3.1.1.1. Sự phụ thuộc của tổng số xung theo điện áp U và áp suất P.
Bảng 3-1, cho thấy các kết quả thực nghiệm thu đợc khi sử dụng hỗn hợp khí với tỷ lệ Ar : CO2 bằng 96:4.
Bảng 3-1: Sự phụ thuộc của tổng số xung theo điện áp và áp suất (Ar:CO2 = 96:4 và thời gian đo 200s).
U(v) P(atm) 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5 N (Tổng số xung) 0 0 0 0 0 0 0 0 20 25011±612 24390±622 24228±602 23737±618 23529±609 23508±562 23488±526 40 28137±623 27784±632 26937±616 25929±627 25129±605 24035±607 23508±546 60 30763±628 29902±639 28923±622 28129±631 26422±620 25845±604 24583±622 80 33779±636 32083±644 30409±629 29152±637 28164±627 27432±632 26371±626 100 35811±640 34831±650 33449±641 31323±642 29246±634 28495±652 27001±630 120 36240±650 34985±657 33471±648 31927±682 30525±639 29535±657 27452±635 140 36417±658 34874±660 33974±650 31965±679 30615±646 29989±663 27765±636 160 37373±663 35971±663 34024±654 32413±702 30929±650 30127±669 27967±639 180 37855±665 36627±668 34289±658 32682±680 31169±656 30211±670 28358±644 200 39345±670 37444±670 35478±663 33471±670 31466±662 30329±673 28559±653 220 41137±676 40205±673 36527±670 34484±637 32527±665 31234±678 29278±655 240 43598±677 42245±673 37062±671 34587±678 34936±665 32862±680 31069±659 260 50168±678 48065±675 38407±672 36325±674 37100±675 34687±683 32286±660
280 50479±680 40046±677 42881±674 39381±679 36341±688 33412±659
300 57571±693 40881±846 50330±676 47587±685 40473±695 35722±669
320 47201±753 56497±710 44984±720
340 59989±768 52038±763
360 69124±846
Hình 3-1, thể hiện kết quả thực nghiệm thu đợc khi hỗn hợp khí này ở những áp suất khác nhau. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 P=1,2atm p=1,4atm p=1,6atm p=1,8atm p=2,0atm p=2,2atm p=2,5atm N (X un g) U(v)
Hình 3-1: Đồ thị sự phụ thuộc của tổng số xung vào điện áp và áp suất. (Ar:CO2 = 96:4 và thời gian đo 200s).
- Khi tăng hiệu điện thế giữa Anốt và Katốt của đầu dò thì tổng số xung ghi đợc tăng lên. Nh vậy chứng tỏ đã có hiệu ứng ion hóa chất khí trong vùng nhạy của đầu dò.
- Từ đồ thị trên cho ta thấy trong dải điện áp từ 20v đến 100v tổng số xung ghi đ- ợc tăng tỉ lệ với điện áp, tiếp tục tăng điện áp ta thấy đồ thị có đoạn nằm ngang trong khoảng từ 100v đến 250v. Có nghĩa là trong dải điện áp trên tổng số xung ghi đợc tơng đối ổn định. Nếu tiếp tục tăng điện áp thì số xung ghi đợc tăng lên rất nhanh thể hiện ở phần cuối của các đồ thị. Ta có thể giải thích nh sau, chúng ta đã biết tốc độ trôi của điện tử tỷ lệ thuận với điện trờng, do vậy trong vùng điện áp thấp tốc độ trôi của điện tử và ion nhỏ, nhiều ion và điện tử bị tái hợp, do vậy số hạt mang điện về đợc các điện cực còn ít. Khi điện áp tăng lên thì tốc độ trôi của điện tử và ion cũng tăng theo và số hạt mang điện về đợc các điện cực cũng tăng. Điều này đợc thể hiện trên đồ thị trong dải điện áp từ 20v đến 100v, ta thấy đồ thị có độ dốc.
Tiếp tục tăng điện áp, lúc này số hạt mang điện chuyển động về các điện cực tăng lên do vậy làm giảm nồng độ các hạt mang điện, hơn nữa điện trờng mạnh nên tốc độ trôi của các hạt mang điện lớn. Nh vậy trong trờng hợp này tốc độ tái hợp ion giảm và không còn chiếm u thế, điện áp càng tăng thì quá trình tái hợp sẽ càng giảm, số điện tử và ion đi tới các điện cực tơng ứng ngày càng nhiều và tiến dần đến giá trị bão hòa, do vậy tổng số xung đếm đợc tăng dần và đạt tới giá trị bão hòa. Điều này đợc thể hiện ở đồ thị trên trong dải điện áp từ 100v đến 250v, đồ thị có đoạn nằm ngang tơng đơng với đoạn PLATO trong buồng ion hóa.
Khi điện áp tiếp tục tăng các điện tử thu đợc động năng rất lớn do vậy chúng có khả năng gây ion hóa thứ cấp hoặc kích thích các phân tử khí phát bức xạ tử ngoại và gây lên hiệu ứng quang điện trên Katốt, hơn nữa khi điện áp lớn có thể xẩy ra
hiện tợng phóng điện trong vùng nhạy của đầu dò. Do đó tổng số xung đếm đợc tăng đột biến đợc thể hiện ở đoạn cuối của các đồ thị.
- Trong dải điện áp từ 20v đến 250v, đối với dải áp suất khí từ 1,2 atm đến 2,5 atm. Khi áp suất thấp thì tổng số xung đếm đợc lại lớn hơn so với khi áp suất cao hơn (xét trong cùng một điện áp).
Để giải thích hiện tợng trên ta dựa vào khái niệm tiêu hao năng lợng của hạt mang điện trong môi trờng. Từ công thức (1-17) ta có quãng chạy của hạt alpha trong vùng nhạy tỷ lệ nghịch với áp suất chất khí. Khi áp suất tăng lên thì quãng chạy của hạt alpha giảm, hơn nữa trong cách bố trí nguồn alpha trong đầu dò nh hình (2-10) ta thấy để đến đợc vùng nhạy của đầu dò thì hạt alpha phải đi qua một đoạn không nằm trong vùng nhạy. Chính vì lẽ đó mà khi áp suất tăng lên thì có nhiều hạt alpha không đến đợc vùng nhạy của đầu dò vì vậy ta không ghi nhận đ- ợc.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 p=1,2 atm p=1,4 atm p=1,6 atm p=1,8 atm p=2,0 atm p=2,2 atm p=2,5 atm K ( vi t ri k e n h d in h ) U(v)
Hình 3-2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kênh đỉnh vào điện áp và áp suất. (Tỷ lệ khí Ar:CO2 = 96:4).
Trên đồ thị hình (3-2), ta nhận thấy khi tăng điện áp thì vị trí kênh đỉnh của phổ tăng lên.
Tại các áp suất thấp thì trờng hợp xuất hiện đỉnh phổ nhiều hơn so với áp suất cao.
Khi tăng áp suất thì vị trí kênh đỉnh lùi dần về phía kênh thấp. Ta giải thích hiện tợng trên nh sau:
Do cách bố trí nguồn alpha nh hình (2-9), khi các hạt alpha đợc phát ra từ nguồn chúng phải đi qua một quãng đờng bằng đoạn OC không nằm trong vùng nhạy của đầu dò. Chính vì vậy khi áp suất tăng lên thì quãng chạy của hạt alpha trong chất khí bị giảm xuống, phần động năng của hạt bị tiêu hao trong vùng không nhạy tăng lên, do đó phần động năng còn lại của hạt khi lọt vào đợc vùng nhạy giảm xuống.
Do vậy biên độ xung giảm xuống khi áp suất khí tăng lên. Điều này dẫn đến hiện tợng khi áp suất tăng thì kênh đỉnh của phổ lùi về phía kênh thấp hơn (tức là có năng lợng thấp hơn).
a/ P=1,2 atm; U=200V. b/ P=1,4 atm; U=200V.
c/ P= 1,6 atm; U=200V. d/ P=1,8 atm; U=200V. Hình 3-3: Phổ thu đợc tại U=200V khi sử dụng hỗn hợp khí Ar:CO2 = 96:4 ở các áp suất khác nhau.
a/ P=2,0 atm; U=200V. b/ P=2,2 atm; U=200V.
c/ P=2,5 atm; U=200V.
Hình 3-4: Phổ thu đợc tại U=200V khi sử dụng hỗn hợp khí Ar:CO2 = 96:4 ở các áp suất khác nhau.
Từ hình (3-3) đến hình (3-4) cho ta biết đợc dạng phổ phụ thuộc vào áp suất khí trong vùng nhạy của đầu dò ở cùng một điện áp U=200v. Tại các áp suất lớn thì đỉnh phổ xuất hiện không rõ, càng giảm áp suất thì đỉnh phổ thu đợc càng rõ nét. Ta thấy tại áp suất 1,4 atm ta thu đợc đỉnh phổ đẹp nhất đối với các hạt alpha đợc phát ra từ nguồn 239Pugắn ở phía đầu của ống trụ (Xem hình 2-10).
3.1.1.4. Sự phụ thuộc của dạng phổ vào điện áp.
a/ U=60v; P=1,4 atm. b/ U=200v; P=1,4 atm.
c/ U=240v; P=1,4 atm.
Hình 3-5: Phổ năng lợng của nguồn alpha thu đợc khi sử dụng hỗn hợp khí Ar:CO2 = 96:4 ở áp suất P=1,4 atm ứng với các điện áp UAK khác nhau.
Từ hình (3-5), ta thấy khi tăng điện áp thì độ cao của đỉnh phổ tăng lên, có nghĩa là tổng số xung ghi đợc tăng. Sở dĩ có hiện tợng nh trên là do khi điện áp tăng, thì tốc độ trôi của các hạt mang điện lớn hơn, hơn nữa số lợng các hạt mang điện chạy về các điện cực nhiều hơn làm cho mật độ các ion và điện tử trong vùng nhậy giảm, do đó hiện tợng tái hợp giảm và nh vậy số xung ghi đợc sẽ tăng lên.