CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO LIỀU BỨC XẠ
I.3. Thiết bị đo liều bức xạ sử dụng đầu dò nhấp nháy BGO
I.3.2. So sánh các đặc điểm giữa đầu dò BGO và đầu dò NaI(Tl)
Nhờ hiệu suất ghi gamma cao của đầu dò BGO mà loại vật liệu này đang dần được đề cử để thay thế cho loại đầu dò NaI(Tl) đang khá phổ biến hiện nay.
Mật độ của vật liệu BGO là 7,14 g/cm3, trong khi của NaI(Tl) là 3,67 g/cm3. Điều này giúp cho vật liệu BGO hấp thụ gamma tốt hơn. Đỉnh photon phát xạ của BGO là 480 nm trong khi của NaI(Tl) là 420 nm. Cả 2 bước sóng này đều nằm trong dải dưới 500 nm nên đều nhạy với các ống nhân quang điện. Thời gian phân ró phỏt quang của BGO ~ 0,3 às, trong khi của NaI(Tl) ~ 0,25 às. Về đặc điểm này thì đầu dò NaI(Tl) có khả năng đo được những mẫu có hoạt độ mạnh hơn BGO, tuy nhiờn thời gian 0,3 às cũng là một khoảng thời gian tương đối tốt. NaI(Tl) thỡ hỳt ẩm trong khi BGO thì không. Đây là một lợi thế khá lớn của đầu dò BGO, trong việc thiết kế vỏ cho BGO không cần phải nhốt tinh thể trong những khoang kín, tăng cường độ bền theo thời gian. Tuy nhiên NaI(Tl) lại có lợi thế là giá thành rẻ hơn của BGO. Tiếp theo là so sánh về độ phân giải năng lượng. Phần so sánh này dựa vào các kết quả đã được công bố bởi Tiến sỹ. Itzhak Orion, Phòng thí nghiệm
24
Quốc gia Brookhaven, Bộ y dược Hoa Kỳ, Bell Ave. Upton, NY11973. Phương pháp so sánh là dựa vào khả năng đáp ứng của đầu dò BGO và NaI(Tl) được xác định tại các đỉnh năng lượng 0,662 MeV; 4,4 MeV và 10,0 MeV bằng việc sử dụng ba phương pháp mô phỏng khác nhau là: EGS4, MCNP và PHOTON. Các mã khác nhau trong các tập tin đầu vào và tính toán đã được sử dụng để xác minh tính thống nhất nội tại của các thiết lập và dữ liệu đầu vào. Dải năng lượng từ 0,662 MeV tới 10 MeV được lựa chọn để bao phủ một dải rộng năng lượng hay sử dụng trong đo đạc. Hiệu suất ghi gamma cao của đầu dò BGO được đưa ra cân nhắc với độ phân giải thấp hơn và giá thành cao hơn so với đầu dò NaI(Tl). Việc giá thành của đầu dò BGO phụ thuộc lớn vào kích thước của tinh thể, vì vậy việc tối ưu nó là một việc quan trong trong việc thiết kế toàn bộ hệ thống.
Khả năng đáp ứng nội tại được tính toán cho một nguồn điểm tại 10 cm từ đáy của đầu dò hình trụ, nguồn phát xạ được đặt tại một góc cố định đối diện với đầu dò. Một sự chú ý đặc biệt đã được xử lý là năng lượng cắt ngưỡng sử dụng trong mỗi mã. Giá trị này đã được cố định là 10 keV trong mã của phần mềm PHOTON, để cải thiện độ chính xác, giá trị này được thay đổi trong 2 mã còn lại là 1 keV. Tác dụng chính của giá trị cắt ngững này là vùng thung lũng bên cạnh đỉnh đỉnh năng lượng (Hình 1.10a).
25
Hình 1.10: So sánh kết quả giữa ba chương trình Monte Carlo MCNP, EGS4 và PHOTON a) tại đỉnh năng lượng 0,662 MeV b) tại đỉnh năng lượng 4,4 MeV c) tại
đỉnh năng lượng 10 MeV.
26
Hình 1.11: Mô phỏng đóng góp chiều cao đỉnh xung tại 4,4 MeV và độ phân giải năng lượng cho các đầu dò BGO 5”x3”, BGO 3”x3” và NaI(Tl) 6”x6” sử dụng
phần mềm Monte Carlo EGS4.
Hình 1.12: Mô phỏng đóng góp chiều cao đỉnh xung tại 10 MeV và độ phân giải năng lượng cho các đầu dò BGO 5”x3”, BGO 3”x3” và NaI(Tl) 6”x6” sử dụng
phần mềm Monte Carlo EGS4.
27
Từ hình 1.12 ta thấy tại đỉnh năng lượng 10 Mev, độ phân giải của đầu dò BGO có kích thước 3”x3” tương đương như độ phân giải của đầu dò NaI(Tl) có kích thước 6”x6”. Hiệu suất ghi cao của đầu dò BGO dẫn tới tỷ lệ chiều cao đỉnh và phông nền là cao. Hình 1.13 cho thấy điều này.
Hình 1.13: Tính toán tỷ lệ Đỉnh phổ/Tổng cộng năng lượng tia tới cho mỗi loại đầu dò và các kích thước khác nhau.
Bảng 1.2: Tỷ lệ giữa đỉnh thoát đơn (SE), đỉnh thoát kép (DE) và đỉnh toàn phần tại hai nguồn năng lượng
Ở đây: N = 106, tổng số đếm ghi được, N* = 105, tổng số đếm ghi được, P = Số đếm tại đỉnh, SE = Số đếm tại đỉnh thoát đơn, DE = Số đếm tại đỉnh thoát kép
28
Hình 1.14: Hiệu suất ghi trong của BGO (Ef) phụ thuộc vào thể tích được khớp với biểu thức toán học với các thông số như trên hình.
29