ĐỊNH CHUẨN NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƯỢNG GAMMA DỰA VÀO BỜ COMPTON CHO DETECTOR NHẤP NHÁY PLASTIC




 !"
#$%&'"()*
+",' //.0
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 09 năm 2014
1&2,,*3
1&%&4
%56756%85
999::999
1
!;%!<
!;%!<
6&=
6&=
2
Detector nhấp nháy plastic:
•
độ dài xung ngắn (ns)
•
có thể chế tạo và hình dạng, kích thước tùy ý
•
Không xuất hiện đỉnh quang điện
•
Chuẩn năng lượng dựa vào bờ Compton
•
Bờ Compton thay đổi theo độ phân giải năng lượng
1,063MeV
P
R

E
γ
=
>?@A
B44C
B44C
"" DEF
D<1
E2G
H
IAAJK
IAHJ
E
d
E
nd
[11] S. Ashrafi, M. Ghahremani Gol (2011), Energy calibration of thin plastic scintillators using Compton scattered gamma rays, Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research A 675, pp. 78-83.
[12] S. Hohara, F. Saiho, J. Tanaka, S. Aoki, Y. Uozumi, and M. Matoba (2001), A simple method of energy calibraton for thin plastic scintillator, IEEE
Transactions on Nuclear Science, Vol. 48, No.4.
Thực nghiệm
Mô phỏng
3
•
ALM #5
•
HL,33<EF
•
NLD%O


•
/L
AK N
 !HM 
•
0L%P5Q%P
4


5
ALM #5
>?@H. Trong môi trường plastic
Source: NIST
HL,33<EF
R("STUVWXYZX@Z?[@\]^
6
Detector nhấp nháy plastic :
BC – 408 (C
9
H
10
, 1,032g/cm
3
) [18]
>?@N. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Nguồn gamma
1,063MeV
(
207
Bi)

•
Đẳng hướng
•
Vị trí
(0;0;0,6cm)
[18] Plastic scintillator material,
7
Gamma tới
(1,063MeV)
207
Bi
Phổ năng lượng gamma bỏ lại
trong detector nhấp nháy plastic
Phổ năng lượng
gamma (P=5%)
Phổ năng lượng
gamma (P=10%)
Phổ năng lượng
gamma (P=15%)
Phổ năng lượng
gamma (P=25%)
Phổ năng lượng
gamma (P=35%)
Mô phỏng Geant4
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

(7)
V(\_?XY>?@^`a@b?[
Tính toán ảnh hưởng độ phân giải
năng lượng lên phổ
P
R
E
γ
=
Năng lượng gamma tới
Bờ Compton
Tán xạ Compton
Vùng tán xạ Compton
nhiều lần
Vị trí bờ Compton:
Khi:
>?@/. Phổ năng lượng gamma để lại trong detector
NLD%O

2
2
2
1,063 , :
(h )
2
1 2
0,857
e
e
h MeV

m c
E
h
m c
E MeV
θ π
θ π
ν θ π
ν
ν
=
=
= =
=
+
⇒ =
(4)
8
(1)
P
R
E
γ
=
9
>?@0. Phổ mô phỏng ứng với độ phân giải cho gamma 1,063MeV
1,063MeV

Khi độ phân giải năng
lượng càng kém:

•
Đỉnh bờ Compton dịch
về phía trái, năng lượng
giảm.
•
Bờ Compton mở rộng
về phía phải, năng lượng
tăng.

Độ phân giải tuân theo hàm
NLD%O

[14] Vo Hong Hai (2008), Energy resolution of plastic scintillation detector for neutrinoless double beta decay
experiment, Doctor dissertation, Osaka University, Japan.
/L
cDAK Nd
M A'"" 
DEFD<1
E2e
H
10
M H'f",
g3h3i
P
R
E
γ
=
với P lần lượt là 6%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14% và 15%
•

Số liệu thực nghiệm từ IA/J
•
Mô phỏng phổ năng lượng gamma theo hàm
11
2
2
exp
(i) S (i) (2)
sim
i
S
χ
 
= −
 
∑
S
exp
(i): số đếm ở kênh thứ i

của phổ thực nghiệm
S
sim
(i): số đếm ở kênh thứ i
của phổ mô phỏng
>?@
với P=8%
Thực nghiệm
Mô phỏng
>?@j. Phổ thực nghiệm và phổ mô phỏng

với P=8% khi đưa về cùng vị trí đỉnh
với P=8%
klm
2
χ
>?@l. Giá trị tương ứng các kênh 457 - 516
2 6
min
2,88.10
χ
=
%n?@-/N
AK Nd
Vậy P = 10% = 9,7%
−
Tại đỉnh: năng lượng 0,806MeV tương ứng với kênh 487
−
Năng lượng gamma 1,063MeV tương ứng với kênh 643.
P
R
E
γ
=
%n?@/lj
.Kl d
>?@o(
12
Vị trí đỉnh (E
d
)

Vị trí một nửa bờ Compton (E
nd
)
K = (3)
Thiết lập tỷ số:
E
nd
13
E
d
>?@A Xác định vị trí đỉnh và một nửa
bờ Compton
14
R=0,9983
>?@AA. Vị trí đỉnh phổ mô phỏng với P=8%
>?@AH. Vị trí nửa bờ Compton phổ mô phỏng với P=8%
pqrTs?@tsXYZTu?@a@v^`a@b?[
pqrTs?@tsXYZ^wX?xRVy:^aX:?
a@v^`a@b?[
E
d
=0,81MeV
klm
phổ mô phỏng 8%
2
2
2
1 4 5 6
2
3

(x p )
exp( ) p x p x p
2
y p
p
−
= − + + +
Tương tự cho các giá trị P còn lại
E
nd
=0,877MeV
(33084 351) ( 35663 405).x
R 0,9947
y = ± + − ±
=
>?@AH. Vị trí một nửa đỉnh phổ mô phỏng với
P=8%
y=(26908 ± 360)+(-47,00 ± 0,67).x
R=0,99199
>?@A/(
pqrTs?@tsXYZTu?@
pqrTs?@tsXYZ^wX?xRVy:^aX:?
E
d
= 484
2
2
2
1 4 5 6
2

3
(x p )
exp( ) p x p x p
2
y p
p
−
= − + + +
@vX@zr?[@\]^IA/J
>?@AN.
15
E
nd
= 541
R=0,99836

sXYZ
Tu?@{
|
L
sXYZ^wX?xR
Vy:^aX:?
{
?|
L
-m
0,817 0,873 ± 0,016 0,936 ± 0,017
lm
0,81 0,877 ± 0,018 0,923 ± 0,019
om

0,804 0,880 ± 0,014 0,913 ± 0,015
A.m
0,8 0,884 ± 0,014 0,905 ± 0,014
AAm
0,794 0,886 ± 0,013 0,896 ± 0,013
AHm
0,793 0,889 ± 0,012 0,892 ± 0,012
ANm
0,787 0,891 ± 0,012 0,883 ± 0,011
A/m
0,78 0,894 ± 0,013 0,873 ± 0,013
A0m
0,777 0,895 ± 0,012 0,868 ± 0,012
@zr?[@\]^
/l/ 0/A}AA .Klo0}.K.Al
d
nd
E
K
E
=
16
Thực nghiệm
0,895
11,49%
Thực nghiệm K
thựcnghiệm
= 0,895± 0,018
(11,14 0,02)%
P

R
E
γ
→ = = ±
P = (11,49 ± 0,02) %
~?[A(Giá trị K
W\•\n?@][\€R%t•'
%k{.KolN0}.K HHL‚{9.K jj}.K HL({/L
>?@A0.
K = (0,9835 ± 0,0022) + (-0,0077 ± 0,0002).P
17
Vậy P = (11,49 ± 0,02)% = (11,14 ± 0,02)%
−
Tại đỉnh: năng lượng 0,795MeV tương ứng với kênh 484
−
Năng lượng gamma 1,063MeV tương ứng với kênh 647.
P
R
E
γ
=
>?@A Kết quả làm khớp giữa phổ mô phỏng & thực nghiệm ứng với P=11,49%
%n?@-/j
AK Nd
Kênh 484
0,795MeV
0L%P5Q%P
%P5'

Phương pháp 1:

−
Độ phân giải:
−
Đỉnh bờ Compton : năng lượng 0,806MeV
kênh 487
−
Năng lượng gamma tương ứng với kênh 643.
9,7%
P
R
E
γ
= =
18

Phương pháp 2:
−
Độ phân giải:

−
Đỉnh bờ Compton: năng lượng 0,795MeV
kênh 484
−
Năng lượng gamma tương ứng với kênh 647.

(11,14 0,02)%
P
R
E
γ

= = ±
%n?@-/j
AK Nd
%n?@
/l/
0,795
MeV
%n?@-/N
AK Nd
%n?@/lj
.Kl d
%n?@/l/
%n?@-/j
%P'
Đánh giá cho những năng lượng khác (ví dụ 0,662MeV
từ nguồn
137
Cs). Từ đó, đánh giá cho 2 phương pháp:

Phương pháp chuẩn năng lượng dựa vào so sánh phổ
mô phỏng và phổ thực nghiệm thông qua χ
2

Phương pháp chuẩn năng lượng dựa vào hệ số tỷ lệ
giữa vị trí đỉnh và vị trí một nửa bờ Compton.

19
[ƒ„…?%\^[ƒ„]X@†‡?[KˆU?[~\(2014), “Định chuẩn năng lượng
và độ phân giải năng lượng gamma dựa vào bờ Compton cho detector nhấp
nháy plastic”, Hội nghị khoa học lần thứ 9, tháng 11 năm 2014, Trường ĐH

Khoa Học Tự Nhiên, TP. Hồ Chí Minh.
BE‰c 
20
<%
\_?[\]X
[1] Châu Văn Tạo (2013), Vật lý hạt nhân đại cương, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[2] Huỳnh Thị Hương (2013), Nghiên cứu ảnh hưởng độ phân giải năng lượng lên bờ Compton của gamma 1063KeV cho
detector nhấp nháy plastic sử dụng phần mềm Geant4, Luận văn thạc sĩ vật lý, Đại học khoa học tự nhiên TP.HCM
[3] Lê Bá Mạnh Hùng (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng của đáp ứng không tuyến tính lên độ phân giải năng lượng của
detector nhấp nháy plastic sử dụng phần mềm mô phỏng Geant4, Luận văn thạc sĩ vật lí, Đại học khoa học tự nhiên
TP.HCM.
[4] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.
\_?[?@
[5] B. L. Ru pert, N. J. Cherepy, B. W. Sturm, R. D. Sanner and S. A. Payne (2012), Bismuth-loaded plactis scintillators for
gamma-ray sp ec electroscopy, Lawrence Livermore National La b oratory – Livermore, CA 94550, USA.
[6] DV Jordan, DL Stephens, PL Reeder, BD Geelhood, LC Todd, JM Alzheimer, GA Garren, SL Crowell, KR McCormick,
WA Sliger (2007), Advanced Large-Area Plastic Scintillator Project (ALPS): Final Report, PNNL-17305, Pacific Northwest
National Laboratory, Richland, WA, pp. 71-72.
[7] Geant4 Collaboration (2009), Physics Reference Manual, Version: Geant4.9.3.
[8] N. Kudomi (1999), Energy calibration of plastic scintillators for low energy electrons by using Compton scatterings
of gamma rays, Nucl. Instrum. Meth., vol.A430, pp. 96–99.
[9] Podgorsak (2005), Radiation Oncology Physics: A handbook for Teachers and Students, IAEA, pp. 26 - 41.
21
ŠdV‹\|d
[16] GEANT4,
[17] NIST Physics Laboratory,
[18] Plastic scintillator material,
[19] ROOT,
[20] Scintillationdetectors, />detectors/scintillation-detector
[10] R. Casanovas, J.J. Morant, M. Salvado (2012), Energy and resolution calibration of NaI(Tl) and LaBr3(Ce) scintillators

and validation of an EGS5 Monte Carlo user code for efficiency calculations, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A 675, pp. 78-83.
[11] S. Ashrafi, M. Ghahremani Gol (2011), Energy calibration of thin plastic scintillators using Compton scattered gamma
rays, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 675, pp. 78-83.
[12] S. Hohara, F. Saiho, J. Tanaka, S. Aoki, Y. Uozumi, and M. Matoba (2001), A simple method of energy calibraton for
thin plastic scintillator, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 48, No.4.
[13] Syed Naeem Ahmed (2007), Physic & engineering of radiation detection, Elserier.
[14] Vo Hong Hai (2008), Energy resolution of plastic scintillation detector for neutrinoless double beta decay experiment,
Doctor dissertation, Osaka University, Japan.
[15] William R. Leo (1994), Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Spinger-Verlag Press.
<%
22
pM
pM
")c
")c
26Œ!E 1
26Œ!E 1
23