Xác định các đặc trưng của hệ phổ kế gamma bán dẫn Be5030

Xỏc nh cỏc c trng ca h ph k gamma bỏn dn Be5030 Lờ c Thin Trng i hc Khoa hc T nhiờn Lun Thc s ngnh: Vt lý nguyờn t, ht nhõn v nng lng cao Mó s: 60 44 05 Ngi hng dn: PGS.TS Bựi Vn Loỏt Nm bo v: 2012 Abstract: Tng quan v cỏc dng ờtect bỏn dn Ge, tỡm hiu s nguyờn lý ca h ph k gamma bỏn dn BEGe-Canberra c lm lnh bng in Thụng qua vic ghi nhn ph vic ghi nhn ph ca cỏc ngun chun trờn h o ó hiu rừ hn quỏ trỡnh tng tỏc ca bc x gamma vi vt liu ờtect v nguyờn tc lm vic ca h ph k gamma bỏn dn BEGe-Canberra núi riờng v h ph k gamma núi chung Tin hnh ỏnh giỏ mt s thụng s c trng ca h ph k gamma bỏn dn BEGe Canberra: xỏc nh s ph thuc ca phõn gii nng lng (FWHM) vo thi gian hỡnh thnh xung, kt qu nhn c vi thi gian hỡnh thnh xung l 4s phõn gii nng lng l tt nht; tỡm hiu quỏ trỡnh hnh h ph k gamma chn ch lm vic thớch hp kt qu ch rng ch lm vic thớch hp ca h ph k gamma bỏn dn BEGe- Canberra: th nuụi l 4000V, h s khuch i vi chnh thụ l 20, chnh tinh l 0,9, thi gian hỡnh thnh xung l 4s; kho sỏt s ph thuc ca phõn gii nng lng vo nng lng ca bc x gamma; kho sỏt s ph thuc ca hiu sut ghi vo khong cỏch t ngun ti etect; xõy dng c ng cong hiu sut ghi i vi cu hỡnh o mu t ỏ, ỏp dng xỏc nh hm lng Uran, Thori, Kali 02 mu t ỏ Keywords: Vt lý ht nhõn; H ph k gamma bỏn dn; Bc x Gamma; Gamma bỏn dn Content M U Ph k gamma vi ờtect bỏn dn c s dng rng rói cỏc nghiờn cu c bn cng nh ng dng ca khoa hc v cụng ngh ht nhõn phõn gii nng lng v hiu sut ghi l hai s nhng c trng quan trng nht ca ph k gamma Cựng vi s tin b ca cụng ngh, ngy h ph k gamma di rng vi ờtect cú tinh th ngy cng ln, cho phộp tng hiu sut ghi ca etect v m rng di nng lng o c v phớa nng lng ln Cựng vi t m rng di o v phớa nng lng ln, cỏc ờtect cú ca s bng cacbon mng mng cho phộp m rng di v phớa nng lng thp ghi nhn cỏc tia gamma mm v tia X B mụn Vt lý Ht nhõn Khoa Vt lý - Trng i hc Khoa hc T nhiờn - i hc Quc gia H Ni c trang b mt h ph k gamma bỏn dn di nng lng rng, lm lnh bng in hóng Canberra ch to H ph k c nghim thu chớnh thc vo thỏng 11 nm 2011 Xỏc nh cỏc c trng c bn ca h ph k mt cỏch cú h thng l cn thit phc v cho vic hnh v bo dng Trong khuụn kh ca mt lun tt nghip vi ti Xỏc nh cỏc c trng ca h ph k gamma bỏn dn Be5030 , tỏc gi c giao nhng nhim v sau: Tỡm hiu s cu to, nguyờn lớ hot ng ca h ph k gamma bỏn dn di nng lng rng Canberra v xỏc nh ch lm vic ca h Xỏc nh bng thc nghim phõn gii nng lng ca ờtect Xõy dng ng chun nng lng v ng cong hiu sut ghi Kho sỏt s ph thuc ca hiu sut ghi vo khong cỏch t ngun ti ờtect Xõy dng ng cong hiu sut ghi i vi mu chun, ỏp dng phõn tớch mt s mu t ỏ Xỏc nh hot phúng x riờng ca 238 U, 232Th, 40K Bn lun di 51 trang gm 17 hỡnh v v 10 bng biu, c hon chnh da trờn 12 ti liu tham kho Ngoi phn m u v kt lun, bn lun c chia lm ba chng Chng Tng quan v cỏc ờtect bỏn dn Gecmani Chng Phng phỏp thc nghim Chng Kt qu thc nghim CHNG TNG QUAN V CC LOI ấTECT BN DN GECMANI 1.1 Cỏc loi ờtect bỏn dn Gecmani 1.1.1 Nhng tin b khoa hc lnh vc ch to ờtect bc x tia gamma v tia X Nm 1962, Pell v mt s nhúm nghiờn cu khỏc ó ch to thnh cụng ờtect Ge (Li) ó m mt cuc cỏch mng lnh vc nghiờn cu ng dng vt liu bỏn dn ch to ờtect ghi nhn bc x tia X v tia gamma cng nh cỏc loi etect phỏt hin cỏc ht mang in khỏc hp in tớch tt, loi ờtect ny phi ch to di dng tinh th Ch cú mt s ớt vt liu bỏn dn nh silicon v gecmani mi cú th dựng ch to cỏc loi ờtect ghi nhn bc x tia X v tia gamma cú phõn gii cao ny Cỏc ờtect lm bng vt liu bỏn dn Ge cho phộp o c mt di nng lng rng, ú cỏc ờtect lm bng vt liu bỏn dn Si ch o c vựng nng lng thp vỡ s nguyờn t ca silicon thp ờtect Ge (Li) cú phõn gii cao ( FWHM c keV ti vch nng lng 1332 keV ca ng v phúng x 60Co ) v tt hn 10 ln so vi ờtect nhp nhỏy NaI (T1) c bit t nm 1980 ngi ta ó ch to thnh cụng cỏc ờtect bỏn dn gecmani siờu tinh khit cú nhiu tớnh cht tt hn so vi cỏc th h ờtect bỏn dn trc y v nõng cao ỏng k chớnh xỏc cỏc phng phỏp phõn tớch ht nhõn Tựy thuc vo mc ớch s dng v nng lng tia gamma quan tõm, ngi ta ch to ờtect HPGe mt s cu hỡnh theo hóng Canberra nh Ultra LEGe, LEGe, BEGe, coaxial Ge hoc HPGe, XtRa, REGe, Well [6] 1.1.2 Cỏc loi ờtect bỏn dn Gecmani ờtect Gecmani ờtect Gecmani [6] l nhng it bỏn dn cú cu trỳc P-I-N ú vựng bờn ( I ) l nhy vi bc x ion húa, c bit l i vi tia X v tia Khi photon tng tỏc vi vt cht vựng I ca ờtect s sinh cỏc ht ti in (l trng v electron) v di tỏc dng ca th ngc chỳng di chuyn ti cc P v N Lng in tớch ny t l vi nng lng ca cỏc photon ti v c chuyn thnh cỏc xung in a vo b khuch i nhy in tớch ờtect Gecmani nng lng siờu thp ( Ultra- LEGe ) ờtect ULEGe [1] ca hóng Canberra, m rng di c tớnh ca ờtect Ge xung ti vi trm eV, cung cp kh nng phõn gii, dng nh v t s nh trờn nn m ta ngh l khụng th t c i vi ờtect Ge cú s nguyờn t ( Z=32) v ú ph mt di rng nng lng ln hn bt k ờtect photon no trờn th trng ờtect ULEGe cú kh nng phõn gii l hn 150 eV (FWHM) ti 5,9 keV ờtect Gecmani nng lng thp ờtect Gecmani nng lng thp ( LEGe ) [1] miờu t mt hỡnh hc mi hỡnh hc ờtect Ge vi nhng u im c bn so vi cỏc ờtect tinh th bn mng (planar) hoc ng trc thụng thng cú nhiu ng dng ờtect LEGe c ch to vi tip xỳc phớa trc mng Tip xỳc phớa sau hn din tớch ton phn v ú in dung ca ờtect hn in dung ca ờtect planar cú cựng kớch thc ờtect Gecmani ng trc ờtect ng trc thụng thng hay c xem nh ờtect Ge tinh khit [1] ,v c bn u dũ l Ge hỡnh tr vi tip xỳc loi N trờn mt ngoi tip xỳc loi P trờn mt ca ging ng trc Gecmani cú mc cht thc c 1010 nguyờn t / cm3 cho vi in ỏp ngc thớch hp, th tớch ton th gia cỏc in cc c lm nghốo v in trng m rng qua vựng hot ny Di nng lng s dng ca ờtect Ge ng trc l 50 keV n hn 10 MeV ờtect Ge ng trc in cc ngc ờtect in cc ngc ( REGe ) [1] khỏc vi cỏc ờtect ng trc thụng thng khỏc ú l in cc ca ờtect REGe ngc vi ờtect ng trc thụng thng ú in cc loi P, ( B c nuụi cy ion ) bờn ngoi v tip xỳc loi N ( khuch tỏn Li ) bờn u im cho b trớ in cc ny: dy ca s v chng hng húc bc x ờtect Ge di rng XtRa ờtect Ge di rng XtRa [1] l mt etect Ge ng trc cú mt tip xỳc ca s mng nht trờn mt trc m rng di nng lng xung ti keV Cỏc ờtect ng trc thụng thng cú tip xỳc khuch tỏn Li in hỡnh vi dy gia 0,5 v 1,5 mm Lp cht ny dng hu ht cỏc photon cú nng lng di 40 keV ờtect ging Gecmani ờtect ging Ge [1] cung cp hiu sut cao cho cỏc mu nh gn nh c bao quanh bng vt liu ờtect hot ờtect ging c ch to bng mt l ct li ớt nht 5mm dy ờtect hot ti ỏy ca ging ờtect ging c ch to t Ge cú tinh khit cao cú th c chuyn v bo qun ti nhit phũng m khụng b hng 1.2 Hiu sut ghi ca ờtect Trong cỏc bi toỏn phõn tớch v o ph gamma, thng quan tõm ti hiu sut ghi ng vi nh hp th ton phn Hiu sut ghi ng vi nh hp th ton phn thng c gi l hiu sut ghi tuyt i, c xỏc nh theo cụng thc sau: abs ( E ) N AI r tm (1.1) 1.3 phõn gii nng lng Thng giỏng ca cỏc ngun cú th c xỏc nh bi biu thc[10] I2 P2 E2 C2 Trong ú l tng thng giỏng nng lng c o bng ph k I thng giỏng nng lng rng mc nng lng (1.3) P thng giỏng vic to cp in t l trng ờtect [10] P 2.355 F / E (1.4) ú : E l nng lng bc x gamma, F l h s Fano phn ỏnh mc giỏn on ca s truyn nng lng bc x ion húa cho cỏc cp phn t ti in, l nng lng cn thit to cp in t l trng C thng giỏng s ghi nhn cỏc in tớch etect [10] C C.E ( C l h s t l C const ) (1.5 ) e thng giỏng nhiu in t vic x lớ cỏc xung [10] e A ( A l hng s t l ) ( 1.6 ) Trong cỏc trng hp cú th b qua thng giỏng rng mc nng lng [10]: Suy P2 C2 E2 P2 E C E A2 P2 E C E A2 ( 1.7 ) (1.8) 1.4 T s b rng nh Bờn cnh vic xỏc nh FWHM ca nh ph, thỡ b rng ca nh ph cũn c o bng thụng s khỏc l FWTM, l b rng ti 1/10 chiu cao Ngi ta a t s FWTM/FWHM lm thụng s ỏnh giỏ hỡnh dng ca ph [8] i vi nh Gauss lớ tng thỡ t s ny l 1,82 cũn thc t t s ny nh hn 1,9 chNG PHNG PHP THC NGHIM 2.1 S h ph k gamma bỏn dn BEGe- Canberra Cht lng ca mt h ph k c ỏnh giỏ bi cỏc thụng s: Hiu sut ghi, phõn gii nng lng (FWHM), di nng lng cú th ghi nhn, t s nh trờn phụng, tuyn tớnh v n nh ca ADCH ph k gamma bỏn dn BEGe Canberra gm: bung chỡ, ờtect bỏn dn Ge gii nng lng rng (BEGe), cỏc h in t nh tin khuch i, khuch i ph, b bin i tng t s (ADC) , mỏy phõn tớch biờn nhiu kờnh (MCA), ngun nuụi cao ỏp Hỡnh 1b S h ph k gamma bỏn dn BEGe - Canberra ờtect BEGe Khuch i tuyn tớnh Ngun nuụi cao ỏp Mỏy phõn tớch biờn nhiu kờnh Tin khuch i Mỏy tớnh Mỏy phỏt xung chun 2.2 Mt s thụng s k thut c trng ca h ph k gamma bỏn dn BEGe Canberra 2.2.1 ờtect BEGe Cú di nng lng rng t keV ti MeV[6] phõn gii nng lng vựng nng lng thp ca BEGe tng ng vi phõn gii nng lng ca ờtect Ge nng lng thp, phõn gii nng lng vựng nng lng cao tng ng vi phõn gii nng lng ca ờtect i xng trc cht lng tt Quan trng nht l BEGe cú hỡnh dng ngn v to giỳp tng hiu sut ghi di MeV cho mu cú cu trỳc hỡnh hc in hỡnh Hỡnh dng ờtect c chn cho hiu sut ghi ti u i vi cỏc mu thc t di nng lng l quan trng nht phõn tớch ph gamma Trong lun ny s dng etect bỏn dn Gecmani gii nng lng rng ( BEGe ) model BE5030l, s Seri 12078311, vi tinh th cú ng kớnh 80.5mm, din tớch 5000 mm2, chiu dy 31mm, lm lnh bng in cn 24 gi lm lnh ờtect t nhit phũng 300K xung nhit lm vic ca h l 90K, etect hóng Canberra sn xut 2.2.2 Bung chỡ gim bt phụng cỏc ng v phúng x t nhiờn v nhõn to phõn b xung quanh ờtect lm nh hng ti kt qu phõn tớch ph gamma o c, iu tt yu l phi cú vt liu che chn thớch hp Vi ờtect BEGe dng thng ng s dng bung chỡ cú v ngoi lm bng thộp cacbon phụng phúng x thp dy 9,5 mm, phn chỡ phụng thp dy 10cm, lp che chn bờn lm bng km cú phụng phúng x dy 1mm v ng tinh khit dy 1,6 mm, trng lng 950 kg 2.2.3 Khi tin khuch i Tin khuych i c ni trc tip vi ờtect Kh nng tc m >~ 30000 s m / s (60Co ), li vo cao th cung cp cho ờtect t n kV DC, li cm cao th 12V, n nh h s khuch i