Xây dựng hệ thống bài thí nghiệm vật lý hạt nhân báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp cơ sở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI THÍ NGHIỆM
VẬT LÝ HẠT NHÂN

Mã số: CS.2010.19.107

Chủ nhiệm đề tài: CN. Trương Trường Sơn

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI THÍ NGHIỆM
VẬT LÝ HẠT NHÂN

Mã số: CS.2010.19.107

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu)

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2011

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên)


DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ
ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

Họ và tên

Đơn vị cơng tác và lĩnh
vực chuyên môn

Trương Trường Sơn Khoa Vật lý, Trường Đại
học Sư phạm Tp. HCM

Nội dung nghiên cứu
được phân công
- Xây dựng kế hoạch
nghiên cứu.
- Thiết kế, lắp đặt và tiến
hành thực nghiệm 6 bài
thí nghiệm.
- Viết tài liệu hướng dẫn
thí nghiệm.

Phạm Nguyễn
Thành Vinh

Khoa Vật lý, Trường Đại
học Sư phạm Tp.HCM

- Thiết kế, lắp đặt và tiến
hành thực nghiệm 6 bài
thí nghiệm.
- Viết tài liệu hướng dẫn
thí nghiệm.


MỤC LỤC
Trang
Mục lục
Tóm tắt kết quả nghiên cứu đề tài (tiếng Việt)
Tóm tắt kết quả nghiên cứu đề tài (tiếng Anh)
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 1
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................................................... 2
4. Kết quả của đề tài .................................................................................................... 3
5. Kết luận chung ......................................................................................................... 26
Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ................................................................... 26
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 27
Phụ lục: bộ số liệu 6 bài thí nghiệm vật lý hạt nhân .............................................. 30


Mẫu 1.10 CS

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG
Tên đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN
Mã số: CS.2010.19.107
Chủ nhiệm đề tài: CN. Trương Trường Sơn
Tel: 0908889083
E-mail:
Cơ quan chủ trì đề tài : Trường Đại học Sư phạmTp.HCM.
Thời gian thực hiện: Từ tháng 4/2010 – 4/2011
1. Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và biên soạn tài liệu các bài thí nghiệm
Vật lý hạt nhân đáp ứng nhu cầu đào tạo cho hệ Cử nhân chuyên ngành Vật lý hạt
nhân, Thạc sĩ vật lý hạt nhân:
- Bài 1: Đo hoạt độ nguồn phóng xạ Anpha.
- Bài 2: Khảo sát vùng Plateau và sự suy giảm số đếm theo khoảng cách của hệ đo
đơn kênh sử dụng Detector NaI
- Bài 3: Xác định bề dày hấp thụ một nửa và hệ số suy giảm tuyến tính, suy giảm
khối.
- Bài 4: Xây dựng đường chuẩn năng lượng và xác định nguồn phóng xạ chưa biết.
- Bài 5: Xác định các thông số kỹ thuật của hệ đo gamma phông thấp – đặc trưng
phổ gamma.
- Bài 6: Khảo sát sự suy giảm suất liều theo khoảng cách và phơng phóng xạ mơi
trường.
2. Nội dung chính:
Xây dựng đề cương nghiên cứu, khảo sát thiết bị, lập kế hoạch xây dựng 6 bài thí
nghiệm.
Xây dựng thực nghiệm 6 bài thí nghiệm vật lý hạt nhân.
Hoàn thiện kết quả nghiên cứu để biên soạn thành giáo trình chính thức.

Mẫu 1.10 CS

3. Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế-xã hội):
Bộ số liệu 6 bài thí nghiệm hạt nhân.
Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm cho sinh viên năm thứ 3 hệ cử nhân.


Mẫu 1.11 CS

SUMMARY
Project Title: Design practical lessons nuclear physics
Code number:CS.2010.19.107.
Coordinator: Truong Truong Son.
Implementing Institution : Ho Chi Minh City University of Pedagogy
Duration: from April 2010 to April 2011
1. Objectives:
- Research, design and compile textbook practical nuclear physics for the teaching in
Physics departerment. About 6 lesson:
+ Lessson 1: Measure alpha source radioactivity.
+ Lessson 2: Investigate Plateau curve and the decline of counts dependence on
distance of NaI detector system.
+ Lessson 3: Determine absorbtion half - thickness and linear attenuation and
volume attenuation coefficient
+ Lesson 4: Form the energy calibration curve and determine the unknown source
+ Lesson 5: Determine technical parameters of low background – gamma
spectrometer system and gamma spectrum characteristics.
+ Lesson 6: Investigate the decline of dose rate dependence on distance
environmental radiation background.
2. Main contents:
- Design research plan, survey equipment, design 6 lesson about practical nuclear

physics.
- To conduct experiment 6 lesson about practical nuclear physics.
- Complete results and compile textbook practical nuclear physics.
3. Results obtained:
- Data of 6 lesson about practical nuclear physics.
- Textbook practical nuclear physics for the the third years students.

and


-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, Khoa Vật lý đã có phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân với trang thiết bị
đồng bộ và hiện đại. Để sớm khai thác hiệu quả phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân trong
việc giảng dạy thực hành cho sinh viên. Nhằm chủ động trong kế hoạch đào tạo, việc
xây dựng hệ thống các bài thí nghiệm vật lý hạt nhân và biên soạn tài liệu hướng dẫn
các bài thí nghiệm vật lý hạt nhân là hết sức cần thiết và cấp bách.
Từ những lý do trên tôi đã thực hiện đề tài: “Xây dựng hệ thống các bài thí
nghiệm vật lý hạt nhân”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và biên soạn tài liệu các bài thí nghiệm Vật lý hạt
nhân đáp ứng nhu cầu đào tạo cho hệ Cử nhân chuyên ngành Vật lý hạt nhân, Thạc sĩ
vật lý hạt nhân:
- Bài 1: Đo hoạt độ nguồn phóng xạ Anpha.
- Bài 2: Khảo sát vùng Plateau và sự suy giảm số đếm theo khoảng cách của hệ đo đơn
kênh sử dụng Detector NaI
- Bài 3: Xác định bề dày hấp thụ một nửa và hệ số suy giảm tuyến tính, suy giảm khối.
- Bài 4: Xây dựng đường chuẩn năng lượng và xác định nguồn phóng xạ chưa biết.

- Bài 5: Xác định các thông số kỹ thuật của hệ đo gamma phông thấp – đặc trưng phổ
gamma.
- Bài 6: Khảo sát sự suy giảm suất liều theo khoảng cách và phơng phóng xạ mơi
trường.
3. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
-

-

Tiếp cận vấn đề nghiên cứu thông qua trao đổi chuyên môn với các đồng
nghiệp, các chuyên gia trong cùng lĩnh vực, thơng qua việc nghiên cứu tài liệu,
các tạp chí khoa học trong và ngoài nước đã được đăng tải hoặc từ mạng
Internet.
Đề tài được nghiên cứu thông qua việc tổng hợp tài liệu, tính tốn xử lí số liệu
nhằm đưa ra các kết quả bảo đảm tính chính xác về mặt khoa học. Đồng thời có


-2-

-

sự phản biện của cố vấn khoa học, của đồng nghiệp hoặc chuyên gia qua trao
đổi chuyên môn, qua các buổi báo cáo khoa học.
Các nghiên cứu của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu tìm ra các phướng án trình
bày hướng dẫn thí nghiệm hiệu quả, giúp sinh viên có thể hiểu và tự làm được
các bài thực hành trên các thiết bị đã có của phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân –
khoa Vật lý..

4. Nội dung chính
Để đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài tập trung thực hiện những nội dung chính

dưới đây:
(1) Xây dựng đề cương nghiên cứu, Khảo sát thiết bị, lập kế hoạch xây dựng 6
bài thí nghiệm.
(2) Xây dựng thực nghiệm 6 bài thí nghiệm vật lý hạt nhân.
(3) Viết báo cáo kết quả thực hiện đề tài.
(4) Hoàn thiện kết quả nghiên cứu để biên soạn thành giáo trình chính thức.


-3-

KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
BÀI 1. ĐO HOẠT ĐỘ NGUỒN PHĨNG XẠ ALPHA
* Mục đích
- Nắm vững các thao tác khi sử dụng máy đo Alpha-Beta UMF-2000
- Xác định hiệu suất ghi của detector
- Xác định hoạt độ phóng xạ alpha bằng phương pháp tuyệt đối.
* Giới thiệu máy đo tổng hoạt độ alpha
Máy đo tổng hoạt độ alpha và beta được sản xuất những yêu cầu của TY 4362003-3186731-2002 và đo theo các mục đích sau :
Đo tổng hoạt độ beta của hạt nhân phóng xạ trong các mẫu như thực phẩm, mẫu
đất, nước, phin lọc khơng khí...
Đo tổng hoạt độ alpha của hạt nhân phóng xạ đối với mẫu dày và mỏng.

Máy UMF 2000
Máy UMF 2000 là thiết bị dùng trong phịng thí nghiệm là chủ yếu. Máy có 5 bộ
phận chính : thiết bị đo, bộ phận điều khiển, bộ phận bảo vệ hoạt động, bộ phận điện
tử, bộ phận đếm gộp hai kênh cùng với đồng hồ đếm.
 Thiết bị đo
- Detector bán dẫn được làm từ silic nhơm có điện trở cao với chiều dài của detector
là 20x20 mm, nó được đặt trên một giá bằng đồng có mạ Crom. Giá đỡ đựng mẫu
được đặt sát detector.

-4-

- Detector bán dẫn biến đổi năng lượng của hạt alpha và beta thành tín hiệu điện ở
tiền khuếch đại. Detector có khả năng đo năng lượng beta từ mức 50 keV.
 Bộ phận điều khiển
- Gồm có nguồn cung cấp, cao thế và bộ phận bảo vệ mạch điện
- Điện thế cung cấp là 220 V
- Bộ phận bảo vệ hoạt động
- Dùng để làm giảm sự ảnh hưởng của những tia bức xạ vũ trụ ảnh hưởng đến kết
quả đo.
 Bộ phận điện tử
Được cấu tạo từ các phần riêng biệt : tiền khuyếch đại, khuyếch đại, khối tạo
dạng xung, khối biến đổi tương tự số (biến đổi xung thành số).
 Bộ phận đếm gộp hai kênh cùng với đồng hồ đếm
Bộ phận này cho phép máy làm việc với hai chế độ đếm : alpha và beta ; beta và
thời gian đếm.
* Đặc trưng kỹ thuật và Cách Vận hành
+ Đặc trưng kỹ thuật
- Đo năng lượng bức xạ beta trong khoảng từ 50 đến 3500 keV.
- Đo năng lượng bức xạ alpha trong khoảng từ 3500 đến 8000 keV.
- Đo hoạt độ nguồn phát beta từ 0.1 đến 3.103 Bq
- Đo hoạt độ nguồn phát alpha từ 0.01 đến 3.103 Bq
- Sai số tương đối thấp ± 15%
- Đối với hạt alpha thấp hơn 0.001/giây
- Đối với hạt beta thấp hơn 0.025/giây
- Thời gian đếm được ấn định từ 1-9999 giây
- Sai số đếm :0.0001 giây
- Sự ảnh hưởng của kênh đo alpha lên kênh đo beta với nguồn alpha thấp không quá

± 8%.

- Thời gian sấy máy không quá 30 phút, thời gian hoạt động lớn nhất là 24 giờ.


-5-

- Tính ổn định của máy trong làm việc suốt 8h là hơn 95%
- Nguồn cung cấp là nguồn điện xoay chiều 220 với tần số 50 Hz
- Công suất tiêu hao : không quá 40W
- Nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, áp suất là :10 đến 30oC
- Kích thước : 350x300x190mm.
- Cân nặng 30kg
+ Cách vận hành máy
Đặt nguồn điện vào nguồn cung cấp, để tránh hư hỏng. Nguồn điện thế là 220 V.
Sau đó bật nút POWER ở phía sau máy
Sau đó bật ON đèn LED sáng để máy sẵn sàng hoạt động
Đặt nguồn cần đo vào khay, đẩy khay vào trong để tiến hành đo
Bật nút START trên máy, sau đó cài đặt thời gian đo
Khi muốn đo Alpha, hay Alpha và Beta thì điều chỉnh bằng nút trên máy để chọn
chế độ đo thích hợp.
Khi kết thúc thời gian đo thì nhấn nút STOP.
Lấy nguồn ra, và đem cất đúng ngay vị trí nơi cất nguồn.
Chú ý :
Trước khi đo phải sấy máy trong 30 phút
Đo phơng ít nhất là 1000 giây
* Xác định hiệu suất ghi của detector

Nguồn chuẩn

238

U, 234 U, 234 Th, 234 Pa (Sai số hoạt độ là 7%)


-6-

Hiệu suất ghi của detector là khả năng ghi nhận tốt nhất của detector. Tính theo
cơng thức
ε=

n
A

Trong đó n : tốc độ đếm trung bình
nS = n − n B

Do số đếm phông của alpha không lên nên n B =0
 Các bước tiến hành
- Sấy máy trong vòng 30 phút
- Tiến hành đo phông 1000 giây cho 1 phép đo.
- Đặt nguồn

238

U, 234 U vào đúng vị trí, và đo 300 giây

- Thực hiện 5 phép đo, và ghi số đếm hiển thị trên máy.
- Tính hiệu suất ghi của detector. Sau khi đo cất nguồn vào đúng vị trí.
* Sử dụng phương pháp tuyệt đối xác định hoạt độ của nguồn phát alpha

Xác định hoạt độ của nguồn phát alpha bằng phương pháp tuyệt đối. Dựa vào
hiệu suất ghi đã có từ nguồn chuẩn.
Hoạt độ của mẫu
A=

nS
ε
k

Tốc độ đếm trung bình

1
n=
k

∑N
i =1
k

∑t
i =1

i

i

 Các bước tiến hành
- Đặt nguồn cần xác định hoạt độ vào tiến hành đo
- Đo khoảng 25 lần. Ghi số đếm trên máy và tính hoạt độ và sai số tương đối của
hoạt độ.

-7-

BÀI 2. KHẢO SÁT VÙNG PLATEAU VÀ SỰ SUY GIẢM SỐ ĐẾM THEO
KHOẢNG CÁCH CỦA HỆ ĐO ĐƠN KÊNH SỬ DỤNG DETECTOR NaI
* Mục đích
- Nắm vững các thao tác khi sử dụng Hệ đo đơn kênh.
- Xác định được vùng plateau.
- Kiểm tra quy luật số đếm giảm theo bình phương khoảng cách

* Khảo sát vùng plateau_ Cao thế làm việc của detector
Cao thế làm việc của detector là tại cao thế đó detector hoạt động hiệu quả nhất.
Đường đặc trưng biễu diễn sự phụ thuộc của tốc độ đếm vào điện thế cung cấp cho
detector.
Điện thế làm việc của detector được chọn theo quy ước là điểm nằm ở 1/3 đầu
của đoạn plateau. Đoạn plateau càng dài và độ dốc càng nhỏ thì detector làm việc ổn
định nhất.
 Các bước tiến hành
- Đặt cửa sổ ON-OFF tại OFF
- Cài đặt thời gian tại nút công tắc “X0.1” và thời gian đo (MINUTES) ở công tắc
“001”.
- Đặt ngưỡng (Threshold) tại 1.0
- Cửa sổ (Window) đóng.
- Lên cao thế ở 130V và ghi số đếm lấy khoảng 3 lần số đếm. Mỗi lần tăng cao thế
khoảng 10V.
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc số đếm vào cao thế và chọn cao thế hoạt động thích hợp
của detector.
* Khảo sát sự suy giảm số đếm theo quy luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng
cách.

I=

I0
d2


-8-

Hoạt độ phóng xạ và suất liều của một nguồn phóng xạ thì tỷ lệ theo khoảng
cách. Trong thí nghiệm này sẽ tìm ra quy luật suy giảm tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách.
 Các bước tiến hành
- Đặt cửa sổ ON-OFF tại OFF
- Cài đặt thời gian tại nút công tắc “X0.1” và Thời gian đo (MINUTES) ở công tắc
“001”.
- Lên cao thế ở 400V
- Đặt ngưỡng (Threshold) tại 1.0
- Cửa sổ (Window) đóng.
- Thiết kế giá đỡ để di chuyển nguồn theo khoảng cách, trên giá đỡ có thước đo. Sau
đó ghi lại số đếm hiện trên đèn đếm, tiếp tục di chuyển nguồn với khoảng cách
tăng lên 2 cm.

I

d

Sự suy giảm chùm tia theo khoảng cách
Lấy log 2 vế ta được:

I = I0 d −2

=
log I log I0 − 2 log d

Đặt

y = log I
y 0 = log I0
x = log d

Phương trình có dạng :

=
y y 0 − 2x

Dạng tổng quát của phương trình là :


-9y= b + ax

Sau đó lập bảng như sau:
d (cm)

Số đếm (N)

y = logN

x = logd

* Vẽ đồ thị và xác định hàm thể hiện sự phụ thuộc của số đếm theo khoảng cách trong

thang đo tuyến tính và thang đo logarit.


- 10 -

BÀI 3. XÁC ĐỊNH BỀ DÀY HẤP THỤ MỘT NỬA VÀ HỆ SỐ SUY GIẢM
TUYẾN TÍNH, SUY GIẢM KHỐI
* Mục đích
- Nắm vững các thao tác khi sử dụng hệ đo đơn kênh.
- Xác định bề dày hấp thụ một nửa, hệ số suy giảm tuyến tính, suy giảm khối.
* Lý thuyết
Quy luật suy giảm của tia gamma khi đi qua vật liệu
I = I0 e −µx

Ta có thể sử dụng mật độ bề mặt d (g/cm2) với d = xρ
Thay vào phương trình
I = I0 e −µd/ ρ

Trong đó tỉ số

µ
được gọi là hệ số suy giảm khối và được ký hiệu : m m
ρ
I = I0 e −µx

Ta có :

Vì đại lượng I tỉ lệ với số đếm N nên:
N = N 0 e −µx

Lấy ln 2 vế :
ln

Do đó ln

N0
= µx
N

N0
phụ thuộc tuyến tính vào x
N

Phương trình có dạng y= ax+b
x là bề dày
a là hệ số giảm tuyến tính

a=
* Xác định bề dày một nửa x1/2

∑ (x − x)(y − y)
∑ (x − x)
2


- 11 Bề dày giảm một nửa x1/2 là bề dày vật chất mà chùm tia đi qua bị suy giảm cường độ
2 lần, nghĩa là còn một nửa cường độ ban đầu. Bề dày x1/2 liên hệ với hệ số suy giảm tuyến
tính µ như sau : x 1/2 =

0, 693

µ

Sự suy giảm cường độ chùm tia gamma theo bề dày x1/2
Xác định bề dày hấp thụ một nửa (HVT) trong vật liệu giấy, nhơm, chì, plastic. Tính hệ
số suy giảm tuyến tính µ và hệ số suy giảm khối m m
* Các bước tiến hành
- Đặt cửa sổ ON – OFF tại OFF
- Lên cao thế ở 400V
- Đặt ngưỡng tại 1.0
- Đóng window.
Chuẩn bị 12 miếng chì, bề dày mỗi miếng : 1mm

Các miếng chì


- 12 -

Bố trí thí nghiệm đối với các miếng chì

Bề dày

I=N-N p
(mm)

x

y = ln(I/I 0 )

x−x

y−y

(x − x)(y − y)

N

y

* Tiến hành quy trình thí nghiệm tương tự cho nhôm, đồng, giấy…

(x − x) 2


- 13 -

BÀI 4. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN NĂNG LƯỢNG VÀ XÁC ĐỊNH
NGUỒN PHĨNG XẠ CHƯA BIẾT
* Mục đích
- Nắm vững các thao tác khi sử dụng hệ đo 8K kênh
- Xây dựng được đường chuẩn năng lượng.

* Xây dựng đường chuẩn năng lượng
Sử dụng hai nguồn

60

Co, 137 Cs

Sơ đồ thí nghiệm :

* Các bước tiến hành
- Đặt nguồn

137

Cs là nguồn kín với năng lượng gamma là : 0,662 keV cách 2 cm so

với tinh thể NaI (Tl).
- Để một khoảng thời gian cho phổ năng lượng của
- Sau đó phổ

137

137

Cs nguồn ổn đỉnh.

Cs được qua hệ thống MCA để xử lý, trong đó dải năng lượng quan

tâm được chia làm nhiều kênh năng lượng. Mỗi kênh là một cửa sổ năng lượng.
Tiếp theo ta xóa các dữ liệu của nguồn

137

Cs và thay bằng nguồn

60

Co và đo được

2 đỉnh năng lượng 1,17 và 1,33 MeV.
- Đợi một thời gian để cho phổ năng lượng ổn định. Sau đó qua hệ thống MCA để
đưa ra kết quả.
Đỉnh năng lượng
Đỉnh cao nhất
Đỉnh cao nhất
Đỉnh cao nhất

Năng lượng (MeV)
1,33
1,17
0,662

Số kênh


- 14 -

- Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tìm ra đường chuẩn năng lượng có
dạng :
y = a.x + b

* Độ phân giải năng lượng
Độ phân giải năng lượng là khả năng phân biệt được 2 đỉnh năng lượng khá gần
nhau. Đối với detector nhấp nháy thì độ phân giải năng lượng được tính như sau :
R=

δE
100%
E

(2.45)

Trong đó R : là độ phân giải năng lượng theo %
δE : bề rộng một nửa chiều cao của đỉnh năng lượng (FWHM) và đo theo số kênh.

E : là số kênh ứng với năng lượng đỉnh cao nhất.
Xác định độ phân giải năng lượng của
Nguồn

60

Co

δE

E

R (%)

137

Cs (662 keV)

60

Co (1173keV)

60

Co (1332 keV)

* Xác định năng lượng của nguồn gamma chưa biết
Sử dụng đường chuẩn năng lượng để xác định năng lượng của nguồn phóng xạ
22

Na

Nguồn phóng xạ

22

Na


- 15 -

* Xây dựng đường cong hiệu suất theo khoảng cách từ nguồn đến detector
N
ε(%) =
TAµ

Nguồn

137

Cs (T 1/2 : 30,07 năm, µ : hiệu suất phát gamma)

N: Số đếm thực
T: Thời gian thực hiện phép đo

A: Hoạt độ của nguồn tại thời điểm tiến hành thí nghiệm.
Stt

d (cm)

1

1

2

3

3

5

4

7

5

9

6

11

7

13

8

15

9

17

10

19

11

23

12

25

13

27

Số đếm tổng

Số đếm thực

Hiệu suất ghi của
detector


- 16 -

BÀI 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ ĐO GAMMA
PHÔNG THẤP – ĐẶC TRƯNG PHỔ GAMMA.
* Mục đích
- Nắm vững các phương pháp xử lý số liệu, xử lý phổ gamma
- Đánh giá được mức độ che chắn của buồng chì giảm phơng.
* Lý thuyết

Sơ đồ khối của hệ phổ kế gamma phông thấp được mơ tả bởi hình dưới. Trong đó,
detector được đặt trong buồng chì để giảm phơng phóng xạ. Vì tính chất phụ thuộc vào
nhiệt độ của chất bán dẫn, các electron nhiệt sẽ được sinh ra nếu chất bán dẫn ở điều
kiện nhiệt độ cao trong thời gian dài. Hiện tượng này sẽ gây ảnh hưởng đến kết quả đo
khi sử dụng detector bán dẫn. Do đó detector bán dẫn thường được làm lạnh bằng nitơ
lỏng (ở nhiệt độ -1960 C).

Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma
Detector HPGe GEM 15P4
Một số thông số kỹ thuật của detector :
+ Hiệu suất tương đối 15% so với detector nhấp nháy NaI(Tl) kích thước 3
inch x 3 inch. Độ phân giải năng lượng tại đỉnh 1332,5 keV của đồng vị 60Co là 1,80
keV.
+ Tỷ số P/C tại đỉnh 1332,5 keV của đồng vị 60Co là 46:1. Dải năng lượng cho
phép 5 keV – 4 MeV

- 17 -

Buồng chì

Mặt cắt dọc detector HPGe GEM 15P4 (đơn vị mm)

Detector được đặt trong buồng chì nhằm mục đích che chắn, giảm phơng phóng
xạ do các vật liệu xung quanh và tia vũ trụ gây nên, từ đó cải thiện được kết quả phân
tích phổ gamma. Điều này rất quan trọng do mục đích của hệ phổ kế gamma tại PTN
VLHN, trường ĐHSP Tp.HCM là đo đạc các loại mẫu mơi trường có hoạt độ thấp. Cấu
trúc của buồng chì được trình bày trong hình dưới.

Mặt cắt dọc buồng chì che chắn phơng phóng xạ tại PTN VLHN, trường ĐHSP
Tp.HCM (đơn vị mm)
Dưới đáy buồng chì có một lỗ trịn đường kính 115 mm để đặt detector. Buồng
chì có dạng hình trụ với đường kính ngồi 602 mm và cao 519,3 mm. Phần nắp buồng
chì dày 5 cm, thành dày 78 mm và đáy dày 60,5 mm. Mặt trong của buồng chì là một


- 18 -

lớp đồng dày 1,5 mm có tác dụng hấp thụ các tia X phát ra từ chì. Giữa thân và nắp
buồng chì là một lớp sắt dày 9,3 mm làm giá đỡ và di chuyển nắp buồng chì khi thực
hiện việc đo đạc mẫu.
* Xác định vùng cao thế tối ưu của detector
+ Nguồn được đặt cách bề mặt của detector 5 cm bởi giá đỡ nguồn.
+ Cao thế được thay đổi từ 1000 V đến 3000 V với bước nhảy 100 V.
+ Ứng với mỗi giá trị của cao thế. Hệ đo được thiết lập để tiến hành đo trong thời
gian 20 phút. Kết quả đo được lưu lại dưới dạng phổ.

+ Hai đỉnh năng lượng 1173,24 keV và 1332,5 keV của nguồn 60Co được sử dụng
để khảo sát sự phụ thuộc của tốc độ đếm và FWHM vào cao thế.
Mối tương quan giữa tốc độ đếm theo cao thế
Cao thế (V)
1000
1100
…
2800
2900
3000

Đỉnh 1172,24 keV
Số đếm
Tốc độ đếm

Đỉnh 1332,5 keV
Số đếm
Tốc độ đếm

Mối tương quan giữa độ phân giải năng lượng (FWHM) theo cao thế
Cao thế

FWHM
(tại đỉnh 1172,24 keV)

FWHM
(tại đỉnh 1332,5 keV)

1000
1100

…
2900
3000

+ Vẽ đồ thị mô tả sự phụ thuộc của tốc độ đếm và FWHM theo cao thế và rút ra
kết luận.
* Đánh giá mức độ che chắn phơng phóng xạ của buồng chì
+ Đo phơng trong buồng chì: Đóng nắp buồng chì và tiến hành đo đạc. Phơng
trong buồng chì được đo trong 1 ngày (86400 s).