Mô ̣t hê ̣ phổ kế gamma hiê ̣n đa ̣i bao gồm : đêtectơ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe, các hệ điện tử như tiền khuyếch đại, khuyếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi cao áp… Ngoài ra, còn có thể có các bộ phận khác như máy phát xung chuẩn hoặc bộ loại trừ chồng chập xung để hiệu chỉnh các hiệu ứng gây mất số đếm trong trường hợp tốc độ đếm lớn, bộ khuyếch đa ̣i phổ…Hệ phổ kế được ghép nối với máy tính thông qua card ghép nối , viê ̣c ghi nh ận và xử lý phổ được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như Genie2000, Gamma Vision. Hình 3.2 là sơ đồ kh ối một hệ phổ gamma kế gamma thông dụng.
Trong luâ ̣n văn này , chúng tôi đã s ử dụng hê ̣ phổ kế gamma v ới đêtectơ bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết (HPGe) model 2002CSL do hãng Canberra sản xuất, thể tích 100 cm3
, phân giải năng lươ ̣ng 1,8 keV tại đỉnh năng lươ ̣ng 1332.2 keV của 60Co. Phần mềm Genie2000 được sử dụng để ghi nhận, lưu trữ và phân tích phổ.
Hình 2.7. Sơ đồ hệ phổ kế gamma thông dụng 1: Đêtectơ HPGe; 5: Khuếch đại tuyến tính
2: Nguồn nuôi cao áp 6: Máy phân tích biên độ đa kênh
3: Tiền khuếch đại; 7: Máy tính. 4: Máy phát xung chuẩn
Trong các phép đo định lượng, một thông số quan trọng của hệ phổ kế gamma là hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần . Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần được định nghĩa như sau:
n(E) (E)
R(E)
(3.10)
trong đó, n(E) là tốc độ đếm của đỉnh hấp thụ toàn phần có năng lượng E và R(E) là tốc độ phát xạ tia gamma có năng lượng E từ nguồn.
Hiệu suất ghi của đêtectơ phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma, loại và kích thước của đêtectơ và hình học đo. Có thể xác định hiệu suất ghi của đêtectơ bằng tính toán lý thuyết hoặc đo đạc thực nghiệm. Viê ̣c tính toán hiê ̣u suất ghi thường sử du ̣ng phương pháp Monte – Carlo dựa trên viê ̣c mô hình hóa lịch sử các photon . Phương pháp này khá phức ta ̣p và đòi hỏi những thông tin chính xác về kích thước vùng nhạy , vùng chết của tinh thể , hình học nguồn – đêtectơ, thành phần , mâ ̣t đô ̣ vâ ̣t chất của đêtectơ, hê ̣ số tắt dần của photon , tiết diê ̣n tương tác của photon với vâ ̣t chất ,… vì thế dễ mắc phải sai số trong tính toán.
Trong thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định hiệu suất ghi của đêtectơ. Mục đích của việc xác định hiệu suất ghi là thiết lâ ̣p mô ̣t công thức bán thực nghiê ̣m mô tả đường cong hiê ̣u suất ghi trên toàn bô ̣ vùng năng lượng quan tâm . Vấn đề này được giải quyết bằng cách làm khớp các
hàm khớp nào thỏa mãn cho nhiều loại đêtectơ , nhiều hình ho ̣c đo khác nhau trong dải năng lượng rô ̣ng. Vì thế, tùy từng đêtectơ và tùy vùng năng lượng quan tâm, ta có thể cho ̣n các hàm để khớp hiê ̣u suất ghi khác nhau .
Để xây dựng đường cong hiệu suất ghi cần phải có mô ̣t bô ̣ ngu ồn chuẩn đã biết hoạt độ phóng xạ và năng lượng của các tia gamma . Thông qua việc đo phổ của các nguồn chuẩn, xác định được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch bức xạ gamma ứng với năng lượng xác định. Biết cường độ của vạch bức xạ gamma, hoạt độ phóng xạ của nguồn chuẩn tính được thông lượng của bức xạ gamma quan tâm bay vào đêtectơ. Từ đó xác định được hiệu suất ghi của đêtectơ tại năng lượng ứng với năng lượng của bức xạ gamma được chọn làm chuẩn.
Đối với các đêtectơ bán dẫn HPGe, trong giải năng lượng từ 50 keV ÷ 2500 keV, người ta thường sử dụng hàm khớp có dạng sau [14]:
i 5 i 0 i 0 ln a (ln E / E ) (3.11) trong đó, là hiệu suất ghi của đêtectơ, E là năng lượng tia gamma, E0 = 1 keV,
ai là các hệ số hàm khớp.
Trong thí nghiệm nghiên cứu đã sử dụng bộ nguồn chuẩn 152Eu và 241Am để xác định hiệu suất ghi của đetectơ bán dẫn HPGe (Canberra). Bảng 3.1 là các giá trị hiệu suất ghi của đêtectơ gemani siêu tinh khiết HPGe (Canberra) tương ứng với các năng lượng tia gamma phát ra từ các nguồn chuẩn 152Eu và 241Am tại vị trí d1 (cách đêtectơ 0.5 cm), d2 (cách đêtectơ 1 cm), d3 (cách đêtectơ 2.5 cm), d4 (cách đêtectơ 5 cm) và d5 (cách đêtectơ 10 cm).
Hình 3.3 biểu diễn hiệu suất ghi đêtectơ gemani siêu tinh khiết HPGe (Canberra) đã được sử dụng trong nghiên cứu. Đường cong làm khớp sử dụng biểu thức (3.11).
Bảng 2.1. Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần của đêtectơ bán dẫn gecmani siêu tinh khiết HPGe (Canberra).
Hình 2.8. Đường cong hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần của hệ phổ kế gamma HPGe.
Năng lượng tia gamma (keV)
Hiệu suất ghi (%)
d1=0.5 cm d2=1.0 cm d3=2.5 cm d4=5.0 cm d5=10.0 cm 59.62 8.134 7.202 4.512 2.028 0.708 121.78 11.527 9.907 5.938 2.752 0.953 244.72 6.151 5.242 3.231 1.580 0.570 344.28 5.719 4.555 2.466 1.120 0.393 411.12 3.733 3.128 1.698 0.825 0.264 778.91 2.251 1.781 1.027 0.465 0.168 867.38 1.841 1.390 0.828 0.396 0.143 964.08 1.859 1.479 0.811 0.363 0.119 1112.07 1.650 1.361 0.702 0.330 0.107 1408.08 1.318 1.037 0.505 0.242 0.073 1853.25 1.000 0.834 0.313 0.185 0.054 2399.46 0.819 0.682 0.241 0.152 0.037 2525.51 0.708 0.590 0.202 0.134 0.035 100 1000 0.01 0.1 1 10 100 1000 d=0.5cm d=1.0cm d=2.5cm d=5.0cm d=10cm fit Hi Öu s uÊ t g hi (% )