LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT ĐẦU DÒ; KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐẦU DÒ

CHƯƠNG 11
LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT ĐẦU DÒ; KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ KỸ
THUẬT CỦA ĐẦU DÒ
11.1 GIỚI THIỆU
Trong chương 3, tôi đã trình bày rằng Germanium là vật liệu tốt nhất để làm đầu dò độ
phân giải cao. Cơ chế ghi bức xạ đã được trình bày kèm theo đó là dải năng lượng, các
dạng và kích thước của đầu dò hiện được cung ứng bởi các các nhà sản xuất cũng được
đưa ra. Ở đây, tôi sẽ tập trung vào các yếu tố cần quan tâm khi lựa chọn đầu dò theo
từng loại ứng dụng. Trong phần này tôi sử dụng rất nhiều các thông tin được cung cấp
trong các tài liệu của các nhà sản xuất. Một điểm chính mà ta cần phải nắm được, đó là
thông số kỹ thuật tốt hơn thì bao giờ cũng đi liền với giá thành cao hơn. Một số thông
số chính cần quan tâm là:
 Dải năng lượng. Giới hạn trên của dải năng lượng cho phần lớn các ứng dụng
là 3000 keV. Có rất ít các gamma trễ có năng lượng cao hơn giá trị này. Tuy
nhiên, năng lượng của các gamma tức thời có thể lên tới 10-15 MeV. Mở rộng
dải năng lượng không liên quan đến loại đầu dò được chọn – đầu dò đồng trục là
loại thích hợp.
 Các loại đầu dò. Đầu dò loại p thích hợp với các phép đo không quan tâm đến
vùng năng lượng thấp (<100 keV). Đầu dò loại n đắt hơn đầu dò loại p. Nếu cần
đo các gamma năng lượng thấp, thì khi đó ta cần phải chọn đầu dò loại n với
cửa sổ mỏng. Cần lưu ý là các cửa sổ mỏng rất dễ bị hỏng khi sử dụng. Với các
năng lượng cực thấp, các loại cửa sổ đặc biệt cần phải được trang bị. Nếu đầu
dò làm việc trong môi trường bị chiếu xạ nơtron nhiều, thì cần phải chọn đầu dò
loại n, vì các hư hại do chiếu nơtron với đầu dò loại này có thể được sửa chữa.
 Độ phân giải. Độ phân giải thông dụng của các đầu dò hiện nay vào khoảng 1.9
keV ở năng lượng 1332 keV. Một vài đầu dò có độ phân giải tốt hơn, một vài
đầu dò kích thước lớn có độ phân giải tồi hơn do sự thu thập điện tích của các
loại đầu dò này kém hơn. Thông thường, khi chọn mua đầu dò, nếu không tính
tới các thông số khác thì ta nên chọn mua đầu dò có độ phân giải tốt nhất trong
giới hạn tài chính.
 Kích thước của đầu dò. “Đầu dò lớn hơn sẽ tốt hơn” không phải là một kết

luận luôn luôn đúng (Xem Chương 13). Các đầu dò lớn hơn chắc chắn sẽ cho ta
nhiều số đếm trên mỗi Becquerel hơn là các đầu dò nhỏ; điều này rất thích hợp


khi đo các mẫu hoạt độ thấp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc sử dụng
nhiều đầu dò kích thước nhỏ thay cho đầu dò kích thước lớn sẽ hiệu quả hơn.
Nếu hoạt độ mẫu lớn, khi đó số đếm mỗi giây không bị giới hạn, khi đó các đầu
dò kích thước nhỏ sẽ phù hợp hơn. Các đầu dò nhỏ có thời gian thu thập điện
tích tốt hơn, khả năng xử lý xung lối vào tốt hơn, và có thể là độ phân giải tốt
hơn. Tuy nhiên, nếu có điều kiện sử dụng đầu dò lớn kết hợp với khe chuẩn
trực, phổ thu được sẽ có tỷ số đỉnh/Compton cao hơn và do đó dễ đo hơn.
 Dạng của đầu dò. Dạng đầu dò trụ đồng trục tiêu chuẩn không phải là dạng tối
ưu trong mọi trường hợp. Trong trường hợp, vùng năng lượng cần quan tâm
nhiều là vùng năng lượng thấp, thì các đầu dò có sâu với khả năng hấp thụ
gamma năng lượng cao lớn, sẽ tạo ra nền phông Compton cao. Đầu dò có mỏng
hơn, được thiết kế dùng để đo năng lượng thấp, sẽ có độ phân giải tốt hơn. Ta
cũng có thể chọn mua loại đầu dò được thiết kế thích hợp với kích thước mẫu
định đo, ví dụ, ORTEC’s Profile Detectors.
 Tốc độ đếm. Tiền khuếch đại phản hổi trở được coi là loại tiêu chuẩn. Nếu cần
sử dụng hệ để đếm tốc độ cao, người dùng lúc này cần phải quan tâm đến loại
tiền khuếch đại. Tiền khuếch đại phản hồi trở tiêu chuẩn có thể đáp ứng được
cho các ứng dụng tốc độ đếm thấp đến trung bình. Với các ứng dụng tốc độ đếm
cao, tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn là loại thích hợp. Tiền khuếch đại
xóa bằng bóng bán dẫn còn được sử dụng trong các trường hợp mà người dùng
muốn đảm bảo hệ không bị bão hòa (khóa) khi tốc độ đếm tăng cao đột ngột, ví
dụ trong các tình huống khẩn cấp.
Bảng 11.1 tổng hợp các thông tin để lựa chọn đầu dò cho một số ứng dụng phổ biến.
Bảng 11.1 Lựa chọn đầu dò bán dẫn
Ứng dụng
Sử dụng thông

thường

Mục đích sử
dụng thông
thường, mở
rộng xuống

Mức tốc độ
đếm/hoạt độ
Thấp – cao

Dải năng lượng
(keV)
50-3000

Thấp – cao

10-3000

Loại đầu dò

Nhận xéta

Đồng trục loại
p lớn

Có thể sử dụng
TRP; tích phân
cổng; LFC nếu
cần xử lý tốc

độ đếm cao.
NB: hiệu suất
ghi tia X lớn có
thể dẫn tới khả
năng xảy ra

Đồng trục loại
n lớn


vùng năng
lượng thấp
Môi trường
(cần xử lý
nhiều mẫu)
Môi trường
(các mẫu nhỏ)

Thấp

40-3000

Đồng trục loại
p lớn

Thấp

30-3000

Giếng

Phân tích kích
hoạt nơtron
Đo gamma tức
thời

Trung bình –
cao
Trung bình –
cao

40 -3000

Giám sát sự cố

Thấp - cao

40-3000

Vật liệu phân
hạch (bảo vệ)

Thấp (-cao)

3 - 1000

Kiểm tra toàn
cơ thể

Thấp

40 – 3000

Các đầu dò sử
dụng di động
(mặt
đất/biển/trên

Thấp

40 - 3000

Đến 10000

trùng phùng
thực lớn hơn.
Tùy chọn
phông thấp

Hiệu suất gần
4, như trùng
phùng tổng
mạnh; không
tốt để đo các
đồng vị có sơ
đồ phân rã
phức tạp và
không được
biết trước
Đồng trục loại

Có thể dùng
p hoặc loại n
TRP hoặc LFC
Loại n có thể
Có nguy cơ bị
sửa chữa hư hại hỏng do chiếu
do chiếu nơtron
xạ nơtron
Đồng trục loại
Sử dụng TRP
p
để có tốc độ xử
lý xung lối vào
cao; LFC nêu
đo mẫu có hoạt
độ cao trong
thời gian ngắn.
Loai n (ngắn) Sử dụng đầu dò
hoặc phẳng
có đường kính
lớn hoặc cụm
các đầu dò nhỏ
Loại n hoặc
Sử dụng cụm
hoặ p lớn
nhiều đầu dò;
phòng được
che chắn phóng
xạ bên ngoài đề
giảm phông

Đồng trục loại Các đầu dò này
p
phải là loại có
độ bền cao, sử
dụng các loại


không)

cryostat di
động hoặc
được làm lạnh
bằng điện.
Năng lượng
1 – 30
Si(Li)
Tiền khuếch
thấp
đại xóa quang
học cho độ
phân giải cao
nhất
Tia X
0.3 – 300
Đầu dò Ge
Nhà sản xuất
dùng cho năng
đưa ra nhiều
lượng cực thấp
thiết kế riêng

để phục vụ
mục đích này
TRP, khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn; LFC, bộ chống mất số đếm khi cường độ bức
xạ tới đầu dò cao;
11.2 LẮP ĐẶT MỘT HỆ ĐẦU DÒ GERMANIUM
Nhà sản xuất đầu dò luôn cung cấp kèm theo đầu dò một hướng dẫn lắp đặt. Các hướng
dẫn trong tài liệu này cần phải được thực hiện một cách chính xác. Tác giả khuyên
chúng ta nên ghi lại tất cả các sự kiện chính xảy ra trong vòng đời của đầu dò vào một
cuốn sổ theo dõi. Việc này nên được bắt đầu ngay từ khi mở hộp và chuẩn bị lắp đặt
đầu dò lần đầu tiên. Bảng thông số kỹ thuật hoặc một bản sao của nó nên được dán vào
trong cuốn sổ theo dõi này.
11.2.1 Lắp đặt – đầu dò đo mẫu môi trường
Phòng đo
Đầu dò và các khối điện tử đi kèm trong một hệ phổ kế làm việc tốt hơn khi được đặt
trong một môi trường tốt. Phòng lý tưởng để đặt hệ đo phải sạch bụi, nhiệt độ phòng
phải có thể kiểm soát, được chiếu sáng tốt, không có cửa sổ để tránh sự dao động nhiệt
độ, và có nguồn điện ổn định. Kiểm soát nhiệt độ là một yếu tố quan trọng. Nếu phòng
có cửa sổ, để tránh sự xâm nhập của bụi, các cửa sổ này phải được dán kín (dán cố
định không cho phép mở cửa ra). Cần chú ý rằng bụi và các vật chất trong không khí
có thể chứa các chất phóng xạ tự nhiên. Bụi tại các vị trí mà vật liệu phóng xạ được xử
lý sẽ luôn luôn mang theo nguy cơ bị nhiễm bẩn. Nếu phòng bị ánh sáng mặt trời chiếu
vào thì nó cần phải được che để tránh sự tăng nhiệt độ vào ban ngày.


Nguồn điện
Nguồn điện cấp cho các bộ đếm phải là nguồn điện “sạch”. Ta nên tránh dùng chung
một nguồn điện để cấp điện cho cả hệ phổ kế lẫn các thiết bị chạy điện khác trong
phòng. Nguồn điện được sử dụng cũng phải là nguồn điện được ổn định và có khả
năng chống tăng điện thế đột ngột và chống sét. Bộ lưu điện (UPS) cũng nên được
trang bị để đề phòng trường hợp mất điện đột ngột.

Vị trí đặt đầu dò
Chúng ta đều biết rằng tất cả các vật liệu dùng để xây dựng đều có chứa một lượng nhỏ
uranium, thorium và potassium – tất cả đều là các chất phóng xạ yếu. Mặc dù trong
mọi trường hợp ta đều sẽ che chắn đầu dò, nhưng nếu ta muốn đo các mẫu có hoạt độ
thấp thì ta nên đặt đầu dò ở giữa phòng, thay vì đặt ở các vị trí sát tường (mặc dù các vị
trí sát tường thì thường dễ bố trí hơn).
11.2.2 Nguồn cấp nitơ lỏng
Trước khi mua một đầu dò, bạn cần đảm bảo rằng nơi bạn sử dụng có nguồn cấp nitơ
ổn đỉnh. Ngoài ra bạn cũng sẽ cần có một số dụng cụ để phục vụ việc vận chuyển nitơ,
và cấp nitơ cho đầu dò như bơm, ống, … tùy theo cách bạn tiến hành cấp nitơ cho đầu
dò. Nếu bạn sử dụng đầu dò làm lạnh bằng điện thì phần này được bỏ qua. Cần phải
nhớ rằng nitơ lỏng được sử dụng để làm lạnh cho đầu dò bị bay hơi trong phòng đo.
Nitơ là một khí gây ngạt. Và do đó bạn có thể cần lắp đặt bộ kiểm soát lượng oxi trong
phòng để đảm bảo an toàn trong quá trình bơm nitơ cho các đầu dò, hoặc nếu trong
phòng có nhiều đầu dò. Nitơ lỏng cũng có thể gây bỏng lạnh. Bạn sẽ cần phải sử dụng
các dụng cụ bảo hộ để bảo đảm an toàn trong quá trình vận chuyển nitơ từ thùng chứa
đến phòng đo và quá trình bơm nitơ vào bình Dewar.
Sắp xếp kế hoạch cấp nitơ cho đầu dò một cách thích hợp sẽ tùy theo kích thước của
bình Dewar. Chẳng hạn, bình trữ 30L Dewar có thể đủ cho đầu dò sử dụng trong 14
ngày. Khi đó việc cấp nitơ cho đầu dò mỗi 7 ngày là phù hợp, vừa không tốn quá nhiều
thời gian, vừa cho phép dự phòng trong các trường hợp khẩn cấp, ví dụ như nguồn
cung nitơ bị gián đoạn thì ta vẫn còn ít nhất một tuần sử dụng trong thời gian chờ.
Ngày giờ cấp nitơ lên được ghi lại trong sổ theo dõi của đầu dò. Việc cấp nitơ cho đầu
dò có thể thực hiện theo một số cách sau:
 Đổ vào qua phễu có ống dẫn gắn với bình Dewar.
 Sử dụng bơm cơ học được thiết kế riêng để bơm nitơ.


 Tạo áp lực cho một bình chứa có kết nối với ống truyền nitơ vào bình Dewar.
Áp suất có thể được tạo ra bằng cách đóng lỗ thông hơi của bình chứa và chờ

hoặc sử dụng khí nitơ. Với cách làm thứ hai, loại nitơ được sử dụng phải đảm
bảo không bị pha tạp oxi; nếu không oxi lỏng sẽ đi vào bên trong bình Dewar.
Các thiết bị sử dụng để truyền nitơ vào trong bình Dewar phải bền với sự giảm nhiệt độ
nhanh chóng do tiếp xúc với nitơ lỏng. Kim loại, nylon hay một số vật liệu polymer sẽ
thích hợp để sử dụng. Chúng ta chỉ có thể chắc chắn rằng bình Dewar đã được đổ đầy
nitơ khi nhìn thấy nitơ lỏng trào ra từ lỗ thông hơi của bình Dewar. Do vậy, để tránh
nitơ lỏng trào ra xung quanh bình Dewar, tiền khuếch đại, và thậm chí là cả sàn của
phòng đo, ta nên nối lỗ thông khí của bình với một vòi và dẫn ra một khu vực an toàn
mà vẫn đảo bảo ta quan sát được. Nitơ lỏng có nhiệt độ rất thấp và có thể làm nứt gãy
các tấm lót sàn (nếu có thể, trong quá trình sử dụng đầu dò, khí nitơ rò ra từ lỗ thoát
hơi của đầu dò nên được đưa vào trong buồng đo để làm sạch khí radon, và nhờ đó
giảm tốc độ đếm phông của đầu dò - xem Chương 13.)
Các nhả sản xuất khuyến cáo người dùng ngắt toàn bộ các nguồn điện ra khỏi đầu dò
trong quá trình cấp nitơ tron bình Dewar. Tác giả không thấy việc này là cần thiết và
phần lớn người dùng cũng đồng ý với điều này. Tuy nhiên, ta cần phải tắt toàn bộ các
nguồn cấp điện cho đầu dò trong quá trình làm lạnh đầu dò từ nhiệt độ phòng đến nhiệt
độ làm việc. Việc có được cấp nitơ cho bình Dewar khi đang đo có được hay không
vẫn còn là một vấn đề đang được tranh cãi. Phần lớn các đầu dò sẽ bị ảnh hưởng bởi
nhiễu sinh ra từ tiếng ồn cơ học trong quá trình nitơ đi vào bình Dewar và sự sôi của
nitơ lỏng. Nhiễu điện tử không mong muốn có thể bị tạo ra trong tình huống này. Do
đó nếu cần cấp thêm nitơ cho đầu dò khi đang đo thì ta nên ngừng phép đo trong quá
trình cấp nitơ, và chờ thêm một vài phút để nitơ lắng xuống rồi mới tiếp tục đo.
Trên thị trường cũng có bán các khối điện tử, một số được thiết kế theo chuẩn NIM, để
kiểm soát mức nitơ trong bình Dewar. Các mô-đun điện tử này đưa ra các cảnh báo
bằng âm thanh hoặc hình ảnh khi mức nitơ lỏng xuống thấp và còn có thể dùng để điều
khiển cao thế (ngắt khi không đủ lạnh để đảm bảo an toàn) và điều khiển hệ thống cấp
nitơ tự động.
11.2.3 Che chắn
Các đầu dò gamma thường rất nhạy với phóng xạ. Trong khi đó, mọi phòng đo đều sẽ
chứa một lượng phóng xạ nhất định, lượng phóng xạ này có thể là uranium, thorium và

postassium có trong các vật liệu xây dựng, từ trong đồ nội thất trong phòng, hoặc từ


chính những người làm việc. Sự xuất hiện của các chất phóng xạ tự nhiên này ảnh
hưởng tới kết quả đo, đặc biệt là khi đo các mẫu có hoạt độ thấp. Do vậy, việc che chắn
chúng cần phải được thực hiện:
 Khối che chắn cơ bản là một thùng trụ bằng chì dày có nắp mở, bề dày của trụ
và nắp mở là 100 mm. Ở đáy của thùng là một tấm chì có đục lỗ để đưa đầu dò
vào trong buồng đo, tấm chì này có thể chỉ dày 30 mm và được thiết kế để khớp
với cổ làm lạnh của đầu dò.
 Với một số lớn mục đích sử dụng, hệ che chắn làm từ các tấm gạch chì có bề
dày 50 mm lồng vào nhau là đủ. Nếu sử dụng cách này, cần phải chú ý đến lối
đưa mẫu vào. Bạn cần phải sử dụng loại cửa có thể đóng được và phải cho phép
nạp mẫu có có kích thước lớn; Mẫu dạng cốc Marinelli rất cồng kềnh. Bạn cũng
nên chú ý đến lối vào đề có thể làm sạch bên trong và thu dọn các mẫu bị rơi rớt
khi cần. Đừng quên che chắn phía dưới, vì mặt sàn cũng phát phóng xạ.
 Chì có thể chứa 210Pb (đây là chất phát phóng xạ). Do đó khi mua gạch chì hoặc
các tấm chì dùng để che chắn, bạn cần phải đảm bảo là chì có hoạt độ phóng xạ
thấp. Khi mua gạch chì, bạn có thể đặt mua một ít từ một nhà cung cấp nào đó,
sau đó tiến hành kiểm tra mức độ nhiễm phóng xạ của chì trước khi quyết định
mua số lượng lớn. Lau rửa một cách cẩn thận bề mặt của gạch chì cũng giúp
làm giảm mức phông.
 Thép có thể chứa 60Co. Cần nhớ rằng thép đóng vai trò quan trọng trong thiết kế
của hệ che chắn– toàn bộ hệ thống khung đỡ, giá giữ mẫu đều được làm bằng
thép. Loại thép trước năm 1950s nếu có sẽ là một lựa chọn tốt.
 Nhôm chứa các vết của uranium và thorium. Do đó cần tránh đặt nhôm ở gần
đầu dò.
 Trong Chương 2, Phần 2.5.2, tôi đã trình bày về tán xạ ngược. Tán xạ ngược có
thể là nguyên nhân của một số đặc trưng không mong muốn trên phổ. Để giảm
ảnh hưởng của hiện tượng này, ta có thể sử dụng buồn che chắn có kích thước

lớn. Nếu có thể sử dụng buồng che chắn có khoảng cách từ chì tới vỏ đầu dò lớn
hơn 100 mm.
 Sử dụng buồng chì thiết kế theo kiểu che chắn nhiều lớp (Chương 2, Phần 2.4.1
và 2.6), bao gồm một lớp cadmium mỏng (1-2 mm) và lớp đồng (0.5-1.5 mm)
xen giữa lớp chì vào lớp cadmium. Thiết kế che chắn này giúp giảm sự xuất
hiện của tia X phát ra từ chì xuất hiện trong phổ. Thiết kế này nên được áp dụng
cả cho nắp buồng chì và đáy buồng chì.


Gần đây, một số thiết kế sử dụng thiếc thay cho cadimium vì cadmium là chất
có độc tính (tại châu Âu, người ta đang dần loại bỏ hoàn toàn cadimium ra khỏi
các cơ sở làm việc).
 Nếu cần phải chiếu sáng, đèn sợi đốt nên được sử dụng thay vì đèn huỳnh
quang. Đèn hùy quang có thể truyền nhiễu vào trong tiền khuếch đại.
Ta sẽ cần phải có một giá đỡ bên trong buồng đo để giữ mẫu. Giá đỡ này cần phải được
làm từ các vật liệu có số Z nhỏ để làm tối đa sự phát huỳnh quang, càng nhẹ càng tốt,
nhưng vẫn phải đảm bảo giữ được mẫu chặt. Ngoài ra vật liệu làm giá mẫu còn phải
được chọn sao cho ảnh hưởng của bức xạ hãm và tán xạ Compton được giảm thiểu tối
đa. Nhựa cứng là một lựa chọn tốt. Cần phải tránh làm giá mẫu bằng nhôm vì nhôm là
vật liệu không đảm bảo các tiêu chí đã nói ở trên.
11.2.4 Cáp nối
Đầu dò được kết nối với hệ thống xử lý xung thông qua các cáp nối. Các cáp sau đây là
quan trọng nhất:
 Cáp cấp nguồn cho tiền khuếch đại ( và vôn). Cáp này sẽ được cung cấp kèm
theo đầu dò và cần được ghép vào giắc tương ứng của khối khuếch đại (thường
là ở mặt sau).
 Cáp cao thế (HV) – cáp để cấp cao thế cho đầu dò sẽ phải là loại cáp có khả
năng mang thế 5000 V và có đầu nối kiểu SHV; Cáp cao thế thường dùng là loại
RG 59/U.
 Cáp truyền tín hiệu – phải là cáp có đầu nối BNC và thường có trở kháng 93.

Loại cáp thường dùng là RG 62/U. Một số hệ thống sử dụng loại cáp khác có trở
kháng 50 hoặc 70 để phù hợp với tín hiệu lối ra của các mô-đun. Cần chú ý sử
dụng cáp với trở kháng tương thích với các mô-đun điện tử, đặc biệt là khi sử
dụng các cáp có độ dài lớn.
 Cáp ngắt cao thế - dùng đầu nối BNC, cáp này đơn giản chỉ dùng để truyền tín
hiệu do vậy thông số kỹ thuật của loại cáp này không quan trọng.
Bảng 11.2 Các loại cáp đồng trục sử dụng trong hệ phổ kế
Tên
RG 58/U
RG 59/U
RG 62/U

Trở kháng,
50
75
93

Đầu nối
BNC
SHV
BNC

Sử dụng cho
Tín hiệu
Cao thế
Tín hiệu


Ngoài ra còn có một cáp nối khác như cáp lối ra thời gian được ký hiệu là “Timing”
hoặc “Output 2” (giống với cáp “Output1”), cáp xung kiểm tra (khi cần sẽ đưa xung từ

ngoài vào để kiểm tra tiền khuếch đại), và trong trường hợp tiền khuếch đại là loại xóa
bằng bóng bán dẫn, sẽ có lối ra của xung mở cửa (gating pulse).
Nhiều hệ đầu dò hiện đại có các kết nối đơn giản hơn. Ví dụ như ORTEC DSpec, hệ
này chỉ sử dụng một cáp duy nhất, cáp này có một đầu được chia thành nhiều cáp khác
nhau để ghép nối với các lối ra và vào tín hiệu của đầu dò, tín hiệu được truyền chung
trong cáp và được ghép nối với bộ Dspec thông qua một đầu nối duy nhất. Bộ Dspec
ghép nối với máy tính qua một cổng USB. Khối DSpec có các tính năng “thông minh”,
chẳng hạn như tự động thiết lập chính xác phân cực của cao thế.
Một số điểm chung mà ta cần phải chú ý là:
 Ta nên sử dụng một nguồn cấp điện chính để cung cấp điện cho tất cả các khối
điện tử của hệ. Điều này giúp làm giảm sự thay đổi của mức cơ bản.
 Các sợ cáp cũ có độ tin cậy rất thấp khi sử dụng, chúng thường là nguyên nhân
gây ra nhiều vấn đề với hệ điện tử, và ta nên loại bỏ các sợi cáp cũ thay vì tái sử
dụng chúng.
 Các cáp tín hiệu RG 58 và RG 62 không được dùng để ghép nối với nguồn cấp
cao thế. Đầu nối SHV được thiết kế để không thể cắm vào các giắc cái BNC.
11.2.5 Lắp đặt đầu dò
Sau khi đã bố trí hệ thống phòng đo, buồng đo để đặt đầu dò, ta sẽ bắt đầu lắp đặt đầu
dò. Bây giờ, ta sẽ giả sử là ta làm việc này với một đầu dò mới hoàn toàn:
 Làm theo các hướng dẫn mở hộp được in bên ngoài. Bạn không nên vứt hộp đi
vì bạn có thể sẽ cần tới nó để đóng gói đầu dò lại trong trường hợp cần phải
chuyển đầu dò đi nơi khác, chẳng hạn như chuyền về nhà sản xuất để bảo hành.
Bình Dewar và đầu dò thường sẽ được đóng gói trong hai kiện độc lập. Kiểm tra
các hư hại vật lý của cả hai kiện. Không đổ nitơ vào bình Dewar khi bình vẫn
đang trong kiện (mới mở ra để nhìn thấy, nhưng chưa tháo ra hoàn toàn). Nitơ bị
tràn ra sẽ bị giữ lại ở giữa các miếng bọt biển được đặt để giảm sốc khi vận
chuyển với bề mặt của bình Dewar, và có thể gây hư hỏng vỏ chân không của
bình.
 Nếu đầu dò là loại sử dụng cửa sổ Beryli mỏng, thì cần đảm bảo rằng vỏ bằng
nhựa dùng để che cửa sổ luôn được đặt đúng vị trí và được giữ chắc chắn. Cửa













sổ beryli rất dễ bị hư hỏng, và do đó nếu không có vỏ nhựa bảo vệ, hoặc vỏ
được lắp không chắc chắn, cửa sổ beryli sẽ dễ bị hư hại trong quá trình lắp đặt.
Điều này không bắt buộc, nhưng nếu có thể ta nên gắn bình Dewar với một hệ
chống rung cơ học. Điều này đặc biệt cần thiết nếu gần khu vực đặt đầu dò có
các máy cơ khí nặng. Polyxetiren hoặc polyurethane (các loại nhựa tổng hợp) là
các vật liệu thích hợp để làm hệ chống rung. Đôi khi ta có thể cần dùng một tấm
gỗ dán mỏng đặt trên một tấm nhựa tổng hợp polyurethane, nhưng cần chú ý
rằng gỗ không phải vật liệu tốt đối với các hệ đo phông thấp, vì gỗ có chứa 40K.
Đặt đầu dò vào trong buồng đo. Sẽ dễ hơn đề làm việc này khi bình Dewar đang
rỗng. Tuy nhiên bạn có thể ghép nối đầu dò với bình Dewar ở bên ngoài, sau đó
đổ nitơ để kiểm tra trước. Nếu bạn mới mua một đầu dò mới, hoặc mới nhận
đầu dò được gửi trở lại sau khi sửa chữa, bạn có thể kiểm tra các thông số kỹ
thuật ở bên ngoài, rồi sau đó mới đặt hệ vào trong buồng đo.
Để giảm nhiễu điện tử không mong muốn, buồng đo cần phải cách điện với đầu
dò và cryostat. Nếu tiếp xúc vật lý giữa đầu dò và buồng đo là không thể tránh
khỏi, vật liệu cách điện cần phải được đặt xen vào giữa.

Đổ đầy nitơ vào bình Dewar (khi nitơ tràn ra khỏi ống thông khí của bình tức là
bình đã được đổ đầy). Khi cấp nitơ lỏng cho đầu dò đang ở nhiệt độ phòng, ta sẽ
cần chờ khoảng 6 tiếng để đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Quá trình làm lạnh đầu
dò từ nhiệt độ phòng sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 12.
Đảm bảo rằng hệ khuếch đại đang không được cấp điện, sau đó ghép các cáp
nối giữa đầu dò với khối khuếch đại. Có gắng giữ độ dài của cáp từ tiền khuếch
đại đến khuếch đại càng ngắn càng tốt, tức là nên đặt hệ thống điện tử gần với
buồng đo. Cáp nối được sắp xếp không rõ ràng sẽ gây khó khăn khi lắp đặt và
có thể dẫn tới nhầm lẫn, nhất là khi sử dụng nhiều đầu dò trong cùng một phòng
đo. Bó các cáp của cùng một đầu dò vào thành một cụm sẽ giúp dễ sắp xếp hơn.
Việc bó cáp sẽ thuận tiện nếu các cáp có cùng độ dài. Sau khi đã ghép nối cáp
và kiểm tra thấy hệ hoạt động tốt, đạt được các thông số kỹ thuật mong muốn,
giữ cố định cáp bằng băng dính hoặc kẹp.
Ta cũng có thể bọc đầu dò bằng một lớp mỏng bằng nhựa để tránh làm nhiễm
bẩn đầu dò do sự rơi vãi của mẫu. Tấm bọc này cần được thay mới định kỳ.

Tấm nhựa che cửa sổ beryli chỉ nên được bỏ ra trong trường hợp cần đo năng lượng
thấp. Khi đã tháo tấm nhựa bảo vệ cửa sổ beryli thì mọi thao tác của người sử dụng cần
phải được tiến hành một cách cẩn thận, chỉ một sơ suất nhỏ sẽ có thể làm hỏng cửa sổ
beryli của đầu dò.


11.2.6 Chuẩn bị để khởi động
Ta coi như các bước lắp đặt, ghép nối cáp và làm lạnh đầu dò đã hoàn thành (đầu dò đã
được làm lạnh đủ 6 h). Tôi giả thiết là hệ phổ kế sử dụng hệ thống theo chuẩn NIM, và
tại thời điểm này chưa được cấp điện. Hình 11.1, dựa trên tiền khuếch đại Canberra
Model 2022, cho thấy các cổng kết nối và hệ thống đèn LEDs của một tiền khuếch đại
cơ bản. Nó không giống với những gì ta thường nhìn thấy trong thực tế (thường là một
bó dây với nhiều đầu nối), nhưng tiện để giới thiệu đến bạn đọc các lối vào/ra tín hiệu
của tiền khuếch đại. Trong thực tế, các tiền khuếch đại thường gắn liền với đầu dò chứ

không được thiết kế nằm độc lập bên ngoài. Các đèn LED cảnh báo được gắn ở bên
dưới hoặc ở sườn của đầu dò. Một điểm rất bất tiện là khi đầu dò được đặt vào trong
buồng đo, thì trong hầu hết các trường hợp người dùng sẽ không thể nhìn thấy đèn do
bị vướng buồng đo. Các bước chuẩn bị để khởi động đầu dò sẽ như sau:

Hình 11.1 Đèn LEDs và các cổng
kết nối của tiền khuếch đại, dựa
trên Canberra Nuclear Model
2002

 Kiểm tra khung NIM, hoặc các hệ thống điện tử khác, đảm bảo rằng tất cả đều
đang được tắt.
 Đảm bảo rằng khối cao thế được sử dụng là loại cho phép người dùng tăng giảm
cao thế từ từ (thường là có núm vặn). Các loại tăng cao thế đột ngột (gạt công
tắc) không được phép sử dụng cho đầu dò bán dẫn. Lưu ý là một số loại không
có núm vặn nhưng vẫn là loại tăng giảm cao thế dần dần nhờ các thiết kế điện tử
bên trong.
 Xem bảng thông số kỹ thuật của đầu dò, và kiểm tra lại phân cực của cao thế đã
được đặt đúng với yêu cầu của đầu dò hay chưa. Nếu phân cực lối ra cần thay
đổi, ta thường sẽ cần phải mở khối cao thế ra để điều chỉnh (cắm lại giắc bên
trong hoặc gạt công tắc nằm trên mạch). Cần đảm bảo rằng khối cao thế đang
được đặt ở 0 V và ở trạng thái tắt.
 Đảm bảo rằng các mô-đun NIM đều đã được gắn chặt với khung NIM.


 Tiền khuếch đại cần nguồn điện thế thấp (+12 và + 24 V). Nguồn này thường
được cung cấp bởi khối khuếch đại thông qua cáp nối. Kiểm tra kỹ các kết nối.
Ta cần đảm bảo rằng tiền khuếch đại đã được cấp điện và đang ở trạng thái làm
việc trước khi khối cao thế được bật lên.
 Kết nối HV inhibit (lối vào tín hiệu điều khiển ngắt cao thế) của bộ cấp cao thế

với bộ giám sát mức nitơ lỏng (nếu có) hoặc với HV INHIBIT (lối ra tín hiệu
điều khiển ngắt cao thế của tiền khuếc đại) của tiền khuếc đại. Với các hệ thống
Tennelec, công tắc nhiệt nằm bên trong tiền khuếch đại và nó sẽ tự động ngắt
cao thế mà không cần các kết nối ở bên ngoài.
 Kết nối lối ra được ký hiệu là “ENERGY” hoặc “OUTPUT 1” của tiền khuếch
đại với lối vào tín hiệu của khuếch đại. Thường thì các khối khuếch đại sẽ có lối
vào ở cả mặt trước và mặt sau. Ta nên ghép nối với mặt sau. Gạt công tắc phân
cực tín hiệu lối vào sao cho phân cực của tín hiệu lối vào phù hợp với phân cực
của tín hiệu lối ra của tiền khuếch đại.
 Kết nối lối ra UNIpolar của khuếch đại với lối vào của MCA. Ở đây ta cũng nên
sử dụng các giắc nối ở mặt sau. Trong trường hợp cần phải thực hiện việc ghép
nối để phối hợp trở kháng thì ta có thể tiến hành với các cổng ở mặt trước cho
thuận tiện.
 Hệ thống sẽ sử dụng nguồn điện một chiều DC. Thông thường, tùy chọn sử
dụng nguồn DC đã được đặt trước trong các khối điện tử, tuy nhiên nếu như bạn
thấy có tùy chọn về nguồn điện, bạn cần phải chọn tùy chọn sử dụng điện một
chiều DC-coupling.
 Để tiến hành thiết lập ban đầu, kết nối lối ra của khuếch đại với dao động ký
thông qua đầu chữ T. Dao động ký và khung NIM cần phải được cấp điện từ
cùng một nguồn.
 Đặt các tham số cho khuếch đại theo khuyến cáo trong bảng thông số kỹ thuật
của đầu dò, hoặc đặt hệ số khuếch đại ở 50 và chọn hằng số thời gian bằng 4 .
11.2.7 Khởi động và kiểm tra ban đầu
Các hệ thống dùng tiền khuếch đại phản hồi trở
Bây giờ ta giả sử rằng hệ đầu dò đã được lắp đặt xong và sẵn sàng để khởi động. Tiền
khuếch đại sử dụng loại phản hồi trở, và các hệ thống điện tử là các mô-đun theo chuẩn
NIM. Các chỉ dẫn dưới đây rất chi tiết, được viết để phục vụ quá trình lắp đặt một đầu
dò mới, kiểm tra đầu dò sau khi sửa chữa, hoặc dành cho những ai muốn hiểu hơn về
đầu dò của họ.

(1) Bật công tắc cấp nguồn cho các mô-đun NIM và cho hệ thống MCA. Sau khi
bật, nguồn hoặc vôn sẽ được cấp cho tiền khuếch đại.
(2) Khối cấp cao thế sẽ có các đèn LED chỉ thị cho các thiết lập phân cực của cao
thế. Các đèn này hoạt động ngay cả khi không có điện thế ở lối ra của khối.
Quan sát đèn để đảm bảo rằng phân cực của khối cao thế phù hợp với yêu cầu
của đầu dò.
(3) Kiểm tra HV inhibit LED (đèn thông báo cho phép hoặc không cho phép cấp
cao thế), cần đảm bảo rằng đèn đang hiện màu xanh lá cây, tức là đầu dò đã
được làm lạnh đủ (mầu đỏ tức là đầu dò chưa đủ lạnh).
(4) Kiểm tra đèn LED báo “tốc độ” hoặc “tốc độ đếm cao”, đảm bảo rằng các đèn
này không đỏ, hoặc chỉ đỏ trong khoảng một vài giây rồi tắt; Đèn LED này
thông báo cho người dùng biết cả tốc độ đếm lẫn dòng rò trong đầu dò. Nếu
cảnh báo dòng dò xuất hiện, thì hệ có thể đang gặp vấn đề với quá trình làm
lạnh đầu dò, và các bước khắc phục được trình bày trong Chương 12, Phần 12.3
cần phải được thực hiện.
(5) Nếu tất cả đều đã ổn, đặt nguồn phóng xạ có phổ đơn giản (chẳng hạn như 60Co)
vào gần đầu dò.
(6) Bắt đầu ghi phổ trên MCA. Do cao thế chưa được bật, kết quả ta thu được sẽ
phải là một lượng lớn nhiễu ở phía thấp của phổ (bên trái). Dao động ký sẽ hiển
thị một dải nhiễu rộng, có thể vào khoảng 300-300 mV (trong phần trước ta đã
gắn dao động ký vào lối ra của khuếch đại thông qua một cáp chữ T)
(7) Bật công tắc cho phép cấp cao thế. Ngay cả khi cao thế vẫn đang được đặt ở
mức 0 V, ta vẫn có thể thấy được sự thay đổi. Trong ví dụ của HÌnh 11.2, độ
rộng nhiễu quan sát được trên màn hình dao động ký giảm đi một nửa. Sự giảm
nhiễu này là do sự giảm dung kháng của đầu dò.
(8) Vôn kế đặt vào điểm kiểm tra của tiền khuếch đại cần phải hiển thị giá trị -1 và
-2V và sẽ không khác nhiều so với giá trị đưa ra trong bảng thông số kỹ thuật.
(9) Tăng cao thế lên mức 200V. Cần chú rằng tăng cao thế quá nhanh sẽ có thể làm
hỏng tiền khuếch đại, do đó ta cần phải tăng cao thế một cách từ từ, khoảng

100V mỗi giây. Tuy nhiên, các hệ thống mới có các mạch điện tử được bảo vệ
tốt và hạn chế được hầu hết các nguy cơ gây hỏng hóc do tăng cao thế quá
nhanh.
(10) Trong quá trình lên cao thế, hiện tượng toàn bộ tín hiệu đột nhiên biến mất
trong một vài giây có thể xảy ra. Do đó bạn không nên lo lắng về tình trạng đó.
(11) Xóa MCA và bắt đầu đếm. Phổ sẽ bắt đầu xuất hiện với một dạng nào đó – tuy
nhiên chưa phải là dạng phổ đúng.


(12) Tiếp tục tăng cao thế một cách từ từ, dừng lại sau mỗi 500 V và kiểm tra độ
rộng của nhiễu (giá trị này giảm trước tiên khi tăng cao thế) và điện thế ở điểm
kiểm tra của tiền khuếch đại (giá trị này phải luôn giữ không đổi); tiếp tục tăng
cho đến giá trị cao thế làm việc của đầu dò (xem trong bảng thông số kỹ thuật).
Trong thực tế, ta không cần phải đo FWHM ở bước này, nhưng việc đo FWHM
đã được thực hiện để biểu diễn trong Hình 11.2. Cần chú ý rằng dung kháng của
đầu dò giảm, mức nhiễu cũng giảm theo, và FWHM cũng sẽ được cải thiện
tương ứng.
(13)Khi cao thế được tăng đến giá trị thế nghèo (depleption voltage – xem bảng
thông số kỹ thuật), mức nhiễu sẽ bắt đầu giữ không đổi. Các dữ liệu trong Hình
11.2 thu được từ thí nghiệm với đầu dò loại n 45% có thế nghèo ở 2000 V và thế
làm việc là 3500 V.
(14) Khi đã đạt tới cao thế làm việc, dừng lại chờ hệ thống ổn định trọng 30 phút
trước khi tiếp tục tối ưu hóa hệ điện tử.

Hình 11.2 Ví dụ về sự phụ thuộc của
độ rộng nhiễu ở lối ra của khuếch đại
vào cao thế. Đường phía trên mô tả
sự cải thiện của FWHM khi cao thế
tăng dần đến giá trị hoạt động.

Các hệ thống sử dụng tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn (TRP)
Tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn có xung lối ra là các xung nhảy bậc, thay vì
các xung lối ra thông thường (như lối ra của tiền khuếch đại phản hồi trở). Tiền khuếch
đại loại này cho phép điều chỉnh động rộng xung cấm và đỗ trễ khi xóa. Các giá trị này
được nhả sản xuất thiết lập sẵn cho mỗi đầu dò (xem hướng dẫn sử dụng) và không cần
người sử dụng phải điều chỉnh thêm. Loại tiền khuếch đại này không có đèn báo tốc độ


đếm cao, vì nó không thể bị bão hòa. Tiền khuếch đại này cũng không có điểm kiểm tra
và thay vì kiểm soát nhiễu, thời gian giữa các lần xóa (TBR – Phần 12.2.2) sẽ được
theo dõi. Các bước khởi động của hệ thống không khác nhiều so với các thủ tục đã
trình bày ở trên, chỉ khác một số điểm là:
 Các bước từ (5) đến (12). Trước khi đặt nguồn phóng xạ và trước khi cấp cao
áp, kết nối dao động ký với lối ra tiền khuếch đại. Ta sẽ nhìn thấy một giá trị thế
lớn; lấy tiền khuếch đại Canberra 2101 làm ví dụ, mức thế sẽ là -12 V cho các
đầu dò loại n và +12 V cho các đầu dò loại p.
 Cao thế cần được tăng từ từ khi dạng xung lối ra của tiền khuếch đại bắt đầu có
dạng như trong Hình 4.10. Đối với các đầu dò loại n, thế sẽ chuyển từ - 2V lên
+2V trước khi xóa. Với các đầu dò loại p, thế sẽ chuyển từ +2V về -2V.
 Khi cao thế đã đạt giá trị làm việc, thì tần số xóa cần phải gần với giá trị TBR
được cung cấp trong bảng thông số kỹ thuật và dải động của thủ tục xóa (trong
trường hợp này) cần phải bằng 4 V.
 Khi nguồn 60Co được đặt vào. TBR sẽ ngắn hơn. Khi điều này xảy ra, kết nối
với MCA và kiểm tra sự hiện diện của hai đỉnh đặc trưng của 60Co trên phổ.
 Các bước (13) và (14) áp dụng như với các hệ dùng tiền khuếch đại phản hồi
trở.
11.2.8 Tắt hệ thống
Khi tiến hành tắt hệ thống, trước tiên ta cần giảm cao thế về mức 0 V và sau đó gạt
công tắc để tắt khối cao thế. Chờ một thời gian ngắn để thế chắc chắn về 0 V. Nếu đầu
dò không sử dụng trong một khoảng thời gian dài, ta nên tắt hoàn toàn hệ thống để

giảm thiểu các nguy cơ gây hỏng tiền khuếch đại do nguồn điện (ví dụ nguồn điện đột
nhiên bị mất, sau đó có lại và kết nối một cách không kiểm soát với tiền khuếch đại).
Trong điều kiện sử dụng bình thường, ta nên hạn chế tắt hệ vì việc khởi động lại hệ
thống tốn nhiều thời gian.
11.3 TỐI ƯU HÓA CÁC HỆ ĐIỆN TỬ
11.3.1 Các yêu cầu cơ bản
Các khối điện tử rất đa dạng – một số đã được thiết kế từ hàng chục năm trước và một
số lại mới được thiết kế. Trong phần này, tôi không trình bày các thủ tục chi tiết cho tất
cả các mô-đun. Thay vào đó, tôi sẽ trình bày các điểm chung để lý giải tại sao các khối
điện tử trong hệ phổ kế cần phải được thiết lập như vậy. Bạn đọc cần lưu ý là, tùy theo
các mục đích khác nhau mà tham số của các khối điện tử có thể được thiết lập khác


nhau. Do vậy, hãy đọc hướng dẫn sử dụng của nó. Nếu trong phần này, có vấn đề nào
mà tôi đưa ra không phù hợp với nội dung trong sách hướng dẫn của thiết bị của bạn,
thì hay bỏ qua chúng và làm theo sách hướng dẫn. Chương 4 trình bày chức năng và cơ
chế hoạt động của các mạch bên trong khuếch đại. Trong phần này, tôi sẽ tập trung vào
việc sử dụng nó. Các thông số kỹ thuật của đầu dò cũng cần được chú ý. Bảng 11.3 là
một ví dụ về thông số kỹ thuật của đầu dò. Không phải nhà sản xuất nào cũng cung cấp
cho người dùng bảng thông số với đầy đủ các thông số kỹ thuật như trong bảng 11.3,
tuy nhiên chắc chắn là các thông số chính vẫn được cung cấp đầy đủ. Dựa vào thông
tin trong phần này, bạn đọc sẽ nắm được khái niệm sơ bộ, và biết phải tìm các thông tin
đó ở đâu khi cần.
11.3.2 Điều chỉnh mức DC và nhiễu đường cơ bản
Tất cả các khối điện tử trong hệ phổ kế đều sử dụng nguồn DC. Một số khối khuếch
đại sẽ có các nút vặn (thường là dùng tô vít hai cạnh để xoay) để điều chỉnh mức DC,
mức đường cơ bản cho các xung đơn cực. Không cần lo lắng nếu khuếch đại của bạn
không có nút vặn điều chỉnh này. Khi gặp phải tình huống này, bỏ qua bước này và tiếp
tục phần 11.3.3. Các bước điều chỉnh trên khuếch đại được tiến hành như sau:
 Ngắt kết nối giữa khuếch đại và tiền khuếch đại.

 Kết nối lối ra đơn cực của khuếch đại với dao động ký, đảm bảo rằng tùy chọn
DC coupling đang được lựa chọn. Lúc này trên màn hình sẽ không có xung.
 Chọn chế độ hiển thị đường không trên dao động ký. Lúc này màn hình sẽ hiển
thị mức không của dao động ký. Bạn có thể chỉnh sao cho đường mức không
nằm trùng với một đường chia vạch nào đó của dao động ký (để cho dễ nhìn).
 Điều chỉnh mức DC (DC level) trên khuếch đại sao cho khi chuyển qua lại giữa
hai chế độ hiển thị (xung từ khuếch đại và đường không) của dao động ký, ta
không nhận thấy sự chuyển động nào của vạch. Khi đó mức DC đã được thiết
lập đúng.
 Kết nối khuếch đại với tiền khuếch đại.
 Quan sát đường cơ bản trên dao động ký. Hệ thống tốt có nhiễu cỡ khoảng 5mV
và không vượt quá 10 mV.
 Thay đổi tùy chọn hiển thị trục thời gian của dao động ký (trục hoành) để kiểm
tra trên một dải rộng. Đường cơ bản cần phải không được có các dao động đều.
11.3.3 Thiết lập hệ số biến đổi và dải năng lượng
Trước hết ta cần phải định dải năng lượng cần đo và từ đó tính ra hệ số biến đổi tương
ứng (kích thước phổ). Trong Chương 4, Phần 4.6.8, ta đã được biết rằng kích thước


phổ tối ưu là sự cân bằng giữa số kênh của đỉnh để đỉnh có thể tách rõ mà không cần
tách bằng các thuật toán máy tính, với số đếm thống kê của các kênh. Nhiều kênh trong
đỉnh dẫn tới số đếm thống kê thấp, làm cho đỉnh khó nhận diện. Mối liên hệ giữa hệ số
biến đổi với dải năng lượng và độ phân giải của đỉnh đại diện là:
Giá trị thu được sẽ được làm tròn lên về các giá trị kích thước phổ - 4096, 8192, 16384.
Bảng 11.3 Bảng dữ liệu về hiệu năng và các thông số kỹ thuật của đầu dò

Dữ liệu trong bảng là dữ liệu thật, tuy nhiên nó không phải là của duy nhất một đầu dò
mà là của nhiều đầu dò. Thông tin về loại đầu dò đã được xóa bỏ.
Ví dụ, dải năng lượng từ 0 đến 2000 keV là thích hợp với nhiều mục đích. Giả sử
chúng ta sử dụng đầu dò được mô tả trong bảng 11.3. Nếu ta quan tâm đến đỉnh 1332.5

keV (FWHM 2.15 keV) thì theo phương trình (11.1) số kênh thích hợp sẽ là 3721
kênh, làm tròn lên thành 4096 kênh. Nếu ta tập trung vào các đỉnh năng lượng thấp –


đỉnh 122 keV (FWHM bằng 0.912 keV), thì kích thước phổ sẽ là 8772 kênh, làm tròn
lên thành 8192 kênh. Các năng lượng trung gian, kích thước phổ bằng 4096 hay 8192
đều có thể chấp nhận được. Để thiết lập cho hệ thống MCA chính xác, hệ số khuếch đại
cần phải được điều chỉnh. Các bước thực hiện dưới đây được tiến hành cho trường hợp
dài năng lượng khoảng 2000 keV trên phổ 4096 kênh. Như vậy, mỗi kênh sẽ tương ứng
với khoảng 0.5 keV:
 Đảm bảo rằng không có sự dịch số (digital off-set) nào trên ADC.
 Đặt một nguồn thích hợp lên đầu dò và bắt đầu đếm. “Thích hợp” ở đây có
nghĩa là nguồn có đỉnh (hoặc các đỉnh) dễ nhận diện, và nằm trong khoảng giữa
của phổ. Ví dụ, dải năng lượng 2000 keV thì nguồn 60Co là một nguồn lý tưởng
(phát hai năng lượng 1173 keV và 1332 keV).
 Bây giờ tiến hành điều chỉnh hệ số khuếch đại, thô và tinh, sao cho vị trí của
đỉnh rơi vào vị trí mà ta mong muốn. Ví dụ với đỉnh 1332 keV, hệ số cần phải
được điều chỉnh sao cho tâm đỉnh gần với kênh 2660. Ta không cần phải tiến
hành điều chỉnh với độ chính xác thật cao ở bước này thay vì đó, bước tinh
chỉnh sẽ được thực hiện bởi các quá trình tối ưu hóa khác.
 Đường chuẩn năng lượng cần phải được làm sau khi đã chọn được hằng số thời
gian thích hợp và điều chỉnh triệt cực không.
11.3.4 Triệt cực không (Pole-zero cancellation)
Hiệu chỉnh triệt cực không là một thủ tục cần thiết để hệ phổ kế có độ phân giải tốt với
mọi tốc độ đếm (Hình 11.3 là một phần của Hình 4.20) và là bước chuẩn bị cơ bản
trước khi tiến hành thủ tục phục hồi đường cơ bản (BLR) được mô tả trong Phần
11.3.6. Các tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn sẽ không cần thực hiện thao tác
này. Chương 4, Phần 4.6 trình bày các thông tin nền tảng giải thích lý do xung bị quá
cao hoặc quá thấp.
Có ba cách để điều chỉnh cực không.

Hình 11.3. Triệt cực không

Sử dụng dao động ký và nguồn
Đây là phương pháp phổ biến nhất:
 Đặt một nguồn phóng xạ vào gần đầu dò sao cho tốc độ đếm của hệ vào khoảng
một vài nghìn số đếm/giây. Để biết tốc độ đếm tổng, ta có thể theo dõi trên
MCA nếu nó có hiển thị, còn nếu không ta sẽ cần phải sử dụng một bộ đo tốc độ
đếm.
 Xem hướng dẫn sử dụng của khuếch đại để kích hoạt chế độ điều chỉnh cực
không của khuếch đại.
 Chọn vào ghi lại hằng số thời gian của khối khuếch đại.
 Kết nối lối ra xung đơn cực với dao động ký. Kiểm tra xem dao động ký có
đang ở chế độ DC hay chưa.
 Quan sát phần đuôi của sườn xuống của xung với thang chia khoảng 100 hoặc
50 hoặc 20 mVcm-1 (với tùy chọn 20 mV, nhiễu sẽ xuất hiện rất nhiều). Dạng
xung quan sát sẽ giống với Hình 11.3.1
 Bây giờ ta tiến hành vặn nút điều khiển PZ trên dao động ký sao cho phần đuôi
xung về đúng đường cơ bản, không nằm cao hơn và cũng không nằm thấp hơn
so với đường cơ bản. Trong trường hợp phần đuôi xung đang bị cao hơn so với
đường cơ bản, việc điều chỉnh sẽ dễ hơn. Trong trường hợp này ta cần phải quay
núm vặn điều chỉnh PZ theo chiều kim đồng hồ. Một vài khuếch đại phổ có hai
núm vặn đề điều chỉnh PZ, một núm chỉnh thô và một núm chỉnh tinh.; một số,
như Tennelec 245, còn có đèn LEDs để chỉ hướng điều chỉnh.
1 Chú ý: Một số dao động ký (như Tektronix 465 và 475) sẽ bị quá tải khi các dải nhạy được sử dụng với xung
lối vào từ 5 đến 10 V. Một thiết bị đế giới hạn có thể được tích hợp vào bên trong khuếch đại phổ (như trong
Tennelec TC244) hoặc có thể được gắn ở ngoài (Canberra’s Schottky Clamb LB1502).

 Khi chỉnh PZ cho các tiền khuếch đại cũ, đôi khi ta có thể gặp trường hợp như
trong hình 11.4, đuôi xung hình thành một biếu âm. Trong trường hợp này,
chúng ta phải thực hiện thao tác thử; lần lượt di chuyển PZ mỗi 1/8 vòng, dừng
lại ở mỗi bước di chuyển để đo độ phân giải. Độ phân giải tốt nhất sẽ tương ứng
với việc xung có độ lệch so với đường cơ bản là nhỏ nhất. Cần chú ý rằng cực
không cần phải được điều chỉnh lại mỗi khi thay đổi hằng số tạo dạng xung của
khuếch đại phổ hoặc khi hệ số khuếch đại bị thay đổi đáng kể.

Hình 11.4 Một trường hợp khó khi thực
hiện điều chỉnh triệt cực không

Sau khi đã triệt cực không thành công, các đỉnh trong phổ sẽ không có các đuôi năng
lượng thấp và các đuôi năng lượng cao. Quan sát phổ trên thang logarit sẽ giúp ta nhìn
rõ đuôi xung. Kinh nghiệm thực nghiệm cho thấy độ rộng đỉnh ít nhạy với trường hợp
đuôi xung nằm trên đường cơ bản hơn so với trường hợp đuôi xung nằm dưới đường
cơ bản. Trong trường hợp không thể chỉnh cho xung về đúng đường cơ bản, ta nên điều
chỉnh sao cho xung nằm ở phía trên đường cơ bản một chút. Chương 14, Phần 14.3.2
đưa ra thủ tục vặn tin theo kiểu lặp rất hữu ích khi sử dụng ở tốc độ đếm cao.
Dao động ký và sóng vuông
Phương pháp này, tương tự với phương pháp ở trên nhưng sử dụng sóng vuông thay
cho xung từ đầu dò, được cho là nhạy hơn. Xem hướng dẫn sử dụng khuếch đại để biết
chi tiết về cách áp dụng phương pháp này.
Hiệu chỉnh tự động
Một số khuếch đại phổ gần đây cho phép thực hiện việc điều chỉnh triệt cực không chỉ
bằng một nút bấm. Trong trường hợp này ta không cần tới dao động ký, tuy nhiên nếu


có dao động ký, ta có thể nối vào để quan sát xung lối ra và nhìn thấy được sự hiệu
chỉnh đã được thực hiện. Tác giả, vốn là một người nổi tiếng với sự hoài nghi về các
thủ tục tự động, cũng đã phải ngạc nghiên vì sự chính xác của cách hiệu chỉnh này!

11.3.5 Kết hợp với máy phát xung
Trong Chương 4, phần 4.7.3, chúng ta đã thảo luận về cách sử dụng một máy phát
xung để hiệu chỉnh số xung bị mất do thời gian chết và do trùng phùng ngẫu nhiên.
Phần này cung cấp một số lời khuyên khi làm việc với máy phát xung. Máy phát xung
cần phải cung cấp các xung có dạng (mô phỏng chính xác) giống với xung lối ra của
tiền khuếch đại. Loại máy phát xung cần dùng phụ thuộc vào loại tiền khuếch đại. Biên
độ xung cần phải thay đổi được trong toàn bộ dải biến đổi của MCA và phải rất ổn
định, nhờ đó có thể tạo ra các đỉnh đặc trưng rất hẹp ở các vị trí mong muốn trên phổ.
Tốc độ lặp xung (tần số) cần phải thay đổi được và ổn định, đồng bộ bởi đồng hồ trong
đã được chuẩn. Một trường hợp phức tạp hơn là ta cần phải tạo ra các xung ngẫu nhiên
phân bố theo thời gian, thì khi đó phát xung cần phải được đồng bộ bởi phân rã của
nguồn phóng xạ. Thiết bị này sẽ bao gồm nguồn và đầu dò phụ và một mạch đếm để
đếm số xung được tạo ra.
Trở kháng lối ra của máy phát xung phải là 93. Nó cần phải được nối vào lối “Test” của
tiền khuếch đại.
Với tiền khuếch đại phản hồi trở
Như ta đã thấy trong Chương 4, Hình 4.7, loại tiền khuếch đại này tạo ra các xung ra
có mặt tăng xung nhanh (rất dốc) và mặt giảm xung chậm (kéo dài). Để mô phỏng
dạng xung này, ta cần có một máy phát xung chất lượng cao; Một điều không may mắn
với chúng ta là các loại máy phát xung chất lượng tốt có giá thành cao. Máy phát xung
phải có thể đưa ra các xung với mặt tăng nằm trong dải từ 50 đến 500 ns, và mặt giảm
khoảng 500 trở lên. Các bước thiết lập cho máy phát xung:
 Khi chưa bật máy phát xung, tiến hành hiệu chỉnh cực không thật tốt với các
xung từ đầu dò.
 Bật máy phát xung, quan sát lối ra của khuếch đại phổ trên dao động ký với các
thang hiển thị được đặt giống với khi hiệu chỉnh cực không, thay đổi thời gian
phân rã của máy phát xung cho tới khi đuôi xung về đúng đường cơ bản (tương
tự như khi chỉnh cực không, nhưng thay vì vặn núm vặn điều chỉnh PZ thì ta
điều chỉnh thời gian phân rã của máy phát xung)

 Điều chỉnh biên độ xung sao cho đỉnh tạo ra bởi máy phát xung xuất hiện trên
phổ ở một ví trí không có sự hiện diện của các phổ khác và nền phông ở dưới rất
ít, thường là ở vùng năng lượng cao.
 Tốc độ phát xung nên được đặt thấp hơn tốc độ xung từ đầu dò khoảng 10%.
Với tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn
Với tiền khuếch đại xóa bằng bóng bán dẫn, thủ tục đơn giản hơn. Xung lối ra của tiền
khuếch đại là xung nhảy bậc. Một máy phát xung vuông có thể được sử dụng thay cho
máy phát xung được mô tả ở trên. Việc hiệu chỉnh cực không không cần phải được
thực hiện. Chúng ta nên kiểm tra lại bằng dao động ký để đảm bảo rằng xung tạo bởi
đầu dò và xung tạo bởi máy phát xung tương tự nhau.
11.3.6 Phục hồi đường cơ bản (BLR)
Quy trình này đã được trình bày trong Chương 4, Phần 4.7. Quy trình được thực hiện
tự động bởi khuếch đại khi tính năng tự động phục hồi đường cơ bản (BLR Auto) được
bật với điều kiện tốc độ đếm phải nằm trong khoảng mà khuếch đại có thể xử lý được
(một số khuếch đại có thể xử lý được tốc độ đếm cao, tuy nhiên BLR trong trường hợp
đó cần phải được chỉnh riêng, hoặc phải gạt sang tùy chọn dành cho tốc độ đếm cao).
Các khuếch đại thường cho phép hoặc để BLR ở chế độ tự động, hoặc để ở chế độ điều
chỉnh bởi người dùng. Xem hướng dẫn sử dụng để biết cách.
11.3.7 Thời gian tạo dạng xung tối ưu
Các nhà sản xuất sẽ cung cấp cho người dùng giá trị hằng số thời gian nên dùng. Hằng
số thời gian tạo dạng xung tối ưu (Chương 4, Phần 4.4.4) phụ thuộc vào kích thước,
hình dạng, các đặc trưng thu thập điện tích và có thể là cả tốc độ đếm. Chỉ dẫn chung
đề xuất rằng, để đạt được mức thu thập điện tích tốt, thời gian tạo dạng xung cần phải
không nhỏ hơn 10 lần mặt tăng xung dài nhất của xung ra từ tiền khuếch đại. Hằng số
thời gian 3 thích hợp với các đầu dò nhỏ, cỡ HPGe 20%, các đầu dò HPGe 150% sẽ
cần thời gian tạo dạng xung khoảng 8 . Đầu dò Si(Li) có xu hướng cần thời gian tạo
dạng xung dài hơn, do tính linh động của điện tích trong Si thấp hơn, còn đầu dò
NaI(Tl) thì thời gian tạo dạng xung ngắn hơn nhiều.
Với một đầu dò mới, hoặc một đầu dò mới nhận lại sau quá trình sửa chữa, bạn nên

kiểm tra để xem giá trị thời gian tạo dạng xung được nhà sản xuất khuyến cáo đã thực
sự tối ưu hay chưa. Trong một số trường hợp, bạn cũng có thể giảm thời gian tạo dạng


xung xuống mức nhỏ hơn mức tối ưu để hệ có thể xử lý được tốc độ đếm cao hơn. Tất
nhiên là trong trường hợp này, độ phân giải sẽ bị tồi đi một chút.
Thủ tục lựa chọn hằng số tạo dạng xung tối ưu như sau:
(1) Đặt nguồn 60Co vào đầu dò sao cho tốc độ đếm tổng vào khoảng 1000 cps. 60Co
là nguồn thích hợp để bạn có thể so sánh độ phân giải đo được với giá trị trong
bảng thông số kỹ thuật.
(2) Đặt thời gian tạo dạng xung ở giá trị thấp, 1 .
(3) Tiến hành hiệu chỉnh triệt cực không.
(4) Tiến hành ghi phổ trong thời gian đủ dài để đỉnh 1332.5 keV xuất hiện rõ.
(5) Đánh giá FWHM của đỉnh 1332.5 keV. Giá trị này thường được cung cấp bởi
phần mềm ghi phổ. Do việc thay đổi thời gian tạo dạng xung cũng làm thay đổi
đường chuẩn năng lượng, FWHM có thể cần phải được hiệu chỉnh. Giá trị gần
đúng FWHM để so sánh với giá trị trong bảng thông số kỹ thuật có thể được
tính từ phương trình sau:
(6) Trở lại bước hai, tăng hằng số tạo dạng xung lên các nấc tiếp theo. Lặp lại các
bước (3) và (5).
(7) Sau khi đã thực hiện các bước trên với tất cả các giá trị hằng số tạo dạng xung
có thể thiết lập của khuếch đại. Vẽ đồ thị biểu diễn FWHM theo thời gian tạo
dạng xung. Thời gian tạo dạng xung tối ưu sẽ có FWHM nhỏ nhất. Nhiều khả
năng, giá trị bạn thu được có thể sẽ tương đương với giá trị trong bảng thông số
kỹ thuật, với thời gian tạo dạng xung cũng tương tự như giá trị được đề xuất của
nhà sản xuất.
Nếu bạn định sử dụng đầu dò cho các ứng dụng tốc độ đếm cao, các thông tin mà bạn
đã thu được ở trên sẽ cho phép bạn đánh giá mức độ ảnh hưởng lên độ phân giải nếu
bạn sử dụng thời gian tạo dạng xung ngắn hơn giá trị tối ưu. Độ phân giải kém hơn một
chút có thể giúp tốc độ xử lý xung của khuếch đại tăng gấp đôi. Bạn cũng có thể lặp lại

thao tác kể trên với tốc độ đếm cao. Khi đó bạn sẽ có hai đường biểu diễn FWHM theo
thời gian tạo dạng xung như trong Hình 11.5. Hình 11.5 cho ta thấy rằng thời gian tạo
dạng xung tối ưu dịch về các giá trị thấp hơn ở tốc độ đếm cao.


Hình 11.5 Độ phân giải hệ thống ở tốc
độ đếm thấp và tốc độ đếm cao theo
thời gian tạo dạng xung

11.4 KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA NHÀ SẢN XUẤT
11.4.1 Bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
Với các đầu dò mới, hoặc các đầu dò được trả lại sau khi sửa chữa, người dùng sẽ nhận
được một bảng thông số kỹ thuật, và bạn cần phải giữ lại nó. Bảng thông số này (xem
Bảng 11.3) bên cạnh các thông số như số mô-đen, số sê-ri, loại Dewar, … sẽ đưa ra các
thông tin sau:
 Các thông số được cam kết (warranted)– Độ phân giải ở một vài giá trị năng
lượng xác định, các thông số độ rộng đỉnh, tỷ số đỉnh/Compton và hiệu suất ghi
tương đối. Đây là các thông số kỹ thuật mà đầu dò phải đạt được.
 Các thông số được đo (measured), như trên. Khi bán đầu dò cho bạn, nhà sản
xuất sẽ tiến hành kiểm tra thông số kỹ thuật trước khi giao hàng, và cung cấp
cho bạn kết quả đo trong mục “được đo”. Các giá trị này thường tốt hơn so với
các giá trị cam kết. Nếu các giá trị được đo thấp hơn giá trị cam kết, bạn cần yêu
cầu nhà sản xuất giải quyết.
 Kích thước vật lý của đầu dò, các thông số này thường được cung cấp rất chi
tiết. Kích thước chi tiết sẽ cần tới khi tiến hành các hiệu chỉnh theo khoảng cách
nguồn đầu dò, hoặc khi tiến hành mô phỏng MCNP và các mô hình chuẩn hóa
tương tự).
 Các thông số điện tử của đầu dò – phân cực cao thế, thế vùng nghèo, thế hoạt
động, thời gian tạo dạng xung đề xuất, và có thể là thế tại điểm kiểm tra của tiền
khuếch đại.

 Bề dày cửa sổ và bề dày lớp Ge không làm việc.


Các thông số nói trên dành cho đầu dò đồng trục tiêu chuẩn. Bảng thông số kỹ thuật
của các loại đầu dò khác có thể có các thông tin khác và không phải tất cả các thông tin
có trong bảng 11.3 đều sẽ được cam kết. Ví dụ như với đầu dò loại giếng, bảng thông
số kỹ thuật sẽ có các thông số hình học và thể tích, thường với đầu dò loại này thì chỉ
có độ phân giải là được cam kết. Tỷ số đỉnh/Compton có thể được được đo nhưng
không được cam kết. Với các đầu dò năng lượng thấp, chỉ có giá trị độ phân giải là
được cam kết.
Nhiệm vụ đầu tiên của người dùng sau khi nhận một đầu dò mới, hoặc nhận lại một
đầu dò sau sửa chữa, là kiểm tra lại các thông tin trong bảng thông số kỹ thuật bằng các
phép đo thực nghiệm. Các thủ tục tiêu chuẩn công nghiệp để đo các thông số được đưa
ra trong ANSI/IEEE Std 325-1986 (xem tài liệu nên đọc). Điều quan trọng là, trước khi
kiểm tra các thông số kỹ thuật, hệ đầu dò cần phải được lắp đặt và thiết lập các tham số
chính xác, đặc biệt là tham số thời gian tạo dạng xung phải được tối ưu. Quá trình thiết
lập hệ không tốt hoặc không đầy đủ thậm chí sai sẽ khiến đỉnh thu được có dạng tồi
(chiều ngược lại hiển nhiên cũng đúng; nếu đỉnh có dạng tồi, có nghĩa là có gì đó đang
sai trong hệ phổ kế!)
11.4.2 Độ phân giải và dạng đỉnh
Tham số đầu tiên cần phải kiểm tra là độ phân giải của đầu dò. Thêm nữa, việc kiểm
tra này cũng đồng thời khẳng định rằng hệ thống điện tử đã được thiết lập đúng. Trừ
trường hợp cần, còn lại các phép đo tỷ số đỉnh/Compton và hiệu suất ít được thực hiện
(do không cần thiết).
Bảng 11.4 Các năng lượng thường được sử dụng để đo độ phân giải
Năng lượng
(keV)

Đồng vị

HPGe

NaI(Tl)

Lớn
Nhỏ
Co
*
1332.5
137
Cs
*
661.7
57
Co
*
*
122.1
241
Am
*
59.5
109
Cd
22.1
55
Fe
*
5.9
Độ phân giải là độ rộng của đỉnh hấp thụ toàn phần. Giá trị độ phân giải thay đổi theo

năng lượng, và do dó khi sử dụng giá trị này để bày tỏ chất lượng của đầu dò, nó cần
phải được đo ở giá trị năng lượng xác định nào đó. Với phần lớn các đầu dò HPGe, độ
60