II.1.2 Phân tích phổ gamma Mục đích việc phân tích phổ gamma xác định lượng diện tích đỉnh phổ làm sở cho việc nhận diện nguyên tố xác định hoạt độ phóng xạ Phổ gamma ghi nhận bao gồm số đỉnh hấp thụ toàn phần vạch xạ gamma nằm Compton liên tục Đỉnh kết tương tác xạ gamma với vật liệu đêtectơ Kết q trình tương tác tồn lượng xạ gamma giải phóng thể tích đêtectơ Hoạt độ phóng xạ xác định dựa diện tích đỉnh đặc trưng xạ gamma Diện tích đỉnh phổ gamma thường xác định việc làm khớp số liệu đo với hàm giải tích thích hợp tích phân hàm để tính diện tích đỉnh [11] Hàm chứa tham số tự chúng tìm thuật tốn làm khớp bình phương tối thiểu phi tuyến Thông thường chọn dạng hàm Gauss để mơ tả đỉnh hấp thụ tồn phần Trong thực tế đỉnh có chủ yếu phía lượng thấp đỉnh, đặc biệt tốc độ đếm lớn Do hầu hết hàm bao gồm phần Gauss cộng thêm số hạng hiệu chỉnh tính đến phần đỉnh Người ta thường sử dụng hàm e-mũ cho phần đuôi đỉnh phổ Các hàm biểu diễn dạng phông thường xây dựng với hai phần, phần thứ thường đa thức bậc thấp mô tả phần phông bên trái lượng cao đỉnh nằm toàn vùng đỉnh, phần thứ hai hàm mô tả tăng dần xấp xỉ bước bên lượng thấp đỉnh Phông nằm chân đỉnh thường mô tả đa thức bậc hai.Đối với trường hợp cần phân tích đỉnh chập nhau, người ta thường dùng hàm khớp tổng hàm với giá trị khác tham số Hiện nay, việc phân tích phổ thường thực với trợ giúp chương trình máy tính Phân tích phổ sử dụng chương trình máy tính có tốc độ xử lý nhanh, nhận biết xử lý hầu hết đỉnh với chất lượng tốt Các số liệu thu cho biết đầy đủ thông tin phổ gamma bao gồm vị trí lượng, diện tích, độ phân giải đỉnh gamma, số đếm phông với sai số phân tích, ngồi cịn có thơng tin thời gian đo, thời gian chết, tham số chuẩn lượng, chuẩn hiệu suất ghi, … Tuy nhiên nhiều trường hợp, cần thiết phải có can thiệp trực tiếp để phát bất thường phổ, định phổ đỉnh phổ cần xử lý, đỉnh chập cần phải có xử lý đặc biệt, … từ lý mà chương trình có nhiều cách tuỳ chọn, linh hoạt thích hợp với yêu cầu đặt việc ghi nhận phân tích phổ gamma II.1.3 Đường chuẩn lượng Đường chuẩn lượng đồ thị mô tả phụ thuộc vị trí cực đại đỉnh hấp thụ toàn phần vào lượng vạch xạ gamma tương ứng Để xây dựng đường chuẩn lượng thực nghiệm cần phải xác định vị trí đỉnh hấp thụ toàn phần vạch gamma biết trước lượng Nguồn chuẩn lượng nguồn biết trước lượng xạ gamma phát từ nguồn Với nguồn phức tạp gồm nhiều thành phần đỉnh hấp thụ tồn phần xạ gamma có lượng thấp nằm Compton liên tục xạ gamma có lượng cao Những xạ gamma có lượng lớn cường độ mạnh, làm sai lệch vị trí đỉnh hấp thụ tồn phần vạch gamma có lượng nhỏ cường độ yếu Sự dịch chuyển đỉnh phổ xạ gamma có lượng nhỏ rõ trường hợp xạ có giá trị trùng với biên Compton liên tục xạ gamma lượng lớn Độ xác việc xây dựng đường chuẩn lượng phụ thuộc vào độ xác xác định vị trí cực đại đỉnh chọn làm chuẩn để xây dựng đường chuẩn Tốt chọn nguồn chuẩn lượng nguồn gamma đơn Các đỉnh chọn xây dựng đường chuẩn lượng có giá trị phân bố vùng lượng gamma quan tâm tốt Trên thực tế, khơng có nguồn chuẩn gamma đơn năng, sử dụng nguồn gamma phức tạp có nhiều thành phần Trong vạch gamma nguồn phức tạp, chọn vạch phổ có lượng lớn nhất, vạch có cường độ mạnh xa vạch khác [6] Hình 2.2 Đường chuẩn lượng hệ phổ kế BEGe – Canberra Trong chương trình Genie 2000 đường chuẩn lượng xử lý tự động Với đỉnh lượng chọn, nhập số liệu lượng xạ gamma, sau xử lí phổ, vị trí cực đại đỉnh xác định Từ tập hợp số liệu thu sau phân tích phổ gamma nguồn chuẩn, chúng tơi xác định vị trí cực đại vạch chọn Từ đó, chương trình xử lý phổ tự động đưa đường chuẩn lượng Với chương trình cho phép phân tích thành phần phổ gamma ghi nhận hệ phổ kế II.1.4 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi Để xác định hàm lượng nguyên tố phóng xạ mẫu phân tích, theo phương pháp phổ gamma, cần biết hiệu suất ghi đetectơ ứng với vạch hấp thụ toàn phần xạ gamma đặc trưng Vì vậy, ngồi xây dựng đường chuẩn lượng, trước đưa hệ phổ kế gamma vào hoạt động, cần phải xác định hiệu suất ghi đetectơ ứng với lượng gamma dải lượng làm việc đetectơ Đường cong hiệu suất ghi đường cong mô tả phụ thuộc hiệu suất ghi vào lượng xạ gamma Có thể xác định hiệu suất ghi detectơ tính tốn lý thuyết đo đạc thực nghiệm Việc tính tốn hiệu suất ghi thường sử dụng phương pháp Monte - Carlo dựa việc mô hình hóa lịch sử photon Tuy nhiên phương pháp địi hỏi thơng tin xác kích thước vùng nhạy, vùng chết tinh thể, hình học nguồn – detector, thành phần, mật độ vật chất detectỏ, hệ số tắt dần photon, tiết diện tương tác photon với vật chất,…vì dễ mắc phải sai số tính tốn Trong thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định hiệu suất ghi thiết lập công thức bán thực nghiệm mô tả đường cong hiệu suất ghi toàn vùng lượng cần quan tâm Vấn đề giải cách làm khớp kết đo thực nghiệm với hàm giải tích thích hợp Hiệu suất ghi lượng cụ thể xác định phương pháp nội suy Trong thực tế khó có hàm khớp thỏa mãn cho nhiều loại đetectơ, nhiều hình học đo đạc khác dải lượng rộng Đối với đetector HPGe thơng dụng sử dụng hàm khớp sau: (2.1) ε: hiệu suất ghi đetectơ ; E: lượng tia gamma ; E0 = keV; hệ số làm khớp Hình 2.3 đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối hệ phổ kế gamma bán dẫn dải rộng BEGe Canberra với nguồn chuẩn đặt vị trí cách đêtectơ 8.35 cm 19.35 cm Hình 2.3 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi hệ phổ kế gamma bán dẫn Canberra khoảng cách cách nguồn 8.35 cm 19.35 cm Thông thường, để xây dựng đường cong hiệu suất ghi, người ta dùng nguồn chuẩn gamma biết trước hoạt độ phóng xạ Thơng qua việc đo phổ nguồn chuẩn, ta xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần vạch xạ gamma ứng với lượng xác định Biết cường độ vạch xạ gamma, hoạt độ phóng xạ nguồn chuẩn tính thơng lượng xạ gamma quan tâm bay vào đetectơ Từ xác định hiệu suất ghi detectơ lượng tương ứng với lượng xạ gamma chọn làm chuẩn Để xác định xác diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần vạch xạ gamma chọn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi phải có cường độ lớn xa vạch khác Vì vậy, nguồn chọn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi nguồn gamma đơn trường hợp khơng đủ nguồn chuẩn đơn dùng nguồn gamma phức tạp nhiều thành phần Trong phổ gamma nguồn phức tạp mà thiết bị ghi nhận được, chọn vạch phổ có lượng lớn vạch có cường độ lớn cách xa vạch khác Ngồi ra, đường cong hiệu suất ghi cịn xác định theo phương pháp mơ sau làm khớp với số liệu hiệu suất ghi đetectơ xác định từ thực nghiệm sử dụng nguồn gamma đơn Luận văn sử dụng phương pháp khác để xác định đường cong hiệu suất ghi mà không định phải sử dụng nguồn gamma chuẩn đơn thơng thường mục đích đề tài xác định hàm lượng thành phần mẫu, sử dụng đồng vị biết trước mẫu (ví dụ 238U) làm chuẩn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi tương đối tính tốn tỉ số hoạt độ hay tỉ số khối lượng đồng vị khác dựa đường cong Phương pháp gọi phương pháp chuẩn trong, trình bày cụ thể mục II.2