Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư kỹ thuật hạt nhân: Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế beta

73 11 0
Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư kỹ thuật hạt nhân: Khảo sát, đánh giá các tham số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế beta

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

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

Ngày đăng: 14/05/2021, 11:53

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • LỜI CẢM ƠN

  • MỞ ĐẦU

  • Chương 1: TƯƠNG TÁC CỦA TIA BETA VỚI VẬT CHẤT

    • 1.1. Lý thuyết về phân rã beta

      • 1.1.1. Phân rã beta

      • 1.1.2. Phân rã

      • 1.1.3. Phân rã 

      • 1.1.4. Phân rã Beta kép

      • 1.2. Ion hoá (Ionization)

      • 1.3. Độ ion hoá riêng (Specific ionization)

      • 1.4. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET)

      • 1.5. Bức xạ hãm (Bremsstrahlung)

      • 1.6. Quãng chạy của hạt beta trong vật chất

      • 1.7. Biểu diễn mối quan hệ giữa thế và số cặp ion

      • 1.8. Đầu dò hấp vào mặt

        • 1.8.1. Lý thuyết

        • 1.8.2. Nguyên tắc làm việc của detector bán dẫn

          • - Cấu trúc các dải năng lượng trong chất bán dẫn

          • 1.8.3. Detector hàng rào mặt

          • 1.9 Lý thuyết về đo tia Beta

          • Chương II: KHẢO SÁT HỆ PHỔ KẾ ĐA KÊNH ΒETA

            • 2.1. Khung giỏ NIM

              • 2.1.1. Thông số kĩ thuật

              • 2.1.2. Hoạt động

              • 2.2. Máy phát xung chuẩn Pulser 480

                • 2.2.1. Đặt điểm kỹ thuật

                • 2.2.2. Hoạt động

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan