Khóa luận tốt nghiệp K37

một lần, nó đã được lưu vào cơ sở dữ liệu Permanent_data.k0i của chương trình, do đó đối với các phép đo sử dụng detector đã được hiệu chuẩn năng lượng, FWHM và phong đã lưu, ta chỉ cầ[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NGUYỄN NHƯ HỔ

SỬ DỤNG PHẦN MỀM K0 – IAEA TRONG HIỆU CHUẨN ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT VÀ TÍNH TỐN HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU CHO ĐẦU DO

BÁN DẪN HPGe

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NGUYỄN NHƯ HỔ – 1310526

SỬ DỤNG PHẦN MỀM K0 – IAEA TRONG HIỆU CHUẨN ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT VÀ TÍNH TỐN HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU CHO ĐẦU DO

BÁN DẪN HPGe

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Trong q trình thực khóa luận, em nhận giúp đỡ to lớn từ thầy cô, bạn bè gia đình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS.Trịnh Thị Tú Anh, giảng viên hướng dẫn giúp em hoàn thành khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Đà Lạt, đặc biệt quý Thầy, Cô Khoa Vật lý, Khoa Kỹ thuật hạt nhân anh Trịnh Văn Cường công tác Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt truyền đạt vốn kiến thức quý báu để em có đủ kiến thức để thực đề tài nghiên cứu ngày hôm

Em xin cảm ơn hội đồng chấm khóa luận dành thời gian để đọc, phát sai sót có góp ý quý giá giúp khóa ln hồn thành tốt

Cuối em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Mẹ, Anh Chị bạn bè bên cạnh động viên em suốt thời gian qua

Sinh viên thực đề tài

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học TS.Trịnh Thị Tú Anh ý kiến đóng góp từ anh chị cơng tác Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Ngoài ra, khóa luận khơng có chép đề tài, khóa luận nhờ người khác làm thay

Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung trình bày khóa luận

Đà Lạt, ngày 12 tháng 12 năm 2017 Người cam đoan

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 Các ký hiệu:

𝑆𝐴: Diện tích đỉnh trừ phơng ε abs : Hiệu suất tuyệt đối

ε int : Hiệu suất thực ε t : Hiệu suất tổng

Tr : Thời gian tính từ lúc sản xuất đến đo T1/2 : Thời gian bán rã nguồn

𝐼ɤ : Cường độ phát gamma 𝑡𝑑 : Tổng thời gian đo

A: Hoạt độ riêng nguồn phóng xạ theo (Bq) λ : Hằng số phân rã

ε𝑟 : Hiệu suất ghi nguồn chuẩn không trùng phùng ε𝑠 : Hiệu suất ghi nguồn đo cần hiệu chỉnh trùng phùng

 Các chữ viết tắt:

P/T: Tỷ số hiệu suất đỉnh lượng toàn phần hiệu suất tổng (Peak to total) HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium)

MỞ ĐẦU

Chương – TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu đầu dò HPGe

1.2 Hệ phổ kê gamma

1.3 Các nguồn gamma chuẩn

1.4 Phân loại hiệu suất ghi đầu dò

1.4.1 Hiệu suất tuyệt đối

1.4.2 Hiệu suất nội

1.4.3 Hiệu suất toàn phần

1.4.4 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần

1.4.5 Hiệu suất danh định

1.5 Các hàm chuẩn hiệu suất ghi

1.5.1 Hàm tuyến tính

1.5.2 Hàm đa thức 10

1.5.3 Hàm spline 11

1.6 Khớp hiệu suất phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính 11

1.6.1 Trường hợp có trọng số 12

1.6.2 Trường hợp khơng có trọng số 13

1.7 Mơ ̣t số hiê ̣u chỉnh phép đo hiê ̣u suất 14

1.7.1 Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh 14

1.7.2 Yếu tố hình học đo 15

1.7.3 Hiệu ứng trùng phùng tổng 16

Chương – THỰC NGHIỆM 17

2.1 Phần mền k0_IAEA 17

2.1.1 Phần mềm k0-IAEA 17

2.2.1 Soạn thảo liệu ( Edit permanent database) 20

2.2.2 Khai báo seria databases cho mẫu Đầu tiên 26

2.2.3 Phân tích mẫu 32

2.2.4 Tính hiệu suất cho nguồn 41

Chương – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 Kết xác định hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Cấu tạo đầu dị Gem50P4

Hình 2: Sơ đờ khới ̣ phở kế gamma

Hình 3: phổ gamma đo nguồn 60Co sử du ̣ng đầu dò HPGe loa ̣i p 3

Hình 4: Minh họa góc khối nguồn – đầu dị

Hình 5: Tỉ số giá trị hiệu suất, giá trị 𝓔𝟎 tương ứng với c=0.37, a1=1.12, E0=1 keV 10

Hình 6: Sự phụ thuộc lượng hiệu suất 14

Hình 7: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma Co60 16

Hình 1: Giao diện ban đầu phần mềm k0-IAEA 17

Hình 2: Mặt cắt ngang nguồn 20

Hình 3: Mặt cắt dọc nguồn 20

Hình 4: Hộp thoại Analysts 21

Hình 5: Hộp thoại Certificates/Chemical elements 21

Hình 6: Hộp thoại Certificates/Radionuclides 22

Hình 7: Hộp thoại khai báo detector 22

Hình 8: Hộp thoại Elements 23

Hình 9: Hộp thoại Facilities 24

Hình 10: Hộp thoại Matrices 25

Hình 11: Hộp thoại Recipients 25

Hình 12: hộp thoại tao thự mục 26

Hình 13: Hộp thoại Samples 26

Hình 14: Các hộp thoại q trình tạo nhóm mẫu 27

Hình 15: Hộp thoại bước khai báo mẫu 27

Hình 16: Hộp thoại Packaging 28

Hình 17: Các hộp thoại xuất trình khai báo Pakaging 29

Hình 18: Hộp thoại thông tin mẫu khai báo 30

Hình 19: Quá trình khai báo mẫu cần đo 30

Hình 20: Hộp thoại Mesurement mẫu sau khai báo 31

Hình 23: Các đỉnh lượng nhận biết 33

Hình 24: Fit calibration peaks 34

Hình 25: Danh sách đỉnh lượng fit 34

Hình 26: Thơng báo đĩnh lượng làm khớp 35

Hình 27: Lưu đường chuẩn lượng 35

Hình 28: Đường chuẩn lượng theo số kênh 36

Hình 29: Chuẩn độ phân giải cho detector theo lượng 36

Hình 30: Các hộp thoại chuẩn FWHM 37

Hình 31: Xem đường chuẩn FWHM 37

Hình 32: Đường cong độ phân giải theo lượng 38

Hình 33: Lưu dạng chuẩn FWHM 38

Hình 34: Phân tích tất đỉnh 39

Hình 35: Ghi đỉnh phân tích file 39

Hình 36: Lưu phổ phong detector mà ta dùng để 40

Hình 37: Hộp thoại thơng báo lưu phổ phong 40

Hình 38: Chọn nguồn phân tích 41

Hình 39: Chọn vị trí từ nguồn đến detector 41

Hình 40: Phổ nguồn Eu_152 đo 42

Hình 41: Chương trình tính tốn 42

Hình 42: Hộp thoại báo hồn thành 43

Hình 43: Kết đường chuẩn hiệu suất 43

Hình 44: Lưu kết vào thư viện permanent database 44

Hình 45: Hộp thoại lưu file 44

Hình 46: Kết file lưu 45

Hình 1: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector cm sử dụng Excel 48 Hình 2: Đường cong hiệu suất đường cong đỉnh tổng cách detector cm sử dụng k0_IAEA Error! Bookmark not defined. Hình 3: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector cm sử dụng Excel 51 Hình 4: Đường cong hiệu suất đường cong đỉnh tổng cách detector cm sử dụng k0_IAEA 52

Hình 5: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector 10 cm sử dụng Excel 53

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Các nguồn chuẩn thông dụng đo hiệu suất ghi

Bảng 1: Đặc trưng nguồn chuẩn 19 Bảng 2: Chú thích kích thước phận detector 23

MỞ ĐẦU

Hiệu suất ghi thơng số có ý nghĩa quan trọng hệ phổ kế ghi đo xạ gamma Mỗi hệ phổ kế có hiệu suất ghi khác nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo đầu dò, kích thước hình học mẫu, góc khối đo, thời gian chết hệ đo, hiệu suất ghi phụ thuộc vào lượng nguồn xạ Do vậy, việc xác định xác đường chuẩn hiệu suất ghi theo lượng cần thiết Trong thực nghiệm vật lý hạt nhân, thực nghiệm ghi đo xạ việc xử lý phổ gamma cho ta đầy đủ thông tin nguồn xạ, chẳng hạn lượng, hoạt độ nguồn Trong thực nghiệm trình xử lý phổ thực thơng qua chương trình máy tính chun dụng, phần mềm tính tốn kết hợp với tính tốn excel, phối hợp phương pháp cho kết với độ tin cậy lớn hơn, tránh nhầm lẫn q trình tính tốn với nhiều mẫu thực nghiệm

Vì vậy,trong phạm vi khóa luận này, tơi trọng xác định hiệu suất ghi đầu dò bán dẫn HPGe siêu tinh khiết thơng qua phần mềm tính tốn chuyên dụng k0_IAEA Viêc sử dụng phần mềm giúp cho q trình tính tốn nhanh xác

Nội dung khóa luận trình bày chương sau

 Mở đầu

 Chương I - TỔNG QUAN: Giới thiệu tổng quan đầu dò, hiệu suất ghi phương pháp hàm chuẩn hiệu suất ghi  Chương II – THỰC NGHIỆM: Thực nghiêm xác định hiệu suất ghi

của đầu dò bán dẫn HPGe sử dụng phần mêm k0_IAEA

 Chương III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: Kết chuẩn hiệu suất ghi sử dụng phần mềm k0_IAEA tính tốn Excel Đánh giá kết đạt

 Kết luận

Chương – TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đầu dò HPGe

Về đầu dò loại khối trụ Ge với lớp tiếp xúc loại n bề mặt lớp tiếp xúc loại p bề mặt giếng hình trụ Tinh thể Ge có mức tạp chất khoảng 1010 nguyên tử/cm3 cho với điện áp hợp lý vùng nghèo mở rộng tối đa hai cực Khoảng lượng đo đầu dị đồng trục vào khoảng từ 50keV đến 10MeV [1]

Hình 1: Cấu tạo đầu dị Gem50P4 Một vài thơng số loại đầu dị này:

Đường kính tinh thể: 62.2 mm Chiều dài tinh thể: 67.7 mm Bề dày lớp chết: 0.7 mm

Khoảng cách từ nắp đến tinh thể: mm Đường kính lõi: 12 mm

Chiều cao lõi: 58.3 mm Thời gain chết: 6%

Đầu dò bọc hộp kín nhơm với bề dày mm, chân không

hấp thụ xạ trước đến với đầu dị (bởi khơng khí lớp vỏ bọc đầu dị) Dựa vào đường cong hiệu suất ta nội suy hay ngoại suy hiệu suất ghi theo lượng nguồn khác Chúng ta chia hiệu suất đầu dò thành nhiều loại khác nhau, phần trình bày cụ thể mục 1.4

1.2 Hệ phổ kê gamma

Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma cho Hình 1.2

Hình 2: Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma

Ta thấy rõ phổ xuất tia X đặc trưng từ hấp thụ quang điện vật liệu chì che chắn, đỉnh tán xạ ngược, đỉnh thoát đơn (SE) thoát đôi (DE) tạo cặp tia gamma 1332 keV Đỉnh 511 keV từ xạ hủy cặp sinh vật liệu che chắn, biên tán xạ Compton đỉnh lượng toàn phần từ hai tia gamma sơ cấp Ngồi cịn xuất đỉnh: đỉnh 2346 keV (2x1173keV) 2665 keV (2x1332keV) tạo tổng kiện chồng chập 1173 keV 1332 keV; đỉnh 2506 keV hấp thụ toàn phần hai tia gamma sơ cấp phát đồng thời Thành phần phông bao gồm đỉnh 1460 keV từ 40K 2614 keV từ 228Th

1.3 Các nguồn gamma chuẩn

Đặc trưng nguồn gamma chuẩn cho Bảng 1.1 Đây nguồn chuẩn cung cấp thương mại thường phịng thí nghiệm sử dụng cho định chuẩn lượng hiệu suất ghi.[1]

Bảng 1: Các nguồn chuẩn thông dụng đo hiệu suất ghi

Nguồn phóng xạ Năng lượng (keV) Sai số (%) Xác suất phát (%) Sai số (%)

Chu kì bán rã

Sai số (%)

241Am 59.5409 1 35.92 17 432.6 năm 6

109Cd 88.0336 10 3.66 5 461.9 ngày 4

57Co

122.06065 12 85.51 271.80

ngày

136.47356 29 10.71 15

139Ce 165.8575 11 79.90 4 137.641

ngày 20

203Hg 279.1952 10 81.48 8 46.594

ngày 12

113Sn 391.698 3 64.97 17 115.09

85Sr 514.0048 22 98.5 22 64.850

ngày

134Cs

604.720 97.63

2.0644 năm 14

795.86 85.47

137Cs 661.657 3 84.99 20 30.05 năm 8

54Mn 834.848 3 99.9752 5 312.19

ngày

60Co

1173.228 99.85

5.2711 năm

1332.492 99.9826

22Na 1274.537 7 99.94 13 2.6029 năm 8

88Y

898.042 11 83.7 106.63

ngày

5

1836.070 99.346 25

133Ba

53.1622 18 2.14

10.539 năm

6

79.6142 19 2.63 19

80.9979 11 33.31 30

276.3989 12 7.13

302.8508 18.31 11

356.0129 62.05 19

383.8485 12 8.94

152Eu

121.7817 28.41 13

13.522 năm

244.6974 7.55

344.2785 12 26.59 12

443.965 2.80

778.9045 24 12.97

867.380 4.243 23

964.079 18 14.50

1085.837 10 10.13

1089.737 1.73

1112.076 13.41

1212.948 11 1.416

1299.142 1.633

1408.013 20.85

Ghi chú: (#) giá trị sai số

1.4 Phân loại hiệu suất ghi đầu dò 1.4.1 Hiệu suất tuyệt đối

Là tỉ số số xung ghi nhận số lượng tử xạ phát nguồn Hiệu suất phụ thuộc khơng vào tính chất đầu dò mà phụ thuộc vào bố trí hình học (chủ yếu khoảng cách từ nguồn đến đầu dị)

ℰ𝑎𝑏𝑠 = 𝑆ớ đế𝑚 𝑔ℎ𝑖 𝑛ℎâ ̣𝑛

𝑆ố 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑝ℎ𝑎𝑡 𝑟𝑎 𝑡ừ 𝑛𝑔𝑢ô ̀𝑛

1.4.2 Hiệu suất nội

Là tỉ số số xung ghi nhận số lượng tử xạ đến đầu dò

ℰ𝑖𝑛 = 𝑆ố đế𝑚 𝑔ℎ𝑖 𝑛ℎâ ̣𝑛 Số 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑡ớ𝑖 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟

Biểu thức liên hệ hiệu suất tuyệt đối hiệu suất nội là:

(1.1)

(1.2)

ℰ𝑎𝑏𝑠 = Ω 4𝜋 ℰ𝑖𝑛

Với Ω góc khối đầu dị nhìn từ vị trí nguồn minh họa Hình 1.4

1.4.3 Hiệu suất toàn phần

Là tỷ số số xung ghi phổ với số photon phát từ nguồn Hiệu suất toàn phần quan trọng việc tính tốn hiệu trùng phùng tổng việc số đếm từ đỉnh lượng vạch photon tỉ lệ với hiệu suất toàn phần:

ℰ𝑡=

4𝜋∫(1 − 𝑒

−µ𝑥)𝑑Ω = Ω

4𝜋[𝑒𝑥𝑝 (−∑𝑖µ𝑖𝑡𝑖)](1 − 𝑒 −µ𝑡)

Trong đó:

t : Bề dày tinh thể đầu dị

µ : Hệ số suy giảm tuyến tính tinh thể đầu dị (Ge)

µi : Hệ số suy giảm tuyến tính vật liệu nguồn đầu dò

1.4.4 Hiệu suất đỉnh lượng toàn phần

Là xác suất photon phát từ nguồn mát toàn lượng thể tích hoạt động đầu dò Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh lượng tồn phần εp xác định cơng thức:

Hình 4: Minh họa góc khối nguồn – đầu dò

ℰ𝑝(𝐸) = 𝑛(𝐸) 𝑅(𝐸)=

𝑁𝑝(𝐸) 𝐴𝐼𝛾(𝐸)𝑡 Trong đó:

- n(E)=𝑁𝑝(𝐸)

𝑡 : Tốc đô ̣ đếm đỉnh ta ̣i lượng E, Np diê ̣n tích đỉnh, t là thời

gian đo,

- A=A0𝑒−𝛾𝑡 : hoạt đô ̣ nguồn ta ̣i thời điểm đo, Ao là hoa ̣t đô ̣ nguồn ban đầu ta ̣i thời điểm sản xuất, t là thời gian rã,

- λ = ln(2)/T1/2 : hằng số phân rã, T1/2 là chu kỳ bán hủy,

- I𝛾 (E) : xác suất phát tia gamma

1.4.5 Hiệu suất danh định

Là hiệu suất đầu dò so với đầu dò khác Đối với đầu dò Germanium hiệu suất tương đối so với đầu dị nhấp nháy NaI(T1) hình trụ kích thước 3inch x 3inch (7.62cm x 7.62cm), hai đầu dò đặt cách 25cm đến nguồn đo với lượng 1332.5 keV từ 60Co

Hiệu suất tương đối xác định: ℰ𝑟(𝐸) = 𝑁𝑝(𝐸)

𝐴ℰ𝑐𝑡x100% với εc xác định với đầu dò NaI(T1) 1.2 x10-3 1.5 Các hàm chuẩn hiệu suất ghi

Khi hiệu suất đầu dò đo nhiều lượng cách sử dụng nguồn chuẩn, người ta nhận thấy cần thiết phải làm khớp thành đường cong từ điểm để mơ tả hiệu suất toàn vùng lượng mà ta quan tâm Hai dạng thơng dụng đầu dị germanium cấu hình phẳng đồng trục

-Đầu dị có cấu hình phẳng (planar detector) cơng thức đơn giản đưa

ra Mowatt cho nhiều loại đầu dò khác vùng lượng từ 60 keV đến 1863 keV [6]

(1.6)

ℰ =𝐾[𝜏 + 𝜎 𝑄exp(−𝑅𝐸)]

𝜏 + 𝜎 {1 − exp [−𝑃(𝜏 + 𝜎)]}

Với τ σ hệ số hấp thụ quang điện Compton Ge lượng E; K, Q, R, P hệ số làm khớp từ điểm thực nghiệm[5]

- Đầu dị có cấu hình đồng trục (coaxial detector) đầu dị dạng

có nhiều hàm làm khớp đưa khoảng lượng từ 50 keV đến 8500 keV Các hàm thông dụng chứa từ đến thông số thực nghiệm mà chúng làm khớp từ đỉnh đo thực nghiệm, số thơng số bỏ qua khoảng lượng giới hạn Những công thức có nhiều thơng số nói chung thỏa khoảng lượng rộng hơn, nhiều nguy xuất các dao động phi vật lý hàm làm khớp điểm liệu nằm khoảng rộng[6] Trong vài trường hợp, khoảng lượng chia làm hai hay nhiều phần người ta thường làm khớp phần theo khoảng lượng riêng biệt Để bao quát khoảng lượng rộng, người ta thường sử dụng cơng thức tuyến tính thể mối tương quan logarit hiệu suất logarit lượng

ln ℰ =∑𝑁𝑖=1𝑎𝑖(𝑙𝑛𝐸𝐸0)𝑖−1

với E0 lượng tham khảo làm khớp 𝑎𝑖 thông số

làm khớp Việc xác định thực nghiệm hiệu suất ghi đầu dò lượng khác thực nguồn chuẩn (đã biết xác hoạt độ nguồn) kết thu giá trị hiệu suất lượng xác định Xây dựng đường cong chuẩn hiệu suất từ giá trị cho phép tính hiệu suất lượng nằm khoảng lượng tính tốn Phương pháp thơng dụng sử dụng hàm giải tích làm khớp với liệu thực nghiệm phương pháp bình phương tối thiểu Các hàm giải tích thường sử dụng hàm đa thức với log(E/E0) hay 1/E đối số, hàm mũ, hàm mũ exponential hay kết hợp chúng hàm đặc biệt khác Một số hàm giải tích thơng dụng dùng để chuẩn đường cong hiệu suất cho

1.5.1 Hàm tuyến tính

Đối với đầu dị đo gamma, hiệu suất ghi vùng lượng 200 - 2000 keV mơ tả gần phương trình:

𝑙𝑜𝑔ℰ = 𝑎0− 𝑎1lơg (𝐸

𝐸0) ℎ𝑜ặ𝑐 ℰ = 𝑐(𝐸/𝐸0)

−𝑎1

Với a0 c a1 số dương biểu thị quan hệ tuyến tính tập hợp (logℰ𝑖 , log(Ei/E0), E0 tham số cực tiểu đối số hàm logarit, đại lượng không thứ nguyên đặt keV), a1 có bậc cỡ 1.0 giảm dần theo tăng kích thước tinh thể [1] Quan hệ a1 V biểu diễn:

a1=2.14 – 0.629 logV

Hình 5: Tỉ số giá trị hiệu suất, giá trị 𝓔𝟎 tương ứng với c=0.37, a1=1.12, E0=1 keV

V thể tích đầu dị (cm3) Mơ tả gần với V > 10 cm3 khoảng cách nguồn đầu dị khơng q nhỏ

Phương pháp tỉ số hiệu suất ℰ/ℰ0 cho phụ thuộc hiệu suất vào lượng khơng thể quan hệ tuyến tính Nếu quan hệ log ℰ log(E/E0) tuyến tính, đồ thị Hình có dạng nằm ngang Thực tế điều khơng đạt độ lệch thường không vượt 5% lượng 400 keV có khuynh hướng tăng thể tích tinh thể giảm Với định nghĩa ℰ0, tỉ số ℰ/ℰ0 đạt cực đại gần 250 keV 1500 keV, cực tiểu gần 600 keV phù hợp với đầu dị Ge có kích thước trung bình [4,7]

1.5.2 Hàm đa thức

Thực nghiệm khảo sát khơng có quan hệ tuyến tính log ℰ log(E/E0) dải rộng lượng lượng quan hệ có khuynh

hướng giảm với gia tăng kích thước tinh thể Hầu hết ứng dụng thường sử dụng với hàm khớp đa thức:

𝑙𝑜𝑔ℰ = ∑𝑛𝑗=0𝑎𝑗(𝑙𝑜𝑔𝐸/𝐸0)𝑗 ; E0=1keV

Trong 𝑎𝑗: tham số cần xác định Số tham số hàm cần khớp n+1 ℰ: hiệu suất đỉnh lượng E

n : cấp đa thức

Với n = biểu thức (1.11) tương ứng với (1.9)

n = hàm có dạng parapol đồ thị log-log Điều làm xuất cực tiểu khoảng 600 keVnhưng không giảm vùng lượng thấp Để tăng độ xác, thường sử dụng hai hàm với điểm nối làm trơn gần 200 keV Phương pháp mặt nguyên tắc chấp nhận

Việc làm khớp cải tiến việc tăng n đến hay cao hơn, cách tăng n bị hạn chế sai số điểm mô tả đường cong khớp Tuy nhiên, độ rộng dải lượng rộng ví dụ từ 60 keV đến 3000 keV người ta sử dụng hàm khớp phi tuyến:

ℰ(𝐸) = ∑ 𝑎2𝑖−1 exp (−𝑎2𝑖𝐸)

3

𝑖=1

+ 𝑎7𝐸−𝑎8

1.5.3 Hàm spline

Đây phương pháp làm khớp linh hoạt dùng kỹ thuật nội suy spline Ưu điểm kỹ thuật spline khả ứng dụng cho dạng đường cong hiệu suất tuỳ ý, thơng số làm khớp cần thời gian tính tốn cao so với phương pháp bình phương tối thiểu phi tuyến

1.6 Khớp hiệu suất phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính

Một tập hợp điểm thực nghiệm mô tả tọa độ (xi, yi ), i = 1,…, n để xác định giá trị tốt y giá trị x bất kỳ, cần phải tìm hàm f(x) liên tục qua điểm thực nghiệm yi Trước hết cần phải xác định

dạng f(x) sau xác định tham số phương pháp khớp bình phương tối thiểu dựa hàm [5]:

𝜒2 = ∑ ⍵𝑖

𝑛

𝑖−1

[𝑦1− 𝑓(𝑥𝑖, 𝑏0, 𝑏1, … , 𝑏𝑝)]2

Trong đó

𝑓(𝑥𝑖, 𝑏0, 𝑏1, … , 𝑏𝑝) : là đường mô hình kí hiê ̣u là 𝑦̂𝑖 ⍵𝑖 =

𝜎𝑙𝑛ℰ2 = ℰ2

𝜎ℰ2 : là tro ̣ng số phép đo, với 𝜎𝑙𝑛ℰ

2 là phương sai của giá tri ̣

đo yi

n : là số điểm thực nghiê ̣m

Các tham số bj được xác ̣nh từ ̣ phương trình chuẩn của phương phướng bình phương tối thiểu tuyến tính:

𝜕𝜒2

𝜕𝑏𝑖 = 0, 0 ≤ i ≤ p 1.6.1 Trường hợp trọng số

Trong phương pháp đo số liệu thực nghiệm, người ta bỏ qua sai số giá trị đo giả định giá trị đo có sai số, lúc ⍵𝑖 biểu thức (1.15) số ( ⍵𝑖= số) [5] Khi hệ phương trình chuẩn cho tham số b phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính có trọng số khơng đổi xác định theo (1.16) là:

(gTg)b = gTy,(1.17)

Ở b=(b0 b1…bp)T là vectơ tham số của phương trình (1.17) y =(ln(ℰ1) ln(ℰ2) … ln(ℰ𝑛))T là vectơ các giá tri ̣ thực nghiê ̣m ln(ℰ

𝑖)

g : là ma trâ ̣n thiết kế của phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính với các cô ̣t là các hàm sở loa ̣i j được tính ta ̣i n giá tri ̣ thực nghiê ̣m, với gi0=1, gi1= ln(Ei), gi2= (ln(Ei))2, … gip=(ln(Ei))p

Các tham số bj của mô hình được xác ̣nh sau: b=[gTg]-1gTy ,(1.18)

(1.14)

(1.15)

phương sai của các tham số b được xác ̣nh: 𝜎𝑏2 = 𝜎2(gTg)-1,(1.19)

Giá ti ̣ phương sai của phương pháp (tổng bình phương trung bình sai lê ̣ch giữa giá tri ̣ mô hình và giá tri ̣ thực nghiê ̣m) cho bởi biểu thức sau:

𝜎2 =∑ (𝑦𝑖− 𝑦̂𝑖) 𝑛 𝑖=1 𝐵𝑇𝐷 = 𝑦𝑇𝑦 − 𝑏𝑇 𝑔𝑇𝑦 𝐵𝑇𝐷 = 𝑆𝑆𝐸 𝐵𝑇𝐷

BTD là bâ ̣c tự (Số điểm thực nghiê ̣m – Số tham số của hàm cần khớp) = n-(p+1)

Hiê ̣u suất khớp được xác ̣nh bởi biểu thức : ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = 𝑒(∑𝑝𝑗=0𝑏𝑗(ln (𝐸))𝑗)

Với bj là tham số cần xác ̣nh, p+1 là số tham số của hàm cần khớp, E là đỉnh lượng cần khớp,ln (𝐸)𝑗 là hàm sở, p là cấp của đa thức

Sai số của hiê ̣u suất khớp tương ứng được tính từ biểu thức sau: 𝜎ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝𝜎√𝑔ℎ𝑇(𝑔𝑇𝑔)−1𝑔

ℎ,(1.19)

Ở đây, gh = (1 ln(Eh)… (ln(Eh))p)T là vectơ giá tri ̣ các hàm sở tính ta ̣i lượng Eh

1.6.2 Trường hợp có trọng số

Mỗi giá trị hiệu suất tính điểm thực nghiệm thực chất có sai số riêng

Khi hệ phương trình chuẩn cho tham số b phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính có trọng số, xác định theo (1.16) là:

(gT⍵g)b=gT⍵y

ở ⍵ là ma trâ ̣n tro ̣ng số của phương pháp Tham số bj của mô hình được xác ̣nh :

(1.17)

(1.18)

(1.19)

(1.20)

Phương sai của các tham số được xác ̣nh: 𝜎𝑏2 = (𝑔𝑇⍵𝑔)−1

Giá tri ̣ phương sai của phương pháp (tổng bình phương trung bình sai lê ̣ch giữa giá tri ̣ mô hình và giá tri ̣ thực nghiê ̣m) cho bởi biểu thức:

𝜎2 =∑ ⍵𝑖(𝑦𝑖 − 𝑦̂𝑖) 𝑛 𝑖=1 𝐵𝑇𝐷 = 𝑦𝑇𝑦 − 𝑏𝑇 𝑔𝑇𝑦 𝐵𝑇𝐷 = 𝑆𝑆𝐸 𝐵𝑇𝐷 Giá tri ̣ hiê ̣u suất khớp thu được:

ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = 𝑒(∑𝑝𝑗=0𝑏𝑗(ln (𝐸))𝑗) Sai số của hiê ̣u suất khớp:

𝜎ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝√𝑔ℎ𝑇(𝑔𝑇⍵𝑔)−1𝑔 ℎ

Ngồi cịn số phương pháp khác sử dụng, phạm vi khóa luân để cập đến phương pháp để sử dụng cho khớp hiệu suất ghi đo

1.7 Mô ̣t số hiê ̣u chỉnh phép đo hiê ̣u suất

1.7.1 Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh

Sự phụ thuộc lượng hiệu suất đỉnh thể Hình 1.6

Hình 6: Sự phụ thuộc lượng hiệu suất

(1.23)

(1.24)

(1.25)

Hiệu suất giảm vùng lượng thấp hấp thụ tia gamma lượng thấp lớp chết mặt ngồi đầu dị tăng lên Tại vùng lượng cao, hiệu suất giảm hạn chế thể tích đầu dị [1] Để xác định phụ thuộc hiệu suất vào lượng dùng nguồn chuẩn có lượng biết trước

1.7.2 Yếu tố hình học đo

Hầu hết hệ phổ kế bán dẫn không sử dụng cho riêng hình học đo riêng lẻ Các nguồn đo khác đáng kể hoạt độ thành phần khoảng cách từ nguồn đến đầu dị hay hình học đo phải điều chỉnh tương ứng Các nguồn khác kích thước vật liệu phóng xạ đưa vào chất khác

- Ảnh hưởng khoảng cách nguồn đầu dò

Cường độ tia gamma phát từ nguồn giảm theo khoảng cách tương ứng với quy luật nghịch đảo bình phương Điều áp dụng cho nguồn điểm đầu dò điểm Một vấn đề dễ nhận thấy đo trực tiếp khoảng cách thực từ nguồn đến bề mặt vùng hoạt động đầu dò Bởi hấp thụ tồn phần tia gamma thường bao gồm tán xạ nhiều lần bên đầu dò, điểm tương ứng khoảng cách zero phải bên tinh thể đầu dị[5] Điểm suy thực nghiệm Giả sử quy luật nghịch đảo bình phương có tác dụng tốc độ đếm R phải thay đổi theo:

𝑅 ∼

𝑑2,

Bây khoảng cách d tổng khoảng cách biết từ nguồn đến lớp vỏ ngồi đầu dị D khoảng cách chưa biết từ điểm tương ứng khoảng cách zero bên đầu dị đến lớp vỏ ngồi đầu dò d0:

d=D+d0, kết vợi (1.27) và (1.28) ta được:

1

√𝑅=kD+kd0

Với k là hằng số, Vậy hoạt độ nguồn đo khoảng cách D khác 1/√R vẽ theo khoảng cách, điểm giao với trục x d0,

(1.27)

(1.28)

R tốc độ đếm tồn phần hay tốc độ đếm đỉnh riêng biệt xác định diện tích đỉnh phổ

- Ảnh hưởng khác biệt hình học nguồn

Tại khoảng cách từ nguồn đến đầu dị cố định, phân bố vật liệu phóng xạ bên thể tích khác với việc tập trung nguồn điểm làm giảm cường độ tia gamma đến đầu dị Với nguồn điểm việc tính tốn góc khối tới đầu dị giúp xác định cường độ tia gamma đến dễ dàng Đối với nguồn có kích thước, tính tốn góc khối hiệu dụng phức tạp điểm bên nguồn có ảnh hưởng khác đầu dị đóng góp vào cường độ tia gamma toàn phần với mức độ khác [8.9]

1.7.3 Hiệu ứng trùng phùng tổng

Hiệu ứng trùng phùng tổng (summing coincidence ) gây hai hay nhiều tia gamma sinh trình dịch chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái hạt nhân Ví dụ tia gamma chuyển tồn lượng cho tinh thể, tia gamma bị chập với tia gamma đến sau, xung tổng ghi nhận dẫn tới kiện đỉnh tồn phần tia gamma đến trước với tia gamma đến sau Xác suất xảy hiệu ứng chồng chập gia tăng theo hiệu suất, thay đổi khoảng cách nguồn-đầu dò, tốc độ đếm hình học đo hiệu ứng thay đổi [1,4]

Chương – THỰC NGHIỆM 2.1 Phần mền k0_IAEA

2.1.1 Phần mềm k0-IAEA

Các bước sử dụng k0-IAEA tính tốn hiệu suất ghi cho detector Bước 1: Soạn thảo permanent database nhập thông tin cấu hình detector thơng tin container đựng mẫu, vật liệu mẫu chuẩn, vật liệu nguồn chuẩn

Bước 2: Chuẩn lượng độ phân giải tương ứng với detector Bước 3: Chuẩn hiệu suất detector

Bước Báo cáo kết

Giao diê ̣n ban đầu sau cài đă ̣t xong phần mềm k0_IAEA hình 1.6 phía dưới

Hình 1: Giao diện ban đầu phần mềm k0-IAEA

Trình đơn file

- New : Sử dụng lệnh để tạo toán k0-IAEA

- Open: Dùng để mở series có File open dialogbox Nếu Series mở rồi, lưu đóng tự động trước mở Series

- Close: Đóng series mở

- Exit : Thốt khỏi chương trình k0-IAEA Trình đơn Edit

- Sereies database: Soạn thảo

- Permanent database: Khai báo thư viện có sẵn bao gồm thông tin người sử dụng phần mềm, mẫu chuẩn, cấu hình detector, hộp đựng mẫu, vật liệu cấu tạo nên đầu dò mẫu chuẩn…

- Select sample: Chọn mẫu cần xử lý

- Next sample : Chọn mẫu quan tâm chuỗi (series)

- Previuos sample: Chọn mẫu quan tâm trước Mẫu phổ họăc liệu liên quan hiển thị

- Map fluxes : Tạo đồ thông lượng vật chất chiếu xạ, xác định thông lượng mẫu từ thông lượng quan sát comparator

- Interpret selected sample: Phân tích mẫu chọn

- Option for interpretation: Thiết lập số lựa chọn ảnh hưởng đến trình phân tích

- Interpret all sample: Phân tích lúc nhiều mẫu

Trình đơn phân tích phổ

- Perform pear seach: Nhận biết đỉnh phổ

- Modify estimates and fit: Đây danh sách vùng làm khớp sử dụng đánh giá đỉnh đề nghị để khảo sát bổ sung Sau đỉnh làm khớp lại sử dụng đánh giá

- Reanalyze all peaks : Lặp lại kết làm khớp hành thay cho đánh giá việc làm khớp

- Calibration: Hiệu chuẩn lượng hình dạng

* Fit calibration speaks: Các đỉnh free-standing làm khớp để sử dụng việc chuẩn lượng hình dạng trang Sự tìm đỉnh làm trước tiên chưa làm xong

* Energy calibration: Chuẩn lượng theo số kênh

* FWHM calibration: Chuẩn độ phân giải FWHM theo lượng

2.2 Nhập liệu cho nguồn sử dụng để chuẩn lương

Trong phần thông số hệ đo hệ chiếu phải mơ tả xác người tiến hành thực

Các nguồn sử dụng để tiến hành thí nghiệm Am241, Cd109, Co 57, Ba133, Cs 137, Cs 137, Co 60, Eu152 có hoạt độ ngày sản xuất bảng

Bảng 1: Thông tin nguồn chuẩn

Đây nguồn Model Cal2601 Gamma Standard, sử dụng phòng thí nghiệm Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân, viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt

Nguồn có dạng trụ nhỏ, đường kính 1mm, chiều cao 1mm bao phủ lớp plastic dày 2,7mm, có đường kính tồn phần 25,4mm, chiều cao tồn phần 6,4mm hình bên dưới[1,8]

Hình 2: Mặt cắt ngang nguồn

Hình 3: Mặt cắt dọc nguồn

2.2.1 Soạn thảo liệu ( Edit permanent database)

Mở phân mềm k0_IAEA, vào edit chon permanent database, ban đầu xuất hiện hộp thoại để mô tả thông số hệ đo, hệ chiếu, mẫu…

Ghi chú: để khai báo ta chọn add hoạc sữa đổi thơng tin khai báo trước ta chon edit có sẳn hộp thoại

2.4mm

25.4mm

Analysts: khai báo thông tin người tiến hành phân tích vai trị

người phân tích

Hình 4: Hộp thoại Analysts

Certificates: khai báo theo phần khác nhau:

a) chemical elements

Khai báo giá trị hàm lượng chứng nhận (Certificated values) nguyên tố hoá học dạng chất chuẩn sử dụng quy trình phân tích bao gồm mẫu chuẩn (SRMs-Sample Reference Materials), dò (comparators)…

b) Radionuclides

phải khai báo tên nguồn dùng hiệu chuẩn, khai báo hoạt độ ban đầu nguồn chuẩn sử dụng ngày nhà sản xuất cung cấp

Hình 6: Hộp thoại Certificates/Radionuclides

Detectors

khai báo detector sau: loại detector, tên detector, kích thước tinh thể, kích thước vùng hoạt, kích thước vỏ bộc, vật liệu làm cửa sổ…

Khai báo detector với thông tin cụ thể sau:

Phần mềm ứng dụng cho loại detector bán dẫn dạng đồng trục (coaxial) dạng giếng (well)

Bảng 2: Chú thích kích thước phận detector

Kích thước(mm) Detector dạng đồng trục Detector dạng giếng

A Đường kính tinh thể Đường kính tinh thể B Độ dài tinh thể Độ dài tinh thể

C Bề dày lớp chết Không sử dụng

D Khoảng cách từ nắp đến tinh thể Không sử dụng

E Đường kính nắp Khơng sử dụng

F Bề dày nắp Bề dày nắp

G Đường kính core Đường kính giếng

H Độ cao core Chiều cao giếng

Elements

Facilities

Dùng để khai báo kênh chiếu chọn mục Tiếp theo nhấn vào “Add” để tạo kênh chiếu, đặt tên cho kênh chiếu khai báo thông số đặc trưng ban đầu kênh chiếu để lưu trữ, quản lý đặc trưng kênh chiếu theo thời gian

Hình 9: Hộp thoại Facilities

Matrices

Khai báo chất (thành phần đa lượng > 0.1%) tất vật liệu

Hình 10: Hộp thoại Matrices

Recipients

Khai báo mơ tả hình dạng, kích thước bì đựng mẫu

Sau hoàn tất nhập liệu cho thơng số trên, chọn lệnh Exit để khỏi giao diện

2.2.2 Khai báo seria databases cho mẫu Đầu tiên

cần tạo thư mục để lưu liệu phân tích cách vào file -> new

Hình 12: hộp thoại tao thự mục

Tiến hành phân tích liệu cách vào Edit->Series database, xuất hộp thoại khai báo số lượng mẫu sử dụng (Samples)

Sample

Chọn add để khai báo số lượng mẫu sử dụng, xuất hộp thoại hình dưới:

Hình 14: Các hộp thoại q trình tạo nhóm mẫu

Chú ý: “sample type” chọn mẫu theo loại: Ordinary (mẫu cần

phân tích hàm lượng), Comparator (mẫu dò), Blank (mẫu trắng), Source (nguồn phóng xạ) cuối Ref.Material (mẫu vật liệu quy chiếu)

Số mẫu tạo tương ứng khởi tạo mục “first sample” “last sample”

Ví dụ: muốn tạo mẫu Ordinary, ta nhập giá trị ô “first sample” nhập giá trị ô “last sample”

“Geomegy” Chọn dạng hình học mẫu, Powder/Liquid : Bột/ Chất lỏng Foil: Lá mỏng; Slab: Tấm mỏng; Wire: dây

“Matrix type ” Chọn loại Matrix ứng với thí nghiệm →

→ →

Chọn Finish đẻ kêt thúc trình khai báo mẫu

Packaging:

Cho phép người dùng khai báo loại bao bì đựng mẫu (Ricepent), ngày đóng mở bì, chiều cao mẫu theo đơn vị (mm), khối lượng mẫu theo đơn vị khối lượng (mg)

Hình 16: Hộp thoại Packaging

Hình 17: Các hộp thoại xuất trình khai báo Pakaging Chú ý: “Selected” chọn mẫu cần đóng gói, mẫu phong khơng cần đóng gói

“Recipent” chon hình dạng bao bì đóng gói khai báo sẵn “Packaging Date Packaging Time” khai báo thời gian đóng gói mẫu “Unpackaging Date Unpackging Time” khai báo thời gian mở gói mẫu Có thể chọn số mẫu đóng gói nhập ngày tương ứng đóng gói mở gói cho nhóm mẫu thời gian, nhập thời gian cụ thể cho mẫu Sau đến bước cuối trình Packaging, ta chọn “finish”

Để xem lại cụ thể thông tin mẫu đóng gói, trọng hộp thoại Packaging ta chọn “Sample” chọn mẫu cần xem, hộp thoại thông tin mẫu xuất hình dưới:

→ →

Hình 18: Hộp thoại thông tin mẫu khai báo

Measurement:

Trong mục “Measurement” chọn “Add” để khai báo mẫu đo Hiện lên hộp thoại phụ sau:

Hình 19: Quá trình khai báo mẫu cần đo

→ →

Chú ý: “Selected” chọn mẫu cần tiến hành đo

“Detector” Chọn cấu hình đầu dị sử dụng (đã khai báo trước)

“Distance” nhập thông tin khoảng cách đo từ mẫu đến đầu dò (chú ý đơn vị mm)

Đối với thời gian trình ghi đo, phân tích chương trình tự động truy xuất từ file phổ tương ứng mẫu

Một mẫu ghi đo nhiều lần tuỳ vào q trình thí nghiệm chúng ta, trong phần “Measurement” cho phép mẫu đo nhiều lần với khoảng cách detector khác (các detector khai báo) chương trình hiểu Để khai báo lần đo ta lặp lại bước nêu

Sau hồn thành q trình trên, để xem lại thông tin cụ thể mẫu khai báo, ô sample ta chọn mẫu cần xem, thông tin mẫu xuất hiện hình bên Chọn lệnh “Edit” muốn thay đổi thơng tin mẫu

Hình 20: Hộp thoại Mesurement mẫu sau khai báo

Chú ý: mục “Spectrum finename” cần khai báo đường dẫn lưu phổ cho mẫu để phần mềm tiến hành phân tích

Sau kết thúc trình khai báo cho nhóm mẫu “series”, kích vào lệnh “Exit” để xác nhận kết thúc trình khai báo nhóm mẫu lưu thơng tin vừa soạn thảo vào file ta tạo “C:\k0-IAEA\ \Newname” (có thể đặt tên theo mong muốn người phân tích)

2.2.3 Phân tích mẫu

Chọn mẫu phân tích mẫu lệnh “Edit/ Interpret selected sample” hoặc “Edit/ Interpret all sample” để phân tích tất mẫu khai báo

Kết thúc q trình khai báo nhóm mẫu “series”, ta tiến hành phân tích thành phần mẫu trình bày phần đây:

2.2.3.1 Hiệu chuẩn lượng ứng với số kênh độ phân giải

 Chuẩn lượng theo số kênh

Bước 1: “Edit / select samples” lên hộp thoại đây, chọn number

1, phổ phong để thực chuẩn lượng:

Hình 21: Chọn phổ phong

Bước 2: Trong mục “Spectrum analysis / Perform peak search”, để nhận

Hình 22: Nhận biết đỉnh phổ

Bước 3: “Spectrum analysis / List of detected peaks”, để thị đỉnh

năng lượng phổ mà chương trình nhận biết được, sau chọn OK:

Hình 23: Các đỉnh lượng nhận biết

Bước 4: “Spectrum analysis / Calibration / Fit calbration peaks” để khớp vị

Hình 24: Fit calibration peaks

Bước 5: “Spectrum analysis / Calibration / Energy calibration” để chuẩn

năng lượng theo số kênh, chương trình lên thơng báo hình đây Vào “Edit” muốn hiệu chuẩ lại nặng lượng

Hình 26: Thơng báo đĩnh lượng làm khớp Để lưu lại, chọn lệnh miêu tả hình dưới:

Hình 27: Lưu đường chuẩn lượng

Hình 28: Đường chuẩn lượng theo số kênh

 Chuẩn độ phân giải

Tiếp theo, tiến hành chuẩn độ phân giải theo lượng cho detector: chọn lệnh “Spectrum analysis/ Calibration/ FWHM calibration”

Hình 29: Chuẩn độ phân giải cho detector theo lượng

Ban đầu xuất hộp thoại thơng báo “có xung nhiễu phổ không?”, ta chọn “No” thực lệnh miêu tả hình đây:

Hình 30: Các hộp thoại chuẩn FWHM

Chọn lệnh “View/ Curver for the spectra/ FWHM” để xem đường cong độ phân giải lượng

Hình 32: Đường cong độ phân giải theo lượng Tiến hành lưu lại dạng đường cong chuẩn lượng:

2.2.3.2 Phân tích phổ phong

Chọn lệnh “Spectrum analysis / analyze all peaks” để tiến hành phân tích tất đỉnh phổ Các bước tiến hành phân tích phổ phong miêu tả cụ thể hình đây:

Hình 34: Phân tích tất đỉnh

Hình 36: Lưu phổ phong detector mà ta dùng để

Hình 37: Hộp thoại thông báo lưu phổ phong

Lưu ý: Phổ phong ghi nhận detector cần phân tích

2.2.4 Tính hiệu suất cho nguồn

Ví dụ tính hiệu suất cho nguồn Eu-152 vị trí 15cm

Bước 1: Edit/ seclect sample, chương trình hiển thị bảng sau, chọn OK:

Hình 38: Chọn nguồn phân tích

Bước View/ Select spectrum of interest…,ở có vị trí đo, dòng

Phổ Eu đo thị k0-IAEA hình sau:

Hình 40: Phổ nguồn Eu_152 đo

Bước Spectrum analysis\ perform peak seach Bước Spectrum analysis \ Annalyze all peaks Bước Spectrum analysis \ write peak areas to file…

Bước Edit \ Interpret selected sample, chương trình tính toán

lên cửa sổ sau

Sau việc tính tốn hiệu suất ghi kết thúc, xuất hộp thoại thông báo sau, chọn “OK”

Hình 42: Hộp thoại báo hoàn thành

Bước View \ numerical results để xem kết quả, chương trình hiển thị

cửa sổ sau

Hình 43: Kết đường chuẩn hiệu suất

Bước lưu vào thư viện permanent database

Hình 44: Lưu kết vào thư viện permanent database

Bước Chọn lệnh “Detector \ efficiency curves \ export actual point data to file” , để xuất liệu tính tốn file dạng *.k0e

Kết thị file *.k0e sau:

Chương – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết xác định hiệu suất ghi đầu dò theo khoảng cách

Sau tiến hành phân tích phổ phần mềm k0_IAEA ta thu phổ phân bố độ cao xung vị trí từ 0cm, 5cm, 10cm, 15cm nguồn Sai số hiệu suất ghi đầu dò xác định công thức truyền sai số sau:

σeff = √σ𝑁𝑝2 + σ𝐴2+ σε2 đó:

σε sai số độ lệch εɤ εfit (hiệu suất trước sau hiệu chuẩn)

σε = √ ∑ (|ε𝑓𝑖𝑡−εɤ| εɤ ) 𝑘 𝑛 𝑛(𝑛−1)

σ𝑁𝑝 sai số thống kê (diện tích đỉnh) xác định bơi công thức

σNp = √

∑ 𝜎𝑘 𝑁𝑝2 𝑛

𝑛(𝑛−1)

σ𝐴 sai số hoạt độ nguồn xác định công thức

σA =

1

𝑛√∑ 𝜎𝐴𝑖

Với 𝜎𝐴𝑖 sai số hoạt độ nguồn Am241, Cd109, Co 57, Ba133, Cs 137, Cs 137, Co 60, Eu152

Kết tính hiệu suất ghi Excel (với sai số hiệu suất ghi tính từ cơng thức truyền sai số trên) phần mềm k0_IAEA bốn vị trí biểu diễn sau đây:

(3.1)

(3.3)

Tại vị trí 0cm

Bảng 1: Kết hiệu suất ghi tính Excel chư hiệu trùng phùng phần mềm k0_IAEA vị trí cách detectoe cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ (Bq)

Hiệu suất (excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất (k0_IAE

A)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.531E-02 6.18E-04 4.04% - -

Cd-109 88.00 37000 3.445E-02 1.05E-03 3.05% 2.46E-02 28.59%

Co-57

122.06 37000 3.039E-02 1.08E-03 3.55% 3.81E-02 25.37%

136.47 37000 3.172E-02 9.57E-04 3.02% 3.87E-02 21.99%

Ba-133

276.40 37000 1.155E-01 3.51E-03 3.04% 2.44E-02 78.87%

302.85 37000 1.134E-01 3.41E-03 3.01% 2.25E-02 80.15%

356.01 37000 1.016E-01 3.05E-03 3.00% 1.98E-02 80.50%

383.85 37000 1.049E-01 3.16E-03 3.01% 1.88E-02 82.08%

Cs-137 661.66 9250 7.286E-02 2.19E-03 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 1.292E-02 3.90E-04 3.02% - -

Co-60 1173.20 37000 2.743E-02 8.26E-04 3.01% 7.42E-03 72.95%

Na-22 1274.50 37000 1.498E-02 4.53E-04 3.03% 7.99E-03 46.67%

Hình 1: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector cm chưa hiệu hiệu ứng trùng phùng thực

Nhận xét: Tại vị trí 0cm, ảnh hưởng mạnh hiệu ứng trùng phùng thực trùng

phùng ngẫu nhiên thời gian chết hệ đo 6%, tính tốn sử dụng k0-IAEA Excel, hiệu suất thực nghiệm không xác Vì vị trí 0cm phải hiệu hiệu ứng trùng phùng, giá trị hiệu suất đường cong hiệu suất hiệu hiệu ứng trùng phùng thực hình đưới

Bảng 2: Giá trị hiệu suất ghi thực nghiệm hiệu trùng phùng thực

Energy (keV) effp-corrected relative error

59.5409 1.57E-02 4.66%

88.0336 1.06E-01 3.05%

122.06 1.78E-01 3.55%

136.47 1.87E-01 3.02%

276.4 1.34E-01 3.04%

302.85 1.29E-01 3.01%

356.01 1.15E-01 3.00%

383.85 1.10E-01 3.01%

661.657 7.63E-02 3.01%

834.848 6.90E-02 3.02%

1173.228 4.85E-02 3.01%

1274.537 5.14E-02 3.03%

1332.492 4.43E-02 3.01%

-5.4 -4.9 -4.4 -3.9 -3.4 -2.9 -2.4 -1.9

-1.44.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

Hình 2: Đường cong hiệu hiệu suất vị trí cm hiệu trùng phùng thực

Hình 3: Giá trị hiệu suất vị trí cm ngoại suy từ vị trí 15 cm phần mềm k0_IAEA

y = 0.0775x5- 2.4716x4+ 31.346x3- 197.69x2+ 619.52x - 772.61

-4.4 -3.9 -3.4 -2.9 -2.4 -1.9

-1.44.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

ln(eff_pract ical)

l

Hình 4: Đường cong hiệu suất vị trí 0cm k0_IAEA

Tại vị trí 5cm

Bảng 3: Kết hiệu suất ghi tính Excel phần mềm k0_IAEA vị trí cách

detector cm

Đồng vị E(keV) Hoạt độ

(Bq)

Hiệu suất (excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất (k0_IA

EA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 4.896E-03 1.51E-04 3.09% - -

Cd-109 88.00 37000 2.388E-02 7.18E-04 3.00%

2.46E-02 3.00%

Co-57

122.06 37000 3.763E-02 1.13E-03 3.00%

3.81E-02 1.25%

136.47 37000 3.838E-02 1.16E-03 3.02%

3.87E-02 0.83%

Ba-133 276.40 37000 2.386E-02 7.19E-04 3.01%

302.85 37000 2.225E-02 6.69E-04 3.00%

2.25E-02 1.11%

356.01 37000 2.004E-02 6.01E-04 3.00%

1.98E-02 1.18%

383.85 37000 1.895E-02 5.84E-04 3.08%

1.88E-02 0.78%

Cs-137 661.66 9250 1.209E-02 3.63E-04 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 9.258E-03 2.79E-04 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 7.244E-03 8.26E-04 3.01%

7.42E-03 2.44%

Na-22 1274.50 37000 7.156E-03 4.53E-04 3.03%

7.99E-03 11.65%

Co-60 1332.50 37000 6.638E-03 7.48E-04 3.01%

6.68E-03 0.64%

Đường cong hiệu suất ghi tai vị trí cm tính phương pháp khớp bình phương tối thiểu

y = 0.07798x5 -2.42304x4 +30.07249x3-186.330x2 + 575.4689x - 710.7338

-5.4 -4.9 -4.4 -3.9 -3.4

4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

ln(eff_practical) ln(eff_fit)

ln(eff)

Hình 6: Đường cong hiệu suất đường cong đỉnh tổng cách detector cm sử dụng k0_IAEA

Nhận xét: giá trị hiệu suất vị trí 5cm tính phần mềm k0_IAEA Excel phù hợp, độ lệch giá trị nhỏ Độ lệch hiệu suất tính cho nguồn 109Cd 3% nguồn 22Na 11.2%, nguyên nhân diện tích đỉnh hai chương trình k0_IAEA chương trình Gamma vision có chênh lệch hàm làm khớp khác nhau, nhiên giá trị ghi nhận nằm khoảng sai số cho phép

Tại vị trí 10cm

Bảng 4: Kết hiệu suất ghi tính Excel phần mềm k0_IAEA vị trí cách

detectoe 10 cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ (Bq)

Hiệu suất (excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất (k0_IAEA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.919E-03 6.20E-05 3.23% - -

Cd-109 88.00 37000 1.000E-02 3.13E-04 3.13% 9.99E-03 0.14%

136.47 37000 1.451E-02 4.50E-04 3.10% 1.43E-02 1.43%

Ba-133

276.40 37000 9.466E-03 2.86E-04 3.03% 9.68E-03 2.27%

302.85 37000 8.903E-03 2.68E-04 3.01% 8.94E-03 0.42%

356.01 37000 7.940E-03 2.41E-04 3.04% 7.95E-03 0.13%

383.85 37000 7.540E-03 2.28E-04 3.03% 7.53E-03 0.13%

Cs-137 661.66 9250 4.943E-03 1.56E-04 3.16% - -

Mn-54 834.85 37000 4.439E-03 1.34E-04 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 3.080E-03 9.32E-05 3.03% 3.10E-03 0.66%

Na-22 1274.50 37000 3.106E-03 9.33E-05 3.00% 3.29E-03 5.91%

Co-60 1332.50 37000 2.813E-03 8.61E-05 3.06% 2.84E-03 0.97%

Hình 7: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector 10 cm sử dụng Excel

y = 0.0921x5- 2.8613x4+ 35.401x3- 218.02x2+ 667.73x - 816.93

-6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4

3.50000 4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000 7.50000

ln

(e

ff

)

ln(Energy) (keV)

Hình 8: Đường cong hiệu suất đường cong đỉnh tổng cách detector 10 cm sử dụng k0_IAEA

Nhận xét: giá trị hiệu suất vị trí 10cm tính phần mềm k0_IAEA Excel phù hợp, độ lệch giá trị nhỏ

Tại vị trí 15cm

Bảng 5: : Kết hiệu suất ghi tính Excel phần mềm k0_IAEA vị trí cách

detector 15 cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ (Bq)

Hiệu suất (excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất (k0_IAEA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.001E-03 3.20E-05 3.20% - -

Cd-109 88.00 37000 4.707E-03 1.42E-04 3.01% 4.85E-03 3.05%

Co-57

122.06 37000 6.856E-03 2.17E-04 3.16% 6.82E-03 0.52%

136.47 37000 7.115E-03 2.23E-04 3.13% 7.13E-03 0.21%

302.85 37000 4.344E-03 1.30E-04 3.00% 4.33E-03 0.32%

356.01 37000 3.879E-03 1.17E-04 3.01% 3.89E-03 0.29%

383.85 37000 3.668E-03 1.10E-04 3.01% 3.69E-03 0.60%

Cs-137 661.66 9250 2.514E-03 7.58E-05 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 2.303E-03 6.94E-05 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 1.580E-03 4.75E-05 3.01% 1.59E-03 0.60%

Na-22 1274.50 37000 1.648E-03 4.95E-05 3.00% 1.67E-03 1.32%

Co-60 1332.50 37000 1.446E-03 4.35E-05 3.01% 1.41E-03 2.49%

Hình 9: đồ thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector 15 cm sử dụng Excel

-7.5 -7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4

3.50000 4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000 7.50000

ln

(e

ff

)

ln(Energy) (keV)

Hình 10: Đường cong hiệu suất đường cong đỉnh tổng cách detector 15 cm sử dụng k0_IAEA

Nhận xét: giá trị hiệu suất vị trí 15cm tính phần mềm k0_IAEA Excel phù hợp, độ lệch giá trị nhỏ Độ lệch hiệu suất tính cho nguồn 109Cd khoảng 3% nguyên nhân diện tích đỉnh hai chương trình k0_IAEA chương trình Gamma vision có chênh lệch hàm làm khớp khác nhau, nhiên giá trị ghi nhận nằm khoảng sai số cho phép

*Ngoại suy đường cong hiệu suất với k0_IAEA

Thay tiến hành đo hiệu suất vị trí khác để xây dựng đường cong hiệu suất vị trí đó, chương trình k0_IAEA cho phép ngoại suy đường cong hiệu suất ghi cho vị trí khác từ đường cong hiệu suất vị trí xây dựng sẵn hình ảnh biểu thị đường cong hiệu suất vị trí cách detector cm, cm 10 cm ngoại suy từ vị trí cách detector 15 cm đo nguồn 152Eu nguồn chuẩn

3.2 Thảo luận kết đạt

Đường cong hiệu suất vị trí cm gần detector bị lệch nhiều ảnh hưởng hiệu ứng trùng phùng nguồn phát nhiều lượng thời gian chết hoạt độ nguồn cao đặt sát detector vị trí 0cm, để tính xác hiệu suất ghi phải phối hợp nhiều phương pháp khác

Tại vị trí 5cm, 10cm, 15cm, ta thấy giá trị hiệu suất tính excel k0-IAEA độ lệch nhỏ phù hợp hai phương pháp, kết nằm sai số cho phép

Với nguồn 241Am, 137Cs, 54Mn nguồn đơn dùng tính tốn tỉ số đỉnh tổng, phần mềm khơng tính hiệu suất đỉnh nguồn đơn

Hiệu suất ghi detector tăng dần khoảng từ đến 136 keV, sau giảm dần theo lượng Đối vùng lượng gamma thấp có giá trị nhỏ 136 keV, trước vào vùng hoạt đầu dò (detector), xạ phải trải qua q trình tương tác mơi trường bên ngồi vật liệu bên detector lớp vỏ nhôm bề dày lớp chết… nên chúng dể dàng bị hấp thụ vật liệu bên detector Vì hiệu suất ghi detector dải lượng thấp tăng dần lượng xạ gamma tăng Đối với vùng lượng gamma cao 136 keV, xác suất chúng khỏi vùng hoạt detector cao, nghĩa xác suất ghi nhận lượng tia gamma vùng hoạt detector thấp làm cho hiệu suất ghi giảm lượng tăng lên

KẾT LUẬN

Khóa luận giải mục tiêu đặt ban đầu với kết sau:

Đã nghiên cứu cài đặt, sử dụng ứng dụng thành cơng chương trình k0_IAEA để xây dựng đường cong hiệu suất ghi đầu dò HPGe bốn vị trí khác 0cm, 5cm, 10cm, 15cm

Xây dựng đường cong hiệu suất ghi từ vị trí khác cách ngoại suy sử dụng phần mềm k0_IAEA, nhằm tiết kiệm thời gian cơng sức

Có thể sử dụng k0-IAEA đồng thời phương pháp tính tốn bình thường, để kiểm tra chéo kết tính tốn hiệu suất

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Tuấn Anh, Xác định hiệu suất ghi hệ đo xạ, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, 2016

[2] Cao Đông Vũ, Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0-IAEAtrên lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp sở, Viện lượng nguyên tử Việt Nam, 2009

[3] Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006

[4] Trần Ái Khanh, Khảo sát hiệu suất detector HPGe với hình học mẫu lớn bằng phương pháp Monte Carlo, Luận văn thạc sĩ, TP Hồ Chí Minh (2008)

[5] Mai Xuân Trung, Xử lý số liệu thực nghiệm, ĐH Đà Lạt, 2008

[6] Trần Thị Thuý Liên, Khảo sát thông số hệ phổ kế gamma với đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết (HPGe) GC2018, LVTN, 2006

[7] Đặng Nguyên Phương, Khảo sát đường cong hiệu suất đầu dò HPGe chương trình MCNP, LVTN, 2006

[8] Anas M Ababneh, Coincidence summing correction in HPGe gamma-ray spectrometry for Marinelli-beakers geometry using peak to tatal (P/T) calibration, Journal of Radiation Research and Applied Sciences 8, 2005

[9] Germanium detector: User’s Manual, Canberra Industries, USA, 1995