Xác định hoạt động của một số nguyên tố bằng phương pháp xây dựng đường cong hiệu suất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.54 MB, 32 trang )
Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
Trong quá trình thực hiện
luận văn,
ngoài
sự cố gắng và nỗ lực của bản thân,
LÊ THỊ
MỘNG
THUẦN
em
đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, hướng dẫn và động viên của quý thầy cô, gia
đình
và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Thầy Hoàng Đức Tâm đã tận tình hướng dẫn những kiến thức chuyên môn
và
những kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành luận văn.
Người hướng dẫn: Thầy HOÀNG ĐỨC TÂM
LUẬN VẮN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành vật lý hạt nhân
Thành phố Hồ Chí Minh-tháng 5 năm 2009
Nhóm hạt
nhân
z
N/Nnặng trong tia
Giá trị trung
1.1.1.2. Bức
cósơ
nguồn
Đất
MỞ
ĐẦU
vũxạ
trụ
cấp gốc từ Trái
bình
Cácnhân
nhân
phóng
xạ
cóTHUYẾT
ở khắp
nơi
trong
môi
trường
sống
chúng
Môi trường
đang
Các
xạ
trong
vỏ
Trái
Đất
chủ
yếu
gồm VỀ
các
họcủa
phóng
xạta.uranium
(238U)
và
của
N/Nnặng
trong
vũ
CHƯƠNG
1.phóng
Cơ
SỞ
LÝ
VÀ
TỔNG
QUAN
GHI
ĐO
p
1
650
3360
6830
chịu
tác
a actinium
2
47
258 BỨC XẠ
1040
động ngày
càng lớn
từ những
hoạt
con xạ
người
nghiệp hóa
(235U),
thorium
(232Th)
và các
hạtđộng
nhâncủa
phóng
nhẹnhư:
khácquá
nhưtrình
40K,công
87Rb,...Sau
đây- làhiện
cácđại
sơ
Hạt nhẹ
3-5
1
10'*
10"
hóa,
đồ
phân
Trung
6-9
3.3
2.64
10.1
bình
thăm dò, khai thác tài nguyên...Song song đó khoa học công nghệ đặc biệt là kỹ thuật hạt nhân
Nặng
>
1
1
1
ngày1.1.
phóng
tỉ
số giữa
số xạ
hạt0.06
của nhóm đang
Rất nặngVới N/Nnặnglà
>20Các nguồn
0.26
0.05 xét so với số hạt của hạt nhân nặng. Hai cột
càng
phát
triển
và
hiện
đại.
Và
vấn
đề
về
phóng
xạ môi trường cũng là mối quan tâm hàng đầu.
cuối Các nguồn
Siêu
>30 phóng
» 0.3 *10'4
0.6*10'
xạ được chia làm
hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ
nặng
5
Nghiên
ứng
với số liệu thực nghiệm.
nhân
Đồng
phân
Cường
độ(%)
cứu phóngKiểu
xạ môi
trường
bắtlượng
đầu bằng
việc đo
hoạt độ
củakỳ
các
mẫu môi trường: đất, nước, bụi
Năng
Chu
bán
vịtạo. Các
rã
nguồn
phóng
xạ tựrằng
nhiên
cótianguồn
gốc
từ Trái
Đấtvật
vàchất
các tia
phóng
xạ
Từ
bảng
trên
ta
thấy
các
vũ
trụ
sơ
cấp,
trong
củavũ
vũtrụ.
trụ Các
chủ nguồn
yếu gồm
các hạt
khí...
bức xạ
rã
nhân và anpha. Trong vật chất vũ trụ tỉ số N/Nnặng lớn hơn rất nhiều lần so với trong tia vũ trụ.
proton
a
4,2
100 %
4,47* 109
Có
hai
phương
pháp
xác
định
hoạt
độ
mẫu
môi
trường
tạo
do
con
người
tạo
ra
bằng
cách
kích
hoạt
các
hạt
nhân
trong
24Th Nguợc
p
0,2 và 0,1
56% và 24,1 ngàylò phản ứng, sản phẩm của các
phảnthành phần
các hạt
siêu
nặng
vàcần
cácđo
hạtđược
nhẹ
trong
tia
vũ phút
trụ
lớnhọc
hơnvới
rấtmẫu
nhiều
lần so
vật
234Pa lại,
p pháp
0,5đối:
và
1,2
90%đo
vàcùng
1,18
■ Phương
tương
mẫu
dạng
hình
chuẩn.
Tỉvới
số của
ứng hạt nhân...Sau
đây ta sẽ4,8
tìm hiểu chi tiết
về các nguồn phóng
này.
**u chất
100%
2,44*xạ
105
diện a
1.1.1.
nguồn phóng
xạ
nhiên: và
vũ
2Ị°Th trong
aCác tương
4,7với
và nguyên
4,6trongtốtự
7,7*dùng
104 để tính hoạt độ.
tíchtrụ.
đỉnh
ứng
quan75%
tâm trong hai phổ
1.1.1.1.
Bức xạ 4,8
vũ trụ
^6Ra
a
và 4,6
93% và 1600 năm
tia cong
vũ truhiệu
thứ suất
cấp để xác định trực tiếp hoạt độ.
■ Phương pháp tuyệt đối: dùng Các
đường
|Rn
a
5,5
100%
Các bức xạ proton, alpha,...năng lượng cao từ không gian2,382
rơi vào khí quyển Trái Đất gọi là
Tia
vũ
trụ
thứ
cấp
sinh
ra
do
các
tia
vũ
trụ
sơ
cấp
tuơng
tác
với vật
bầuđòi
khíhỏi
quyển.
2^8Po các Phươnga pháp tương đối6,0
100% xác cao 3,05
phút
cho kết quả chính
nhưng
việc
làmchất
mẫutrong
chuẩn
mất
2 jPb Tia
100%
26,8
nhiều
tia vũ trụ sơp cấp. Trên đường0,7
đi đến Trái Đất,
chúng tương
tácphút
với bầu khí quyển và sinh ra các tia
trụ
thứ
cấp
đuợc
chia
thành
ba
phần:
21 JBĨ vũ
p
3,2
và
1,7
23%
và
19,8
phút
kém hon khi phải chuẩn bị một loạt những mẫu
vũ gian và công sức. Và càng khó khăn, tốn77%
i thời
Po-214 chuẩn
100%
1,64*
104 neutron,).
trụ sơ Thành
cấp. a phần kích hoạt 7,7
hạt nhân gồm các
hạt hadron (pion,
proton,
Pb-210 với những hoạt
p độ xác định0,03
22,3trong
nămmột phạm vi sai số cho phép thì
để đo kèm với 100%
mẫu. Do đó, nếu
Bảng
1-3:
Chuỗi
Actinium
235u
->
207Pb
Các tia
vũ tru
sơ pcấp
Thành
phần
các
hạtđộmuon,
sinhđường
ra do sự
phân
rã suất
của các
tích điện:
BĨ-210
5,01
ngày
phương
pháp
tuyệtcứng
đối -gồm
tính1,2
hoạt
dựa 100%
vào
cong
hiệu
- làhạt
mộtpion
phương
pháp tương
Po-210
5,3 những
100%
138,4
- Các đối
tia vũ trụ sơa cấp được chia thành
nhóm
T? 11*
+ sau:
V|J (1.1)
- sẽ trình bày chi
- tiết về “Xác định hoạt độ của một
Po-206 hiệu quả, kinh
đồngtếvịvàbền
dễ thực hiện.
Luận văn này
Các muon năng lượng cao có khả năng đâm xuyên rất lớn do mất năng lượng rất ít đối với
số
Đồng vị
Kiểu phân rã
Năng
Cường độ
Chu kỳ
các
nguyên
tố bằng phương
pháp
xây
dụng
congSO'
hiệu
suất”.
bức
xạ
rã
Bảng 1-lThành
phần hóa
học
của
các đường
tia vũ trụ
cấp.
quá trình ion hóa và bức xạ hãm
trong môi trường.
(MeV)
2fũ
4,5 trẽn cơ sở: tìm
100%
108tắc hoạt động của hệ phổ kế
Luận văna được hình thành
hiểu cấu tạo và7,04*
nguyên
231Th
0,2các electron,100%
25,6 giờ
Thành pphần mềm gồm
psitron và gamma.
Tia gamma năng lượng cao được
23ịPasinh
a
5,0 và 4,7
8,4% và
3,25* 104
22JAC
0,02
100%rã hạt pion21,8
năm
đồng thời vớip các hạt hadron
do quá trình phân
trung
hòa:
227p
a
6,1 và 5,8
46% và
223ệa
a
5,7 và 5,5
76% và
11,4 ngày
219R
a
6,7 và 6,3
84% và
3,96 giây
215Ịo
a
7,4
100%
18,72
1,78*10"3
giây
ra
Đồng
vị
Kiểu phân
Cường
Năng lượng
rã
độ(%) Chu kỳ bán
bức xạ (MeV)
rã
Các
chất
đồng
vị
phóng
xạ
khi
phân
rã
anpha
hoặc
bêta
thường
kèm
theohọphát
gamma.
Do đó
Sản
phẩm
cuối
cùng
trong
mỗi
họ
phóng
xạ
đều
là
chì:
206Pb
trong
uranium,
207Pb
232T-VI
a
4,0
100%
1,4*
1010
nguồn
coi là nguồn anpha,
bêta
gamma
trong
họhoặc5,75
22 ^Ra
p này có thể được
0,002
100%
nămtùy theo mục đích sử dụng.
Bảng 1-6: Các nguồn phóng xạ anpha, bêta và gamma thưòug dùng
208Pb trong họ6,13
thorium.
228AC
p
1,6% actinium và100%
giờ
22j8Th
aNgoài các họ5,4
và 5,3
9,91tạinăm
phóng
xạ trên, trong tự72%
nhiênvàcòn tồn
một số đồng vị phóng xạ với số
2*Ra Bảng 1-4:
a Chuỗi thorium:
5,7 và 5,4
95%
và
5%
3,64
ngày
232Th -> 208Pb
nguyên tử
22 °Rn
a
6,3
100%
55,6 giây
2Ỉ
*Po
1 Pb
2Ĩ
*Bi
a và 0,014%
6,8
p
0,3 và 0,6
66,3% Ị3
2,3
5,6 và 5,8
và 33,7%
0,15 giây
88% và
0,24
60,6 phút
1% và 2%
6,0 và 6,1
70% và
21|2Po
a
8,8
100%
3,0* 10'5
2^-pỊ
p
1,8
100%
3,05 phút
208pb
trạng thái
bền
-
-
-
Độ
Hạt nhân
giàu TI/2
Hoạt độ Năng lượng bức xạ
đồng vị
riêng
(MeV)
(năm)
y
p a
(Bq/kg)
(%)
K-40
0.0118
1.3*
3163
1.3
1.4
V-50
0.25
6*105 0.11
0.7
1.5
Một trong những nguồn đồng vị trên, 40K rất phổ biến trong môi trường. Hàm lượng trung
Rb-87
27.9
4.8*10
8.88*1
0.2
bình
Re62.9
4.3*10
8.88*1
0.0
trong đất đá khoảng 27 g/kg; trong đại dương khoảng 380 mg/L; trong động vật, thực vật và cơ
In-115
95.8
6*101
184.2
3.1
0.0
Pt-190
0.013
6.9*10 13.32
Ba họ phóng xạ có đặc điểm chung là: hạt nhân thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu. Họ
La0.089
1.12*1 765.9
0.2
0.8
thorium với hạt nhân đầu tiên là 232Th với thời gian bán rã bằng 1.4* 1010 năm nên hầu như
Nd23.9
2.4*10 9.25
1.8
thorium
Sm- 11.27
>1014 4.07
4.0
không giảm trong quá trình tồn tại của Trái Đất. Hạt nhân đầu tiên 23 8Ư của họ uranium có thời
Ỵ (1451
Hí2.6
2.2*10
8.88*1
0.0keV)0.0
0.3
20Ca40
gian
176
10
0"2
43
43
1
bền
Tên
Ký
hiệu
Loại
TỊ/2có thời gian bán rã 7*108 năm nên phân
sống 4.5* 109 năm nên nóbức
bịisAr4Qbền
phân
rã một
Năng
lượng
________
ị phần, còn 235u
rã
(MeV)
1.1.2.
Các
nguồn
phóng
xạ
nhân
Americiu
241
a
5.48
458còn lượng 235u bé hơn 140 lần so với
đáng kể. Vì vậy trong vỏ Trái Đất rất tạo
nhiều thorium,
m
Am
năm
0.06
thorium.
Các nguồn đồng Y
vị nhân tạo gồm các đồng vị phóng xạ phát ra các tia bức xạ anpha, bêta và
Krypton
85Kr
p
0.67
10.6
gamma,
neutron
theokhí
cácphóng
phản
hạt nhân
(a, n)
hoặcvị(y,
n). nhau của
Mỗi
họ đềucác
có nguồn
một thành
viênphát
dướiradạng
xạ, chúng
là các
đồng
khác
năm ứng
Strontiu
90Sr
p
2.27
28
gọi là radon; trong họ thorium, khí 220Rn
mnguyên tố radon: trong họ uranium khí 222Rn đượcnăm
Cobalt
“Co
Y
1.173 ;
5.27
1.32
năm
Caesiu
137Cs
Y
30
0.66
m
năm
Iodine
Tecneciu
m
Photphor
us
13,I
"mTc
32p
Y
0.08; 0.248;
Y
0.364; 0.637
140.5
p
1.711
8
ngày
6 giờ
15
ngày
c
electron (photoelectron hình a, b ). Phần năng lượng dư ra chuyển thành động năng của quang electron
bay ra. Năng lượng dưới dạng động năng của quang electron được tính như sau:
Với E = h*v là năng lượng photon tới.
Ee= E - £b (1.1)
£b là năng lượng liên kết của electron ở lóp vỏ nguyên tử trước khi bị bức ra.
Khi electron ở lóp K bay ra để lại một lỗ trống, electron lóp ngoài có thể chuyển vào lấp đầy lỗ trống
và phát ra tia X đặc trưng (hình c), hoặc electron Auger (hình d).
Hiệu ứng quang điện không xảy ra với electron tự do vì không đảm bảo định luật bảo toàn
năng
lượng và động lượng.Thật vậy:
—+mc
-
E - m c2
vv1 c2 )
1.2.
2 V2
m„c
Sơ lược về hệ phổ kế gamma
-1 (1.2)
Tương tác của bức xạ gamma vói vật chất và sự hình thành phố
với yỡ = -J
c
1.2.1.
Định luật bảo toàn động
Em
<^> — 7
V
E mBc
<t^> — — —
e
p
Ặ7? (1.3)
Hình 1-1: Hiệu ứng quang điện
Từ (1.2) và (1.3) ta có:
-J—.ỉ = -ẼKhi lượng tử gamma va chạm với electron quỹ đạo của nguyên tử, gamma biến mất, toàn bộ
năng lượng của nó truyền hết cho electron, electron này bay ra khỏi nguyên tử được gọi là quang
«(1-^)2=1-/?2 (1.4)
Phương trình (1.4) có hai nghiệm p=0^ Ec=0 (loại); Ị3=l-> v= c, điều này vô lý vì khối
lượng
nghỉ của electron khác không.
Như vậy để hiệu ứng quang điện xảy ra thì electron phải liên kết và năng lượng photon tới
phải
lớn hon hoặc bằng năng lượng liên kết của electron E> 8b, nhưng không được lớn hơn quá nhiều
(vì
Hình 1-2: Tiết diện hiệu ứng quang điện
■ Ở miền năng lượng photon rất lớn E» £K thì hiện tượng quang điện chỉ xảy ra với lóp K
với
xác suất hấp thu quang điên thấp và tuân theo quy luât —
E
■ Khi E giảm dần đến £K, tiết diện tuân theo quy luật —
E
■ Khi E=£K thì tiết diện đạt cực đại.
■ Khi E tiếp tục giảm E< £K thì hiện tượng quang điện không xảy ra với lóp K nữa mà xảy
ra với
lóp L với xác suất thấp, tại E=£L thì xác suất cực đại. Tương tự như vậy đối với lóp M...
Mặt khác tiết diện hấp thụ quang điện giảm nhanh theo năng lượng và tăng theo z theo quy
luật
z5. Như vậy tiết diện hấp thu quang điện:
z5
o ơphoto—“777 khi E lớn hơn £K một ít (E> £K).
E
z5
o ơphoto- khi E» £K.
Er
X
Hiệu ứng tạo cặp
Khi tán xạ, gamma truyền một phần năng lượng cho electron đồng thời gamma bị tán xạ.
Tia
gamma sau tán xạ có bước sóng X’ lớn hcm bước sóng X của Y tới. Gia số tăng bước sóng phụ
thuộc
vào góc tán xạ 0 như sau:
Ả - Ã' - AÃ = —— (1 cosế?)
mec
Sự phụ thuộc của tiết diện vào năng lượng của gamma trong hiệu ứng Compton như sau:
■ EY nhỏ: ơ ~ơ0 (1-k Ey)
Electron (e')
Hình 1-4: Hiệu ứng tạo cặp
1.02
Khi photon tới với năng lượng lớn hơn hai lần năng lượng nghỉ của electron, tức là Ey >
Positron (e+)
MeV thì khi đi qua trường Culomb của hạt nhân sẽ xảy ra hiệu ứng tạo cặp. Ket quả là photon
biến
mất
tạo thành một cặp electron - positron. Hai hạt này có khối lượng bằng nhau và điện tích trái dấu.
Sau khi được tạo thành, electron mất năng lượng do ion hóa các phân tử môi trường,
positron
mang điện tích dưong, khi gặp electron của nguyên tử sẽ hủy cặp tạo thành hai tia gamma có năng
lượng bằng nhau và bằng 0.511 MeV.
Sự hình thành phổ gamma:
Các quá trình tương tác nói trên dẫn đến sự hình thành các đỉnh trong phổ gamma như sau:
■ Hiệu ứng quang điện dẫn đến sự hấp thụ hoàn toàn năng lượng photon tới trên detector, do
đó
trong phổ gamma xuất hiện đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với năng lượng Ey. Đây chính là
đỉnh
Ey
đặc trưng của mỗi đồng vị. Mỗi loại đồng vị có thể có 1,2,... đỉnh hấp thụ toàn phần với
những
hiệu suất phát tương ứng. Ví dụ 40K phát Ey= 1461 KeV với hiệu suất 10.67% ; 60Co phát
hai
gamma có hiệu suất phát cao nhất là 1173 KeV 99.97% và 1332 KeV 99.98%
■ Trong quá trình tán xạ tán xạ Compton, photon tới với năng lượng Ey chỉ mất một phần
năng
lượng, phần năng lượng còn lại chuyển thành năng lượng của photon tán xạ Ey’ (Ey’< Ey).
Do
đó
xuất hiện phổ gamma liên tục bên miền năng lượng nhỏ hơn năng lượng Ey đặc trưng.
■ Hiệu ứng tạo cặp dẫn đến sự hình thành hai lượng tử ganưna có năng lượng 0.511 MeV.
Tùy
theo từng trường họp mà ta thấy trong phổ gamma xuất hiện các đỉnh sau đây:
gamma.
Máy phân tích biên độ đa kênh (MCA'
Detector HPGe
Hình 1-5: So’ đồ khối hệ phổ kế gamma
1.2.2.1. Detector (Det)
Để ghi phổ gamma người ta thường dùng hai loại detector: detector nhấp nháy với tinh thể
Nai
(Tl) và detector bán dẫn Ge siêu tinh khiết HPGe.
Detector nhấp nháy vởi tinh thể Nai (TD:
Bao gồm:
Tinh thể nhấp nháy bằng Nai có pha thêm chất hoạt hóa Tl: có tỉ trọng 3.67 g/cm3 , chiết
suất
Hình 1-6: Ống nhân quang điện
Khi gamma tương tác với chất nhấp nháy sẽ tạo ra electron tự do có động năng đủ lớn.
Những
electron này sẽ kích thích những phân tử chất nhấp nháy, các phân tử này khi trở về trạng thái cơ
bản
Đỉnh năng lượng
FWHM (keV)
Dectector HPGe
Detector nhấp nháy
một dynode
lại
electron
thứ
cấp,
electron
tăng
lên
2^5
lần
saucao
mỗi
lần
đập.
Ket
quả
làphép
sau
detector
càng
o Detector
có tạo
khảrahình
năng
giếng
đếm với
(hình
tốc
c).
độsố
Loại
lớn.
này
Độ có
phân
hiệu
giải
suất
của
hình
detector
học
chủ
nên
yếu
thích
do
thời
họp
gian
cho
các
chết
của
661
1.4
50
khi đập vào
dynode, số electron được tăng lên M lần:
detector
xác nđịnh.
đo
1332
1.8
100 (8%)
Cs’137
4- Hiệu suất ghi đỉnh quang điện: có hoạt độ nhỏ.
M= (a*V)n, với a=2^5
một
oHiệu
Detector
suất ghi
phẳng
đỉnh(plana):
quang điện
hiệu cũng
suất giảm
là mộtnhanh
đặc trung
ở vùng
quan
năng
trọng
luợng
củacao
detector.
nên chỉNóthích
phụhợp
thuộc
để
Tại anode các electron này tạo ra một xung dòng điện. Xung dòng này tạo ra trẽn điện trở
vào
đo
loại detector, thể tích detector,
vùng năng
cấu luợng
hình đo
thấp.
và năng luợng tia gamma.
xung điện áp có biên độ tỉ lệ với năng lượng tia gamrna bị hấp thụ trong tinh thể nhấp nháy.
1 thuật của detector:
c.Các đặc trung kỹ
Hiệu suất ghi đỉnh quang điện được tính bằng tỉ số giữa số đếm của đỉnh hấp thụ quang điện
Detector bán dẫn:
i- Độ phân giải năng lưọĩig:
mà
Chất
bán
dẫn
thường
dùng
Si số
hoặc
ghi
phổ detector
gamma
ta
dùng
Độ
phân
detector
giải
ghi
năng
nhận
luợng
được
củasolà
detector
với
tia
choGe,
gamma
biếtđểkhả
donăng
nguồn
phát rangười
có
theo
thểmọi
phân
phương.
biệtGehaisiêu
đỉnhtinh
có
khiết
năng
4- Tỉ sổ đỉnh / Compton (peak/Compton):
(HPGe).
luợng
gần nhau trong phổ. Nó được xác định bằng độ rộng ở giữa chiều cao (FWHM) của đỉnh hấp
Tỉ số này cho ta đánh giá khả năng của detector có thể phân biệt được các đỉnh yếu, có năng
thụ
tương
với phânPeak/
tử chất
bán dẫnlàtạo
tự do.
chuyển
lượng Khi
thấpgamma
nằm trên
nềntác
Compton.
Compton
tỉ ra
số các
giữaelectron
chiều cao
củaElectron
đỉnh hấpdithụ
toàn
661 keV
với
1174 kcV
phần
1332 ke V
động năng
lớn sẽ
các electron
chuyển
lên vùnglấy
dẫn
lại lỗbình
trống.
tương
(peak)
và chiều
caokích
củathích
nền Compton
tương
ứng (thường
độvà
caođểtrung
củaNhư
nền vậy,
Compton).
tác
Tỉ
củanày
gamma
đã tạo
mộtcóloạt
lỗbiệt
trống
bánđodẫn.
Dướiđộ
tácnhỏ
dụng
của
số
càng cao
thì ra
càng
lợi các
cho electron
phép đo,và
đặc
là trong
đối vớitinh
cácthể
phép
có hoạt
và phổ
gamma phức tạp. Tỉ số này phụ thuộc vào thể tích detector.
n*
type(Je
1.2.2.2. Khối tiền khuếch đại
Đo bàng detector +HV
Đo bảng detector HP Ge của hẵng Canberra
nháp nháy
typetiếp ngay sau detector. Tín hiệu ở lối ra của detector có
Khối tiền khuếch
đại được nốip'trực
Ge
♦ năng lưọng
biên
p AmpHình 1-8: Độ phân giải
p.
Ta CÓ FWHM của hai loại detector trong bảng 1.7
độ
rất
bé,
nhiệm
vụ
của
khối
ten
khuếch
đại
là
khuếch
đại sơ bộ tín hiệu này nhưng vẫn đảm bảo tỉ
Bảng 1-7: Độ phân giải năng
của loại
các detector
loại
Hìnhlưọng
1-7: Các
bán dẫn HPGe
detector bán dẫn
số
(c) với chất lượng của hệ phổ kế,
tín hiệu/ồn (S/N).(a)
Khối tiền khuếch đại có ý (b)
nghĩa rất quan trọng đối
nó o Dectector HPGe loại p kiểu đồng trục (hình a): Chất bán dẫn xuất phát là loại p. Người ta
góp phần
tạoquyết định độ phân giải năng lượng của hệ. Tùy loại detector mà người ta sử dụng một
ra
một lóp n+ dày khoảng 0.5 -> 0.8 nưn bằng phương pháp khuếch tán Li. Khi sử dụng phải
dựa
Độ áp
phân
giải
của cực
detector
bánkhoảng
dẫn tốt2->5
hon nhiều,
nên
hiện
detector loại
này
sử
điện
cao,
phân
dương
KV kéo
các
cặpnay
electron-lồ
trống
tạođược
ra. Loại
này
dụng
có
rộngnăng
rãi
trong
các
hệsau
đo thấp
gamma.
Hình
dạng
xung
ra
tiền khuếch
đạiKeV)
và khuếch
đại chính
hiệu suất giảmHình
nhiều1-9:
ở vùng
lượng
gamma
(dưới 100
do sự hấp
thụ trên
a
b
giải thời gian của detector
lóp ị- Độ phân
chết.
Độ phân giải thời gian là khoảng thời gian mà detector cùng với hệ thống điện tử có thể
Co-60
1.2.2.4. Khối biến đổi tương tự - số (Analog to digtal converter)
Tín hiệu tương tự từ khối khuếch đại tuyến tính có biên độ Vo sẽ được đưa vào khối biến đổi
tương tự-số. Có nhiều biến đổi, kiểu biến đổi phổ biến nhất là kiểu Wilkinson, trình tự biến đổi
như sau:
2)
3)
Hình 1-10: nguyên lý biến đổi tương tự -số kiểu WiIkinson
Biên độ tín hiệu vào Vo được so sánh với một điện áp tăng tuyến tính vr
Khi nào vr đạt tới bằng Vo thì xuất hiện một xung mở cổng. Độ rộng của xung này bằng thời
gian
cần thiết để vr đạt tới giá trị Vo.
Trong thời gian cổng được mở, các xung đồng hồ tần số cao được đi qua cổng và được đếm
bởi
máy đếm.
Số xung đếm được Nc này tỉ lệ với biên độ tín hiệu Vo và xác định “địa chỉ” của tín hiệu : tại
địa
chỉ này trong bộ nhớ số đếm sẽ tăng thêm một đơn vị.
Với nhiều lượng tử gamma lần lượt được biến đổi như vậy ta được một hình ảnh phân bố số
xung
theo biên độ xung, tức là một phổ số đếm theo năng lượng mà ta ghi nhận được.
1.2.2.5. Khối phân tích biên độ đa kênh (MCA)
Máy phân tích biên độ đa kênh là hệ mà trong đó dãy năng lượng quan tâm được chia thành
nhiều kênh năng lượng, mỗi kênh là một cửa sổ năng lượng từ Ej đến Ej + AE. Ket quả là ta có
một
Hình 1-11: Sơ đồ nguyên tắc MCA
Nội dung trong bộ nhớ sau khi ghi nhận đuợc từ MCA được đưa vào máy tính có cài phần
mềm
xử lý phổ để xử lý, kết quả được hiển thị lên màn hình máy tính.
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghi đỉnh
1.3.1.
Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi đỉnh vào năng lượng
Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi đỉnh vào năng lượng được thể hiện trên hình 1.12. Hiệu suất
giảm
ở vùng năng lượng thấp là do sự hấp thụ tia gamma thấp trên lóp chết mặt ngoài detector tăng lên.
Tại
vùng năng lượng cao, hiệu suất giảm là do hạn chế về mặt thể tích của detector.
Mỗi điểm trên đồ thị ứng với một đỉnh năng lượng. Đường cong hiệu suất phụ thuộc năng
lượng
có hai phần nằm hai phía của điểm cực đại như trên hình 1.12, ta cần phải xác định hệ số trong
phương
Hình 1-12: Đưcmg cong hiệu suất phụ thuộc năng lưọng ở độ cao lcm
1.3.2. Hiệu ứng tổng cộng
Hiệu ứng này gây ra do sự ghi trùng phùng 2 hoặc nhiều tia gamma sinh ra trong quá trình
dịch
chuyển nối tầng từ các trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản của hạt nhân. Trong hình 1.13 ta
Hình 1-13: Sự hình thành đỉnh tổng trong phổ gamma của Co-60
Hai tia gamma này xuất hiện trong khoảng thời gian cách nhau rất nhỏ khiến cho detector ghi
nhu một tia có năng lượng bằng tổng năng lượng hai tia, dẫn đến hiệu suất ghi hai tia riêng rẽ
giảm đi
và trên phổ xuất hiện thêm một đỉnh ứng với năng lượng tổng.
1.3.3. Yếu tố hình học và hiện tượng tự hấp thụ
Yeu tố hình học gây ảnh hưởng đến hiệu suất detector bởi hình dạng của hộp đựng mẫu. Ta
Hiện tượng tự hấp thụ xảy ra khi tia gamma bị hấp thụ trong thể tích của mẫu. Mức độ tự
hấp
thụ
phụ thuộc vào hình học (bề dày, thể tích mẫu) và matrix (thành phần) của mẫu. Đe hiệu chỉnh ta
có
thể
dùng phương pháp sau đây:
■ Dùng các dung dịch mẫu chuẩn đặt trong các hộp có dạng hình học như nhau nhưng chiều
1 - cao
\-e~hh
ah
(1.6)
h
p + ụỉ—e
a+
Với p là hệ số hấp thụ tuyến tính của mẫu chuẩn. Khi đo mẫu khác thì ta chỉ cần thay p bằng px của
m={
mẫu cần đo.
Hình 1-14: Hệ phổ kế gamma phông thấp trưòng ĐHSP TPHCM
Hệ phổ kế của trường ĐHSP có sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc của hệ điện tử tuyến tính cũng
tương
tự hệ phổ kế gamma đã trình bày ở 1.2, sử dụng detector bán dẫn tinh thể Ge siêu tinh khiết
(HPGe)
loại plana (hình phẳng) của hãng ORTEC. Detector được nuôi ở nhiệt độ nitơ lỏng (77 K). Máy
tính
có
cài phần mềm Maestro - 32 để thu nhận và xử lý phổ.
1.4.2.
Các thông số kỹ thuật
■ Ngày nhập: 12/12/2007
Hạt
nhân
TI/2
(ngày)
Ey (keV)
Hiệu suất
phát a
3.61
CHƯƠNG 2. THựC NGHIỆM
122.06 45 cm
85.6
y/Co ■271.8
Chiều dài detector:
109
137
■ Đường kính detector: 5.12 cm
462.6
88
137.6
165.85
79.88
10983
661.6
85.1
■ Be dày lớp tinh thể bất hoạt: 0.07 cm
Be dày lóp nhôm
0.127cm 99.98
834.55
54M ■312.3
88Ỵ 106.7
898.04
93.7 2.1. Chuẩn bị
■ Độ phân giải năng lượng ở đỉnh 1.33
MeV của 60Co là 1.8 keV.
1925
1173.2
99.97
“Co
2.1.1. Nguồn đĩa chuẩn
Hiệu suất tưong
đối: 15% 99.98
1332.5
“Co ■1925
88 Y
Để xây dựng đường cong hiệu 99.2
suất phụ thuộc năng lượng (hình 1.10), ta dùng nguồn chuẩn
1836.6 46.1
■106.7
Tỉ số đỉnh/Compton:
đĩa
51Cr, 1.4.3. Phông buồng chì
54Mn,(hình 2.1).
^Co,
60Co,
Ngoài sự đóng góp của ba hiệu ứng quang điện, Compton, tạo cặp trên phổ gamma, ta còn
85Sr,
88Y,
137Csquan
, ^Cd,
139Cesát được nền phông phóng xạ. Phông này gây bởi các nguyên nhân sau đây:
■ Tia vũ trụ gây ra các phản ứng hạt nhân trên khí quyển, đáng chú ý là các đỉnh 477.6 KeV
của
7Be, và đỉnh 511 KeV do sự hủy cặp của p+ gây ra.
■ Các tia gamma do các họ phóng xạ tự nhiên (uranium, thorium, actinium) phát ra:
■ Dãy 232Th: 238.6 keV; 510.7 keV; 583.2 keV; 2614.5 keV.
■ Dãy 238U: 185.9 keV; 295.2 keV; 351.9 keV; 609.3 keV; 1120.3 keV; 1764.5 keV.
■ Dãy 235U: 143.8 keV; 185.7 keV.
Như vậy nguồn đĩa này có thể áp dụng cho vùng năng lượng gamma từ 80 keV ->2 MeV.
Source sticker
Plexiglass_
ố.o cm 9
Hộp đựng nguồn gồm giá để nguồn, một thanh có thể điều chỉnh khoảng cách từ nguồn đĩa
đến
detector từ 0-> 10 cm.
2.1.2.
Phần mềm
Phần mềm thu nhận và xử lý phổ Maestro-32 kèm theo phần mềm xử lý số liệu chuyên
dụng để
tính hiệu suất ghi của detector, phần mềm này gồm những phần sau:
■ [Peak effíciency determination]: Tính toán hiệu suất đỉnh cho mỗi hạt nhân
■ [Efficiency as a íunction of energy]: Thành lập hàm hiệu suất phụ thuộc nănng luợng.
Hình 2-2: Giao diện phần mềm xử lý số liệu
Đẻ biết chi tiết các thao tác tính toán xin xem các phần phụ lục 2 và 3.
2.1.3.
Thu thập và chuẩn bị mẫu
đất
2.1.3.1. Nguyên tắc lấy mẫu đất
Vị trí lấy mẫu cần đáp ứng các yêu cầu sau:
■ Không bị biến động trong nhiều năm.
■ Bằng phẳng hoặc khá bằng phẳng, độ dốc < 3%.
■ Vùng mở không bị cỏ dại che phủ, không gần các tán cây lớn, tránh các khu xây dựng.
Hình 2-1: Nguồn đĩa chuẩn và giá để nguồn
Mẩu
Ký hiệu
Khối Mật độ (g/cm3)
lượng
2.1.3.2. Các dụng cụ chuẩn bị mẫu
-ĩt’=*4.4
= 136.43(cm3)
ln(s) V(%)
a + 1.319
b*ln(E)
+ c*[ln(E)]2
Chuẩn đơn KIAEA-RGK-1
180.00
Bảng 2-2: Thông tin các mẫu cần đo
Chuẩn
đa
180.00 +...
1.319
ới h=0.5cm,
t=3435.4
(s) IAEAĐường
này
chia
thành
hai
miền: ở độ cao h= 0.5cm
suất của detector
lưọng
ĐấtBảng
Bình 2-5: Hiệu
BT-03
186.49 theo năng1.367
(keV), phương 1.489
trình có dạng: ln(e) = a + b*ln(E)
Đất Đồng
ĐN-04 ■ E> Ec
203.19
Mầu
Thờiphần
giannày
đo (s)
Diện
tíchphần
đỉnhmềm xác
Saiđịnh
số các hệ số a, b
Trong
ta tính £ rồi
dùng
IAEA-RGKIAEA-375
10800
15361
và c
125
86400và phần mềm xử
4372
Dùng excel
lý ta được các 72
kết quả sau đây:
BT-03 t= 2063.8 (s)
86400
10520
107
ới h=0.15cm,
định hiệu suất detector
ĐN-04 2.3.1. Xác
86400
1387 theo năng47lượng
Dưới đây là hình 4 mẫu sau khi đã xử lý:
Phông buồng
86400
Diện tích đỉnh
Sai số
Ta dùng
chìnguồn chuẩn đĩa (hình2.1)
1128
41
Quy trình thực hiện:
£
Hạ
t A(Bq)20/07/
nh
ân
07
lu9
v/
-I35cr
_I37cT
54
“C
“C
A
NH.suất
(ke
(%
ghi £
(ng
23/06/
V)
)
Mau
IAEA-RGK-l
Mau
đa
nguyên-375
ày)
08
a* A*t
2.3.1.1. Đo phổ nguồn đĩa
(%)
22679
462.
136 88
3.6
907
3
8.923
Với: N là diện tíchHộp
của2đỉnh
quan
pi năng lượng
Râyữímm
Rây 0*25mm
thực hiện:
1557
271.
656
122. Các
85. buớc133
4
11.55
tâm.
1479
137.
268 Hình
165.2-3: Các
79. dụng482
2 mẫu10.92
cụ xử lý
■a Đặt
nguồn
đĩa
vào
giáứng
để nguồn
(hình 2.1), điều chỉnh thước ở độ cao cách detector
(%)
là
hiệu
suất
phát
với
EY.
Quy trình
xử lý mẫu
1956 2.1.3.3. 109
191
661.
85.
101
3
3.010
h=0.15cm
Quy
xửđộ
lý của
mẫumẫu
đuợc
hiện
sơ đồ sau:
2045
312.
99.
475
2 theo
2.390
A964
(Bq) trình
là834.
hoạt
tạithể
thời
điểm
đo.
phổ.
rồi đặt lên
detector.
MauBT-03
Mau1ĐN-04
2232
106.
247
898.
93.gian đo
992mẫu.
2.078
t (s)
là h=0.15cm
thời
Đường cong hiệu suất ứng
với
2539■ Mở máy192
224 tắc
1173
99. nút
726
1.566
tính, bật công
cao 2-4:
thế, vặn
điều
để tăng
cao thế lên 2400V, phân cực
Hình
Các
mẫu
sauchỉnh
khi2 đóng
Đường
suất theo
năng lượng
£h(E)
2539
192
224 cong
1332hiệu 99.
644
2
1.390có dạng
dương.
H« 2232
TỊ/
2
106.
A(Bq) E
-
247
a
(%>=^Ar7*100 (2-2>
1836
N
99.
534
8
1.057
■ Mở phần mềm Maestro-32 trên máy tính, thiết lập thời gian và bắt đầu đo.
Hệ số
E<220
a
-34.66
2.2.
E>220
6.904
Lặp lại các bước như trên lần lượt với h = 0.5; 1; 2; 3; 4; 5cm.
Đo mẫu
b
15.16
-0.8936
Ta Sau
đã có
hailần
mẫu
chuẩnmột
đơnphổ,
nguyên
K (IAEA-RGK-1)
và ứng
chuẩn
(IAEAmỗi
đo chuẩn:
ta thu được
như vậy
ta thu được 7 phổ
vớiđa7 nguyên
giá trị của
h.
c
-1.548
375) 2.3.1.2. Tính hiệu suất ghi và xác định các hệ số
Hạ
TI/
A(Bq) E
a N
A
H.suất
t A(Bq)2 40K
- IAEA
(%
Ncong
đã biết hoạt độ của
cung
cấp.hiệu
Để kiểm
tra đường
hiệu suất đã xây dựng cho hệ
Hìnhdo
2-5:
Đường
cong
suất e(E)
với h=
0.15cm
(keV
Hiệu
suất
ghi
đỉnh
của
detector
)
được
tính
theo
công
thức sau:
20/07/
ghi s
nh phổ
(ng
23/06/
)
ân
ày)
hệ số của08phương trình đường cong hiệu suất:
07 nhưCác
(%)hành đo phổ và áp dụng đường
kế cũng
tính đúng đắn của phương pháp tuyệt đối, ta tiến
_IMCd' 22679 Tất cả các
462.
136
88
3.6
1392
8.2302
464.4cm. Như vậy thể tích của mẫu
mẫu đất và mẫu chuẩn được đóng ở chiều cao
cong
hiệu
là1977
5/ 1557
271.
656
122.
85.
10.2496
49
suất để tính hoạt độ của một nguyên
điển(II.
hình là 40K, sau đó so sánh với kết quả được cung
V
= tố
7ĩR2h
-I35cr
1479
137.
268
165.
79. 1) 7011
9.5334
32
_n7cT
1956
109
191
661.
85.
1457
2.6042
41
54 2045
312.
964
834.
99.
6857
2.0711
30
2232
106.
1422
1.7895
19
“C 2539
192
224
1173
99.
1073
Với h=lcm, t=3438.1 (s)
“C Bảng
2539 2-6: Hiệu192
99.lưọng9508
suất của224
detector1332
theo năng
ở độ cao h= 1 cm
2232
106.
247
1836
99.
7959
7
.6
2
Hệ số
E<210
E>210
1.3912
34
a
-35.45
6.663
b
15.55
-0.8797
c
-1.599
Hạ
t A(Bq)-
TI/
2
247
898.
A(Bq) E
-
93.
a
(%) N
1.232
31
0.9455
97
A
N
H.suất
(keV
(ng
23/06/
)
ày)
08
109 22679 Đưòng cong
462.hiệu suất
136ứng
88 vói h=2cm3.6
1171
(%)
42 6.9147
57
nh
ân
20/07/ 07
ghi s
1557
271.
656
122.
85.
1633
44 8.4619
139 1479
137.
268
165.
79.
5700
28 7.7454
137 1956
109
191
661.
85.
1165
37 2.0797
54
2045
312.
964
834.
99.
5447
26
88
2232
106.
247
898.
93.
1177
17 1.4794
60
2539
192
224
1173
99.
8743
31 1.1321
60
2539
192
224
1332
99.
7756
28 1.0042
88
2232
106.
247
1836
99.
6368
86 0.7559
Hệ số
E<210
a -34.53
hệ Số:
b Các
15.13
c
Hình 2-8: Đường cong hiệu suất e(E) với h= 2cm
6.543
-0.8951
-1.561
A(Bq)-
Hạt
E>210
1.644
TI/
2
nhân
20/07/ (ngày)
Các
Cáchệ
hệsố:
số: 07
A(Bq)Hình
E 2-7: Đường
a cong hiệu suất e(E) với h= lem
Đường
hiệu suất e(E) với h= 0.5cm
- Hình 2-6:
(%)cong
22679
23/06/
(ke
08
V)
462.
136 88
3.6
773
34
4.925
57
1557
271.
656
122.
85.
104
35
5.81
!
1479
137.
268
165.
79.
3595
23
5.26
^Cd
ls7t=3187.6
1956 (s)
109
191
661.
85.
7207
29
1.38
i h=2cm,
54 Bảng
2045
312.của detector
964 theo
834.năng lưọng
99. ở độ
344cao h=21
2-7: Hiệu suất
2 cm 1.12
88 2232
106.
247
898.
93.
743
13
1.00 H.suất
60 2539
192
224
1173
99.
563
24
0.78 ghi s
AN
60 2539
192
224
1332
99.
5004
22
0.69 (%)
88y 2232
106.
247
1836
99.
407
68
0.52
Hệ số
E<210
E>210
a
-33.04
6.148
b
11.43
-0.8959
c
-1.496
Hạt A(Bq)nhâ 20/07/ 07
n
TI/
2
(ngà
y)
A(Bq) E
-
a
(%)
(ke
V)
23/06/
08
N
A
N
H.su
ất
ghig
3.6
7155
32
(%)
3.57
122.
85.
9542
34
4.18
268
165.
79.
333
22
3.83
191
661.
85.
6625
27
1.00
312 964
834.
99.
309
20
0.79
2232
106 247
898.
93.
679
13
0.72
6ỡ
2539
192 2247
1173
99.
517
23
0.56
6U
2539
192 2247
1332
99.
460
21
0.50
88
2232
!
22679
462.
136 88
i7C
1557
271.
656
lsy
1479
137.
ls7
1956
109
M
2045
SX
Hệ số
E<210
Cáca hệ-34.96
số:
b 15.11
106 247
1836
99.
384
65
0.38
Hình 2-10: Đường cong hiệu suất s(E) vói h= 4cm
E>210
5.748
-0.8865
Hình 2-9: Đường cong hiệu suất e(E) với h= 3cm
c -1.567
Các
Hạhệ số:
TI/
A(Bq) E
a N
H.suất
t A(Bq)2
(%)
A
(keV
N
20/07/
ghi s
)
h= 5cm, t=(ng
3465.823/06/
(s)
nh Với
ân Bảng072-10: Hiệu
ày)
suất của08
detector theo năng lưọng ỏ’
(%)
độ cao h= 5 cm
22679
462.
136 88
3.6
4184
25
2.68
57 1557
271.
656
122.
85.
5474
26
3.07
1479
137.
268
165.
79.
1905
Với h= 4cm, t=3167.8 (s)
1956 2-9: Hiệu109
191
661.
Bảng
suất của detector
theo năng85.
lưọng 3816
ở độ cao h= 4 cm
54 2045
312.
964
834.
99.
1798
16
2.80
21
0.73
15
0.58
106.
247
898.
93.
3991
10
88 Y 2232
"“ Với
2539
192 (s) 224
1173
99.
3052
18
h=3cm, t=4062.7
“C Bảng
2539 2-8: Hiệu 192
224
1332
16
suất của detector
theo năng99.
lưọng 2692
ở độ cao h= 3 cm
88 Y
2232
106 247
1836
99.
226 49
0.54
_n5õr
-n7ci"
Hệ số
E<210
E>210
a
-33.59
5.408
b
14.45
-0.8803
c
-1.502
Hạ
t A(Bq)nh
ân
20/07/ 07
™ 22679
y/C 1557
139 1479
TI/
2
(ng
ày)
462.
A(Bq) E
(ke
23/06/
V)
08
136 88
0.42
0.37
0.291
H.suất
A
N ghi s
a
(% N
)
3.6
344
(%)
2.0177
25
271.
656
122.
85.
460
2.3654
25
137.
268
165.
79.
160
2.1637
17
ls,
1956
109
191
661.
85.
327
0.579
19
54
2045
312.
964
834.
99.
151
0.4533
15
88
2232
106.
247
898.
93.
352
0.4395
11
60
2539
192
224
1173
99.
259
0.3334
17
""C 2539
192
224
1332
99.
231
0.2969
15
88
106.
247
1836
99.
188
0.2219
45
2232
Hệ số
E<210
E>210
a
b
-31.64
5.36
13.47
-0.9097
c
-1.394
h
1
0.15 0.5
TI
1.48
(%)
0
Các hệ số:
1.28
7
2
3
4
5
Hình 2-11: Đường cong hiệu suất s(E) vói h= 5cm
1.02
0.68
0.49
0.36 0.281
1
3
0
5
2.3.2. Xác định sự phụ thuộc của hiệu suất theo độ cao
Đỉnh 1461 keV nằm trong vùng E> Ec= 210 keV, đường hiệu suất vùng này có dạng bậc
nhất.
Các phương trình đường cong hiệu suất theo năng lượng đã trong vùng E> Ec là:
ln(e) = 6.904 - 0.8936*ln(E) với h= 0.15(cm).
ln(e) = 6.663 - 0.8797*ln(E) với h= 0.5(cm).
ln(g) = 6.543 - 0.895 l*ln(E) với h= l(cm).
ln(g) = 6.148 - 0.8959*ln(E) với h= 2(cm).
ln(g) = 5.748 - 0.8865*ln(E) với h= 3(cm).
ln(g) = theo
5.408độ- 0.8803*ln(E)
với40K
h= 4(cm).
Bảng 2-11: Hiệu suất ghi của detector
cao đối vói đỉnh
(1461 keV)
Các thao tác tính T| bằng phần mềm [Effíciency as a function of energy] xin xem phụ lục 3.
Dùng chương trình làm khóp bình phương tối thiểu[Least squares ĩitting calculation]
như hình 2.12 để làm khóp r|E(h) với các bước như sau:
Nhấp “OK” ta được kết quả là đồ thị và các hệ số làm khớp a, b, c, d như hình 2.12
Vậy phương
trình hiệu suất ghi đỉnh
1461 keV theo
độ cao:
Tta(h) =
(0.6207+0.3054 h +
0.05568 h2
Tính
2.3.3.
vói
+1.41 * 10'4 h3) -1
mẫu
hiệu suất detector đối
khối
hình
trụ
Theo công thức
2.2, để tính hoạt độ của
40K chúng ta cần
xác định hiệu suất ghi £
đối với đỉnh E=
1461 (keV). Neu
đĩa (hoặc dạng
tính
Hình 2-12: Làm khóp bình phưong tối thiểu
nguồn điểm), thì muốn
hiệu suất ghi
Nhập hai cột giá trị:
này
thì
mẫu cần đo có dạng hình
ta
E=
sh(E)
cao đo
■ X là độ cao h (cm)
■ Y là hiệu suất ghi đỉnh năng luợng E (ở đây E= 1461 keV) ứng với các độ cao h.
chỉ cần thay
1461
vào
phương trình
Chọn dạng hàm muốn làm khóp, ở đây chọn dạng Y= y'1 và X=x. Nghĩa là phương trình r| ứng với độ
r|E(h)= (a+b h+c h2 + d h3) 1
mẫu. Nhưng
r|E(h) được làm khóp dạng nghịch đảo của hàm đa thức bậc 3 nên ở mục “Order of eq” ta
cần đo là
vì mẫu
‘3”.
mẫu khối hình trụ nên hiệu suất detector lúc này được tính bằng phương pháp lấy tích phân hiệu suất
nguồn đĩa phụ thuộc khoảng cách TỊE(h).
Nguyên lý: Phương pháp này dựa trên sự tập họp nhiều đĩa mỏng có bán kính bằng nhau thành
một hình trụ. Vì vậy hiệu suất đỉnh đối với một mẫu khối hình trụ có thể xác định bằng phương pháp
M
k
lấy tích phân của hàm hiệu suất đỉnh của nguồn đĩa phụ thuộc khoảng cách, trong đó đã tính đến hiệu
ứng tự hấp thụ của tia gamma bên trong thành phần của mẫu.
Hiệu suất nguồn đĩa chuẩn
Hiệu suất nguồn khối
Hình 2-13: Nguyên lý tính hiệu suất mẫu hình trụ
Cách tính:
4— Thanh điều chỉnh độ cao
noi = 2>
Xử lý số
liệu
n
H2
CEC£
Ge crystal
Hình 2-14: Cách tính hiệu suất
Vớisuất
gv(H,p)
là hiệu
suất đối
ghi với
đỉnhđỉnh
E của
nguyên
trụ. tính nhu
Hiệu
ghi của
detector
năng
luợngtốEquan
quantâm
tâmtrong
trongmẫu
mẫukhối
hìnhhình
trụ đuợc
H= H2 - H] là chiều cao của
mẫu.
ị x
sau:
H2
Sv(h^) = J7 Ị ' ì E ( (2.3)
là hệ số hấp thụ tuyến
tính.
qE(h) là phuơng đuờng cong hiệu suất phụ thuộc độ cao ứng với đỉnh năng luợng quan tâm, ở
đây
E=1461(keV), phương trình r|E(h) đã tìm được ở 2.3.2
Sử dụng phần mềm tính tích phân hiệu suất nguồn đĩa [Intergration of disk source
efficiency], ví
dụ muốn tính hiệu suất gv(H,p) đối với đỉnh 1461 keV trong mẫu IAEA-RGK-1 như sau:
Mầu
IAEA-RGK-1
Bình Thuận Đồng Nai
Đa
nguyên
Bảng 2-12: Hiệu
suất ghi của
detector đối vói đỉnh của 40K trong mẫu hình trụ
Integration
IAEA-of Disk Source Effjciency
s(%)
0.5694 0.5681
0.5647
0.556
Mẩu
Khối lượng
N
AN
s
Hoạt
A(Bq)
(kg)
IAE
A-
2.5.
180*
xét
10“3
riêng A/m
(Bq/kg)
12887
20.05
Sai số và nhân
152131.6 0.56952319.578
20
độ 40K trong
đã đo
IAE Bảng 2-13:
180* Kết quả
324tính
82.9hoạt
0.5682
61.941các mẫu344
A10“3
4
2.4.
Tính hoạt độ
BT186.49*
939114.6 0.5647180.411
967
40K
ĐN203.19*
25962.4 0.5560
5.053
25
Hoạt độ riêng (Bq/kg)
Mẩu
14000
1.58
2.055
1.22
Sai số
Theo
IAEA Đo bằng phương pháp
xây dựng đường cong
IAEA-
AA
độ Hoạt độ
tương
đối
(%)
hiệu suất
Hình
2-15: Tính tích phân
bằng phần mềm
12887
7.95
IAEA-375
424
344
18.87
Với CEC là bề dày lóp chết = bề dày tinh thể không hoạt động + bề dày vỏ
Sai số tương Chủ
đối Ý:
chá lớn do các nguyên nhân sau:
nhôm
CEC= 0.07 + 0.127 = 0.197 (cm)
N là diện tích đỉnh đã trừ phông buồng chì (do đo thời gian dài (24 giờ) nên phải trừ phông).
Bán kính detector R= 2.56 (cm)
Õ N = G-B
'ÕNỴ 2
ơr.
+
N
B
Cácsốhệ:
đã làm khóp ở 2.3.2
Theo công thức truyền sai
=
Ỵ
Với ƠN
- AN;
ƠG - A G; ơtì
- ABhiện giao diện như hình 2.16, tính lại hệ số hấp thụ tuyến tính
Nhấp
“Calculation”
để xuất
Suy ra sai số AN = yJ(AG)2 + (AB)2
pm=
Hoạt độ A được tính bằng công
A=
Sai số AA:
N
a*£
*t
(2.4)
AẢ = — * AN (2.5)
N
Hình 2-16: Tính hệ số hấp thụ tuyến tính bằng phần mềm
Tiến hành tương tự với 3 mẫu còn lại chú ý: một cách gần đúng xem chất nền là AI2O3 ta
được
KẾT LUẬN
Đề tài “Xác định hoạt độ của một số nguyên tố bằng phưong pháp xây dựng đường cong
hiệu
suất” sau một thời gian thực hiện đã hoàn thành các mục tiêu đề ra và được một số kết quả như
sau
1. Đã xây dựng các đường cong hiệu suất theo năng lượng, có thể áp dụng tính hiệu suất và
hoạt
độ
cho các nguyên tố phát gamma có năng lượng trong khoảng từ 80 keV đến 2 MeV theo
những
bước
sau:
■ Diện tích đỉnh 1461 keV do phông buồng chì đóng góp là khá cao (B=1128 ±41), sau khi
■ trừ
Xây dựng đường cong hiệu suất theo độ cao r|E(h) ứng với đỉnh năng lượng E bằng cách
phông
thay thì diện tích đỉnh rất thấp (N= 259 đối với mẫu ĐN- 04) không đủ thống kê.
E
vào phương trình các đường cong hiệu suất £h(E) đã xây dựng sẵn trên đây.
■ Nguồn đĩa chuẩn mượn ở viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt để xây dựng các đường cong
■ hiệu
Dùng phần mềm tính tích phân để tính hiệu suất ghi của detector đối với đỉnh năng lượng E
suất
nàyphụ thuộc năng lượng Sh(E). Tại thời điểm thực hiện đề tài thì một số nguyên tố trong
đĩa
trong mẫu hình trụ.
do chu kỷ bán rã ngắn nên hoạt độ rất yếu: 88Y có T1/2 =106.7 ngày; 139Ce có T1/2=
■ Tính hoạt độ bằng công thức (2.4).
137.6
ngày,
mộtcong
số điểm
khoảng
giữa
trên
congnăng
hiệulượng
suất nên
2. dẫn
Đãđến
xâyviệc
dựngthiếu
đường
hiệu ởsuất
theo độ
cao
ứngđường
với đỉnh
1461việc
keVlàm
của
khớp
40K,
từ
đó
đã
không
chínhđược
xác gây
số khi
toán.
xác định
hoạtrađộsairiêng
củatính
40K
trong hai mẫu chuẩn của IAEA và hai mẫu đất của
tỉnh
Bình
■ Việc hiệu chỉnh hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma trong mẫu cũng ảnh hưởng đến việc tính
Thuận và Đồng Nai.
3. Đã tính hiệu suất ghi detector ứng với đỉnh năng lượng 40K, và nhận thấy càng lên cao
hiệu
suất
detector càng giảm. So sánh với các phương pháp xác định hiệu suất đỉnh sử dụng nguồn
chuẩn
khối
khác, phương pháp tích phân hiệu suất nguồn đĩa này có những đặc trưng như sau:
■ Độ chính xác của hiệu suất đỉnh cao hơn vì tính toán hình học chính xác và các đồng vị
phóng
xạ phân bố đồng đều trong đĩa.
Tài liệu tham khảo
1. Ngô Quang Huy - Cơ sở vật ỉỷ hạt nhân - NXB Khoa học và kỹ thuật.
2. Ngô Quang Huy -An toàn bức xạ ion hóa - NXB Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
3. Châu Văn Tạo -An toàn bức xạ ion hóa - NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
4. Nguyễn Văn Đỗ - Các phương pháp phần tích hạt nhân - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
5. Hoàng Đắc Lực - Giáo trình hệ pho kế gamma.
6. Giáo trình thực tập Vật lý hạt nhân chuyên ngành năm 4, trường đại học Sư phạm Tp. Hồ
Chí Minh.
7. Nguyễn Đình Gầm, Nguyễn Minh Cảo - Giáo trình các thiết bị ghi nhận bức xạ - trường
đại
học
Khoa học tự nhiẽn Tp. Hồ chí Minh 2003.
8. Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Trọng Ngọ, Trương Ý - Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt -
Kỹ
thuật
quan trắc và phân tích phóng xạ môi trưÒTig
9. Phùng Thị cấm Tú -Xác định hoạt độ phóng xạ trong vật liệu xây dựng - Khóa luận tốt
nghiệp
Đại
học 2005 trường ĐHSP Tp. Hồ Chí Minh..
10. M. Noguchi — Gamma ray specstromertry for environmental sample, Joint VAEC —
