Khảo sát sự suy giảm của bức xạ theo độ cao của mẫu chuẩn trên hệ gamma phông thấp

ịl
bsp-r

LỜI CẢM ƠN

Lsásas I
Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, cùng sự nổ lực của bản thân, em đã nhận
TRƯỜNG
sư PHẠM
CHÍ
đuợc sự
giúp đỡ, ĐẠI
động HỌC
viên của
thầy cô, TP.HÔ
bạn bè và
giaMINH
đình.
KHOA VẬT LÝ
Em xin gửi lời cảm ơn đến:

Thầy truởng khoa, TS Thái Khắc Định, và các thầy ở phòng thí
Lư ÁNH HƯỜNG
nghiệm vật lý hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện tốt luận văn
này.

Thầy Hoàng Đức Tâm đã tận tình huớng dẫn và giúp đỡ em trong
suốt

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009
Ĩ1

—


MỞ ĐẦU

1. Đặt Vấn đề

Đồng vị phóng xạ có mặt ở khắp mọi nơi từ khi Trái Đất sinh ra, chúng có những ảnh
hưởng
nhất định đến con người. Ngay trong mỗi bộ phận cơ thể con người cũng chứa những hạt nhân
phóng
xạ. Ai cũng biết, nhờ đồng vị Cacbon phóng xạ 14c tồn tại trong xương người mới có phương
pháp

14c

để xác định tuổi người tiền sử.

Xung quanh chúng ta, đồng vị phóng xạ có trong đất đá, cây cỏ, nước, không khí... Tuy
vậy,

sự

phân bố của chúng không đều giữa nơi này và nơi khác. Vì hàm lượng phóng xạ trong môi trường
phụ
thuộc vào vị trí địa lý, kiến tạo địa chất, loại cây cỏ, tình trạng sinh sống của con người, vào cả vật

liệu
xây dựng và kiến trúc ngôi nhà ở v.v... Phổ biến nhất là đồng vị phóng xạ Kali (14K) và các hạt
nhân
trong dãy phóng xạ Urani và Thori. Riêng trong dãy phóng xạ Urani, một sản phẩm rất đáng lưu ý
là
khí phóng xạ Radon (222Rn). Khí Radon là tác nhân gây nguy cơ ung thư hàng đầu trong các chất
gây
ung thư phổi mà hiện nay thế giới đang cảnh báo. Qua phân tích trên, việc xác định hoạt độ các
chất
phóng xạ trong các mẫu môi trường là rất cần thiết. Có hai phương pháp xác định hoạt độ của


IAEA-375

Hình 1: Các đối tượng nghiên cứu.

lỉộp 2pi


2. Bố cục luận văn

Luận văn được trình bày theo ba phần chính:

♦♦♦ Phần mở đầu trình bày mục đích, đối tượng và phưoưg pháp nghiên cứu.

♦♦♦ Phần nội dung được chia làm ba chương:

Chưons 1 trình bày tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu: Nguồn gốc phóng xạ, Radon và sức khỏe
con người, các phương pháp phân tích hạt nhân và các tương tác của tia gamma với vật chất.

Chương 1. TỎNG QUAN CÁC VẤN ĐÈ CÀN NGHIÊN cứu

1.1. Nguồn gốc phóng xạ

Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại gồm nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng
xạ
nhân tạo. Nguồn phóng xạ nhân tạo do người chế tạo ra bằng cách chiếu các chất trong các lò
phản

ứng

hạt nhân hay máy gia tốc. Nguồn phóng xạ tự nhiên là các đồng vị phóng xạ có mặt ở khắp mọi
nơi
trong môi trường sống như đất, nước và không khí.

1.1.1.1. Các nhân phóng xạ nguyên thủy

Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất gồm các họ phóng xạ Uranium, Thorium và các hạt
nhân
phóng xạ nhẹ khác như 40K, 87Rb,....Đến nay người ta biết ba họ phóng xạ tự nhiên là họ
Thorium
(232Th), Uranium (238U), và Actinium (235U). Tất cả các thành viên của các họ này, trừ thành
viên

cuối

cùng, đều là các đồng vị phóng xạ.

Ưranium gồm ba đồng vị khác nhau: khoảng 99,3% là 238u, khoảng 0,7% là 235u và

khoảng
5.10'3 là 234u. 238ư và 234u thuộc cùng một họ gọi là họ Uranium, còn 235u là thành viên đầu
tiên

của

một họ khác, gọi là họ Actinium. 232Th là thành viên đầut iẽn của họ Thorium. Họ phóng xạ thứ
tu
họ phóng xạ nhân tạo, được gọi là họ Neptunium (237Np).

là


xạ nhân tạo neptunium không có thành viên khí phóng xạ. Trong ba loại khí phóng xạ thì Radon đóng
vai trò quan trọng nhất vì nó có thời gian bán rã 3,825 ngày lớn hơn nhiều so với thời gian bán rã
của
thoron (52s) và actinon(3,92s).


Hình 3: Họ phóng xạ Uranium (4n+2)


ân

Thời

Nguồn gốc
gian

Hoạt

độ

tự

vào khoảng 4,8.10nMBq(13MCi) và trong đại dương vào khoảng 9.1012MBq( 240MCĨ). Việc thử
nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể lượng 14c. Tất cả các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân
12,3 y
Các tương tác vũ trụ với N hay1,2.10‘3
0,
cho
đến
tóekhoảng
từ cácl,1.10nMBq(3MCi).
tia vũ trụ, Bq/kgCarbon phóng xạ tồn tại trong khí
năm 1960 đã thải phản
ra khí ứng
quyển
quyển
dưới dạng khí C02, do đó chúng được các con vật hít vào và cây cối hấp thụ trong quá trình quang
họp.
Vì chỉ có các thực vật còn sống mới hấp thụ 14c cùng với carbon không phóng xạ nên có thể xác
định
tuổi thực vật bằng cách đo hoạt độ riêng của carbon hiện tại. Đồng thời đánh giá được tuổi mẫu
khảo
cổ vật liệu hữu cơ theo các số liệu đo hoạt độ riêng 14c của chúng. [2]
1.1.1.2.

Các nhân phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ

Bàng 1: Các nhân phóng xạ bắt nguồn từ vũ trụ

❖ Bức xạ vũ trụ:
Trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ khác , ví dụ như 40K rất phổ biến
trong
môi
Bức
xạ
vũ
trụ
được
chia
làm
hai
loại
là
bức
xạ
sơ
cấp
và
bức
xạ
thứ
cấp.
Bức
xạ
vũ
trụ
sơ

cấp
trường ( hàm lượng potassium trung bình trong đất đá là 27g/kg và trong đại dương khoảng
được
380mg/lít),
tạo nên bởi những hạt năng lượng cực kỳ cao (khoảng 1018 eV) và chủ yếu là các proton cùng với
trong thực vật, động vật và cơ thể người ( hàm lượng potassium trung bình trong cơ thể người là
một
khoảng l,7g/kg).
số hạt khác có năng lượng lớn hơn. Phần lớn các tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời còn


Những phản ứng này làm sinh ra các bức xạ năng lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành các photon
ánh sáng, các electron và các hạt muyon rơi xuống mặt Trái Đất.

Lớp khí quyển và từ trường Trái Đất có tác dụng như một lóp vỏ bọc che chắn các tia vũ trụ.
Như
vậy liều bức xạ con người nhận được sẽ phụ thuộc vào độ cao mà người đó đang ở.

Từ bức xạ vũ trụ, hàng năm con người có thể nhận một liều cỡ 0,27 mSv và con số này sẽ tăng
lên
gấp đôi cứ một lần tăng độ cao lên 2.000m

Suất liều điển hình của bức xạ vũ trụ: 0,04 juGy/h trên bề mặt Trái Đất; 0,2 /.iGy/h ở độ cao
5.000m; 3 /LiGylh ở độ cao 20.000m. [2]
1.1.2. Nguồn phóng xạ nhân tạo

Chỉ chiếm một lượng rất nhỏ so với lượng phóng xạ tự nhiên . Tuy nhiên, một phần lượng
phóng xạ này đã bị phát tán vào trong môi trường của thế giới chúng ta. Một số chất đã được thải
vào
khí quyển do các vụ thử vũ khí hạt nhân và phần nhỏ hơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân.

Vũ khí hạt nhân

1.1.2.1.

Năng lượng từ vụ nổ vũ khí hạt nhân thoát ra ở bốn loại sau đây:

•

•

Áp lực - 40-60% tổng năng lượng.

Điện
nhân

hạt


Điện hạt nhân đã có lịch sử 50 năm, đóng góp to lớn cho sự phát triển kinh tế - xã hội của
nhiều
quốc gia.

Theo thống kê của Cơ quan Năng luợng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), vào cuối năm 2002,
toàn
thế giới có 441 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động. Những nhà máy này cung cấp 16% tổng
sản
luợng điện toàn cầu năm 2002, hay 2.574 tỷ kWh.

Giai đoạn khởi đầu, khi công nghệ chua đuợc thuơng mại hoá thì điện lần đầu tiên đuợc
sản

xuất bằng năng luợng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 tại lò thử nghiệm EBR-1 của Mỹ và thắp
sáng
đuợc bốn bóng đèn

Từ đầu thế kỷ XXI tới nay, khi an ninh năng luợng có ý nghĩa quyết định và công nghệ
điện

hạt

nhân ngày càng đuợc nâng cao thì xu huớng phát triển điện hạt nhân đã có những thay đổi tích
cực.
Tầm nhìn 2020 của Mỹ về phát triển điện hạt nhân đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy điện
hạt
nhân hiện có. Anh quay trở lại phát triển điện hạt nhân do thiếu hụt năng luợng, trong khi
Indonesia

đã

lập dự án khả thi và dự kiến sẽ đua tổ máy điện hạt nhân đầu tiẽn vào vận hành năm 2015. Trên
toàn
thế giới, dự kiến trong thập niên tới sẽ tăng khoảng 100 lò phản ứng năng luợng, các lò này hoặc
đang
xây hoặc đã đua vào kế hoạch xây dựng. Khoảng 200 lò khác đang xem xét đua vào kế hoạch xây
dựng trong 20-30 năm tới.[8]

1.1.2.2.

nhân

Tai nạn hạt

Ngành vật lý hạt nhân đã xảy ra nhiều tai nạn hạt nhân lớn nhỏ khác nhau, như: Pakistan
vừa
hứng chịu vụ tai nạn chết nguời đầu tiên tại các cơ sở hạt nhân, khi xảy ra rò rỉ khí gas tại nhà
máy
nước nặng Khushab ở tỉnh Punjab, khiến hai người thiệt mạng, ủy ban năng lượng nguyên tử
Pakistan
khẳng định, tình hình tại nhà máy Khushab đã được kiểm soát và không có mối đe dọa nào đối
với
cuộc sống của cộng đồng. Đây là tai nạn chết người đầu tiên tại một cơ sở hạt nhân của nước này.

Thảm họa nguyên tử Chemobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện
nguyên
tử Chemobyl bị nổ. Đây được coi là vụ tai nạn hạt nhân trầm trọng nhất trong lịch sử năng lượng
hạt
nhân. Do không có tường chắn, đám mây bụi phóng xạ tung lên từ nhà máy lan rộng ra. Thảm hoạ
này
phát ra lượng phóng xạ lớn gấp bốn trăm lần so với quả bom nguyên tử được ném xuống
Hiroshima.
Ước tính cỡ 56 người chết ngay lập tức; 47 công nhân và 9 trẻ em vì ung thư tuyến giáp, và ước
tính
rằng có khoảng 9.000 người, trong số gần 6.6 triệu, cuối cùng sẽ chết vì một loại bệnh ung thư
nào
đó. [7]
1.2. Radon và sức khỏe con người

Radon là một loại khí có tính phóng xạ tự nhiên. Radon-222 của chuỗi Uranium-238,
Radon220 của chuỗi Thorium-232 và Radon-119 của chuỗi Uranium-235, thường được gọi là các Radon
và

các Thoron. Trong đó, mức độ nguy hiểm của Radon-222 là rất cao do chu kỳ bán hủy bởi phân rã
phóng xạ là 3,5 ngày. Radon, có tính trơ hoá học, không liên kết với các nguyên tử vật chất chủ
của

nó,


Việc đánh giá nguy cơ ảnh hưởng sức khoẻ phần lớn dựa trên bằng chứng về tỷ lệ mắc phải
ung
thư phổi trong số các công nhân mỏ Uranium trong quá khứ.

Các mỏ hiện đại được thông khí tốt để giữ cho nồng độ Radon thấp, nhưng những thời kỳ
trước
đây, các công nhân mỏ Uranium đã nhận những liều phóng xạ rất cao từ Radon mà họ đã hít vào.
Dựa
trên bằng chứng đó, các hệ số rủi ro được ước tính. Ngoài trời, nồng độ Radon thường vào khoảng
10
Bq/ m3. Trong nhà, nồng độ Radon có thể từ 20 đến 10.000 Bq/ m3, hoặc nhiều hơn nữa.

Hiện nay, Việt Nam chưa khuyến cáo mức nồng độ Radon trong nhà bao nhiêu là mức can
thiệp.
Nhung, nhiều nước đã khuyến cáo rằng, nồng độ Radon trung bình hằng năm trong một ngôi nhà
không nên vượt quá 200 Bq/ m3 (mức can thiệp).

Theo Luật môi trường của Mỹ, mức cho phép khí Radon trong nhà ở là <4pCi/lnăm, tương
đương 0,148 Bq/năm, hay 148 Bq/mVnăm. Theo tiêu chuẩn an toàn bức xạ của Cơ quan Năng
lượng
Nguyên tử Quốc tế (IAEA), nồng độ khí Radon trong nhà ở của dân chúng không được vượt quá
dải

từ

200 đến 600 Bq/m3/năm, nghĩa là từ 0,6 đến 1,7 Bq/m3/ngày.[9]
1.3. Các phương pháp phân tích hạt nhân

Hiện nay có khá nhiều phương pháp phân tích hạt nhân. Mỗi phương pháp có khả năng đáp
ứng
được những yêu cầu khác nhau. Sau đây là một số phương pháp như phương pháp phân tích kích
hoạt
(neutron, photon...), phương pháp đo phổ alpha, bêta, phương pháp đo phổ gamma phông thấp,
phương pháp phân tích huỳnh quang tia X, phương pháp phân tích Urani...


của mẫu. Sự phát hiện đồng thời nhiều chất phát tia gamma trong mẫu được thực hiện bằng một
detector bán dẫn germanium được che chắn có độ phân giải cao nối với một máy phân tích đa
kênh
(MCA) bao gồm tối thiểu 4096 kênh và một hệ thống ghi nhận và kết xuất dữ liệu liên quan. Việc
xử
lý tự động số liệu phổ ghi nhận được có thể được điều khiển một cách thuận lợi bằng một hệ thống
máy tính với một phần mềm được chọn lọc và là một phương tiện tiện lợi trong việc xử lý số liệu.
Phương pháp này có thể được áp dụng cho phần lớn các mẫu sinh học và môi trường như là
(không

khí,

nước, đất, trầm tích, rau , cỏ khô,...) và đặc biệt là các thực phẩm về rau cải và các mẫu có nguồn
gốc
động vật. Phương pháp này là phù họp để theo dõi và giám sát họat độ phóng xạ bắt nguồn từ sự
họat
động của các nhà máy hạt nhân, việc thử các vũ khí hạt nhân và việc thải từ các tai nạn hạt nhân.

1.4. Tương tác của tia gamma vói vật chất

Tương tác của lượng tử gamma với vật chất không gây hiện tượng ion hóa trực tiếp như hạt
tích
điện . Tuy nhiên, khi gamma tương tác với nguyên tử nó làm bứt electron quỹ đạo ra khỏi nguyên
tử
hay sinh ra các cặp electron-positron, rồi các electron này gây ion hóa môi trường. Có ba dạng
tương
tác cơ bản của gamma với nguyên tử là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp.
1.4.1. Hiệu ứng quang điện

Lượng tử y va chạm không đàn hồi với nguyên tử và trao toàn bộ năng lượng của mình cho
electron liên kết của nguyên tử. Một phần năng lượng này giúp electron thắng lực liên kết, phần
còn
trở thành động năng của electron.
Theo định luật bảo toàn năng lượng:

lại


phụ thuộc vào năng lượng của lượng tử Ỵ và loại nguyên tử. Cụ thể là tiết diện hấp thụ tỷ lệ với
z5,
nghĩa là nó tăng rất nhanh đối với các nguyên tố nặng. Neu năng lượng của bức xạ Ỵ tới chỉ lớn
hơn
năng lượng liên kết của e~ thì tiết diện hấp \hụơf{E) tỷ lệ với 1/ E3’5, nghĩa là nó giảm rất nhanh
khi
tăng năng lượng. Khi năng lượng bức xạ Ỵ tới lớn hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết,

a)

b)

Hình 5: a. Hiệu ứng quang điện - b. Tiết diện hiệu ứng quang điện phụ thuộc năng lượng gamma
E.

Trong khoảng năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử, tiết diện hấp thụ ơ f ( E )
rất

lớn

hơn so với tiết diện của các quá trình khác. Khi tăng năng lượng, tiết diện hấp thụ ơ f { E ) giảm
mạnh,
vì khi đó electron trong nguyên tử được xem như electron tự do. Ví dụ, với AI ta có:

ơf

«

6.10-18

ơ f » 6.10-25 em2 ở E=0,1 Mev.

em2

ở

E=1

keV.

lượng của lượng tử Ỵ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của electron trong nguyên tử nên
electron được xem là electron tự do. Photon tán xạ có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của photon tới

hv = hv+\w\ +Te

trong đó Te là động năng của electron bắn ra

b)

Liên quan giữa động năng của photon tán xạ và góc tán xạ cho bởi hệ thức:

1 H—— 2 (l — cos ớ)
mữc

Với /ỉV năng lượng của lượng tử Ỵ tán xạ.

hv năng lượng của lượng tử Y ban đầu.

mữc2 là khối lượng nghỉ của electron (=0,511 Mev).


1.4.3. Hiệu ứng tạo cặp

Trong quá trình này photon biến thành một cặp electron- positron. Cặp e~ ,e+ sinh ra trong
trường điện từ của nhân và năng lượng của nó truyền hết cho cặp e~,e+ và nhân giật lùi. Do khối
lượng

Hình 7: Hiệu ứng sinh cặp electron-positron

Theo định luật bảo toàn điện tích thì tổng điện tích các hạt tạo thành phải bằng 0 vì photon
không có điện tích. Quá trình tạo cặp ẽ,e+ xảy ra chủ yếu gần trường Coulomb của hạt nhân, hạt
nhân
này cũng hấp thụ một phần xung lượng của photon ban đầu. Tiết diện hiệu dụng tỉ lệ với z2, nghĩa
là
hiệu ứng xảy ra chủ yếu đối với các nguyên tố nặng (Z lớn). Các positron được tạo ra cuối cùng
cũng
sẽ lại biến mất do bị hủy cặp với electron của nguyên tử: ẽ + e+ ->• 2Y

Quá trình tạo cặp đóng vai trò quan trọng đối với các photon năng lượng từ khoảng 5Mev trở
lên. [4]


Trong quá trình tán xạ Compton, photon tới chỉ mất một phần năng lượng, phần còn lại
chuyển
thành năng lượng của photon tán xạ. Sự phân bố giữa hai phần này tùy thuộc vào góc tán xạ. Do
đó
trên phổ xuất hiện nền liên tục (nền Compton) trải dài từ giá trị E trở xuống. Tia ỵ sau khi tán xạ
lần

đầu có thể tiếp tục bị tán xạ nhiều lần, cuối cùng bị hấp thụ hoàn toàn trong detector do hiệu ứng quang
điện. Quá trình tán xạ Compton nhiều lần này cũng đóng góp vào đỉnh hấp thụ toàn phần, mức độ
đóng
góp tùy thuộc vào thể tích detector.

Hiệu ứng tạo cặp dẫn đến sự hình thành hai lượng tử Y năng lượng 0,51 lMev. Tùy theo trường
họp
cả hai lượng tử này bị hấp thụ hoặc một hoặc cả hai lượng tử này bay ra khỏi detector mà ta thấy
xuất

Chương 2. THựC NGHIỆM

2.1. Giói thiệu về hệ phổ kế Gamma

2.1.1. Các loại detector thường dùng cho phổ kế Gamma

Đe ghi phổ gamma hiện nay ta thường dùng hai loại detector:
• Detector nhấp nháy với tinh thể Nai (Tl).

Nắp buồng chì (3 tấm )
di đông đươc
Thân buồng chì (11 tấm )
thiếc

Nitơ lỏng

2.1.1.1.

(Tl)

Bao gồm:

Tiền khuếch đai
VI
Khuếch đai tín hiệu Máylính
Cao thé 2400V
I:
Máy phân tích đa kênh

Detector nhấp nháy vói tinh thể Nai


- Tinh thể nhấp nháy bằng chất Nai cỏ pha thêm hoat chất hỏa TI : 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 Nai, có tỉ trọng 3,67g/cm3 chiết suất 1,85 hiệu suất gần 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.

- Ổng nhân quang điên : bao gồm photocatot, một anot và một hệ các điện cực trung gian

gọi

là

đynot. Một điện áp cao được đặt giữa catot va anot, các đynot được cung cấp một phần điện áp
cao

bởi

một bộ chia thế.

Tia sáng phát ra từ tinh thể 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 đynot 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). Ket quả là sau khi đập vào n đynot chùm electron được tăng lên M lần.
M=(aV)n , M gọi là hệ số nhân của ống nhân quang điện. [4]
2.1.1.2.

Detector bán dẫn Germanium siêu tinh khiết

Để ghi phổ gamma với chất lượng cao hiện nay ta thường dùng detector bán dẫn làm bằng
Ge
siêu tinh khiết.


b. Detector HPGe loai n kiểu đồng truc. Khi sử dụng 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 họp cho các

phép
đo hoạt độ nhỏ. Độ phân giải năng lượng có kém đôi chút do đặc điểm cấu tạo.

d. Detector phẳng (plana): Có độ phân giải tốt nhưng hiệu suất giảm nhanh ở năng lượng

cao
nên chỉ thích hợp để đo ở vùng năng lượng thấp.

2.1.2. Các đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế gamma

Hình 9: Định nghĩa độ phân giải detector. Đối với những đỉnh có dạng Gauss, độ lệch tiêu chuẩn ơ thì
FWHM là 2,35cr

Detector nhấp nháy dùng trong việc đo phổ 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


babs ~ sô bức xạ được phát ra bỡi nguôn

&

Hình 10: Hàm đáp ứng đối với những detector có độ phân giải tương đối tốt và độ phân giải tương đối
xấu
2.1.2.2.

Hiệu suất ghi

Hiệu suất của detector thể hiện ở số xung ghi được khi có một lượng bức xạ vào cho trước.
Đối
với những bức xạ không mang điện như gamma hoặc neutron thì khi vào detector chúng phải qua
nhiều quá trình tương tác thứ cấp trước khi có thể được ghi nhận. Bởi vì những bức xạ này có thể
truyền qua khoảng cách lớn giữa những lần tương tác và như thế chúng có thể thoát ra khỏi vùng

❖ Hiệu suất tuyệt đối (absolute effect)
Hiệu suất tuyệt đối phụ thuộc không chỉ vào tính chất của detector mà còn phụ thuộc vào hình
học

__
số xung được ghi nhận
đếm như khoảng cách từ nguồn đến detector


♦> Hiệu suất nội (intrinsic effect)
_ số xung được ghi nhận
ũ11 — sò bức xạ tới
detector

Hiệu suất nội không chứa góc khối nhìn detector nhu trong hiệu suất tuyệt đối. Hiệu suất nội
tiện
lợi hơn hiệu suất tuyệt đối vì hiệu suất nội gần như không phụ thuộc vào yếu tố hình học giữa
detector
và nguồn, nó chỉ phụ thuộc vào vật liệu detector, năng lượng bức xạ tới và bề dày vật lý của
detector
theo chiều bức xạ tới.

Hiệu suất đếm được phân loại theo bản chất của bức xạ được ghi nhận. Neu chúng ta ghi
nhận

tất cả xung từ detector khi đó cần phải sử dụng hiệu suất tổng (total effíciency). Trong trường họp
này
tất 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 bày trong hình 10.

Trong đó diện tích toàn phần dưới đỉnh phổ là tổng tất cả các xung không để ý đến biên độ
^ peak
p


Dỉuh uẩug
lượng
' dẩy diỉ
(1'till-cncrgy

H

2.1.2.3.

Tỉ số Peak/ Compton (P/C)

Tỉ số này cho ta đánh giá khả năng của detector có thể phân biệt được các đỉnh yếu, năng
lượng
thấp nằm trên nền Compton của các đỉnh năng lượng cao. Đó là tỉ số giữa chiều cao của đỉnh hấp
thụ
toàn phần (peak) với chiều cao của nền Compton tương ứng (thường lấy ở”rìa” Compton). Tỉ số
này

2.2. Hệ phổ kế Gamma của PTN trường ĐHSP TP.HỒ Chí Minh

2.2.1. Cấu tạo.

Một hệ thống phổ kế gamma tích phân hoàn toàn để xác định định tính và định lượng các
vật
chất phát tia gamma. Hệ thống này gồm một detector Germanium độ tinh khiết cao (HPGe),
buồng

chì,

hệ phân tích đa kênh (MCA). Tín hiệu điện từ detector được khuếch đại so 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


8u

(trong KeV) tại
độ cao
nửa xạ
củacócực
(FWHM)
đỉnhche
năng
lượng
của đỉnh
1.33 MeV
củahạn.

Co-60
- Các
chấtmột
phóng
sẵnđại
trong
buồng chì
chắn
detector
như 210Pb
chẳng
Do
-có giá trị là 1.8 keV. Tỉ số Đỉnh - Compton của detector là lớn hơn 46:1. Tỉ số đỉnh - Compton
đó
được
buồng chì phải đuợc chế tạo từ Pb đặc biệt “sạch” và có thêm các lóp kim loại như Cu, Cd để
xác định như là tỉ số đếm trong kênh đỉnh phổ cao nhất trên số đếm của một kênh điển hình các
chỉ
ngăn
trựctia
tiếp phát ra
bênX do chì phát ra trong hiệu ứng quang điện.
các tiadưới
bờ củapháp
Compton
phối hợp
tríchpháp
ra đối với đỉnh photon tia gamma 1.33 MeV của gamma
b. Phương
giảm phông:

cóvà
ba được
phương
năng nguồn
lượng
cường

độ

(10,5%);

- Sử dụng vật liệu sạch phóng xạ trong cấu trúc detector.

có
và

như: 109,2 keV(15%); 143,8 keV
163,4 keV (4,7%); 185,72 keV (54%);

194,91

keV(0,59%); 202,1 keV(l,0%) và 205,3

keV(4,7%).

Trong số cac tia gamma được liệt kê thì

hai tia năng

lượng 143,8 keV và 185,72 keV có

Đối với đồng vị 40K, việc phân tích tương đối đơn giản vì nó phát ra tia gamma đơn năng
1461

Đồng vị 232Th 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 232Th. Trong chuỗi phân rã của Thorium
có

một

trong
buồng
số2.2.2.
đồng Phông
vị đạt cân
bằng
với chì
232Th và phát ra các tia gamma năng lượng thích họp dùng để đo
232Th.

Hai

đồng vịMột
thường
được
dụng

là 212Pb
(238với
keV,
42,6%)
208T1
583,2
84,5%).
trong
cácsử
vấn
đề đó
quan
trọng đối
một
hệ đovà
bức
xạ là( vấn
đềkeV,
phông
và phương
pháp
giảm phông,
đặcnguyên
biệt khi
các nguồn
bức xạ
có hoạt
bé.đặc
Phông
đo việc

địnhphân
kỳ đểtích
đánh
giá
Urani là
tốđo
phóng
xạ tự nhiên
được
quanđộ
tâm
biệt.được
Nhưng
Urani
độ
gặp
sạch
phóng
xạ Do
vàđặcổn
địnhUrani
củalà có
phổ
phông
gamma
bên
trongvớibuồng
rất nhiều
khó khăn.
thù của

thể cân
bằng hoặc
không
cân bằng
các đồngchì.
vị
a. Phông gamma gây bởi các nguyên nhân khác nhau như:
con