Bài tiểu luận Hệ đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG



BÁO CÁO
MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Đề tài: Hệ đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
GVHD:

TS.Nguyễn Hoàng Nam

Sinh viên thực hiện :

Ngô Trí Dũng
Nguyễn Xuân Hoàng
Nguyễn Đình Công
Lê Văn Được

MSSV 20130659
MSSV 20131631
MSSV 21030452
MSSV 20130971


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Hà Nội, tháng 11 năm 2015
Lời nói đầu
Thế giới chúng ta đang sống chứa nhiều chất phóng xạ và điều này đã xảy
ra từ khi hình thành trái đất. Con người đã phát hiện 60 hạt nhân phóng xạ và

các hạt nhân này không ngừng phân rã và tương tác với nhau đồng thời phát ra
các bức xạ α,β,γ. Một phần chất phóng xạ trên đã phát tán vào môi trường: đất,
không khí, nước… gây ảnh hưởng đến cuộc sống nhân loại.
Vì vậy ghi đo bức xạ là một trong những yếu tố quan trọng nhất của vật lý
hạt nhân thực nghiệm. Từ các lĩnh vực cơ bản như nghiên cứu số liệu và cấu
trúc hạt nhân đến các nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp,
sinh học, địa chất, y tế, môi trường…đều rất cần thiết.
Trong quá trình học môn Kỹ Thuật Đo Lường, chúng em có tìm hiểu về
đề tài “Máy ghi đo phóng xạ MPC 2000 -DP ” và nhận được sự hướng dẫn
nhiệt tình của TS. Nguyễn Hoàng Nam, đã giúp chúng em hoàn thành bản báo
cáo.
Máy đo alpha-beta phông thấp MPC 2000 DP được sử dụng trong các
phép đo hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân phát xạ alpha, beta, đặc biệt là
hoạt độ thấp, phục vụ nghiên cứu vật lý hạt nhân, đo đạc, phân tích môi
trường, kiểm soát an toàn phóng xạ,...
Mục đích của bài báo cáo sử dụng nhằm cung cấp các thông tin cơ bản,
cần thiết trong việc đặt các chế độ đo và vận hành thiết bị.
Sau đây là nội dung chính của bản báo cáo :
 Tổng quan về phóng xạ.
 Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphur ZnS
 Máy đo Anpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP.
Dù đã cố gắng tìm hiểu, nhưng do kiến thức chuyên ngành còn thiếu sốt
và kinh nghiệm thực tế chưa có, nên trong quá trình thực hiện còn nhiều thiếu
sót. Rất mong nhận được sự nhận xét của thầy, để bản báo cáo được hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy!

Nhóm 8

2

Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

MỤC LỤC

Lời nói đầu ........................................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ ................................................................................. 6
1.1. Phóng xạ, tia phóng xạ ........................................................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm ........................................................................................................................ 6
1.1.2. Nguồn gốc và phân loại .................................................................................................. 6
1.1.3. Các loại tia phóng xạ....................................................................................................... 7
1.2. Tổng quan ghi đo phóng xạ ................................................................................................... 9
1.3. Các đại lượng phóng xạ ......................................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN NHẤP NHÁY DUAL PHOSPHOR ZnS ........................................... 11
2.1.Detector(Cảm biến)............................................................................................................... 11
2.2 Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphor ZnS ............................................................................. 11
2.3. Nguyên lý làm việc của Cảm biến Nhấp Nháy .................................................................... 13
2.3.1. Nguyên lý chung ........................................................................................................... 13
2.3.2 Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy ............................................... 15
2.3.3 Hình thành xung............................................................................................................. 16
CHƯƠNG 3. MÁY ĐO ANPHA BETA PHÔNG THẤP MPC 2000-DP ..................................... 18
3.1. Cấu hình thiết bị ................................................................................................................... 18
3.1.1. Cấu hình chung của thiết bị........................................................................................... 18
3.2. Quy trình sử dụng................................................................................................................. 20
3.2.1. Đặt mẫu ......................................................................................................................... 20
3.2.2. Bảng điều khiển ............................................................................................................ 21
3.2.3. Ghi đo bức xạ ................................................................................................................ 21
3.2.4. Quy trình cài đặt (chỉnh sửa) một routine ..................................................................... 23

3.2.5. Quy trình đo .................................................................................................................. 25
KẾT LUẬN..................................................................................................................................... 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 28

Nhóm 8

3


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Nhóm 8

4


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng phương trình phân rã của các đồng vị phóng xạ phát xạ ra hạt alpha, beta .............. 7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sự phát xạ của chất phóng xạ trong môi trường có từ trường ........................................... 7
Hình 1.2 Khả năng đâm xuyên của các bức xạ trong môi trường .................................................... 8
Hình 2.1 Mô hình Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphor ZnS ......................................................... 13
Hình 2.2. Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng cảm biến nhấp nháy ....................... 14
Hình 2.3 Cấu tạo bộ nhân quang điện ............................................................................................ 14
Hình 2.4: Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy ............................................... 15
Hình 3.1. Hệ đo alpha beta phông thấp MPC-2000DP, Mỹ ............................................................ 20
Hình 3.2. Ngăn chứa mẫu ............................................................................................................... 20
Hình 3.3. Bảng điều khiển .............................................................................................................. 21

Hình 3.5. Menu chương trình .......................................................................................................... 22
Hình 3.6. Tiện ích đặt tên mẫu đo ................................................................................................... 22
Hình 3.7. Định nghĩa Rountine đang sử dụng ................................................................................. 23
Hình 3.8 Màn hình sau khi nhấn [PRGM] ..................................................................................... 23
Hình 3.9 Màn hình hiển thị sau khi bấm công tắc nguồn ............................................................... 25
Hình 3.10 Màn hình hiển thị số đếm đã ghi ................................................................................... 26

Nhóm 8

5


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ

1.1. Phóng xạ, tia phóng xạ
1.1.1. Khái niệm
Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi
và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các
nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử
không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tố hóa học chỉ gồm các
đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng xạ.các tia
phóng xạ có từ tự nhiên có thể bị chặn bởi các tầng khí quyển của Trái Đất.
Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt :
 Mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm
electron (phóng xạ beta).
 Không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh
sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều).
Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự

phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân.
1.1.2. Nguồn gốc và phân loại
Các nguồn bức xạ bao gồm các nguồn phóng xạ và các thiết bị bức xạ.
 Các nguồn phóng xạ là các chất phát các hạt bức xạ như Alpha, Beta,
Gamma và neutron.
 Các thiết bị bức xạ gồm các lò phản ứng hạt nhân. Máy gia tốc hạt tích
điện, máy phát neutron,…
Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại :
 Nguồn phóng xạ tự nhiên :
- Tia vũ trụ.
- Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất.
 Nguồn phóng xạ nhân tạo: được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân
hay các máy gia tốc hạt tích điện.
Nhóm 8

6


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
1.1.3. Các loại tia phóng xạ
Các tia phóng xạ được phát ra trong những phản ứng hạt nhân, khi đồng vị
không bền chuyển thành các đồng vị bền hơn, hoặc trong những phản ứng phân
hạch và nhiệt hạch. Sau đây là một số nguồn phóng xạ alpha, beta thường gặp.
Bảng 1.1. Bảng phương trình phân rã của các đồng vị phóng xạ phát xạ ra
hạt alpha, beta

Hình 1.1 Sự phát xạ của chất phóng xạ trong môi trường có từ trường

Nhóm 8

7


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Bức xạ Alpha
 Là các dòng hạt nhân của nguyển tử 2He4 mang điện tích dương.
 Bức xạ Alpha được phát ra trong quá trình phân rã của các đồng vị nặng
như Uran, Radi, Radon và Plutoni … với vận tốc khoảng 2×107m/s.
 Có khả năng ion hóa chất khí và mất dần năng lượng.
 Trên Trái Đất, bức xạ Alpha không truyền đi được xa, khả năng đâm
xuyên yếu và bị cản lại toàn bộ bởi một tờ giấy. Nhưng rất nguy hiểm khi để
bức xạ Alpha xâm nhập vào bên trong cơ thể người.
Bức xạ Beta
 Bức xạ Beta bao gồm hạt Beta + (positron) và Beta – (điện tử).
 Tia Beta được phát ra từ một số vật liệu phóng xạ , chẳng hạn như Triti,
Cacbon-14, photpho-32 và Stronti-90.
 Vận tốc của các hạt Beta gần bằng vận tốc ánh sáng.
 Ion hóa chất khí yếu hơn tia Alpha.
 Khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia Alpha, có thể đi xa trong không khí,
nhưng có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, kính hay quần áo bình thường.
 Nó có thể làm tổn tương lớp da bảo vệ, nếu các bức xạ Beta phát ra trong
cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong làm tổn thương các mô tế bào.
Bức xa Gamma
 Bức xạ gamma là sóng điện từ, có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt photon
năng lượng cao, khi va chạm với vật chất thì cường độ của nó cũng giảm dần
 Tia gamma được tạo ra do sự tự phân rã của chất phóng xạ, chẳng hạn
như Cobalt-60 và Xedi-137.
 Không bị lệch trong điện, từ trường.
 Khả năng đâm xuyên rất lớn, nên phải dùng tấm chắn được làm bằng các
vật liệu như chì, bê tông dày.

 Nó cũng gây hại lớn đến da và các tế bào của cơ thể người nếu tiếp xúc
với nó.

Hình 1.2 Khả năng đâm xuyên của các bức xạ trong môi trường

Nhóm 8

8


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Bức xạ Neutron
 Hạt Neutron được giải phóng sau phản ứng phân hạch hạt nhân Uranium
hoặc Plutronium, bản thân nó không phải là bức xạ ion hóa, nhưng nếu va chạm
với các hạt nhân khác, nó có thể kịch hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma
hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hóa.
 Neutron có sức xuyên mạnh hơn tia gamma. Chỉ có thể bị ngăn cản bởi
tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn Paraphin.
 Bức xạ Neutron chỉ tồn tại trong trong lò phản ứng hạt nhân và các nhiên
liệu hạt nhân.
Tia X
 Tia X là dạng năng lượng sóng điện từ.
 Tia X được con người tạo ra trong một ống Rơngen mà bản thân nó
không có tính phóng xạ.
 Tia X bao gồm một hỗn hợp của các bước sóng khác nhau.
Do đã biết được đặc điểm, tính chất và sự nguy hại đến sức khỏe con
người của các loại bức xạ, nên việc tránh tiếp xúc với nó là vấn đề vô cùng quan
trọng và thiết yếu. Nên tiếp theo sẽ là tổng quan về ghi đo đạc bức xạ trong môi
trường để ta có thể tránh tiếp xúc với chúng nhiều.

1.2. Tổng quan ghi đo phóng xạ
Trong đo ghi bức xạ, thành phần cơ bản và quan trọng nhất của thiết bị đo
là các cảm biến. Đây là thiết bị biến đổi tín hiệu cần đo thành các tín hiệu điện
để các thiết bị điện tử có thể ghi nhận và phân tích. Mỗi loại bức xạ khác nhau
có các cơ chế tương tác với vật chất đặc trưng riêng biệt, do đó để ghi nhận
được chúng cần có các loại detector khác nhau như: detector chứa khí, detector
nhấp nháy, detector bán dẫn.

1.3. Các đại lượng phóng xạ
Becquerel (Bq) (Đơn vị này mang tên nhà khoa học được giải Nobel
Henri Becquerel).
Theo Hệ đo lường quốc tế SI, Becquerel là đơn vị đo cường độ phóng xạ.
Một Becquerel là cường độ phóng xạ của vật khi vật đó có 1 lần phân rã trong 1
giây
Curie (Ci) là một đơn vị phi SI thể hiện mức độ phóng xạ bằng hoạt động
của 1 gram Ra226. Cách chuyển đổi cơ bản giữa Bq và Ci: 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq.

Nhóm 8

9


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Gray (Gy) (Đơn vị này được đặt theo tên nhà vật lý người anh Louis
Harold Gray).
Theo hệ đo lường quốc tế SI, Gray là đơn vị đo lượng hấp thụ bức xạ ion
hóa tuyệt đối. Một Gray là lượng hấp thụ bức xạ ion hóa có năng lượng 1 jun
của vật hấp thụ có khối lượng 1 kilogram.
Sievert (Sv) (Đơn vị này được đặt theo tên nhà vật lý y tế Thụy Điển
Maximilian Rolf Sievert).

Theo Hệ đo lường quốc tế, Sievert là đơn vị đo lượng hấp thụ bức xạ ion
hóa có tác dụng gây tổn hại.
Một Sievert là lượng hấp thụ bức xạ ion hóa tương đương 1 Gray có tác
dụng gây tổn hại.
1Sv = 1Gy = 1J-kg

Nhóm 8

10


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN NHẤP NHÁY DUAL
PHOSPHOR ZnS
2.1.Detector(Cảm biến).
Bộ cảm biến làm nhiệm vụ biến đổi các bức xạ thành dạng tín hiệu điện.
Khi bức xạ rơi vào vùng làm việc của đầu ghi thì ở lối ra của đầu ghi ta nhận
được một xung điện. Đánh giá các thông số của xung điện ta nhận được các
thông tin về bức xạ hạt nhân.
Bộ cảm biến dùng trong ngành điện tử hạt nhân có các loại đầu ghi khác
nhau và ta chia chúng ra làm 3 loại chính:
- Cảm biến khí.
- Cảm biến bán dẫn.
- Cảm biến nhấp nháy.
Nguyên tắc ghi nhận bức xạ, hiện nay có hai phương pháp ghi nhận bức
xạ chính sử dụng các cảm biến, đó là dựa vào sự ion hóa chất khí (cảm biến
khí), các tinh thể được kích thích do sự phát quang (cảm biến nhấp nháy) hoắc
sự ion hóa của vật rắn (cảm biến bán dẫn). Nguyên tắc trong sự ion hóa chất rắn
cũng giống như trong chất cảm biến, ngoại trừ, điện tích được di chuyển nhờ

các electron va proton trong tinh thể khác với các electron và ion dương trong
nguyên tử khí.
Với thiết bị đo MPC 2000 DP, sử dụng cảm biến nhấp nháy Dual Phosphor
ZnS.

2.2 Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphor ZnS
Sử dụng để đếm đồng thời bức xạ Alpha và Beta. Bao gồm có chấtnhấp
nháy hữu cơ và vô cơ (organic and inorganic scintillator) được sử dụng rộng
rãi trong các phép đo bức xạ. Nó được chia làm hai phần: lớp nhấp nháy vô cơ
dùng để đo hạt Alpha và một lớp chất nhấp nháy hữu cơ dùng để đi hạt Beta.
Lớp chất nhấp nháy vô cơ được tạo thành bởi ZnS(Ag) hoặc bởi chất nhấp
nháy và polysulfone. Bạc hoạt Kẽm Sulphat là một trong những chất nhấp nháy
vô cơ cũ, nó có hiệu quả nhấp nháy cao, tương đương NaI(Ti), nhưng chỉ có sẵn
Nhóm 8

11


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
như là một loại bột đa tinh thể. Vì vậy, việc sử dụng nó giới hạn chủ yếu cho hạt
Alpha và các hạt nhận nặng. Trong thiết bị này, ta sử dụng ZnS(Ag) để nhận
biết các hạt Alpha
Lớp chất nhấp nháy hữu cơ thường được làm từ polymer. Chất hữu cơ
gồm nhiều lớp, các lớp gồm 2,5-diphenyloxazole [PPO] và 1,4-bis [5-phenyl
(oxazolyl) benzen] [POPOP] đóng vai trò là chất nhấp nháy và polysulfone dẫn
xuất như polymer. Nó có tác dụng dùng để đếm hạt Beta. Để có loại polymer
tốt, cũng như khả năng phát hiện hạt Beta tốt, ta cần nhưng loại polymer có khả
năng chuyển giao năng lượng tốt. Một vài ví dụ như PSF, Polystyrene [PS],
Estyrene, và Poly (bisphenol A Carbonate) [PBAC].
Dual phosphor được tạo ra bằng cách phủ lớp một lớp mỏng chất nhấp

nháy vô cơ ZnS(Ag) (khoảng 0.25mm) lên mặt của tấm chất nhấp nháy hữu cơ.
Các lớp nhựa dưới cùng thu được bằng cách đúc giải pháp và kỹ thuật bốc hơi
sau đó, sử dụng các loại polymer khác nhau. Mô hình Dual phosphor được thể
hiện ở (Hình 2.1).

Nhóm 8

12


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Dimethylformamide

CH2Cl2

2,5-diphenyloxazole(PPO)
1,4-bis[5-phenyl-2-oxazol]benzene

Polysulfone
70oC, 5hr

(POPOP)
Dd chất phát sáng
nhấp nháy
Dung dịch keo
Polysulfone(PSF)

ZnS(Ag)

Dung dịch Polime

Huỳnh quang
25oC, 24hr, Khuấy động

Khuấy động

Đổ khuôn dung dịch
Doctor Blade 300m
Evaporation, 24hr

Dung dịch photphat
niệu
Applying on the sheet

Tấm nhựa

ZnS(Ag) + PSF

Tấm nhựa chứa chất phát sang
nhấp nháy

Hình 2.1 Mô hình Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphor ZnS

2.3. Nguyên lý làm việc của Cảm biến Nhấp Nháy
2.3.1. Nguyên lý chung
Khi vật liệu có tính nhấp nháy bị hạt hoặc bức xạ kích thích do va chạm,
nó sẽ phát ánh sáng nhấp nháy.
Các cảm biến sử dụng chất nhấp nháy có thể xác định bức xạ ion hoá và đo
phổ bức xạ trong một dải rộng. Ngày nay, chất nhấp nháy được cung cấp dưới
các dạng khác nhau (rắn, lỏng và khí), các ống nhân quang được chế tạo với
chất lượng cao đã cho phép tạo ra các cảm biến nhấp nháy rắn đo photon cùng

với sự phát triển của kỹ thuật vi điện tử đã làm cho các detector nhấp nháy trở
Nhóm 8

13


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
nênđược sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng. Dưới đây là các quá trình xảy
ra khi xác định bức xạ ion hoá bằng cảm biến nhấp nháy :

Hình 2.2. Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng cảm biến nhấp
nháy

Do ánh sáng phát từ các chất nhấp nháy là rất yếu, nên phải dùng một
dụng cụ đặc biệt gọi là bộ nhân quang điện (PMT).

I
A

A a(t)

Out

-

R
C

D

D
C

C
R

C

D

D

D

D

Hình 2.3 Cấu tạo bộ nhân quang điện

 Bức xạ hạt nhân bị hấp thụ trong chất nhấp nháy gây ra sự kích thích và
ion hoá chất nhấp nháy.
 Chất nhấp nháy chuyển đổi năng lượng hấp thụ thành ánh sáng thông qua
quá trình phát quang.
 Lượng tử ánh sáng đi đến catốt của ống nhân quang.
 Lượng tử ánh sáng bị hấp thụ ở catốt của ống nhân quang, quang electron
được phát ra và sau đó là quá trình nhân các electron trong ống nhân quang.
 Khuếch đại xung được hình thành từ ống nhân quang sau đó phân tích
các xung này bằng các thiết bị điện tử như máy đếm hoặc máy phân tích biên độ
nhiều kênh.
Nhóm 8

14


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Nhìn chung, các cảm biến sử dụng chất nhấp nháy có khả năng cung cấp
nhiều thông tin khác nhau về bức xạ. Một trong những đặc điểm nổi bật của các
detector này là nhạy về năng lượng, thời gian đáp ứng nhanh và dạng xung phân
biệt rõ ràng.
Cảm biến nhấy nháy có đóng góp quan trọng trong sự phát triển ngành
phân tích kích hoạt phóng xạ, là một trong nhưng loại cảm biến cũ nhất được
dùng để đo lường phóng xạ. Các cảm biến nhấp nháy (scintillator) dựa trên một
vài chất thực tế (được gọi là các phosphor) chúng sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy
khi các electron thay đổi mức năng lượng và phát ra các photon do sự ion hóa
của bức xạ đo. Các photon ánh sáng sẽ đi qua một lớp dẫn sáng, đập vào các
photocatode của ống nhân quang điện và ở lối ra của ống nhân quang điện xuất
hiện một tín hiệu điện có biên độ khá lớn. Tín hiệu điện này được đưa vào bộ
tiền khuếch đại và được khuếch đại lên trước khi đưa vào bộ phân tích và ghi
nhận. Có nhiều loại phosphor khác nhau, mỗi loại được sử dụng để đo bức xạ
khác nhau, với đo bức xa Alpha-Beta thì ta sử dụng phosphor ZnS.
2.3.2 Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy
Trong detector nhấp nháy, biên độ xung của tín hiệu thường có giá trị lớn
hơn mức tạp âm của tiền khuếch đại. Bởi vậy các tiền khuếch đại thường mắc
theo kiểu lặp lại emiter. Trên hình vẽ là sơ đồ nguyên lý mạch ra của một tiền
khuếch đại dùng với tín hiệu ở lối ra của ống nhân quang điện.

Hình 2.4: Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy .

Nếu điện thế catod bằng thế đất, thì tất cả điện áp ra cỡ 1 kV là điện áp ra
trên anod. Vì vậy tiền khuếch đại cần nối qua tụ chia C 1, còn Ca và Cb nối song
song trên lối ra của bộ nhân quang điện. Một cách tương ứng trên lối vào của

tiền khuếch đại: Cs = Ca + Cb là điện dung toàn phần mắc song song. Ra là điện
trở anod, và Rb là điện trở vào của tiền khuếch đại, thường Ca- Cb-10 pF.
Khi , Ra  ,Rb  , ta có:
Nhóm 8

15


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Hằng số thời gian của mạch:
Khi thoả mãn điều kiện   a , a là thời gian loé sáng của bộ nhấp nháy:

Hàm Heaviside: H(t) = 1 với t > 0 và bằng 0 với t < 0.
Thực tế độ lệch căn bậc hai trung bình của điện áp ra khỏi đường cơ bản
(0V) được xác định:

trong đó R là giá trị trung bình của xung, R = 20H(t),

2.3.3 Hình thành xung
Các phân tử hoặc nguyên tử của chất nhấp nháy được kích thích ở thời
điểm t = 0, chúng có một thời gian sống nhất định, bởi vậy cường độ của ánh
sáng phát xạ L giảm theo quy luật hàm mũ:

τ0 là thời gian loé sáng của chất nhấp nháy, * H t( ) là hàm Heaviside.
Như vậy giữa va chạm của photon và sự giải phóng các electron không có
tính trễ, thì tốc độ phát electron từ photo catod theo quy luật:

Sau bộ nhân quang điện sẽ hình thành một xung dòng:

Nhóm 8

16


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Như vậy ta đo được hiệu điện thế ở đầu ra ống nhân quang, từ đó sẽ hình thành
xung.

Nhóm 8

17


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

CHƯƠNG 3. MÁY ĐO ANPHA BETA PHÔNG
THẤP MPC 2000-DP

3.1. Cấu hình thiết bị
3.1.1. Cấu hình chung của thiết bị
- Detector nhấp nháy Dual Phosphur ZnS, diện tích nhạy 2”.
- Phông alpha: ≤ 0.05-0.1 cpm.
- Phông beta: ≤50-55 cpm.
- Hiệu suất ghi alpha với Pu-239:≥70%.
- Hiệu suất ghi beta với Tc-99: ≥50%.
- Modes: Alpha và beta; Alpha.
- Crosstalk : <1 số đếm /10,000 với các chế độ detector.
- Bộ đặt thời gian đếm: 0.01 – 9,999,999 phút; 1-9,999,999 giây.

- Hiển thị: LCD + keypad, phím bấm cản ứng, màn hình Color
Graphic.
- Đơn vị đếm: số đếm tổng, số đếm đã trừ phông, DPM, CPM, và có
thể tùy chọn.
- Môi trường làm việc : nhiệt độ :10 đến 40 độ C; độ ẩm: 20 đến 90%
- Buồng đặt mẫu: đường kính 2 inch, sâu 1/3 inch với khóa bảo vệ
- Chuẩn định kỳ: Các phép chuẩn: plateau, phông, hiệu suất,
ngưỡng được thực hiện trên bàn phím.
- Nguồn nuôi: 200-230 VAC, 50 Hz.
Nhóm 8

18


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Nhóm 8

19


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Hình 3.1. Hệ đo alpha beta phông thấp MPC-2000DP, Mỹ

3.2. Quy trình sử dụng
3.2.1. Đặt mẫu
Buồng đặt mẫu có kích thước đường kính 2 inch( 5.08 cm) và sâu
1/3 inch(0.846cm), có thể tương thích với các mẫu dày 1/8 inch (0.317 cm);
1/4 inch (0.635 cm) và 5/16 inch (0.793 cm). Mẫu cần được chế tạo phù hợp

với hốc đựng mẫu. (Hình 3. 2)

Hình 3.2. Ngăn chứa mẫu

Nhóm 8

20


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
- Cần đặc biệt chú ý đến bề dày và độ ịn của mẫu, cửa sổ đêtectơ rất
mỏng (ultrathin window) do đó rất dề bị hỏng do tiếp xúc với mẫu.
3.2.2. Bảng điều khiển
MPC 2000 DP được điều khiển bởi hệ thống bàn phím và màn hình
tinh thế lỏng (LCD). Có 3 chức năng cơ bản trên 3 phím bên trái: COUNT,
PRGM, CAL. Các phím hỗ trợ: RESET, UTIL và DATA ở bên dưới, các
phím ENTER và BREAK được sử dụng để xác nhận các hoạt động vào và
ra. Bên phải là các bảng phím số và phím C (Clear –xóa).

Hình 3.3. Bảng điều khiển

3.2.3. Ghi đo bức xạ
Khi khởi động thiết bị đo alpha beta phông thấp MPC-2000 DP,
màn hình sẽ hiển thị như Hình 3.4.

Hình 3.4. Màn hình hiển thị

Nhóm 8

21

Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Mở ngăn chứa mẫu, đặt mẫu có kích thước phù hợp vào hốc chứa mẫu và
đóng lại. Tốt nhất là dùng nguồn chuẩn beta Sr- 90 để kiểm tra máy. Từ màn
hình, nhấn phím COUNT và menu sẽ hiện ra như Hình 3.5.

Hình 3.5. Menu chương trình

Có tất cả 12 tiện ích (rountine) được định nghĩa trong "Program
Function". Chúng ta có thể định nghĩa lại cho từng tiện ích này. Chọn 1
trong những rountine cần dùng và nhấn phím ENTER. Màn hình tiếp theo
như trên Hình 3.6.

Hình 3.6. Tiện ích đặt tên mẫu đo

Tiện ích này cho phép người dùng đặt tên cho mẫu (Sample ID). Chọn
tên cần đặt cho mẫu đo bằng các ký tự và số trên màn hình hiển thị. Có thể di
chuyển con trỏ nhấp nháy bằng cách nhân phím ALT kết hợp với phím mũi
tên trái hoặc phải. Phím C sẽ dùng để viết đè kỹ tự tại vị trí con trỏ bằng một
khoảng trống. Kết hợp ALT+C dùng để xoá ký tự. Khi đã vào xong ID của
mẫu, sử dụng phím mũi tên di chuyển đên nút OK và nhấn ENTER hoặc
BREAK. Chọn nút CANCEL để giữ nguyên IP cũ và bỏ qua mọi thay đổi.
Hình 3.7 là màn hình chỉ thi tên của Rountine và ID mẫu (vd:
[GROSS ALPHA/BETA] .)
Nhóm 8

22

Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP

Hình 3.7. Định nghĩa Rountine đang sử dụng

Mỗi rountine đều có một số tham số để xác lập điều kiện và kiểu đếm,
bao gồm: Time (maximum), Minimum Count Time, Alpha Counts, Beta
Counts và MDA (độ nhạy),..
3.2.4. Quy trình cài đặt (chỉnh sửa) một routine
Bước 1: Từ màn hình chính của máy nhấn nút PRGM (
hiển thị danh sách như (Hình 3 . 8 )

) máy sẽ

Hình 3.8 Màn hình sau khi nhấn [PRGM]

Bước 2: Chọn “Define counting routines” nhấn
(Enter) sẽ xuất hiện
màn hình hiển thị danh sách 12 routines, lựa chọn routine muốn cài đặt (chỉnh
sửa) nhấn Enter. Màn hình sẽ hiển thị các thuộc tính của routine trong nhiều
trang, bao gồm:
- Routine Enable: [YES/NO].
- Report model: lựa chọn kiểu trình bày trong quá trình đo
Nhóm 8

23


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
- Name: Tên routine
- Enable buffer

- Automatic Print
- Counting Model: lựa chọn chế độ làm việc của hệ đo
- Time Preset: đặt thời gian đo
- Minimum count time
- Repeats
- LLD method
- Preset alpha counts
- Preset Beta counts
- Sensitivity (DPM)
- Bkg from
- Alpha Bkg CPM: số đếm phông alpha (số đếm/ phút)
- Beta Bkg CPM: số đếm phông beta (số đếm/ phút)
- Bkg Minute
- Alpha Eff from
- Cotrol Chart
- Beta Eff from
- Cotrol Chart
- Alpha Xtalk Eff from
- Cotrol Chart
Đưa con trỏ tới thuộc tính cần thay đổi và nhấn Enter hoặc nhập vào từ
bàn phím. Đưa con trỏ tới [NEXT] để chuyển qua trang kế tiếp hoặc [DONE]
để hoàn tất quá trình cài đặt (chỉnh sửa).

Nhóm 8

24


Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP
Trong quá trình cài đặt (chỉnh sửa) tập trung chủ yếu ở 5 thuộc tính:

Name, Time preset, Counting model, Alpha Bkg và Beta Bkg các thuộc tính
còn lại được sử dụng mặc định của nhà sản xuất.
3.2.5. Quy trình đo
Bước 1: Đặt mẫu đo vào khay chữa mẫu và đưa khay chữa mẫu vào trong
máy. Lưu ý mẫu phải được chế tạo đúng kích thước và không được cao hơn
khay chứa mẫu, nếu cao hơn khay chứa mẫu sẽ làm hỏng cửa sổ detector.
Bước 2: Kiểm tra nguồn điện và cấp nguồn cho hệ đo, bật công tác nguồn
ở phía sau máy. Chờ cho máy khởi động xong, màn hình xuất hiện thông báo
như trên (Hình 3 . 9).
Bước 3: Nhấn
(COUNT) màn hình xuất hiện danh sách các Routine
có thể sửa dụng. Chọn routine phù hợp với mục đích đo và nhấn ENTER. Nếu
không có Routine nào phù hợp nhấn
(BREAK) để trở về màn hình
chính và cài đặt Routine như hướng dẫn ở trên.
Bước 4: Chờ hệ đo khởi động các chức năng và tự động đo khi quá trình
khởi động hoàn thành. Trong quá trình đo màn hình hiển thị số đếm đã ghi
nhận được ( Hình 3.10).

Hình 3.9 Màn hình hiển thị sau khi bấm công tắc nguồn
Nhóm 8

25