2.1.4.1. Kích thớc của đầu dò.
Yêu cầu khi khi thiết kế đầu dò khí là làm sao để có cấu tạo đơn giản nhất có thể, tiết kiệm vật liệu, đẹp về thẩm mỹ, nhng phải đảm bảo đợc các yêu cầu về ghi nhận các bức xạ.
- Về chiều dài vùng nhạy. Với đề tài này em phải ghi nhận đợc nơtron bằng phản ứng (n,α) , dùng bia Li2CO3, hiện có tại Viện Kỹ Thuật Hạt Nhân và Vật Lý Môi Trờng, ĐHBKHN, bia có diện tích là 155 cm2 , mật độ ρ =0,106mg cm/ 2 và chiều dài là 14 cm.
A B C D
Hình 2-3: Kích thớc vùng nhạy của đầu dò và mặt cắt vuông góc.
Trong phản ứng 6Li n( ,α) 3H có hai sản phẩm là alpha có động năng là 2,056
MeV và tritôn với động năng 2,729 MeV. Với đề tài này em khảo sát phản ứng
( )
6Li n,α 3H từ áp suất 2,2 atm đến 2,5 atm (áp suất tuyệt đối). Tại áp suất 2,2 atm, Tritôn có quãng chạy là lớn nhất bằng 2,995 cm. Giả sử có hạt Tritôn xuất phát từ điểm C và chuyển động song song với thành ống về phía điểm D, thì chiều dài
đoạn CD phải thỏa mãn CD ≥ 2,995 cm, nh vậy sẽ đảm bảo hạt Tritôn vẫn nằm
trong vùng nhậy của đầu dò. Tơng tự đoạn AB cũng nh vậy nghĩa là AB ≥ 2,995 cm và dĩ nhiên với hạt alpha có năng lợng thấp hơn nên có quãng chạy ngắn hơn so với hạt Triti nên hoàn toàn nằm trong vùng nhậy của đầu dò. Nh vậy ta thấy chiều
dài vùng nhạy của đầu dò AD phải thỏa mãn AD ≥ AB + BC + CD.
- Kích thớc đờng kính vỏ trụ của đầu dò phải có kích thớc sao cho phù hợp với quãng chạy của các hạt sản phẩm của phản ứng, để các sản phẩm này nằm trong vùng nhậy của đầu dò. Trong thiết kế này đờng kính vỏ trụ katốt của đầu dò đợc chọn là 38 mm. Thiết kế đầu dò có kích thớc đợc thể hiện trên hình (2-4).
Dây anốt Bia Li2CO3
Hình 2-4: Kích thớc của đầu dò khí hình trụ, đơn vị tính theo (mm). 2.1.4.2. Thiết kế và chế tạo đầu dò bức xạ ion hóa bằng khí.
Dới đây là bản vẽ thiết kế đầu dò khí có dạng hình trụ.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 24 22
Các kí hiệu trong hình (2-5):
1: Lỗ lắp điện cực cao áp. 2: Lỗ lắp điện cực tín hiệu. 3: Lỗ lắp bulông hai mặt bích (4&5).
4: Mặt bích 1. 5: Vành khuyên 1. 6: ống trụ lớn 1. 7: Đế teflon. 8: Nhựa epocxy. 9: Điện cực.
10: Mặt bích 2. 11: Đệm cao su. 12: Vành khuyên 2. 13: Vành khuyên 3. 14: Giá teflon 1. 15: ống trụ lớn 2. 16: Lỗ lắp bulông hai mặt bích (10&12). 17: Dây anốt.
18: Vỏ trụ katốt. 19: Vùng nhậy của đầu dò. 20: Vành khuyên 4. 21: Giá teflon 2. 22: Vị trí lắp ống hút, nạp khí. 23: Hình chiếu cạnh của mặt bích 2.
24: Hình chiếu cạnh của mặt bích 1.
Trong thiết kế trên, mạch điện của đầu dò đợc lắp đặt trên đế teflon 7 và đặt trong ống trụ 6. Nguồn alpha 239Pu đợc đặt trong ống trụ 15. Các chi tiết 7, 14, 21 đợc chế tạo từ teflon, chi tiết 9, 17 chế tạo bằng đồng, chi tiết 11 làm bằng cao su có nhiệm vụ giữ chân không cho đầu dò, còn lại các chi tiết khác đều làm bằng thép không gỉ. Mặt bích 10 và vành khuyên 12 đợc ghép với nhau nhờ 8 bulông M6 ở giữa có đệm cao su 11 để giữ chân không. Mặt bích 4 và vành khuyên 5 đợc ghép với nhau nhờ 4 bulông.
Khi lắp dây anốt cho đầu dò ta phải đặt sao cho dây anốt nằm ở tâm của vỏ trụ katốt để đảm bảo điện trờng trong đầu dò không bị méo và dây anốt phải có đờng kính đồng đều không có điểm nhọn để tránh hiện tợng phóng điện trong vùng điện áp khảo sát.
2.1.4.3. Tính toán và lắp đặt mạch điện tử của đầu dò.
Hình (2-6) thể hiện sơ đồ mạch điện của đầu dò khí hình trụ hoạt động ở chế độ xung.
K A R C R +U Vỏ trụ katốt Dây anốt Ck d gh
Hình 2-6: Sơ đồ mạch điện của đầu dò khí hình trụ hoạt động ở chế độ xung. R là điện trở tải trên anốt, Cgh là tụ điện ghép lối ra của đầu dò với tiền khuếch đại và Ck là điện dung ký sinh trên lối ra của đầu dò. Giá trị điện dung tơng đơng tại lối ra của đầu dò đợc đo bằng đồng hồ vạn năng là C=50pF. Trong đề tài này đầu dò đợc thiết lập hoạt động ở chế độ xung điện tử, ta phải chọn điện trở R sao cho đầu dò có hằng số thời gian RC > te (với te là thời gian thu điện tử có giá trị khoảng 10-6s). Đầu dò đợc thử nghiệm với điện áp có thể lên tới 1.500 vôn. Vì vậy yêu cầu với tụ điện Cgh là phải chịu đợc điện áp với hệ số an toàn gấp 2 lần giá trị 1.500 vôn, tức là khoảng 3.000 vôn và điện dung khoảng 4.000pF đến 10.000pF. Với thông số trên đảm bảo tụ điện vừa có thể cách điện tốt, vừa đảm bảo các xung tín hiệu có thể đi qua dễ dàng mà kích thớc của tụ điện đủ nhỏ để lắp đặt vào mạch điện của đầu dò.
Trong khi chế tạo em đã chọn điện trở R=910KΩ và tụ điện có điện dung Cgh=6800pF, tụ điện có thể chịu đợc điện thế tối đa là 3.000 vôn.