CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC PHÓNG XẠ
1.5 Các phương pháp ổn định phổ
M t s cách th c ộ ố ứ đã từng đƣợc nghiên c u và ng d ng cho thi t b quan trứ ứ ụ ế ị ắc phóng x ạ môi trường giúp gi m thiả ểu các tác động t nhiừ ệt độ như sử ụ d ng một ngu n chu n ho c LED chu n g n sồ ẩ ặ ẩ ắ ẵn trên đầu dò t o ra mạ ột đỉnh năng lƣợng nằm ngoài vùng cần đánh giá, sử ụ d ng xung sáng t mừ ột đèn LED giúp ổn định lƣợng photon đập vào photocathode, ho c n nhi t cho t t c h ặ ổ ệ ấ ả ệ đo.
a. Tạo một đỉnh năng lƣợng cố định
Với phương pháp này một nguồn bức xạ cường độ nhỏ, hoặc một đèn LED chuẩn đƣợc đƣa vào bên trong đầu dò, phía trên mặt tinh thể nhấp nháy, tạo ra một đỉnh năng lƣợng nằm ngoài khu vực cần đánh giá nhƣ một đỉnh tham chiếu. Đỉnh này đƣợc cố định tại một vị trí kênh N0 sao cho khi nhiệt độ thay đổi nó luôn luôn đƣợc giữ tại vị trí kênh N0đó. Để thực hiện quá trình kéo đỉnh phổ này về vị trí kênh N0 một mạch khuếch đại số trong đó có IC biến đổi từ số sang tương tự được thêm vào. Khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, mạch khuếch đại số sẽ giúp điều chỉnh tăng hoặc giảm biên độ xung thu đƣợc sau tiền khuếch đại và đỉnh sẽ đƣợc giữ cố định. Ví dụ một nguồn 241Am rất nhỏ (<1000Bq) đƣợc gắn trong một đầu dò nhấp nháy. Các hạt
20
α phát ra bởi 241Am gây ra nhấp nháy trong tinh thể đƣợc ghi nhận bằng ống nhân quang của đầu dò. Đối với NaI(Tl), đỉnh α xuất hiện tại vị trí tương đương với tia gamma có năng lượng 3.81MeV (Hình 1.11). Năng lượng gamma tương đương (GEE - Gamma Equivalent Energy) có thể điều chỉnh thông qua việc giới hạn mức năng lượng của các hạt alpha trước khi chúng đi vào chất nhấp nháy. Các vị trí của đỉnh gamma tương đương được sử dụng như một vị trí tham chiếu cố định để bù đắp các thay đổi trên đầu dò theo nhiệt độ. Ngoài ra việc ổn đỉnh phổ cũng có thể đạt đƣợc ở mức năng lƣợng thấp khi sử dụng nguồn 241Am với năng lƣợng 59,5keV hoặc với một nguồn 137Cs cung cấp một năng lƣợng ở đỉnh 662 keV…
Hình 1. 11: Sử dụng nguồn 241Am ổn định phổ cho đầu dò nhấp nháy [13]
b. Sử dụng xung sáng từ một đèn LED [12] [13]
Phương pháp này sử dụng một đèn LED chuẩn để cung cấp một nguồn sáng phụ tới photocathode của ống nhân quang (Hình 1.12). Nguồn photon phát ra từ LED tạo ra một xung tín hiệu (Hình 1.13), xung LED có dạng một xung vuông, tín hiệu xung bức xạ sẽ cộng trên đỉnh của xung vuông. Biên độ xung thu đƣợc sẽ là tổng của biên độ xung từ đèn LED và xung của tín hiệu bức xạ gây ra, vậy chỉ cần thay đổi biên độ xung từ LED theo nhiệt độ, sẽ giúp ổn định đƣợc biên độ xung tín hiệu sau tiền khuếch đại, qua đó giúp phổ đƣợc ổn định.
21
Hình 1. 12: Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung sáng từ LED [12]
(LP: Khối tạo xung LED sơ đồ hình bên phải ( ), LG: Ống dẫn sáng, HV: Cao áp, PMT: Ống nhân quang, PA: Tiền khuếch đại, LA: Khuếch đại chính, MCA:
Phân tích đa kênh)
Hình 1. 13: Xung tín hiệu kết hợp khi sử dụng LED
Nguồn sáng LED đƣợc nuôi qua điện thế Vb, xung điều khiển cung cấp từ một mạch đa hài, điều khiển công tắc đóng ngắt dòng. Dòng điện đi qua đèn LED phụ thuộc vào giá trị Vc và giá trị điện trở R. Bằng cách cố định giá trị Vc, giá trị dòng điện qua LED sẽ thay đổi theo R (một nhiệt điện trở) khi nhiệt độ môi trường thay đổi, cường độ sáng của đèn LED sẽ thay đổi, qua đó cung cấp vào tổng lượng nháy sáng tới đập vào photocahode.
22
Giả sử quan hệ giữa trở kháng và nhiệt độ là tuyến tính ta có phương trình 1.1:
Với k là hệ số nhiệt độ của điện trở, bằng cách lựa chọn nhiệt điện trở có k<0 (nhiệt điện trở nghịch) điện trở của nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Qua đó tăng cường độ dòng điện qua LED, hiều cao xun từ đèn LED sẽ thay đổi, giúp ổ định phổ bức c g n xạ trước tác động từ nhiệt độ môi trường bên ngoài.
Hai phương pháp trên có cùng ưu điểm không những giúp ổn định được phổ bức xạ theo nhiệt độ môi trường mà còn ổn định cho phổ theo thời gian. Đặc tính của chất nhấp nháy là các tinh thể nhấp nháy bị già hóa theo thời gian, (thời gian sử dụng càng lâu khả năng ghi nhân bức xạ càng giảm) khi liên tục họat động trong môi trường có cường độ bức xạ cao thì sự già hóa càng xảy ra nhanh. Bản thân ống nhân quang cũng bị lão hóa khi sử dụng. Làm cho khả năng ghi nhận bức xạ bị suy giảm.
Hai phương pháp có thể ổn định đầu dò nhấp nháy theo thời gian là do luôn có kênh xác định để tham chiếu hoặc ổn định đƣợc lƣợng photon đập vào photocathode.
Nhược điểm ở hai phương pháp trên là đều đóng góp vào phổ bức xạ một mức phông nền nhất định nào đó.
Ngoài hai phương pháp trên, một số hệ quan trắc còn loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ lên hệ phân tích bằng cách sử dụng các chất cách nhiệt bao bọc toàn bộ hệ bao gồm đầu dò, khối khuếch đại, MCA và sử dụng một bộ điều khiển nhiệt độ luôn giữ cho nhiệt độ bên trong của hệ ổn định. Ưu điểm của phương pháp này là tương đối đơn giản so với các phương pháp khác, không đóng góp bức xạ vào phổ ghi nhận. Nhược điểm của phương pháp là thiết bị trở lên cồng kềnh, tổn hao năng lượng và không ổn định đƣợc phổ theo thời gian.
∆R = k.∆T (1.1)
23