Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT
3.2. Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma
Đầu dò đi kèm với thiết bị phân tích kích hoạt lặp vòng được ký hiệu là GMX40– 76, có hiệu suất danh định là 40% và độ phân giải năng lượng 2,0 keV tại đỉnh năng lượng 1332 keV của nguồn 60Co. Tỉ số đỉnh trên Compton là 59:1. Đầu dò được đặt trong khung nhôm hình hộp với kích thước 74 x 62 x 58 cm. Các viên gạch chì có bề dày trung bình 5 cm được lót vào các mặt trong khung nhôm nhằm giảm phông. Các mặt trong lớp chì được lót thêm các lớp Cu và Plastic với bề dày mỗi lớp 2 mm nhằm hạn chế các tia X phát ra từ chì do tương tác của tia gamma.
Bên trong buồng chì có một buồng đo dùng để nhận ống chiếu mẫu. Buồng đo có thể dịch chuyển theo khoảng cách xa gần so với đầu dò. Khoảng cách từ mẫu tới đầu dò có thể thay đổi từ 3 cm đến 20 cm.
Buồng đo có dạng ống trong suốt hình trụ chiều cao 110,0 ± 0,2 mm đường kính ngoài 35,7 ± 0,2 mm, đường kính trong 16,2 ± 0,2 mm, khối lượng riêng của chì là 1,14 ± 0,06 g/cm3. Buồng đo có vai trò giữ ống chiếu mẫu trong quá trình đo.
Đầu dò đặt nằm ngang cùng với bình nitơ lỏng và buồng chì. Buồng chì có dạng hình hộp chữ nhật có khe trống ở mặt trên để dẫn mẫu ra vào. Do hệ đo đặt trong không gian nhà lò phản ứng và buồng chì không kín hoàn toàn nên không thích hợp để thực hiện những phép đo cần thời gian đo dài, nhưng khi đo các hạt nhân sống ngắn với tốc độ đếm cao và thời gian đo ngắn thì ảnh hưởng của phông là không đáng kể.
DSPEC Pro là khối điện tử xử lý tín hiệu kỹ thuật số để thu nhận và xử lý tín hiệu từ đầu dò. Trong đó tích hợp chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu thành dạng số và sử dụng bộ tiền khuếch đại xóa bằng transitor phù hợp cho việc đo tốc độ đếm cao và biến đổi nhanh.
DSPEC Buồng chì
Detector
Hình 3.4: Hệ phổ kế gamma sử dụng detector GMX-4076
Sensor S4
Buồng chì
Detector
Buồng đo
Hình 3.5: Đầu dò GMX-4076 và buồng đo
Việc thu nhận phổ được thực hiện bằng chương trình Maestro, là chương trình thu nhận phổ đi kèm với hệ đo. Chương trình này giống như phiên bản rút gọn của
chương trình Gamma vision nhưng chỉ có chức năng ghi nhận phổ mà không có chức năng xử lý phổ. Hệ có thể ghi nhận theo 3 chế độ ghi nhận khác nhau: Phổ LTC (Live Time Clock) là phổ đo bình thường tương tự với phổ đo của chương trình Genie 2000; Phổ ZDT (Zero Dead Time) là phổ đo mà số đếm của từng kênh đã được hiệu chính thời gian chết, tuy nhiên sai số của diện tích đỉnh không thể lấy trực tiếp từ phổ đo này; và Phổ ERR (Error) là phổ đo thể hiện sai số của từng kênh tương ứng của phổ ZDT, đồng thời phổ này cũng dùng để tính sai số diện tích đỉnh tương ứng của phổ ZDT.
Hệ đo có ba chế độ đo: chế độ đo thường chỉ ghi nhận phổ LTC, chế độ NORM-CORR ghi nhận đồng thời phổ LTC và ZDT, chế độ CORR-ERR ghi nhận đồng thời phổ ZDT và phổ ERR. Chế độ đo thường không thích hợp khi đo các hạt nhân có thời gian sống ngắn vì thời gian chết cao và giảm nhanh. Chế độ CORR- ERR thích hợp hơn cho việc tính toán với sai số của phổ ZDT và thích hợp để xử lý tự động bằng các chương trình xử lý phổ khác như k0-IAEA.
3.2.2. Hiệu chuẩn hiệu suất của đầu dò theo hình học mẫu đo
Nguồn chuẩn giả điểm sử dụng trong thí nghiệm này bao gồm: 241Am, 131Ba,
152Eu, 137Cs, 60Co xuất xứ từ phòng thí nghiệm Isotope Products của Mỹ. Các nguồn này có dạng hình trụ nhỏ với đường kính 5 mm, chiều cao 3,18 mm được tráng trên đế Epoxy, bề mặt bao phủ bởi lớp Acrylic. Đường kính của lớp bao bọc bên ngoài là 25,4 mm, chiều cao 6,35 mm. Hình 3.6 mô tả hình học và kích thước của các nguồn này.
Hình 3.6: Hình học và kích thước của nguồn chuẩn dạng điểm
Nguồn chuẩn giả điểm được đặt ngoài buồng đo khi ghi đo phổ. Khoảng cách từ nguồn đến đầu dò được định vị bằng thước đo có độ chính xác đến mm. Tâm của nguồn được định vị sao cho trùng với tâm của đầu dò bằng cách đưa buồng đo lại gần và đánh dấu vị trí đặt nguồn. Lần lượt các nguồn chuẩn được đặt vào vị trí đo cách mặt đầu dò 50 mm, 100 mm và 150 mm. Thời gian đo được đặt sao cho số đếm ghi được tại các đỉnh quan tâm chính khoảng 10.000 số đếm.
Bảng 3.3: Số hạt nhân của các nguồn chuẩn [56]
Hạt nhân T1/2 Ngày Hoạt độ Sai số Năng lượng Xác suất
(ngày) sản xuất (Bq) (Bq) (keV) phát (%)
241Am 157742 01/05/2002 417,0 12,5 59,5 36,0
137Cs 11020 15/05/2002 259,0 7,8 661,7 85,1
60Co 1925.5 15/05/2002 367,0 11,0 1173,2 99,9
1333,5 99,9
152Eu 4933 15/05/2002 304,1 9,1 40,1 30,0
45,4 9,0
121,8 28,4
244,7 7,5
344,3 26,6
411,1 2,2
444,0 3,1
778,9 13,0
867,4 4,2
964,1 14,6
1085,8 10,1
1089,8 1,7
1112,1 13,5
1213,0 1,4
1299,2 1,6
1408,0 20,9
133Ba 3862 15/05/2002 285,6 8,568 53,2 2,2
81,0 34,1
276,4 7,1
302,9 18,3
356,0 61,9
383,9 8,9
Mẫu khi đo được đặt nằm trong ống chiếu mẫu có thành dày 1,5 mm và vị trí trong buồng đo có thành dày 10 mm nên hiệu suất ở các vị trí đo cần phải được hiệu chính sự suy giảm qua ống buồng đo. Tác giả sử dụng mẫu chuẩn SMELS III được kích hoạt và đo ở vị trí cách detector 10 cm khi có và không có buồng đo với
container. Tỉ lệ suy giảm hiệu suất bằng tỉ lệ tốc độ đếm khi không có buồng đo và tốc độ đếm khi có buồng đo.