Đầu dò bán dẫn và ứng dụng

NGUYN XUN HI u dũ bỏn dn v ng dng Sách dùng nội để tặng sinh viên H NI 2010 Mc lc Mc Chng Mt s c s 1.1 Bc x in t 1.2 S phỏt trin ca phộp o ph tia X v tia 1.2.1 S phỏt trin ca u dũ bc x 1.2.2 Cỏc chun nng lng 1.3 Ngun gc, c im ca tia X v tia gamma 1.3.1 Tia X 1.3.2 Tia gamma 1.3.2.1 Mt s quỏ trỡnh lm ht nhõn b kớch thớch 1.3.2.2 Phõn ró ca ht nhõn kớch thớch 1.4 Tng tỏc ca photon vi vt cht 1.4.1 Hp th quang in 1.4.2 Tỏn x compton 1.4.3 To cp 1.4.4 Cỏc quỏ trỡnh tng tỏc khỏc 1.4.5 S suy gim ca s photon 1.5 X lý s liu thng kờ 1.5.1 Xỏc sut phõn b 1.5.1.1 Phõn b Gauss 1.5.1.2 Phõn b Poisson 1.5.2 Giỏ tr trung bỡnh v lch chun 1.5.3 tin cy ca phộp o v s liu thu c 1.5.3.1 tin cy 1.5.3.2 Truyn sai s 1.5.3.3 Tng quan gia cỏc i lng 1.5.4 Gii hn phỏt hin 1.6 Cỏc phng phỏp khp 1.6.1 Khp bỡnh phng ti thiu tuyn tớnh 1.6.2 Khp bỡnh phng ti thiu phi tuyn 1.6.3 Ni suy v lm trn s liu 1.6.4 Cht lng khp s liu Chng Thit lp thc nghim 2.1 u dũ 2.1.1 c im chung ca u dũ phụtụn 2.1.2 Quỏ trỡnh vt lý cỏc u dũ bỏn dn 2.1.3 phõn gii 2.1.4 Cỏc kiu u dũ 2.1.5 Lp rỏp u dũ 2.1.6 Cỏc nh hng n biờn xung ca u dũ 2.1.7 Cỏc c trng k thut ca u dũ 2.1.8 Tiờu chun chn u dũ 2.2 Cỏc in t 2.2.1 Cao th 2.2.2 Tin khuch i Trang 6 7 10 11 11 14 14 17 22 22 23 25 26 26 27 27 28 29 30 31 31 32 33 34 36 36 39 40 41 44 44 44 45 47 49 51 54 55 56 58 58 58 2.2.3 Khuch i 2.2.4 ADC v lu tr s liu 2.2.5 Thi gian tng v chng chp xung 2.2.6 S dng mỏy phỏt xung 2.2.7 S n nh ca h s khuch i v n nh khụng 2.3 Cỏc ngun tia X v gamma 2.3.1 Cỏc loi ngun 2.3.2 Cỏc c trng ca ngun 2.3.3 Bc x th cp 2.3.4 Cỏc ngun chun 2.3.4.1 Cỏc ngun chun v ti liu tham kho 2.3.4.2 Cỏc phộp o hot tuyt i 2.3.4.3 Cỏc ngun chun c bit 2.4 B trớ ngun - u dũ 2.4.1 V trớ ngun 2.4.2 Hỡnh hc cỏc ngun th tớch 2.4.3 Giỏ mu 2.4.4 Hp th 2.4.5 Chun trc 2.4.6 Che chn 2.5 Kim tra hiu sut 2.5.1 Hiu sut 2.5.2 ỏnh giỏ phõn gii nng lng v hỡnh dng nh 2.5.3 Kim tra tinh th ca u dũ 2.5.4 Ca s v cỏc lp cht 2.5.5 ỏnh giỏ phụng 2.5.6 Qui trỡnh kim tra Chng Phõn tớch ph v cỏc phộp o nng lng 3.1 Hỡnh dng ca ph v cỏc nh 3.1.1 Hỡnh dng ca ph 3.1.2 Hỡnh dng ca ph phụng 3.1.3 Hỡnh dng ca cỏc nh 3.2 Xỏc nh v trớ nh 3.3 ỏnh giỏ nh 3.3.1 Cỏc phng phỏp ỏnh giỏ din tớch nh n gin 3.3.2 Tớnh din tớch bng khp nh 3.3.3 Phõn tớch cỏc nh chp 3.3.4 Hỡnh dng v phõn tớch cỏc nh tia X 3.4 Chun nng lng 3.4.1 Thang nng lng 3.4.2 Hm chun nng lng 3.5 Cỏc phộp o nng lng 3.5.1 Qui trỡnh o nng lng 3.5.2 Cỏc phộp o nng lng chớnh xỏc 3.5.2.1 Thit k thc nghim 3.5.2.2 Cỏc hiu ng v trớ ngun 3.5.2.3 Khp s phõn ró 60 62 63 64 64 65 65 66 67 68 68 69 70 71 71 73 74 74 76 78 79 80 80 82 83 84 88 90 90 91 95 99 103 105 105 106 109 110 112 112 114 115 115 117 117 119 120 Chng Chun hiu sut v xỏc nh tc phỏt 4.1 Cỏc phng phỏp chun hiu sut v giỏ tr cỏc i lng vt lý o c 4.1.1 Tớnh hiu sut 4.1.2 Cỏc phộp o hiu sut 4.2 Chun hiu sut theo nng lng 4.2.1 Hiu sut vựng t 60 keV n MeV 4.2.1.1 Ngun chun 4.2.1.2 Cỏc hm khp 4.2.1.3 So sỏnh v ỏnh giỏ tin cy 4.2.2 Hiu sut di 60 keV 4.2.2.1 Cỏc ngun chun 4.2.2.2 Cỏc hm khp 4.2.2.3 Sai s 4.2.3 Chun hiu sut trờn MeV 4.2.3.1 Cỏc ngun chun 4.2.3.2 Cỏc hm khp 4.2.3.3 Hiu sut cỏc nh thoỏt 4.3 Tng hiu sut 4.3.1 Cỏc tớnh toỏn 4.3.2 o hiu sut 4.4 S thay i hiu sut theo hỡnh hc gia ngun v u dũ 4.4.1 Hiu sut vi ngun im cỏc khong cỏch khỏc 4.4.2 Hiu sut vi cỏc ngun din tớch 4.4.3 Cỏc ngun th tớch 4.5 Hiu chnh hiu ng trựng phựng tng 4.5.1 Hiu chnh vi s phõn ró n gin 4.5.2 Hiu chnh vi s phõn ró phc 4.5.3 Tớnh toỏn cho cỏc ngun m rng 4.5.4 Kt qu tớnh toỏn hiu chnh mt s trng hp c bit 4.5.5 Tớnh tt yu cn phi hiu chnh ca thc nghim 4.6 Hiu chnh thi gian cht v chng chp 4.6.1 Hiu chnh thi gian cht 4.6.2 Hiu ng chng chp 4.6.3 Hiu chnh chng chp da vo o thi gian cht 4.6.4 Phng phỏp hiu chnh dựng mỏy phỏt xung 4.7 Hiu chnh s suy gim ca phụtụn 4.8 Xỏc nh tc phỏt Chng Cỏc ng dng 5.1 Cỏc chng trỡnh mỏy tớnh cho phõn tớch ht nhõn phúng x 5.1.1 c im chung 5.1.2 Cỏc quỏ trỡnh chun 5.1.2.1 Chun nng lng v phõn gii 5.1.2.2 Cỏc hm hiu sut 5.1.2.3 Cỏc hm dng nh 5.1.3 Th vin cỏc s liu phõn ró 5.1.4 Cỏc thao tỏc trc khp nh 121 121 122 123 125 125 125 129 131 132 132 135 140 141 141 144 144 145 145 146 147 147 150 153 154 154 155 157 158 161 162 162 163 165 167 169 172 175 175 175 176 176 178 178 178 178 5.1.5 Phõn tớch nh v nhn din cỏc ht nhõn phúng x 5.1.6 Tớnh toỏn hot tng ng vi tng ht nhõn phúng x 5.1.6.1 Phng phỏp c bn 5.1.6.2 Phõn tỏch ma trn ht nhõn-nh v tớnh hot 5.1.6.3 ỏnh giỏ tin cy 5.1.7 Phõn tớch cú la chn 5.2 Mt s vớ d v phõn tớch nguyờn t v ht nhõn phúng x 5.2.1 Kim tra sch phúng x 5.2.2 Phõn tớch kớch hot 5.2.3 Phõn tớch tia X 5.2.4 Kim tra nhiờn liu ht nhõn 5.2.4.1 o Uran 5.2.4.2 Phõn tớch Plutụni 5.3 Cỏc phng phỏp c bit 5.3.1 o phụng thp 5.3.2 o iu kin hot cao 5.3.3 Phõn tớch thnh phn ph Chng S liu nguyờn t v ht nhõn 6.1 Cỏc h s suy gim 6.2 S liu liờn quan ti cỏc mc nguyờn t 6.3 S liu ht nhõn 180 182 182 183 185 185 187 187 189 192 195 195 196 200 200 203 204 206 206 211 211 Li ta: Quyn sỏch ny c biờn son trờn c s quyn Gamma-And X-Ray spectrometry with semiconductor detectors ca tỏc gi Klaus Debertin v Richard G Helmer V c bn nhng ni dung chớnh v cu trỳc ca sỏch c gi nguyờn Nhng thụng tin mi v thit b v s liu cng c cp nht Theo kinh nghim ca cỏc tỏc gi thỡ õy l mt ti liu tham kho rt tt v ghi o bc x vi cỏc u dũ bỏn dn mc chuyờn sõu i vi cỏc sinh viờn i hc, cao hc v nghiờn cu sinh ngnh vt lý nguyờn t v ht nhõn Quyn sỏch cng cú th xem l mt ti liu cm nang v ghi o bc x s dng cỏc u dũ bỏn dn cỏc phũng thớ nghim Trong ln biờn dch v xut bn u tiờn, thi gian cú hn nờn nhng kin thc v s dng cỏc chng trỡnh o v x lý mi nh Geni 2K, Gammavision cha c cp nht Nhng kin thc ny s c b sung cp nht thi gian gn nht m bo tớnh thi s ca mt quyn cm nang v s dng u dũ bỏn dn ghi o bc x Lt, 2011 Nguyn Xuõn Hi Chng Mt s c s 1.1 Bc x in t Ph ca tia v tia X l ch c cp chớnh chuyờn kho v l mt phn nh ca bc x in t Mi bc x in t c mụ t bng bc súng , tn s hoc nng lng E Trong chõn khụng mi liờn h gia cỏc i lng ny nh sau: . = c v E = h. ú c l tc ca bc x in t, h l hng s Plank Súng radio thng c mụ t theo n v tn s (MHz), cỏc bc x trung gian c mụ t theo bc súng (cm) cũn tia v tia X c mụ t theo nng lng (keV) mụ t nh lng bc x, cú th s dng tng nng lng hoc s lng ca tng loi bc x (cỏc photon) Hỡnh 1.1 Phõn loi bc x in t Biu din cng bc x phỏt t mt ngun theo bc súng, tn s hoc nng lng, phõn b (ph) s cú dng liờn tc (hỡnh 1.2a), ri rc (hỡnh 1.2b) hoc kt hp c hai dng (hỡnh 1.2c) Mi vch ph bt ngun t s dch chuyn gia cỏc trng thỏi cú nng lng riờng bit ca h (c mụ t thuyt lng t) Ban u, h trng thỏi cú mc nng lng xỏc nh sau ú phõn ró v cỏc trng thỏi cú mc nng lng thp hn Cú hai nguyờn nhõn chớnh to ph liờn tc Nguyờn nhõn th nht: cỏc trng thỏi nng lng ca h l ri rc nhng khong cỏch gia cỏc mc quỏ nh, cỏc bc x xut hin cú nng lng phõn b gn nh liờn tc iu ny thng xy i vi cỏc ht nhõn b kớch thớch nng lng cao (vi MeV) ti ú khong cỏch gia cỏc trng thỏi cú th nh hn rt nhiu so vi phõn gii ca thit b o Nguyờn nhõn th hai: bc x c to t cỏc quỏ trỡnh ngu nhiờn hoc bc x phỏt cỏc electrụn nng lng cao b hóm rt nhanh in trng Khi xột mt ph, cỏc thnh phn sau thng c cp: Nng lng ca bc x, rng ca vch ph, Biờn ca vch ph, Phõn b biờn phn ph liờn tc Hai nguyờn nhõn chớnh úng gúp vo rng ca vch ph l bn cht ca bc x ( rng t nhiờn) v úng gúp ca thit b o Mc dự ph tt c cỏc bc x u cú mt rng nht nh nhng rng ny nh hn phõn gii ca thit b o rt nhiu Trong thc nghim vt lý ht nhõn, rng ca vch ph thu c ch yu ph thuc vo phõn gii ca thit b o Hỡnh 1.2 Mụ t chung cỏc ph bc x in t: (a) ph liờn tc; (b) ph vch; (c) ph vch v ph liờn tc; (d) ph vch b vi gii hn phõn gii ca thit b o Khi thit b o cú phõn gii hn ch, rng vch ph o c s ln hn nhiu so vi rng thc ca vch ph, cỏc cu trỳc bi cú th khụng c nhn thy v s liu cú th b gii thớch sai Vi thit b cú phõn gii cao, cỏc nh thu c hp hn, thụng tin thu c cú tin cy cao hn hn Tuy nhiờn, ch to cỏc thit b cú phõn gii cao ũi hi phi cú cụng ngh cao v ú giỏ thnh thit b cng t hn Biờn hoc cng (th hin qua din tớch nh) ca mt thnh phn ph b nh hng bi vựng di nh hoc phõn b liờn tc Trong hu ht trng hp, din tớch cỏc nh ph thuc mnh vo hiu sut theo nng lng ca thit b o thu c giỏ tr ban u, cn phi hiu chnh din tớch thu c theo hiu sut ghi ca thit b o Thit b o v cỏc tng tỏc luụn gõy s khỏc bit gia ph nguyờn thy v ph thu c ca cỏc thit b o Vớ d quan sỏt ỏnh sỏng mt tri, quang ph gc l quang ph ri b mt mt tri nh sỏng t mt tri i qua khụng gian ri n ngi quan sỏt trờn mt t nờn rt nhiu photon b tỏn x hoc hp th bi cỏc ht khụng gian hay bu khớ quyn Vỡ vy, quang ph ti dng c o trờn b mt trỏi t s khỏc vi quang ph gc Mt khỏc, bn thõn dng c o cng a mt ph khỏc vi quang ph m nú ghi nhn V mt toỏn hc, ph thu c l hp ca cỏc ph ghi nhn tng ng vi chc nng ca thit b Thụng thng, thit b o thng i mt ph vch thnh hp cỏc vch v cỏc thnh phn liờn tc Nhim v ca ngi lm thớ nghim l phi hiu chnh cỏc ph phc a thụng tin chớnh xỏc v c im ca ngun phỏt hay i tng o 1.2 S phỏt trin ca phộp o ph tia X v tia Nh s phỏt trin ca thit b o, ngy phộp o ph ó cú nhng tin b ỏng k Giai on u, cỏc u dũ cũn khỏ thụ s v ch cú th dựng xỏc nh s hin din ca bc x; giai on th hai cỏc u dũ cú th o c cng bc x nhng thụng tin v nng lng cung cp c cũn rt hn ch Ngy nay, cỏc u dũ hin i cú phõn gii tt, hiu sut ghi cao cho phộp o c chớnh xỏc cng v nng lng ca bc x 1.2.1 S phỏt trin ca u dũ bc x Vo nm 1895 Roentgen ó bt u o cỏc tia X ụng phỏt hin chỳng phỏt t ng phúng in cha khớ Nhng phộp o tia X u tiờn s dng cỏc phng phỏp hunh quang, chp nh v bung ion hoỏ Do bc súng ca tia X ngn nờn phng phỏp tỏn sc quang ph khụng s dng c xỏc nh di bc súng (bc súng c 0.1 nm) Sau ú Bragg khỏm phỏ rng cú th s dng mt phng ca tinh th t nhiờn cú sch cao lm tinh th nhiu x Phng phỏp ny c gi l phng phỏp nhiu x Bragg, phng phỏp Bragg cú th quan sỏt c cu trỳc liờn tc v cu trỳc vch ca ph Vo thi im ú, cỏc nghiờn cu v tia cng c tin hnh Nm 1896, Becquerel tỡnh c phỏt hin hin tng phúng x t nhiờn nh s lm en phim nh ca bc x phỏt Nm 1900, Villard thy rng tia phúng x t nhiờn cú tớnh cht õm xuyờn ging nh ht v nhng ng i khụng b lch t trng v in trng Thnh phn mi ny c gi l tia Sau nhng quan sỏt u tiờn tia X v tia bng phim nh, nhng tin b o c ó dn n s phỏt trin a dng ca cỏc loi ng m cha khớ vo u nm 1908 (Rutherford v Geiger 1908) So vi chp nh, cỏc ng m khớ cho phộp o v xỏc nh nhanh chúng s hin din ca bc x (khụng phi i phim) Vi cỏc tia X v tia cú nng lng thp cú th gõy hiu ng quang in, electrụn th cp sinh cú th b hp th hon ton th tớch khớ, nờn ng m t l cú th o ph ca cỏc tia X v nng lng thp Nhỡn chung cỏc thit b ghi nhn ny ch cho phộp xỏc nh c s s kin xy ng m ch khụng xỏc nh c nng lng ca cỏc photon Hỡnh 1.3 Ph Co60 o bng u dũ bc x nhp nhỏy NaI(Tl) Vo khong nm 1948 (Hofstadter 1948), u dũ NaI(Tl) i ó mang li nhng thay i cn bn phộp o ph tia X v Cỏc u dũ nhp nhỏy cú kh nng o ph nng lng trờn mt di rng Sau mt thi gian phỏt trin, cỏc nh sn xut ó ch to c nhng tinh th kớch thc ln cú kh nng hp th mt t l ln cỏc photon ti, thm vi cỏc nng lng trờn MeV u im ca u dũ nhp nhỏy so vi ng m cha khớ l phõn gii tt hn (FWHM c 7% 45 keV nng lng 662 keV ca tia ), hiu sut ghi cao, hot ng n nh, tinh th bn vng v mt vt lý v hoỏ hc S phõn gii tt ca cỏc u dũ nhp nhỏy cho phộp quan sỏt cỏc nh tỏch bch nng lng ca cỏc photon khỏc rừ rng Hỡnh 1.3 minh ph biờn ca cỏc tia gamma t phõn ró ca ngun 60Co, phõn b liờn tc vựng nng lng thp l tỏn x compton, cỏc tia gamma sau tỏn x ó bay u dũ nờn ch cú mt phn nng lng ca tia gamma c hp th Ban u, ph thu t u dũ NaI(Tl) c x lý bng cỏch tớnh din tớch cỏc nh nng lng ton phn Sau ú, phng phỏp khp ton ph bng mt nhúm cỏc thnh phn ó c xem l phng phỏp chun Mi thnh phn tng ng vi mt hoc mt nhúm cỏc tia gamma phỏt t nhõn phúng x (Davidon 1959, Burrus 1960, Salmon 1961, Salmon 1964, Schonfeld 1965 v Helmer 1967) Song song vi s phỏt trin o ph dựng u dũ nhp nhỏy NaI(Tl), cỏc phng phỏp khỏc cng c phỏt trin nghiờn cu cỏc dch chuyn gamma Ht nhõn trng thỏi kớch thớch tr v trng thỏi c bn ngoi phỏt tia gamma cũn phỏt electrụn bin hoỏn ni, ú cỏc tnh in k cng c dựng nghiờn cu c im ca dch chuyn gamma Mc dự vy, rt ớt tnh in k (electrostatic spectrometers) c thit k o ph cỏc electrụn nng lng thp, cỏc nghiờn cu ch yu trung vo thit k ph k cú t trng bin thiờn hi t v tỏch cỏc electrụn theo cỏc nng lng khỏc giai on ny, cỏc ph k t cú nhiu u im hn so vi cỏc ph k vỡ: - Cỏc ph k t cú th tỏch ton b cỏc electrụn bc x gamma, ng thi m bo c tớnh cht c trng ca bc x - a s cỏc ph k t cú phõn gii (FWHM) tt hn 1% (nh hn keV 662 keV), phõn gii ny tt hn so vi cỏc u dũ NaI(TI) Vo u nhng nm 60, ph k nhiu x c a vo s dng Nguyờn tc hot ng ca ph k ny da trờn hin tng nhiu x Bragg ca tia gamma trờn b mt cỏc tinh th hỡnh tr hoc phng Cỏc ph k ny cú phõn gii rt cao c bit l vựng nng lng thp (FWHM c eV 100 keV) Hn ch ca ph k ny l hiu sut rt thp nờn ch c s dng cỏc phộp o vi cỏc ngun cú hot ln Trong thi i ca cỏc u dũ NaI(TI), ph k tinh th ch yu c dựng o chớnh xỏc nng lng ca cỏc tia gamma phỏt t mt s ớt ng v phúng x Cú th tham kho thờm v s phỏt trin ca ph k tinh th cỏc ti liu ca Dumond (1955), Piller (1973) hoc Borchert (1975, 1986) u dũ nhp nhỏy ó thu c nhng thnh cụng nht nh song tn ti nhng hn ch cn phi khc phc Cỏc nghiờn cu ch to u dũ bng vt liu cú t trng ln ó dn n s i ca u dũ bỏn dn Ge(Li) vo khong nm 1962 (tham kho Pell 1960, Freck v Wakefield 1962, Webb v Williams 1963, Tavendale v Ewan 1963) nõng cao hiu sut thu gúp cỏc ht mang in th cp, u dũ bỏn dn cn c ch to bng cỏc vt liu n tinh th Thc t, nuụi cy cỏc n tinh th cú th tớch ln l rt khú nờn ch cú cỏc n tinh th Si v Ge c s dng ch to cỏc u dũ cú th tớch ln v phõn gii cao u dũ Ge c s dng o nng lng di rng cũn u dũ Si ch yu c s dng o cỏc photon nng lng thp Cỏc u dũ bỏn dn u tiờn cú phõn gii khong keV v hin l nh hn keV nng lng 1332 keV S ci thin phõn gii lờn 10 ln ca u dũ bỏn dn so vi u dũ NaI(Tl) cú ý ngha rt ln nghiờn cu v ng dng ca phộp o ph gamma u dũ bỏn dn ó cho phộp cỏc nh ph hc phõn tớch hu ht cỏc nhúm nng lng ca cỏc tia gamma n nng xut hin ph S phỏt trin ca u dũ Si l song song vi u dũ Ge Tuy nhiờn Si d ch to hn nờn thc t u dũ Si i sm hn Cỏc u dũ Si u tiờn cú kớch thc rt mng v s dng th nng hng ro mt Cỏc u dũ ny thớch hp cho o ph cỏc ht mang in hoc cỏc photon nng lng thp khong vi chc keV Vi cỏc u dũ Ge(Li), hn ch ln nht l chỳng cn phi bo qun thng xuyờn nhit nit lng Hn ch ny ó c khc phc u dũ bỏn dn Ge siờu tinh khit i, cỏc u dũ ny cú th bo qun c nhit phũng u dũ bỏn dn Ge siờu tinh khit i ó thay th cỏc u dũ Ge(Li) v vic sn xut cỏc u dũ ny M ó b dng li vo khong nm 1983 Sau s thnh cụng ch to cỏc u dũ bỏn dn Si v Ge, cỏc nghiờn cu ch to u dũ bỏn dn bng cỏc vt liu cú s Z cao hn ó c nghiờn cu Mayer (1966), Sakai (1982) ó cp n ch to u dũ bng cỏc vt liu GaAs, CdTe v HgI2 u dũ ch to bng cỏc vt liu ny cú kh nng hot ng nhit phũng Tuy nhiờn kh nng ng dng ca cỏc u dũ ny cũn hn ch kớch thc nh, phõn gii v kh nng sn xut thng mi 1.2.2 Cỏc chun nng lng Trong cỏc phộp o nng lng, cn thit phi cú mt thang nng lng lm chun cỏc vch o c cn c vo ú tham kho Vi tia X v tia gamma thang nng lng c tớnh theo n v kiloelectrụn volt (keV) Vo thp niờn 50 v 60 ca th k trc, nhng ngi s dng ph k tinh th (hỡnh tr) ó s dng t s nng lng gia tia X v tia gamma lm thang chun, chớnh xỏc c ỏnh giỏ cao hn so vi thang keV hoc thang bc súng cú n v m bo chớnh xỏc ca cỏc t s nng lng o c, bc súng ó c phõn loi da trờn n v A0 Cỏc nng lng o da trờn thang n v A0 cú giỏ tr rt chớnh xỏc chn mt nng lng gamma lm giỏ tr tham kho, Marray v cng s (1963, 1965) ó s dng tnh in k cú chớnh xỏc cao o nng lng ca tia gamma phỏt (411 keV) t phõn ró ca 198Au so sỏnh vi gamma 511 keV sinh quỏ trỡnh hu electrụn-pụsitrụn Nng lng ca tia gamma sinh hu cp c xỏc nh bng cỏc hng s c bn vỡ vy nng lng 411 keV cng c biu din theo cỏc hng s ny Bng 1.1 trỡnh by cỏc giỏ tr o ca vch 411 keV v 511 keV thi gian t nm 1963 n nm 1978 Bng 1.1 Cỏc giỏ tr o nng lng ca 198Au v m0c2 Nng lng Tham kho Nng lng m0c2 Tham kho gamma ca 198Au Cohen (1955) 411.770(10) Murray (1963) 510.976(7) Cohen and DuMond 411.795(9) Murray (1965) 511.006(5) (1963) Taylor (1969) 411.794(8) Greenwood (1970) 511.0041(16) khụng 411.8044(11) Kessler (1978) ph thuc m0c Tnh in k v ph k tinh th cong ó cung cp nhng kt qu rt chớnh xỏc vựng nng lng thp cung cp cỏc vch chun vựng nng lng cao hn (500 keV n 3500 keV), cn phi s dng cỏc phng phỏp khỏc u tiờn, cỏc u dũ Ge ngi ta ó s dng cỏc nh thoỏt n E-m0c2 v thoỏt ụi E-2m0c2 lm cỏc vch chun xỏc nh nng lng ca tia gamma E Trong trng hp thit b o cú tuyn tớnh tt, cú th s dng cỏc chun nng lng di 500 keV xỏc nh chớnh xỏc nng lng ca cỏc tia gamma di hoc MeV (Gunnink 1968 v White 1968) Hn ch ca phng phỏp ny l s tuyn tớnh ca h o khụng m bo lm khong cỏch gia cỏc nh ton phn, nh thoỏt n v nh thoỏt ụi Phng phỏp ny cú chớnh xỏc khụng cao nờn sau ú ó c thay th bng phng phỏp dựng mỏy phỏt xung cú biờn chớnh xỏc (Alkemade (1982) v Kennett (1983)) Phng phỏp th hai l s dng mỏy phỏt xung cú biờn xung chớnh xỏc Bng cỏch phỏt cỏc xung gn nh gamma quan tõm, ta cú th s dng t s biờn ca cỏc nh phỏt xỏc nh t s nng lng ca hai tia gamma V mt lý thuyt, phng phỏp ny cú th s dng m rng thang nng lng n giỏ tr bt k (xem cỏc vớ d ca Strauss 1969) Hn ch ca phng phỏp l khụng th to c mỏy phỏt cỏc xung cú dng ging 10 303.924(3) f 400.657(2) f 36 38 39 41 41 40 41 42 85 Kr 85 Sr 88 Y 93 Nbm 94 Nb 95 Zr 95 Nb 99 Mo 10.71(2) nm 514.0076(22)e 64.849(4) ngy (X)13.336 (X)13.395 (X)15.0 514.0076(22)e 106.630(25) ngy (X)14.098 (X)14.165 (X)15.8 898.042(4) 1836.063(13) 2734.086(15) 16.13(14) nm (X)16.521 (X)16.615 (X)18.7 30.76(7) 20.0(25).103 nm 702.645(6) 871.119(4) 63.98(6) ngy 724.199(5) 756.729(12)a 34.975(7) ngy 765.807(6) b 1.34(2) 11.56(15) CE, CP CE, CP Cỏc gamma khỏc LMRI 0.437(11) CE CH, NCRP 17.1(4) 33.0(7) 8.66(24) 98.0(10) CE, CP Mt gamma khỏc CH, LMRI 17.5(7) 33.7(13) 9.1(4) 94.1(5) 99.36(5) 0.61(2) CE, CP CE, CP CE Cỏc gamma khỏc v 511 CH, LMRI 9.3(4) i 1.8 (1) i 0.00056(2) CH, TRI 99.814(6) 99.892(3) CE, CP CE, CP LMRI 44.15(15) 54.50(25) CE CE Cỏc gamma khỏc CH, LMRI 99.80(2) 2.747(1) ngy CE, CP Cỏc gamma khỏc LMRI 227 43 99 44 103 Ru 44 106 Ru 46 48 46 Tcm 108 Agm 109 110 Cd Agm cõn bng vi ht nhõn 99Tcm (6.007gi) (X)18.251 3.17(16) (X)18.367 6.1(3) (X)20.7 1.82(9) 40.58347(17)c 1.17(5) CE d 140.511(1) 91.0(3) CE 181.090(13) 6.09(10) 739.47(6) 12.28(10) 777.88(7) 4.37(6) Rt nhiu cỏc gamma khỏc 6.007(12) gi LMRI (X)18.251 2.12(13) (X)18.367 4.06(24) (X)20.7 1.22(8) 140.511(1)d 89.0(2) CE Cỏc gamma khỏc 39.255(15) ngy LMRI (X)20.074 2.44(13) (X)20.216 4.63(23) (X)22.8 1.44(8) 497.080(13) 89.5(6) 610.33(2) 5.64(18) Rt nhiu gamma khỏc 372.6(10)ngy LMRI 106 Cõn bng vi ht nhõn Rh (30giõy) 511.860(3) 20.5(5) 621.8(1) 9.95(18) 1050.4(1) 1.47(4) 127(21) nm TRI (X)21.020 18.3(8) (X)21.177 34.8(13) (X)23.9 11.0(5) 433.936(4) 90.5(6) CE 614.281(4) 89.8(19) CE 722.929(4) 90.8(19) CE 462.6(7) ngy CH, LMRI (X)21.990 29.1(10) (X)22.163 55.1(18) (X)25.0 17.8(7) a 88.0341(11) 3.65(6) CE, CP 249.8(1) ngy LMRI 228 446.811(3) 620.360(3) 657.7622(20) 677.6227(20) 687.015(3) 706.682(3) 744.277(3) 763.944(3) 818.031(4) 884.685(3) 937.493(4) 1384.300(4) 1475.788(6) 1505.040(5) 1562.302(5) 49 50 53 111 113 In Sn 123 I 2.8047(5) ngy (X)22.984 (X)23.174 (X)26.2 171.28(3) 245.35(4) 115.09(4) ngy (X)24.002 (X)24.210 (X)27.4 255.07(5) 391.702(4) i 13.21(3) gi (X)27.202 (X)27.472 (X)31.2 158.97(5) 528.96(5) 3.68(3) 2.79(2) 94.37(10) 10.48(10) 6.44(3) 16.68(5) 4.65(6) 22.45(7) 7.30(4) 72.7(3) 34.26(12) 24.2(1) 3.98(3) 13.05(6) 1.18(1) CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE Rt nhiu cỏc gamma khỏc CH, LMRI 23.5(9) 44.4(16) 14.5(6) 90.2(3) 94.0(2) CP CP CH, LMRI 27.5(11) 51.9(19) 17.2(7) 1.90(10) 64.89(17) CE, CP Cỏc gamma khỏc LMRI 24.7(9) 46.0(16) 16.0(6) 83.3(3) 1.392(8) Rt nhiu cỏc gamma khỏc 51 124 Sb 60.20(3) ngy 602.730(3) 645.855(2) 713.781(5) 722.786(4) 968.201(4) 1045.131(4) 1325.512(6) LMRI 97.89(5) 7.42(5) 2.28(2) 10.80(6) 1.88(2) 1.82(2) 1.55(3) 229 CE CE CE CE CE CE CE 1368.164(7) 1436.563(7) 1690.980(6) 2090.942(8) 51 53 53 53 125 Sb 125 129 131 I I I 1007.7(6) ngy (X)27.202 (X)27.472 (X)31.2 35.4919(5) 176.334(11) 463.385(15) 600.560(20) 606.640(20) 635.895(20) 671.410(20) 59.6(5) ngy (X)27.202 (X)27.472 (X)31.2 35.4919(5) 1.57(4).107 nm (X)29.458 (X)29.779 (X)33.7 39.580(10) 8.021(1) ngy (X)29.458 (X)29.779 (X)33.7 80.183(16) 284.30(3) 364.480(20) 636.973(16) 722.893(16) 2.61(3) 1.20(3) 47.6(2) 5.48(5) CE CE CE CE Rt nhiu cỏc gamma khỏc CH, LMRI 13.2(8) 24.6(14) 8.5(5) 5.9(2) 6.90(10 10.40(10) 17.8(2) 5.00(7) 11.30(10) 1.81(3) CP CP CP CP CP Rt nhiu cỏc gamma khỏc CH, LMRI 39.7(14) 74.1(25) 25.7(10) 6.67(13) CP LMRI 20.0(6) 37.1(9) 13.2(4) 7.46(22) LMRI 1.37(5) 2.54(9) 0.90(4) 2.63(5) 6.20(6) 81.6(6) 7.12(6) 1.780(20) Nhiu gamma khỏc 52 132 Te 3.26(3) ngy (X)28.317 (X)28.612 (X)32.4 49.720(10) 111.76(8) 116.30(8) NCRP 20.7(11) 38.5(19) 13.5(7) 15.0(4) 1.75(5) 1.97(6) 230 228.16(6) 53 54 56 55 132 I 113 Xe 133 Ba 134 Cs 2.284(2) gi 505.91(9) 522.68(7) 630.27(6) 667.73(5) 669.86(7) 671.6(3) 726.8(4) 726.9(3) 772.68(5) 809.77(11) 812.28(8) 954.62(7) 1136.18(8) 1398.56(9) 1921.06(10) 5.244(7) ngy (X)30.625 (X)30.973 (X)35.2 79.6127(15)g 80.9975(10)g 10.57(4) nm (X)30.625 (X)30.973 (X)35.2 53.1610(15)g 79.6127(15)g 80.9975(10)g 276.4000(15)g 302.8527(10)g 356.0146(15)g 383.8505(15)g 88.2(18) TRI 5.02(19) 16.1(6) 13.8(6) 98.7(2) 4.9(8) 5.2(4) 2.2(6) 3.2(6) 76.2(18) 2.9(3) 5.6(5) 18.1(6) 3.02(17) 7.1(3) 1.18(9) Nhiu gamma khỏc LMRI 13.3(3) 24.6(5) 8.84(20) 0.27(3) 38.0(7) CE CE Cỏc gamma khỏc CH, LMRI 33.5(8) 62.0(13) 22.2(6) 2.20(4) 2.63(8) 34.1(5) 7.17(4) 18.32(7) 62.0(3) 8.93(6) 754.28(22) ngy CE, CP CE CE, CP CE, CP CE, CP CE, CP CE Cỏc gamma khỏc CH, LMRI 231 55 137 58 139 Ce 56 140 Ba 57 140 58 141 Ce 58 144 Ce Cs La 563.23(2) 8.38(3) 569.32(2) 15.39(5) 604.69(2) 97.63(3) 795.840(10) 85.52(3) 801.93(2) 8.70(2) 1167.92(2) 1.792(8) 65.16(2) 3.015(13) 30.25(11) nm CH, LMRI Cõn bng vi ht nhõn 137Bam (2.5 phỳt) (X)31.817 1.99(7) (X)32.194 3.68(12) (X)36.5 1.34(5) 661.660(3) 85.20(20) CE, CP 137.640(23) ngy CH, LMRI (X)33.034 22.8(9) (X)33.442 41.9(15) (X)37.9 15.4(6) 165.857(6) i 79.9(3) CE,CP 12.765(15) ngy LMRI 29.955(20) 13.9(3) 162.672(2) 6.20(6) 304.874(7) 4.32(4) 423.732(4) 3.12(4) 537.311(3) 24.0(3) Cỏc gamma khỏc 1.6783(5) ngy NCRP 328.761(8) 20.74(18) 487.01(9) 45.9(4) 715.83(8) 4.41(4) 815.766(16) 23.64(17) 867.846(20) 5.59(5) 925.189(21) 7.05(8) 1596.182(20) 95.40(8) 2521.38(4) 3.42(4) Nhiu gamma khỏc 32.50(2) ngy LMRI (X)35.550 4.74(18) (X)36.026 8.7(3) (X)40.8 3.26(13) 145.4441(14) 48.50(20) CE 285.00(20) ngy LMRI Cõn bng vi ht nhõn 144Pr (17 phỳt) 232 (X)35.550 (X)36.026 (X)40.8 80.106(5) 133.544(5) 696.510(3) 1489.160(5) 2185.662(7) 63 64 152 Eu 153 Gd 2.56(11) 4.69(19) 1.76(8) 1.12(13) 11.0(2) 1.340(20) 0.279(5) 0.700(10) 13.51(3) nm (X)39.522 (X)40.118 (X)45.5 121.7824(4) 244.6989(10) 344.2811(19) 411.126(3) h 443.965(4) h 778.920(4) 867.390(6) h 964.055(4) h 1085.842(4) h 1089.767(14)h 1112.087(6) h 1212.970(13)h 1299.152(9) h 1408.022(4) h 21.0(7) 38.0(11) 14.8(5) 28.40(15) 7.54(5) 26.52(18) 2.246(16) 3.10(2) 12.94(7) 4.23(3) 14.60(8) 10.09(4) 1.737(8) 13.56(6) 1.423(10) 1.630(10) 20.80(12) 241.6(2) ngy (X)40.902 (X)41.542 (X)47.0 69.6734(2) 97.4316(3) 103.1807(3) 34.6(12) 62.5(20) 24.5(9) 2.30(8) 27.6(15) 19.6(12) CE CE CE Nhiu gamma khỏc CH, LMRI CE, CP CE, CP CE, CP CE, CP CE, CP thoỏt ụi CE, CP CE,CP thoỏt ụi CE, CP CE CE, CP CE CE CE, CP Nhiu gamma khỏc TRI Cỏc gamma khỏc 63 154 Eu 8.558(8) nm CH, TRI, LMRI 233 (X)42.309 (X)42.996 (X)49.0 123.070(4) 247.968(7) 591.811(23) 692.485(17) 723.356(22) 756.808(22) 873.230(18) 996.329(18) 1004.775(21) 1274.54(3) 1596.582(20) 7.2(4) 13.0(6) 5.15(25) 40.5(10) 6.90(15) 5.02(5) 1.80(3) 20.0(5) 4.54(12) 12.20(20) 10.52(7) 18.17(20) 35.0(3) 1.82(3) Nhiu gamma khỏc 63 155 Eu 4.85(14) nm (X)42.309 (X)42.996 (X)49.0 45.2980(20) 60.0100(20) 86.062(5) 86.5430(20) 105.308(3) CH, NCRP 6.5(4) 11.8(7) 4.6(3) 1.28(10) 1.14(12) 0.151(19) 30.9(20) 20.6(14) Nhiu gamma khỏc 65 70 160 169 Tb Yb 72.3(2) ngy 86.7882(4)a 197.0352(11)a 215.6464(12)a 298.580(2) a 879.383(3) a 962.317(4) a 966.171(3) a 1177.962(4) a 1271.880(8) a TRI 32.022(8) ngy TRI CE CE CE CE CE CE CE CE CE Nhiu gamma khỏc 234 (X)49.773 (X)50.742 (X)57.6 63.1208(2) a 93.615(4) a 109.7802(3) a 118.1901(10)a 130.5239(4) a 177.2144(5) a 197.9581(6) a 261.0788(7) a 307.7382(8) a 69 73 77 170 Tm 182 Ta 192 Ir 128.6(3) ngy (X)51.354 (X)52.389 (X)59.0 84.25510(30) 114.43(4) ngy (X)57.982 (X)59.318 (X)67.0 84.6808(3) 100.165(3) 113.6723(4) 152.4308(5) 156.3874(5) 179.3948(5) 198.3530(6) 222.1099(6) 229.3220(9) 264.0755(8) 1121.301(5) 1189.050(5) 1221.408(5) 1231.016(5) 1257.418(5) 1289.156(5) 53.0(17) 94(3) 38.5(13) 43.7(11) 2.66(6) 17.4(3) 1.88(3) 11.1(4) 21.5(4) 34.9(1) 1.90(4) 10.80(22) CE CE CE CE CE CE CE CE CE Nhiu gamma khỏc TRI 1.27(8) 2.25(14) 0.93(6) 3.26(16) CE Mt gamma khỏc NCRP 10.1(4) 17.6(6) 7.5(3) 2.54(7) 14.1(3) 1.90(4) 6.88913) 2.65(6) 3.01(7) 1.41(4) 7.44(14) 3.62(7) 3.59(8) 35.0(7) 16.3(3) 27.2(5) 11.55(21) 1.49(3) 1.351(25) 73.83(7) ngy CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE CE Nhiu gamma khỏc LMRI 235 205.7955(5) 295.9582(8) 308.4568(8) 316.5080(8) 468.0715(12) 484.5779(13) 588.5851(16) 604.4146(16) 612.4657(16) 79 81 198 Au 201 Tl 2.6943(8) ngy 411.8044(11) 675.8875(19) 1087.6905(30) 3.041(4) ngy (X)68.894 (X)70.818 (X)80.0 135.34(4) 167.43(7) 3.32(3) 28.70(10) 29.80(100) 83.0(3) 47.80(10) 3.17(2) 4.48(2) 8.09(3) 5.28(3) CE CE CE CE CE CE CE CE CE Nhiu gamma khỏc CH, LMRI 95.56(7) 0.804(9) 0.160(6) CE, CP CE CE LMRI 27.7(10) 47.2(16) 20.898) 2.70(10) 10.25(20) Cỏc gamma khỏc 80 83 203 Hg 207 82 210 88 226 Bi Pb Ra 46.595(13) ngy (X)70.832 (X)72.873 (X)82.0 279.1967(12) 31.8(19) nm (X)72.805 (X)74.969 (X)85.0 569.702(2) 1063.662(4) 1770.237(10) CH, LMRI 3.75(10) 6.36(16) 2.81(8) 81.56(8) CE, CP CH, TRI 19.7(4) 33.3(6) 14.8(4) 97.8(5) 74.9(15) 6.85(20) CE, CP CE, CP CE Cỏc gamma khỏc 22.20(20) nm LMRI 46.539(1) 4.06(8) 1600(7) nm TRI, LMRI Cõn bng vi tt c cỏc ht nhõn con, cỏc chu kỡ phõn ró t 163 giõy n 22 nm 236 46.539(1) 186.21(2) 241.979(7) 295.207(7) 351.925(7) 609.318(4) 768.364(6) 934.060(12) 1120.285(10) 1238.110(12) 1764.515(10) 2118.551(8) 2204.105(13) 2447.709(30) 4.24(9) l 3.51(6) l 7.12(11) l 18.2(3) l 35.1(4) l 44.6(5) l 4.76(7) l 3.07(4) l 14.7(2) l 5.78(7) l 15.1(3) l 1.17(3) l 4.98(12) l 1.55(4)l 210 Pb Ra 214 Pb 214 Pb 214 Pb 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 214 Bi 226 Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X 90 90 228 232 Th Th 1.913(2) nm IAEA Cõn bng vi cỏc ht nhõn v cỏc chu kỡ phõn ró t 298 giõy n 3.6 ngy 212 238.632(2) 43.5(4) Pb 224 241.0(1) 4.05(4) Ra 212 300.087(10) 3.25(4) Pb 208 510.80(8) 8.19(11) Tl 208 583.191(2) 30.58(22) Tl 212 727.330(9) 6.64(9) Bi 208 860.564(5) 4.50(4) Tl 212 1620.735(10) 1.49(6) Bi 208 2614.533(13) 35.88(6) Tl 1.405(6).1010 TRI nm Bao gm cỏc ht nhõn chỏu 228Ra v 228Ac, xem 228Th 228 129.03(7) 2.23(14) l Ac l 228 209.39(7) 3.81(11) Ac 228 270.26(8) 3.44(9) l Ac l 228 328.07(9) 3.10(9) Ac 228 338.42(6) 11.26(27) l Ac l 228 463.10(7) 4.50(12) Ac 228 794.79(11) 4.34(11) l Ac l 228 911.16(3) 26.6(7) Ac 228 964.64(8) 5.05(14) l Ac l 228 968.97(5) 16.23(38) Ac 228 1588.23(12) 3.26(10) l Ac l 228 1630.47(25) 1.53(9) Ac 237 CE CE CE CE CE Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X Tớnh c 212Bi Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X 92 92 94 235 U 238 U 238 Pu 7.037(7).108 IAEA nm Cõn bng vi ht nhõn 231Th(1 ngy), tr 231 Pa (3,3.104 nm) v cỏc ht nhõn 321 25.64(2) 14.6(3) Th 321 84.214(3) 6.71(10) Th 235 143.76(2) 10.96(8) U 235 163.33(2) 5.08(4) U 235 185.715(5) 57.2(5) U 235 205.311(10) 5.01(5) U 4.468(5).109 TRI nm Cõn bng vi cỏc ht nhõn 234Th (24ngy) v 234Pa (1.17 phỳt), tr 234U (2,45.106 nm) v cỏc ht nhõn ca nú 238 49.55(6) 0.070(12) U 234 63.288(18) 3.8(3) Th 234 92.35(3) 2.72(20) Th 234 92.78(3) 2.69(20) Th 234 112.80(3) 0.242(19) Th 234 766.360(20) 0.207(8) Pa 234 1001.03(3) 0.590(14) Pa 87.7(3) nm 43.498(1) 99.853(3) 152.720(2) Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X IAEA 0.0395(8) 0.00735(8) 0.000937(10) Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X 94 94 239 240 Pu Pu 2.411(3).104 nm 38.660(2) 51.624(1) 56.825(30 129.296(1) 203.550(5) 332.845(5) 345.013(4) 375.054(3) 392.914(14) 413.713(5) IAEA 0.0105(2) 0.0271(5) 0.001130(25) 0.00631(6) 0.000569(3) 0.000494(3) 0.000556(5) 0.001554(9) 0.000553(12) 0.001466(11) 6563(7) nm Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X IAEA 238 45.242(3) 104.235(5) 160.307(3) 0.0447(7) 0.00714(6) 0.000402(4) Cỏc gamma khỏc v cỏc tia X 94 95 94 95 241 Pu 241 Am 242 243 Pu Am 14.4(1) nm IAEA 237 Bao gm c U (6.7 ngy) 59.543(15) 0.000829(5) 103.680(5) 0.000102(2) 148.567(10) 0.0001859(16) 2.8.005(23) 0.000520(5) 332.36(4) 0.0000292(3) 432.7(5) nm (X L1)11.9 (X L)13.9 (X L)17.8 (X L)20.8 26.345(1) 59.537(1) a 123.01(2) 125.30(2) 146.55(3) 208.01(3) 335.37(3) 368.65(3) 662.40(2) 3,735(11).105 nm 44.915(13) 103.50(4) 158.80(8) 7370(15) nm 43.53(15) 74.67(15) 86.79(15) 142.18(15) Nhiu gamma khỏc v cỏc tia X IAEA j 0.86(3) 13.3(4) j 19.4(6) j 4.9(2) j 2.4(1) 35.9(4) 0.0010(1) 0.0041(1) 0.0004692) 0.00079(2) 0.000495(10) 0.00022(2) 0.00036(2) CE, CP Nhiu gamma khỏc IAEA 0.0373(7) 0.00255(10) 0.00030(2) IAEA 5.93(13) 68.2(14) 0.338(7) 0.12(1) Ghi chỳ: a Helmer v cng s (1978) b Greenwood v cng s (1979) c Kessler v cng s (1980) e Helmer v cng s (1981) f Kumahora v cng s (1983) 239 g tng hp t cỏc s liu ca Mucciolo v Helene (1987), Kumahora (1985) v Helmer cựng cng s (1981) h Warburton v Alburger (1986) I Lagoutine v cng s (1982-1987) j Bambynek (1984b) k Bc x hy l Schửtzig v Debertin (1983) 240 Ti liu tham kho K Derbertin and R G Helmer, Gamma and X-ray spectrometry with semiconductor detector, Printed in the Netherlands, 1988 W Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, SpringerVerlag, 1994 http://www-nds.iaea.org/xgamma_standards http://www.canberra.com/products www.ortec-online.com www.fastcomtec.com/products 241