Nghiên cứu phương pháp tách các phần mềm trong chùm tia bức xạ đa thành phần

~

~
DAI HQC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH
TRUONG DAI HQC KHOA HQC TV NHIEN
03Wro

BAo cAo NGHI~M THU DE TAl NGHIEN CUu
cAp TRUONG

NGHIEN CUU PHUONG PHAp TAcH cAc
PHAN MEM TRONG CHUMTIA BUC XA
.
DA THANH PHAN
'(THlET KE - XAY DVNG H~ DO TAN X~ COMPTON TVDQNG
NHAM xAc DINH CHIEU DAy vA M~ T DQ)

Chti Nhi~m D@Tai:
PGS.TS MAl VANNHON
ThS NGUYEN HAl DUONG
Cae eQng S1f:

TMN THANH SON
NGUYEN HOANG DU SON
TMN THI$N THANH

TP. H6 Chi Minh nam 2007
A,

=i

-1-

.

.

MUC LUC
Danh m1}ccac bang

2

Danh m1}ccac hinh ve, dA thj

3

,

LOi n6i dau

4

ChtrO1lg 1:. CO' sO-Iy thuy~t

5

1.1. Ca chStuang tac cua gamma v6i v~t chfit

5

1.1.1. Hi~u trng quang di~n

5

1.1.2. Tan x~ Compton

5

1.1.3. Hi~u ung t~o ci;ip
1.2. Detector nhfip nhay

10
10

1.2.1. Di;ictrung cua detector nhfip nhay

10

1.2.2. Ngu6n chuAn

10

ChtrO'ng 2: Thi~t k~ h~ do tan x~ t1}'d.,ng

2.1. H~ ca khi

12

12

2.1.1. cfiu t~o

12

2.1.2. cfiu t~o va nguyen t~c ho~t dQngcua m~ch di~n diSukhien h~ ca

13

2.2. Chuang trinh diSukhien h~ ca khi

17

ChtrO1lg3: Khao sat S1}'phan b8 nang ItrQ'ngtan x~ Compton theo g6c tan x~ e... 19
3.1. B6 tri thi nghi~m

19

3.2. KSt qua thi nghi~m

21

ChtrO1lg4: Khao sat b~ day v~t li~u

25

4.1. Phuang phap thi nghi~m

25

4.2. Xay d\fIlg ham lam kh6p

26

4.3. KSt qua thi nghi~m

27

K~t lu~n

29

Tai li~u tham khao

30


- 2-

.

DANH MUC cAe BANG
Bang 3.1: Nang IUQ'ngtan x~ Compton theo Iy thuy~t

22

Bang 3.2: so sanh nang Iuqng tan x~ trung binh Iy thuy~t va th1JCnghi~m

24

Bang 4.1: 86 d~mtheo bS day

27

".""""""""""""""""""""""""""'"


-3-

DANH MVC cAe HINH vi, DO THJ
Hinh 1.1:D6 thj mo tit djnh lu~tbito toan dQnglUQ'Ilg

7

Hinh 1.2: Sa d6 phan ra cua C06o

11

Hinh 2.1. H~ Co'khi diSukhiSnDetector

12

Hinh 2.2: C§.1.i
t~o Encoder

14

Hinh 2.3: M~t c~t Encoder

14

Hinh 2.4: So'd6 ho~t dQngcua m~ch diSukhiSn

16

Hinh 2.5: Chuang trinh diSukhiSn h~ Co'

17

Hinh 3.1: So'd6 b6 tri thi nghi~m""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'"

19

Hinh 3.2: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 120°

20

Hinh 3.3. Dinh tan x~ sau khi sir d\mgphuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 120°

21

Hinh 3.4: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 70°

21

Hinh 3.5. Dinh tan x~ sau khi sir d\lng phuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 70°

22

Hinh 3.6: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 140°

23

Hinh 3.7: Dinh tan x~ sau khi sir d\lng phuang phap l§.yph6 tm ph6 t~i goc 140°

23

Hinh 4.1: biSudiSn S1!ph\l thuQccua s6 dSmvao kh6i lUQ'IlgbSm~t

28


-4 -

LOi m(y dau
Vi tinh chAtnguy hi~m cua cac buc x~ h~t nhan d6i v6i con nguai va moi twang nen
cac thi€t bi dung trong hQct~p, nghien cuu va k~ ca trong nganh cong nghi~ph~t nhan
ngay cang tra nen hi~n d~i, t\1'dQngh6a va an toan. TAtca cac thi€t bi trong nganh v~t
ly h~t nhan d~u duQ'ctinh toan dQan toan cho nguai su d\lng va v~ hanh, nhAtla cac
thi€t bi phat ra cac buc x~ ho~c chua ngu6n ph6ng x~ c6 cuang dQ Ian phai dam bao
lam sao cho th~t an toan va nguai su d\lng it phai ti€p xuc v6i ngu6n phat. D6i v6i cac
sinh vien trong nganh v~t ly h~t nhan, vi~c hQct~p va nghien Clrudoi h6i sinh vien phai
thuang xuyen ti€p xuc v6i cac thi€t bi chua ngu6n phat tia ph6ng x~, vi v~y vi~c hi~n
d~i h6a va !\f dQng h6a cac h~ thi nghi~m ph\lc V\l cho hQc t~p va nghien Clrutrong cac
twang d~i hQc la h€t suc cftn thi€t. Cung v6i S\1'phat tri~n cua cac nganh khoa hQc may
tinh va di~u khi~n t\1'dQng thi vAn d~ !\f dQng h6a trong nganh v~t ly h~t nhan da dftn
dftn duQ'cgiai quy€t tri~t d~.
Tir m\lc dich d6 chung toi da thi€t k€ duQ'ch~ cO'khi c6 th~ dich chuy~n dftu do
niing IUQ'llgtheo tUng g6c xac dinh nh~m ph\lc V\l cho thi nghi~m Compton, xay d\lllg
duQ'c chuang trinh k€t n6i v6i may tinh b~ng ngon ngfr l~p trinh Visual Basic nh~m
d~u khi~n h~ Co'mQt cach t\1'dQng duQ'c di~u khi~n hoan toan bfug may vi tinh va c6

th~ b6 tri a nO'ian toan cho nguai lam thi nghi~m.
Tren Co'sa h~ Co'khi t\1'dQng chung toi ti€n hanh khao sat S\1'phan b6 niing IUQ'llg
trung binh theo g6c tan x~ 8 va khao sat S\1'ph\l thuQc cua chum tia gamma tan x~ theo
b~ day v~t li~u. NhUng k€t qua lrng d\lng ban dftu nay c6 th~ duQ'cphat tri~n thanh mQt
quy trinh t\1'dQng cho cong vi~c th\1'ct€ yeu cftu.


-

5-

CHUONGl

COsa L Y THUYET
1.1. CO'cbS tU'O'Dghic tU'O'Dgtac cua gamma vOi v~t cbAt
Cac tia gamma khong gay hi~n tuTuy OOienkhi gamma tuang tac v6i nguyen ill, no lam bUt cac electron quy d~o ra khoi
nguyen ill ho~c sinh ra cac c~p electron - positron sau do cac electron nay gay ion hoa .

Ngoai ra mQt phfut Ian cac lUOOiinghi~n tuKhi gamma di qua moi twang ta co cac d~ng
tuang tac ca ban sau hi~u img quang di~n, tan x~ Compton, hi~u img t~o c~p. Bay gia
ta se khao sat hinh d~g ph6 a ngo ra cua detector cua m6i hi~u img [1].
1.1.1. Hi~u fu1gquang di~n
Hi~u img qang di~n la hi~u img du<;ycmong mu6n xay ra ooAttrong kh6i ooAp
OOay,bai vi cac electron quang di~n la ca ch~ chiOOgay ion hoa moi twang va phat ra
cac photo sang. Trong hi~u img quang di~n, cac gamma tuang tac v6i electron lien k€t
cua nguyen ill, thong thuang la lap K co nang lUKeV tuang img v6i nguyen ill co Z 000 va Z lan, va truy€n toan bQ nang lU

electron nay. Electron sau do thoat ra khoi nguyen ill va de l~i mQt 16tr6ng d6ng thai
phat ra tia X d~c trung. Cac tia X d~c trung di chuyen mQtkhoang thong thuang vao
khoang mQtmilimet ho~c 000 han, sau do tuang tac quang di~n v6i electron lien k€t
y€u han a vong ngoai, giai phong electron (di~n ill Auger) va cling de l~i mQt16tr6ng.
Qua triOOti€p di8n cho t6i khi toan bQnang lUcac electron quang di~n. Nhu v~y k~t qua cua hi~u img quang di~n la t~o ra mQ
electron mang hAuh~t nang lu<;yng
cua tia gamma va cac electron Auger (electron nang
IU1.1.2. Tan x~ Compton

Niim 1923, Authur Holly Compton (USA,1892 - 1962) d\1'avao thuy€t lUanh sang ma Einstein dii d€ xuAt twqc do giai thich thaOO cong mQt hi~n tu

- 6-

thuemg ma sau do mang ten ong, do la hi~n tuQ'ng gia tang cua bu6c song tia X dO'Ils~c
khi chi~u no qua mQt bim Graphite [3]. Luc bAy gia hi~n tuqng nay khong th~ giai

thich mQtcach thoa dang n~u d1Javao ly thuy~t ca hQc c6 di~n Newton va ly thuy~t
di~n dQngl1JchQc c6 di~n cua Maxwell (Theo ly thuy~t c6 di~n thi bu6c song tan x~
phai bfutgv6i bu6c song tm).
Khi chi~umQtchum tia gamma vao v~t chAt,cac photon trong chum tia gamma se
va ch~mv6i h~t nhan nguyen ill va cac electron trong v~t chAt.S1JtuO'Ilgtac nay co th~
xem nhu tUO'Ilgtac giii'ahai h~t v6i nhau. d day ta chi xet tuang tac giii'acac gamma
v6i cac electron trong nguyen ill, n~u luqng ill gamma co niing luqng 100hO'Ildang k~
so v6i niing luqng lien k~t cua electron thi co th~ xem eOla !1Jdo trong qua trinh xet S1J
va ch~m cua luqng ill gamma v6i no. Va tuO'Ilgtac nay gQi la tan x~ Compton
(Compton Scattering)

Tir cac dinh lu~t bao toan niing luqng va dQng luqng ta co th~ nh~ duac mBi lien
quan giii'a niing luqng cua luqng tir gamma tan Ey' x~ v6i nang luqng Ey cua luqng ill

gamma t6i va goc e giii'aphuO'Ilgt6i va phUO'Ilgtan x~, cling nhu mBi lien quan giii'a
nang luqng cua electron Compton Ee v6i goc bay ra gia sir ban dAueOdUngyen.
Tir djnh lu~t bao toan niing luqng ta co:
By = By' + Ee

(1.1)

V6i : Ey = hc/A. ; By' = hc/A.' ; Ee = (me-mo).c2
~

he he

-=-+(m-m
')..

')..'

o).e

2

(1.2)

Trong do: mo, m, A.,A.' IAn luqt la khBi luqng nghi cua electron, khBi luqng
electron 6 v~ tBc v sau va ch~

va la bu6c song gamma t6i va gamma tan x~.

Tir dinh lu~t bao toan dQng luqng:
Py

= Py

'+ Pe

(1.3)


-7 -

.~\
"

\

~

\.

\.
--

,:r

Hinh 1.1: Bao toan dQng lU(YI1g

-

hV

-

h

V6i: Py =-;-=A'
I

I

I

I

hV'

Py'=~=~,

-

-

,

Pe=m.v,vachuyrang:

I

I

I

h
1

v' =[[- ( :: )'].c' , thSvao (1.3) ta dugc:
{m2-mo2).c2

2 + ~ 2 - 2hCos8
= !!
A.A'
( A) ( A')

(1.4)

Tir (1.2) suy ra:

= h . 1.-1-

m-m
e

C

(A

A')

th~ vao (1.3) ta duQ'c:
h

( CA-

h

h

h

2

h

2

h

CA'+ 2me )( CA- CAI) C = ( A) + ( ~

2

2hCosS

) - A.A
I

Qua mQt s6 phep bi~n d6i tuang duang phuang trinh cu6i ta duQ'c:

h
A'-A =-(1-CosS)
mec

(1.5)

Cong thuc (1.5) ta thdy S\l'ph\! thuQc cua bu6c song tan x~ 'A' vao bu6c song t6i 'Ava
goc tan x~ e. Vi cose :s 1 nen 'A' 2: 'A, nghia la bu6c song tan x~ luon 100 han ho~c
,

b~ng v6i bu6c song t6i.


- 8-

Tir cac cong thuc tren ta rut ra dugc sg ph\! thuQccua nang lugng gamma tan x~
Ey' vao nang lugng gamma tai Eyva goc tan xa e:
E

E '=

y

Y

(1.6)

E

1+ (1- CosS).--!.z

moc
Chu y rfutg IIloC2= 0,511 MeV nen:
E

E'=
Y

( 1.7)

Y

1+ 2(1- CosS).Ey

Khi e = 00 thi By'= By

Khi e = 1800thi Ey'= Ey

1+4Ey

.

khi do nang lugng truy8n cho e- la Ian nhfttva

niing lugng gamma tan x~ E'yse cgc ti6u (tan x~ gi~t lui).
Ti~t di~n vi phan cua tan x~ Compton dugc tinh b6i Tamm va Klein Nishina va dff
dugc thgc nghi~m ki6m chUng [4]:
dCJCom

2

l+cos2S

dO. ~re ( 2(IH(I-cose»2

E2(I-cosS)2

(1.8)

)[ 1+(I + cos2e)(IH(I-cose»

]

d day re = e2/mec2, E= Bylmec2va e la goc tan x~. Cong thuc cho ti~t di~n tan
x~ Compton co dugc b6i vi~c lftytich phan (1.20) tren toan goc kh6i n ta dugc:
1+E
CJCom
= 21tr/

~

{

E

2(I+E)
[ 1+ 2E

1

-In(I+2E)

2

1
+-In(I+2E)] 2E
.

Co hai truang hgp d~c bi~t :
Truang hgp E« 1, cong thuc (1.9) dugc khai tri6n thanh:

1+3E
2

(1+ 2E) }

(1.9)


-9 -

crCom= crTh(1-

21>+ 2561>2+

)

(1.10)

va d6i vai nang lUQ'l1gthfip (8 « 0.05), tiet di~n tan x~ Compton gia
vai crTh= 381t.:44

meC

tang tuyen tinh theo S\l'giam nang lugng va tien tai gia tri giai h~n O"Th
.

Truang hgp 8 » 1, cong thuc (1.9) tra thanh:
crCom =

21 1
1tre .~ ( "2+

)

In 21>

(1.11)

Nhu v~ytiet di~ntan x~ Compton d6i vai mQt electron Ey» mec2(8)> 1) thay
d6i ti l~ nghich vai nang lUQ'l1g
cua lUQ'l1g
tir gamma va bai vi trong nguyen tir co Z
electron nen tiet di~n d6i vai mQtnguyen tir se Ian han gfipZ Ifillva do do khi 8 » 1
thi O"Corn
thay d6i ti l~ vai Z/Ey.
Hi~u ung Compton con dugc quan sat cho nhftng electron chuy~n dQngco nang
lugng co th~ so sanh dugc vai nang lugng cua gamma tai [4].
Trong truang hgp nay gamma tai cling se bi tan x~ len electron, tuy nhien
gamma tan x~ co th~ co buac song ng~n han gamma tai tuy thuQcvao goc tai cua hai
h~t. Nang lUQ'l1gEy' cua gamma tan x~ trong truang hgp nay co th~ tinh dugc bAng
cach bien d6i bi~u thuc (1.16) ill h~ to~ dQ g~n vai electron sang h~ to~ dQ g~n vai

phong thi nghi~m, ta dugc:
E '= E
Y

I-j3easel

(1.12)

Y'I-j3eose2+Ey(1-eose)IEe

a day ~ = V/c, 81 la goc gifra chiSuchuy~n dQngcua electron va photon tai, 82
la goc gifra chiSu chuy~n dQngelectron va photon tan x~. Ey,Ee la nang lUQ'l1g
photon
tai va electron bay ra, 8 la goc gifra photon tai va photon tan x~. Tir (1.12) ta co th~
thfiykhi photon taiva electron tien l~i gAnnhau (81= 1t),photon tan x~ bay ngugc tra
l~i (8 = 1t , 8 = 0 ). D6ng thai nang lugng photon tan x~ nh~n gia tri C\l'Cd~i.


- 10-

Ey

E,'-

~

(1.13)

(~~J +(~:)

1.1.3. Hi~u .mg t~o c~p
Nhu tren da noi, hi~u img t~o c~p chi xay ra khi nang IUQ'I1g
gamma t6i Ian han
hai ldn nang IUQ'I1g
nghi cua electron. Khi do, thong qua hi~u img t~o c~p se t~o ra hai
h~t electron - positron co nang IUQ'I1g
t6ng cQng la: Ee++ Ee- = Ey - 2moc2. Sau do
electron va positron di chuy€n nguQ'c chi~u nhau ca viii milimet sau khi m~t h~t nang
IUQ'I1g.Trong ph6 electron xu~t hi~n dinh ph6 d~g ham delta cach nang IUQ'I1gcua
gamma t6i BymQt khoang tuang img bfu1g2moc2.
1.2. Detector nhip nhiy
1.2.1. D~c trU'Dgcua detector nhip nhiy
Detector su d\mg trong bao cao nay la detector nh~p nhay model 802 cua hang

CANBERA trong phong thi nghi~m BQ Mon V~t Ly H~t Nhful truang DHKHTN
TP.HCM. Cac thong s6 nhu sau:
Duang kinh b~ m~t ghi nh~ gamma: 4 cm.
Kh6i IUQ'I1g:1,2 Kg.

Kh6i nh~p nhay: Sl,ld\mg tinh th€ nh~p nhay vo co NaI(TI) co kich thu6c 2,9x7,6
cm2,n6ng dQch~t tang ho~t la (0,01%), lap phan x~ m~t ngoai bfu1gOxide co m~t dQ
mg/cm2 va day 1,6 mm duQ'cd~t trong hQp b~ng nhom day 0,05mm; m~t dQ 147,9
mg/cm2.
Khoang cach ill ngu6n t6i bia la 10 cm. Khoang cach ill bia t6i detector la 12 cm.
Bia tan x~ la nhom (AI) co b~ day 10 mm.
Detector duQ'c d~t i:Jch~ dQ:

MCA:

Type

AcSp/+

ADC:

Type

Acc uspec

Conv.Gain

2048


- 11-

LDD

1.96078

ULD

110

Zero

-0.0352941

LLD Threshld

3.04%

Type

NaI+

Coarse gain

x20

Fine gain

xO.75

HVPS

1000 Volt

Amp:

Thai gian do trong 300 gHiy. M6i goc bin x~ thay d6i cach nhau 10°.
TAtca cac thi nghi~m d~u sir d\mg phUO1lgtrinh duang chuAn:
E = 7,574 + 1,0927*ch (KeV)va FWHM = -10.65 + 3.042*EI/2 (KeV)
Duqc rut ra tir bQnguBn chuAnNa22, CO57,Co6o,Mn5\ CSl37.
"
;I.
1.2.2. Nguon chuan

Trong bao cao nay chung toi sir d\mg nguBn co ho~t dQ 480flCi. Bfulg phan irng
(n,y), no bi kich thich thanh Co6ophfu1ra phat mQtbeta 0,31 MeV va hai gamma nang

luqng 1,173 MeV (99%) va 1,332 MeV(1O0%).Chu ki ban ra 5,3 nam. NguBn duqc
d~t trong hQp chi day 3 cm, tia gamma S\l d\mg duqc chuAntf\lc b~ng colimator co
duang kinh 6ng chuAntf\lc 1mm, b~ day 3 cm.
"'CO

5'

2S0S.7keV 4'

1332.SkeV 2'

0'

"'NI

Hinh 1.2: Sa dB phfu1ra cua Co6o

DH. KHOA HOC TU NHIEN

THU

VI~'N

00734


- 12 -

CHUONG 2

THIET KE HE. DO TAN XA
. COMPTON TUDONG
. .
2.1. H~ CO'khi

;.
2.1.1. Can t~o
I)~ do tan x~ nguai ta chi djch chuy~n detector theo cac goc tmmg fu1gill
0° - 1800 tren mQt m~t ph~ng xung quanh bia tan x~. H~ ca khi duQ'c thi~t k~ d~ co th~
djch chuy~n detector d~n mQt goc tan x~ bdt kY duQ'cdn djnh s~n. If u di~m cua h~ ca la
co th~ lam vi~c lien f\1ctrong moi truang phong x~, thao tac chinh xac, de dang, sai s6
cua h~ ca la c6 djnh va co th~ lo~i tn! duQ'c[4].
Cdu t~o ca khi cua h~ ca duQ'cmo ta nhu trong hinh 2.1, g6m cac bQph~n chinh

sau:

Hinh 2.1: H~ ca khi diSu khi~n Detector


- 13 -

D~ : D~ co nhi~m V\lgift cho h~ ca va detector thang bfutg trong khong gian. Tren
d~ co khoan 4 166c d€ ta co th€ c6 dinh no vai n6n mQt cach ch~c ch~n va d6 dang.
Tr1}c cB djnh: Tf\lc c6 djnh co cAutrUc hinh !r\l d~c, lam bfutg thep va duqc c6
dinh vftng ch~c tren d~.

Tr1}.cxoay: Tf\lc xoay cling duqc lam b~ng thep, co cAutrUchinh tf\l r6ng, co th€
xoay quanh !r\lc c6 djnh. Tren !r\lc xoay co gia cong mQtbanh rang truy6n h!c vai 85
rang.
Cac h~ bi: H~ ca sir d\lng hai 6 bi dO-- ch~ mQtday, co kha nang chiu h!c huang

Him va I\lC dQc tf\lc. Chung dam nh~n nhi~m V\l gift cho tf\lC xoay co th€ quay vftng
ch~c quanh tf\lCc6 dinh.
Gia d~ bia tan x~: Duqc thi~t k~ d~g hinh dia trim, co duimg kinh 45 mm. tren
m~t gia dO-co kh~c cac v~ch chia dQ,m6i v~ch cach nhau 2°.

Gia dO-detector: duqc thi~t k~ d€ chiu trQng l\lc cua detector va cac thi~t bi che
ch~n di kern vai Detector. Tren gia dO-co hai kyp nh~m c6 djnh detector trong qua trinh
quay quanh !r\lc c6 dinh.
HQp giam tBc va c~P banh rang din l'!c: Do doi hoi h~ ca phai quay chinh xac
tai 0.1 dQ,moment khai dQngcua h~ ca Ian va khong bi gi~t khi khai dQng,nen ta c~n
phai co mQth~ th6ng giam t6c Ian. a day ta sir d\lng mQthQpgiam t6c thu nhAtco ti s6
truy6n 10 : 650, hQpgiam t6c thu 2 co ti s6 truy6n 1 : 198.8 va c~p banh rang dfutl\lc
cu6i cimg tir h~ giam t6c len tf\lCquay co ti s6 truy6n 54 : 85.
Cac k~t cAuca khi k€ tren co th€ thao rai ho~c l~p l~i thanh mQt h~ th6ng hoan
chinh mQtcach d6 dang, tir do thu~ lqi cho chung ta trong vi~c di chuy€n, thay th~,
sfta chfta va (rng d\lllgh~ th6ng nay trong cac thi nghi~mkhac.
2.1.2. cAu t~o va nguyen tic ho~t dQng cua m~ch di~n di~u khi~n dQngcO'
*. Board m~ch chu: board m~ch chu g6m co mQtIC di6u khi€n chinh thuQcdong
ATMEGA 32 - la dong IC chuyen di6u khi€n dQngca, co lap vo ch6ng nhi6u di~n tir.
Ngoai ra tren Board con co cac kh6i khac nhu: kh6i cach ly ngu6n, kh6i giao ti~p IC


- 14-

vai may tinh, kh6i hi~n thi LCD, kh6i ban phim, kh6i nl;lpchuang trinh cho IC.
Chuang trinh nl;lpcho IC duQ'cvi~t tren ngon ngii'C va dung chuang trinh CodeVision
for AVR d€ nl;lpcho IC.

*. Encoder: Encoder hay con gQila bQgiai ma co cAutl;log6m mQt dia tron, tren
dia tron co d\lc cac khe hyp, cach dBunhau n~m tren mQtduang tron. Hai ben khe co

d~t hai con LED phat va LED thu. Khi Encoder hOl;ltdQng,cu m6i khi LED phat, khe
hyp, LED thu th~ng hang thi Encoder d~m duQ'cmQtxung di~n.GQia la s6 khe hyp cua
dia tron, khi do cu m6i xung di~n thi Encoder quay duQ'c360/a dQ.Nhu v~y,bfug cach
d~m s6 xung cua Encoder tra vB,ta co th€ bi~t duQ'cgoc ma h~ co quay duQ'cla bao
nhieu dQ.
code disk

infraredi~
emitters*

1

""\;:;J

Hinh 2.2: cAu tl;loEncoder
Hinh 2.3: M~t c~t Encoder
LOl;liEncoder ma h~ diBu khi€n Detector nay sir d\lllg la IOl;liPREY-2E5P/l00
hang YASKA WA - Nh~t Ban san xuAt,co cac d~ctinh nhu sau:

0

S6 xung tren 1vong quay: 100xung.

0 Di~nap ngo vao : ill 4,5 - 13,2Volt DC.
0
0

Co th€ nh~ bi~t chiBuquay cua cua Moter.
Sa d6 chan:
day mau do: cApngu6n cho Encoder.

Day mau den: Mass.

do


- 15 -

Day mim xanh: duang tin hi~u ra (Sig A) - n8u chi€u quay la thu~n chi€u
kim d6ng h6.
Day mau tr~ng: duang tin hi~u ra (Sig B)

- n8u chi€u quay la ngugc

chi€u kim d6ng h6.
D{)ngcO":H~ th6ng sir dl,mgmQtdQngca DC 24 V, co hai tfl,lCquay dfuIh.rcra i:J
hai dAucua dQngca. MQtdAuco t6c dQquay b~ng v6'it6c dQquay thl,Iccua dQngca (ti
l~ 1 : 1). No dugc n6i trl,Icti8p v6'iEncoder thong qua h~ 2 banh rang va day dai hinh
thang co ti s6 truy€n 5: 3 ( moter quay 3 vong thi Encoder quay 5 vong). BAudfuIll,Ic
ra con l~i da dugc giiun t6c 60.5 IAnthong qua mQt hQp giilm t6c thrr nhAt g~n li€n v6'i
dQng ca co ti s6 truy€n la 10 : 605. Nhu v~y ti s6 truy€n cu6i cimg cua h~ ca la tich cua
},
'
},
. ;. ,
;. ,.,
,;.
},
~
5 605 851988
.\_t..

tat ca cac tl so truyen t h (11111 Phan va b ang - x
x-= 3155336
, Ian. S al so cua

3

-10

54 10

h~ ca Encoder sinh ra la 3,6: 31553,36 = 10-4 dQ.

sA xung cAnthi~t cua Encoder d~ Detector quay du(}"c1 d{)quanh bia hin x,:
Crrm6i vong quay cua Moter thi h~ ca quay dugc 1{ ~~ x ~~ 1~~8) = 1/18932,02vong
va Encoder quay dugc 5/3 vong tuang lrng v6'i % x 100 xung. Nhu v~y d~ h~ ca quay
duac mot do thi Encoder Phili d8m t6n g cong 18932,02 x ~xl 00 x ~ = 8765 xun g .
.

.

.

.

3

360

Sai sAcua h~ cO":Nhu tren da noi sai s6 h~ ca do Encoder sinh ra khong th~ lo~i
trtr dugc la 10-4dQ,sai s6 nay qua nh6 ta co th~ b6 qua. Trong ca khi, dQchinh xac cua

h~ ca ph1,1thuQcvao dQchinh xac trong vi~c gia cong cac banh rang (co nghia la tl s6
truy€n cua h~ ca) va dQfa cua h~ ca. Trong h~ ca nay, dQra ca khi t6ng cQngkhoilng
1 dQ.Nhu v~y, n8u ta so sanh sai s6 cua h~ th6ng do Encoder sinh ra v6'i sai s6 do dQ
ra cua ca khi thi ro rang sai s6 do dQra ca khi Ian hall gAp10000IAn.Tuy nhien sai s6
cua dQra ca khi chUngta co th~ lo~i trir dugc bfug l~p trinh n8u chu y r~ng dQra ca
khi chi xuAthi~n khi h~ ca d6i chi€u chuy~n dQng.Bfug cach xac dinh dQra ca khi


- 16 -

thlJc t~ cua h~ ca, ta co thS tiOOduQ'cs6 xung ma Encoder d~m duQ'cva s6 vong quay
tlJ do ma moter phili quay khi h~ ca deSichi~u chuySnd9ng.
Nhu tren dfftrinh bay thi d9 ra ca khi cua h~ th6ng nay khoilng 1 d9, OOuv~y
khi h~ th6ng co tin hi~u deSichi~u chuySn d9ng, b&ngcach l~p triOOta b~t bU9Cmoter
phili quaytlJ do cho t6i khi ma Encoder d~m duQ'cteSngc9ng 8765 xung di~n.
Nguyen Iy ho~t dQngm~ch di~n di~u khi~n: Khi b~t d§.ucApngu6n khai d9ng
h~ th6ng, chuang trinh se 1lJd9ng Reset h~ ca v~ vi tri 00. Vi tri 00 la vi tri ma a do
cong t~c haOOtrinh bi c§.ng~t cua h~ ca g~t v~ vi tri dong, OOuv~y b&ngcach di~u
chinh vi tri cua cong t~c hanh triOOta co thS thi~t l~p duQ'cdS dang vi tri 00.Cu m6i hIC
b~t d§.ulam vi~c, h~ ca luon a vi tri 00.Chuang trinh se lAyvi tri 00 lam m6c dS dich
chuy~nh~ ca d~nnhiing goc khac OOauma ta mong mu6n.

HiOO2.4: Sa d6 ho~t d9ng cua m~ch di~u khiSn
Khi ta truy~n m9t I~OOm may tinh 1 xu6ng Board m~ch chiOO2 (xem hinh 2.4),
giil su ta truy~n I~OOcho h~ ca dich chuySn vi trim goc 00 d~n vi tri 100.L~OOll

- 17 -

duQ'cIC tinh tmin s6 xung cAnthi~t philithu nh~n tir Encoder d~ h~ ca dich chuy~ndSn

goc 10°. Nhu tren thi s6 xung ma Encoder phili truy~n len IC la 10x8765 = 87650
xung. Board m~ch chu 2 se cdp di~n cho Moter 3 ho~t dQng.Moter 3 truy~n chuy~n
dQnglen h~ ca 5 lam h~ ca dich chuy~n h~ dAndSn goc 10°, m~t khac moter 3 cling
truy~n chuy~n dQngdSn Encoder 4, Encoder 4 ho~t dQngva b~t dAutruy~n xung tin
hi~u len l~iBoard m~ch chu 2. Cu thS vong 2 - 3 - 4 - 2 cu l~pdi l~p l~i cho t&ikhi IC
dSm duQ'cdu s6 xung cAnthiSt tir Encoder truy~n len (nhu vi d\l tren la 87650 xung ).
Song song v&iqua trinh tren la qua trinh chuy~n dft li~u tir board m~ch 2 len man hinh
may tinh 1. Vi tri cua h~ ca duQ'cthong bao lien t1)clen man hinh giup cho nguai di~u
khi~n d~ dang theo doi va thao taco
2.2. ChU'O1lgtrinh di~u khi~n h~ CO'khi
Chudng trlnh di~u khi€n h~ cd - Control Detector Program dU<;1c
l~p trlnh
b~ng ngon ngu Visual Basic va giao tie"pvdi m':lchdi~u khi€n qua c6ng COM 1 cua
may tinh. Giao di~n cua chudng trlnh nhuhinh 2.5:

Hinh 2.5: Chuang trinh di~u khi~n h~ca


- 18 -

6 textbox Present

position cho ta bich hi~n t~i h~ ca dang a vi tri bao nhieu dQ.

6 textbox cho ph6p ta nh~p vao vi tri goc k~ ti~p ma h~ ca phai di chuy~n toi
Gia tri goc nh~p vao la mQt s6 nguyen tir 0 d~n 180 dQ,ngoai cac gia tri nay may tinh

se canh bao va khong cho ph6p ta nh~p.
Cac nut Increase Degree, Decrease Degree cho ph6p ta tang ho~c giam gia tri
trong 0 Textbox Next position, m6i click se thay d6i mQt dan vi.

Nut Done: Th\lC hi~n I~nh.

Nut Exit: Thoat khoi chuang trinh.
Nut RESET: Khai dQngI~ih~ ca, Reset h~ ca v~ I~ivi tri 0°, m6i khi khai dQng
h~ ca se!\f dQngReset v~ 0°. Tren m~ch di~n di~u khi~n co thi~t k~ mQtnut Reset, ta
cling co th~ nhdn vao nut reset nay d~ reset nong h~ ca.
N~u k~t n6i giua may tinh va m~ch di~ukhi~n thanh cong, chuang trinh se bao
cho ta bi~t "connect successfuf'. Khi thong bao "connect successful" ta mai co th~
di~ukhi~n dugc h~ ca. Ngugc l~i,n~u chua k~t n6i dugc vai m~ch di~ukhi~n chuang
trinh se bao "Not Connected I"


- 19 -

CHUO'NG3
?,

".<...

.

,

..

KHAO SAT SU PHAN BO NANG LUONG TAN XA

.

COMPTON THEO GOC TAN XA 9

3.1. BB tri thi nghi~m
H~ thi nghi~m duQ'cb6 tri nhu hinh 3.1 [3].

Detector
NaI(Tl)
Ong chudn tf\lc

",

""
'"'
"

,

",AAA, , 1\
, ,
,.AI

It
1',- ".'
\ ,,
'

"

I
I
.. '
, ' \ '

, ' , I
'.

'

,
'

, , I -"1 .....
, , I I
,",
, , ,','
,
-;J
, , I I "
"
I , I I ,
,

" tan X "11",
" ,,'
Goc
/
"" '"'., '..."",
, "I ,: ,:I" ','
I " "
'!
I , ,

~

if
!

dU~?inh
\?

I mm

',',""",',','
' "",, '" '
"~"'.,,'

V~t li~utan x~

/,

Nguon

60

Co

Hinh 3.1: Sa d6 b6 tri thi nghi~m
Tren th\1ct€, trong thi nghi~m tan x~ Compton, k€t qua thi nghi~m bj ilnh huang
bai r~t nhi~uy€u t6, chung lam nhi~u k€t qua thi nghi~m ho~c nghiem trQnghan la l~n
at ca dinh ph6 tan x~, gay kh6 khan trong qua trinh sir ly ph6 tan x~.
Phong t\1nhien: B~t ky mQtcach b6 tri thi nghi~m nhu th€ nao cling can phai xet
d€n sir anh huang cua phong ph6ng x~ 1\Tnhien. Tuy nhien, S\1anh huang cua phong
len k€t qua thi nghi~m tan x~ Compton la khong 1611l~m va c6 th~ lo~i trir duQ'cb~ng
che ch~nva ky thu~txir ly ph6.

- 20-

S\l tan x~ len moi truang xung quanh, tan x~ trong khong khi: Tren th\lc t~, cong
vi~c che chAng~p rAtnhi~u kho khan do kich thu6c cua detector va hQp chua ngu6n
16n.CQngthem kho ch~ t~o colimator co duang kinh khe hyp be d~ t~o ra chum tia
manh. Nen S\l tan x~ len moi wang xung quanh co th~ noi la kho tranh kh6i. Nhi~u
khi n~u ta b6 tri thi nghi~m khong t6t thi tan x~ len moi truang xung quanh ciing g~n
bfug v6i tan x~ len bia tan x~. Ph6 tan x~ thu duQ'ctrong truang hQ'Pnay dang cao va
co d~g gi6ng nhu phong.
D~ giam thi~u S\l anh huemg cua hai yeu t6 k~ tren, ngoai vi~c b6 tri thi nghi~m
cho hQ'Ply nh~m giam thi~u dang k~ S\ltan x~ len moi wang xung quanh, trong ky
thu~t sir ly ph6 thu nh~n duQ'c,ta sir d\mg mQtky thu~t gQila "lAyph6 trir ph6". Nghia
la lAyph6 khi co bia tan x~ trir cho ph6 do trong cung mQtdi~u ki~n nhung khong co
bia tan x~ (chu y r~ng ky thu~t nay chi ap d\mg cho wang hQ'Pphong phong x~ tv
nhien khong thay d6i theo thai gian). Bfug cach nay ta dii lo~i trir duQ'ccac y~u t6 lam
nhi~u k~t qua thi nghi~m nhu phong phong x~ tv nhien, tan x~ len moi wang xung
quanh

trong ph~ m~m ghi nh~ va sir ly ph6 Genie - 2000 ky thu~t tren duQ'c

th\lc hi~n bfug l~nh Options ~ Strip. K~t qua nhu tren hinh 3.2, hinh 3.3 ph6 nh~n
duQ'cv6i goc tan x~ 120°,
8000
7000
6000

-

E! 5000
\..
'C
\Q
fIJ 4000

-

C6 bia tan xI/Kh6ng c6 bia tan XI/-

3000
2000
1000
0
0

200

400

600
NAng hrqng

800

1000

1200

1400

(KeV)

Hinh 3.2: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 120°


- 21 -

2500

2000

1500

,~
...
~

1000

500

0 .
0

400

200

600

600

1000

1200

1400

Nilng luqng (KeV)

Hinh 3.3. Uinh tan XI;1
sau khi sir d\mg phuang phap lAyph6 trtr ph6 tl;1igoc 120°
Ngoai ra cach b6 tri thi nghi~m, chAt IUdang sir d\!ng va ngu6n phong XI;1dung dS chi~u

.cling 3nh huang d~n k~t qua thi

nghi~m.
3.2. K~t qua thi nghi~m
Nhu ta da:bi~t, nang IUtan XI;1
Compton khong ph\! thuQcvao 10l;1i
bia tan XI;1
cling OOum~t dQ cua bia ma chi ph\! thuQc vao ngu6n chi~u va goc tan XI;1
8. Nang
IUQ'ngtan XI;1theo goc 8 duQ'c tiOOtheo biSu thuc (1.6). Ta co bang 3.1 gia tr! nang
IUtheo Iy thuy~t. K~t qua duQ'Ctrinh bay tuang ti'ng cho hai goc 70° va 140°.
16000

16000
14000

-

12000

Cobiatan X'!
Kh6ng cO bia t4n x",

E 10000
....
...

~

8000

6000
4000
2000
0
0

200

400

600

800

NAng luqng

1000

1200

1400

(KeY)

Hinh 3.4: So saM ph6 co bia va khong co bia tan XI;1
tl;1igoc 70°


- 22-

2500

2000

1500

,5
'0

'0
tr.J

1000

500

0
0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Nang luqng (KeV)

Hinh 3.5. Dinh tan x~ sau khi su d\lng phuO'llgphap lAyph6 trir ph6 t~i g6c 70°
Bang 3.1: Nang luQ'l1gtan x~ Compton theo ly thuy~t.
Nang luQ'l1ggamma
Nang luQ'l1g

Nang luQ'l1gGamma

Gamma tan x theo

tan x theo dinh

dinh 1173 (KeV)

1332 (KeV)

60

546.15

578.29

562.22

70

467.26

490.59

478.92

80

404.92

422.32

413.62

90

355.94

369.32

362.63

100

317.53

328.14

322.83

110

287.46

296.12

291.79

120

264.00

271.28

267.64

130

245.86

252.17

249.01

140

232.10

237.71

234.90

G6c tan x
(dQ)

tan x trung binh cua
hai dinh 1252.5
(KeV)


- 23-

12000

10000

-

8000

-

,~
"0 6000
'0

Co bia hin xl,t
KhOng co bia tan xl,t

tI)

4000

2000

0
200

0

400

600

800

1000

1200

1400

Nang lugng (KeV)

Hinh 3.6: So sanh ph6 co bia va khong co bia tan x~ t~i goc 1400
4000

3000

e
'"
'CJ

>Q
tI) 2000

1000

0
0

200

400

600

800

1000

1200

1400

NAng hrqng (KeV)

Hinh 3.7: Dinh tan x~ sau khi sir d\lng phuang phap Idy ph6 trir ph6 t~i goc 1400

ChUng ta thdy rfutg nang IUQ'Ilgtan x~ gifun khi tang goc tan x~. K~t qua th\lc
nghi~m duqc so sanh v&i gia trj nang IUQ'Ilgtan x~ trung binh Iy thuy~t.


- 24-

Bang 3.2: so sanh nang IUQ'Ilgtan x~ trung binh Iy thuySt va th\lc nghi~m
G6c tan x

.

Nang IUQ'Ilgtan x Iy thuyet

Nang lUQ'Ilgtan x th\lc

( dQ)

trung binh (KeV)

nghim trung binh (Ke V)

60

562.22

564.00

70

478.92

476.80

80

413.62

412.90

90

362.63

362.70

100

322.83

322.30

110

291.79

393.90

120

267.64

266.50

130

249.01

249.10

140

234.90

234.90

Nh~n xct: Trong ph6 tan x~ thu duQ'cta chi thu nh~ duQ'cmQt dinh ph6 tan x~ hi
dinh ph6 tan x~ tunang luQ'Ilgtan x~ thu nh~ duQ'c kha trimg khap vai gia tri nang IUQ'Ilgtan x~ trung
binh tinh theo ly thuySt, sai s5 nfun trong khming:i: 0.85 KeV.