝch Qu¸ tr×nh t¹o cỈp e - - e+ x¶y chđ u gÇn ®iƯn trêng cđa h¹t nh©n, h¹t nh©n nµy còng hÊp thơ mét phÇn xung lỵng cđa ph«ton ban ®Çu TiÕt diƯn hiƯu dơng tØ lƯ víi Z2, nghÜa lµ hiƯu øng x¶y chđ u ®èi víi çc nguyªn tè nỈng (Z lín) Çc pozitron ®ỵc t¹o ci cïng còng sÏ l¹i biÕn mÊt bÞ hđy cỈp víi electron cđa nguyªn tư : e   e   2 Qu¸ tr×nh t¹o cỈp ®ãng vai trß quan träng ®èi víi çc ph«ton cã n¨ng lỵng lín h¬n 1,022 MeV Víi mét nguyªn tè cho tríc, ®ãng gãp cđa mçi qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn cã thĨ ®ỵc h×nh dung qua ®å thÞ biĨu diƠn çc tiÕt diƯn cđa tõng qu¸ tr×nh riªng lỴ vµ tiÕt diƯn tỉng céng theo n¨ng lỵng tíi cđa ph«ton tíi Çc qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn dÉn tíi sù h×nh thµnh çc ®Ỉc trng cđa phỉ gamma nh sau : + HiƯu øng quang ®iƯn dÉn ®Õn sù hÊp thơ hoµn toµn n¨ng lỵng cđa ph«ton tíi E  h trªn ®Çu dß, ®ã phỉ gamma xt hiƯn ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn víi n¨ng lỵng E + Trong qu¸ tr×nh t¸n x¹ Compton, ph«ton tíi chØ mÊt mét phÇn n¨ng lỵng, phÇn cßn l¹i chun thµnh n¨ng lỵng ph«ton t¸n x¹ Sù ph©n bè gi÷a hai phÇn nµy tïy thc vµo gãc t¸n x¹ Do ®ã trªn phỉ gamma xt hiƯn nỊn liªn tơc (nỊn Compton) tr¶i dµi tõ gi¸ trÞ E trë xng Tia gamma sau t¸n x¹ lÇn ®Çu cã thĨ tiÕp tơc t¸n x¹ nhiỊu lÇn, ci cïng bÞ hÊp thơ hoµn toµn ®Çu dß hiƯu øng quang ®iƯn Qu¸ tr×nh t¸n x¹ nhiỊu lÇn nµy còng ®ãng gãp vµo ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn, møc ®ãng gãp tïy thc vµo thĨ tÝch ®Çu dß + HiƯu øng t¹o cỈp dÉn ®Õn sù h×nh thµnh hai lỵng tư gamma cã n¨ng lỵng 0,511 MeV Tïy theo trêng hỵp c¶ hai lỵng tư nµy bÞ hÊp thơ hc mét hc c¶ hai lỵng tư bay khái ®Çu dß mµ ta thÊy xt hiƯn çc ®Ønh sau ®©y : - C¶ hai lỵng tư gamma hđy cỈp ®Ịu bÞ hÊp thơ hoµn toµn thĨ tÝch nh¹y cđa ®Çu dß : ta ®ỵc ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn E - Mét hai lỵng tư gamma hđy cỈp tho¸t khái vïng nh¹y cđa ®Çu dß : ta ®ỵc ®Ønh tho¸t ®¬n E  0, 511 MeV - C¶ hai lỵng tư gamma hđy cỈp tho¸t khái ®Çu dß : ta ®ỵc ®Ønh tho¸t ®«i øng víi n¨ng lỵng E  1, 022 MeV 1.2 Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cđa mét hƯ phỉ kÕ n¨ng lỵng, thêi gian sư dơng ®Çu dß b¸n dÉn HPGe 1.2.1 §Çu dß b¸n dÉn HPGe 1.2.1.1 CÊu tróc cđa ®Çu dß b¸n dÉn §Ĩ ghi phỉ gamma, hiƯn ngêi ta thêng dïng hai lo¹i ®Çu dß : ®Çu dß nhÊp nh¸y víi tinh thĨ NaI (Tl), ®Çu dß b¸n dÉn Germani siªu tinh khiÕt (HPGe) Gi÷a hai lo¹i nµy th× ®Çu dß HPGe cã kh¶ n¨ng ghi phỉ gamma víi chÊt lỵng phỉ tèt h¬n V× vËy, néi dung cđa ®Ị tµi chđ u lµ t×m hiĨu vỊ ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Ta cã thĨ ph©n biƯt hai lo¹i ®Çu dß Ge t theo xt ph¸t ®iĨm ban ®Çu lµ chÊt b¸n dÉn lo¹i p hay n Ngoµi ra, vỊ mỈt h×nh häc cßn cã thĨ chia çc lo¹i : lo¹i ®ång trơc, lo¹i h×nh giÕng hay lo¹i ph¼ng (planar) Th«ng thêng ta cã çc lo¹i sau §Çu dß HPGe lo¹i p kiĨu ®ång trơc : vỊ c¬ b¶n, chÊt b¸n dÉn xt ph¸t lµ lo¹i p, ®ã lµ tinh thĨ Ge h×nh trơ víi líp tiÕp xóc lo¹i n trªn bỊ mỈt ngoµi vµ líp tiÕp xóc lo¹i p trªn mỈt CÊu tróc ®Çu dß ®ång trơc ®ỵc tr×nh bµy trªn h×nh 1.2 Germani cã møc t¹p chÊt cì 1010 nguyªn tư /cm3 cho cã ®iƯn ¸p ngỵc thÝch hỵp ®Ỉt vµo hai cùc th× thĨ tÝch gi÷a hai ®iƯn cùc ®ỵc lµm nghÌo vµ ®iƯn trêng më réng qua vïng nµy Ngêi ta t¹o mét líp tiÕp xóc n+ dµy kho¶ng 0,5 mm b»ng ph¬ng ph¸p khch t¸n Li, líp tiÕp xóc p+ phÝa cã ®é dµy cì 0,3 mm b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B Khi sư dơng ph¶i ®Ỉt cao thÕ d¬ng kho¶ng kV ®Ĩ kÐo çc cỈp electron - lç trèng t¹o Lo¹i nµy cã hiƯu st gi¶m nhiỊu ë n¨ng lỵng tia gamma thÊp (díi 100 keV) v× sù hÊp thơ trªn líp chÕt n+ H×nh 1.2 : CÊu tróc đầu dß Ge đồng trục V× Ge cã ®é réng vïng cÊm thÊp nªn sư dơng lo¹i ®Çu dß nµy cÇn ph¶i lµm l¹nh ®Ĩ gi¶m viƯc sinh phÇn tư mang ®iƯn nhiƯt nªn gi¶m ®ỵc dßng rß NÕu kh«ng, t¹p ©m dßng rß g©y sÏ lµm tåi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lỵng cđa ®Çu dß Ngêi ta thêng dïng Nit¬ láng cã nhiƯt ®é 77 K lµm m«i trêng lµm l¹nh cho çc ®Çu dß lo¹i nµy §Çu dß ®ỵc l¾p mét bng ch©n kh«ng ®ỵc g¾n hc ®a vµo Dewar chøa Nit¬ láng Do ®ã bỊ mỈt nh¹y cđa ®Çu dß ®ỵc chèng Èm vµ kh«ng ngng chÊt bÈn CÊu h×nh chn cđa ®Çu dß bao gåm : èng lµm l¹nh (cryostat) th¼ng ®øng víi Dewar 30 lÝt vµ tiỊn khch ®¹i 2002C (®èi víi h·ng Canberra) CÊu t¹o cđa cryostat b»ng Nit¬ láng ®ỵc giíi thiƯu h×nh 1.3 H×nh 1.3 : Cấu tạo cryostat cần đứng mẫu 7500SL D¶i n¨ng lỵng sư dơng cđa ®Çu dß Ge ®ång trơc lµ 50 keV ®Õn 10 MeV Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i, d¹ng ®Ønh lµ rÊt tèt §êng cong hiƯu st cđa ®Çu dß Ge ®ång trơc ®iĨn h×nh ®ỵc tr×nh bµy trªn h×nh 1.4 H×nh 1.4 : Đường cong hiệu suất tuyệt đối điển h×nh đầu dß Ge đồng trục (khoảng çch đầu dß tới nguồn 2,5 cm) Çc mÉu ®Çu dß Ge ®ång trơc thêng gỈp ®ỵc liƯt kª b¶ng 1.1 B¶ng 1.1 : Çc mÉu ®Çu dß Ge ®ång trơc.[2] Sè mÉu CANBERR A GC1018 GC1019 GC10021 GC10023 HiƯu st t¬ng ®èi 10 10 100 100 Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i FWHM FWHM FWTM (122 keV) (1332 keV) (1332 keV) 0,9 1,8 3,4 1,0 1,9 3,7 1,2 2,1 4,0 1,3 2,3 4,6 TØ sè P/C 38 36 80 74 §Çu dß HPGe lo¹i n kiĨu ®ång trơc : chÊt b¸n dÉn xt ph¸t lµ lµ lo¹i n Ngêi ta t¹o mét líp p+ dµy kho¶ng 0,3  m b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B Khi sư dơng, cÇn ®Ỉt ®iƯn ¸p ©m So víi lo¹i trªn th× lo¹i nµy cã hiƯu st Ýt bÞ gi¶m h¬n ë n¨ng lỵng thÊp v× líp chÕt p+ máng h¬n §Çu dß HPGe h×nh giÕng (h×nh 1.5) : lo¹i nµy cã hiƯu st h×nh häc cao h¬n nªn thÝch hỵp cho çc phÐp ®o ho¹t ®é nhá §é ph©n gi¶i n¨ng lỵng cã kÐm ®«i chót ®Ỉc ®iĨm cÊu t¹o H×nh 1.5 : CÊu tróc ®Çu dß HPGe h×nh giÕng §Çu dß ph¼ng (planar) : cã ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng tèt nhng hiƯu st gi¶m nhanh ë n¨ng lỵng cao nªn chØ thÝch hỵp ®Ĩ ®o ë vïng n¨ng lỵng thÊp 1.2.1.2 Nguyªn lý lµm viƯc Nguyªn lý chung cđa çc lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn nh sau : chÊt b¸n dÉn thêng dïng hiƯn lµ Si hc Ge (®Ĩ ghi çc lỵng tư gamma ngêi ta thêng dïng ®Çu dß b¸n dÉn Ge) Khi lỵng tư gamma bay vµo chÊt b¸n dÉn, nã sÏ t¹o nªn electron tù th«ng qua ba hiƯu øng chđ u víi tinh thĨ b¸n dÉn Electron tù di chun víi ®éng n¨ng lín sÏ lµm kÝch thÝch çc electron chun lªn vïng dÉn vµ ®Ĩ l¹i lç trèng Nh vËy th«ng qua çc hiƯu øng t¬ng t¸c, bøc x¹ gamma ®· t¹o nªn mét lo¹t çc electron vµ lç trèng tinh thĨ b¸n dÉn Çc cỈp electron - lç trèng ®ỵc t¹o vïng nghÌo däc theo q ®¹o cđa bøc x¹ tíi, chóng sÏ ®ỵc kÐo vỊ hai ®iƯn cùc bëi ®iƯn trêng hiƯu ®iƯn thÕ ngỵc ¸p vµo ®Çu dß : çc electron sÏ chun ®éng ®Õn cùc d¬ng, çc lç trèng sÏ chun ®éng vỊ phÝa cùc ©m, kÕt qu¶ lµ ta cã mét xung dßng ®iƯn ë lèi Khi ®ã, ë m¹ch ngoµi ®Çu dß xt hiƯn mét tÝn hiƯu thÕ, xung thÕ nµy ®ỵc ghi ë lèi bëi hƯ ®iƯn tư tiÕp sau §o vµ kh¶o s¸t tÝn hiƯu xung tõ ®Çu dß ta cã thĨ biÕt ®ỵc nh÷ng th«ng tin vỊ bøc x¹ ®· ghi nhËn N¨ng lỵng cÇn thiÕt ®Ĩ t¹o ®ỵc mét cỈp electron - lç trèng Si lµ 3,61 eV, cßn Ge lµ 2,98 eV NÕu n¨ng lỵng cđa tia gamma lµ E th× sè cỈp electron lç trèng mµ nã t¹o ®ỵc Ge lµ E  , víi  = 2,98 eV 1.2.1.3 Çc ®Ỉc trng kü tht ®Çu dß b¸n dÉn  §é ph©n gi¶i n¨ng lỵng §é ph©n gi¶i n¨ng lỵng cho biÕt kh¶ n¨ng mµ ®Çu dß cã thĨ ph©n biƯt çc ®Ønh cã n¨ng lỵng gÇn phỉ §¹i lỵng nµy x¸c ®Þnh b»ng ®é réng ë (FWHM) hc ®«i ë ®é cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn ®é cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn (FWTM) 10 §é ph©n gi¶i cđa ®Çu dß b¸n dÉn HPGe cßn t thc vµo lo¹i ®Çu dß, thĨ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lỵng tia gamma Nãi chung, hiƯn cã thĨ ®¹t vµo kho¶ng 1,8 keV (FWHM) ë ®Ønh 1332 keV cđa 60 Co Víi ®Çu dß NaI thêng chØ ®¹t ®é ph©n gi¶i cì - % ë ®Ønh 1332 keV cđa 60Co, nghÜa lµ FWHM vµo kho¶ng 100 keV Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i lµ mét u ®iĨm nỉi bËt cđa ®Çu dß Ge so víi ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI khiÕn nã ®ỵc sư dơng phỉ biÕn hiƯn çc phÐp ®o phỉ n¨ng lỵng gamma yªu cÇu vỊ ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng cÇn ®ỵc ®Ỉt lªn hµng ®Çu  HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn còng lµ mét chØ tiªu quan träng cđa ®Çu dß, ®Ỉc biƯt cÇn chó ý ®Õn çc phÐp ®o ho¹t ®é nhá HiƯu st ghi nµy phơ thc vµo lo¹i ®Çu dß, thĨ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lỵng tia gamma HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn cđa mét ®Çu dß thêng ®ỵc x¸c ®Þnh víi ®Ønh 1332 keV cđa ngn 60Co ®Ỉt çch ®Çu dß 25 cm (theo tiªu chn ANSI/IEEE 325- 1971) HiƯu st tut ®èi ®ỵc x¸c ®Þnh b»ng çch lÊy sè ®Õm tỉng céng ®Ønh 1332 keV chia cho tỉng sè lỵng tư gamma ph¸t tõ ngn cïng kho¶ng thêi gian  TØ sè Peak/Compton (P/C) TØ sè nµy cho ta ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cđa ®Çu dß cã thĨ ph©n biƯt ®ỵc çc ®Ønh u, n¨ng lỵng thÊp n»m trªn nỊn Compton cđa çc ®Ønh n¨ng lỵng cao §ã lµ tØ sè gi÷a chiỊu cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn víi chiỊu cao cđa nỊn Compton t¬ng øng (thêng lÊy ë r×a Compton) TØ sè nµy cµng cao th× cµng cã lỵi cho phÐp ®o ho¹t ®é thÊp vµ phỉ gamma phøc t¹p TØ sè nµy phơ thc vµo thĨ tÝch cđa ®Çu dß : çc ®Çu dß lín cã tØ sè P/C lín v× ®ãng gãp cđa t¸n x¹ Compton nhiỊu lÇn vµo ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn lín TØ sè P/C theo quy ®Þnh thêng ®ỵc tÝnh b»ng çch chia ®é cao cđa ®Ønh 1332 keV cho ®é cao trung b×nh cđa nỊn Compton kho¶ng 1040 keV vµ 1096 keV [8] P/C = Số đếm đỉnh 1332 keV (1.4) Số đếm trung bình kênh 1040 keV 1096 keV 1.2.2 Khèi tiỊn khch ®¹i (Preamplifier) Khèi tiỊn khch ®¹i ®ỵc nèi trùc tiÕp sau ®Çu dß NhiƯm vơ cđa nã lµ khch ®¹i s¬ bé tÝn hiƯu rÊt nhá tõ ®Çu dß mµ vÉn ®¶m b¶o møc t¹p ©m kh¶ dÜ lµ nhá nhÊt (ta thêng nãi lµ ®¶m b¶o tØ sè tÝn hiƯu/t¹p ©m (S /N) tèi ®a) Khèi tiỊn khch ®¹i cã ý nghÜa rÊt quan träng ®èi víi chÊt lỵng cđa phỉ kÕ, sau ®Çu dß, nã qut ®Þnh ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng cđa phỉ kÕ T lo¹i ®Çu dß mµ ngêi ta sư dơng mét lo¹i tiỊn khch ®¹i sau ®©y : + TiỊn khch ®¹i nh¹y dßng + TiỊn khch ®¹i nh¹y thÕ + TiỊn khch ®¹i nh¹y ®iƯn tÝch H×nh 1.6 : Sơ đồ tiền khuếch đại nh¹y (a) vµ tiỊn khch ®¹i nh¹y ®iƯn tÝch (b) Bé tiỊn khch ®¹i nh¹y dßng thêng ®ỵc sư dơng víi çc dơng cã trë kh¸ng thÊp, ®ã nã rÊt Ýt th«ng dơng víi çc ®Çu dß bøc x¹ v× chóng thêng lµ dơng trë kh¸ng cao TiỊn khch ®¹i ®iƯn nh¹y thÕ lµ tiỊn khch ®¹i kh¸ th«ng dơng Nã khch ®¹i bÊt k× ®iƯn thÕ nµo xt hiƯn t¹i lèi vµo cđa nã : v× çc ®Çu dß bøc x¹ chđ u lµ çc dơng t¹o nªn ®iƯn tÝch cho nªn ®iƯn thÕ nµy xt hiƯn qua tơ thn céng víi çc tơ ký sinh kh¸c cã thĨ cã mỈt t¹i lèi vµo, tøc lµ : V Q Ctot (1.5) Do ®ã, ®Ĩ V ỉn ®Þnh th× cÇn gi÷ cho tơ ®Çu dß ỉn ®Þnh kho¶ng thêi gian ho¹t ®éng §èi víi çc ®Çu dß b¸n dÉn, thêng xt hiƯn sù thay ®ỉi riªng cđa tơ ®Çu dß xt hiƯn sù thay ®ỉi nhiƯt ®é Sù thay ®ỉi nµy lµ dßng rß ®ièt b¸n dÉn phơ thc vµo nhiƯt ®é V× vËy, tiỊn khch ®¹i nh¹y ®iƯn thÕ kh«ng thÝch hỵp sư dơng víi çc ®Çu dß b¸n dÉn Víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe dïng cho mơc ®Ých ®o phỉ gamma, ta thêng dïng lo¹i khch ®¹i nh¹y ®iƯn tÝch nªn sau ®©y ta chØ nãi vỊ lo¹i nµy §Ỉc ®iĨm quan träng cđa khèi tiỊn khch ®¹i lµ nã kh«ng nh¹y ®èi víi sù biÕn ®ỉi ®iƯn dung cđa ®Çu dß nhê sù tÝch ph©n ®iƯn tÝch trªn mét tơ ph¶n håi Cf §iƯn ¸p ë lèi V0 tØ lƯ víi ®iƯn tÝch t¹o trªn ®Çu dß Q : V0  Q Cf (1.6) Xung ®iƯn ¸p ë lèi cã thêi gian t¨ng gÇn b»ng ®é réng cđa xung dßng ®iƯn trªn ®Çu dß vµ cã h»ng sè thêi gian ph©n r· cho bëi :  = Cf Rf (1.7) Trong ®ã : Rf lµ ®iƯn trë ph¶n håi, Cf cã gi¸ trÞ cì 0,1 pF ®Õn vµi pF §iƯn tÝch Q t¹o trªn ®Çu dß cho bëi : Q E.e.106 (1.8)  Trong ®ã : E lµ n¨ng lỵng ph«ton tíi, cã ®¬n vÞ lµ MeV e lµ ®é lín ®iƯn tÝch cđa electron (e = 1,6.10-19 C)  lµ n¨ng lỵng cÇn thiÕt (®¬n vÞ ®o lµ eV) ®Ĩ t¹o mét cỈp electron - lç trèng ®Çu dß Gi¸ trÞ  ë 77 K ®èi víi Si vµ Ge lÇn lỵt lµ 3,61 eV vµ 2,98 eV HƯ sè 106 lµ hƯ sè ®Ĩ chun ®ỉi ®¬n vÞ MeV eV Tõ ph¬ng tr×nh (1.6) vµ (1.8), ta tÝnh ®ỵc ®iƯn ¸p g©y bëi ph«ton cã n¨ng lỵng E (MeV) lµ : V0  E.106.1, 6.1019 Cf (1.9) §é nh¹y ®iƯn ¸p (®iƯn ¸p øng víi MeV n¨ng lỵng gamma mÊt trªn ®Çu dß) cho bëi : V0 106.1, 6.1019  E Cf (1.10) Møc t¹p ©m tiỊn khch ®¹i ®iƯn tÝch phơ thc vµo u tè : tranzito trêng (FET) lèi vµo, ®iƯn dung lèi vµo (bao gåm Cf , ®iƯn dung ®Çu dß, ®iƯn dung lèi vµo) vµ ®iƯn trë lèi vµo §iƯn dung lèi vµo lµ nh©n tè c¬ b¶n, ®ßi hái ®Çu dß cÇn ®ỵc lùa chän mét çch cÈn thËn ®Ĩ phï hỵp víi tõng øng dơng Sù phơ thc cđa t¹p ©m tiỊn khch ®¹i vµo ®iƯn dung lèi vµo ®ỵc thĨ hiƯn ë b¶ng 1.2 B¶ng 1.2 : Sù phơ thc cđa t¹p ©m tiỊn khch ®¹i vµo ®iƯn dung lèi vµo.[2] §iƯn dung lèi vµo (pF) 10 30 50 100 T¹p ©m Q (C) 3,06.10-17 3,92.10-17 5,69.10-17 7,24.10-17 1,18.10-16 FWHM cđa ®Çu dß Ge 570 730 1060 1350 2200 §iƯn dung vµo kh«ng nh÷ng ¶nh hëng lªn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lỵng cđa hƯ phỉ kÕ b»ng çch bỉ sung thªm t¹p ©m mµ nã cßn ¶nh hëng ®Õn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i thêi gian cđa hƯ thèng Nèi tiỊn khch ®¹i víi ®Çu dß còng bỉ sung thªm ®iƯn dung vµo Do ®ã, tiỊn khch ®¹i cã thĨ ®ỵc l¾p trùc tiÕp víi ®Çu dß §Ĩ ®¶m b¶o møc t¹p ©m lèi vµo nhá, ngêi ta thêng dïng tranzito trêng (FET) lµm phÇn tư lèi vµo cho tiỊn khch ®¹i Tranzito trêng lµ linh kiƯn t¹p ©m thÊp, cã thĨ ®ỵc tèi u nhê thiÕt kÕ m¹ch §Ĩ ®¶m b¶o møc t¹p ©m cùc thÊp, ngêi ta lµm l¹nh tranzito trêng ë lèi vµo b»ng çch ®Ỉt nã èng lµm l¹nh (cryostat), g¾n trùc tiÕp vµo ®Çu dß Biªn ®é cđa xung ®iƯn ¸p gi¶m theo hµm mò : V  V0e  t  (1.11) H×nh d¹ng xung tõ tiỊn khch ®¹i ®ỵc minh ho¹ h×nh 1.7 H×nh 1.7: Xung tõ mét tiỊn khch ®¹i Nh vËy, ®iƯn tÝch vµo ®ỵc tÝch ph©n khèi khch ®¹i nh¹y ®iƯn tÝch ®Ĩ thu ®ỵc hai ®¹i lỵng : ®iƯn tÝch tỉng céng vµo vµ thêi gian thu ®iƯn tÝch nªn tÝn hiƯu ®ỵc t¸ch thµnh lèi n¨ng lỵng E vµ thêi gian T V× vËy, khèi tiỊn khch ®¹i lµ rÊt h÷u Ých cho c¶ phỉ kÕ thêi gian vµ n¨ng lỵng 1.2.3 Khèi khch ®¹i tun tÝnh (Amplifier - AMP) Khèi nµy cã nhiƯm vơ khch ®¹i tiÕp xung tõ tiỊn khch ®¹i (th«ng thêng nhá h¬n V) lªn ®Õn kho¶ng gi¸ trÞ thÝch hỵp ®Ĩ cã thĨ xư lý tiÕp mét çch dƠ dµng vµ chÝnh x¸c Ngoµi khèi nµy cßn cã t¸c dơng t¹o d¹ng xung nh»m c¶i thiƯn tØ sè tÝn hiƯu/t¹p ©m (S/N) vµ ng¨n ngõa sù chång chËp xung Hai yªu cÇu nµy thêng m©u thn cho nªn thiÕt kÕ thÝ nghiƯm cÇn cã sù tháa hiƯp nhÊt ®Þnh - NÕu u tè ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng lµ quan träng h¬n th× cÇn gi÷ tèc ®é ®Õm ë gi¸ trÞ thÊp hỵp lý - NÕu thùc nghiƯm ®ßi hái ph¶i lµm viƯc víi tèc ®é ®Õm cao th× ®Ĩ ®¶m b¶o ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng kh«ng bÞ tåi ®i nhiỊu th× cÇn lùa chän çc m¹ch t¹o d¹ng xung thÝch hỵp víi h»ng sè thêi gian thÝch hỵp Trong çc lo¹i m¹ch t¹o d¹ng xung th× m¹ch CR - RC (vi ph©n - tÝch ph©n) thêng ®ỵc sư dơng nhiỊu nhÊt M¹ch vi ph©n CR cã t¸c dơng ®èi víi phÇn ®u«i cđa xung vµ cã thĨ coi nh mét bé läc cho qua tÇn sè cao vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè thÊp M¹ch tÝch ph©n RC cã t¸c dơng lªn phÇn ®Çu (phÇn t¨ng) cđa xung vµ cã thĨ xem nh mét bé läc cho tÇn sè thÊp vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè cao Mét m¹ch CR - RC ®iĨn h×nh ®ỵc tr×nh bµy trªn h×nh 1.8 H×nh 1.8 : Mạch hình thành xung CR – RC Trªn h×nh 1.8 mét bé khch ®¹i tht to¸n víi hƯ sè khch ®¹i ®¬n vÞ lý tëng (víi trë kh¸ng vµo v« h¹n vµ trë kh¸ng 0) t¸ch riªng hai m¹ch cho hai m¹ch kh«ng ¶nh hëng Trong çc bé khch ®¹i xung h¹t nh©n, h×nh thµnh xung CR - RC thêng ®ỵc thùc hiƯn b»ng çch sư dơng çc h»ng sè vi ph©n  vµ tÝch ph©n  b»ng ViƯc chän chÝnh x¸c h»ng sè thêi gian cđa m¹ch h×nh thµnh xung phơ thc c¬ b¶n vµo thêi gian thu ®iƯn tÝch ®Çu dß ®ỵc sư dơng NÕu quan t©m vỊ gi¶m chång chËp, ta cÇn gi÷ h»ng sè thêi gian ng¾n cho d¹ng xung h×nh thµnh cã thĨ trë vỊ ®êng c¬ b¶n cµng nhanh cµng tèt Mét gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ị dÞch ®êng t¹i tÇn sè cao lµ sư dơng çc xung hai ph©n cùc Nh÷ng xung nµy cã thĨ t¹o ®ỵc h×nh thµnh b»ng çch bỉ sung mét tÇng CR vµo tÇng CR - RC ®Ĩ t¹o nªn m¹ch vi ph©n kÐp H×nh 1.9 : Mạch vi phân xung kép hình thành xung CR – RC – RC H×nh 1.9 minh häa xung hai ph©n cùc víi tÝch b»ng nhau, nã rÊt h÷u Ých viƯc gi¶m thiĨu sù dÞch ®êng víi tÇn sè ®Õm thay ®ỉi Nã còng thn tiƯn víi nh÷ng øng dơng thêi gian c¾t zªr« Nhỵc ®iĨm cđa m¹ch vi ph©n kÐp so víi m¹ch CR - RC lµ xung dµi h¬n vµ tØ sè tÝn hiƯu trªn t¹p ©m tåi h¬n D¹ng xung mµ ta cã ®ỵc sau bé läc CR - RC trªn thùc tÕ cã mét phÇn lät xng phÝa díi ®êng c¬ b¶n (undershoot) NÕu cã mét xung thø hai ®Õn ®óng vµo vÞ trÝ undershoot th× nã sÏ ®ỵc ®o kh«ng ®óng vµ nÕu undershoot kh«ng ®ỵc ®iỊu chØnh thÝch hỵp sÏ g©y sù dÞch chun ®êng c¬ b¶n khiÕn cho phÐp ®o biªn ®é kh«ng cßn chÝnh x¸c n÷a Lý g©y undershoot lµ m¹ch liªn kÕt CR (t¹o thªm mét lÇn vi ph©n míi) §Ĩ kh¾c phơc hiƯn tỵng nµy, ta ®a vµo m¹ch liªn kÕt tÇng thªm mét ®iƯn trë Rpz vµ ta ®ỵc m¹ch theo kiĨu bï trõ cùc ®iĨm bëi ®iĨm (pole zero cancellation - PZC) H×nh 1.10 minh häa m¹ch bï trõ cùc zªr« vµ hiƯu øng cđa nã TÝn hiƯu khch ®¹i ®ỵc ¸p tíi lèi vµo cđa m¹ch vi ph©n CR bé khch ®¹i, xung lèi tõ bé vi ph©n thêng cã bøu ©m kh«ng nh mong mn §iƯn trë Rpz ®ỵc m¾c song song víi tơ C1 vµ ®ỵc hiƯu chØnh ®Ĩ c¾t bíu ©m KÕt qu¶ lµ xung cã d¹ng hµm mò ®¬n gi¶n, gÇn víi ®êng c¬ b¶n víi h»ng sè thêi gian vi ph©n thÝch hỵp Thùc tÕ, tÊt c¶ çc bé khch ®¹i phỉ kÕ ®Ịu cã ®Ỉc trng nµy víi hiƯu chØnh bï trõ cùc zªr« ë mỈt tríc HiƯu chØnh chÝnh x¸c cùc zªr« sÏ cho phỉ tèt vµ tin cËy Mét sè bé khch ®¹i phøc t¹p h¬n sÏ ®¬n gi¶n hãa nhiƯm vơ nµy b»ng m¹ch hiƯu chØnh cùc zªr« tù ®éng H×nh 1.10 : Mạch bù trừ zªr« (a) vµ hiƯu øng cđa m¹ch bï trõ zªr« (b, c, d) Trong çc hƯ thèng ®o phỉ gamma lµm viƯc ë tèc ®é ®Õm cao, ®iỊu quan träng lµ ph¶i ®iỊu chØnh thËt chÝnh x¸c m¹ch bï trõ cùc zªr« v× ®iỊu chØnh kh«ng ®đ hc ®iỊu chØnh qu¸ møc (undershoot hc overshoot) ®Ịu khiÕn cho phÐp ®o kh«ng chÝnh x¸c H×nh 1.11 cho thÊy t¸c dơng cđa viƯc ®iỊu chØnh cùc ®iĨm bëi ®iĨm kh«ng nh»m phơc håi ®êng c¬ b¶n : h×nh 1.11a t¬ng øng víi ®iỊu chØnh tèt, h×nh 1.11b øng víi ®iỊu chØnh cha hÕt (undershoot) vµ 1.11c lµ ®iỊu chØnh qu¸ møc (overshoot) 11 a 11 b 11 c H×nh 1.11 : T¸c dụng mạch bï trừ zªr« §èi víi mét phỉ t¹p ©m cho tríc, thêng tån t¹i mét d¹ng xung tèi u ®ã tÝn hiƯu bÞ nhiƠm Ýt nhÊt t¹p ©m, ®ã lµ çc xung cã d¹ng Gauss hc d¹ng tam gi¸c KÕt hỵp c¶ hai m¹ch CR vµ RC, ta cã thĨ thu ®ỵc ë lèi mét xung cã d¹ng gÇn Gauss vµ cã tØ sè S/N tèi u Tuy nhiªn, thùc tÕ, ®Ĩ h×nh thµnh xung chn Gauss ngêi ta thay bé tÝch ph©n RC ®¬n gi¶n b»ng mét m¹ch tÝch ph©n ho¹t ®éng phøc t¹p h¬n th× tØ sè tÝn hiƯu trªn t¹p ©m cđa bé khch ®¹i h×nh thµnh xung cã thĨ ®ỵc lµm tèt lªn tõ 17% ®Õn 19% H×nh 1.12 : Mạch h×nh thành xung khuếch đại chuẩn Gauss Çc bé khch ®¹i cã nh÷ng bé läc phøc t¹p h¬n ®ỵc gäi lµ nh÷ng bé khch ®¹i h×nh thµnh xung chn Gauss (h×nh 1.12) v× d¹ng xung cđa nã gÇn víi d¹ng cđa mét ®êng cong Gauss Mét u ®iĨm kh¸c cđa h×nh thµnh xung chn Gauss lµ gi¶m ®é réng xung t¹i 0,1% cđa biªn ®é xung T¹i mét h»ng sè thêi gian, d¹ng xung Gauss cã thĨ gi¶m ®é réng xung tõ 22% ®Õn 52% so víi bé läc CR RC D¹ng xung cđa bé h×nh thµnh xung chn Gauss ®ỵc tr×nh bµy trªn h×nh 1.13 H×nh 1.13 : Dạng xung hình thành xung chuẩn Gauss với số thời gian  s §Ĩ ®¶m b¶o chÊt lỵng khèi khch ®¹i lµm viƯc ë tèc ®é cao, ngêi ta cßn ®a vµo çc m¹ch phơc håi ®êng c¬ b¶n (baseline restorer) vµ lo¹i trõ chång chÊt xung (pile up rejector) cho phÐp c¶i thiƯn ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng ë tèc ®é ®Õm cao M¹ch khư chång chËp xung cã nhiƯm vơ t¹o sau mçi xung tíi mét giai ®o¹n kiĨm tra kÐo dµi kho¶ng thêi gian bËn cđa lèi NÕu cã mét sù kiƯn nµo xt hiƯn kho¶ng thêi gian bËn nµy th× sÏ cã mét tÝn hiƯu cÊm ®ỵc t¹o ®Ĩ ®ãng cỉng m¸y ph©n tÝch biªn ®é l¹i, nhê vËy mµ phỉ thu ®ỵc kh«ng bÞ mÐo D¹ng xung sau khch ®¹i tun tÝnh ®ỵc minh häa nh h×nh 1.14 H×nh 1.14 : Dạng xung sau khuếch đại tuyến tính 1.2.4 Bé biÕn ®ỉi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter - ADC) TÝn hiƯu t¬ng tù tõ khèi khch ®¹i tun tÝnh cã biªn ®é V0 sÏ ®ỵc ®a vµo khèi biÕn ®ỉi t¬ng tù thµnh sè ADC Khèi nµy ®o biªn ®é cùc ®¹i cđa mét xung t¬ng tù vµ biÕn ®ỉi gi¸ trÞ ®ã thµnh m· sè M· sè tØ lƯ víi biªn ®é t¬ng tù t¹i lèi vµo ADC §èi víi çc xung tíi liªn tiÕp, m· sè tõ ADC ®ỵc dÉn tíi bé nhí dµnh riªng hc m¸y tÝnh vµ ®ỵc ph©n lo¹i b»ng biĨu ®å BiĨu ®å nµy biĨu diƠn phỉ cđa biªn ®é xung vµo Cã nhiỊu kiĨu biÕn ®ỉi, sau ®©y ta chØ xÐt kiĨu biÕn ®ỉi Wilkinson lµ kiĨu biÕn ®ỉi phỉ biÕn nhÊt Ho¹t ®éng cđa ADC Wilkinson ®ỵc minh ho¹ trªn h×nh 1.15 Cỉng tun tÝnh Bé ®Õm ®Þa chØ Đång hå ®Þa chØ a) Tơ n¹p ®iƯn I Cỉng tun tÝnh Bé ®Õm ®Þa chØ Đång hå ®Þa chØ b) Tơ phãng ®iƯn Cỉng tun tÝnh Bé ®Õm ®Þa chØ Nc Đång hå ®Þa chØ c) Chu trình nhí H×nh 1.15 : Sơ đồ hoạt động ADC Wilkinson Bé ph©n biƯt møc thÊp ®ỵc dïng ®Ĩ ghi nhËn xung tíi tõ bé khch ®¹i Th«ng thêng ngìng cđa bé ph©n biƯt møc thÊp ®ỵc ®Ỉt trªn møc t¹p ©m ®Ĩ ng¨n ngõa ADC kh«ng mÊt thêi gian ph©n tÝch t¹p ©m Khi xung vµo cao h¬n møc ngìng ph©n biƯt thÊp, cỉng tun tÝnh vµo më vµ tơ n¹p ®ỵc nèi víi lèi vµo Khi biªn ®é xung vµo ®¹t tíi cùc ®¹i vµ b¾t ®Çu gi¶m xng th× cỉng tun tÝnh bÞ ®ãng vµ tơ bÞ ng¾t khái lèi vµo T¹i ®iĨm nµy, thÕ trªn tơ b»ng biªn ®é cùc ®¹i cđa xung vµo Theo sau sù ph¸t hiƯn biªn ®é ®Ønh, mét ngn dßng kh«ng ®ỉi ®ỵc nèi víi tơ ®Ĩ t¹o nªn sù phãng ®iƯn tun tÝnh cđa thÕ trªn tơ §ång thêi ®ång hå ®Þa chØ ®ỵc nèi víi bé ®Õm ®Þa chØ vµ xung ®ång hå ®ỵc ®Õm kho¶ng thêi gian phãng ®iƯn cđa tơ ®iƯn Khi thÕ trªn tơ vỊ zªr« th× viƯc ®Õm xung ®ång hå còng dõng l¹i V× thêi gian phãng ®iƯn tun tÝnh cđa tơ tØ lƯ víi biªn ®é xung gèc cho nªn sè ®Õm Nc ghi ®ỵc bé ®Õm ®Þa chØ còng tØ lƯ víi biªn ®é xung Trong kho¶ng thêi gian chu tr×nh nhí, ®Þa chØ Nc ®ỵc [...]... lỵng nµy x¸c ®Þnh b»ng ®é réng ë (FWHM) hc ®«i khi ë 1 ®é cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn 2 1 ®é cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn (FWTM) 10 §é ph©n gi¶i cđa ®Çu dß b¸n dÉn HPGe cßn t thc vµo lo¹i ®Çu dß, thĨ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lỵng tia gamma Nãi chung, hiƯn nay cã thĨ ®¹t vµo kho¶ng 1,8 keV (FWHM) ë ®Ønh 1332 keV cđa 60 Co Víi ®Çu dß NaI thêng chØ ®¹t ®é ph©n gi¶i cì 7 - 8 % ë ®Ønh 1332 keV cđa 60Co,... phỉ biÕn hiƯn nay trong çc phÐp ®o phỉ n¨ng lỵng gamma khi yªu cÇu vỊ ®é ph©n gi¶i n¨ng lỵng cÇn ®ỵc ®Ỉt lªn hµng ®Çu  HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn còng lµ mét chØ tiªu quan träng cđa ®Çu dß, ®Ỉc biƯt cÇn chó ý ®Õn trong çc phÐp ®o ho¹t ®é nhá HiƯu st ghi nµy phơ thc vµo lo¹i ®Çu dß, thĨ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng lỵng tia gamma HiƯu st ghi ®Ønh quang ®iƯn cđa mét ®Çu dß thêng... ®ỉi nhiƯt ®é Sù thay ®ỉi nµy lµ do dßng rß trong ®ièt b¸n dÉn phơ thc vµo nhiƯt ®é V× vËy, tiỊn khch ®¹i nh¹y ®iƯn thÕ kh«ng thÝch hỵp sư dơng víi çc ®Çu dß b¸n dÉn Víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe dïng cho mơc ®Ých ®o phỉ gamma, ta thêng dïng lo¹i khch ®¹i nh¹y ®iƯn tÝch nªn sau ®©y ta chØ nãi vỊ lo¹i nµy §Ỉc ®iĨm quan träng cđa khèi tiỊn khch ®¹i lµ nã kh«ng nh¹y ®èi víi sù biÕn ®ỉi ®iƯn dung cđa ®Çu dß... n¨ng lỵng cao §ã lµ tØ sè gi÷a chiỊu cao cđa ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn víi chiỊu cao cđa nỊn Compton t¬ng øng (thêng lÊy ë r×a Compton) TØ sè nµy cµng cao th× cµng cã lỵi cho phÐp ®o ho¹t ®é thÊp vµ phỉ gamma phøc t¹p TØ sè nµy phơ thc vµo thĨ tÝch cđa ®Çu dß : çc ®Çu dß lín cã tØ sè P/C lín v× ®ãng gãp cđa t¸n x¹ Compton nhiỊu lÇn vµo ®Ønh hÊp thơ toµn phÇn lín TØ sè P/C theo quy ®Þnh thêng ®ỵc tÝnh... ®Þnh víi ®Ønh 1332 keV cđa ngn 60Co ®Ỉt çch ®Çu dß 25 cm (theo tiªu chn ANSI/IEEE 325- 1971) HiƯu st tut ®èi ®ỵc x¸c ®Þnh b»ng çch lÊy sè ®Õm tỉng céng trong ®Ønh 1332 keV chia cho tỉng sè lỵng tư gamma ph¸t ra tõ ngn trong cïng kho¶ng thêi gian  TØ sè Peak/Compton (P/C) TØ sè nµy cho ta ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cđa ®Çu dß cã thĨ ph©n biƯt ®ỵc çc ®Ønh u, n¨ng lỵng thÊp n»m trªn nỊn Compton cđa çc... ®¬n vÞ MeV ra eV Tõ ph¬ng tr×nh (1.6) vµ (1.8), ta tÝnh ®ỵc ®iƯn ¸p ra g©y bëi ph«ton cã n¨ng lỵng E (MeV) lµ : V0  E.106.1, 6.1019 Cf (1.9) §é nh¹y ®iƯn ¸p (®iƯn ¸p ra øng víi 1 MeV n¨ng lỵng gamma mÊt trªn ®Çu dß) cho bëi : V0 106.1, 6.1019  E Cf (1.10) Møc t¹p ©m trong tiỊn khch ®¹i ®iƯn tÝch phơ thc vµo 3 u tè : tranzito trêng (FET) lèi vµo, ®iƯn dung lèi vµo (bao gåm Cf , ®iƯn dung... Mét sè bé khch ®¹i phøc t¹p h¬n sÏ ®¬n gi¶n hãa nhiƯm vơ nµy b»ng m¹ch hiƯu chØnh cùc zªr« tù ®éng H×nh 1.10 : Mạch bù trừ zªr« (a) vµ hiƯu øng cđa m¹ch bï trõ zªr« (b, c, d) Trong çc hƯ thèng ®o phỉ gamma lµm viƯc ë tèc ®é ®Õm cao, ®iỊu quan träng lµ ph¶i ®iỊu chØnh thËt chÝnh x¸c m¹ch bï trõ cùc zªr« v× ®iỊu chØnh kh«ng ®đ hc ®iỊu chØnh qu¸ møc (undershoot hc overshoot) ®Ịu khiÕn cho phÐp ®o kh«ng... kh«ng nh»m phơc håi ®êng c¬ b¶n : h×nh 1.11a t¬ng øng víi ®iỊu chØnh tèt, h×nh 1.11b øng víi ®iỊu chØnh cha hÕt (undershoot) vµ 1.11c lµ ®iỊu chØnh qu¸ møc (overshoot) 11 a 11 b 11 c H×nh 1.11 : T¸c dụng của mạch bï trừ zªr« §èi víi mét phỉ t¹p ©m cho tríc, thêng tån t¹i mét d¹ng xung tèi u trong ®ã tÝn hiƯu bÞ nhiƠm Ýt nhÊt do t¹p ©m, ®ã lµ çc xung cã d¹ng Gauss hc d¹ng tam gi¸c KÕt hỵp c¶ hai

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,11 MB