Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ phổ kế Beta được sử dụng trong các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng của khoa học và công nghệ detector hạt nhân. Độ phân giải năng lượng và hiệu suất ghi là hai trong số những đặc trưng quan trọng nhất của phổ kế Beta. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ, ngày nay hệ phổ kế Beta với detector có tinh thể ngày càng lớn, cho phép tăng hiệu suất ghi của detector và mở rộng dải năng lượng đo được. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung khóa luận.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGUYỄN ĐĂNG HUY 1410702 KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CỦA HỆ PHỔ KẾ BETA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS. ĐẶNG LÀNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ HẠT NHÂN KHÓA 2014 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn đến Thầy giáo hương d ́ ẫn Tiến Sĩ Đặng Lành đã tận tình hương d ́ ẫn, giúp đỡ và truyền đạt vốn kiến thức q báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong q trình học tập và thực hiện khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến q Thầy, Cơ Trường Đại học Đà Lạt, đặc biệt là q Thầy, Cơ Khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân đã truyền đạt vốn kiến thức q báu và tạo mơi trường học tập thuận lợi cho em trong suốt 4.5 năm học tập tại trường Đại học Đà Lạt cũng như trong q trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn bạn cùng lớp HNK38 đã đồng hành cùng em trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Đà Lạt Và cuối cùng, con xin cảm ơn Ba Mẹ đã ln u thương, tin tưởng tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con có thể hồn thành khóa luận. NGUYỄN ĐĂNG HUY LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Những kết quả và số liệu trong khóa luận này chưa được ai cơng bố dươi b ́ ất kì hình thức nào. Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trươc Nhà tr ́ ường về sự cam đoan này Đà Lạt, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Sinh viên MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắc Từ gốc Nghĩa LET Liner Energy Tranfer Truy ền năng lượng tuyến tính ADC Analog Digtal Convertor Bộ đếm tương tự sang số MDA Multi Channel Analyser Máy phân tích đa kênh DC Direct Current Điện một chiều MCD Multi Channel Processing X ử lý dữ liệu đa kênh MCB Minature Circuit Breaker Bộ ngắt m ạch ROI Region of Interest Risetime Vùng diện tích quan tâm FWHM Full Width Half Maximum Độ rộng cực đại nửa chiều cao. DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 Trong các biểu thức động năng đo được, E được cho bởi (W1) trong các đơn vị của tổng năng lượng. Động năng E được biểu thị bằng đơn vị ( = 0.511 MeV) Thay thế W của phương trình (4) bởi E ta có: [ ] = K( E) (17) Trong đó: N(E) = số lượng thực tế đếm tại một năng lượng cụ thể trong quang phổ; ví dụ một trong những điểm cho (Hình 9) có thể là kênh 200, trong đó N(E) ≅ 190; W = E + 1, E động (0,511 MeV); G(Z,W) = hàm Fermi; chúng được liệt kê như thế hệ sau của động lượng P của các phiên bản beta, trong đó P = Hàm Fermi với G(Z,W) áp dụng cho sự phân rã của và Thủ tục Sử dụng hệ thống thí nghiệm, bao gồm cả các hiệu chuẩn. Đặt nguồn 204Tl trong buồng chân khơng, bơm xuống chân khơng, điều chỉnh bia phù hợp với các máy dị, và được một quang phổ tương tự như Hình 9 Đọc MCA và vẽ phổ trên tuyến tính trên biểu đồ 3.1.7. Thí nghiệm Tỷ lệ chuyển đổi điện tử Lý thuyết Trong q trình chuyển đổi nội bộ, năng lượng của kích thích có thể được trao cho một trong những electron quay xung quanh như đã trình bày ở phần đầu của thí nghiệm 6. Các electron thường tham gia là K, L và vỏ M gần nhất với hạt nhân. Năng lượng của việc chuyển đổi được cho bởi = – (16) Trong đó: = năng lượng đo được của các electron chuyển đổi. = năng lượng kích thích có sẵn trong sự phân rã = năng lượng liên kết của electron trong ngun tử Phổ electron chuyển đổi cho được hiển thị trong Hình 10. Nó cho thấy dịng 1,048 và 0,975 MeV. Đây là những dịng đến từ các q trình K và L chuyển đổi tương ứng Các sơ đồ phân rã của , cũng thể hiện trong Hình 10, cho thấy một sự chuyển tiếp gamma từ mức 1,634MeV đến mức 0,570 MeV. Chênh lệch năng lượng này là 1,064 MeV. Trong phương trình 6 này là năng lượng kích thích, Ex trong đó có sẵn cho q trình chuyển đổi Năng lượng liên kết K, , cho là 88 keV. Đối với chuyển đổi này, Ee = 1,064 – 0,88 = 0,976 MeV hoặc 976 keV. Năng lượng liên kết L cho là 15,86 keV cho chuyển đổi này, = 1,064 0,01586 = 1,048 Một cách tương tự, các nguồn năng lượng electron chuyển đổi cho sự kích thích 570keV có thể được tính tốn. Đây là 482 và 554 keV. Trong thí nghiệm này các tỷ lệ K/L sẽ được đo Thủ tục Sử dụng hệ thống thí nghiệm 1, kể cả hiệu chuẩn. Hãy chắc chắn để sử dụng một máy dị có độ phân giải 18 keV hoặc tốt hơn. Tích lũy một phổ cho một khoảng thời gian dài đủ để có được ~ 1000 đếm ở đỉnh cao 1,048 MeV. In dữ liệu từ MCA. [8] 3.2. Thực ngiệm trên hệ phổ kế Beta 3.2.1. Hệ thống thiết bị phổ kế Beta Hình 23. Hình hệ phổ kế đa kênh Beta Thiết bị: Khung giỏ NIM; Máy phát xung chuẩn Pulser; Bộ khuếch đại phổ 575A; Khối cao thế Quad Bias Supply;Khối gao diện EASY_MCA + ph ần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý số liệu Maestro _DEL_PC MCB 129; Hệ máy bơm chân khơng ni cho đầu dị hoạt động. Detector hàng rào mặt Nguồn: Pb214 , Sr90 , Tl204 , Ba 140 Hình 24. Sơ đồ cấu trúc khối Live Time (thời gian sống): Là thời gian mà tại đó số sự xuất hiện bức xạ đến đầu dị và đầu dị phân giải được Dead Time (thời gian chết): Là thời gian mà tại đó các sự kiện bức xạ đến đầu đị nhưng khơng phân giải được. Read Time (thời gian thực): Là tổng thời gian mà tại đó sự xuất hiện bức xạ đến đầu dị. Thời gian thực bằng tổng của thời gian chết và thời gian sống (real = live + dead) Start: Thơng tin thời gian thực nghiệm. Maker: Con trỏ chính tại kênh cần tìm tương ứng với mức năng lượng tồn phần số đếm Gross Are: Tổng số đếm tồn phần Net Are: Diện tích đỉnh Peak: Đỉnh của phổ Roi: Vùng quan tâm Library: Thơng tin nguồn Gross/Net Count Rate: Tổng số đếm/tỉ lệ đếm rịng FWHM : Độ rộng cực đại nửa chiều cao. FW(1/5)M: Độ rộng tại 1/5 chiều cao của đỉnh phổ Calbration source: Hiệu chỉnh nguồn Preset limits: Giới hạn. Thời gian chết phụ thuộc vào bố trí hình học( kích thước đầu dị, nguồn, ), hoạt độ nguồn. Hoạt độ càng cao thì số đếm càng lớn. Số bức xạ ngẫu nhiên có giá trị ln ln khác nhau. Vì vậy thời gian chết ln khác nhau. 3.3. Kết quả thực ngiệm Hình 25. Phổ phơng trên hệ phổ kế Beta Thời gian thực nghiệm: 4:17:08 chiều ngày 28/9/2018 Live = 2174,8 s; Real = 2174,8 s; Deal = 0 Giới hạn Real = 100.000 s Maker: con trỏ chính tại kênh 24 tương ứng với mức năng lượng tồn phần 235,70 keV với số đếm 187 Cnts Đỉnh: tại kênh 24,37 với năng lượng 239,30 keV Hình 26. Phổ Pb214 trên hệ phổ kế Beta Thời gian thực nghiệm: 4:21:17 chiều ngày 20/8/2018 Live Time = 209,02 s; Real Time =226,94 s; Deal Time = 7,90% x 226,94=17,92 s. Maker: con trỏ chính tại kênh 33 tương ứng với mức năng lượng tồn phần 341,59 keV với số đếm 64182 Cnts Đỉnh: tại kênh 33,91 với năng lượng 351,02 keV Gross Are = 641668 số đếm Net Are = 298536 ± 2021. Gross/ Net Count Rate = 3068,93 / 1428,27 FWHM = 35,62; FW(1/5)M = 46 Hình 27. Phổ Sr91 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 11:23:22 sáng ngày 28/8/2018 Live Time = 10134,22 s; Real Time =14716,68 s; Deal Time = 31,13% x 14716,68 = 4581,30 s. Maker: Con trỏ chính tại kênh 67 tương ứng với mức năng lượng tồn phần 479,64 keV với số đếm 1568493 Cnts Đỉnh: Tại kênh 36,4 với năng lượng 260,55 keV Gross Are = 264960172 số đếm Net Are = 600072866 ± 57542. Gross/Net Count Rate = 26145,10 / 59212,54 cps FWHM = 43,53; FW(1/5)M = 60,4 Hình 28. Phổ Ba140 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 1:37:9 chiều ngày 13/9/2018 Live Time = 893,86 s; Real Time =896,86; Deal Time = 0,33% x 896,86 = 2,95s. Maker: con trỏ chính tại kênh 35 tương ứng với mức năng lượng tồn phần 418,91 keV với số đếm 13739 Cnts Đỉnh: tại kênh 35,48 với năng lượng 424,64 keV. Gross Are = 135066 số đếm Net Are = 65964 ± 632. Gross/ Net Count Rate = 151,10 / 73,80 cps FWHM = 93,04; FW(1/5)M = 129,06. Hình 29. Phổ Tl204 trên hệ phổ kế Beta. Thời gian thực nghiệm: 10:58:33 sáng ngày 11/9/2018 Live Time = 618820 s; Real Time =1021828 s. Channel = 8192 kênh Đỉnh: tại kênh 35,48 với năng lượng 424,64 keV Calbration source (hiệu chỉnh nguồn) = 1714 Hình 30. Phổ Sr90_hskd4010_909sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 40; Fine Gain = 10. Mơi trường chân khơng Thời gian thực nghiệm: 8:01:28 sáng ngày 28/9/2018 Live Time = 777,78 s; Real Time = 908,64 s. Channel = 8192 kênh Hình 31. Phổ Sr90_hskd206_3330sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 20; Fine Gain = 6. Mơi trường chân khơng Thời gian thực nghiệm: 7:55:59 sáng ngày 2/10/2018 Live Time = 3329,38 s; Real Time = 3330,36 s. Channel = 8192 kênh Hình 32. Phổ Sr90_hskd104_10966sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 10; Fine Gain = 4. Mơi trường chân khơng Thời gian thực nghiệm: 8:09:49 sáng ngày 1/10/2018 Live Time = 10966,34 s; Real Time = 10966,48 s. Channel = 8192 kênh Hình 33. Phổ Sr90_hskd104_28058sec trên hệ phổ kế Beta. Nguồn Sr90 hiệu chỉnh hệ số khuếch đại Coarse Gain = 10; Fine Gain = 4. Mơi trường chân khơng Thời gian thực nghiệm: 11:15:46 sáng ngày 1/10/2018 Live Time = 28067,90 s; Real Time = 28058,04 s. Channel = 8192 kênh Tóm tắt Chương 1: Trong chương 1 luận án đã trình bày các vẫn đề cơ bản của tương tác beta với vật chất Chương 2: Trong chương 2 đã trình bày các thơng số kĩ thuật, ngun tắc hoạt động, bảo hành của hệ phổ kế Beta Chương 3: Trong chương 2 đã trình bày cách thực nghiệm về quang phổ Beta, và kết quả thực nghiệm phổ Pb214 , Sr90 , Tl204 , Ba140 KẾT LUẬN Khóa luận tốt nghiệp đã thực hiện những vấn đề sau: Tổng quan về mặt lý thuyết: Tương tác của tia Beta với vật chất. Bao gồm những ý chính sau: Lý thuyết về phân rã Beta, độ ion hóa riêng, hệ số truyền năng lượng tuyến tính, bức xạ hãm, quảng chạy của hạt beta trong vật chất, biểu diễn mối quan hệ giữa thế và số cặp ion, đầu dị hấp vào mặt Hệ phổ kế đa kênh Beta gồm những ý chính sau: Khung giỏ NIM, Máy phát xung chuẩn Pulser 480, Bộ khuếch đại phổ 575A, Khối cao thế Quad Bias Supply, Khối giao diện EASY_MCA + phần mềm điều khiển thu nhận và xử lý số liệu, Hệ máy bơm chân khơng, Thơng tin bảo hành Trên cơ sở thực nghiệm: thực nghiệm với các nguồn Pb214 , Sr90 , Tl 204 , Ba 140 Đánh giá kết quả. So sánh với giá trị thực nghiệm như sau: Phổ thời gian gần trùng lý thuyết. Cụ thể, các giá trị thời gian thực, thời gian sống, thời gian chết,là những giá trị biểu hiện kết quả hoạt động thực đã ghi nhận được qua thực nghiệm. Các kết quả thực nghiệm đã thể hiện rõ tương đối phù hợp với lý thuyết đã trình bày trong phần 1. Hệ thiết bị ổn định. Cao thế vùng bình ổn tốt sẽ đếm cao nhất Qua lý thuyết và thực nghiệm nguồn tối ưu cho đầu dị hoạt động trong khoảng từ 140 V đến 155 V. Ổn định nhất cao thế 150 V. Về mặt lý thuyết đã tổng quan về hệ phổ kế Beta. Tìm hiểu sơ đồ ngun lý của hệ phổ kế Beta. Thơng qua việc ghi nhận phổ việc ghi nhận phổ của các nguồn chuẩn trên hệ đo đã hiểu rõ hơn q trình t ương tác của bức xạ Beta với vật liệu detector ngun tắc làm việc của hệ phổ kế Beta. Về mặt thực nghiệm đã tiến hành đánh giá một số thơng số đặc trong của hệ phổ kế Beta Khóa luận tốt nghiệp đã đáp ứng được u cầu ban đầu của đề tài: “Khảo sát, đánh giá các tham số đặt trưng kỹ thuật của hệ phổ kế Beta” Hy vọng những giá trị này là những giá trị thực nghiệm giúp cho sinh viên nghành Kỹ thuật hạt nhân tham khảo về mặt thực nghiệm đối với các loại đồng vị phát Beta TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Linh. Ghi đo bức xạ Beta và ứng dụng mẫu phân tích mơi trường. Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt [2] Nguyễn Đức Hồ (2012). Điện tử hạt nhân. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam 2012 [3] vi.wikipedia.org/wiki/Phân_rã_beta [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/Bộ_đếm_tỷ_lệ [5] Nguyễn An Sơn. Cơ sở vật lý hạt nhân. Nhà xuất bản giáo dục quốc gia tp Hồ Chí Minh [6] Ngơ Quang Huy. Cơ sở vật lý hạt nhân. Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật [7] Phương pháp thực nghiệm trong Vật Lý Hạt Nhân. Trần Thanh Minh. Tủ sách địa học Đà Lạt 1979 [8]https://www3.nd.edu/~wzech/ApplicationNoteAN34Experiments NuclearScienceExperiment6.pdf [9] https://www.orteconline.com [10] https://www.orteconline.com/products/electronics/powersuppliesand nuclearinstrumentmodulenimbins/4001aand4001c [11] https://www.orteconline.com/products/electronics/pulsegenerator/480 [12] https://www.orteconline.com/products/electronics/amplifiers/575a [13] https://www.orteconline.com/products/electronics/powersuppliesand nuclearinstrumentmodulenimbins/710 [14] https://www.orteconline.com/products/electronics/multichannel analyzersmca/basicanalog/easymca2kor8k [15] https://www.orteconline.com/products/applicationsoftware/maestro mca [16] https://www.orteconline.com/products/radiationdetectors/silicon chargedparticleradiationdetectors/sichargedparticleradiationdetector accessories/portablepumpstation ... Trong khn khổ ? ?của? ?một? ?khóa? ?luận? ?tốt? ?nghiệp? ?với đề tài ? ?Khảo? ?sát,? ? đánh? ?giá? ?các? ?tham? ?số ? ?đặc? ?trưng? ?kĩ? ?thuật? ?của? ?hệ ? ?phổ ? ?kế ? ?Beta? ?? gồm những phần sau: Chương 1: Tương tác? ?của? ?tia? ?Beta? ?với vật chất... ứng một phần nhu đó Khoa? ?Kỹ? ?Thuật? ?Hạt? ?Nhân Trường Đại học Đà Lạt được trang bị một? ?hệ? ? phổ? ?kế? ?đa kênh? ?Beta. Xác định? ?các? ?đặc? ?trưng? ?cơ bản? ?của? ?hệ? ?phổ? ?kế? ?một cách có hệ? ?thống là cần thiết để phục vụ việc vận hành và bảo dưỡng... những? ?đặc? ?trưng? ?quan trọng nhất? ?của? ?phổ? ? kế? ? Beta. Cùng với sự tiến bộ? ?của? ?công nghệ, ngày nay? ?hệ? ?phổ? ?kế Beta? ?với detector có tinh thể ngày càng lớn, cho phép tăng hiệu suất ghi? ?của? ? detector và mở