Xác định các đặc trưng của hệ phổ kế gamma bán dẫn be5030 (2)

MỞ ĐẦU Phổ kế gamma với đêtectơ bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng của khoa học và công nghệ hạt nhân. Độ phân giải năng lượng và hiệu suất ghi là hai trong số những đặc trưng quan trọng nhất của phổ kế gamma. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ, ngày nay hệ phổ kế gamma dải rộng với đêtectơ có tinh thể ngày càng lớn, cho phép tăng hiệu suất ghi của đetectơ và mở rộng dải năng lượng đo được về phía năng lượng lớn. Cùng với tự mở rộng dải đo về phía năng lượng lớn, các đêtectơ có cửa sổ bằng cacbon màng mỏng cho phép mở rộng dải về phía năng lượng thấp để ghi nhận các tia gamma mềm và tia X. Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Khoa Vật lý Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội được trang bị một hệ phổ kế gamma bán dẫn dải năng lượng rộng, làm lạnh bằng điện do hãng Canberra chế tạo. Hệ phổ kế được nghiệm thu chính thức vào tháng 11 năm 2011. Xác định các đặc trưng cơ bản của hệ phổ kế một cách có hệ thống là cần thiết để phục vụ cho việc vận hành và bảo dưỡng . Trong khuôn khổ của một luận văn tốt nghiệp với đề tài “Xác định các đặc trưng của hệ phổ kế gamma bán dẫn Be5030 ”, tác giả được giao những nhiệm vụ sau: Tìm hiểu sơ đồ cấu tạo, nguyên lí hoạt động của hệ phổ kế gamma bán dẫn dải năng lượng rộng – Canberra và xác định chế độ làm việc của hệ. Xác định bằng thực nghiệm độ phân giải năng lượng của đêtectơ. Xây dựng đường chuẩn năng lượng và đường cong hiệu suất ghi. Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi đối với mẫu chuẩn, áp dụng phân tích một số mẫu đất đá. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của 238U, 232Th, 40K Bản luận văn dài 51 trang gồm 17 hình vẽ và 10 bảng biểu, được hoàn chỉnh dựa trên 12 tài liệu tham khảo. Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia làm ba chương Chương 1. Tổng quan về các đêtectơ bán dẫn Gecmani Chương 2. Phương pháp thực nghiệm Chương 3. Kết quả thực nghiệm.

Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Lê Đức Thiện Xác định đặc trưng hệ phổ kế gamma bán dẫn Be5030 quyen – Xb16 – 50 trang LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Lê Đức Thiện Xác định đặc trưng hệ phổ kế gamma bán dẫn Be5030 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VĂN LỐT Hà Nội – Năm 2012 Bộ Mơn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Phó giáo sư- Tiến sĩ Bùi Văn Loát , người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Vật lý, các anh chị và các bạn làm việc tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè của tôi, người quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2012 Học viên Lê Đức Thiện Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT .8 MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐÊTECTƠ BÁN DẪN GECMANI .10 1.1 Các loại đêtectơ bán dẫn Gecmani 10 1.1.1 Những tiến bộ khoa học lĩnh vực chế tạo Đêtectơ xạ tia gamma và tia X .10 1.1.2 Các loại đêtectơ bán dẫn Gecmani .12 1.2 Hiệu suất ghi đêtectơ 15 1.3 Độ phân giải lượng .17 1.4 Tỉ số bề rộng đỉnh 18 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra .18 2.2 Một số thông số kỹ thuật đặc trưng hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra .20 2.2.1 Đêtectơ BEGe .20 2.2.2 Buồng chì 21 2.2.3 Khối tiền khuếch đại .21 2.2.4 Khối khuếch đại phổ .22 2.2.5 Khối cao thế Canberra model 3106D 22 2.2.6 Khối phân tích đa kênh 22 2.3 Đường chuẩn lượng 23 2.4 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi 24 2.5 Phương pháp hiệu chỉnh chồng chập xung 25 2.6 Hiệu ứng cộng đỉnh .26 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .27 3.1 Xác định chế độ làm việc hệ phổ kế BEGe – Canberra 27 3.2 Đường chuẩn lượng 31 3.3 Sự phụ thuộc độ phân giải lượng vào lượng xạ gamma 33 3.4 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi 35 3.5 Sự phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách 41 3.6 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi, phân tích mẫu đất đá 43 Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện 3.7 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng U, Th, K mẫu đất đá .46 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 53 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Độ phân giải lượng vạch 661.66 keV ứng với thời gian hình thành xung 28 Bảng 3.2 Số liệu tia gamma chọn để chuẩn lượng vị trí cực đại (kênh) tương ứng .30 Bảng 3.3 Độ phân giải lượng ( FWHM ) η đêtectơ BEGe –Canberra 32 Bảng 3.4 Các thông số nguồn chuẩn dùng luận văn .34 Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Bảng 3.5 Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần xạ gamma chọn để tính hiệu suất ghi đêtectơ khoảng cách 8cm 35 Bảng 3.6 Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần xạ gamma chọn để tính hiệu suất ghi đêtectơ khoảng cách cm 37 Bảng 3.7 Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần xạ gamma đặc trưng cho đồng vị phóng xạ có mẫu chuẩn .43 Bảng 3.8.a Hoạt độ phóng xạ riêng số đồng vị phóng xạ tự nhiên dãy Uran, Thori kali mẫu đất đá BN 47 Bảng 3.8b Hoạt độ phóng xạ riêng số đồng vị phóng xạ tự nhiên dãy Uran, Thori kali mẫu đất đá BT 47 Bảng 3.8c Hàm lượng U,Th,K 02 mẫu đất đá phân tích 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1a Sơ đồ hệ phổ kế gamma dải rộng với đetectơ bán dẫn BEGe – Canberra 18 Hình 1b Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra 19 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ rộng lượng nửa chiều cao đỉnh (FWHM ) độ rộng lượng 1/10 chiều cao đỉnh (FWTM), tỉ số ( FWTM / FWHM ) vào thời gian hình thành xung, sử dụng nguồn 137 Cs khoảng cách từ nguồn tới đetectơ 8cm .29 Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình 3.2 Dạng phổ gamma đỉnh lượng 661,66 keV nguồn 137 Cs ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra với thời gian hình thành xung μs 30 Hình 3.3 Dạng phổ gamma đỉnh lượng 661,66 keV nguồn 137 Cs ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra với thời gian hình thành xung μs 30 Hình 3.4 Dạng phổ nguồn 60Co ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra, khoảng cách 8cm .31 Hình 3.5 Đường chuẩn lượng đetectơ BEGe – Canberra 33 Hình 3.6 Độ phân giải lượng phụ thuộc vào lượng xạ gamma .34 Hình 3.7 Đồ thị mô tả phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách nguồn đêtectơ nguồn 54 Mn ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra 36 Hình 3.8 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách nguồn cm 39 Hình 3.9 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách nguồn cm 41 Hình 3.10 Phổ gamma mẫu chuẩn RGU khối lượng 99g đo hệ phổ kế gamma BE5030 với thời gian đo 74349 s .44 Hình 3.11 Đường cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn với mẫu chuẩn RGU1 đặt nắp đêtectơ 46 Hình 3.12a Phổ gamma mẫu đất đá BN đo hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN thời gian đo 55253s 47 Hình 3.12b Phổ gamma mẫu đất đá BT đo hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thời gian đo 230031s 48 Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình P1.Buồng chì vỏ ngồi thép cacbon phơng thấp dày 9,5mm Hình P2.Lớp che chắn bên đồng dày 1,6mm đêtectơ 51 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT εabs: Hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ tồn phần N: Diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần A: Hoạt độ nguồn thời điểm đo tm: Thời gian đo Iγ: Hệ số phân nhánh xạ gamma lượng E gọi xác suất phát xạ gamma σ: Sai số hiệu suất ghi E: Năng lượng xạ gamma Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện F: Hệ số Fano phản ánh mức độ gián đoạn truyền lượng xạ ion hóa cho cặp phần tử tải điện ω: Năng lượng cần thiết để tạo cặp điện tử lỗ trống n: Tốc độ đếm trừ phông đỉnh hấp thụ toàn phần xạ gamma đặc trưng lượng Eγ Ultra- LEGe: Đêtectơ Gecmani lượng siêu thấp LEGe: Đêtectơ Gecmani lượng thấp REGe :Đêtectơ Ge đồng trục điện cực ngược XtRa: Đêtectơ Ge đồng trục dải rộng BEGe: Đêtectơ dải lượng rộng FWHM: Độ rộng nửa chiều cao đỉnh phổ hay Độ phân giải lượng FWTM: Độ rộng 1/10 chiều cao đỉnh phổ ADC: Bộ biến đổi tương tự số MCA:Máy phân tích biên độ nhiều kênh MỞ ĐẦU Phổ kế gamma với đêtectơ bán dẫn sử dụng rộng rãi nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ hạt nhân Độ phân giải lượng hiệu suất ghi hai số đặc trưng quan trọng phổ kế gamma Cùng với tiến công nghệ, ngày hệ phổ kế gamma dải rộng với đêtectơ có tinh thể ngày lớn, cho phép tăng hiệu suất ghi đetectơ mở rộng dải lượng đo phía lượng lớn Cùng với tự mở rộng dải đo phía lượng lớn, đêtectơ có cửa sổ cacbon màng mỏng cho phép mở rộng dải phía lượng thấp để ghi nhận tia gamma mềm tia X Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị hệ phổ kế gamma bán dẫn dải lượng rộng, làm lạnh điện hãng Canberra chế tạo Hệ phổ kế Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện nghiệm thu thức vào tháng 11 năm 2011 Xác định đặc trưng hệ phổ kế cách có hệ thống cần thiết để phục vụ cho việc vận hành bảo dưỡng Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp với đề tài “Xác định các đặc trưng của hệ phổ kế gamma bán dẫn Be5030 ”, tác giả giao nhiệm vụ sau: Tìm hiểu sơ đồ cấu tạo, nguyên lí hoạt động hệ phổ kế gamma bán dẫn dải lượng rộng – Canberra xác định chế độ làm việc hệ Xác định thực nghiệm độ phân giải lượng đêtectơ Xây dựng đường chuẩn lượng đường cong hiệu suất ghi Khảo sát phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ Xây dựng đường cong hiệu suất ghi mẫu chuẩn, áp dụng phân tích số mẫu đất đá Xác định hoạt độ phóng xạ riêng 238 U, 232Th, 40K Bản luận văn dài 51 trang gồm 17 hình vẽ 10 bảng biểu, hồn chỉnh dựa 12 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn chia làm ba chương Chương Tổng quan đêtectơ bán dẫn Gecmani Chương Phương pháp thực nghiệm Chương Kết thực nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐÊTECTƠ BÁN DẪN GECMANI 1.1 Các loại đêtectơ bán dẫn Gecmani 1.1.1 Những tiến khoa học lĩnh vực chế tạo Đêtectơ xạ tia gamma tia X Nhờ phát triển thiết bị ghi đo ngày phép đo phổ có tiến đáng kể Giai đoạn đầu đầu dò thơ sơ dùng để xác định diện xạ Ở giai đoạn thứ hai đầu dò đo cường độ xạ thông tin lượng cung cấp hạn chế Ngày đầu dò đại có độ phân giải tốt hiệu suất ghi cao cho phép đo xác Bộ Mơn Vật Lý Hạt Nhân 10 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện 136,4743±5% 10,68±8% 10165±1,06% 924,01 0,0384±0,0031 137 Cs 661,657±3% 85,1±2% 464477±0,15% 3036,52 0,0052±0,0001 54 Mn 834,848±3% 99,976±1% 10285±0,99% 409,09 0,0066±0,0001 1173,237±4% 99,9739±7% 12352±0,95% 178,37 0,0027±0,0002 1332,501±5% 99,9856±4% 10921±0,97% 178,37 0,0024±0,0001 60 Co 133 Ba 22 Na 53,161±1% 2,199±22% 3050±2,67% 166,41 0,0269±0,0059 356,017±2% 62,05±19% 29267±0,59% 166,41 0,0092±0,0017 1274,52±2% 99,944±14% 11054±0,96% 188,16 0,0034±0,0005 Từ số liệu hiệu suất ghi thu bảng 3.6 tiến hành xây dựng đường cong hiệu suất ghi Hình 3.8 mơ tả phụ thuộc hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phần vào lượng xạ gamma với khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ cm Hàm số mô tả phụ thuộc hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần vào lượng xạ gamma có dạng: ln ε = −125.97479 + 85.41059 ln E − 21.81175(ln E ) ^ + 2.431(ln E ) ^ + 0.10098(ln E ) ^ R = 0.98627 đó: R hệ số đánh giá chất lượng khớp Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 39 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình 3.8 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi được ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách nguồn là cm Nhận xét đường cong hiệu suất : Ta biết kiện để ghi nhận xung điện nằm đỉnh hấp thụ toàn phần có hạt xạ gamma bay bề mặt đêtectơ gồm có kiện sau: ( ) Bức xạ gamma phải bay vào vùng nhạy đêtectơ ( ) Khi bay vào vùng nhạy, xạ gamma tương tác với đêtectơ xảy tượng hấp thụ quang điện tán xạ Compton nhiều lần gamma cuối kết thúc đêtectơ ( ) Xung lối từ đêtectơ phải có biên độ lớn ngưỡng ghi đêtectơ Để ghi nhận xạ gamma lượng thấp tia X Thiết bị điện tử chế tạo cho hai kiện xảy kiện thứ ba thực Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 40 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Vì thực tế với xạ gamma nằm giải làm việc thiết bị hiệu suất ghi định kiện (1) (2) Trong vùng lượng thấp hệ số suy giảm khối phụ thuộc mạnh vào lượng, lượng gamma tăng hệ số hấp thụ giảm Vì lượng xạ gamma tăng xác suất xạ gamma qua cửa sổ đêtectơ tăng Vì hiệu suất ghi tăng nhanh lượng tăng Khi lượng xạ gamma đủ lớn, xác suất để xạ gamma vào đêtectơ Khi hiệu suất ghi tuyệt đối phụ thuộc vào xác suất hấp thụ quang điện xác suất tán xạ Compton nhiều lần gamma cuối kết thúc đêtectơ Khi lượng xạ gamma chưa lớn xác suất bị hấp thụ quang điện chiếm ưu coi bị hấp thụ tồn lượng Khi lượng tăng hiệu suất ghi khơng thay đổi Phần giảm hiệu suất ghi theo lượng giải thích kích thước đêtectơ hữu hạn lượng xạ gamma tăng xác suất xảy hiệu ứng quang điện giảm dần tượng tán xạ Compton nhiều lần chiếm ưu thế, xác suất để tia gamma bay khỏi đêtectơ tăng dẫn tới hiệu suất ghi giảm lượng tăng 3.5 Sự phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách Để nghiên cứu phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ, đỉnh 834,848 keV 54Mn chọn để nghiên cứu Với khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ thay đổi, thời gian ghi nhận phổ thay đổi tương ứng để cho diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần xác định với sai số nhỏ 1% Kết thực nghiệm thể đồ thị Hình 3.9 Trên Hình 3.9 trục tung hiệu suất ghi, trục hoành khoảng cách từ nguồn đến đêtectơ đơn vị mm Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 41 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình 3.9 Đồ thị mơ tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào khoảng cách nguồn và đetectơ của nguồn 54 Mn được ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra Chúng ta thấy hiệu suất ghi phụ thuộc mạnh vào khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ Khi khoảng cách từ nguồn tới đêtectơ nhỏ, góc đặc mà nguồn nhìn đêtectơ lớn, số xạ gamma phát từ nguồn vào vùng nhạy đêtectơ lớn, hay hiệu suất ghi tuyệt đối lớn Khi khoảng cách tăng, góc đặc mà nguồn nhìn đêtectơ giảm dần, số xạ gamma phát từ nguồn vào vùng nhạy đêtectơ giảm dần, hiệu suất ghi tuyệt đối đêtectơ giảm.Từ đồ thị nhận thấy với khoảng cách d từ nguồn đến đêtectơ nhỏ hiệu suất ghi phụ thuộc mạnh vào d Tính chất cần ý đặc biệt tiến hành thực nghiệm Trong xác định hoạt độ phóng xạ đồng vị mẫu cần phải đảm bảo hình học đo mẫu chuẩn mẫu phân tích Sự sai khác hình học đo mẫu phân tích so với mẫu chuẩn dẫn tới sai số kết phân tích Bộ Mơn Vật Lý Hạt Nhân 42 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện 3.6 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi, phân tích mẫu đất đá Để xác định hoạt độ riêng đồng vị phóng xạ có mẫu đất đá thực nghiệm xác định tốc độ đếm tạ đỉnh hấp thụ toàn phần vạch gamma đặc trưng, biết hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phần suy hoạt độ A đồng vị phóng xạ nghiên cứu có mẫu phân tích theo cơng thức: A= n I γ ε abs Trong : n tốc độ đếm trừ phông đỉnh hấp thụ toàn phần xạ gamma đặc trưng lượng Eγ Iγ hệ số phân nhánh ứng với xạ đặc trưng Eγ εabs hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với lượng Eγ Hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ Uran, Thori, Kali có mẫu đất đá thường nhỏ, mẫu đất đá phân tích cần có khối lượng đủ lớn Hình học đo mẫu mơi trường nói chung,mẫu đất đá nói riêng khác so với nguồn điểm Vì cần phải xây dựng đường cong hiệu suất ghi phù hợp với hình học đo mẫu mơi trường Thường đường cong hiệu suất ghi xác định cách sử dụng mẫu chuẩn phóng xạ, có thành phần giống mẫu phân tích Theo khuyến cáo IAEA với mẫu đất đá ,mẫu chuẩn tương ứng mẫu RGU Đây mẫu chứa đồng vị phóng xạ dãy 238U 235U trạng thái cân Hoạt độ phóng xạ riêng 238 U : 4940 ± 10 Bq/kg 235U : 228 ± Bq/kg Để đảm bảo đồng hình học đo mẫu chuẩn mẫu phân tích , mẫu chuẩn mẫu phân tích đựng hộp hình trụ plastic có đường kính 10cm Mẫu chuẩn mẫu phân tích đầm nén cho chiều cao mẫu phân tích mẫu chuẩn xấp xỉ Mẫu chuẩn mẫu phân tích nhốt vòng 20 ngày trước đo để thiết lập trạng thái cân phóng xạ Mẫu chuẩn mẫu phân tích đặt sát đêtectơ Khối lượng mẫu chuẫn 99 gam Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 43 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình 3.10 Phổ gamma của mẫu chuẩn RGU khối lượng 99g được đo hệ phổ kế gamma BE5030 với thời gian đo 74349 s Trong bảng số 3.7 đưa hoạt độ đồng vị phóng xạ có mẫu chuẩn RGU1 hệ số phân nhánh Iγ vạch đặc trưng sử dụng để xây dựng đường cong hiệu suất ghi Hình 3.10 phổ gamma mẫu chuẩn RGU ghi nhận hệ phổ kế gamma thời gian đo 74349s Diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần xạ gamma đặc trưng đưa bảng 3.7 Trong bảng 3.7 đưa hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phần xạ gamma chọn để xây dừng đường cong hiệu suất ghi Đường cong hiệu suất ghi hình học đo mẫu phân tích đất đá đưa hình 3.10 Sự phụ thuộc hiệu suấtghivàonănglượngcódạng: Bộ Mơn Vật Lý Hạt Nhân 44 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện ln ε = −43,19419 + 27,16359 ln E − 6, 41001(ln E ) ^ + 0, 63866(ln E ) ^ − 0, 02338ln( E ) ^ R = 0.99511 Trong đó: R hệ số làm khớp Bảng 3.7 Hiệu suất ghi tại các đỉnh hấp thụ toàn phần của xạ gamma đặc trưng cho các đồng vị phóng xạ có mẫu chuẩn Nguồn E ( keV) Hoạt độ Hệ số Diện tích Hiệu suất ghi phóng xạ phân đỉnh hấp ε A (Bq) nhánh thụ toàn Iγ (%) phần S 210 46,53 446.4772 4,25 135130 0,0956±0,0071 234Th 63,29 446.4772 4,80 1.45E+05 0,1181±0,00866 234Th 143,74 20,60664 10,96 21576 0,1285±0,0088 235 U 163,35 20,60664 5,08 6466 0,0831±0,0061 Pb 242,2 446.4772 7,258 1.35E+05 0,0436±0,0043 295,22 446.4772 19,3 3.11E+05 0,0509±0,0035 609,31 446.4772 45,49 364768 0,0242±0,0015 214 Bi 806,17 446.4772 1,22 7650 0,0189±0,0002 234 Pa 2204,21 446.4772 5,08 14674 0,0089±0,0006 1120,28 446.4772 15,12 70820 0,0143±0,0009 1238,11 446.4772 5,79 25200 0,0132±0,0009 1764,49 446.4772 15,4 14674 0,0111±0,0076 214 Pb 234Th 214 Pb 214 Bi Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 45 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Hình 3.11 Đường cong hiệu suất ghi được ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn với mẫu chuẩn RGU1 được đặt nắp đêtectơ 3.7 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng U, Th, K mẫu đất đá Hoạt độ phóng xạ Thori Uran xác định dựa vào vạch gamma đồng vị phóng xạ dãy Với mẫu đất đá vạch gamma xuất với cường độ lớn: 295,22 keV 351,93 keV 214 Pb; vạch 609,31 keV; 1120,22 keV 214Bi vạch 238 keV 212Pb ; vạch 583,19 keV 208Tl vạch 1,46 keV 40K Luận văn tiến hành phân tích thử nghiệm 02 mẫu đất đá môi trường Khoa Môi trường trường Đại học Khoa học Tự nhiên cung cấp Các mẫu đất đá sau gia công nghiền nhỏ nhốt 20 ngày để thiết lập trạng thái cân phóng xạ Rađi sản phẩm cháu Rađi Sau nhốt, mẫu đo hệ phổ kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết dải rộng BEGeBE 5030 hãng Canberra cung cấp với cấu hình đo giống đo mẫu chuẩn Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 46 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện RGU Sử dung phần mềm Genie 2000- 3.0 để phân tích phổ gamma Việc tính tốn hoạt độ đồng vị phóng xạ thực phần mềm kèm với hệ đo Kết phân tích Phổ gamma 02 mẫu phân tích đưa Hình 3.12a Hình 3.12b Hình3.12a Phổ gamma của mẫu đất đá BN được đo hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên,ĐHQGHN thời gian đo 55253s Căn vào tốc độ đếm đỉnh hấp thụ tồn phần trừ phơng, đường cong hiệu suất ghi xác định hoạt độ phóng xạ số đồng vị phóng xạ Uran, Thori Kali Kết cho Bảng số 3.8a Bảng 3.8.a Hoạt đợ phóng xạ riêng của mợt sớ đồng vị phóng xạ tự nhiên dãy Uran, Thori và kali mẫu đất đá BN Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 47 Luận văn tốt nghiệp Đồng vị phóng xạ Hoạt độ riêng (Bq/Kg) Ghi 10.28±1,26 Dãy 238U Bi 10.64±1,38 Dãy 238U Ac 21.05±2,53 Dãy 232Th 21.82±2,62 Dãy 232Th Tl 23.87±2,86 Dãy 232Th K 15,2±1,2 214 Pb 214 228 Lê Đức Thiện 212 Pb 208 40 40 K Hình 3.12b Phổ gamma của mẫu đất đá BT được đo hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thời gian đo 230031s Trên Hình 3.12b đưa phổ gamma mẫu đất đá có ký hiệu BT, hoạt độ riêng số đồng vị phát xạ gamma cường độ mạnh dãy 238 U, 232 Th vạch gamma 40K Bảng số 3.8b kết xác định hoạt độ phóng xạ riêng số đồng vị phóng xạ hai dãy phóng xạ tự nhiên Kali Bảng 3.8b Hoạt đợ phóng xạ riêng của mợt sớ đồng vị phóng xạ tự nhiên dãy Uran, Thori và kali mẫu đất đá BT Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 48 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Đồng vị phóng xạ Hoạt độ riêng (Bq/Kg) Ghi 8,68±1,16 Dãy 238U 214 Bi 6,05±1,73 Dãy 238U 228 Ac 11,25± 1,58 Dãy 232Th 10,97±1,54 Dãy 232Th Tl 10,0±1,41 Dãy 232Th K 10,9 ± 1,5 214 212 Pb Pb 208 40 Trong phạm vi sai số đồng vị dãy 40 238 U K 232 Th trạng thái cân phóng xạ Kết phù hợp với kết lý thuyết ra[5] Các dãy phóng xạ tự nhiên đất đá nằm trạng thái cân phóng xạ Sử dụng hoạt độ phóng xạ đồng vị bảng tiến hành xác định hàm lượng Uran, Thori kali mẫu Kết cho bảng số 3.8c Bảng 3.8c Hàm lượng U,Th,K 02 mẫu đất đá phân tích STT Tên mẫu Màu đất đá U (ppm) Th (ppm) K (%) BN Màu vàng 0,85 5,46 0,055 BT Màu vàng 0,60 2,64 0,040 Kết phân tích đối chứng mẫu BN phòng thí nghiệm VILAB Trung tâm phân tích mơi trường Viện Hóa học Qn 0,92 ppm, 5,80 ppm Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 49 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện 0,12 % tương ứng với Uran, Thori Kali Kết phân tích đối chứng cho thấy với U, Th kết thu từ Luận văn phù hợp với số liệu phân tích phòng thí nghiệm VILAB Trung tâm phân tích mơi trường Viện Hóa học Quân Tuy nhiên với Kali số liệu sai lệch nhiều mẫu BN hàm lượng Kali thấp, nằm ngưỡng pháp để có số liệu xác cần phải tăng thời gian đo lên nhiều lần Trong 02 mẫu không thấy đồng vị phóng xạ nhân tạo 137 Cs, 7Be Theo Ủy ban Khoa học Quốc tế tác động xạ nguyên tử đến cộng đồng UNSCEAR( United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Asembly) liều hiệu dụng trung bình hàng năm phông gamma tự nhiên gây 0,5 mSV Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6866:2001 dân chúng giới hạn liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm 1mSv Liều hiệu dụng hàng năm 05 khu vực lấy mẫu tương ứng biến thiên khoảng từ 0,09 mSv/năm mẫu đất đá BT đến 0,26 mSv/năm mẫu đất đá BQ nhỏ giá trị liều hiệu dụng trung bình hàng năm phông xạ gamma gây (0,5mSv/năm) KẾT LUẬN Bản luận văn đạt yêu cầu đặt : Vê mặt lý thuyết tổng quan dạng đêtectơ bán dẫn Ge Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe-Canberra làm lạnh điện Thông qua việc ghi nhận phổ việc ghi nhận phổ nguồn chuẩn hệ đo hiểu rõ trình tương tác xạ gamma với vật liệu đêtectơ nguyên tắc làm việc hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe-Canberra nói riêng hệ phổ kế gamma nói chung Bộ Mơn Vật Lý Hạt Nhân 50 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện Về mặt thực nghiệm tiến hành đánh giá số thông số đặc trưng hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe - Canberra Đã tiến hành xác định phụ thuộc độ phân giải lượng (FWHM) vào thời gian hình thành xung, kết nhận với thời gian hình thành xung 4μs độ phân giải lượng tốt Tiến hành tìm hiểu trình vận hành hệ phổ kế gamma chọn chế độ làm việc thích hợp kết chế độ làm việc thích hợp hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra: nuôi 4000V, hệ số khuếch đại với chỉnh thô 20, chỉnh tinh 0,9, thời gian hình thành xung 4μs Khảo sát phụ thuộc độ phân giải lượng vào lượng xạ gamma Khảo sát phụ thuộc hiệu suất ghi vào khoảng cách từ nguồn tới đetectơ Đã xây dựng đường cong hiệu suất ghi cấu hình đo mẫu đất đá, áp dụng để xác định hàm lượng Uran, Thori, Kali 02 mẫu đất đá Kết rằng: Trong phạm vi sai số đồng vị phóng xạ dãy 238 U 232Th trạng thái cân TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đinh Sỹ Hiền (2005), Điện tử hạt nhân đầu dò bán dẫn và xử lý tín hiệu, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 51 Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện [3] Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội [4] Nguyễn Triệu Tú ( 2007 ), Ghi nhận và đo lường xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [5] Đặng Huy Uyên (2004), Vật lý hạt nhân đại cương, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh [6] Canberra industries Inc (1999), Germanium detector, User’s Manual 12th Edition, New York [7] Canberra industries Inc (1999), Model 2026 spectroscopy Amplifier, User’s Manual 12th Edition, New York [8] Canberra industries Inc (1999), Model 3106D HV Power supply, User’s Manual 12th Edition, New York [9] Canberra industries Inc (1999), Genie 2000 spectroscopy System Operations, New York [10] Glenn F Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, New York [11] Klaus Debertin, Richard G Helmer (1988), Gamma-And Spectrometry With Semiconductor Detectors, North-Holland, USA [12] http://ie.lbl.gov/toi/radSearch.asp Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 52 X-Ray Luận văn tốt nghiệp Lê Đức Thiện PHỤ LỤC Hình P1.Buồng chì vỏ ngoài thép cacbon phơng thấp dày 9,5 mm Hình P2 Lớp che chắn bên đồng dày 1,6mm và đetectơ Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 53 ... khoảng cách nguồn đêtectơ nguồn 54 Mn ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra 36 Hình 3.8 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách... cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách nguồn cm 41 Hình 3.10 Phổ gamma mẫu chuẩn RGU khối lượng 99g đo hệ phổ kế gamma BE5030 với thời gian đo 74349... Đường cong hiệu suất ghi ghi nhận hệ phổ kế gamma bán dẫn với mẫu chuẩn RGU1 đặt nắp đêtectơ 46 Hình 3.12a Phổ gamma mẫu đất đá BN đo hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt