2.1.1. Các loại detector thường dùng cho phô kế Gamma
Đề ghi phd gamma hiện nay ta thường dùng hai loại detector:
¢ Detector nhấp nháy với tinh thé Nal (TI).
¢ Detector ban dẫn Germanium siêu tinh khiết (HPGe)
Loai detector ban dan Ge cho pho chat lugng cao hon nhung gia thanh cao hon va yéu cau cao
hơn về thiết bị đi kẻm.
50 cm Nắp buồng chì (3 tắm ) di động được
Thân buồng chì ( 11 tắm )
Lớp thiếc
Lớp paraffin day
Đồng lá
Day buồng chi ( 3 tắm )
2.1.1.1. Detector nhấp nháy với tinh thé Nal (TI)
Bao gom:
- Tinh thẻ nhấp nháy bằng chất Nal có pha thêm hoạt chat hóa Tl : Khi lượng tử gamma tương
tác với chất nhấp nháy, nó sẽ tạo ra electron tự do có động năng lớn qua một trong ba cơ chế. Electron này sẽ kích thích các phân tử của chất nhấp nháy và khi các phân tử này trở về trạng thái cơ bản sẽ phát ra chớp sáng. Chất nhấp nháy có Nal, có ti trọng 3,67g/cm” chiết suất 1,85 hiệu suất gan 100%, bước sóng ánh sáng có xác suất lớn nhất là 410 nm, cường độ sáng phân rã với hằng số thời gian phân rã chính bằng khoảng 30 ns.
- Ong nhan quang dién: bao gồm photocatot, một anot va một hệ các điện cực trung gian gọi là dynot. Một điện áp cao được đặt giữa catot va anot, các đynot được cung cấp một phan điện áp cao bởi một bộ chia thế.
Tia sáng phát ra từ tinh thé nhấp nháy đập vào photocatot sẽ tạo ra hiệu ứng quang điện và cho ra các photoelectron. Các photoelectron này được gia tốc bởi điện trường giữa cac đynot và mỗi lần
đập vào một dynot lại tạo ra electron thứ cấp, sau mỗi lần đập vào một đynot thì số electron được nhân
lên 2-5 lần (a = 2-5). Kết quả là sau khi đập vào n đynot chùm electron được tăng lên M lần.
M=(aV)" , M gọi là hệ số nhân của ông nhân quang điện [4]
2.1.1.2. Detector bán dẫn Germanium siêu tỉnh khiết
Đề ghi phô gamma với chất lượng cao hiện nay ta thường dùng detector bán dẫn làm bằng Ge siêu tinh khiết.
Khi lượng tử gamma bay vào chất bán dẫn, nó sẽ tạo nên các electron tự đo thông qua ba hiệu ứng chủ yếu. Electron tự do di chuyên với động năng lớn sẽ làm kích thích các electron chuyền lên vùng dan và dé lại lỗ trồng. Như vậy thông qua các hiệu ứng tương tác, bức xa gamma đã tạo nên một loạt các electron và lỗ trống trong tinh thé ban dẫn. Dưới tác động của điện trường các electron sẽ
chuyển động vẻ cực dương, các lỗ trống sẽ chuyển động về cực âm, kết quả ta có một xung dong điện
ở lỗi ra. Năng lượng cân thiết dé tạo ra một cặp electron- lỗ trống trong Ge là 2,96 eV.[4]
Nếu nang lượng của tia gamma là E thì số cặp electron-lỗ trong ma nó tạo ra được trong Ge là
Ef£ VỚI €=2,%6eV .
s* Phan loai:|4]
a. Detector HPGe loại P kiểu đồng trục: Khi sử dụng phải đặt điện áp cao, đương khoảng 2-5 KV đề kéo các cặp electron- lỗ trống tạo ra. Loại nay hiệu suất giảm nhiều ở nang lượng tia
gamma thấp (<100keV).
b. Detector HPGe loại n kiểu đồng trục. Khi sử đụng cần đặt cao áp âm. Loại này hiệu suất ít bị giảm hơn ở năng lượng thấp.
c. Detector HPGe hình giếng: Loại này có hiệu suất hình học cao nên thích hợp cho các phép
đo hoạt độ nhỏ. Độ phân giải năng lượng có kém đôi chút do đặc điểm cau tạo.
d. Detector phang (plana): Có độ phân giải tốt nhưng hiệu suất giảm nhanh ở năng lượng cao nên chỉ thích hợp dé đo ở vùng năng lượng thấp.
2.1.2. Các đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế gamma
2.1.2.1. Độ phân giải năng lượng
Độ phân giải năng lượng của detector là tỷ số của (FWHM) và vị trí đỉnh Hạ. Độ phân giải năng
lượng là đại lượng không thứ nguyên và được diễn ta theo %.
Trong đó: FWHM là bề rộng ở một nửa giá trị cực đại và được định nghĩa như be rộng của phân bố tại tọa độ bằng một nửa độ cao cực đại của đỉnh, với điều kiện tất cả phông nên đã được loại bỏ.
ti Độ phân giải R = “TH.
yA ——————————_——
Hg
Hình 9: Dinh nghĩa độ phân giải detector. Déi với những đỉnh có dang Gauss, độ lệch tiêu chuân o thì
FWHM là 2,35ơ
Detector nhấp nháy dùng trong việc đo phô gamma thường có độ phân giải năng lượng trong khoảng 5 — 10%. Detector có độ phân giải càng tốt thì càng có khả năng tách các đỉnh trong phổ năng lượng, bẻ rộng của đường cong phân bố sẽ nhỏ, đỉnh phô nhô cao, nhọn, sắc nét. Ngược lại, detector có độ phân giải xấu thì bề rộng của đường cong phân bé sẽ rộng hơn nhiều. Nếu khắc phục được sự thăng giảng thong kê thì bẻ rộng của đường cong phan bỏ sẽ trở nên nhỏ hơn lúc này phép đo cảng chính xác.
Hình 10: Hàm đáp ứng đối với những detector có độ phân giải tương đối tốt và độ phân giải tương đối
xâu
2.1.2.2. Hiệu suất ghi
Hiệu suất của detector thé hiện ở số xung ghi được khi có một lượng bức xạ vao cho trước. Đối
với những bức xạ không mang điện như gamma hoặc neutron thì khi vao detector chúng phải qua
nhiều quá trình tương tác thứ cấp trước khi có thẻ được ghi nhận. Bởi vì những bức xạ này có thể truyền qua khoảng cách lớn giữa những lần tương tác và như thể chúng có thê thoát ra khỏi vùng làm việc của detector, vì vậy hiệu suất của detector là nhỏ hơn 100%. Khi đó, hiệu suất của detector thật sự
cân thiết để liên hệ số xung đếm được với số photon hoặc neutron tới detector. Người ta chia hiệu suất dém của detector thành hai loại là:
% Hiệu suất tuyệt đối (absolute effect)
— sỐ xung được ghi nhân
Ens = số bức xạ được phát ra bởi nguon
Hiệu suất tuyệt đối phụ thuộc không chỉ vào tính chat của detector mà còn phụ thuộc vào hình học dém như khoảng cách từ nguồn đến detector
s* Hiệu suất nội (intrinsic effect)
số xung được ghi nhận
sô bức xạ tới detector
En =
Hiệu suất nội không chứa góc khối nhìn detector như trong hiệu suất tuyệt đối. Hiệu suất nội tiện lợi hơn hiệu suất tuyệt đổi vì hiệu suất nội gần như không phụ thuộc vào yếu tố hình học giữa detector và nguồn, nó chi phụ thuộc vào vật liệu detector, năng lượng bức xạ tới va bề day vật lý của detector
theo chiêu bức xạ tới.
Hiệu suất đếm được phân loại theo bản chất của bức xạ được ghi nhận. Nếu chúng ta ghi nhận tat cả xung từ detector khi đó cần phải sử dụng hiệu suất tông (total efficiency). Trong trường hợp nay tat cả các tương tác dù có năng lượng thấp cũng giả sử được ghi nhận, sự phân bố chiều cao xung vi
phân được trình bảy trong hình 10.
Trong đó diện tích toàn phan dưới đỉnh phố là tổng tat cả các xung không dé ý đến biên độ được ghi nhận, có thé được chi ra từ định nghĩa của hiệu suất toàn phan. Trong thực tế, bat kỳ hệ đo nảo
cũng đỏi hỏi những xung được ghi nhận phải lớn hơn một mức ngưỡng xác định nào đó được đặt ra
nhằm loại bỏ những nhiễu do thiết bị tạo ra. Như thé chúng ta chi có thé tiến tới thu được hiệu suất toản phân lý thuyết bởi việc đặt mức ngưỡng nảy cảng thấp càng tốt. Tuy nhiên hiệu suất đỉnh (peak efficiency) được gia sử chỉ có những tương tác mà làm mat hết toàn bộ năng lượng của bức xạ tới được ghi. Trong phan bố độ cao xung vi phân, những bức xạ mang năng lượng toàn phan nay được thé hiện bởi đỉnh mà xuất hiện ở phan cuối cao nhất của phô. Số bức xạ có năng lượng tông có thé thu được bằng tích phân điện tích đưới đỉnh và được chỉ ra là phan gạch chéo trong hình 10 . Hiệu suất toàn
phan va hiệu suất đỉnh được liên hệ bởi tỷ số “ đỉnh-tông” (peak to total) r [1]
Đỉnh uấng lượng
đẩy đủ
(Full-energy peak)
Hình 11: Thi nghiệm về đỉnh nang lượng toan phan trong phô độ cao xung vi phân
2.1.2.3. Tỉ số Peak/ Compton (P/C)
Ti số này cho ta đánh giá khả năng của detector có thé phân biệt được các đỉnh yếu, nang lượng
thấp năm trên nền Compton của các đỉnh năng lượng cao. Đó là tỉ số giữa chiều cao của đỉnh hap thụ
toàn phan (peak) với chiều cao của nên Compton tương ứng ( thưởng lấy ở rìa” Compton). Ti số nay càng cao thi càng có lợi cho phép đo hoạt độ thấp và pho gamma phức tạp. Tỉ số này phụ thuộc thẻ tích detector: các detector lớn có tỉ số P/C lớn vì phần đóng góp của tán xa Compton nhiều lần vào đỉnh hap thụ toàn phần lớn. Ti số P/C theo quy định thường được tính bằng cách chia độ cao của đỉnh 1,33Mev cho độ cao trung bình của nền Compton trong khoảng 1040 keV và 1096 keV.[4]