c) Ống đếm Geiger-Muller (G-M)
2.2. Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl)
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo
Đầu dị NaI(Tl) có một số đặc điểm chính cần lưu ý như sau:
Tinh thể có mật độ cao (3.67g/cm3) cho việc hấp thụ tốt bức xạ gamma. Iot cung cấp số nguyên tử cao cho hiệu suất đầu ra của ánh sáng trên một đơn vị của hấp thụ bức xạ gamma.
Hệ số hấp thụ gamma cho NaI được trình bày ở Hình 2.1. Hệ số hấp
thụ do ảnh hưởng của hiệu ứng quang điện và tán xạ Compton trở nên cân
bằng tại năng lượng 0.3 MeV và tạo ra hiệu ứng tạo cặp không quan trọng cho tia gamma với năng lượng nhỏ hơn 2 MeV.
Hình 2.1: Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ của tinh thể NaI(Tl) vào năng lượng của tia gamma [4]
Trong chế tạo đầu dò sử dụng NaI(Tl) cần chú ý tới tính hút ẩm mạnh của NaI (nó có thể hấp thụ hơi nước từ khơng khí). Vì vậy tinh thể và bề mặt phản xạ ánh sáng phải được bọc kín trong một bình kín với cặp kính quang
tạo thành ống nhân quang. Ngoài ra ta cần phải tránh sử dụng các vật liệu
chứa Kali trong hệ đầu dị. Bởi lẽ, các chất này có đồng vị K-40 dẫn đến làm tăng phơng phóng xạ của đầu dò.
Tương tác của tia gamma với vật chất ln có sự kết hợp giữa hiệu ứng quang điện với tán xạ Compton và (cho tia gamma có E > 1.02 MeV) hiệu ứng tạo cặp. Hệ số suy giảm này do tương tác của tinh thể nhấp nháy NaI(Tl) được trình bày ở Hình 2.1. Một nguồn của tia gamma tạo ra trong tinh thể NaI
một phổ năng lượng giảm theo từng tương tác của tia gamma và tinh thể, ví dụ như một nguồn với E=0.514 MeV sẽ tạo ra hiệu ứng quang điện và
Compton với một hệ số suy giảm khoảng 0.1 tới 0.6 trong một hệ thống đầu
dò nhấp nháy NaI(Tl) “lý tưởng”. Lý thuyết phổ gamma thu được trong một
đầu dò “lý tưởng” được trình bày trong Hình 2.2. Sự mở rộng đỉnh quang phổ
là do cả hai dao động trong đầu ra của tia sáng từ chất nhấp nháy và số quang
điện tử ở mỗi đinot trong ống nhân quang.
Hình 2.2: Lý thuyết và thực nghiệm phổ tia gamma gây ra bởi sự tương tác Compton và quang điện trong đầu dò NaI(Tl) [5]
Đặc trưng của hệ thống đầu dò nhấp nháy được xác định bởi các thông
cao xung với năng lượng bức xạ tới, độ phân giải của đầu dị, phơng của hệ
thống).
Hiệu suất nhấp nháy (tỷ số năng lượng photon phát ra so với năng lượng bức xạ tới) của NaI(Tl) là lớn nhất trong hợp chất halogen kiềm (khoảng 12%) và khoảng 2 lần hiệu suất của Antraxen, một chất nhấp nháy hữu cơ tốt. Hiệu suất của một đầu dò nhấp nháy (nghĩa là tỷ số của tốc độ đếm so với tốc độ phân rã của một nguồn phóng xạ) phụ thuộc vào kích thước
và hình dạng của tinh thể và dạng hình học của nguồn. Đầu dò NaI(Tl)
thương mại được chọn với nhiều kích thước, phần lớn là dạng hình trụ gắn
liền với ống nhân quang. Một đầu dò nhấp nháy chuẩn với mặt cắt có đường
kính là 3 inch, dài 3 inch. Một đầu dị tốt đơi khi thuận lợi hơn trong phân tích kích hoạt, đặc biệt khi dùng kết hợp với những máy tách hóa học phóng xạ.
Độ phân giải của một đầu dò là một tiêu chuẩn để đánh giá khả năng
của một hệ thống ghi nhận bức xạ để tạo ra chỉ một giá trị xung cho bức xạ đơn năng hấp thụ hồn tồn trong đầu dị. Độ phân giải hoặc bề rộng đường
theo phần trăm, W1/2 được xác định từ bề rộng của đỉnh năng lượng toàn phần
tại nửa đỉnh cực đại.
1/2 E W Eθ ∆ = (2.1)
Trong đó: Eθ- giá trị năng lượng gamma toàn phần (chiều cao xung cực đại).
∆E là độ bán rộng năng lượng của đỉnh (FWHM).
Giá trị của Eθ và @E cả hai có thể được biểu diễn theo năng lượng hoặc
điện áp. Khi phân nhỏ tia gamma tới, các tia này sẽ được hấp thụ hồn tồn
trong một đầu dị có kích thước cụ thể suy giảm theo năng lượng tia gamma,
phân giải của một đầu dò phải xác định theo năng lượng tia gamma riêng biệt. Tia gamma có năng lượng 0.662MeV của 137Cs thường được sử dụng để đo độ phân giải của đầu dò nhấp nháy NaI(Tl). Giá trị độ phân giải của Cs-137
của các đầu dò tinh thể phẳng vào khoảng từ 7 đến 9%.