Luận văn Nghiên cứu đo hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng ninh bằng hệ thống phổ kế gamma phân giải cao

rình với giả định rằng tổng năng lượng và xung lượng tuyến tính được bảo toàn [1]: 2 e h h h 1 (1 cos ) m c        (1.20) Trong đó: hν là năng lượng photon tới; hν’ là năng lượng photon tán xạ; θ là góc tán xạ; moc 2 là năng lượng nghỉ của electron bị dịch chuyển (0,511 MeV). 15 Động năng của electron bị dịch chuyển được xác định bởi phương trình sau[1]: (1.21) 2 o e 2 o h (1 cos ) m c E h h 1 (1 cos ) m c                (1.22) Trong trường hợp θ ≈ 0, điện tử bị dịch chuyển mang theo rất ít năng lượng và tia gamma bị tán xạ có năng lượng xấp xỉ tia gamma tới. Phương trình 1.20 và 1.21 cho thấy trong trường hợp này hυ ≈ hυ’ và Ee– ≈ 0. Tuy nhiên, trong trường hợp xảy ra va chạm trực diện (nghĩa là góc lệch θ = π) và tia gamma bị tán xạ ngược về hướng ban đầu thì năng lượng truyền cho electron trong tán xạ Compton có giá trị cực đại, dẫn tới một đặc trưng quang phổ được gọi là “rìa Compton”, tia gamma tán xạ ngược lại hướng ban đầu tương tác với vật chất của detector tạo lên đỉnh tán xạ ngược trong phổ gamma. Trong những trường hợp thông thường, tất cả các góc tán xạ có thể xảy ra trong một detector có kích thước giới hạn. Do đó, năng lượng có thể được truyền cho electron Compton dưới dạng một miền liên tục, biến thiên từ 0 cho tới giá trị cực đại được dự đoán bởi phương trình (1.22) khi θ = π. Sự khác biệt năng lượng hay “khoảng cách” giữa năng lượng cực đại của electron Compton và năng lượng của tia gamma tới được xác định bởi phương trình [1]: c e 2 o h E h E h 1 2 m c          (1.23) Trong trường hợp hυ >> 2 om c 2 , giá trị khác biệt này là một hằng số e E h h     16 2 o c m c E ( 0,256MeV) 2   (1.24) 1.2.4.3. Hiệu ứng tạo cặp Hiệu ứng tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân, trong đó năng lượng của một photon gamma được biến đổi hoàn toàn thành một cặp electron – positron (Hình 1.6). Hình 1.6: Hiện tượng tạo cặp trong trường Coulomb hạt nhân Hiện tượng tạo cặp xảy ra mạnh trong trường Coulomb của hạt nhân khi môi trường có nguyên tử số càng lớn và khi năng lượng của lượng tử gamma càng tăng. Năng lượng cần để tạo ra một cặp electron-positron là 2moc 2, do đó năng lượng tối thiểu của tia gamma phải là 1,022 MeV để mọi photon tới đều trải qua quá trình này. Toàn bộ năng lượng dư thừa chuyển thành động năng của cặp electron-position. Tổng động năng của cặp electron-positron sẽ là: 2 oe e E E h 2m c     (1.25) Electron và positron thường di chuyển vài milimet trong vật liệu trước khi bị môi trường hấp thụ năng lượng. Khi các positron bị chậm lại do va chạm với môi trường, các position sẽ kết hợp với electron của môi trường tạo thành hai bức 17 xạ gamma có năng lượng 0,511 MeV bay ngược chiều nhau (để bảo toàn xung lượng). Hai photon này có thể bị hấp thụ hoặc thoát ra khỏi detector và hình thành lên các đỉnh thoát trong phổ gamma. Nếu một photon thoát ra khỏi detector thì đỉnh quan sát được có năng lượng hν – moc 2, nhưng nếu cả hai tia đều thoát ra ngoài thì xuất hiện đỉnh thoát có năng lượng hν – 2moc 2 trong phổ. 1.2.6. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma 1.2.6.1. Phương pháp phổ gamma Đa số các hạt nhân phóng xạ con được hình thành ở trạng thái kích thích, chúng phát ra bức xạ gamma để trở về trạng thái kích thích có năng lượng thấp và cuối cùng về trạng thái cơ bản. Phổ bức xạ gamma do đồng vị phóng xạ phát ra là phổ gián đoạn, có năng lượng hoàn toàn đặc trưng cho nguyên tố đó. Cường độ bức xạ gamma đặc trưng của mỗi nguyên tố phóng xạ tỷ lệ thuận với hàm lượng của nguyên tố đó. Trong thực tế, để xác định hàm lượng của các đồng vị phóng xạ theo phương pháp phổ gamma đều dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của các vạch bức xạ gamma đặc trưng có cường độ lớn và ở xa các vạch khác. Với các thiết bị phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải cao, cho phép tách được hầu hết các đỉnh hấp thụ toàn phần của các vạch bức xạ gamma đặc trưng do các nguyên tố phóng xạ phát ra. Với việc trợ giúp của máy tính, các chương trình xử lý phổ ngày càng hoàn thiện, diện tích của các đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định một cách nhanh chóng với độ chính xác cao. Như vậy, với hệ phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải năng lượng cao có thể xác định được hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ phát ra bức xạ gamma có trong mẫu. Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó chúng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng, để về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản. Từ phổ gamma thu được khi đo mẫu trên hệ phổ kế ta sẽ tính được hoạt độ của các nhân phóng xạ có trong mẫu. 18 Trong phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ theo phổ gamma ta quan tâm đến hệ số phân nhánh Iγ của bức xạ gamma. Hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng cho số gamma phát ra trong một phân rã. Như vậy hệ số phân nhánh 0< Iγ<1. Theo định nghĩa: Iγ=số phân rã gamma đặc trưng có năng lượng Eγ/số phân rã phóng xạ Nếu gọi nγ là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian thì nó được xác định theo công thức: nγ= Iγ A (1.26) Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu. Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng Eγ Với tia gamma có năng lượng xác định, Iγ biết, xác định số tia gamma năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian sẽ biết hoạt độ phóng xạ A của đồng vị có trong mẫu. Để xác định nγ dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng. Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch gamma đặc trưng, ta có: n0 = ε nγ (1.27) Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s. Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức: 0 s n t  (1.28) Từ công thức (1.26) và công thức (1.27), ta có: I n A 0 (1.29) 19 Từ công thức (1.29) nhận thấy với mỗi vạch gamma có năng lượng Eγ xác định, Iγ đã biết, nếu biết hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần và thực nghiệm, xác định được n0 ta sẽ tính được hoạt độ A của đồng vị có trong mẫu. Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định dựa vào đường cong hiệu suất ghi. Hệ số phân nhánh sẽ được tra cứu trong các bảng số liệu hạt nhân. Trong bảng 1.1 đưa ra các đặc trưng năng lượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng của các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên. Bảng 1.1: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra Đồng vị Chu kỳ bán rã Năng lượng gamma (keV) Cường độ tương đối (%) Ghi chú 7Be 53,22 ngày 477,60 10,44 Can nhiễu từ 228Ac 40K 114,563 10 ngày 1460,82 10,66 Chuỗi phân rã của 235U 235U 112,571 10 ngày 185,72 57,2 Can nhiễu do 223Ra, 226Ra và 230Th là 44,8%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh 143,76 10,96 Cần hiệu chính chồng chập đỉnh của230Th 163,33 5,08 205,31 5,01 Can nhiễu rất nhiều. Không nên sử dụng đỉnh này. 227Th 18,718 ngày 235,96 12,6 256,23 6,8 20 223Ra 11,43 ngày 259,46 13,7 Can nhiễu từ 228Ac 219Rn 3,96 giây 271,23 10,8 Can nhiễu từ 228Ac và 223Ra 401,81 6,4 Chuỗi phân rã của 238U 238U 121,632 10 ngày 49,55 0,0697 Can nhiễu rất mạnh từ 227Th. Không nên dùng. 234Th 24,10 ngày 63,28 4,8 Có thể sử dụng sau khi để lưu mẫu dài ngày (để đạt cân bằng) 92,37 2,81 Nên dùng thêm với các đỉnh khác 92,79 2,77 Can nhiễu rất mạnh từ 228Ac. Can nhiễu từ tia- X 234mPa 1,17 phút 1001,03 1,021 Không bị can nhiễu, nhưng khó xuất hiện ở hoạt độ thấp 766,37 0,391 Can nhiễu từ 214Pb và 211Pb. 258,19 0,075 Can nhiễu rất mạnh từ 214Pb. 226Ra 186,21 3,555 Can nhiễu do 235Ra và 230Th là 57,1%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh 214Pb 26,8 phút 351,93 35,60 295,22 18,414 Can nhiễu từ 212Bi 21 242,00 7,258 Can nhiễu từ 224Ra và ảnh hưởng của đỉnh 238,63 keV của 212Pb 214Bi 19,9 phút 609,31 45,49 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 1764,49 15,31 1120,29 14,91 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 1238,11 5,831 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 2204,21 4,913 210Pb 8,14 x 103 ngày 46,54 4,25 Can nhiễu từ 231Pa Chuỗi phân rã của 232Th 232Th 5,13 x 1012 ngày 63,81 0,27 Can nhiễu mạnh từ 234Th. Không nên dùng 228Ac 6,15 giờ 911,20 25,8 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 968,97 15,8 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 338,32 11,27 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng và can nhiễu từ 223Ra và 214Bi 964,77 4,99 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 212Pb 10,64 giờ 238,63 43,6 Cần tách đỉnh 242,00 keV của 214Pb 300,09 3,18 Hiệu chỉnh trùng phùng 22 tổng và can nhiễu từ 231Pa 212Bi 60,54 phút 727,33 6,74 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng và can nhiễu mạnh từ 228Ac 1620.74 1,51 208Tl 3,060 phút 2614,51 99,7 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 583,19 30,4 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 860,56 12,5 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng 510,7 22,6 Hiệu chỉnh trùng phùng tổng và trùng với đỉnh hủy 511 keV Bảng 1.1 liệt kê tất cả các đồng vị có thể phát hiện được bằng phổ kế gamma trong chuỗi phân rã của uran và thori và 40K, 7Be. Bên cạnh đó có đưa ra một số can nhiễu chính của các đỉnh. Dựa vào đây ta có thể lựa chọn các đỉnh thích hợp nhất để phân tích sao cho sai số là nhỏ nhất. Các đỉnh gamma được chọn để phân tích là các đỉnh hấp thụ toàn phần có cường độ mạnh, ở xa các vạch khác và ít bị ảnh hưởng của can nhiễu. Trong một số trường hợp bắt buộc phải sử dụng các đỉnh bị can nhiễu thì ta cần phải có những hiệu chỉnh đặc biệt để giảm thiểu sai số. 1.2.6.2. Các chuỗi phân rã phóng xạ trong tự nhiên Uran và thori không bền, chúng phân rã alpha trở thành các hạt nhân phóng xạ con cháu. Uran tự nhiên gồm ba đồng vị 238U, 235U, 234U. Thori trong tự nhiên có một đồng vị duy nhất là 232Th. Các nhân phóng xạ này đều phân rã thành các nhân phóng xạ nhẹ hơn và nhân phóng xạ nhẹ nhất ở trạng thái bền là chì. 23 Chuỗi phân rã của 238U Các nhân phóng xạ trong chuỗi được liệt kê trong hình 1.6. 238U chiếm 99.25 % uran tự nhiên, 238U là đồng vị phóng xạ phân rã alpha thành 234Th. Đồng vị này cũng là đồng vị phóng xạ và phân rã thành 234mPa. Chuỗi phân rã này tiếp diễn cho đến đồng vị cuối cùng của chuỗi này là đồng vị bền 206Pb. Hình 1.7: Chuỗi phân rã phóng xạ của 238U Nếu nhìn vào chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ trong chuỗi, ta thấy chu kỳ bán rã của tất cả các đồng vị này đều ngắn hơn nhiều so với chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ 238U. Điều này có nghĩa rằng các đồng vị con cháu của 238U trong 24 khối uran tự nhiên không bị xáo trộn sẽ cân bằng với 238U. Hoạt độ của mỗi đồng vị con cháu này sẽ bằng với hoạt độ của 238U. Tổng số trong chuỗi phân rã có 14 đồng vị phóng xạ nên hoạt độ tổng của nguồn này sẽ gấp 14 lần hoạt độ của đồng vị 238U hoặc của bất kỳ đồng vị phóng xạ con cháu nào trong chuỗi. Cũng có trường hợp đồng vị con có chu kỳ bán rã dài hơn so với đồng vị mẹ. Chẳng hạn như trường hợp 234mPa/234U. Nếu chỉ quan tâm đến 234mPa thì hiện tượng cân bằng phóng xạ sẽ không xảy ra. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với những nguồn có thời gian kể từ khi nó được chế tạo lớn hơn 10 lần chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ trước đó có thời gian sống dài nhất, trong ví dụ này là của 234mPa, thực chất cũng gần như của đồng vị 238U. Trong thực tế, điều này có nghĩa rằng hoạt độ đo được trong mẫu của bất kỳ đồng vị con cháu nào cũng gần như là hoạt độ của đồng vị mẹ 238U và của tất cả các đồng vị phóng xạ khác có trong chuỗi phân rã. Có thể đo hoạt độ của vài đồng vị trong chuỗi để có đoán nhận chính xác hơn. Trong số các đồng vị con trong chuỗi phân rã của 238U không phải đồng vị nào cũng có thể đo gamma một cách dễ dàng. Thực tế chỉ có 6 đồng vị trong bảng 1.1 đã được gạch chân là có thể đo được một cách tương đối dễ. Do vậy, có thể đo hoạt độ của các đồng vị này và từ đó suy ra hoạt độ của các đồng vị trước đó trong chuỗi phân rã. Chú ý cần phải kiểm tra về điều kiện cân bằng vì phương pháp này chỉ đúng cho mẫu cân bằng. Có thể đo hoạt độ của các đồng vị trong chuỗi như 234Th, 234mPa, 226Ra và 214Pb, 214Bi và 210Pb để kiểm tra điều kiện cân bằng này. Chuỗi phân rã của 235U Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235U chỉ chiếm 0.72% trong tổng số uran. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U được đưa ra trong Hình 1.8. Chuỗi phân rã này có 12 đồng vị bao gồm 11 tầng phân rã và có 7 loại hạt alpha có năng lượng khác nhau được phát ra trong chuỗi này. 25 Hình 1.8: Chuỗi phân rã phóng xạ của 235U Trong chuỗi phân rã này, chỉ có đỉnh gamma của đồng vị 235U là có thể dễ dàng đo được. Đỉnh của một số đồng vị khác như 227Th, 223Ra và 219Rn đo khó khăn hơn. Mặc dù sai số đo đỉnh gamma của các đồng vị con có thể tương đối cao nhưng 26 việc đo hoạt độ của chúng cũng vẫn cho phép có những đoán nhận về hoạt độ của 235U hoặc kiểm tra về cân bằng phóng xạ của mẫu. Chuỗi phân rã phóng xạ của 232Th Đồng vị 232Th chiếm 100% trong tự nhiên.Chuỗi phân rã của đồng vị phóng xạ này được trình bày trong hình vẽ 1.9. Hình 1.9: Chuỗi phân rã phóng xạ của 232Th Chuỗi phân rã này bao gồm 10 tầng và phát ra 6 loại hạt alpha. Có thể dùng phổ kế gamma để đo các đỉnh của 228Ac, 212Pb, 212Bi và 208Tl một cách dễ dàng. 27 Phân rã của đồng vị 212Bi bị phân nhánh. Nó chỉ phân rã alpha về đồng vị 208Tl với xác suất 35,94% và phân rã beta về đồng vị 212Po với xác suất 64,06%. Nếu đo 208Tl để tính hoạt độ của Thori thì cần lấy hoạt độ của 208Tl chia cho giá trị của tỉ số rẽ nhánh là 0,3594. 28 CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra 2.1.1. Sơ đồ khối Hình 2.1 là sơ đồ hệ phổ kế gamma dải rộng với detector SEGe của hãng Canberra được đặt tại Viện Y học Phóng xạ và U bướu Quân đội. Hình 2.1: Sơ đồ hệ phổ kế SEGe – Canberra 29 Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ phổ kế SEGe – Canberra 1. Detector SEGe 5. Khuếch đại tuyến tính 2. Nguồn nuôi cao thế 6. Máy phân tích biên độ đa kênh 3. Tiền khuếch đại 7. Máy tính 4. Máy phát xung chuẩn Hình 2.2 là sơ đồ khối của hệ phổ kế ở trên. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra gồm: Buồng chì, detector bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết (SEGe), các hệ điện tử thu nhận và xử lý tín hiệu như tiền khuếch đại, khuếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi cao áp Ngoài ra, còn có thể có các bộ phận khác như máy phát xung chuẩn hoặc bộ loại trừ chồng chập xung để hiệu chỉnh các hiệu ứng gây mất số đếm trong trường hợp tốc độ đếm lớn, bộ khuếch đại phổ Hệ phổ kế được ghép nối với máy tính thông qua card ghép nối, việc ghi nhận và xử lý phổ được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như Genie 2000, Gamma Vision. 2.1.2. Detector Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Detector Gecmani là đi ốt bán dẫn có cấu trúc P-I-N (Hình 2.3), trong đó vùng ở giữa (I) là vùng nghèo nhạy với bức xạ ion hóa, đặc biệt là tia X và tia gamma. Dưới điện áp ngược điện trường mở rộng qua vùng này. Khi photon tương tác với vật chất bên trong thể tích vùng nghèo, các cặp điện tử - lỗ trống được tạo ra và di chuyển vể các điện cực P, N dưới tác dụng của điện trường. Lượng điện tích 30 này tỷ lệ với năng lượng tích lũy trong detector của photon tới và được chuyển thành xung thế bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích. Hình 2.3: Nguyên tắc hoạt động của detector bán dẫn Do Gecmani có khe vùng nhạy tương đối thấp nên detector phải được làm mát để giảm nhiệt sinh ra từ các phần tử mang điện (do đó tỷ lệ nghịch với dòng rò) đến mức chấp nhận được. Ngoài ra dòng rò còn gây nhiễu phá hủy độ phân giải năng lượng của detector. Ni tơ lỏng ở nhiệt độ 77 oK thường được dùng để làm mát các detector này. Detector được đặt trên một bình chân không có gắn bình LN2 bên trong. Hình 2.4 mô tả sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh. Bề mặt của detector rất nhạy nên được bảo vệ khỏi độ ẩm và các chất ô nhiễm khác [4]. 31 Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh Một bộ làm lạnh gồm có buồng chân không, trong buồng chân không chứa detector và một bình (bình hai thành chân không - cách điện) chứa chất làm lạnh ni tơ lỏng. Detector được đặt ở một hốc cách điện với cột làm lạnh bằng đồng nhưng lại có sự trao đổi nhiệt với cột này. Cột làm lạnh truyền nhiệt từ detector sang ni tơ lỏng. Bên ngoài detector là chân không và nắp mỏng để tránh làm suy giảm các photon năng lương thấp. 2.1.3. Các thông số của hệ phổ kế gamma SEGe Luận văn sử dụng detector bán dẫn Gecmani đồng trục (SEGe) model GC1518, số Seri 11037715 do hãng Canberra sản xuất. - Detector SEGe có dải năng lượng từ 40 keV tới lớn hơn 10 MeV - Đường kính tinh thể 52 mm, - Chiều dày tinh thể 34.5 mm, 32 - Phân giải năng lượng 1.8 keV tại đỉnh năng lượng 1.33 MeV của đồng vị 60Co - Tỷ số Đỉnh/Compton là 44:1 - Hằng số thời gian 4 µs - Detector được làm lạnh bằng ni tơ lỏng từ nhiệt độ phòng 300K xuống nhiệt độ làm việc của hệ là 90K - Thế làm việc của detector là 3500 V - Bề dày vỏ hốc chứa detector: 1 mm - Cửa sổ (end-cap) có đường kính 76 mm, bề dày 1.5 mm - Bề mặt detector được đặt cách cửa sổ 5 mm - Buồng chì có vỏ ngoài làm bằng thép cacbon phông phóng xạ thấp dày 9,5 mm, phần chì phông thấp dày 10 cm, lớp che chắn bên trong làm bằng kẽm dày 1 mm và đồng tinh khiết dày 1,6 mm. 2.1.4. Phần mềm Genie 2000 Phổ gamma được ghi nhận, lưu trữ và phân tích bởi phần mềm Genie 2000. Phần mềm này có thể thực hiện nhiều quy trình ghi nhận phổ độc lập cho nhiều detector sử dụng kết nối mạng. Trong Genie 2000 khả năng ghi nhận và phân tích được tích hợp chặt chẽ với giao diện sử dụng trực quan và vận hành đơn giản cho nhiều ứng dụng. Màn hình của phần mềm Genie giúp cho việc theo dõi thí nghiệm một cách dễ dàng. Phổ thu nhận được từ phổ kế được quan sát online trong suốt quá trình đo. Bên cạnh đó, Genie còn có đầy đủ chức năng của một phần mềm phân tích phổ off-line, bao gồm: xây dựng các đường chuẩn cho hệ phổ kế (năng lượng, phân giải, hiệu suất ghi), tìm đỉnh và phân tích phổ tự động, phân tích từng đỉnh cho người dùng tự chọn. Nếu muốn người dùng có thể hiệu chỉnh các đỉnh trùng phùng tổng trong phổ. Quy trình chuẩn được đơn giản hóa bằng cách sử dụng các file dữ 33 liệu hạt nhân tích hợp trong phần mềm như: nhân phóng xạ, tỷ số phân nhánh, độ bất định... Genie cung cấp hai thuật toán để tính toán diện tích đỉnh là khớp bình phương tối thiểu phi tuyến và thư viện. Bước đầu tiên là khớp bình phương tối thiểu là xác định các giới hạn của đỉnh. Ở đây hệ thống sẽ tự động thiết lập các giới hạn và thuật toán cũng xác định xem các đỉnh liền kề sẽ được phân tích như các đỉnh đơn hay các đỉnh bội. Diện tích đỉnh sẽ được tính toán khác nhau đối với các đỉnh đơn và các đỉnh bội. Tiếp đó, từ kết quả diện tích đỉnh chương trình sẽ khớp mô hình đỉnh mong muốn (được thiết lập trong quá trình chuẩn) với mỗi đỉnh trong phổ. Trong quá trình này, thuật toán sẽ dán nhán các đỉnh có can nhiễu trong phổ và thực hiện hiệu chỉnh loại bỏ can nhiễu khỏi đỉnh hiện tại. Quá trình này được lặp lại cho tất cả các đỉnh trong phổ [5]. Do vậy, có thể xem việc sử dụng phần mềm Genie để phân tích phổ gamma thu được cho kết quả khá tin cậy. 2.1.5 Quy trình vận hành - Kiểm tra điều kiện làm việc của phòng đo bao gồm: hệ thống điện, điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và điều kiện vệ sinh sạch sẽ. - Đổ đầy ni tơ vào bình, thời gian chờ đủ lạnh ít nhất 10 tiếng. - Kiểm tra các khối chức năng, khối điểu khiển, máy tính hoạt động bình thường. - Bật máy tính chạy phần mềm thu nhận phổ Genie. - Lên cao thế: Đưa công tác trên khối HV về vị trí ON. Chắc chắn rằng chỉ thị cao áp trên khối này là 0 V (tức là đền chưa sáng); Nhấn nút Reset và chắc chắn rằng đèn hiển thị tại ON bật sáng. Nếu ON không sáng sau khi nhấn Reset nghĩa là cao áp vào đầu dò bị cấm, nguyên nhân có thể do đầu dò chưa đủ lạnh, khi đó không được lên cao áp và kiểm tra lại các điều kiện của hệ đo; Tiếp đó bắt đầu lên cao áp theo từng bước, cứ 5 s tăng 10 V. Tiếp tục làm như vậy cho đến khi cao áp đạt 3500 V. 34 - Chọn chế độ làm việc: Sử dụng nguồn chuẩn để chuẩn chuấn máy. Tức là trong quá trình đo phổ nguồn chuẩn, thay đổi các chế độ của khuếch đại phổ như COARSE GAIN, FINE GAIN, SHAPING TIME nhằm đạt được chế độ đo tối ưu cho từng phép đo (dạng phổ đẹp). Từ thực nghiệm chọn được hệ số trên COARSE GAIN là 10, FINE GAIN là 8, SHAPING TIME là 4 µs. Tiến hành chuẩn năng lượng, đo phông, chuẩn hiệu suất và phân tích mẫu. - Hạ cao thế và tắt máy: Sau khi kết thức việc đo phổ thực hiện quy trình hạ cao áp và tắt máy. Vặn vòng số trên khối HV theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, mỗi lần không quá 10 V, mỗi bước hạ cao áp như vậy cách nhau 10 s. Khi vòng số về vị trí 0, đưa công tắc về vị trí OFF. - Tắt máy tính 2.2. Chuẩn năng lượng Đường chuẩn năng lượng là đồ thị mô tả sự phụ thuộc của vị trí cực đại đỉnh hấp thụ toàn phần vào năng lượng của vạch bức xạ gamma tương ứng. Hiệu chuẩn năng lượng của một hệ detector germanium (tức là xác định số kênh của MCA liên quan với năng lượng tia gamma) được thực hiện bằng cách đo đạc nguồn chuẩn của các nhân phóng xạ đã biết có năng lượng xác định trong khoảng quan tâm. Độ chính xác của việc xây dựng đường chuẩn năng lượng phụ thuộc vào độ chính xác khi xác định vị trí cực đại của đỉnh được chọn làm chuẩn để xây dựng đường chuẩn. Tốt nhất là chọn nguồn chuẩn năng lượng là các nguồn gamma đơn năng. Các đỉnh được chọn xây dựng đường chuẩn năng lượng có giá trị phân bố đều trong vùng năng lượng gamma quan tâm là tốt nhất. Trên thực tế, nếu không có nguồn chuẩn gamma đơn năng, có thể sử dụng nguồn gamma phức tạp có nhiều thành phần. Trong các vạch gamma của nguồn phức tạp, chọn vạch phổ có năng lượng lớn nhất, những vạch có cường độ mạnh và ở xa các vạch khác. Để chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế SEGe tác giả sử dụng các nguồn chuẩn: 60Co, 57Co,131I, 137Cs. 35 2.3. Khảo sát độ phân giải năng lượng vào năng lượng bức xạ gamma Phân giải năng lượng liên quan đến sự phản hồi của detector. Độ phân giải năng lượng được định nghĩa là khả năng phân biệt hai bức xạ có năng lượng gần nhau của detector. Đại lượng này thường được biểu diễn bằng độ rộng ở một nửa (FWHM) chiều cao xung. Trong trường hợp lí tưởng mỗi tia gamma có năng lượng giống nhau sẽ cho cùng số kênh trên phổ gamma. Nhưng thực tế các đỉnh phổ trải rộng trên một số kênh, với ưu thế tại một kênh trung tâm, mà chúng ta có thể xác định ứng với năng lượng của tia gamma, nguyên nhân là do có thăng giáng trong quá trình phát hiện và ghi nhận, gây ra các sự kiện giống nhau như số đếm trên các kênh phổ khác nhau. Thăng giáng của các nguồn có thể được xác định bởi biểu thức [7]: = + + + (2.1) Trong đó: η là tổng thăng giáng được đo bằng phổ kế ηI là thang giáng năng lượng do độ rộng mức năng lượng ηP là thăng giáng trong việc tạo cặp điện tử - lỗ trống trong detector [7] = 2.355/ (2.2) trong đó : E là năng lượng bức xạ gamma, F là hệ số Fano phản ánh mức độ gián đoạn của sự truyền năng lượng bức xạ ion hóa cho các cặp phần tử tải điện, ω là năng lượng cần thiết để tạo 1 cặp điện tử lỗ trống. ηC là thăng giáng do sự ghi nhận các điện tích của detector [7] μ = (C là hằng số) (2.3) ηe là thăng giáng điện tử trong việc xử lý xung, ηe=A (A là hằng số) Trong các trường hợp có thể bỏ qua thang giáng do độ rộng mức năng lượng nên: = + + = + + (2.4) 36 Suy ra = √ + + (2.5) Do sự thăng giáng về năng lượng của một tia gamma để lại trong hạt nhân nên phổ thường có độ rộng hữu hạn ∆E. Nếu độ rộng ∆E càng nhỏ, tức là đỉnh càng hẹp thì càng có thể phát hiện những đỉnh nằm cạnh nhau. Nhưng nếu độ rộng ∆E càng lớn, các đỉnh lân cận nhau không thể tách rời thì chúng được xem như một đỉnh. Như vậy chính độ rộng đỉnh quy định khả năng phân giải của thiết bị đo phổ. Vì vậy tác giả tiến hành khảo sát độ phân giải của detector theo năng lượng tia gamma. Luận văn sử dụng các nguồn chuẩn 60Co, 57Co, 131I, 137Cs. Các nguồn chuẩn được đo sao cho diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của các bức xạ gamma đặc trưng được chọn có sai số thống kê nhỏ hơn 1 %. 2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi Để xác định hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ trong mẫu phân tích, theo phương pháp phổ gamma, cần biết hiệu suất ghi của detector ứng với vạch hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng. Vì vậy, ngoài xây dựng đường chuẩn năng lượng, trước khi đưa hệ phổ kế gamma vào hoạt động, cần phải xác định được hiệu s