Tìm hiểu và thiết lập đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ 3
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................ 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................ 9
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................... 10
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 11
Phần I. Tổng quan........................................................................................................ 13
3

1. Nguồn gốc, hàm lượng của H và

14

C................................................................... 13

3

1.1. Nguồn gốc và hàm lượng của H trong tự nhiên............................................. 13
1.1.1. Nguồn gốc................................................................................................ 13
3

1.1.2. Hàm lượng H trong môi trường và trong nước ngầm.............................. 13
14

1.2. Nguồn gốc và hàm lượng của C trong tự nhiên........................................... 15
1.2.1. Nguồn gốc................................................................................................ 15
1.2.2. Hàm lượng của

14

C trong các thành phần môi trường.............................. 16

14

1.2.3. Hàm lượng C trong rượu làm từ gạo...................................................... 18
2. Phương pháp nhấp nháy rắn và nhấp nháy lỏng.................................................... 18
3. Dung môi và chất hòa tan...................................................................................... 21
4. Cơ chế sinh β và phổ β.......................................................................................... 23
5. Các quá trình diễn ra bên trong dung dịch nhấp nháy........................................... 24
5.1. Sự kích thích của phân tử dung môi................................................................ 26
5.2. Sự truyền năng lượng giữa các phân tử dung môi........................................... 26
5.3. Sự truyền năng lượng từ dung môi sang chất hòa tan..................................... 27
5.4. Sự truyền năng lượng giữa chất hòa tan và chất hòa tan................................. 28
5.5. Sự phát quang của chất hòa tan....................................................................... 28
6. Cơ chế hình thành xung đầu ra và lọc nhiễu của ống PMT...................................29
6.1. Ống PMT và quá trình hình thành xung đầu ra............................................... 29

5


6.2. Cơ chế lọc nhiễu và cộng xung....................................................................... 31
7. Hiệu ứng dập tắt trong LSC.................................................................................. 32
7.1. Hiệu ứng dập tắt và ảnh hưởng....................................................................... 32
7.2. Các dạng hiệu ứng dập tắt và cơ chế............................................................... 35
8. Phông trong LSC................................................................................................... 37
8.1. Phông phóng xạ.............................................................................................. 37
8.2. Phông trùng phùng.......................................................................................... 38
8.3. Phông do ghi chéo.......................................................................................... 38
3

14

9. Các phương pháp đo đạc H và C sử dụng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập
tắt.............................................................................................................................. 38
9.1. Phương pháp tỷ số kênh là hằng số (SCCR)................................................... 39
9.2. Phương pháp tỷ số kênh dựa vào chuẩn ngoại (ESCR)................................... 41
Phần II. Thực nghiệm................................................................................................... 45
1. Hệ máy ALOKA LSC 6100. Hoạt động của hệ máy............................................. 45
2. Các thực nghiệm................................................................................................... 47
3

2.1. Xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H và

14

C.................47

3

2.2. Pha loãng các mẫu H nồng độ khác nhau để kiểm nghiệm sự ảnh hưởng của
3

nồng độ tới độ chính xác của kết quả đo H theo hai phương pháp ESCR và SCCR
48
3

2.3. Đo hai mẫu H biết trước nồng độ để đánh giá các ngưỡng giới hạn cho việc
3

đo đạc H bằng hệ máy ALOKA LSC 6100........................................................... 49

14

2.4. Pha loãng các mẫu C nồng độ khác nhau để kiểm nghiệm sự ảnh hưởng của
14
nồng độ tới độ chính xác của kết quả đo C theo hai phương pháp ESCR và SCCR
49
2.5. Đo hai mẫu
đạc

14

C biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc đo

14

C bằng hệ máy ALOKA LSC 6100.............................................................. 50
3

2.6. Đo nồng độ của H trong mẫu nước ngầm...................................................... 50
2.6.1. Mẫu nước ngầm được làm giàu................................................................ 51
2.6.2. Chuẩn bị mẫu đo đạc................................................................................ 52
2.7. Đo nồng độ của

14

C trong mẫu rượu Nếp mới................................................ 53

6

Phần III. Kết quả xử lý số liệu và thảo luận................................................................. 54
3

1. Kết quả xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H và

14

C...........54

3

1.1. Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H............................................ 54
1.2. Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho

14

C........................................... 56

3

Kết quả đo đạc các mẫu H được pha loãng với nồng độ khác nhau để kiểm
3
nghiệm sự ảnh hưởng của nồng độ tới độ chính xác của kết quả đo H theo hai
phương pháp ESCR và SCCR................................................................................... 58
2.

3.

3

Kết quả đo hai mẫu H biết trước nồng độ để đánh giá các ngưỡng giới hạn cho
3

việc đo đạc H bằng hệ máy ALOKA LSC 6100...................................................... 61
14

Kết quả đo đạc các mẫu C được pha loãng với nồng độ khác nhau để kiểm
14
nghiệm sự ảnh hưởng của nồng độ tới độ chính xác của kết quả đo C theo hai
phương pháp ESCR và SCCR................................................................................... 63
4.

5.

Kết quả đo hai mẫu

đo đạc

14

C biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc

14

C bằng hệ máy ALOKA LSC 6100............................................................. 66
3

6. Kết quả đo nồng độ của H trong mẫu nước ngầm................................................ 67
14

7. Kết quả đo nồng độ của C trong mẫu rượu Nếp mới.......................................... 69
KẾT LUẬN.................................................................................................................. 72
Tài liệu tham khảo....................................................................................................... 75

7


MỞ ĐẦU
Trong nghiên cứu môi trường, mẫu cần phân tích thường chứa các thành phần
khác nhau. Cụ thể hơn, mẫu môi trường nước nói riêng và chất lỏng nói chung luôn tồn
tại các đồng vị phóng xạ với hoạt độ thấp. Những đồng vị phát phóng xạ ß năng lượng
3

14

thấp mà chúng ta nên quan tâm là H và C, vì việc xác định nồng độ (theo đơn vị
Bq/ml) của hai đồng vị này trong môi trường chất lỏng đã được ứng dụng cho các lĩnh
vực như an toàn sử dụng đồng vị phóng xạ trong y tế, nghiên cứu môi trường, khảo cổ
3

hay nghiên cứu địa chất. Khóa luận này sẽ trình bày quá trình xác định nồng độ H
14

trong mẫu nước ngầm và C trong mẫu rượu Nếp mới bằng phương pháp nhấp nháy
lỏng (Liquid scintillation counting, hay LSC).
Phương pháp nhấp nháy lỏng được áp dụng rộng rãi để định tính và định lượng
trong khoa học đời sống nói chung và nghiên cứu môi trường nói riêng. Đồng vị phóng
3

14

xạ H và C trong môi trường thường có nồng độ rất thấp, vì vậy nhấp nháy lỏng là
một trong những phương pháp tối ưu có thể áp dụng đo nồng độ của hai đồng vị này.
Phương pháp nhấp nháy lỏng ghi đo bức xạ dựa vào tính chất đặc trưng của các chất
nhấp nháy, chúng có khả năng tiếp nhận năng lượng bức xạ từ mẫu môi trường và phát
ra photon, sau đó photon sinh ra có thể được ghi nhận thông qua ống nhân quang
(Photomultiplier Tube, hay PMT). Do đó, chúng ta có thể xác định được nồng độ của
3

H và

14

C trong các đối tượng mẫu môi trường khác nhau.

Ưu điểm của kỹ thuật này là hiệu suất ghi cao và thường được sử dụng để xác
3

14

định nồng độ các đồng vị phát ß trong tự nhiên, như H và C. Tuy nhiên, “hiệu ứng
dập tắt” được quan tâm đặc biệt trong kỹ thuật này vì nó ảnh hưởng tới hiệu suất ghi
nhận tín hiệu xung và kết quả phân tích. Vì vậy, khóa luận này sẽ đo đạc các bộ chuẩn
3

14

dập tắt của H và C để xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt, làm cơ sở
để xác định mối quan hệ giữa mức độ dập tắt và hiệu suất ghi nhận tín hiệu, từ đó xác
định được nồng độ của hai đồng vị phóng xạ cần quan tâm có trong mẫu chất lỏng.

Việc xác định nồng độ của đồng vị phóng xạ quan tâm dựa vào 2 phương pháp
là ESCR và SCCR. Về bản chất, khác với phương pháp ESCR, phương pháp SCCR
cho kết quả chính xác khi nồng độ của các đồng vị cần xác định tương đối cao. Do đó,

11


3

14

thực nghiệm đã tiến hành đo các mẫu H và C có nồng độ khác nhau để tìm ra
ngưỡng giới hạn nồng độ mà phương pháp SCCR trở nên thiếu chính xác hơn so với
3

phương pháp ESCR trong với việc đo H và

14

C. Từ đó, có thể lựa chọn được phương
3

pháp phù hợp nhất cho việc xác định nồng độ của H trong mẫu nước ngầm và
trong mẫu rượu Nếp mới.

14

C

12

Phần I. Tổng quan
3

1. Nguồn gốc, hàm lượng của H và

14

C

3

1.1. Nguồn gốc và hàm lượng của H trong tự nhiên
1.1.1. Nguồn gốc
3

3

H (hay Tritium) là một đồng vị phóng xạ tự nhiên của Hydro. H được sinh ra
trong tự nhiên ở tầng trên của khí quyển (phần trên tầng đối lưu và phần dưới tầng bình
lưu) khi các neutron nhanh (được sản sinh bởi các phản ứng từ tia vũ trụ sơ cấp) tương
tác với nitơ:
14

3

N+n→ H+

14

4

12

C
3

N + n → 3 He + H

3

H là đồng vị phát β thuần túy với thời gian bán rã 12,32 năm, tia β phát ra có
3

năng lượng cực đại là 18 keV và năng lượng trung bình là 5,7 keV. H phân rã theo sơ
3

đồ sau để tạo thành He và phát ra β cùng với một phản neutrino.
3

3

H → He + β +

3

H cũng được sinh ra từ các vụ thử vũ khí hạt nhân và các lò phản ứng hạt nhân
3

thương mại. Nguồn H từ các hoạt động của con người bao gồm phóng xạ từ các vụ
thử nghiệm vũ khí hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân, quá trình tái sinh nhiên liệu trong lò
3

phản ứng, cơ sở sản xuất nước nặng và sản phẩm thương mại dùng H để chẩn đoán
trong y tế, dược phẩm phóng xạ…
3

3

Trong nghiên cứu và đo đạc H, nồng độ của H thường được đo theo đơn vị TU
(Tritium Unit). Trong đó, 1 TU bằng khoảng 0,119 Bq/L, hay 1 Bq/L = 8,47 TU.
3

1.1.2. Hàm lượng H trong môi trường và trong nước ngầm
3

3

Dạng thường gặp nhất của H trong tự nhiên là nước HHO (hay còn gọi là
3

HTO), vì cả H phóng xạ và nguyên tử hydro bình thường đều có tương tác tương tự
3

như nhau với oxy để tạo thành nước. H thay thế một nguyên tử hydro ổn định trong
phân tử nước, để tạo thành HTO, không màu và không mùi. HTO sau đó sẽ tham gia
vào chu trình nước tự nhiên của Trái Đất.
3

H được xem là đồng vị phóng xạ quan trọng nhất trong việc nghiên cứu hồ, đại

13


3

dương và nước ngầm. Trước khi có lượng H cực lớn phát tán vào khí quyển từ các
hoạt động thử nghiệm vũ khí hạt nhân của con người, các nhà khoa học đo đạc và ước
3

tính phông tự nhiên của H trước các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân là vào khoảng 5
TU tại trung tâm Châu Âu (S. Kaufman & W. F. Libby, 1954; H. Craig & D. Lal, 1961;
D. Lal & B. Peters, 1962; W. Roether, 1967). Trong những năm đầu thập niên 60, khi
3

ảnh hưởng từ các vũ thử vũ khí hạt nhân đã đạt tới đỉnh điểm, nồng độ H cao nhất
trong nước mưa đo được tại Ottawa vào khoảng 5000 TU (600 Bq/L) vào năm 1963
(R. D. Mutch Jr. & J. D. Mahony, 2008). Do các vụ thử vũ khí chủ yếu ở bán cầu Bắc,
3

nên tới tận ngày nay, vẫn có sự bất đối xứng trong sự phân bố H giữa hai bán cầu.
3

Phông H trong nước mưa tự nhiên ở Bắc bán cầu sau khi kết thúc chiến tranh lạnh
nằm trong khoảng vài trăm tới vài ngàn TU (G. T . Cook, Ch . J. Passo, & B. Carter,
1995)., tùy thuộc vào địa điểm ở Bắc bán cầu và thường gia tăng theo vĩ độ.
3

Phông nền tự nhiên của H trong nước ngầm phụ thuộc vào độ sâu nơi nước

ngầm được lấy mẫu, vì tritium được đưa vào khí quyển trong thời hiện đại sẽ cao hơn
3

so với thời xưa. Mức H toàn cầu và sự tạo thành HTO bắt đầu gia tăng từ những năm
1950 và đạt đỉnh vào năm 1963 do hậu quả từ các vũ thử nghiệm hạt nhân.

3

Hình 1. Sự thâm nhập của H trong nước mưa vào nước ngầm
3

3

Vì nồng độ H trong nước ngầm thường liên quan trực tiếp tới nồng độ H trong
3
nước mưa, nên nồng độ của H trong nước ngầm thường có giá trị cao nhất ở những độ
sâu tương ứng với thời điểm năm 1963. Ví dụ như trong nghiên cứu của K.Miyamoto,

14


3

K.-I. Kimura, & S. Hongo (1995) về nồng độ H thời kì chiến tranh Lạnh cho thấy, ở
3
Nhật Bản, nồng độ H cao nhất trong nước mưa là 847 TU (100 Bq/L) vào năm 1963
3
và tương ứng với nó, nồng độ H cao nhất trong nước ngầm là 508 TU (60 Bq/L) vào
năm 1964. Một nghiên cứu khác, được thực hiện bởi R. Lin & K. Wei (2006) cho thấy
3

ở Trung Quốc, nồng độ H trong mẫu nước ngầm lấy từ năm 1968 có giá trị cao nhất,
vào khoảng 560 TU (66 Bq/L) ở độ sâu 6-7 m, cho thấy dấu hiệu của phóng xạ từ các
3

vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân thời chiến tranh lạnh. Nhìn chung, nồng độ H trong
nước ngầm sau khi chiến tranh lạnh kết thúc thường nằm trong khoảng từ 20 cho tới
vài trăm TU (G. T. Cook, Ch. J. Passo, & B. Carter, 1995). Theo khuyến cáo
3

của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vào năm 2011, mức an toàn của H trong nước uống
không được vượt quá ngưỡng 10000 Bq/L.
1.2. Nguồn gốc và hàm lượng của

14

C trong tự nhiên

1.2.1. Nguồn gốc
14

Carbon 14 ( C) là một đồng vị phóng xạ của carbon có mặt với một lượng cực
14
nhỏ trong khí quyển. C được tạo thành trong tự nhiên thông qua phản ứng hạt nhân
sau:
14

N+n→

14

C+p

Neutron nhiệt trong tương tác này (với năng lượng nằm trong khoảng từ 0,4 tới
1,6 MeV) được sản sinh bởi các phản ứng giữa tia vũ trụ sơ cấp và các phân tử trong
khí quyển.
thành

14

C sau khi được tạo thành sẽ tương tác với oxy trong khí quyển để hình

14

CO2, và hòa trộn vào với các phân tử CO 2 không chứa
2-

14

C trong khí quyển.
2-

Thông qua sự trao đổi với đại dương (hòa tan thành dạng HCO 3 và CO3 là chủ yếu),
hầu hết phân tử
đại dương.

14

CO2 đi vào trong đại dương và trong cơ thể các sinh vật sống dưới

14

CO2 cũng đồng thời đi vào các loại thực vật trên cạn trong quá trình

quang hợp, do đó toàn bộ các sinh vật sống, cả thực vật lẫn động vật, đều có

14

C trong

14

cơ thể. Sự hình thành và phân bố của C trong tự nhiên diễn ra thông qua một chuỗi
các tiến trình hóa học và sinh học cố định trong suốt chiều dài lịch sử địa chất của Trái
Đất. Do đó, hoạt độ riêng của carbon trong khí quyển và trong các vật chất hữu cơ sẽ
đạt tới mức cân bằng và được giữ ổn định bởi chu trình carbon.
14

C phân rã thông qua phương trình:

15


14

C→

14

C phân rã thành

bằng

N + ß−

14

(100%). Chu kỳ bán rã của
hằng năm của

14

N, đồng thời phát ra β có năng lượng cực đại 156 keV
14

C là 5730 ± 40 năm. Theo UNSCEAR (2008), hoạt độ

14

C được sinh ra trong tự nhiên vào khoảng 1,40 x 10

14

C trong khí quyển vào khoảng 140 x 10

15

15

Bq, và mức cân

Bq (theo UNSCEAR, 2008)..

14

C cũng được sinh ra từ các nguồn nhân tạo. Trong các vụ thử nghiệm vũ khí
hạt nhân, neutron được phát ra tương tác với nitơ trong khí quyển, tương tự như các tia
14
vũ trụ tương tác để tạo thành C. Theo UNSCEAR (2008), các vụ thử nghiệm vũ khí
hạt nhân trước năm 1972 giải phóng khoảng 3,5 x 10

17

Bq

14

C, từ sau năm 1972 tăng

14

thêm khoảng 1% con số trên. Tỷ lệ C sinh ra từ lò phản ứng phụ thuộc vào phổ và
thông lượng neutron, tiết diện và chất làm bia là uranium, plotunium, nitơ, hay ôxy.
1.2.2. Hàm lượng của

14

C trong các thành phần môi trường

Trong môi trường khô, hoạt độ riêng của

14

C trong các thành phần môi trường
14

cân bằng với hoạt độ riêng của CO2 trong môi trường. Hoạt độ riêng của C trong các
thành phần sinh học của môi trường trên cạn đạt tới giá trị tối đa (khoảng hơn 400
Bq/kg carbon) (theo Roussel-Debet & Claval, 2010) trong những năm giữa thập niên
1960, do tác động từ các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân.

Hình 2. Hoạt độ

14

C (Bq/kg carbon) trong môi trường trên cạn

16


14

Hoạt độ riêng của C từ sau thập niên 60 dần dần giảm xuống (khoảng 0,5%
mỗi năm) do các vụ thử vũ khí hạt nhân ít xảy ra hơn và sự gia tăng liên tục của CO 2
không chứa

14

C từ nhiên liệu hóa thạch (dầu, than, khí gas). Ngày nay, hoạt độ riêng

14

của C trong các thành tố sinh học trên cạn vào khoảng 248 Bq/kg carbon (năm 2009),
rất gần với giá trị năm 1950 (226 Bq/kg carbon), thời điểm trước khi các vụ thử
nghiệm hạt nhân diễn ra (theo Roussel-Debet & Claval, 2010).
2-

Trong đất và môi trường trên cạn, carbon có thể tồn tại ở các dạng CO 2, CO3 ,
-

2+

HCO3 , phụ thuộc vào độ pH và lượng ion Ca . Carbon thâm nhập vào thực vật trên
cạn thông qua hai con đường chính là sự hấp thụ các ion có chứa carbon của rễ và quá
2-

trình quang hợp của lá. Sự hấp thụ các ion CO 3 của rễ cây chỉ chiếm khoảng 5% tổng
carbon được cây hấp thụ. Do vậy, hầu hết carbon được hấp thụ vào cây bởi lá thông
qua quá trình quang hợp. Với động vật trên cạn, khoảng 99% carbon được đưa vào cơ
thể thông qua quá trình tiêu hóa thực vật. Carbon từ việc thở hay từ nước uống chiếm
một lượng không đáng kể.
Dựa vào hoạt độ riêng và % của carbon trong các môi trường (không khí, cây
14

cối, động vật và các sản phẩm thức ăn), hoạt độ của C trong một số loại thực phẩm có
thể được ước chừng như trong hình 3 (theo P. Renaud, 2010). Sản phẩm chứa nhiều
carbon (đường, dầu, lúa mạch…), hoạt độ

14

C sẽ càng cao. Theo khuyến cáo của Tổ

chức Y tế Thế giới (WHO) vào năm 2011, mức an toàn của
được vượt quá ngưỡng 100 Bq/L.

Hình 3. Hàm lượng

14

C trong nước uống không

14

C trên 1 kg khối lượng các loại thực phẩm thông dụng

17


1.2.3. Hàm lượng

14

C trong rượu làm từ gạo

Các loại rượu có nguồn gốc từ gạo, sẽ có chứa một hàm lượng

14

C nhất định.

14

Lượng C này là do ethanol tự nhiên có mặt trong các loại gạo dùng để làm rượu.
Thông thường, ethanol tự nhiên sẽ được tạo ra từ quá trình chuyển đổi sinh học các loại
đường (như glucose, fructose, sucrose) thành năng lượng dạng ATP cho các tế bào hoạt
động ở thực vật, và tạo ra sản phẩm phụ là ethanol và CO 2. Các loại rượu từ gạo
14

thường có chứa ethanol và sẽ có hàm lượng C nhất định, vào khoảng 0,27 Bq/g
carbon (theo P. Majerová, B. Fišer, & L. Lešetický, 2002). Tùy vào tỷ lệ ethanol tự
nhiên có trong từng loại rượu làm từ gạo mà hàm lượng
bảng so sánh hàm lượng
tại Nga.
Bảng 1: Hàm lượng

14

C sẽ khác nhau. Dưới đây là

14

C trong một số loại rượu có chứa ethanol tự nhiên sản xuất

14

C trong một số loại rượu sản xuất ở Nga (Bq/g carbon)
Hàm lượng
ethanol (%)
38
21

38
37,5
35

Tên loại rượu và nhà sản xuất
Special dry GIN (Dynybyl s.r.o.)
PEACH VODKA (Dynybyl s.r.o.)
Chalupářská (Dynybyl s.r.o.)
RUM tuzemský (Stock a.s. Plzeň)
MERUÑKA (M. Pláček)

14

Hàm lượng C
(Bq/g carbon)
0,50
0,87
0,52
0,54
0,59

2. Phương pháp nhấp nháy rắn và nhấp nháy lỏng
Chất nhấp nháy là một dạng vật chất có khả năng chuyển đổi năng lượng từ các
3

14

dạng phóng xạ (như phóng xạ β do H và C phát ra) thành năng lượng ánh sáng hay
photon. Trong phép đo đạc phóng xạ β, có hai loại chất nhấp nháy thường được sử
dụng, đó là:

 Chất nhấp nháy rắn: chất chuyển đổi năng lượng là một tinh thể, ví dụ như
NaI(Tl)
 Chất nhấp nháy lỏng: chất chuyển đổi năng lượng là phân tử của một hợp chất
hữu cơ được hòa tan vào trong dung dịch, hoặc là các phân tử của chất nhấp
nháy ở dạng dung dịch.
Với trường hợp của chất nhấp nháy rắn, mẫu (chứa nguồn phát phóng xạ) được
đặt tách biệt so với chất nhấp nháy. Phóng xạ khi đập vào chất nhấp nháy sẽ được
chuyển đổi thành ánh sáng hay các photon. Các photon này sẽ được ghi nhận bởi thiết

18


bị gọi là ống nhân quang (PMT), và được chuyển đổi thành xung điện (cơ chế sẽ được
giải thích ở các phần sau). Một khái niệm cần lưu ý trong quá trình ghi nhận phóng xạ,
là khái niệm về hiệu suất ghi E. Hiệu suất ghi được mô tả theo công thức sau:
Tốc độ đếm

=

Hoạt độ

× 100%

Trong đó, E tính theo %, tốc độ đếm được tính theo cpm (count per minute, hay
số đếm trên phút), và hoạt độ được tính theo dpm (disintegration per minute, hay số
phân rã trên phút). Trong phương pháp nhấp nháy rắn, do nguồn phát phóng xạ và chất
nhấp nháy được đặt tách biệt với nhau, nên chỉ có một phần nhỏ phóng xạ phát ra từ
nguồn đi tới được chất nhấp nháy, còn lại đa phần phóng xạ sẽ phát tán đi khắp các
hướng. Vì vậy, hiệu suất ghi E trong trường hợp đo hoạt độ bằng nhấp nháy rắn sẽ rất
thấp (khoảng 10%). Hình 4 mô tả hệ đo phóng xạ sử dụng nhấp nháy rắn.

Hình 4. Hệ đo phóng xạ sử dụng nhấp nháy rắn
Với phương pháp đo nhấp nháy lỏng, mẫu (chứa phóng xạ) sẽ được hòa tan
chung với dung dịch nhấp nháy lỏng để tạo thành một dung dịch đồng nhất trong lọ
bằng thủy tinh hay nhựa polyethylen. Thế nên, mỗi nhân phát phóng xạ sẽ được bao
quanh bởi các phân tử dung môi và phân tử nhấp nháy. Vì vậy hầu hết các phóng xạ
phát ra từ nguồn sẽ trực tiếp tới được các phân tử nhấp nháy hoặc gián tiếp thông qua
phân tử dung môi, lượng photon sinh ra từ việc chuyển hóa năng lượng bức xạ thành
năng lượng ánh sáng (hay photon) sẽ tăng lên. Các photon được sinh ra từ chất nhấp

19


nháy sẽ vượt ra khỏi lọ mẫu và đến hai ống PMT được đặt ở hai bên lọ.

Hình 5. Hệ đo phóng xạ sử dụng dung dịch nhấp nháy lỏng
Vì nhân phóng xạ và chất nhấp nháy được trộn với nhau trong một hỗn hợp
đồng nhất, nên hiệu suất ghi của nhấp nháy lỏng sẽ cao hơn nhiều so với trường hợp
3

nhấp nháy rắn. Trong thực nghiệm, hiệu suất ghi của nhấp nháy lỏng với H có thể lên
tới gần 60%, và

14

C có thể lên tới trên 90%.

Hình 6 cho thấy mối quan hệ giữa năng lượng cực đại của tia β và hiệu suất ghi
trong trường hợp đo bằng hệ nhấp nháy lỏng. Với các đồng vị phóng xạ phát β năng
lượng cao hơn

14

C, hiệu suất ghi của chúng hầu như giống nhau. Tuy vậy, kể cả với

đồng vị phát β có năng lượng cao như
tới 100%.

32

P, hiệu suất ghi cũng không thể nào đạt được

Hình 6. Quan hệ giữa năng lượng cực đại của tia β và hiệu suất ghi của một số đồng vị
phóng xạ phát β trong trường hợp đo bằng hệ nhấp nháy lỏng

20


Tuy nhiên, điểm bất lợi của phương pháp đo bằng nhấp nháy lỏng (LSC) là hiệu
ứng dập tắt. Hiệu ứng này sẽ làm suy giảm lượng ánh sáng (hay photon) phát ra từ chất
nhấp nháy do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy, khi sử dụng phương pháp LSC, ta
cần phải tìm cách xử lý hoặc hạn chế hiệu ứng dập tắt để có thể thu được kết quả đo
đạc chính xác nhất.
3. Dung môi và chất hòa tan
Dung dịch chứa chất nhấp nháy có tác dụng chuyển đổi năng lượng phóng xạ β
thành ánh sáng (hay photon). Chất nhấp nháy dùng cho dung dịch này bao gồm chất
nhấp nháy sơ cấp (PPO) và chất nhấp nháy thứ cấp (POPOP), và phải được hòa tan vào
trong dung môi phù hợp. Do chất nhấp nháy được hòa tan vào trong dung môi, nó được
gọi là “chất hòa tan”. Vì thế, một dung dịch mẫu trong LSC thường bao gồm mẫu chứa
hạt nhân phóng xạ, chất hòa tan (chất nhấp nháy) và dung môi. Điều quan trọng nhất là

các chất này phải tạo nên một dung dịch đồng nhất.
Trong suốt chiều dài lịch sử, đã có nhiều chất hóa học được thử nghiệm để làm
dung môi và chất nhấp nháy trong LSC, nhưng hiện tại chỉ có một vài chất thích hợp
để làm dung môi và chất nhấp nháy. Tính chất của các dung môi điển hình (toluene và
xylene) và chất nhấp nháy (PPO và POPOP) được mô tả trong bảng dưới:
Bảng 2. Phổ hấp thụ và phát xạ của một số dung môi và chất nhấp nháy thường dùng
Tên viết tắt (tên hóa học)
Toluene (Methylbenzene)
Xylene (Dimethylbenzene)
PPO (2,5-diphenyloxazo-le)
DMPOPOP (1,4-bis-2-(4-meth- yl-5henyloxazoly)-benzene)

Phồ hấp thụ
(nm), λmax*
262
~266
303
363

Phổ phát xạ (nm)
λmax*
λmean**
287
284
~289
~288
364
370
429

427

Lưu ý: * Bước sóng khi độ mạnh của sự phát xạ đạt cực đại, ** Bước sóng khi độ mạnh của sự
phát xạ ở mức trung bình

Vì chất nhấp nháy thường được dùng ở dạng bột, nên nó cần phải được hòa tan
trong dung môi. Do vậy, dung môi sẽ phải thỏa mãn một số điều kiện sau:
 Hiệu suất truyền năng lượng cao: các dung môi thơm như toluene hay xylene có
liên kết không bão hòa bởi chúng có π-electron. Các electron này có năng liên
liên kết yếu và rất linh động, nên dễ dàng bị phá vỡ và bị kích thích.

21


 Phổ hấp thụ của dung môi không bao giờ được trùng lấp với phổ phát xạ của
chất hòa tan (chất nhấp nháy). Nếu phổ của chúng trùng lên nhau, photon phát
ra từ chất hòa tan sẽ bị hấp thụ một phần bởi dung môi, làm giảm hiệu suất ghi.
Hình 7 cho thấy một ví dụ điển hình, trong đó phổ hấp thụ của dung môi toluene
và xylene nằm tách biệt với phổ phát xạ của chất hòa tan PPO.
 Cả đồng vị phóng xạ và chất hòa tan cần phải hòa tan được trong dung môi để
tạo nên dung dịch đồng nhất. Việc lựa chọn chất hòa tan và dung môi phù hợp
sẽ góp phần làm tăng hiệu suất ghi.
 Dung môi phải có độ tinh khiết cao.

Hình 7. So sánh phổ hấp thụ của 2 dung môi toluene và xylene và phổ phát xạ của chất
nhấp nháy PPO
Mặt khác, chất hòa tan (chất nhấp nháy) phải thỏa mãn một số điều kiện sau
 Hiệu suất phát huỳnh quang phải lớn. Hiệu suất phát huỳnh quang được định
nghĩa theo công thức sau:
Hiệu suất phát huỳnh quang =

Số phân tử phát huỳnh quang

Số phân tử ở trang thái kích thích

 Thời gian kích thích phát huỳnh quang ngắn.
 Sự dịch chuyển Stokes (sự khác biệt trong bước sóng giữa phổ hấp thụ và phổ
phát xạ của chất hòa tan để tránh sự trùng lấp phổ) phải lớn.
 Độ hòa tan trong dung môi phải lớn.

22


4. Cơ chế sinh β và phổ β
Nguyên tử của một nguyên tố trung hòa về điện khi số electron bằng số proton.
Sự chênh lệch giữa số proton và neutron trong hạt nhân làm cho nguyên tử chuyển
sang trạng thái không bền và tự động sắp xếp lại thông qua quá trình phân rã phóng xạ
hay giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Một trong những phân rã phóng xạ thường
gặp là phân rã β. Trong phân rã β, neutron (n) biến đổi thành proton (p), đồng thời một
cặp β (e-) và phản neutrino ( ) được tạo ra:

n → p + e- +

Tổng năng lượng E được giải phóng thông qua sự phân rã sẽ là một hằng số và
đặc trưng cho từng hạt nhân. Tổng năng lượng E này sẽ được chia ra cho tia β và phản
neutrino.
E = năng lượng β + năng lượng

Tuy nhiên, phản neutrino sẽ không gây ảnh hưởng gì trong LSC. Do vậy, ta chỉ
3

cần quan tâm tới phóng xạ β. Xét trường hợp hạt nhân phóng xạ H, tổng năng lượng
của quá trình phân rã β là 18,6 keV sẽ được phân bổ cho tia β và phản neutrino. Nếu β
có năng lượng 18,6 keV, năng lượng của phản neutrino sẽ bằng 0. Nếu β có năng lượng
0, năng lượng của phản neutrino sẽ là 18,6 keV. Vì vậy, tia β có năng lượng nằm giữa
khoảng 0 tới 18,6 keV, nên phân bố năng lượng của β sẽ là liên tục như trong hình 8.
Tuy vậy, trong LSC, vùng năng lượng thấp của phổ β chắc chắn sẽ bị cắt đi và
không được ghi nhận. Điều này xảy ra do 2 nguyên nhân:
 Ngưỡng năng lượng: để một tia β có thể sản sinh ra photon trong dung dịch
nhấp nháy, các phân tử dung môi và chất nhấp nháy cần được kích thích lên
mức năng lượng cao hơn, vì vậy năng lượng tia β cần phải đạt tới một giá trị
nhất định để làm được điều này. Giá trị ngưỡng năng lượng cần thiết của tia β để
sản sinh ra photon trong dung dịch nhấp nháy vào khoảng 100eV hay 0,1 keV.
Do đó, phần phổ β có năng lượng thấp hơn giá trị này sẽ không được ghi nhận
trong LSC.
 Mạch lọc nhiễu: mạch lọc nhiễu sẽ được đặt bên trong hệ thống LSC để loại bỏ
nhiễu trong quá trình ghi nhận xung. Những xung điện nào bắt nguồn từ tia β
nhưng nhỏ hơn ngưỡng nhạy của mạch sẽ không được ghi nhận và qua đó, bị

23


loại bỏ.
Việc phần phổ có năng lượng năng lượng thấp của tia β bị loại bỏ và không
được ghi nhận có ý nghĩa quan trọng đối với hiệu ứng dập tắt. Vấn đề này sẽ được đề
cập lại một lần nữa ở các phần sau.

Hình 8. Phổ năng lượng β trên lý thuyết và trong
LSC 5. Các quá trình diễn ra bên trong dung dịch nhấp nháy
Trong dung dịch mẫu, nhân phóng xạ được bao quanh bởi các phân tử dung môi

và chất hòa tan (chất nhấp nháy). Hiện tượng phát quang của chất nhấp nháy, bắt đầu từ
việc dung môi hấp thụ năng lượng của tia β từ nhân phóng xạ, sẽ trải qua các quá trình
sau:

24


 Sự kích thích của các phân tử dung môi do hấp thụ năng lượng phóng xạ.
 Sự truyền năng lượng giữa các phân tử dung môi với nhau.
 Năng lượng truyền từ các phân tử dung môi ở trạng thái kích thích sang các
phân tử chất hòa tan.
 Sự truyền năng lượng giữa chất hòa tan sơ cấp với chất hòa tan thứ cấp.
 Sự phát quang của các phân tử chất hòa tan bị kích thích.

Hình 9. Qúa trình hấp thụ β của dung môi và phát quang của chất nhấp nháy
Ta có thể sơ đồ hóa các quá trình diễn ra trong dung dịch nhấp nháy như sau:

Năng lượng phóng
xạ β

Sự kích thích các
phân tử dung môi
do hấp thụ tia β

Sự truyền năng
lượng giữa các phân
tử dung môi

Sự kích thích của
phân tử chất hòa

tan sơ cấp

Sự kích thích của
phân tử chất hòa
tan thứ cấp

Sự phát quang của
chất hòa tan (chất
nhấp nháy)

Hình 10. Sơ đồ hóa các quá trình diễn ra trong dung dịch nhấp nháy.

25


Vì số lượng phân tử dung môi lớn hơn rất nhiều so với số lượng phân tử chất
hòa tan (ví dụ 4g chất nhấp nháy trên 1000ml dung môi), nên phóng xạ β thường sẽ
tương tác với phân tử dung môi trước và kích thích nó lên trạng thái năng lượng cao
hơn. Năng lượng kích thích được truyền đi giữa các phân tử dung môi với nhau, cho tới
khi phần năng lượng này được truyền tới phân tử chất nhấp nháy, và chất nhấp nháy sẽ
phát photon. Các photon này sẽ vượt ra khỏi lọ mẫu và đi vào ống PMT.
Khi tia β có năng lượng thấp, nó sẽ biến mất sau khoảng một hoặc hai va chạm
với phân tử dung môi, nên sẽ có ít photon được sản sinh ra. Khi năng lượng của tia β
lớn hơn, quãng chạy của nó sẽ lớn hơn, vì vậy nó sẽ va chạm với nhiều phân tử dung
môi hơn trước khi năng lượng của nó bị phân tán hết qua các lần qua chạm. Do đó,
năng lượng của tia β sẽ tỷ lệ thuận với số photon được sản sinh, năng lượng càng cao
sẽ càng có nhiều photon.
5.1. Sự kích thích của phân tử dung môi
Trong dung dịch nhấp nháy, tia β chỉ đi được một quãng đường rất ngắn, tương
đương với khoảng thời gian 5 ns, trước khi toàn bộ động năng của nó bị tiêu tán. Năng

lượng của nó sẽ bị vật chất xung quanh hấp thụ dưới 3 dạng: nhiệt, ion hóa và kích
thích. Một phần năng lượng của tia β sẽ bị phân tử dung môi hấp thụ và dung môi sẽ
chuyển lên trạng thái kích thích. Trong chất nhấp nháy lỏng, xác suất mà năng lượng
phóng xạ được hấp thụ trực tiếp bởi phân tử chất hòa tan (chất nhấp nháy) để phát
huỳnh quang là rất nhỏ, vì số lượng phân tử dung môi trong dung dịch nhấp nháy lỏng
thông thường sẽ gấp khoảng 1000 lần so với số phân tử chất hòa tan. Do đó, các phân
tử dung môi thường sẽ là các vật chất đầu tiên nhận năng lượng của tia β để chuyển lên
trạng thái kích thích.
5.2. Sự truyền năng lượng giữa các phân tử dung môi
Sự truyền năng lượng giữa các phân tử dung môi xảy ra trong thời gian dưới 1
ns, và có rất nhiều phân tử dung môi tham gia vào quá trình này. Có hai giả thuyết
được đưa ra để mô tả sự truyền năng lượng giữa các phân tử dung môi, là giả thuyết về
quá trình va chạm và giả thuyết về quá trình hình thành excimer.
Qúa trình va chạm, còn được gọi là “quá trình xảy ra trong khoảng cách ngắn”,
là quá trình “cho và nhận” năng lượng thông qua sự va chạm giữa các phân tử dung
môi bị kích thích. Gọi M1, M2, M3 là các phân tử dung môi và ký hiệu * là trạng thái

26


kích thích, sự truyền năng lượng có thể được biểu thị thông qua mối quan hệ sau:
M1* + M2 → M1 + M2*,
M2* + M3 → M2 + M3*.
Trong va chạm giữa các phân tử, các electron quỹ đạo của cả hai phân tử sẽ va
chạm khẽ với nhau, và truyền năng lượng thông qua tương tác trao đổi. Qúa trình
truyền năng lượng theo cách này bị giới hạn bởi sự khuếch tán, nên hiệu suất của nó có
liên quan tới độ nhớt của dung môi và nhiệt độ; độ nhớt thấp và nhiệt độ cao là trạng
thái lý tưởng nhất.
Trong khi đó, giả thuyết về quá trình hình thành excimer sẽ dựa vào sự hình
thành và sự phân ly của một excimer. Excimer được hình thành bởi sự liên kết của một

phân tử dung môi ở trạng thái bị kích thích với một phân tử dung môi ở trạng thái cơ
bản, và tổ hợp excimer chỉ bền vững trong trạng thái kích thích. Trong tổ hợp này, năng
lượng kích thích từ phân tử dung môi ở trạng thái kích thích sẽ bị lấy đi và truyền sang
cho phân tử dung môi ở trạng thái cơ bản. Sự hiện diện của excimer đã được xác nhận
có trong dung môi toluene và các dung môi hữu cơ thơm khác.
Sự hình thành và phân ly của excimer của phân tử dung môi xảy ra luân phiên
và thường xuyên, dẫn tới việc năng lượng được truyền đi một khoảng cách xa trong
một khoảng thời gian tương đối ngắn, nếu so sánh với thời gian cần thiết cho sự phát
quang diễn ra. Sự hình thành và phân ly excimer, dẫn tới quá trình truyền năng lượng
được minh họa bên dưới:
M1* + M2 → (M1・M2)* → M1 + M2*
Excimer
M2* + M3 → (M2・M3)* → M2 + M3*
Excimer
5.3. Sự truyền năng lượng từ dung môi sang chất hòa tan
Năng lượng kích thích được truyền tới phân tử chất hòa tan từ các phân tử dung
môi. Để mô tả sự truyền năng lượng giữa dung môi và chất hòa tan, có hai giả thuyết
được đưa ra, là giả thuyết giả thuyết va chạm (như ta vừa đề cập tới giữa các phân tử
dung môi với nhau) và giả thuyết về tương tác lưỡng cực - lưỡng cực.

27


Khi xét tới tương tác giữa các phân tử ở trạng thái trung hòa điện như dung môi
và chất hòa tan trong LSC, tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử đóng vai
trò rất quan trọng. Tương tác trực tiếp giữa các lưỡng cực điện của một phân tử bị kích
thích và một phân tử không bị kích thích khiến cho năng lượng kích thích được truyền
từ chất này sang chất kia trong một khoảng cách lớn mà không thông qua sự phát xạ.
Trong sự truyền năng lượng giữa dung môi và chất hòa tan trong nhấp nháy lỏng,
tương tác lưỡng cực - lưỡng cực trở thành quá trình chiếm ưu thế vì khoảng cách lớn.

Trong khi đó, sự đóng góp của tương tác tứ cực-tứ cực và các tương tác đa cực - đa cực
khác là không đáng kể trong quá trình truyền năng lượng giữa dung môi và chất hòa
tan.
5.4. Sự truyền năng lượng giữa chất hòa tan và chất hòa tan
Trong dung dịch nhấp nháy, ngoài chất hòa tan sơ cấp (chất nhấp nháy sơ cấp),
thường ta sẽ cho thêm một chất hòa tan thứ cấp (chất nhấp nháy thứ cấp) để làm chất
chuyển đổi bước sóng. Dung dịch lúc này sẽ bao gồm dung môi và hai chất hòa tan
(hai chất nhấp nháy), do đó sẽ xuất hiện thêm sự truyền năng lượng từ chất hòa tan sơ
cấp sang chất hòa tan thứ cấp. Tất nhiên, sự truyền năng lượng trực tiếp giữa dung môi
và chất hòa tan thứ cấp hoàn toàn có thể xảy ra, tương tự như giữa dung môi và chất
hòa tan sơ cấp. Tuy nhiên, vì nồng độ của chất hòa tan thứ cấp chỉ khoảng 1/10 lần so
với chất hòa tan sơ cấp, nên xác xuất của sự truyền năng lượng trực tiếp giữa dung môi
và chất hòa tan thứ cấp là cực kì nhỏ.
5.5. Sự phát quang của chất hòa tan
Sau khi hấp thụ năng lượng kích thích từ dung môi, phân tử chất hòa tan (chất
nhấp nháy) sẽ được đưa lên mức kích thích điện tử của nó. Qúa trình phát ra ánh sáng
(hay photon) có thể thông qua huỳnh quang (fluorescence) hoặc lân quang
(phosphorous). Trong hai quá trình trên, huỳnh quang là quá trình quan trọng nhất và
-8

-9

chiếm ưu thế trong LSC. Thời gian phát huỳnh quang vào khoảng 10 ・10 s.
Năng lượng mà phân tử chất hòa tan nhận được từ dung môi sẽ gây nhiễu loạn
trong cấu trúc đám mây obitan của phân tử chất hòa tan, và đưa các electron quỹ đạo
của chất hòa tan lên trạng thái kích thích. Khi các electron bị kích thích này trở về
trạng thái cơ bản, sẽ có một phóng xạ phát ra ở dạng các photon; đa phần các photon
này nằm trong vùng cận tử ngoại và một phần nhỏ nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy;

28

đây gọi là quá trình phát quang. Với mỗi keV năng lượng ban đầu của bức xạ β có thể
tạo ra khoảng 10 photon. Tổng photon từ các quá trình phát quang sẽ tạo nên hiện
tượng nhấp nháy, và cường độ của ánh sáng phát ra sẽ tỷ lệ thuận với năng lượng ban
đầu của tia β.
Vì một lượng lớn photon phát ra từ chất nhấp nháy sơ cấp sẽ nằm trong vùng
cận tử ngoại, nên ta thường có thêm chất nhấp nháy thứ cấp để thực hiện nhiệm vụ
chuyển đổi bước sóng cho các photon từ vùng cận tử ngoại sang vùng khả kiến (trong
trường hợp của khóa luận này, chất nhấp nháy thứ cấp là POPOP). Chất nhấp nháy thứ
cấp có thể hấp thụ các photon ở vùng cận tử ngoại phát ra từ chất nhấp nháy sơ cấp,
sau đó nó cũng sẽ trải qua quá trình huỳnh quang tương tự như chất nhấp nháy sơ cấp,
và kết quả là nó sẽ phát ra thêm nhiều photon hơn nữa nằm trong vùng khả kiến.
6. Cơ chế hình thành xung đầu ra và lọc nhiễu của ống PMT
6.1. Ống PMT và quá trình hình thành xung đầu ra
Để có thể ghi nhận một cách hiệu quả các photon phát ra từ chất nhấp nháy, cần
sử dụng một thiết bị nhạy với ánh sáng để chuyển đổi các photon ghi nhận được sang
dạng dữ liệu có thể dễ dàng xử lý. Thiết bị này được gọi là ống nhân quang (PMT), có
khả năng chuyển đổi photon thành xung điện. Hình 11 cho thấy cấu trúc của ống PMT.
Nguyên lý hoạt động của ống PMT: Photon phát ra từ dung dịch mẫu đi tới hai
ống PMT. Mặt trong của ống PMT, gọi là photocathode, được phủ một lớp cảm quang
có thể chuyển đổi các photon hấp thụ được thành năng lượng điện thông qua sự sản
sinh các photoelectron. Các photoelectron được thu hút tới dynode (điện cực dương)
bên trong ống, từ đó sẽ có thêm nhiều electron hơn nữa sản sinh ra. Các electron được
sinh ra từ dynode được gọi là “electron thứ cấp”. Các electron thứ cấp sẽ tiếp tục được
thu hút tới dynode thứ hai và quá trình tương tự lại diễn ra. Trong ống PMT thường có
khoảng 12 dynode. Các quá trình nhân electron liên tục thông qua các dynode này sẽ
tạo ra dòng thác lũ các electron ở dynode cuối cùng. Điều này sẽ tạo ra một xung điện
đủ lớn ở lối ra của ống PMT, kết thúc quá trình chuyển đổi photon thành xung điện
trong ống PMT. Độ cao của xung đầu ra sẽ tỷ lệ thuận với số lượng photon đi tới

photocathode, và do đó, tỷ lệ thuận với năng lượng của tia β. Xung ghi nhận được sẽ là
đại lượng chỉ thị cho số sự kiện phát photon xảy ra trong chất nhấp nháy.

29


Hình 11. Ống PMT và nguyên lý hoạt động
Hai xung đầu ra từ hai ống PMT sẽ đi qua mạch trùng phùng để lọc nhiễu và qua
mạch cộng xung để gộp hai xung lại. Xung tổng sau đó sẽ được phân tích bởi máy PHA
(thiết bị phân tích độ cao xung). Máy này bao gồm một bộ chuyển đổi tương tự sang số
(ADC) và một bộ nhớ. Bộ ADC sẽ chuyển tín hiệu tương tự ở dạng xung có biên độ
nhất định sang dạng số. Các xung sau khi được số hóa sẽ được phân loại theo độ lớn
hoặc theo chiều cao xung, và sẽ được ghi nhận vào một kênh cụ thể trong bộ nhớ. Cuối
cùng chúng sẽ được truyền vào bộ xử lý dữ liệu trong màn hình hiển thị. Số đếm được
hiển thị trên màn hình sẽ tương ứng với xung được ghi nhận vào.
Mối liên hệ giữa năng lượng tia β và số kênh được mô tả trong hình 12. Tia β
ban đầu có năng lượng cao sẽ khiến cho chất nhấp nháy phát ra nhiều photon hơn, dẫn
tới sự sản sinh xung có độ cao lớn hơn trong ống PMT. Xung điện cao hơn sẽ được ghi
nhận vào một kênh có số đếm cao hơn trên màn hình hiển thị. Do vậy, tia β ban đầu có
năng lượng cao sẽ có số đếm cao trên màn hình hiển thị và ngược lại.

30


Hình 12. Mối quan hệ giữa số photon, độ cao xung và số đếm
6.2. Cơ chế lọc nhiễu và cộng xung

Hình 13. Giản đồ của hệ LSC
Trong hệ thống mạch điện tử của LSC, sẽ có sự hiện diện của mạch trùng phùng
và mạch cộng xung. Mạch trùng phùng là thiết bị dùng để loại bỏ nhiễu ra khỏi hệ

31


thống. Trong khi đó mạch cộng xung sẽ phát ra xung tổng kết hợp từ hai xung lối ra
của hai ống PMT, và xung tổng này sẽ được ghi nhận vào máy PHA.
Hai xung điện phát ra từ từ hai ống PMT sẽ đồng thời đi vào mạch trùng phùng.
Mạch trùng phùng chỉ phát tín hiệu ở đầu ra trong trường hợp cả hai xung từ hai ống
PMT đi vào trong mạch cùng một lúc. Trong khi đó, do sự sản sinh của các xung nhiễu
không phụ thuộc vào hai ống PMT, nên xác suất để cả hai xung nhiễu đi vào mạch
trùng phùng cùng một lúc là rất thấp, nên cổng sẽ không mở để nhiễu đi vào. Vì thế, đa
phần nhiễu sẽ được loại bỏ nhờ vào mạch trùng phùng.
Sau khi ra khỏi mạch trùng phùng, hai xung trùng phùng sẽ đi tới mạch cộng
xung. Mạch này sẽ đảm nhận hai vai trò. Thứ nhất là sắp xếp lại hai xung trùng phùng
thành một xung với cường độ là tổng cường độ của hai xung riêng lẻ. Điều này giúp tối
ưu tỷ số tín hiệu/nhiễu của máy. Chức năng thứ hai là triệt tiêu sự thăng giáng cường
độ ánh sáng do vị trí các nhân phóng xạ trong lọ chứa mẫu không đồng nhất. Nếu ta chỉ
dùng một ống PMT thì chiều cao xung sẽ phụ thuộc rất nhiều vào vị trí phát ra ánh
sáng; ánh sáng ở vùng sát với ống PMT thì cường độ sáng sẽ mạnh hơn ở vị trí xa
PMT. Vì vậy, sử dụng kết hợp hai ống PMT và mạch cộng xung, cường độ sáng sẽ
được bù trừ và giải quyết được hiện tượng này.
7. Hiệu ứng dập tắt trong LSC
7.1. Hiệu ứng dập tắt và ảnh hưởng
Khi sử dụng LSC, cần phải hiểu rõ một khái niệm quan trọng gọi là dập tắt. Khi
dung dịch trong suốt, ánh sáng (hay photon) được sản sinh ra bởi chất nhấp nháy bên
trong dung dịch sẽ thoát ra khỏi lọ mà không bị giảm cường độ, hay nói cách khác sẽ
không bị mất bớt photon. Ngược lại, nếu dung dịch bị đục hay có chứa tạp chất, số
lượng photon sẽ bị giảm đi do sự hấp thụ. Đây chính là hiệu ứng dập tắt.
Khi không có hiệu ứng dập tắt, nếu năng lượng của phóng xạ β tăng lên, số
photon được sinh ra cũng tăng lên và theo đó độ cao của xung cũng sẽ cao hơn, như đã

đề cập ở các phần trước. Xung cao hơn sẽ được ghi vào một kênh có số đếm cao hơn.
Ngược lại, khi hiệu ứng dập tắt xảy ra trong dung dịch mẫu, dù năng lượng của tia β
không bị ảnh hưởng bởi dập tắt, nhưng ánh sáng sinh ra từ chất nhấp nháy sẽ trở nên
yếu hơn. Nói cách khác, số lượng photon sẽ giảm xuống, và độ cao xung điện cũng trở
nên thấp hơn. Do đó, với cùng một tia β có năng lượng xác định, tùy vào độ mạnh của

32