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

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

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan