Để xác định hàm lƣợng của các nguyên tố phóng xạ trong mẫu phân tích, theo phƣơng pháp phổ gamma, cần biết hiệu suất ghi của đetectơ ứng với vạch hấp thụ tồn phần của bức xạ gamma đặc trƣng. Vì vậy, ngồi xây dựng đƣờng chuẩn năng lƣợng, trƣớc khi đƣa hệ phổ kế gamma vào hoạt động, cần phải xác định đƣợc hiệu suất ghi của đetectơ ứng với các năng lƣợng gamma trong dải năng lƣợng làm việc của đetectơ. Đƣờng cong hiệu suất ghi là đƣờng cong mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào năng lƣợng bức xạ gamma. Có thể xác định hiệu suất ghi của detectơ bằng tính toán lý thuyết hoặc đo đạc thực nghiệm. Việc tính tốn hiệu suất ghi thƣờng đƣợc sử dụng phƣơng pháp Monte - Carlo dựa trên việc mơ hình hóa lịch sử của các photon. Tuy nhiên phƣơng pháp này địi hỏi những thơng tin chính xác về kích thƣớc vùng nhạy, vùng chết của tinh thể, hình học nguồn – detector, thành phần, mật độ của vật chất detectỏ, hệ số tắt dần của photon, tiết diện tƣơng tác của photon với vật chất,…vì thế dễ mắc phải sai số trong tính tốn.
Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để xác định hiệu suất ghi là thiết lập một công thức bán thực nghiệm mô tả đƣờng cong hiệu suất ghi trên toàn bộ vùng năng lƣợng cần quan tâm. Vấn đề này đƣợc giải quyết bằng cách làm khớp các kết quả đo thực nghiệm với các hàm giải tích thích hợp. Hiệu suất ghi ở từng năng lƣợng cụ thể đƣợc xác định bằng phƣơng pháp nội suy. Trong thực tế khó có một hàm khớp thỏa mãn cho nhiều loại đetectơ, nhiều hình học đo đạc khác nhau trong dải năng lƣợng rộng. Đối với các đetector HPGe thơng dụng có thể sử dụng hàm khớp sau:
5 0 0 ln ln / i i i a E E (2.1) trong đó ε: là hiệu suất ghi của đetectơ ;
E: là năng lƣợng tia gamma ; E0 = 1 keV;
i
a là các hệ số làm khớp.
Hình 2.3 là đƣờng cong hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ kế gamma bán dẫn dải rộng BEGe - Canberra với nguồn chuẩn đặt tại 2 vị trí cách đêtectơ là 8.35 cm và 19.35 cm.
100 1000 0.1 1 10 8.35 cm 19.35 cm khop H ie u s u a t g h i (% )
Nang luong tia gamma, E (keV)
Hình 2.3. Đồ thị đường cong hiệu suất ghi của hệ phổ kế gamma bán dẫn
Canberra ở 2 khoảng cách cách nguồn là 8.35 cm và 19.35 cm.
Thông thƣờng, để xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi, ngƣời ta dùng nguồn chuẩn gamma đã biết trƣớc hoạt độ phóng xạ. Thơng qua việc đo phổ của các nguồn chuẩn, ta xác định đƣợc diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần của vạch bức xạ gamma ứng với năng lƣợng xác định. Biết cƣờng độ của vạch bức xạ gamma, hoạt độ phóng xạ của nguồn chuẩn tính đƣợc thơng lƣợng của bức xạ gamma quan tâm bay vào đetectơ. Từ đó xác định đƣợc hiệu suất ghi của detectơ tại năng lƣợng tƣơng ứng với năng lƣợng của bức xạ gamma đƣợc chọn làm chuẩn. Để xác định chính xác diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần của vạch bức xạ gamma đƣợc chọn để xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi phải có cƣờng độ lớn và ở xa các vạch khác. Vì vậy, các nguồn đƣợc chọn để xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi là nguồn gamma đơn năng trong trƣờng hợp không đủ nguồn chuẩn đơn năng có thể dùng nguồn gamma phức tạp nhiều thành phần. Trong phổ gamma của nguồn phức tạp mà thiết bị ghi nhận đƣợc, chọn vạch phổ có năng lƣợng lớn nhất hoặc những vạch có cƣờng độ lớn cách xa các vạch khác. Ngoài ra, đƣờng cong hiệu suất ghi còn đƣợc xác định theo phƣơng pháp mơ phỏng sau đó làm khớp với số liệu hiệu suất ghi của đetectơ đƣợc xác định từ thực nghiệm khi sử dụng nguồn gamma đơn năng.
Luận văn này còn sử dụng một phƣơng pháp khác để xác định đƣờng cong hiệu suất ghi mà không nhất định phải sử dụng nguồn gamma chuẩn đơn năng thơng thƣờng vì mục đích của đề tài chính là xác định hàm lƣợng các thành phần trong mẫu, vì vậy có thể sử dụng một đồng vị bất kỳ đã biết trƣớc trong mẫu (ví dụ nhƣ 238U) làm chuẩn để xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi tƣơng đối và tính tốn tỉ số hoạt độ hay tỉ số khối lƣợng của các đồng vị khác dựa trên đƣờng cong đó. Phƣơng pháp này đƣợc gọi là phƣơng pháp chuẩn trong, sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở mục II.2.