Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khảo sát hiệu ứng trùng phùng tổng trong đo phổ Gamam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Giáo viên hùng dẫn: ThS Trần Thiện Thanh CN Đặng Nguyên Phương Giáo viên phản biện: ThS Trương Thị Hồng Loan Sinh viên thực hiện: Lương Tiến Phát – TPHCM 2008 – Lời cảm ơn Đầu tiên xin gởi lời biết ơn chân thành đến cha mẹ, người sinh thành dưỡng dục khôn lớn đến ngày hôm Kế đến em xin chân thành cảm ơn đến tất q thầy cô giảng dạy hùng dẫn em suốt năm qua Em xin cảm ơn toàn thể thầ y cô khoa Vật Lý truyền thụ kiến thức cho em suốt thời gian học tập, đặc biệt thầy cô Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Chính nhờ dìu dắt tận tình thầy cô giúp em đạt thành ngày hôm Em xin tỏ lòng biết ơn đến cô Trương Thị Hồng Loan người tận tình hướng dẫn bảo để em hoàn thành khoá luận cách tốt Nhân em xin cảm ơn đến anh Trần Thiện Thanh dành thời gian đọc luận văn giúp đỡ nhiều thời gian em thực khoá luận Xin cảm ơn đến thành viên nhóm NMTP Bộ môn Vật lý hạt nhân, đặc biệt anh Đặng Nguyên Phương tận tình hỗ trợ, giúp đỡ giải vấn đề khó khăn suốt thời gian qua Cuối xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè ủng hộ, động viên, sát cách bên em suốt quãng đường dài tìm kiếm tri thức Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Đề mục Trang Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh sách bảng biểu Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu 10 Chương 1: Tổng quan hệ phổ kế gamma Bộ môn Vật lý hạt nhân 12 1.1 Cơ chế hoạt động detector để ghi nhận phổ gamma 1.2 Mô tả hệ phổ kế môn VLHN 1.2.1 Các thông số kỹ thuật đầu dò HPGe 1.2.2 Cấu tạo đầu dò HPGe 1.2.3 Buồng chì 1.2.4 Bình làm lạnh Chương 2: Tổng quan hệ hiệu suất, đường cong hiệu suất cách tính hiệu suất đỉnh lượng toàn phần 2.1 Hiệu suất đại lượng ảnh hưởng đến hiệu suất 2.1.1 Khái niệm hiệu suất 2.1.2 Chuẩn hiệu suất ghi 2.1.3 Caùc loại hiệu suất 2.1.4 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần (FEPE) 2.1.5 Hiệu suất tổng 2.1.6 Tỉ số P/T 2.2 Những ảnh hưởng lên hiệu suất đỉnh lượng toàn phần (FEPE) 2.2.1 Ảnh hưởng khoảng cách nguồn đầu dò 2.2.2 Ảnh hưởng khác biệt hình học nguồn 2.2.3 Ảnh hưởmg mật độ nguồn lên hiệu suất 2.2.4 Ảnh hưởng trùng phùng ngẫu nhiên 2.2.5 Hiệu chỉnh phân rã phóng xa ï 2.2.6 Ảnh hưởng trùng phùng thực 2.3.Đường cong hiệu suất 2.3.1 Đường cong hiệu suất kép 2.3.2 Xác định đường cong hiệu suất tuyến tính 2.3.3 Xác định đường cong hiệu suất theo kinh nghiệm 2.3.4 Xác định đường cong hiệu suất trung bình 2.4 Tổng kết Chương 3: Hiệu ứng trùng phùng phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng 3.1 Hiệu ứng trùng phùng gì? 3.2 Vì phải hiệu chình trùng phùng? 3.2.1 Hệ điện tử 3.2.2 Sự tự hấp thụ 3.3 Các loại trùng phùng 3.3.1 Trùng phùng chia thành loại 3.3.2 Trùng phùng thực 3.4 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng thực 3.4.1 Phương pháp thực nghiệm 3.4.2 Phương pháp bán thực nghiệm B Phần thực nghiệm Chương 4: Chuẩn hiệu suất đỉnh lượng toàn phần 4.1 Nguồn chuẩn 4.2 Hệ phổ kế 4.3.Tính hiệu suất đầu dò sai số 4.3.1 Hiệu suất thực nghiệm tuyệt đối 4.3 Sai số tuyệt đối 4.4 Bố trí thí nghiệm chương trình tính toán 4.4.1 Cách bố trí thí nghiệm 4.4.2 Các chương trình xử lý tính toán phổ a) Chương trình Genie-2K b) Chương trình Origin 5.0 4.5 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng phương pháp thực nghiệm Chương 5: Kết nhân xét 5.1 Xác định hiệu suất đỉnh lượng toàn phần dùng nguồn 152Eu 5.2 Hiệu chỉnh trùng phùng 5.3 Nhận xét DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT  Các ký kiệu:  p : hiệu suất đỉnh lượng toàn phần y : xác suất phát gamma(%)  t : hiệu suất tổng t : thời gian đo S : diện tích đỉnh  số biến hoán N T : diện tích tổng  : tỉ số nhánh A : hoạt độ nguồn thời điểm đo (Bq)  : hệ số phân rã  : dịch chuyển gamma Rt : tốc độ phân rã thời điểm t R0 : tốc độ phân rã thời gian lúc đầu E : đỉnh lượng gamma  :góc khối máy dò nhìn từ nguồn tw : thời gian phân rã nguồn  abs : hiệu suất tuyệt đối  int : hiệu suất nội T1/2 : chu kỳ bán rã  : hệ số suy giảm tuyến tính S : độ lệch chuẩn số đếm diện tích đỉnh  : mật độ mẫu đo  : phương sai hay độ lệch chuẩn hiệu suất A : độ lệch chuẩn hoạt độ nguồn  Các chữ viết tắt: P/T: tỉ số hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng (Peak to total) ETZ: ngoại suy không (extranpolation to zero) AvgCETZ: số đếm trung bình FEPE: hiệu suất đỉnh lượng toàn phần (Full Energy Peak Efficiency) HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium) ADC: đếm đổi tương tự – số (Analog-to-digital converter) MCA: máy phân tích đa kênh (Multi channel analyzer) FWHM: nửa bề rộng đỉnh lượng cực đại (Full Width an Half Maximum) MCNP: Monte – Carlo N Particle ETNA:Efficiency Transfer for Nuclide Activity DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Các thông số nguồn 152Eu 137Cs Bảng 4.2 : Khoảng cách từ vị trí nguồn đến bề mặt đầu dò Bảng 5.1: Các số liệu nguồn chuẩn Bảng 5.2: Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần theo khoảng cách chưa hiệu chỉnh trùng phùng tổng Bảng5.3: Các giá trị Rn, Rf khoảng cách Bảng 5.4 : Hệ số trùng phùng theo khoảng cách Bảng 5.5 : Hiệu suất sau hiệu chỉnh trùng phùng tổng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ nh 1.1: Phân bố độ cao xung gamma theo lượng nguồn 152 Eu Hình1.2 : Hệ đo gamma Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý hạt nhân Hình1.3 : Cấu trúc detector Ge siêu tinh khiết Hình1.4 : Sơ đồ cắt dọc hệ đầu dò – buồng chì –nguồn,kích thước tính cm Hình 1.5 : Bình làm lạnh Hình2.1 : Sự phân bố độ cao xung vi phân Hình 2.2: Nguồn phóng xạ thường dùng việc xây dựng đường cong hiệu suất Hình 2.3: Tỉ số hiệu suất đỉnh theo lương đươc đo khoảng cách khác Hình2.4 : Đường cong hiệu suất điển hình detector Ge Hình 3.1: Phổ lượng 60Co Hình 3.2: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma Co-60 Hình 4.1: Sơ đồ phân rã 152Eu Hình 4.2a: Mặt cắt dọc nguồn 152Eu Hình 4.2b: Mặt cắt ngang nguồn 152Eu Hình 4.3a : Mặt cắt dọc nguồn 137Cs Hình 4.3b: Mặt cắt ngang nguồn 137Cs nh 4.4 :Sơ đồ hệ phổ kế gamma Hình 4.5 : Giao diện chương trình Genie-2K Hình 4.6: Giao diện chương trình Origin 5.0 Hình 4.7: Tỉ số hiệu suất đỉnh khoảng cách khác nguồn 152Eu Hình4.8 : Đường cong hiệu suất 152Eu chưa hiệu chỉnh trùng phùng Hình 4.9: Đường cong hiệu suất 152Eu sau hiệu chỉnh trùng phùng 5,8cm/24,9cm 7,4cm/24,9cm 8,9cm/24,9cm 10,6cm/24,9cm 12,1cm/24,9cm 13,7cm/24,9cm 15,3cm/24,9cm 16,9cm/24,9cm 18,4cm/24,9cm 20,0cm/24,9cm 21,5cm/24,9cm Tỉ lệ 10 10000 100000 Năng lượng Hình 4.7: Tỉ số hiệu suất đỉnh khoảng cách khác nguồn 152Eu Từ øbảng 3.1 hình 3.3 ta nhận tỉ số hiệu suất đỉnh vị trí khác không thay đổi theo lượng Với lượng tương đối lớn tỉ số không thay đổi theo lượng với độ sai biệt không đáng kể Vậy ta sử dụng phương pháp hiêu chỉnh trùng phùng Kafala để hiệu chỉnh trùng phùng ta xác định hiệu suất đỉnh lượng toàn phần nguồn 152 Eu Ở hình 3.3 bắt đầu khảo sát từ lượng 244keV, ta thấy đồ thị đường thẳng với khoảng lượng nhỏ (