2.2.1. Cấu tạo.
Detector | Tiên khuếch đại + Khuếch đại — ADC ky MCA
Nguôn cao áp nuôi detector Computer
Một hệ thong phd kế gamma tích phân hoàn toàn dé xác định định tính và định lượng các vật
chat phát tia gamma. Hệ thông này gồm một detector Germanium độ tinh khiết cao (HPGe), buông chi, hệ phân tích đa kênh (MCA). Tín hiệu điện từ detector được khuếch đại sơ bộ qua tiền khuếch đại và được đưa vào bộ khuếch đại tuyến tính. Sau khi tín hiệu được khuếch đại, chúng được đưa qua bộ phận phân tích đa kênh rồi được ra PC ở dang phô năng lượng gamma .Toàn bộ quá trình được điều khiển bằng chương trình Maestro-32. Hệ thống được trang bị với một đetector bán đẫn Diode Germanium với một hiệu suất tương déi 15% và được dựa trên một phép đo đạc thông thường của định tia gamma 1.33MeV của nguồn Co-60 với một detector nguồn có đường kính là 51,2mm, đường cao là 45mm. Độ
phân giải của detector — mà nó được đặc trưng cho các detector Germanium với độ rộng hoản toan
(trong KeV) tại độ cao một nửa của cực đại (FWHM) đỉnh năng lượng của đỉnh 1.33 MeV của Co-60
~có giá trị là 1.8 keV. Ti số Đỉnh — Compton của detector là lớn hơn 46:1. Tỉ số đỉnh — Compton được xác định như là ti số đếm trong kênh đỉnh phổ cao nhất trên số đếm của một kênh điển hình chi bên dưới bờ của Compton phối hợp va được trích ra đối với đỉnh photon tia gamma 1.33 MeV của nguồn Co-60. Detector được đặt trong buông chi, với chiều dày thành khoảng 5-10cm. Một bộ cap năng lượng cao thế được yêu cầu để cung cấp thé cao cho detector qua bộ tiền khuếch đại. Cao thế vào khoảng 2400V là đủ dé vận hành detector Germanium. Các detector Germanium yêu cầu được làm
lạnh với nitơ lỏng.
Nơi chứa detector Vòng kim loại Nắp chụp
Đường hỳt chõn khụng ———ằ-[_ Đầu nối thiết bị điện tử
~< On bơm nitd
Vòng đệm .
Dewar
Lớp cách nhiệt
Ống miệng
Phan cách nhiệt Thanh làm lạnh
Hình 13: Cấu tạo bình đựng nitơ lỏng
2.2.2. Phông trong buông chì
Một trong các vấn đề quan trọng đối với một hệ đo bức xạ là vấn đề phông và phương pháp giảm phông. đặc biệt khi do các nguồn bức xạ có hoạt độ bé. Phong được đo định kỷ dé đánh giá độ
sạch phóng xạ và ôn định của phố phông gamma bên trong buông chi.
a. Phéng gamma gay bởi các nguyên nhân khác nhau như:
- Tia vũ trụ gây ra các phan ứng hạt nhân trên khí quyền, đáng chú ý là đỉnh 477,6 keV của "Be
và đỉnh 511 keV do hủy cặp của các đồng vị 8 được tao ra.
- Các tia gamma do các họ phóng xa tự nhiên (U, Th, K) phát ra.
- Các chất phóng xạ có sẵn trong buông chi che chắn detector như ”'“Pb chăng hạn. Do đó buồng chì phải được chế tạo từ Pb đặc biệt “sạch” và có thêm các lớp kim loại như Cu, Cd để ngăn các
tia X do chi phát ra trong hiệu ứng quang điện.
b. Phương pháp giảm phông: có ba phương pháp
- Sử dụng vật liệu sạch phóng xạ trong cầu trúc detector.
- Dùng vật liệu che chắn đề hap thụ bức xạ gamma.
- Dùng các thiết bị đo bỗ sung dé loại trừ các tín hiệu do phông gây ra.[3]
2.2.3 Các đồng vị phóng xạ cần quan tâm
Bảng 2 : Các dong vị được xác định bằng hệ phô kế gamma phông thấp
Đông vị | dung dé phan tich Năng lượng gamma (keV)
Đối với đồng vị ““K, việc phân tích tương đối đơn giản vi no phát ra tia gamma don năng 1461
keV.
Dong vị *’Th phát ra tia gamma năng lượng 63,8 keV (0,27%). Tia này có cường độ rất thấp và hiệu suất phân rã kém nên không sử dụng đo trực tiếp ”ŸTh. Trong chuỗi phân rã của Thorium có một số đồng vị đạt cân bằng với ? ”Th và phát ra các tia gamma năng lượng thích hợp dùng đẻ đo Th. Hai đồng vị thường được sử dụng đó là ?'*Pb (238 keV, 42.6%) và “TI ( 583.2 keV, 84,59%).
Urani là nguyên tổ phóng xạ tự nhiên được quan tâm đặc biệt. Nhưng việc phân tích Urani gặp rất nhiều khó khăn. Do đặc thù của Urani là có thể cân bằng hoặc không cân băng với các đồng vị con cháu nên trong vấn đề phân tích sẽ đẻ cập cả hai trường hợp.
- Đối với Urani cân bằng phóng xạ có thé xác định hàm lượng dựa trên tia gamma có cường độ
mạnh, không hoặc ít bị can thiệp nhiễu phóng xa, ví dụ như tia gamma có năng lượng 1,76Mev của
21435.
- Đối với Urani cân bang phóng xa có thé xác định ham lượng dựa trên tia gamma 63keV của “Th và 1001,2 keV của *TMPa là các sản phẩm phân rã phóng xa aye tiếp của **U . Hai đồng vị phóng xạ 4TH *'“Pa luôn luôn được coi là cân bằng phóng xạ với ”°U. Ngoài ra có thé lựa chọn tia gamma
185,72 keV của *°U dé phân tích urani.
=U trực tiếp phát ra các tia gamma có năng lượng và cường độ như: 109,2 keV(15%); 143,8 keV
(10,5%); 163,4 keV (4.7%); 185,72 keV (54%); 194,91 keV(0,59%); 202,1 keV(1,0%) và 205,3
keV(4,7%). Trong số cac tia gamma được liệt kê thi hai tia năng lượng 143,8 keV va 185,72 keV có
thé sử dụng dé Xác định hàm lượng urani. Tia gamma 143,8 keV có thể được coi là đỉnh độc lập, còn tia gamma 185,72 keV bị can thiệp nhiễu bởi tia 186,21 keV của “Ra. Với detector bán dan tốt nhất
hiện nay cũng không phân giải được hai đỉnh này mà vẫn phải ghi nhận như là một đỉnh.
*ŠU trực tiếp phát ra các tia gamma năng lượng 49,55 keV (0,076%) và 110,0 keV (0,029%). Cả hai tia trên có cường độ yếu va nằm trên nền phông phóng xạ cao nên trong thực tế khó có thé sử dụng dé
phân tích urani.
38U còn có một sản phâm phân rã trực tiếp là *“Th (Ty,2= 21,4 ngày) va đồng vị con của nó là a
(Tiz= 1,75 phút. Cả **Th , ?#Pa có thời gian bán rã ngắn nên các đồng vị nảy luôn được coi là cân bằng phóng xạ với ”ŸU. Do đó. có thé phân tích urani thông qua hai đông vị này. Hai tia gamma 63 keV của *“Th và 1001,2 keV của ?*“Pa có thể xem là sự lựa chọn hợp lý dé phan tich urani xét ca ve
cường độ phóng xạ va khả năng loại trừ can nhiều. Việc sử dụng hai tia gamma nói trên sẽ không bj ràng buộc bởi trạng thái cân bằng của urani với các sản phẩm phân rã phóng xạ và cũng không phụ
thuộc vào sự có mặt của họ Thori ở trong mẫu.