Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp phân tích, đo đạc và xử lý mẫu (mẫu môi trường…) bằng hệ phổ kế gamma (Sử dụng detector Germanium siêu tinh khiết) được ứng dụng rộng rãi nhờ vào ưu điểm của nó như khả năng phân tích đa nguyên tố, việc sử lý mẫu không quá phức tạp như khi đo alpha và beta. Khi đưa vào sử dụng hệ phổ kế này thì chúng ta cần hiệu chuẩn hệ phổ kế về năng lượng cũng như hiệu suất, đồng thời khảo sát các thông số cơ bản của đầu dò, khả năng che chắn phông của buồng chì… để thuận tiện cho việc sử dụng hệ phổ kế trong công tác đo đạc và phân tích.Vì vậy các công trình nghiên cứu để đưa hệ phổ kế gamma vào sử dụng phần lớn tập trung vào vấn đề về hiệu suất, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất như hiệu ứng trùng phùng (đây là hiệu ứng được nhắc đến trong luận văn này), hiệu ứng tự hấp thụ, sự thay đổi hiệu suất theo năng lượng hay khoảng cách…
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHÍNH TRÙNG PHÙNG VÀ HỆ ĐO GAMMA 1.1 Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Nguyên nhân hiệu ứng trùng phùng 1.1.3 Trùng phùng thực (True-coincidence summing) 1.1.4 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng thực 1.1.4.1 Tỉ số theo khoảng cách 1.1.4.2 Tỉ số P/T 1.1.4.3 Phương pháp hiệu chỉnh ma trận 10 1.2 Tương tác tia γ với vật chất 13 1.2.1 Hiệu ứng quang điện 13 1.2.2 Hiệu ứng tạo cặp 14 1.2.3 Hiệu ứng Compton 15 1.3 Hệ phổ kế gamma HPGe Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân 17 1.3.1 Giới thiệu đầu dò HPGe 17 1.3.2 Cơ chế hoạt động đầu dò để ghi nhận gamma 17 1.3.3 Phổ biên độ xung 17 1.3.4 Độ phân giải lượng 19 1.3.5 Hiệu suất đo 20 1.3.6 Thời gian chết 21 iv 1.3.7 Hệ phổ kế gamma HPGe Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân 21 Chương 2: THỰC NGHIỆM 24 2.1 Đặc trưng nguồn gamma chuẩn 24 2.2 Thiết lập tham số đặc trưng hệ phổ kế gamma 26 2.3 Xác định phông gamma hệ đo 31 2.4 Đo đạc hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách với nguồn gamma chuẩn 33 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết xác định hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách .36 3.2 Kết xác định hệ số hiệu trùng phùng thực 37 3.3 Thảo luận kết 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 v MỞ ĐẦU Phương pháp phân tích, đo đạc xử lý mẫu (mẫu môi trường…) hệ phổ kế gamma (Sử dụng detector Germanium siêu tinh khiết) ứng dụng rộng rãi nhờ vào ưu điểm khả phân tích đa nguyên tố, việc sử lý mẫu không phức tạp đo alpha beta Khi đưa vào sử dụng hệ phổ kế cần hiệu chuẩn hệ phổ kế lượng hiệu suất, đồng thời khảo sát thông số đầu dò, khả che chắn phơng buồng chì… để thuận tiện cho việc sử dụng hệ phổ kế cơng tác đo đạc phân tích Vì cơng trình nghiên cứu để đưa hệ phổ kế gamma vào sử dụng phần lớn tập trung vào vấn đề hiệu suất, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hiệu ứng trùng phùng (đây hiệu ứng nhắc đến luận văn này), hiệu ứng tự hấp thụ, thay đổi hiệu suất theo lượng hay khoảng cách… Có hai loại trùng phùng mà ta cần phân biệt là: Trùng phùng ngẫu nhiên hay chập xung xảy xem chồng chất gamma từ hạt nhân phóng xạ khác (thường gặp mẫu đa nguyên tố), gamma đến đầu dò khoảng thời gian phân giải hệ khuếch đại xảy tương tác quang điện Trùng phùng thực trùng phùng tia gamma hạt nhân khơng phụ thuộc vào hoạt độ nguồn Hiện tượng xảy hạt nhân phân rã hai hay nhiều photon khoảng thời gian phân giải detector Để khảo sát hiệu ứng trùng phùng thực này, sử dụng nhiều phương pháp khác như: Phương pháp đường cong P/T, ma trận dịch chuyển, tỉ số theo khoảng cách - phương pháp sử dụng luận văn Bằng phương pháp thực nghiệm sử dụng nguồn chuẩn kết hợp với nguồn cần hiệu chỉnh trùng phùng, đo nguồn khoảng cách xa gần detector để tính hiệu suất ghi nguồn từ dùng phương pháp tỉ số khoảng cách để suy hệ số hiệu trùng phùng thực Nội dung luận văn gồm ba chương: Chương I: Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng hệ đo gamma 1.1 Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng 1.2 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.3 Hệ phổ kế gamma HPGe Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân Chương II: Thực nghiệm 2.1 Đặc trưng nguồn gamma chuẩn 2.2 Thiết lập tham số đặc trưng hệ phổ kế gamma 2.3 Xác định phông gamma hệ đo 2.4 Đo đạc hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách với nguồn gamma chuẩn Chương III: Kết thảo luận 3.1 Kết xác định hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách 3.2 Kết xác định hệ số hiệu trùng phùng thực 3.3 Thảo luận kết Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHÍNH TRÙNG PHÙNG VÀ HỆ ĐO GAMMA 1.1 Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng 1.1.1 Định nghĩa Hiệu ứng trùng phùng (coincidence effect): hai nhiều hai tia gamma phát đến detector khoảng thời gian phân giải detector ghi nhận xung [1] 1.1.2 Nguyên nhân hiệu ứng trùng phùng Các tia gamma sinh dịch chuyển trạng thái hạt nhân không bền từ trạng thái kích thích trạng thái Tùy vào đồng vị phóng xạ bao gồm nhiều trạng thái trung gian phát tia gamma tương ứng Và chuỗi phát gamma liên tiếp gọi tượng phân rã nối tầng [1] Tồn mức trạng thái trung gian hạt nhân với thời gian sống ngắn từ 10 -10 đến 10 -20 s, hạt nhân phát tia gamma để trở trạng thái kích thích thấp trạng thái Như biết, hàm đáp ứng thời gian -7 hệ đo HPGe 10 s để thu thập lượng mà tia gamma để lại vùng hoạt đầu dò Và thời gian chết detector HPGe từ 4μs→6μs khoảng thời gian mà hệ đo phân biệt đươc lượng xạ riêng biệt [1] Chính hàm đáp ứng thời gian gây tượng dịch chuyển gamma nối tầng Do tia gamma để lại toàn phần lượng vùng hoạt detector Trường hợp tia gamma vào detector để lại toàn lượng vùng hoạt động detector ta có tượng trùng phùng thêm (summing in) [2] Ví dụ hình 1.1 γ32, γ21 γ10, đóng góp diện tích đỉnh tổng cho γ30 Hình 1.1: Trùng phùng thêm Trường hợp tia gamma vào detector để lại lượng vùng hoạt động detector có tia để lại phần lượng lúc ta có trùng phùng (summing out) [2] Giả sử ta có sơ đồ phân rã hình 1.1 lúc γ30 γ31, γ20 làm giảm diện tích đỉnh γ21 Trường hợp tia gamma vào detector để lại phần lượng vùng hoạt động detector đóng góp làm trơn phổ phông mà không ảnh hưởng tới hiệu suất đỉnh toàn phần Để xác định tượng trùng phùng trùng phùng thêm, cần nghiên cứu sơ đồ phân rã phóng xạ để biết mối tương quan tất tia gamma tồn tại, xác suất phát chúng Hình 1.2: Sơ đồ phân rã đơn giản mang tính lý thuyết 1.1.3 Trùng phùng thực (True-coincidence summing) Là trùng phùng tia gamma hạt nhân khơng phụ thuộc vào hoạt độ nguồn Xảy hạt nhân phân rã hai hay nhiều photon khoảng thời gian phân giải detector [1,3] Hầu hết trường hợp phân rã hạt nhân mẹ đến trạng thái bền hạt nhân phát vài tia gamma tia X mức phân rã Nếu hai tia gamma với lượng khác phát lúc hạt nhân phân rã, chúng phát thời gian mà hệ đo nhận biết chúng, hai tia gamma gây tượng trùng phùng thực [3] Detector tích lũy lượng hai gamma phát để lại vùng hoạt động detector Kết là, tượng gây tượng trùng phùng thêm trùng phùng từ lượng đỉnh toàn phần tia gamma việc phân tích xác định lượng đỉnh tồn phần sai Do đó, hiệu chỉnh lượng đỉnh toàn phần cho hiệu ứng trùng phùng thực cần thiết Khi lượng đỉnh toàn phần gamma gamma bị trường hợp có suất lượng đỉnh tồn phần gamma dẫn đến làm tăng số đếm đỉnh Hơn detector tích lũy lượng toàn phần gamma phần lượng từ gamma dẫn đến số đếm lượng tồn phần gamma gamma Do hiệu chỉnh cần phải xác định hiệu suất tổng gamma để hiệu chỉnh cho trường hợp tổng Ta xem hiệu ứng trùng phùng tổng đo nguồn 60 Co Hai tia gamma phát từ nguồn xuất khoảng thời gian cách nhỏ nên detector ghi nhận tia gamma có lượng tổng lượng hai tia riêng biệt Khi hiệu suất ghi hai tia riêng biệt giảm phổ suất thêm đỉnh ứng với lượng tổng 2505keV Hệ số hiệu chỉnh trùng phùng loại phụ thuộc vào loại detector, yếu tố hình học chuỗi phân rã hạt nhân Để hiệu chỉnh trùng phùng loại cách: gamma-gamma tia X (K, L) – gamma [4] Trùng phùng thực gồm hai loại: - Trùng phùng thêm (summing in): tượng trùng phùng làm tăng số đếm đỉnh - Trùng phùng (summing out): tượng trùng phùng làm số đếm đỉnh [3] Hình 1.3: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma 60 Co Ngồi có trùng phùng ngẫu nhiên: trùng phùng tia gamma không hạt nhân Trùng phùng phụ thuộc vào hoạt độ nguồn Để hiệu chỉnh trùng phùng ta giảm tốc độ đếm [4] 1.1.4 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng thực Có nhiều cách hiệu chỉnh trùng phùng số phương pháp hiệu chỉnh dựa nguyên lý sau: - Tỉ số theo khoảng cách - Đường cong P/T - Ma trận dịch chuyển 1.1.4.1 Tỉ số theo khoảng cách Đây phương pháp sử dụng luận văn Theo Kafala (1994) [5]: tỉ số hiệu suất đỉnh đo khoảng cách khác khơng đổi theo lượng Hình 1.4: Tỉ số của hiệu suất đỉnh theo lượng đo khoảng cách khác Để hiệu chỉnh trùng phùng thực nghiệm người ta thường làm sau: dùng nguồn chuẩn kết hợp với nguồn cần hiệu chỉnh trùng phùng đo hai nguồn cách khoảng cách xa gần detector Hiệu suất ghi: εɤ = = ɤ Với A=A0 Trong đó: − (1.1) / ɤ 1/2 Tr thời gian rã T1/2 thời gian bán rã nguồn ɤ cường độ tia gamma diện tích đỉnh thời gian đo Sau tính hiệu suất ghi nguồn chuẩn nguồn đo, lập tỉ số khoảng cách gần xa detector ta suy công thức: ε Rf = ( ) (1.2) ε (1.3) ε Rn = ( ) ε Ở đây:ε : hiệu suất ghi nguồn chuẩn không trùng phùng ε : hiệu suất ghi nguồn đo cần hiệu chỉnh trùng phùng Rn : tỉ số tốc độ đo vị trí gần đầu dò Rf : tỉ số tốc độ vị trí xa đầu dò Với nguồn có trùng phùng xảy ra, tốc độ đếm vị trí gần đầu dò chịu ảnh hưởng trùng phùng thấp tốc độ đếm vị trí xa Nếu nguồn chuẩn nguồn khơng có trùng phùng khơng có số đếm trùng phùng Khi hệ số trùng phùng định nghĩa tỉ số R n Rf cấu hình tương tự nhau: Cf = (1.4) - Cf =1 trùng phùng tổng không đáng kể - Cf ≠ trùng phùng tổng đáng kể Hiệu suất ghi sau loại bỏ hiệu ứng trùng phùng thực: εhc(E) = Cf εɤ(E) (1.5) Với εɤ(E), εhc(E) hiệu suất ghi trước sau hiệu chỉnh trùng phùng Cf hệ số trùng phùng thực Sai số hiệu suất ghi đầu dò: σeff = √δI +δ 2+δ ɤ Trong đó: δIɤ sai số tương đối cường độ phát Iɤ δ sai số tương đối diện tích đỉnh δ sai số hoạt độ nguồn (với δ ≈ %) (1.6) Vị trí nguồn đặt sát mặt detector nguồn cách detector 5cm BẢNG 2.3: Diện tích đỉnh sai số đỉnh lượng vị trí nguồn đặt sát mặt cách detector 5cm Vị trí nguồn Sát mặt detector Đồng vị E(keV) Tr (ngày) Cách detector 5cm Sai số Thời Diện diện Tr gian đo tích đỉnh tích (ngày) (s) (S) đỉnh (%) Sai số Thời Diện diện gian đo tích đỉnh tích (s) (S) đỉnh (%) Am 59.54 5468.6 890 2414 2.2 5458.7 56305 46372 0.6 Cd 88.03 122.06 136.47 276.4 302.85 356.01 383.85 755.03 957 48747 991 744.93 4978 755.04 546 0.5 0.1 0.3 0.3 0.3 0.1 0.3 736.21 755.01 46436 963789 127215 164574 416364 1267404 188978 743.84 4784 511657 896818 114617 264309 638804 1924179 266004 0.2 0.1 0.3 0.3 0.2 0.1 0.3 Cs 661.66 754.98 371 210190 0.2 736.91 2559 232635 0.2 Mn Co 834.85 724 214 101802 0.3 714 3018 242800 0.2 1173.23 723.99 228 230025 0.3 705.84 5197 1083599 0.2 22 Na 1274.5 754.99 171 95519 0.4 745.04 2395 385701 0.2 60 Co 1332.49 244.7 344.28 411.12 443.97 778.9 867.38 964.08 1085.84 1112.08 1408.1 723.99 228 5197 76206 0.2 0.4 0.2 1.4 0.9 0.4 1.1 0.4 0.4 0.4 0.4 705.84 5338.1 207969 78609 254484 13662 21950 62269 16262 67816 53800 62201 76628 5327 66704 986737 16769 46841 3262 4434 12614 3387 12298 8514 10795 13776 0.2 1.0 0.5 3.0 2.1 0.9 2.6 0.9 1.0 0.9 0.7 241 109 57 Co 133 Ba 137 54 60 Eu 152 34 Vị trí nguồn cách detector 10cm 15cm BẢNG 2.4: Diện tích đỉnh sai số đỉnh lượng vị trí nguồn cách detector 10cm 15cm Vị trí nguồn Sát mặt detector Đồng vị 241Am 109Cd 57 Co 133 Ba 137Cs 54Mn 60Co 22Na 60Co 152 Eu E(keV) 59.54 88.03 122.06 136.47 276.4 302.85 356.01 383.85 661.66 834.85 1173.23 1274.5 1332.49 244.7 344.28 411.12 443.97 778.9 867.38 964.08 1085.84 1112.08 1408.1 Tr (ngày) 5465.4 746.35 747.28 745.94 746.34 715.88 705.05 747.09 705.05 5330.4 Sai số Thời Diện diện gian đo tích đỉnh tích (s) (S) đỉnh (%) 232370 76720 0.5 37504 151419 0.4 622900 0.2 9390 80168 0.3 624239 0.2 1510264 0.1 28482 4551489 0.1 621072 0.1 976 36127 0.5 16113 520859 0.1 10887 960295 0.2 7502 517082 0.1 10887 878959 0.1 32405 0.9 95656 0.4 6700 2.5 9886 1.8 26192 0.7 337559 7586 1.9 26054 0.6 16875 0.8 22552 0.8 29042 0.5 35 Cách detector 5cm Tr (ngày) Thời gian đo (s) 5469.6 735.21 133573 50505 735.85 4964 734.04 63258 735.14 704.92 702.81 735.07 702.81 5783 9924 17418 4740 17418 5340.9 462846 Sai số Diện diện tích đỉnh tích (S) đỉnh (%) 26403 0.9 105147 0.4 165629 0.3 21365 0.6 677766 0.2 1639339 0.1 4957849 0.1 672113 0.2 109393 0.3 168421 0.3 789066 0.2 171095 0.2 723090 0.2 23909 1.1 65435 0.5 4913 3.5 6223 2.9 18355 0.9 5274 2.5 17995 0.9 12594 1.1 15559 1.0 20529 0.7 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết xác định hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách Từ kết thực hành chương 2, kết hợp với thông số ban đầu nguồn như: Cường độ tia gamma, hoạt độ ban đầu nguồn, thời gian phân rã (bảng 2.1 ) ta tính hiệu suất ghi sai số theo cơng thức 1.1 1.6 (mục 1.1.4.1) vị trí nguồn sát mặt detector , cách detector 5cm, 10cm, 15cm BẢNG 3.1: Hiệu suất ghi sai số vị trí Đồng vị Sát mặt detector Sai Hiệu suất số ghi (εɤ) (%) Khoảng cách từ nguồn đến detector (cm) cm 10 cm Sai Sai Hiệu suất Hiệu suất số số ghi (εɤ) ghi (εɤ) (%) (%) 15 cm Hiệu suất ghi (εɤ) Sai số (%) Am 1.85E-02 3.8 5.63E-03 3.1 2.26E-03 3.1 1.35E-03 3.2 Cd 1.11E-01 2.11E-01 2.22E-01 1.31E-01 1.29E-01 1.16E-01 1.20E-01 3.3 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 2.34E-02 3.81E-02 3.88E-02 2.39E-02 2.25E-02 2.00E-02 1.92E-02 3.3 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 9.14E-03 1.41E-02 1.45E-02 9.50E-03 8.95E-03 7.96E-03 7.54E-03 3.3 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 4.63E-03 6.89E-03 7.09E-03 4.64E-03 4.37E-03 3.90E-03 3.67E-03 3.3 3.0 3.4 3.1 3.1 3.0 3.1 Cs 7.56E-02 3.0 1.21E-02 3.0 4.94E-03 3.1 2.52E-03 3.0 Mn 6.42E-02 3.0 1.06E-02 3.0 4.28E-03 3.0 2.19E-03 3.0 60 Co 3.54E-02 3.0 7.28E-03 3.0 3.08E-03 3.0 1.58E-03 3.0 22 Na 2.62E-02 3.0 7.50E-03 3.0 3.21E-03 3.0 1.67E-03 3.0 60 Co 3.20E-02 9.51E-02 8.74E-02 5.57E-02 7.16E-02 4.38E-02 3.50E-02 4.27E-02 4.85E-02 4.24E-02 3.36E-02 3.0 3.1 3.0 3.3 3.2 3.1 3.2 3.1 3.1 3.1 3.1 6.62E-03 2.31E-02 1.84E-02 1.52E-02 1.65E-02 1.01E-02 8.32E-03 8.83E-03 8.76E-03 8.39E-03 6.88E-03 3.0 3.2 3.1 4.3 3.7 3.2 4.0 3.2 3.2 3.2 3.1 2.81E-03 8.84E-03 7.41E-03 6.17E-03 7.27E-03 4.16E-03 3.68E-03 3.70E-03 3.43E-03 3.46E-03 2.87E-03 3.0 3.2 3.1 3.9 3.6 3.1 3.6 3.1 3.2 3.1 3.1 1.45E-03 4.76E-03 3.70E-03 3.30E-03 3.34E-03 2.13E-03 1.87E-03 1.87E-03 1.87E-03 1.75E-03 1.48E-03 3.0 3.2 3.1 4.6 4.2 3.2 3.9 3.2 3.3 3.2 3.1 241 109 57 Co 133 Ba 137 54 Eu 152 36 3.2 Kết xác định hệ số hiệu trùng phùng thực Từ bảng 3.1 ta có kết đo hiệu suất ghi vị trí nguồn đặt sát mặt detector, cách detector 5cm, 10cm, 15cm Chọn nguồn 137 Cs (đỉnh 661.66 keV) nguồn chuẩn không trùng phùng, ta tính hệ số R n , Rf sai số (bảng 3.2) theo công thức 1.2, 1.3, 1.7, 1.8 (mục 1.1.4.1) hệ số trùng phùng C f sai số (bảng 3.3) theo công thức 1.4, 1.9 (mục 1.1.4.1) vị trí tương ứng BẢNG 3.2: Hệ số Rn, Rf sai số vị trí Đồng vị Khoảng cách từ nguồn đến detector (cm) Sát mặt detector cm 10 cm sai số sai số sai số Rn Rn Rn (%) (%) (%) 15 cm sai số Rf (%) Am 4.0752 4.8 2.1512 4.3 2.1862 4.3 1.8647 4.4 Cd 0.6794 0.3585 0.3403 0.5774 0.5861 0.6525 0.6305 4.5 4.3 4.5 4.3 4.3 4.3 4.3 0.5178 0.3183 0.3120 0.5059 0.5376 0.6048 0.6303 4.5 4.3 4.5 4.3 4.3 4.3 4.3 0.5402 0.3500 0.3407 0.5194 0.5513 0.6199 0.6546 4.5 4.3 4.5 4.4 4.3 4.3 4.3 0.5440 0.3659 0.3554 0.5437 0.5773 0.6469 0.6875 4.5 4.3 4.5 4.3 4.3 4.3 4.3 54Mn 1.1778 4.3 1.1413 4.3 1.1524 4.3 1.1486 4.3 60 Co 2.1325 4.3 1.6646 4.3 1.6036 4.3 1.5958 4.3 22 Na 2.8845 4.3 1.6153 4.3 1.5353 4.3 1.5103 4.3 60Co 2.3617 0.7950 0.8648 1.3559 1.0558 1.7240 2.1596 1.7697 1.5585 1.7845 2.2521 4.3 4.3 4.3 4.5 4.4 4.3 4.4 4.3 4.3 4.29 4.28 1.8305 0.5236 0.6602 0.7979 0.7344 1.1958 1.4569 1.3713 1.3838 1.4447 1.7602 4.3 4.4 4.3 5.2 4.8 4.4 5.0 4.4 4.4 4.37 4.32 1.7543 0.5584 0.6662 0.8006 0.6788 1.1868 1.3405 1.3338 1.4387 1.4251 1.7206 4.3 4.4 4.3 5.0 4.7 4.4 4.7 4.3 4.4 4.37 4.32 1.7437 0.5292 0.6809 0.7633 0.7540 1.1841 1.3481 1.3503 1.3479 1.4443 1.7019 4.3 4.5 4.3 5.5 5.2 4.4 5.0 4.4 4.4 4.39 4.33 241 109 57 Co 133 152 Ba Eu 37 BẢNG 3.3: Hệ số hiệu trùng phùng thực Cf sai số vị trí Đồng vị Khoảng cách từ nguồn đến detector (cm) Sát mặt detector cm 10 cm sai số sai số sai số Cf Cf Cf (%) (%) (%) Am 1 Cd 0.9707 6.0 0.8617 6.0 0.9478 6.1 0.9486 6.4 0.8697 6.4 0.9499 6.4 1.0521 6.1 0.9218 6.1 0.9464 6.2 1.0058 6.1 0.9225 6.1 0.9461 6.1 0.9993 6.0 0.9262 6.0 0.9494 6.1 0.9086 6.1 0.9083 6.1 0.9432 6.1 Mn 1 60 Co 1.3239 6.0 1.0334 6.0 0.9956 6.0 22 Na 1.8921 6.0 1.0595 6.0 1.0071 6.0 Co 1.3419 1.4884 6.0 6.2 1.0400 0.9804 6.0 6.2 0.9967 1.0454 6.0 6.2 1.2582 6.1 0.9605 6.1 0.9693 6.1 1.7597 7.1 1.0356 7.6 1.0390 7.4 1.3873 6.8 0.9650 7.1 0.8919 7.0 1.4424 6.1 1.0005 6.2 0.9930 6.2 1.5870 6.7 1.0707 7.1 0.9851 6.8 1.2985 6.1 1.0061 6.2 0.9787 6.2 1.1455 6.2 1.0171 6.3 1.0575 6.2 1.2241 6.1 0.9910 6.2 0.9776 6.2 1.3110 6.1 1.0246 6.1 1.0016 6.1 241 109 57 Co 133 Ba 54 60 152 Eu 38 Như mục 1.1.4.1 trình bày, từ bảng 3.1 bảng 3.3 ta tính hiệu suất ghi sau loại bỏ hiệu ứng trùng phùng thực sai số theo cơng thức 1.5 1.10 vị trí tương ứng: Tại vị trí sát mặt detector : BẢNG 3.4: Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh vị trí sát mặt detector Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (εɤ) Sai số hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) Hiệu suất ghi hiệu chỉnh (εhc) Sai số hiệu suất ghi hiệu chỉnh (%) 2.11E-01 2.22E-01 1.31E-01 1.29E-01 1.16E-01 1.20E-01 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 2.05E-01 2.11E-01 1.38E-01 1.30E-01 1.16E-01 1.09E-01 6.7 7.2 6.9 6.8 6.7 6.8 Độ lệch so với hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) 2.8 5.0 5.3 0.8 0.0 9.2 Co 3.54E-02 3.0 4.69E-02 6.7 32.5 22 Na 2.62E-02 3.0 4.96E-02 6.7 89.3 60Co 3.20E-02 9.51E-02 8.74E-02 5.57E-02 7.16E-02 4.38E-02 3.50E-02 4.27E-02 4.85E-02 4.24E-02 3.36E-02 3.0 3.1 3.0 3.3 3.2 3.1 3.2 3.1 3.1 3.1 3.1 4.29E-02 1.42E-01 1.10E-01 9.81E-02 9.93E-02 6.32E-02 5.55E-02 5.55E-02 5.56E-02 5.18E-02 4.40E-02 6.7 6.9 6.8 7.9 7.5 6.9 7.4 6.8 6.9 6.9 6.8 34.1 49.3 25.9 76.1 38.7 44.3 58.6 30.0 14.6 22.2 31.0 Đồng vị Co 57 133 Ba 60 152 Eu 39 Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh -0.4 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 Hiệu suất ghi hiệu chỉnh 2.5 2.7 2.9 3.1 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 Hình 3.1: Đường cong hiệu suất chưa hiệu chỉnh hiệu chỉnh vị trí nguồn sát mặt detector 40 3.3 Tại vị trí cách detector 5cm: BẢNG 3.5: Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh vị trí cách detector 5cm Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (εɤ) Sai số hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) Hiệu suất ghi hiệu chỉnh (εhc) Sai số hiệu suất ghi hiệu chỉnh (%) 3.81E-02 3.88E-02 2.39E-02 2.25E-02 2.00E-02 1.92E-02 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 3.28E-02 3.38E-02 2.21E-02 2.08E-02 1.86E-02 1.75E-02 6.7 7.2 6.9 6.8 6.7 6.8 Độ lệch so với hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) 13.9 12.9 7.5 7.6 7.0 8.9 60 Co 7.28E-03 3.0 7.52E-03 6.7 3.3 22Na 7.50E-03 3.0 7.95E-03 6.7 6.0 Co 6.62E-03 2.31E-02 1.84E-02 1.52E-02 1.65E-02 1.01E-02 8.32E-03 8.83E-03 8.76E-03 8.39E-03 6.88E-03 3.0 3.2 3.1 4.3 3.7 3.2 4.0 3.2 3.2 3.2 3.1 6.88E-03 2.27E-02 1.76E-02 1.57E-02 1.59E-02 1.01E-02 8.90E-03 8.89E-03 8.90E-03 8.31E-03 7.05E-03 6.7 7.0 6.8 8.7 8.0 6.9 8.1 6.9 7.0 7.0 6.9 3.9 1.7 4.3 3.3 3.6 0.0 7.0 0.7 1.6 1.0 2.5 Đồng vị Co 57 133 Ba 60 152 Eu 41 Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh -1 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 Hiệu suất ghi hiệu chỉnh 2.5 2.7 2.9 3.1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 -2.2 -2.4 Hình 3.2: Đường cong hiệu suất chưa hiệu chỉnh hiệu chỉnh vị trí nguồn cách detector 5cm 42 3.3 Tại vị trí cách detector 10cm: BẢNG 3.6: Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh vị trí cách detector 10cm Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (εɤ) Sai số hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) Hiệu suất ghi hiệu chỉnh (εhc) Sai số hiệu suất ghi hiệu chỉnh (%) 1.41E-02 1.45E-02 9.50E-03 8.95E-03 7.96E-03 7.54E-03 3.0 3.3 3.1 3.1 3.0 3.1 1.34E-02 1.38E-02 8.99E-03 8.47E-03 7.56E-03 7.11E-03 6.8 7.2 6.9 6.8 6.8 6.8 Độ lệch so với hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh (%) 5.0 4.8 5.4 5.4 5.0 5.7 Co 3.08E-03 3.0 3.06E-03 6.7 0.6 22 Na 3.21E-03 3.0 3.24E-03 6.8 0.9 60Co 2.81E-03 8.84E-03 7.41E-03 6.17E-03 7.27E-03 4.16E-03 3.68E-03 3.70E-03 3.43E-03 3.46E-03 2.87E-03 3.0 3.2 3.1 3.9 3.6 3.1 3.6 3.1 3.2 3.1 3.1 2.80E-03 9.24E-03 7.18E-03 6.41E-03 6.49E-03 4.13E-03 3.63E-03 3.62E-03 3.63E-03 3.39E-03 2.87E-03 6.7 6.8 8.4 7.9 6.9 7.7 6.9 7 6.8 0.4 4.5 3.1 3.9 10.7 0.7 1.4 2.2 5.8 2.0 0.0 Đồng vị Co 57 133 Ba 60 152 Eu 43 Hiệu suất ghi chưa hiệu chỉnh -1.5 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 Hiệu suất ghi hiệu chỉnh 2.5 2.7 2.9 3.1 -1.7 -1.9 -2.1 -2.3 -2.5 -2.7 -2.9 Hình 3.3: Đường cong hiệu suất chưa hiệu chỉnh hiệu chỉnh vị trí nguồn cách detector 10cm 44 3.3 Tại vị trí cách detector 15cm: -1.8 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 -2 -2.2 -2.4 -2.6 -2.8 -3 -3.2 Hình 3.4: Đường cong hiệu suất vị trí 15cm 45 2.9 3.1 3.3 3.3 Thảo luận kết Chúng ta hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng thực đo phổ gamma vị trí nguồn sát mặt detector, nguồn cách detector 5cm, 10cm phương pháp thực nghiệm Bảng 3.1 cho ta hiệu suất ghi lúc chưa hiệu chỉnh trùng phùng, bảng 3.4, 3.5 bảng 3.6 cho ta hiệu suất đỉnh sau hiệu chỉnh trùng phùng Các bảng 3.2 3.3 cho ta hệ số trùng phùng xác định phương pháp thực nghiệm Số liệu hiệu suất ghi đầu dò có xu hướng giảm dần theo lượng Nguyên nhân lượng lớn xác suất tia gamma khỏi vùng nhạy đầu dò cao, nghĩa xác suất ghi nhận đầu dò thấp làm cho hiệu suất ghi giảm lượng tăng Sai số phép đo hiệu suất ghi đầu dò khoảng từ 3-4% sai số chấp nhận Sai số sinh sai số thông số nguồn hoạt độ nguồn, cường độ phát Iɤ, trình xử lý phổ Ta thấy bảng 3.3 hệ số trùng phùng nguồn đơn 109 Cd, 54 Mn, 137 241 Am, Cs 1, nguồn đơn khơng bị ảnh hưởng 57 133 60 22 152 hiệu ứng trùng phùng Còn nguồn Co, Ba, Co, Na, Eu hệ số trùng phùng khác 1, ảnh hưởng hiệu ứng trùng phùng, ảnh hưởng tương tác hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp… Bằng thực nghiệm ta xây dựng đường cong hiệu suất trước sau hiệu chỉnh trùng phùng thực nhiều khoảng cách khác Kết làm nên tảng để áp dụng cho toán khác Chẳng hạn ta có nguồn đo chưa biết hoạt độ ta dùng đường cong hiệu suất để suy hoạt độ thơng qua cơng thức tính hiệu suất đỉnh lượng toàn phần So sánh hệ số trùng phùng hai vị trí nguồn đặt sát mặt detector nguồn cách detector 10cm ta nhận thấy độ sai biệt lớn khoảng 1.9 lần vị trí khoảng cách gần detector hiệu ứng trùng phùng xảy nhiều Ở vị trí nguồn đặt sát mặt detector, tượng số đếm trùng phùng mạnh nhất, xa tượng trùng phùng giảm rõ rệt 46 KẾT LUẬN Với mục đích ban đầu đặt xác định hệ số trùng phùng cho hệ phổ kế gamma sử dụng Detector HPGe Trong chương ta giải vấn đề: Định nghĩa nguyên nhân hình thành tượng trùng phùng phân tích phổ gamma Trong chương có giới thiệu phương pháp để hiệu trùng phùng thực, đặc biệt phương pháp thực nghiệm Các tương tác gamma với vật chất, sâu tương tác gamma với nguyên tử hiệu ứng quang điện, tạo cặp hiệu ứng Compton Giới thiệu sơ lược chế ghi nhận phổ loại detector, cấu tạo hệ phổ kế gamma Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân Thành công luận văn xác định hệ số trùng phùng thực nghiệm thiết lập đường cong hiệu suất đỉnh lượng khoảng cách khác Vì thời gian hạn hẹp nên luận văn tính hiệu suất đỉnh phương pháp nên so sánh với phương pháp khác phương pháp bán thực nghiệm phương pháp mô 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thomas.M Semkow, Ghazala Methmood, Pravin P Parekh and Mark Virgil (1990), Coincidence summing in gamma-ray spectroscopy, Nuclear Instruments and Methods in Physic Research A20, 437-444 [2] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP , Luận văn Thạc sĩ Vật lý [3] Lương Tiến Phát (2008), Khảo sát hiệu ứng trùng phùng tổng đo phổ gamma, Khoá luận tốt nghiệp [4] S I Kafala (1995), Simple mehod for true coincidence summing correction, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 105-114 [5] Châu Văn Tạo (2004), An tồn xạ ion hóa , Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [6] R.J Gehrke, R.G Helmer, R.C Greenwood (1977), Precise relative -ray intensitive for calibration of Ge semiconducter detectors, Nuclear Intrusments and Methods 147, 405-423 [7] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [8] Đặng Nguyên Phương (2006), Khảo sát đường cong hiệu suất detector HPGe chương trình MCNP, Khố luận tốt nghiệp 48 ... định hệ số hiệu trùng phùng thực 3.3 Thảo luận kết Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHÍNH TRÙNG PHÙNG VÀ HỆ ĐO GAMMA 1.1 Tổng quan phương pháp hiệu trùng. .. chương: Chương I: Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng hệ đo gamma 1.1 Tổng quan phương pháp hiệu trùng phùng 1.2 Tương tác xạ gamma với vật chất 1.3 Hệ phổ kế gamma HPGe Trung tâm Vật lý Điện... có trùng phùng ngẫu nhiên: trùng phùng tia gamma không hạt nhân Trùng phùng phụ thuộc vào hoạt độ nguồn Để hiệu chỉnh trùng phùng ta giảm tốc độ đếm [4] 1.1.4 Một số phương pháp hiệu chỉnh trùng