XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHÔNG THẤP TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

Header Page of 143 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ Tên đề tài: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHƠNG THẤP TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM Mã số: CS.2010.19.109 Chủ nhiệm đề tài: CN Phạm Nguyễn Thành Vinh Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2011 Footer Page of 143 Header Page of 143 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ Tên đề tài: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHƠNG THẤP TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM Mã số: CS.2010.19.109 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài Phạm Nguyễn Thành Vinh Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2011 Footer Page of 143 Header Page of 143 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Họ tên Phạm Nguyễn Thành Vinh Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Tp HCM Nội dung nghiên cứu phân công - Xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng - Khảo sát phụ thuộc đường cong hiệu suất thực nghiệm theo khoảng cách đầu dò nguồn Trương Trường Sơn Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM Footer Page of 143 - Thiết kế, lắp đặt tiến hành thực nghiệm Header Page of 143 MỤC LỤC Trang Mục lục Tóm tắt kết nghiên cứu đề tài (tiếng Việt) Tóm tắt kết nghiên cứu đề tài (tiếng Anh) MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phương pháp nghiên cứu Nội dung KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN CHUNG 30 KIẾN NGHỊ NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 32 Tài liệu tham khảo 33 Phụ lục Footer Page of 143 Header Page of 143 Mẫu 1.10 CS TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHƠNG THẤP TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM Mã số: CS.2010.19.109 Chủ nhiệm đề tài: CN Phạm Nguyễn Thành Vinh Tel: 0909013856 E-mail: vinhpedagogy@gmail.com Cơ quan chủ trì đề tài : Trường Đại học Sư phạmTp.HCM Cơ quan cá nhân phối hợp thực hiện: CN Trương Trường Sơn Thời gian thực hiện: Từ tháng 4/2010 – 4/2011 Mục tiêu: Chuẩn hóa hệ đo, đánh giá số thông số kỹ thuật hệ phổ kế gamma đồng thời xây dựng sở liệu phổ gamma ban đầu xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng detector HPGe cho hệ phổ kế dựa nguồn chuẩn có sẵn PTN Kết đề tài đóng góp vào sở liệu PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM, thơng số kỹ thuật đánh giá khảo sát trực tiếp ban đầu đưa hệ phổ kế gamma trang bị vào hoạt động Kết liệu tham khảo có giá trị cho trình sử dụng nghiên cứu hệ phổ kế sau Nội dung chính: Đánh giá thơng số vận hành hệ phổ kế; phân tích đặc trưng phổ gamma như: dạng đỉnh, đỉnh lượng toàn phần, mép tán xạ Compton, đỉnh tán xạ ngược, đỉnh đơn, đơi, tỷ số P/C Khảo sát tượng trôi kênh theo thời gian Footer Page of 143 Header Page of 143 Mẫu 1.10 CS Xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng detector khoảng cách cm, 10 cm 15 cm kể từ nguồn đến detector Kết đạt (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế-xã hội): Bộ số liệu phổ gamma đường cong hiệu suất hệ phổ kế báo khoa học báo cáo hội nghị Footer Page of 143 Header Page of 143 Mẫu 1.11 CS SUMMARY Project Title: Forming the experimental efficiency curve for HPGe detector of gamma spectrometer system in nuclear laboratory, HCM city University of Pedagogy Code number: CS.2010.19.109 Coordinator: Pham Nguyen Thanh Vinh Implementing Institution : Ho Chi Minh City University of Pedagogy Cooperating Institution(s) or Individual: Truong Truong Son Duration: from April 2010 to April 2011 Objectives: Calibrate the system, evaluate the operation parameters of the system Form the data set of gamma spectrums as well as the efficiency curve for calibration purpose based on gamma sources in nuclear laboratory The project results would be used to contribute the data sources of nuclear laboratory, HCM University of Pedagogy These results are the valuable reference data for later use and research Main contents: Evaluation of operation parameters of the spectrometer Analysis gamma spectrum characteristics: peak shape, total peak, Compton edge, back scaterring peak, single escape peak, double escape peak, P/C ratio Investigation the channel shifting phenomenon dependence on time Forming the efficiency curve dependence on energy using point sources at distances from the detector face: cm, 10 cm and 15 cm Results obtained: - Data set of gamma spectrums and efficiency curves of the spectrometer - One article and one conference report Footer Page of 143 Header Page of 143 -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các kỹ thuật ghi đo xạ phát triển không ngừng kể từ tượng phóng xạ phát Becquerel vào năm 1896 Sự đời detector bán dẫn detector germanium siêu tinh khiết (HPGe) detector silicon (Si) năm 1960 cách mạng hóa lĩnh vực đo phổ gamma Kỹ thuật đo phổ gamma trở thành công nghệ tiên tiến nhiều lĩnh vực khoa học hạt nhân ứng dụng đo hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ tự nhiên, sử dụng phép phân tích kích hoạt để đo đồng vị khơng có tính phóng xạ phương pháp huỳnh quang tia X với độ xác cao Hiện ước tính có 10000 detector bán dẫn vận hành toàn giới [3] Hệ phổ kế gamma sử dụng detector HPGe ứng dụng rộng rãi việc đo đạc nguồn phóng xạ với khoảng lượng trải dài từ vài keV đến hàng MeV Tùy thuộc vào mục đích sử dụng miền lượng tia gamma quan tâm, người ta chế tạo detector HPGe với nhiều cấu hình khác detector Ge có lượng cực thấp ULEGe, detector Ge có lượng thấp LEGe, detector Ge đồng trục điện cực ngược REGe, detector đồng trục Coaxial Ge detector Ge dạng giếng Well Ở Việt Nam, từ lâu nhiều sở Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam như: Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân Hà Nội, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, TTHN Tp.HCM Trường ĐHKHTN Tp.HCM trang bị hệ phổ kế gamma loại nghiên cứu ứng dụng phân tích mẫu mơi trường hoạt độ thấp [5] Những cơng trình nghiên cứu nước giới liên quan đến việc sử dụng hệ phổ kế thường tập trung vào vấn đề như: nghiên cứu khả che chắn buồng chì [6]; nghiên cứu hàm đáp ứng detector, đánh giá đặc trưng phổ gamma đo độ phân giải, giới hạn phát hiện, phông tự nhiên, miền liên tục phổ, tỷ số P/C, tỷ số P/T [1], [4], [5], [6], [7]; nghiên cứu tối ưu hóa phép đo mẫu mơi trường có hoạt độ thấp [6], [7]; nghiên cứu hiệu suất, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hiệu ứng trùng phùng tổng, hiệu ứng tự hấp thụ, thay đổi hiệu Footer Page of 143 Header Page of 143 -2- suất ghi theo lượng, theo khoảng cách [8], [9], [10], [15] Việc nghiên cứu đánh giá tổng quát thông số kỹ thuật hệ phổ kế việc làm thường quy tất phịng thí nghiệm có trang bị hệ phổ kế gamma thực Năm 2007, Bộ môn VLHN thuộc Khoa Vật lý, Trường ĐHSP Tp.HCM xây dựng dự án trang bị cho PTN VLHN hệ đo gamma phông thấp sử dụng detector HPGe Nhằm mục đích theo dõi sử dụng hiệu hệ phổ kế, thông số kỹ thuật hệ phổ kế cần nghiên cứu đánh giá cách có hệ thống Kết coi sở cho việc theo dõi trình hoạt động hệ phổ kế sau Vì vậy, chúng tơi thực đề tài: “xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm detector HPGe cho hệ phân tích gamma phơng thấp phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân Đại học Sư phạm Tp” Mục tiêu nghiên cứu Chuẩn hóa hệ đo, đánh giá số thơng số kỹ thuật hệ phổ kế gamma đồng thời xây dựng sở liệu phổ gamma ban đầu cho hệ phổ kế dựa nguồn chuẩn có sẵn PTN Đề tài nhằm xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng detector HPGe Bởi hiệu suất detector thông số quan trọng dùng để nghiên cứu đặc trưng detector, nguồn phóng xạ hình học đo nguồn phóng xạ detector Đề tài hỗ trợ cho đề tài thực nghiệm sau điều kiện nhiều nguồn chuẩn, đặc biệt vùng lượng thấp Kết đề tài đóng góp vào sở liệu PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM, thơng số kỹ thuật đánh giá khảo sát trực tiếp ban đầu đưa hệ phổ kế gamma trang bị vào hoạt động Kết liệu tham khảo có giá trị cho trình sử dụng nghiên cứu hệ phổ kế sau Footer Page of 143 Header Page 10 of 143 -3- Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Tiếp cận vấn đề nghiên cứu thông qua trao đổi chuyên môn với đồng nghiệp, chuyên gia lĩnh vực, thông qua việc nghiên cứu tài liệu, tạp chí khoa học ngồi nước đăng tải từ mạng Internet Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ phổ kế gamma sử dụng detector HPGe GEM 15P4 hãng Ortec, Inc đặt PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM nguồn chuẩn RSS – 8EU với nguồn chuẩn điểm 133 Ba, 109 Cd, 57 Co, 60 Co, 54 Mn, 22 Na 65Zn Phương pháp nghiên cứu đề tài thực nghiệm đánh giá khảo sát hệ phổ kế gamma có Nội dung Để đạt mục tiêu đề ra, đề tài tập trung thực nội dung đây: (1) Tiến hành khảo sát lên phương án thực nhiệm (2) Thực nghiệm đo đạc sử dụng nguồn điểm gamma (3) Phân tích số liệu từ phổ gamma để đánh giá thơng số vận hành hệ phổ kế; phân tích đặc trưng phổ gamma như: dạng đỉnh, đỉnh lượng toàn phần, mép tán xạ Compton, đỉnh tán xạ ngược, đỉnh đơn, đơi, tỷ số P/C (4) Khảo sát tượng trôi kênh theo thời gian (5) Xây dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng detector khoảng cách cm, 10 cm 15 cm kể từ nguồn đến detector Footer Page 10 of 143 Header Page 31 of 143 - 24 - Hình Sự phụ thuộc hiệu suất ghi vào lượng theo thang ln – ln khoảng cách nguồn – detector cm Sau làm khớp theo hai miền lượng, ta nhận kết sau: + Trong miền E < 200keV: a0 = -62,70  27,66 a1 = 24,87  11,92 a2 = -2,62  1,28 R2 = 0,95353 + Trong miền E > 200keV: a0 = 1,92  0,31 a1 = -1,09  0,04 R2 = 0,9847 Đường cong làm khớp tương ứng cho miền riêng biệt sau: Footer Page 31 of 143 Header Page 32 of 143 - 25 - a) b) Hình 10 Đường cong làm khớp cho hai miền lượng: (a) E < 200 keV (b) E > 200 keV Các hình 10b cho thấy đường cong làm khớp có điểm khơng tn theo quy luật, điểm tương ứng với lượng 835 keV 54Mn Do tất đo đạc tính toán thực với điều kiện giống nên khác biệt lý giải sai khác hoạt độ thực tế 54Mn hoạt độ nhà sản xuất cung cấp Trong hai khoảng cách nguồn – detector 10 cm 15 cm, hiệu suất ghi đỉnh 835 keV khơng sử dụng tính tốn đường cong hiệu suất 3.2 Khoảng cách nguồn – detector 10 cm 15 cm Bảng 14 Số liệu tính tốn hiệu suất ghi cho khoảng cách nguồn – detector 10cm Năng lượng (keV) Diện tích đỉnh 81,00 88,00 122,00 136,00 276,00 303,00 356,00 384,00 511,00 1115,00 1172,24 1275,00 565690 109452 793197 98851 85731 202923 579510 76964 520644 95824 160402 115860 Footer Page 32 of 143 Thời Hoạt gian đo độ (Bq) 7200 43200 28800 28800 7200 7200 7200 7200 5400 50400 5400 5400 31714,0 10347,0 4198,1 4198,1 31714,0 31714,0 31714,0 31714,0 19862,0 3339,7 27304,0 20920,0 Xác suất phát gamma 0,43100 0,03610 0,85600 0,10678 0,07164 0,18330 0,62050 0,08940 1,79800 0,50600 0,99974 0,99940 Hiệu suất ghi 0,00575 0,00678 0,00766 0,00766 0,00524 0,00485 0,00409 0,00377 0,00270 0,00207 0,00113 0,00109 Sai số (%) 0,57706 1,02851 1,54746 1,57581 0,65724 0,60382 0,57669 0,66727 0,72297 1,36014 1,76030 0,65467 Header Page 33 of 143 - 26 - 1332,50 142350 5400 27304,0 0,99986 0,00103 0,75121 Bảng 15 Số liệu tính tốn hiệu suất ghi cho khoảng cách nguồn – detector 15cm Năng lượng (keV) Diện tích đỉnh Thời Hoạt gian đo độ (Bq) 81,00 88,00 122,00 136,00 276,00 303,00 356,00 384,00 511,00 1115,00 1172,24 1275,00 1332,50 939636 130715 680757 84718 151978 354014 1016387 135421 526302 124802 116951 118212 104630 25200 108000 50400 50400 25200 25200 25200 25200 10800 129600 7800 10800 7800 31714,0 10347,0 4198,1 4198,1 31714,0 31714,0 31714,0 31714,0 19862,0 3339,7 27304,0 20920,0 27304,0 Xác suất phát gamma 0,43100 0,03610 0,85600 0,10678 0,07164 0,18330 0,62050 0,08940 1,79800 0,50600 0,99974 0,99940 0,99986 Hiệu suất ghi 0,00273 0,00323 0,00371 0,00370 0,00265 0,00242 0,00205 0,00189 0,00136 0,00105 0,00057 0,00055 0,00052 Sai số (%) 0,57083 1,01984 1,53835 1,57158 0,61726 0,58605 0,57013 0,62374 0,72181 1,36514 1,75098 0,67232 0,75007 Từ kết bảng 14 15, đường cong mô tả phụ thuộc hiệu suất ghi theo lượng khoảng cách nguồn – detector 10 cm 15 cm xây dựng hình 11 Hình 11 Sự phụ thuộc hiệu suất ghi vào lượng cho hai khoảng cách nguồn – detector theo thang ln – ln Footer Page 33 of 143 Header Page 34 of 143 - 27 - Bảng 16 Giá trị hệ số làm khớp cho đường cong hiệu suất hai khoảng cách 10 cm 15 cm E < 200 keV a0 10cm 15cm -52,19 ± 24,37 E > 200 keV a1 a2 19,85 ± 10,50 -2,08 ± 1,13 R2 = 0,9620 -55,03 ± 23,18 20,71 ± 9,99 R2 = 0,9701 a0 a1 0,91 ± 0,06 -1,09 ± 0,01 R2 = 0,9994 -2,17 ±1,07 0,17 ± 0,07 -1,08 ± 0,01 R2 = 0,9993 Bảng 16 cho thấy sau đỉnh lượng 835 keV bỏ qua hàm làm khớp cho vùng lượng E > 200 keV hai khoảng cách 10 cm 15 cm có trạng thái tốt hàm làm khớp tương ứng khoảng cách 5cm Điều thể qua giá trị R2 Số liệu bảng 13, 14, 15 cho thấy hiệu suất ghi detector tăng dần theo lượng khoảng giá trị từ keV đến 122 keV, sau có xu hướng giảm dần theo lượng Nguyên nhân tia gamma có lượng thấp phát từ nguồn phải trải qua nhiều trình tương tác với mơi trường với vật liệu bên ngồi khơng khí, lớp vỏ nhơm bảo vệ lớp Ge bất hoạt trình dịch chuyển từ nguồn đến vùng hoạt detector Kết chúng mát lượng không detector ghi nhận Ở vùng lượng cao, photon có lượng lớn có tính đâm xun lớn, xun qua vùng nhạy detector mà không để lại lượng vùng nên detector không ghi nhận Năng lượng lớn xác suất tia gamma khỏi vùng nhạy detector cao, nghĩa xác suất ghi nhận detector thấp làm cho hiệu suất ghi giảm lượng tăng lên Khi khoảng cách từ nguồn đến detector thay đổi hiệu suất ghi thay đổi hình học đo thay đổi Hình 11 cho thấy hiệu suất ghi tất đỉnh lượng giảm khoảng cách nguồn detector tăng lên Khi nguồn đặt xa detector góc khối thu nhận xạ detector giảm, tia gamma Footer Page 34 of 143 Header Page 35 of 143 - 28 - trình đến vùng nhạy detector trải qua nhiều tương tác với môi trường xung quanh Đó ngun nhân làm cho hiệu suất ghi detector giảm Với đường cong hiệu suất xây dựng, ta nội suy hiệu suất ghi cho giá trị lượng khác mà thực nghiệm ghi nhận điều kiện khơng có nguồn chuẩn tương ứng Từ tính tốn hoạt độ nguồn phóng xạ chưa biết nhân phóng xạ quan tâm dựa vào phương pháp phân tích tuyệt đối [7] Phương pháp tuyệt đối có mức độ sai số lớn thuận tiện khơng cần mẫu chuẩn (tương đối đắt tiền) dễ dàng tiến hành, tính toán dựa đường cong hiệu suất xây dựng Xác định giới hạn phát detector Giới hạn dị tính theo cơng thức [6], [13], [21]: (6) L D  2,74  4,65 B Trong đó:  B độ lệch chuẩn số đếm phơng Khi giới hạn phát (giới hạn hoạt độ) detector tính theo cơng thức LA  Trong đó: C  CL D pt (7) t thừa số hiệu chỉnh khoảng thời gian đo t không  e t thể bỏ qua so với thời gian bán rã T,  hiệu suất ghi tia gamma đo, p xác suất phát tia gamma Trong nghiên cứu phóng xạ tự nhiên, người ta thường quan tâm đến nhân phóng xạ 238 U, 232 Th, 226 Ra, 134 Cs, 137 Cs, 40K [6] Hoạt độ phóng xạ nhân đo trực tiếp mà thường xác định gián tiếp thông qua đỉnh lượng trình bày bảng 17 Để xác định giới hạn phát tương ứng với đỉnh lượng bảng 17, tất mẫu giả định đo với khoảng cách mẫu – detector 10 cm, thời gian đo mẫu ngày Bảng 17 Giới hạn phát (Bq) detector HPGe Nhân quan Footer Page 35 of 143 Năng lượng LA1 LA2 LA3 LA1/ LA2 LA2/ LA3 Header Page 36 of 143 - 29 - tâm U 232 Th 232 Th 226 Ra 226 Ra 226 Ra 226 Ra 134 Cs 137 Cs 40 K (keV) 63,30 238,00 583,00 186,00 295,00 352,00 609,00 795,00 661,60 1460,80 238 0,36447 0,03248 0,02576 0,48353 0,06768 0,04356 0,04868 0,01787 0,00892 0,70019 0,17207 0,00856 0,00669 0,11643 0,01274 0,01116 0,01311 0,00500 0,00542 0,21144 0,03485 0,00155 0,00054 0,04222 0,00065 0,00265 0,00091 0,00512 0,03512 0,02874 2,12 3,80 3,85 4,15 5,31 3,90 3,71 3,57 1,65 3,31 4,94 5,52 12,39 2,76 19,60 4,21 14,41 0,98 0,15 7,36 Trong đó: LA1, LA2 giới hạn phát detector HPGe PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM mở nắp buồng chì đóng nắp buồng chì; LA3 giới hạn phát detector HPGe TTHN Tp.HCM trạng thái che chắn tốt buồng chì [6] Bảng 17 cho thấy giới hạn phát detector cải thiện sử dụng buồng chì che chắn Tuy nhiên, mức độ cải thiện chưa cao so với chưa đậy nắp buồng chì, chẳng hạn tỷ lệ cải thiện đỉnh 661,6 keV khoảng 1,65 lần Giới hạn phát detector HPGe PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM nhiều giới hạn phát detector HPGe TTHN Tp.HCM hầu hết đỉnh lượng quan tâm Điều lý giải chất lượng buồng chì che chắn detector PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM khơng tốt buồng chì TTHN Tp.HCM đề cập phần 1.2 Giới hạn phát dẫn đến khó khăn việc xác định nhân phóng xạ tự nhiên hoạt độ thấp mẫu môi trường Tuy nhiên giới hạn phát đỉnh 795 keV 134 Cs detector HPGe PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị tương đương với giới hạn phát đỉnh tương ứng detector HPGe TTHN Tp.HCM Giới hạn phát đỉnh 661,6 keV 137 Cs detector HPGe PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị tốt gần 10 lần giới hạn phát đỉnh tương ứng detector HPGe TTHN Tp.HCM Đây tượng thú vị cần phải tìm hiểu thêm Footer Page 36 of 143 Header Page 37 of 143 - 30 - KẾT LUẬN CHUNG Với việc hoàn thành mục tiêu đề ra, đề tài đạt kết cụ thể sau: Khảo sát thông số hoạt động hệ điện tử: khảo sát đường plateau detector HPGe, kết cho thấy hệ điện tử hoạt động ổn định ứng với giá trị cao danh định 2400 V Khảo sát phông buồng chì mở nắp buồng chì đậy nắp buồng chì, kết cho thấy khả che chắn phơng buồng chì tương đối tốt Tuy nhiên tốc độ đếm tổng cao (3,06 s-1) So sánh với phơng buồng chì hệ phổ kế TTHN Tp.HCM, chúng tơi nhận thấy buồng chì hệ phổ kế PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có chất lượng khơng tốt buồng chì hệ phổ kế TTHN Tp.HCM Điều gây khó khăn cho việc xác định hoạt độ phóng xạ nhân phóng xạ tự nhiên có hoạt độ thấp mẫu môi trường Các thông số kỹ thuật danh định nhà sản xuất sử dụng để khảo sát khả ghi nhận xạ hệ phổ kế thơng qua việc phân tích phổ gamma Đường chuẩn lượng cho detector xây dựng với nguồn chuẩn RSS – 8EU có thơng số cho phụ lục 2, đường cong mô tả mối quan hệ FWHM vào lượng xây dựng cách sử dụng nguồn 226Ra Bộ môn VLHN ĐHKHTN Tp.HCM Đánh giá thông số đặc trưng phổ gamma ứng với nhân phóng xạ 60Co, kết cho thấy đỉnh đặc trưng phổ gamma có phù hợp tốt thực nghiệm tính tốn lý thuyết; thông số quan trọng tỷ số P/C, thông số đỉnh lượng FWTM/FWHM FWFM/FWHM cho đỉnh 1332,5 keV phù hợp tốt với lý thuyết giá trị danh định nhà sản xuất Khảo sát tượng trôi kênh theo thời gian để kiểm chứng tính ổn định hệ điện tử trình ghi nhận xạ Đây thơng số đặc biệt quan trọng việc phân tích mẫu có hoạt độ bé, đòi hỏi thời gian đo kéo dài mẫu môi trường Kết cho thấy tượng trôi kênh xảy không đáng kể Footer Page 37 of 143 Header Page 38 of 143 - 31 - với đỉnh lượng tương ứng với nguồn chuẩn có sẵn, có đỉnh khơng xảy tượng trơi kênh, đỉnh 835 keV 54Mn có trôi kênh lớn 0,0923 kênh/ngày Như trơi kênh có giá trị khơng đáng kể tiến hành đo thời gian kéo dài khoảng tuần Từ đó, kết luận hệ điện tử hệ phổ kế gamma phông thấp đặt PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM ổn định phù hợp với việc đo phổ thời gian dài Xây dựng đường cong hiệu suất cho detector với nguồn chuẩn sẵn có khoảng cách từ nguồn – detector cm, 10 cm 15 cm Kết cho thấy có điểm bất thường đường cong hiệu suất khoảng cách cm, điểm tương ứng với lượng 835 keV 54 Mn Điều lý giải phần 2.3.1 Đường cong hiệu suất ghi nhận tuân theo lý thuyết Tuy nhiên, hệ số thu từ việc làm khớp đường cong hiệu suất có sai số cao Điều lý giải sau: Bộ nguồn RSS – 8EU sử dụng trình tiến hành thí nghiệm nguồn chuẩn lượng nên việc chuẩn hóa hiệu suất ghi detector dựa theo hoạt độ nguồn cung cấp nhà sản xuất dẫn đến sai số lớn Xác định giới hạn phát detector Kết cho thấy giới hạn phát sau đậy nắp buồng chì cải thiện so với giới hạn phát trước đậy nắp buồng chì Tuy nhiên, mức độ cải thiện khơng đáng kể Ngồi ra, so sánh với giới hạn phát detector TTHN Tp.HCM giới hạn phát detector PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM nhiều lần Chỉ có đỉnh 661,6 keV 137Cs có giới hạn phát tốt hơn, lại đỉnh khác có giới hạn phát Điều khẳng định khả che chắn buồng chì PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM chưa tốt Footer Page 38 of 143 Header Page 39 of 143 - 32 - NHỮNG KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trong trình nghiên cứu, mặt hạn chế hệ phổ kế gamma phông thấp PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM nêu Từ đó, số hướng phát triển đề tài đề xuất sau: Việc che chắn phơng phóng xạ tự nhiên môi trường xung quanh việc quan trọng nghiên cứu hoạt độ phóng xạ mẫu mơi trường Đề tài hạn chế che chắn xạ buồng chì Vì vậy, cần có đề tài nghiên cứu để cải tạo buồng chì Qua giảm phơng buồng chì đồng thời cải thiện giới hạn phát detector Trong q trình thực nghiệm, chúng tơi nhận thấy có khác biệt giá trị hoạt độ phóng xạ thực nghiệm giá trị danh định đỉnh lượng 835 keV nguồn chuẩn 54Mn Giá trị xác hoạt độ phóng xạ thông số vô quan trọng việc sử dụng nguồn chuẩn để tiến hành chuẩn hóa hệ đo Vì PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM cần phải trang bị nguồn phóng xạ chuẩn hiệu suất Sai số trình làm khớp đường cong hiệu suất lớn Điều gây khó khăn trình nội suy hiệu suất đỉnh nhằm phục vụ cho việc phân tích hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ quan tâm phương pháp tuyệt đối Vì vậy, cần tiếp tục thực việc chuẩn hóa hiệu suất ghi detector nguồn khác có độ tin cậy cao Từ đó, ta tính tốn chuẩn hóa lại thơng số cho nguồn sẵn có PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM Cần xây dựng quy trình chuẩn cho việc phân tích mẫu mơi trường đồng thời tiến hành thực nghiệm phân tích mẫu phóng xạ cụ thể (có thể mẫu chuẩn biết trước hoạt độ) để đánh giá khả phân tích hệ phổ kế mục tiêu mũi nhọn PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM nghiên cứu môi trường Footer Page 39 of 143 Header Page 40 of 143 - 33 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Võ Xuân Ân (2008), Nghiên cứu hiệu suất ghi nhận detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) phổ kế gamma phương pháp Monte Carlo thuật toán di truyền, luận án tiến sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM [2] Nguyễn Văn Đỗ, Phạm Đức Khuê, (2000), “Phân tích Uran phương pháp đo phổ gamma tự nhiên kích hoạt neutron”, Hội nghi Vật lý tồn quốc lần thứ Hà Nội 2/2000 [3] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Khảo sát ảnh hưởng việc trừ phơng có khơng có che chắn mẫu hệ phổ kế gamma”, Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, trang 54 [5] Trương Thị Hồng Loan (2010), Áp dụng phương pháp mô Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án Tiến sĩ, ĐHKHTN Tp.HCM [6] Trần Văn Luyến (2005), Nghiên cứu phơng phóng xạ vùng Nam Việt Nam, Luận án tiến sỹ trường ĐHKHTN Tp.HCM [7] Huỳnh Trúc Phương (2006), Khảo sát đặc trưng detector HPGe môn Vật lý Hạt nhân – Ứng dụng xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên mẫu đất, Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu cấp trường ĐHKHTN Tp.HCM [8] Đặng Nguyên Phương, Nguyễn Võ Hoài Thơ, Trương thị Hồng Loan (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma”, Hội nghị khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, trang 53 [9] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM [10] Võ Thị Ngọc Thơ (2009), Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM Footer Page 40 of 143 Header Page 41 of 143 - 34 - Tiếng Anh [11] AMETEK, INC ORTEC Technical Support Specialist (2007), Solid – state photon detector [12] Bikit I., Veskovic M (1986), “Determination of the optimal ength of cylindrical sources for specific gamma activity measuments”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 243, pp 227 – 229 [13] Currie L A., (1968) Anal Chem., 40, pp 587 [14] Debertin K., Helmer R.G (1988), Gamma – ray and X – ray spectromery with semiconductor detectors, Science Publishing Copany, Inc., Amsterdam [15] El-Gharbawy H.A., Metwally S.M., Sharshar T., Elinimr T., Badran H.M (2005), “Establishment of HPGe detector efficiency for point source including true coincidence correction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 550, pp 201 – 211 [16] Kim K.H., Burnett W.C., (1985) “226Ra in phosphate nodules from the Peru/Chileseafloor” Geochimica et Cosmoschimica Acta 49, pp 1073-1081 [17] Knoll G.F (1999), Radiation detection and measurement, third edition, John Wiley & Sons, Inc [18] Lau H.M., Sakanoue M., Komura K., (1982), “Absolute determination of uranium concentration by hyperpure Germanium LEPS” Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A, pp 200 [19] Nix D.E and Scott N.E (1976), “Detection efficiency calibration for radiological monitoring of nuclear plants” Radioelement Analysis Progress and Problem Proc Of the 23rd Conf on Analytical Chemistry in Energy and Technology, Gatlinburg, Tennessee [20] Sanderson C.G (1976), “Comparison of Ge(Li) well and N – type coaxial detectors for low energy gamma ray analysis of environment samples”, Radioelement analysis Progress and Problems Proc Of the 23rd Conf on Analytical Chemistry in Energy and Technology, Gatlinburg, Tennessee Footer Page 41 of 143 Header Page 42 of 143 - 35 - [21] Tran V.L., Le D.T., (1991), “Linhchi mushroom as biological monitor or Cs-137 environmental pollution”, J Radioanal Nucl Chem Lett 155(6), pp 51 – 58 [22] X – Monte Carlo Team (2003), MCNP – A General Purpose Monte Carlo N – Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory, Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987 Footer Page 42 of 143 Header Page 43 of 143 - 36 - PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hệ phổ kế gamma PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM Footer Page 43 of 143 Header Page 44 of 143 - 37 - Phụ lục Đặc trưng nguồn phóng xạ sử dụng thực nghiệm Nguồn T1/2 Năng Cường độ Hoạt độ Nơi sản Ngày lượng phát (%) ( Ci ) xuất sản (keV) 133 Ba 10.51 năm xuất 80.99 43.1000 276.39 7.16400 302.85 18.3300 356.02 62.0500 383.85 8.9400 USA 1/2008 109 Cd 462.6 ngày 88.03 3.6100 USA 1/2008 57 Co 271.8 ngày 122.06 85.6000 USA 12/2007 136.47 10.6800 1173.24 99.9736 USA 1/2008 1332.55 99.9856 312.7 ngày 835.00 99.9760 USA 1/2008 2.602 năm 511.00 179.7900 USA 12/2007 1274.53 99.94400 1115.55 50.6 USA 12/2007 - Germany 60 Co 54 Mn 22 Na 65 Zn 226 Ra Footer Page 44 of 143 5.271 năm 244.3 ngày 1602 năm - 1968 Header Page 45 of 143 - 38 - Phụ lục Phổ phơng phóng xạ tự nhiên Counts Phơng buồng chì mở nắp buồng chì Counts Phơng buồng chì đóng nắp buồng chì Footer Page 45 of 143 ... KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHƠNG THẤP TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ Tên đề tài: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM DETECTOR HPGe CHO HỆ PHÂN TÍCH GAMMA PHƠNG THẤP TẠI... dựng đường cong hiệu suất thực nghiệm theo lượng - Khảo sát phụ thuộc đường cong hiệu suất thực nghiệm theo khoảng cách đầu dò nguồn Trương Trường Sơn Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM