Luận văn Nghiên cứu đánh giá một số thông số kỹ thuật của hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe GEM 15P4

6000 kênh), mỗi kênh là một cửa sổ năng lượng từ Ei đến Ei + E (i = 1, 2, ... n). Kết quả ta có một hàm phân bố số đếm trong một cửa sổ E với mỗi giá trị năng lượng Ei, thường được gọi là phổ năng lượng. Về nguyên tắc, máy phân tích biên độ đa kênh là một hệ nhiều máy phân tích biên độ đơn kênh nối liên tiếp nhau, ngưỡng trên của khối ngưỡng vi phân này là ngưỡng dưới của khối ngưỡng vi phân tiếp sau. Tuy nhiên máy phân tích biên độ đa kênh có cấu trúc như trên không thuận tiện vì số khối điện tử tăng theo số kênh. Do đó người ta xây dựng máy phân tích biên độ đa kênh dựa trên nguyên tắc biến đổi tương tự số ADC. Các khối chức năng cơ bản của một MCA là ADC và bộ nhớ. Bộ nhớ được sắp xếp theo một cột thẳng đứng có các vị trí ghi địa chỉ từ địa chỉ thứ nhất ứng với kênh thứ nhất đến địa chỉ trên cùng tương ứng với kênh thứ n. Khi một xung được ADC chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, các sơ đồ kiểm tra của bộ nhớ sẽ tìm vị trí trong thang địa chỉ tương ứng với tín hiệu số và thêm một đơn vị vào vị trí đó. Như vậy một đơn vị được ghi vào ô địa chỉ ứng với biên độ xung vào. Sau một thời gian đo đạc, ta có thể biểu diễn kết quả trên tọa độ hai chiều trong đó trục hoành là số kênh và trục tung là số đếm của từng kênh, đó chính là phổ năng lượng của các bức xạ vào vì số kênh trên trục hoành tỷ lệ với năng lượng bức xạ. Các khối khác trong MCA có vai trò hỗ trợ. Cổng lối vào dùng để ngăn các xung vào ADC trong thời gian ADC bận số hóa tín hiệu trước đó. Mạch ADC cho một xung đặt ở lối vào của cổng điều khiển cổng mở khi nó không xử lý số liệu. Do đó, có thể có một số xung vào bị mất trong khoảng thời gian chết của MCA. Để xác định thời gian đo thực, nghĩa là loại bỏ thời gian chết, trong MCA dùng đồng hồ thời gian sống phát tín hiệu qua cổng lối vào, chịu sự điều khiển của xung khóa khi ADC bận, và ghi lại tại kênh 0 trong bộ nhớ. Thời gian ghi tại kênh 0 là thời gian sống của MCA, do đó không cần phải hiệu chỉnh thời gian chết khi xử lý kết quả đo. Nội dung của bộ nhớ sau khi đo được đưa vào máy tính để xử lý và hiện lên hình ảnh phổ năng lượng. 1.4.2. Các đặc trưng kỹ thuật của detetor bán dẫn 1.4.2.1. Độ phân giải năng lượng Độ phân giải năng lượng cho biết khả năng mà detector có thể phân biệt các đỉnh có năng lượng gần nhau trong phổ. Đại lượng này được xác định bằng bề rộng ở 1/2 độ cao của đỉnh hấp thụ toàn phần (FWHM). Độ phân giải năng lượng của detector bán dẫn HPGe còn tùy thuộc vào loại detector, thể tích detector và năng lượng của tia gamma. Hiện nay detector HPGe có thể đạt độ phân giải vào khoảng 1,8 keV ở đỉnh năng lượng 1332,5 keV của 60Co. Trong khi detector NaI chỉ đạt độ phân giải vào khoảng 100 keV ở đỉnh 1332,5 keV. Độ phân giải tốt không những giúp nhận biết các đỉnh kề nhau mà còn giúp ghi nhận được các nguồn yếu có năng lượng riêng biệt khi nó nằm chồng lên miền liên tục. Các detector có hiệu suất bằng nhau sẽ có kết quả là các diện tích đỉnh bằng nhau, nhưng những detector có độ phân giải năng lượng tốt sẽ tạo nên các đỉnh năng lượng hẹp và cao, các đỉnh năng lượng này có thể nhô lên cao hơn so với vùng nhiễu thống kê của miền liên tục. 1.4.2.2. Tỉ số đỉnh/Compton (P/C) Tỷ số này cho phép đánh giá khả năng phân biệt được các đỉnh yếu có năng lượng thấp nằm trên nền Compton của các đỉnh năng lượng cao của detector. Đó là tỷ số chiều cao của đỉnh hấp thụ toàn phần với chiều cao của nền Compton tương ứng (thường lấy ở mép Compton). Tỷ số này càng cao thì càng có lợi cho phép đo hoạt độ thấp và phổ gamma phức tạp. Tỷ số này phụ thuộc vào thể tích của detector, các detector lớn có tỷ số P/C lớn vì phần đóng góp của tán xạ Compton vào đỉnh hấp thụ toàn phần lớn. Tỷ số P/C theo quy định thường được tính bằng cách chia độ cao của đỉnh 1332,5 keV cho độ cao trung bình của nền Compton trong khoảng 1040 keV và 1096 keV. Đối với detector HPGe, tỷ số P/C thông thường nằm trong khoảng 40:1 đến 60:1 ứng với đỉnh năng lượng 1332,5 keV. 1.4.2.3. Dạng của đỉnh Dạng chi tiết của các đỉnh quan sát được trong phổ gamma là một thông số quan trọng nếu diện tích đỉnh cần được đo một cách chính xác. Hầu hết sự làm khớp dạng đỉnh đều sử dụng dạng sửa đổi của phân bố Gauss cho phép thể hiện phần đuôi ở phía năng lượng thấp của phân bố. Phần đuôi có thể xuất hiện do nhiều hiệu ứng vật lý, bao gồm sự thu gom điện tích không hoàn toàn trong một số vùng của detector hoặc do các electron thứ cấp và bức xạ hãm trong vùng thể tích hoạt động. Để chỉ ra đặc trưng của phần đuôi, người ta thường sử dụng đại lượng 1/10 chiều cao (FWTM) của đỉnh năng lượng toàn phần. Đối với các detector tốt, phần đuôi của đỉnh sẽ nhỏ, FWTM sẽ nhỏ hơn hai lần FWHM (tỷ lệ FWTM/FWHM đối với đỉnh dạng Gauss là 1,823) [19]. 1.4.2.4. Hiệu suất ghi đỉnh quang điện a. Các loại hiệu suất Ta có thể chia hiệu suất của detector thành hai loại: Hiệu suất tuyệt đối và hiệu suất thực. + Hiệu suất tuyệt đối abs (absolute efficiency) là tỷ số giữa số xung ghi nhận được và số các lượng tử bức xạ phát ra bởi nguồn. Hiệu suất này phụ thuộc vào tính chất của detector và hình học đo (chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách giữa detector và nguồn) + Hiệu suất thực int (intrinsic efficiency) là tỷ số giữa số xung ghi nhận được và số lượng tử bức xạ đến detector. Đối với nguồn đẳng hướng, hai hiệu suất này liên hệ với nhau theo công thức sau:    4 absint (1.22) Trong đó:  là góc khối nhìn từ nguồn đến detector. Ngoài ra, hiệu suất ghi còn có thể được phân loại theo việc ghi nhận sự kiện: + Hiệu suất toàn phần t (total efficiency) là xác suất để một photon phát ra từ nguồn để lại bất kỳ năng lượng nào khác không trong thể tích nhạy của detector. Trong trường hợp này tất cả các tương tác, không quan tâm đến năng lượng, đều xem như được ghi nhận. Trong thực tế, rất nhiều hệ thống đo đạc luôn đặt ra một yêu cầu là các xung phải lớn hơn một ngưỡng xác định nào đó được thiết lập để loại bỏ các xung rất nhỏ từ các nguồn nhiễu điện tử. Do vậy ta chỉ có thể tiến đến hiệu suất toàn phần lý thuyết bằng cách làm thấp ngưỡng này đến mức có thể. + Hiệu suất đỉnh p (peak efficiency) là xác suất một photon phát ra từ nguồn để lại toàn bộ năng lượng của nó trong thể tích nhạy của detector. Hiệu suất toàn phần và hiệu suất đỉnh được liên hệ với nhau qua tỷ số đỉnh – toàn phần: t pr    (1.23) Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh thường được sử dụng vì nó sẽ loại bỏ được các hiện tượng gây ra do các hiệu ứng nhiễu như tán xạ từ các vật thể xung quanh. Từ đó, giá trị của hiệu suất đỉnh có thể được thu thập và ứng dụng cho các điều kiện khác nhau trong phòng thí nghiệm, nơi mà hiệu suất toàn phần có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khác nhau. Hiệu suất detector phụ thuộc vào: + Kiểu detector. + Kích thước và dạng detector. + Kích thước và hình học của vật liệu phóng xạ (nguồn, mẫu đo). + Khoảng cách từ vật liệu phóng xạ tới detector. + Đồng vị phóng xạ và kiểu bức xạ được đo (alpha, beta, gamma và năng lượng của chúng). + Tán xạ ngược của bức xạ từ môi trường xung quanh tới detector + Sự hấp thụ bức xạ trước khi nó đến được detector (bởi không khí, chất liệu bao quanh phần thể tích nhạy của detector, bản thân vật liệu phóng xạ bao gồm matrix và mật độ). b. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Phần bức xạ đi trực tiếp từ vật liệu phóng xạ vào detector. Phần bức xạ bị tán xạ ngược vào detector sau khi phát ra từ vật liệu phóng xạ nhưng không đi đến detector. Phần bức xạ bị hấp thụ bởi lớp bao bọc detector. Phần bức xạ đi ra khỏi detector. Góc nhìn của nguồn đối với detector. Vấn đề hạn chế của hàm đáp ứng thời gian của detector làm trùng phùng số đếm các gamma nối tầng trong nguồn phân rã đa năng dẫn đến sự thêm hoặc mất số đếm ở đỉnh năng lượng toàn phần. c. Đường cong hiệu suất Hiệu suất ghi của detector có thể được đo tương ứng với nhiều giá trị năng lượng khác nhau bằng cách sử dụng nguồn chuẩn. Các điểm hiệu suất ghi cần được làm khớp thành một đường cong để có thể mô tả hiệu suất toàn vùng năng lượng quan tâm. Với mỗi loại cấu hình của detector sẽ có những dạng đường cong hiệu suất khác nhau. Đối với detector đồng trục, có nhiều hàm làm khớp được đưa ra, phát triển và so sánh trong khoảng năng lượng từ 50 keV đến 8500 keV. Các hàm thông dụng được làm khớp từ các số liệu đo đạc thực nghiệm thường chứa từ 3 đến 9 thông số. Một số thông số có thể được bỏ qua nếu khoảng năng lượng bị giới hạn. Những hàm có nhiều thông số hơn có thể đáp ứng cho những khoảng năng lượng rộng hơn, nhưng cũng xuất hiện nhiều sai số do các dao động phi vật lý trong hàm làm khớp. Trong một vài trường hợp, các khoảng năng lượng được chia làm hai hay nhiều phần và được làm khớp theo từng phần riêng biệt. Để bao quát các khoảng năng lượng rộng lớn, người ta thường sử dụng một công thức tuyến tính thể hiện mối tương quan giữa logarit của hiệu suất và logarit của năng lượng. 1 01 lnln           i N i i E E a (1.24) Trong đó: E là năng lượng tia gamma tới, E0 là năng lượng tham khảo và ai là các thông số được làm khớp. 1.4.2.5. Giới hạn phát hiện của detector Phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên và tốc độ phân rã phóng xạ tuân theo định luật Poisson. Hơn nữa, tín hiệu cần đo từ nguồn phóng xạ thường nằm trên một nền phông phóng xạ, mà bản thân nó cũng là ngẫu nhiên. Một cách lý tưởng, nền phông có thể xác định được nhờ việc đo “mẫu trắng“ trong cùng một khoảng thời gian như đo mẫu thật. Mẫu trắng là mẫu giống như mẫu thật nhưng không có phóng xạ cần đo. Giả sử trong một khoảng thời gian t , số đếm của mẫu trắng là NB còn số đếm tổng của mẫu thật là NT = NB + NS trong đó NS là số đếm thuần của lượng phóng xạ cần khảo sát, ta có NS = NT – NB. Trong trường hợp mẫu thật có hoạt độ phóng xạ rất thấp thì số đếm tổng NT không lớn hơn hẳn so với số đếm phông NB, tức là 0SN . Khi đó cần phải xác định giới hạn của hiệu số NT – NB bằng bao nhiêu với độ tin cậy cho trước thì NS được coi hay không được coi là số đếm thực. Giới hạn đó được gọi là giới hạn tới hạn LC. Tuy nhiên, LC chỉ cho ta biết ranh giới giữa số đếm NS thuộc nền phông hay thuộc hiệu ứng phóng xạ. Do đó cần đưa vào đại lượng LD gọi là giới hạn đo, là giới hạn dưới mà với một độ tin cậy cho trước, các giá trị NS > LD mới được coi là số đếm thuần phóng xạ. Trên cơ sở giới hạn đo LD có thể xác định được giới hạn hoạt độ hay còn gọi là giới hạn phát hiện LA, tức là hoạt độ phóng xạ thấp nhất đo được đối với một hệ đo phóng xạ [4]. a. Giới hạn tới hạn LC Giới hạn tới hạn LC liên quan đến việc có khẳng định mẫu khảo sát thực sự có phóng xạ sau khi hoàn thành phép đo hay không. Quyết định đó có thể phạm phải hai sai lầm. Sai lầm loại 1 hay sai lầm dương tính khi nói rằng mẫu khảo sát có phóng xạ trong khi thực tế không đo được lượng phóng xạ đó. Sai lầm loại 2 hay sai lầm âm tính khi nói rằng mẫu khảo sát không có phóng xạ trong khi thực tế đo được lượng phóng xạ đó. Giả sử số đếm phông là RB có giá trị trung bình B và độ lệch chuẩn BB  . Các đại lượng tương ứng của số đếm tổng RT và số đếm phóng xạ RS là T , TT  và BTS  , BT 2 B 2 TS  . Giới hạn tới hạn LC được xác định khi RS = 0. Với phân bố số đếm RS theo phân bố chuẩn thì số đếm trung bình 0S  và đại lượng LC được chọn với đại lượng có ý nghĩa %5 tức là có độ tin cậy %951  . Trong trường hợp tổng quát, khi thời gian đo phông tB và thời gian đo tổng tT khác nhau thì giới hạn LC được xác định theo công thức sau: T B BC t t 1645,1L  (1.25) Khi tB = tT thì BC 33,2L  . b. Giới hạn đo LD Nếu chỉ sử dụng giới hạn tới hạn LC thì xác suất để một số đếm thuần lớn hơn LC do nguồn phóng xạ gây ra bằng 50%, xác suất 50% còn lại dành cho số đếm thuần bé hơn LC do phông gây ra. Như vậy trong trường hợp số đếm thuần có giá trị trung bình CS L thì sai lầm loại 2 lên đến 50%. Để giảm sai lầm này cần chọn giới hạn đo LD lớn hơn LC sao cho xác suất sai lầm có giá trị 5%, tức là chọn đại lượng có ý nghĩa %5 hay có độ tin cậy %951  . Điều kiện này đạt được khi: T B BCD t t 1645,1.2L2L  (1.26) Khi tB = tT thì BD 66,4L  . Tuy nhiên giá trị này của LD chưa chính xác vì chưa tính đến bản chất phân bố Poisson của số đếm phông:     !R e RP B R B B BB   (1.27) Để khi RB = 0 với xác suất 5% thì 3B  , ta có:     05,0 !0 e3 0P 30   . Như vậy công thức tính LD có dạng: 3 t t 129,3L2L T B BBCD  (1.28) Khi tB = tT thì 366,4L BD  . c. Giới hạn hoạt độ LA Đối với các giới hạn LC và giới hạn đo LD thì chỉ cần sử dụng số đếm còn trong giới hạn hoạt độ LA thì hoạt độ phóng xạ được tính đến. Đó là hoạt độ thấp nhất mà hệ có thể đo được với một mức độ tin cậy cho trước: tp CL L DA   (1.29) Trong đó: te1 t C    là thừa số hiệu chỉnh khi khoảng thời gian đo t không thể bỏ qua so với thời gian bán rã T,  là hiệu suất ghi đối với tia gamma được đo, p là xác suất phát ra tia gamma đó. 1.4.3. Hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM Hệ phổ kế bao gồm: buồng chì, detector HPGe GEM 15P4, cao thế nuôi detector, khối tiền khuếch đại, khối khuếch đại tuyến tính, khối phân tích biên độ đa kênh (MCA), khối biến đổi tương tự – số (ADC) và lưu trữ dữ liệu, máy tính (PC) với phần mềm ghi nhận phổ Maestro – 32. Sơ đồ hệ phổ kế được trình bày tại phụ lục 1. Ngoài ra, để khảo sát những đặc trưng của detector, bộ nguồn chuẩn Spectrum Techniques LLC gồm 133Ba, 109Cd, 57Co, 60Co, 22Na, 54Mn và 65Zn đã được sử dụng. 1.4.3.1. Detector HPGe GEM 15P4 Một số thông số kỹ thuật của detector [19]: + 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 Hình 1.15. Cấu trúc bên trong của detector HPGe [25] Phần chính của detector là tinh thể Ge siêu tinh khiết có đường kính ngoài 51,2 mm, chiều cao 45 mm, ở giữa có một hốc hình trụ đường kính 11 mm và chiều cao 33,5 mm. Tín hiệu được lấy ra từ một điện cực bằng đồng đặt ở trong hốc của tinh thể. Mặt trên và mặt bên của tinh thể được bao phủ bởi lớp Li khuếch tán 0,7 mm được gọi là lớp Ge bất hoạt. Đây cũng là lớp n+ được nối với cực dương của nguồn điện. Mặt trong hốc tinh thể là lớp boron được cấy ion với bề dày 0,3 μm. Đây là lớp p+ được nối với cực âm của nguồn điện. Mặt trên cùng của tinh thể có phủ hai lớp vật liệu, trong đó lớp trên là kapton 0,1 mm và lớp dưới là mylar được kim loại hóa với bề dày 0,06 mm. Tinh thể Ge được đặt trong một hộp kín bằng nhôm và ghép cách điện với que tản nhiệt bằng đồng. Que tản nhiệt sẽ dẫn nhiệt từ tinh thể germanium đến bình chứa nitơ lỏng với nhiệt độ -1960 C (77K) nhằm giảm tối thiểu ảnh hưởng nhiễu do dao động nhiệt trong tinh thể Ge và các linh kiện điện tử của tiền khuếch đại. Hộp kín bằng nhôm có bề dày 0,76 mm để đảm bảo tránh sự hấp thụ photon năng lượng thấp và che chắn bức xạ hồng ngoại từ bên ngoài vào tinh thể Ge. Các điện cực cách điện với nhau bởi lớp teflon và có một khoảng chân không trong tinh thể. Toàn bộ hộp kín này được đặt trong một vỏ nhôm có đường kính 70 mm và dày 1,3 mm. Khoảng chân không giữa mặt trên tinh thể và mặt dưới vỏ nhôm là 3 mm giúp tránh các va chạm vào bề mặt tinh thể khi lắp ráp detector. Detector được đặt trong một buồng chì để giảm phông gamma từ môi trường. Hình 1.16. Mặt cắt dọc detector HPGe GEM 15P4 (đơn vị mm) [20] 1.4.3.2. Buồng chì Detector được đặt trong buồng chì nhằm mục đích che chắn, giảm phông 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 môi trường có hoạt độ thấp. Cấu trúc của buồng chì được trình bày trong hình 1.17. Hình 1.17. Mặt cắt dọc buồng chì che chắn phông phóng xạ tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM (đơn vị mm) Dưới đáy buồng chì có một lỗ tròn đường kính 115 mm để đặt detector. Buồng chì có dạng hình trụ với đường kính ngoài 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 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. 1.4.3.3. Bộ nguồn chuẩn Spectrum Techniques LLC Bộ nguồn chuẩn model 38l RSS – 8EU do hãng Spectrum Techniques LLC sản suất đã được sử dụng trong quá trình tiến hành thực nghiệm. Thông số chi tiết về chu kỳ bán rã, thời điểm sản xuất và hoạt độ phóng xạ của từng nguồn được trình bày tại phụ lục 2. Hình 1.18. Cấu trúc nguồn chuẩn 133Ba trong bộ nguồn RSS – 8EU (đơn vị mm) Viên phóng xạ có dạng hình trụ đường kính 3,048 mm và chiều cao 0,127 mm, chứa trong hốc epoxy đường kính 6,35 mm và sâu 2,619 mm. Cả viên phóng xạ và hốc epoxy được đặt trong một đĩa plexiglas với đường kính 25,4 mm và chiều cao 3 mm. Bề dày cửa sổ kiểu nguồn này là 3,81 mm. Mặt trên cùng của đĩa có dán một lớp decal chứa các thông tin về nguyên tố phóng xạ, hoạt độ, thời gian bán rã, ngày sản xuất, công ty sản xuất và cơ quan cấp chứng nhận nguồn. Chương 2 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA 1.5. Đánh giá các thông số vận hành của hệ phổ kế gamma 1.5.1. Các thông số hệ điện tử 1.5.1.1. Các thông số vận hành của hệ điện tử Các thông số vận hành của amplifier, MCA và ADC của hệ phổ kế được trình bày trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Thông số cơ bản của hệ điện tử Thông số Giá trị Amplifier gain 0,98 Coarse gain 20 Shaping 6 Gate Off Conversion Gain 8192 Lower level Disc 50 Upper level Disc 8192 Zero adjustment -0,3418 Quá trình tiến hành thực nghiệm được dựa trên thông số hệ điện tử đã trình bày trong bảng 2.1. 1.5.1.2. Khảo sát vùng plateau của detector HPGe Detector cần phải được cung cấp một cao thế hợp lý để có thể ghi nhận các tín hiệu được tạo ra trong tinh thể của detector. Dưới tác dụng của cao thế này, các electron và lỗ trống sinh ra trong khối bán dẫn sẽ dịch chuyển về hai điện cực và tạo nên tín hiệu điện. Cao thế phải được lựa chọn đủ thấp để tránh hiện tượng “thác lũ” làm thay đổi tính chất và hư hỏng detector. Đồng thời, do số lượng hạt mang điện về hai điện cực tỷ lệ thuận với độ lớn của cao thế, nên cao thế cũng phải được chọn đủ lớn để tạo ra được trạng thái bão hòa số lượng các hạt mang điện đi về hai điện cực. Vùng cao thế trong đó số lượng hạt mang điện về hai điện cực đạt giá trị ổn định chính là vùng plateau của detector. Thông thường, giá trị cao thế được chọn để detector hoạt động ổn định là điểm nằm giữa vùng này. Để khảo sát đường plateau của detector, thí nghiệm được bố trí như sau: + Nguồn được đặt cách bề mặt của detector 5 cm bởi giá đỡ nguồn như hình 2.1. + 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. Hình 2.1. Giá đỡ nguồn Bảng 2.2. Mối tương quan giữa tốc độ đếm theo cao thế Đỉnh 1172,24 keV Đỉnh 1332,5 keV Cao thế (V) Số đếm Tốc độ đếm Số đếm Tốc độ đếm 1000 9112 7,59 7872 6,56 1100 9878 8,23 8119 6,77 1200 10368 8,64 8748 7,29 1300 10980 9,15 9432 7,86 1400 11816 9,85 9707 8,09 1500 12004 10,00 10428 8,69 1600 14158 11,80 12341 10,28 1700 14716 12,26 12648 10,54 1800 15194 12,66 13094 10,91 1900 15835 13,20 13675 11,40 2100 16988 14,16 14854 12,38 2200 17124 14,27 14998 12,50 2300 16944 14,12 14766 12,31 2400 17349 14,46 15070 12,56 2500 18034 15,03 15532 12,94 2600 17754 14,80 15290 12,74 2700 17964 14,97 15343 12,79 2800 17840 14,87 15437 12,86 2900 17386 14,49 15016 12,51 3000 17631 14,69 15087 12,57 Bảng 2.3. 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 3,65 3,70 1100 3,64 3,74 1200 3,57 3,62 1300 3,53 3,51 1400 3,38 3,44 1500 3,37 3,41 1600 2,98 3,02 1700 2,95 2,99 1800 2,93 2,96 1900 2,86 2,91 2000 2,80 2,82 2100 2,72 2,74 2200 2,75 2,76 2300 2,73 2,75 2400 2,68 2,74 2500 2,65 2,68 2600 2,67 2,72 2700 2,67 2,73 2800 2,66 2,71 2900 2,69 2,76 3000 2,72 2,78 Mối tương quan giữa tốc độ đếm và FWHM vào cao thế tương ứng cho từng đỉnh năng lượng được mô tả trong hình 2.2 và hình 2.3. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) T ố c đ ộ đ ế m ( C /s ) (a) 02 4 6 8 10 12 14 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) T ố c đ ộ đ ế m ( C /s ) (b) Hình 2.2. Mối tương quan của tốc độ đếm vào cao thế tại đỉnh 1172,24 keV (a) và đỉnh 1332,5 keV (b) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) F W H M (a) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) F W H M (b) Hình 2.3. Mối tương quan của FWHM vào cao thế tại đỉnh 1172,24 keV (a) và đỉnh 1332,5 keV (b) Từ số liệu của bảng 2.2, 2.3 và các đồ thị 2.2, 2.3 ta nhận thấy tốc độ đếm và FWHM đối với cả hai đỉnh năng lượng 1172,24 keV và 1332,5 keV có giá trị tương đối ổn định trong khoảng từ 2200 V đến 3000 V. Tuy nhiên tốc độ đếm nhận được từ thực nghiệm trong khoảng cao thế 2200 V đến 3000 V lại có sự biến thiên nhỏ, trong khi theo lý thuyết tốc độ đếm trong vùng plateau phải có giá trị không đổi. Điều này được lý giải là do bản chất thống kê của quá trình phóng xạ và sự thăng giáng thống kê của phép ghi đo bức xạ. Tốc độ đếm và FWHM có giá trị tốt nhất tương ứng với cao thế 2500 V. Sự chênh lệch giữa cao thế tối ưu xác định được từ thực nghiệm và cao thế hoạt động danh định 2400V [19] là 100 V. Tuy nhiên, vì miền cao thế hoạt động của detector nằm trong khoảng giữa vùng plateau nên sự chênh lệch này không đáng kể và giá trị danh định mà nhà sản xuất đưa ra vẫn phù hợp với mục đích đảm bảo cho detector hoạt động ổn định. 1.5.2. Phông trong và ngoài buồng chì Đối với một hệ ghi đo bức xạ gamma, phông phóng xạ tự nhiên và phương pháp giảm phông là một vấn đề rất quan trọng, đặc biệt đối với các phép đo hoạt độ thấp như đo mẫu môi trường. Phông gamma thường có nguồn gốc từ các thành phần cứng và mềm của bức xạ vũ trụ, bức xạ gamma của vật liệu cấu trúc detector và thiết bị, bức xạ gamma của môi trường xung quanh. Mức độ che chắn phông phóng xạ của buồng chì dựa trên các tiêu chí sau: Tốc độ đếm tổng của toàn dải năng lượng gamma từ 100 keV đến 2000 keV tính trong 1 s, tốc độ đếm tổng tốt thường dưới 1 s-1 [10]. Tốc độ đếm theo đỉnh năng lượng là diện tích đỉnh năng lượng gamma quan tâm trong 1 s, tốc độ đếm này càng nhỏ càng tốt. Tỷ số trong ngoài là tỷ lệ diện tích đỉnh năng lượng quan tâm trong và ngoài buồng chì, tỷ số này càng nhỏ càng tốt [10]. Để đánh giá mức độ che chắn phông phóng xạ của buồng chì cần tiến hành thí nghiệm như sau: + Đo phông trong buồng chì: Đóng nắp buồng chì và tiến hành đo đạc. Phông trong buồng chì được đo trong 1 ngày (86400 s). + Đo phông ngoài buồng chì: Do điều kiện không thể dịch chuyển detector ra khỏi buồng chì. Chúng tôi đã tiến hành mở nắp buồng chì và đo đạc. Phông ngoài buồng chì được đo trong 1,5 ngày (129600 s). + Kết quả được lưu lại dưới dạng phổ và được trình bày tại phụ lục 3. + Sau khi xử lý thu được kết quả như bảng 2.4. Bảng 2.4. Tốc độ đếm tại các đỉnh năng lượng xuất hiện trong phép đo phông đối với hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM: N1 là tốc độ đếm ngoài buồng chì, N2 là tốc độ đếm trong buồng chì Năng lượng gamma (keV) Nguồn phát Tốc độ đếm (10-3 s-1) N1/N2 N2/N3 N1 N2 N3 1 85,0 Pb X 444,3 31,8 27,5 13,97 1,16 92,5 234Th 470,1 28,8 8,6 16,32 3,34 186,2 226Ra 222,6 24,6 20,2 9,05 1,21 209,3 228Ac (232Th) 157,5 - - - - 238,6 212Pb (232Th) 224,1 22,8 8,7 9,83 2,62 270,2 228Ac (232Th) 108,8 - - - - 277,4 208 Tl (232Th) 82,2 - - - - 295,2 214Pb (226Ra) 112,9 - - - - 300,1 212 Pb (232Th) 91,6 - - - - 327,6 228Ac (232Th) 66,9 - - - - 338,3 228Ac (232Th) 77,3 - - - - 351,9 214Pb (226Ra) 110,0 - - - - 463,0 228Ac (232Th) 42,0 - - - - 511,0 Hủy cặp 96,0 30,0 11,2 3,20 2,68 562,3 228Ac (232Th) 18,4 - - - - 583,1 208Tl (232Th) 71,2 7,4 1,8 9,62 4,11 609,3 214Bi (226Ra) 66,7 6,2 2,1 10,76 2,95 661,6 137Cs 3,25 0,24 2,1 13,54 0,11 727,2 212Bi (232Th) 28,3 - - - - 768,4 214Bi (226Ra