trƯỜng ĐẠi hỌc ĐÀ lẠt khoa kỸ thuẬt hẠt...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NGUYỄN NHƯ HỔ

SỬ DỤNG PHẦN MỀM K0 – IAEA TRONG HIỆU CHUẨN ĐƯỜNG

CONG HIỆU SUẤT VÀ TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM

BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU CHO ĐẦU DO

BÁN DẪN HPGe

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

LÂM ĐỒNG, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NGUYỄN NHƯ HỔ – 1310526

SỬ DỤNG PHẦN MỀM K0 – IAEA TRONG HIỆU CHUẨN ĐƯỜNG

CONG HIỆU SUẤT VÀ TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT THỰC NGHIỆM

BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU CHO ĐẦU DO

BÁN DẪN HPGe

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRỊNH THỊ TÚ ANH

KHÓA 2013 - 2017

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

Đà Lạt, ngày 12 tháng 12 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

[Ký tên và ghi rõ họ tên]

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................


Giảng viên phản biện

[Ký tên và ghi rõ họ tên]

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện khóa luận, em đã nhận được sự giúp đỡ to lớn từ

các thầy cô, bạn bè và gia đình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến

TS.Trịnh Thị Tú Anh, giảng viên hướng dẫn và giúp em hoàn thành khóa luận này.

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Đà Lạt, đặc biệt là

quý Thầy, Cô Khoa Vật lý, Khoa Kỹ thuật hạt nhân và anh Trịnh Văn Cường đang

công tác tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu

để em có đủ kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu ngày hôm nay.

Em xin cảm ơn hội đồng chấm khóa luận đã dành thời gian để đọc, phát hiện

sai sót và có những góp ý quý giá giúp khóa luân hoàn thành tốt hơn.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Mẹ, Anh Chị và bạn bè đã luôn

bên cạnh động viên em trong suốt thời gian qua.

Sinh viên thực hiện đề tài

Nguyễn Như Hổ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn

khoa học của TS.Trịnh Thị Tú Anh cùng những ý kiến đóng góp từ những anh chị

đang công tác tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. Ngoài ra, trong khóa luận

không có sự sao chép bất kỳ đề tài, khóa luận hoặc nhờ người khác làm thay.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các nội dung trình bày trong khóa luận

này.


Người cam đoan

Nguyễn Như Hổ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu:

𝑆𝐴: Diện tích đỉnh đã trừ phông

ε abs : Hiệu suất tuyệt đối

ε int : Hiệu suất thực

ε t : Hiệu suất tổng

Tr : Thời gian tính từ lúc sản xuất đến khi đo.

T1/2 : Thời gian bán rã của nguồn.

𝐼ɤ : Cường độ phát gamma

𝑡𝑑 : Tổng thời gian đo.

A: Hoạt độ riêng của nguồn phóng xạ theo (Bq)

λ : Hằng số phân rã

ε𝑟 : Hiệu suất ghi của nguồn chuẩn không trùng phùng.

ε𝑠 : Hiệu suất ghi của nguồn đo cần hiệu chỉnh trùng phùng

Các chữ viết tắt:

P/T: Tỷ số hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần trên hiệu suất tổng (Peak to total)

HPGe: Germanium siêu tinh khiết (Hyper pure Germanium)

ADC: Bộ đếm đổi tương tự - số (Analog-to-digital converter)

MCA: Máy phân tích đa kênh (Multi channel analyzer)

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

Chương 1 – TỔNG QUAN ......................................................................................... 2

1.1. Giới thiệu đầu dò HPGe ................................................................................ 2

1.2. Hệ phổ kê gamma .......................................................................................... 3

1.3. Các nguồn gamma chuẩn ............................................................................... 4

1.4. Phân loại hiệu suất ghi của đầu dò ................................................................ 6

1.4.1. Hiệu suất tuyệt đối ............................................................................... 6

1.4.2. Hiệu suất nội ........................................................................................ 6

1.4.3. Hiệu suất toàn phần ............................................................................. 7

1.4.4. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần .................................................. 7

1.4.5. Hiệu suất danh định ............................................................................. 8

1.5. Các hàm chuẩn hiệu suất ghi ......................................................................... 8

1.5.1. Hàm tuyến tính .................................................................................... 9

1.5.2. Hàm đa thức ...................................................................................... 10

1.5.3. Hàm spline ......................................................................................... 11

1.6. Khớp hiệu suất bằng phương pháp bình phương tối thiểu tuyên tinh ......... 11

1.6.1. Trường hợp có trọng số ..................................................................... 12

1.6.2. Trường hợp không có trọng số .......................................................... 13

1.7. Môt sô hiêu chinh trong phep đo hiêu suât.................................................. 14

1.7.1. Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh .................................... 14

1.7.2. Yếu tố hình học đo ............................................................................ 15

1.7.3. Hiệu ứng trùng phùng tổng ............................................................... 16

Chương 2 – THỰC NGHIỆM ................................................................................... 17

2.1. Phần mền k0_IAEA ..................................................................................... 17

2.1.1. Phần mềm k0-IAEA ........................................................................... 17

Các bước cơ bản sử dụng k0-IAEA trong tính toán hiệu suất ghi cho detector

........................................................................................................................... 17

2.2. Nhập liệu cho các nguồn được sử dụng để chuẩn năng lương .................... 19

2.2.1 Soạn thảo dữ liệu cơ bản ( Edit permanent database)........................... 20

2.2.2 Khai báo seria databases cho mẫu Đầu tiên.......................................... 26

2.2.3 Phân tích mẫu ........................................................................................ 32

2.2.4 Tính hiệu suất cho các nguồn ............................................................... 41

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 46

3.1. Kết quả xác định hiệu suất ghi của đầu dò theo khoảng cách ..................... 46

3.2. Thảo luận kết quả đạt được ......................................................................... 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Cấu tạo đầu dò Gem50P4 .......................................................................... 2

Hình 1. 2: Sơ đô khôi hê phô kê gamma ..................................................................... 3

Hình 1. 3: phổ gamma đo trên nguồn 60Co sư dung đâu do HPGe loai p ................... 3

Hình 1. 4: Minh họa góc khối nguồn – đầu dò ........................................................... 7

Hình 1. 5: Tỉ số các giá trị hiệu suất, giá trị 𝓔𝟎 tương ứng với c=0.37, a1=1.12, E0=1

keV ............................................................................................................................ 10

Hình 1. 6: Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất ................................................... 14

Hình 1. 7: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma của Co60 ........................................ 16

Hình 2. 1: Giao diện ban đầu của phần mềm k0-IAEA ............................................. 17

Hình 2. 2: Mặt cắt ngang của nguồn ......................................................................... 20

Hình 2. 3: Mặt cắt dọc của nguồn ............................................................................. 20

Hình 2. 4: Hộp thoại Analysts ................................................................................... 21

Hình 2. 5: Hộp thoại Certificates/Chemical elements............................................... 21

Hình 2. 6: Hộp thoại Certificates/Radionuclides ...................................................... 22

Hình 2. 7: Hộp thoại khai báo detector ..................................................................... 22

Hình 2. 8: Hộp thoại Elements .................................................................................. 23

Hình 2. 9: Hộp thoại Facilities .................................................................................. 24

Hình 2. 10: Hộp thoại Matrices ................................................................................. 25

Hình 2. 11: Hộp thoại Recipients .............................................................................. 25

Hình 2. 12: hộp thoại tao thự mục mới ..................................................................... 26

Hình 2. 13: Hộp thoại Samples ................................................................................. 26

Hình 2. 14: Các hộp thoại con trong quá trình tạo nhóm mẫu .................................. 27

Hình 2. 15: Hộp thoại các bước tiếp theo của khai báo mẫu .................................... 27

Hình 2. 16: Hộp thoại Packaging .............................................................................. 28

Hình 2. 17: Các hộp thoại con lần lượt xuất hiện trong quá trình khai báo Pakaging

................................................................................................................................... 29

Hình 2. 18: Hộp thoại thông tin về mẫu đã khai báo ................................................ 30

Hình 2. 19: Quá trình khai báo các mẫu cần đo ........................................................ 30

Hình 2. 20: Hộp thoại Mesurement về mẫu sau khi đã được khai báo ..................... 31

Hình 2. 21: Chọn phổ phong ..................................................................................... 32

Hình 2. 22: Nhận biết các đỉnh trong phổ ................................................................. 33

Hình 2. 23: Các đỉnh năng lượng được nhận biết ..................................................... 33

Hình 2. 24: Fit calibration peaks ............................................................................... 34

Hình 2. 25: Danh sách các đỉnh năng lượng được fit................................................ 34

Hình 2. 26: Thông báo các đĩnh năng lượng đã được làm khớp ............................... 35

Hình 2. 27: Lưu đường chuẩn năng lượng ................................................................ 35

Hình 2. 28: Đường chuẩn năng lượng theo số kênh ................................................. 36

Hình 2. 29: Chuẩn độ phân giải cho detector theo năng lượng ................................. 36

Hình 2. 30: Các hộp thoại trong chuẩn FWHM ........................................................ 37

Hình 2. 31: Xem đường chuẩn FWHM..................................................................... 37

Hình 2. 32: Đường cong độ phân giải theo năng lượng ............................................ 38

Hình 2. 33: Lưu dạng chuẩn FWHM ........................................................................ 38

Hình 2. 34: Phân tích tất cả các đỉnh ......................................................................... 39

Hình 2. 35: Ghi các đỉnh được phân tích ra file ........................................................ 39

Hình 2. 36: Lưu phổ phong đối với detector mà ta dùng để do ................................ 40

Hình 2. 37: Hộp thoại thông báo đã lưu phổ phong .................................................. 40

Hình 2. 38: Chọn nguồn phân tích ............................................................................ 41

Hình 2. 39: Chọn vị trí từ nguồn đến detector .......................................................... 41

Hình 2. 40: Phổ nguồn Eu_152 đã đo ....................................................................... 42

Hình 2. 41: Chương trình đang tính toán .................................................................. 42

Hình 2. 42: Hộp thoại báo hoàn thành ...................................................................... 43

Hình 2. 43: Kết quả của đường chuẩn hiệu suất ...................................................... 43

Hình 2. 44: Lưu kết quả vào thư viện permanent database ....................................... 44

Hình 2. 45: Hộp thoại lưu file ................................................................................... 44

Hình 2. 46: Kết quả file đã lưu về ............................................................................. 45

Hình 3. 1: đồ thị đường cong hiệu suất tại vị trí cách detector 0 cm sử dụng Excel 48

Hình 3. 2: Đường cong hiệu suất và đường cong đỉnh trên tổng cách detector 0 cm

sử dụng k0_IAEA ...................................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3. 3: đồ thị đường cong hiệu suất tại vị trí cách detector 5 cm sử dụng Excel 51


sử dụng k0_IAEA ...................................................................................................... 52

Hình 3. 5: đồ thị đường cong hiệu suất tại vị trí cách detector 10 cm sử dụng Excel

................................................................................................................................... 53


sử dụng k0_IAEA ...................................................................................................... 54


................................................................................................................................... 55


sử dụng k0_IAEA ...................................................................................................... 56

Hình 3. 9: Đường cong hiệu suất tại vị trí 0 cm được ngoại suy từ đường cong hiệu

suất tại vị trí 15 cm .................................................................................................... 58

Hình 3. 10: Đường cong hiệu suất tại vị trí 5 cm được ngoại suy từ đường cong hiệu

suất tại vị trí 15 cm .................................................................................................... 59

Hình 3. 11: Đường cong hiệu suất tại vị trí 10 cm được ngoại suy từ đường cong

hiệu suất tại vị trí 15 cm ............................................................................................ 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1: Các nguồn chuẩn thông dụng trong đo hiệu suất ghi ................................ 4

Bảng 2. 1: Đặc trưng của các nguồn chuẩn ............................................................... 19

Bảng 2. 2: Chú thích về kích thước các bộ phận của detector .................................. 23

Bảng 3. 1: Kết quả hiệu suất ghi được tính bởi Excel và phần mềm k0_IAEA tại vị

trí cách detector 0 cm ................................................................................................ 47


trí cách detector 5 cm ................................................................................................ 50


trí cách detector 10 cm .............................................................................................. 52


trí cách detector 15 cm .............................................................................................. 54

MỞ ĐẦU

Hiệu suất ghi là một thông số có ý nghĩa quan trọng đối với hệ phổ kế ghi đo

bức xạ gamma. Mỗi hệ phổ kế có một hiệu suất ghi khác nhau, phụ thuộc vào nhiều

yếu tố như cấu tạo của đầu dò, kích thước và hình học mẫu, góc khối đo, thời gian

chết của hệ đo, và hiệu suất ghi còn phụ thuộc vào năng lượng của nguồn bức xạ.

Do vậy, việc xác định chính xác đường chuẩn hiệu suất ghi theo năng lượng là rất

cần thiết. Trong thực nghiệm vật lý hạt nhân, thực nghiệm về ghi đo bức xạ thì việc

xử lý phổ gamma sẽ cho ta đầy đủ các thông tin về một nguồn bức xạ, chẳng hạn

như năng lượng, hoạt độ nguồn. Trong thực nghiệm quá trình xử lý phổ được thực

hiện thông qua các chương trình máy tính chuyên dụng, các phần mềm tính toán kết

hợp với tính toán trong excel, phối hợp các phương pháp này cho kết quả với độ tin

cậy lớn hơn, tránh nhầm lẫn trong quá trình tính toán với nhiều mẫu thực nghiệm.

Vì vậy,trong phạm vi khóa luận này, tôi chú trọng xác định hiệu suất ghi của

đầu dò bán dẫn HPGe siêu tinh khiết thông qua phần mềm tính toán chuyên dụng

k0_IAEA. Viêc sử dụng phần mềm này giúp cho quá trình tính toán nhanh hơn và

chính xác hơn.

Nội dung khóa luận được trình bày trong 3 chương như sau

Mở đầu

Chương I - TỔNG QUAN: Giới thiệu tổng quan về đầu dò, hiệu suất

ghi cũng như các phương pháp và các hàm chuẩn hiệu suất ghi.

Chương II – THỰC NGHIỆM: Thực nghiêm xác định hiệu suất ghi

của đầu dò bán dẫn HPGe sử dụng phần mêm k0_IAEA.

Chương III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: Kết quả chuẩn hiệu suất

ghi sử dụng phần mềm k0_IAEA và tính toán trên Excel. Đánh giá kết

quả đạt được.

Kết luận

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong thời gian thực hiện khóa luận nhưng

không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy, Cô trong hội đồng góp ý

kiến để bài khóa luận được hoàn thiện hơn.

Chương 1 – TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu đầu dò HPGe

Về cơ bản đầu dò loại này là một khối trụ Ge với một lớp tiếp xúc loại n trên

bề mặt ngoài và một lớp tiếp xúc loại p trên bề mặt trong của giếng hình trụ. Tinh

thể Ge có mức tạp chất khoảng 1010 nguyên tử/cm3 sao cho với một điện áp hợp lý

thì vùng nghèo mở rộng tối đa về hai cực. Khoảng năng lượng có thể đo của đầu dò

đồng trục vào khoảng từ 50keV đến trên 10MeV [1].

Hình 1. 1: Cấu tạo đầu dò Gem50P4

Một vài thông số của loại đầu dò này:

Đường kính tinh thể: 62.2 mm

Chiều dài tinh thể: 67.7 mm

Bề dày lớp chết: 0.7 mm

Khoảng cách từ nắp đến tinh thể: 4 mm

Đường kính lõi: 12 mm

Chiều cao lõi: 58.3 mm

Thời gain chết: 6%

Đầu dò được bọc trong một hộp kín bằng nhôm với bề dày 1 mm, ở

giữa là chân không.

Bằng cách sử dụng các nguồn chuẩn (nguồn đã biết trước hoạt độ) chúng ta

có thể xây dựng đường cong hiệu suất ghi, tuy nhiên hiệu suất ghi của đầu dò chịu

ảnh hưởng của nhiều yếu tố, chẳng hạn như loại đầu dò, kích thước và dạng đầu dò,

khoảng cách từ đầu dò tới nguồn, loại đồng vị phóng xạ và kiểu bức xạ được đo, sự

hấp thụ của bức xạ trước khi nó đến được với đầu dò (bởi không khí và lớp vỏ bọc

đầu dò). Dựa vào đường cong hiệu suất ta có thể nội suy hay ngoại suy hiệu suất ghi

theo từng năng lượng của các nguồn khác nhau. Chúng ta có thể chia hiệu suất của

đầu dò thành nhiều loại khác nhau, phần này sẽ được trình bày cụ thể trong mục 1.4.

1.2. Hệ phổ kê gamma

Sơ đồ khối của một hệ phổ kế gamma được cho trong Hình 1.2 dưới đây

Hình 1. 2: Sơ đô khôi hê phô kê gamma

Đầu dò thu nhận tín hiệu từ các nguồn phóng xạ và biến thành xung điện, các

tín hiệu ở lối ra đầu dò có biên độ rất bé, do đó cần khuếch đại sơ bộ bằng tiền

khuếch đại (Pre. Amp). Tín hiệu ở lối ra tiền khuếch đại được đưa vào khối khuếch

đại chính (Amplifer) để khuếch đại tín hiệu đủ lớn về biên độ và hình thành xung

chuẩn. Sau đó tín hiệu được biến đổi từ dạng tương tự sang dạng số qua bộ ADC

(Anolog to Digital Converter) và được xử lý qua khối phân tích biên độ đa kênh

(MCA). Tín hiệu sau khi được xử lý và được hiển thị qua máy tính (PC) là thông tin

về nguồn phóng xạ cần đo. Hinh 1.4 dươi đây biêu diên phổ gamma đo trên nguồn

60Co sư dung đâu do HPGe loai p.

Hình 1. 3: phổ gamma đo trên nguồn 60Co sư dung đâu do HPGe loai p

Ta có thể thấy rõ trong phổ xuất hiện các tia X đặc trưng từ sự hấp thụ quang

điện trong vật liệu chì che chắn, đỉnh tán xạ ngược, những đỉnh thoát đơn (SE) và

thoát đôi (DE) và tạo cặp của tia gamma 1332 keV. Đỉnh 511 keV từ bức xạ hủy

cặp được sinh ra trong vật liệu che chắn, các biên tán xạ Compton và các đỉnh năng

lượng toàn phần từ hai tia gamma sơ cấp. Ngoài ra còn xuất hiện các đỉnh: đỉnh

2346 keV (2x1173keV) và 2665 keV (2x1332keV) tạo bởi tổng của các sự kiện

chồng chập 1173 keV và 1332 keV; đỉnh 2506 keV là do sự hấp thụ toàn phần cả

hai tia gamma sơ cấp phát ra đồng thời. Thành phần phông bao gồm đỉnh 1460 keV

từ 40K và 2614 keV từ 228Th.

1.3. Các nguồn gamma chuẩn

Đặc trưng của các nguồn gamma chuẩn được cho trong Bảng 1.1. Đây là

những nguồn chuẩn được cung cấp thương mại và thường được các phòng thí

nghiệm sử dụng cho định chuẩn năng lượng và hiệu suất ghi.[1]

Bảng 1. 1: Các nguồn chuẩn thông dụng trong đo hiệu suất ghi

Nguồn

phóng

xạ

Năng lượng

(keV)

Sai số

(%)

Xác suất

phát

(%)

Sai số

(%)

Chu kì bán

rã

Sai số

(%)

241Am 59.5409 1 35.92 17 432.6 năm 6

109Cd 88.0336 10 3.66 5 461.9 ngày 4

57Co

122.06065 12 85.51 6 271.80

ngày 5

136.47356 29 10.71 15

139Ce 165.8575 11 79.90 4 137.641

ngày 20

203Hg 279.1952 10 81.48 8 46.594

ngày 12

113Sn 391.698 3 64.97 17 115.09

ngày 3

85Sr 514.0048 22 98.5 22 64.850

ngày 7

134Cs

604.720 3 97.63 8

2.0644 năm 14

795.86 1 85.47 9

137Cs 661.657 3 84.99 20 30.05 năm 8

54Mn 834.848 3 99.9752 5 312.19

ngày 3

60Co

1173.228 3 99.85 3

5.2711 năm 8

1332.492 4 99.9826 6

22Na 1274.537 7 99.94 13 2.6029 năm 8

88Y

898.042 11 83.7 3 106.63

ngày

5

1836.070 8 99.346 25

133Ba

53.1622 18 2.14 6

10.539 năm

6

79.6142 19 2.63 19

80.9979 11 33.31 30

276.3989 12 7.13 6

302.8508 5 18.31 11

356.0129 7 62.05 19

383.8485 12 8.94 6

152Eu

121.7817 3 28.41 13

13.522 năm

244.6974 8 7.55 4

344.2785 12 26.59 12

411.1165 12 2.238 10

443.965 3 2.80 2

778.9045 24 12.97 6

867.380 3 4.243 23

964.079 18 14.50 6

1085.837 10 10.13 6

1089.737 5 1.73 1

1112.076 3 13.41 6

1212.948 11 1.416 9

1299.142 8 1.633 9

1408.013 3 20.85 8

Ghi chú: (#) là giá trị sai số

1.4. Phân loại hiệu suất ghi của đầu dò

1.4.1. Hiệu suất tuyệt đối

Là tỉ số giữa số các xung ghi nhận được và số các lượng tử bức xạ phát ra

bởi nguồn. Hiệu suất này phụ thuộc không chỉ vào tính chất của đầu dò mà còn phụ

thuộc vào bố trí hình học (chủ yếu là khoảng cách từ nguồn đến đầu dò).

ℰ𝑎𝑏𝑠 =𝑆ô đê𝑚 𝑔ℎ𝑖 𝑛ℎâ 𝑛

𝑆ô 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑝ℎ𝑎𝑡 𝑟𝑎 𝑡ư 𝑛𝑔𝑢ô 𝑛

1.4.2. Hiệu suất nội

Là tỉ số giữa số các xung ghi nhận được và số các lượng tử bức xạ đến đầu

dò.

ℰ𝑖𝑛 =𝑆ô đê𝑚 𝑔ℎ𝑖 𝑛ℎâ 𝑛

Sô 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑡ơ𝑖 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟

Biểu thức liên hệ giữa hiệu suất tuyệt đối và hiệu suất nội là:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

ℰ𝑎𝑏𝑠 =Ω

4𝜋. ℰ𝑖𝑛

Với Ω là góc khối của đầu dò được nhìn từ vị trí của nguồn như minh họa

trên Hình 1.4.

1.4.3. Hiệu suất toàn phần

Là tỷ số của số xung ghi được trong phổ với số photon phát ra từ nguồn.

Hiệu suất toàn phần quan trọng trong việc tính toán hiệu chính trùng phùng tổng vì

việc mất số đếm từ đỉnh năng lượng của một vạch photon là tỉ lệ với hiệu suất toàn

phần:

ℰ𝑡= 1

4𝜋∫(1 − 𝑒−µ𝑥)𝑑Ω =

Ω

4𝜋[𝑒𝑥𝑝 (−∑ µ𝑖𝑖 𝑡𝑖)](1 − 𝑒−µ𝑡)

Trong đo:

t : Bề dày của tinh thể đầu dò.

µ : Hệ số suy giảm tuyến tính của tinh thể đầu dò (Ge).

µi : Hệ số suy giảm tuyến tính của các vật liệu giữa nguồn và đầu dò

1.4.4. Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần

Là xác suất của một photon phát ra từ nguồn mất mát toàn bộ năng lượng của

nó trong thể tích hoạt động của đầu dò. Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh năng

lượng toàn phần εp được xác định bởi công thức:

Hình 1. 4: Minh họa góc khối nguồn – đầu dò

(1.4)

(1.5)

ℰ𝑝(𝐸) =𝑛(𝐸)

𝑅(𝐸)=

𝑁𝑝(𝐸)

𝐴𝐼𝛾(𝐸)𝑡

Trong đo:

- n(E)=𝑁𝑝(𝐸)

𝑡 : Tôc đô đêm đinh tai năng lương E, Np diên tich đinh, t la thơi

gian đo,

- A=A0𝑒−𝛾𝑡 : hoat đô nguôn tai thơi điêm đo, Ao la hoat đô nguôn ban đâu tai

thơi điêm san xuât, t la thơi gian ra,

- λ = ln(2)/T1/2 : hăng sô phân ra, T1/2 la chu ky ban huy,

- I𝛾 (E) : xac suât phat tia gamma.

1.4.5. Hiệu suất danh định

Là hiệu suất của một đầu dò so với đầu dò khác. Đối với đầu dò Germanium

thì đó là hiệu suất tương đối của nó so với đầu dò nhấp nháy NaI(T1) hình trụ kích

thước 3inch x 3inch (7.62cm x 7.62cm), cả hai đầu dò đều đặt cách 25cm đến

nguồn và đo với năng lượng 1332.5 keV từ 60Co.

Hiệu suất tương đối được xác định:

ℰ𝑟(𝐸) =𝑁𝑝(𝐸)

𝐴ℰ𝑐𝑡x100%

với εc được xác định với đầu dò NaI(T1) bằng 1.2 x10-3

1.5. Các hàm chuẩn hiệu suất ghi

Khi hiệu suất của đầu dò được đo ở nhiều năng lượng bằng cách sử dụng

nguồn chuẩn, người ta nhận thấy cần thiết phải làm khớp nó thành một đường cong

từ các điểm này để có thể mô tả hiệu suất toàn vùng năng lượng mà ta quan tâm.

Hai dạng thông dụng nhất của đầu dò germanium là cấu hình phẳng và đồng trục .

-Đầu dò có cấu hình phẳng (planar detector) công thức đơn giản được đưa

ra đầu tiên bởi Mowatt cho nhiều loại đầu dò khác nhau trên vùng năng lượng từ 60

keV đến 1863 keV [6].

(1.6)

(1.7)

ℰ =𝐾[𝜏 + 𝜎 𝑄exp(−𝑅𝐸)]

𝜏 + 𝜎1 − exp [−𝑃(𝜏 + 𝜎)]

Với τ và σ là các hệ số hấp thụ quang điện và Compton trong Ge ở năng

lượng E; và K, Q, R, P là các hệ số được làm khớp từ các điểm thực nghiệm[5].

- Đầu dò có cấu hình đồng trục (coaxial detector) đối với đầu dò dạng này

có nhiều hàm làm khớp được đưa ra trong khoảng năng lượng từ 50 keV đến 8500

keV. Các hàm thông dụng nhất chứa từ 3 đến 9 thông số thực nghiệm mà chúng

được làm khớp từ các đỉnh đo được trong thực nghiệm, một số thông số có thể được

bỏ qua nếu khoảng năng lượng được giới hạn. Những công thức có nhiều thông số

hơn nói chung thỏa những khoảng năng lượng rộng hơn, nhưng cũng nhiều nguy cơ

xuất hiện các các dao động phi vật lý trong hàm làm khớp nếu các điểm dữ liệu nằm

trong một khoảng rộng[6]. Trong một vài trường hợp, các khoảng năng lượng được

chia ra làm hai hay nhiều phần và người ta thường làm khớp từng phần theo từng

khoảng năng lượng riêng biệt này. Để bao quát các khoảng năng lượng rộng, 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

ln ℰ =∑ 𝑎𝑖𝑁𝑖=1 (𝑙𝑛𝐸0

𝐸 )𝑖−1

với E0 là năng lượng tham khảo được làm khớp và 𝑎𝑖 là các thông số được

làm khớp. Việc xác định thực nghiệm hiệu suất ghi của đầu dò tại các năng lượng

khác nhau được thực hiện trên các nguồn chuẩn (đã biết chính xác hoạt độ nguồn)

và kết quả thu được là một bộ các giá trị hiệu suất tại các năng lượng xác định. Xây

dựng đường cong chuẩn hiệu suất từ các giá trị này cho phép tính hiệu suất ở bất kì

năng lượng nào nằm trong khoảng năng lượng được tính toán. Phương pháp thông

dụng nhất là sử dụng các hàm giải tích được làm khớp với các dữ liệu thực nghiệm

bằng phương pháp bình phương tối thiểu. Các hàm giải tích thường được sử dụng là

hàm đa thức với log(E/E0) hay 1/E là đối số, hàm mũ, hàm mũ exponential hay sự

kết hợp giữa chúng và các hàm đặc biệt khác. Một số hàm giải tích thông dụng

được dùng để chuẩn đường cong hiệu suất được cho dưới đây.

1.5.1. Hàm tuyến tính

Đối với các đầu dò đo gamma, hiệu suất ghi trong vùng năng lượng 200 -

2000 keV có thể mô tả gần đúng bằng phương trình:

(1.8)

(1.9)

𝑙𝑜𝑔ℰ = 𝑎0 − 𝑎1 lôg (𝐸

𝐸0) ℎ𝑜ặ𝑐 ℰ = 𝑐(𝐸/𝐸0)

−𝑎1

Với a0 hoặc c và a1 là các hằng số dương biểu thị quan hệ tuyến tính của tập

hợp (logℰ𝑖 , log(Ei/E0), E0 là tham số cực tiểu đối số hàm logarit, là đại lượng không

thứ nguyên và có thể đặt bằng 1 keV), a1 có bậc cỡ 1.0 và giảm dần theo sự tăng

kích thước tinh thể [1]. Quan hệ giữa a1 và V được biểu diễn:

a1=2.14 – 0.629 logV

Hình 1. 5: Tỉ số các giá trị hiệu suất, giá trị 𝓔𝟎 tương ứng với c=0.37, a1=1.12, E0=1 keV

V là thể tích của đầu dò (cm3). Mô tả này gần đúng với V > 10 cm3 khi

khoảng cách giữa nguồn và đầu dò không quá nhỏ.

Phương pháp tỉ số hiệu suất ℰ/ℰ0 cũng cho sự phụ thuộc của hiệu suất vào

năng lượng nhưng không thể hiện được quan hệ tuyến tính. Nếu quan hệ giữa log ℰ

và log(E/E0) là tuyến tính, đồ thị trên Hình trên sẽ có dạng nằm ngang. Thực tế điều

đó không đạt được nhưng độ lệch thường không vượt quá 5% ở năng lượng trên 400

keV và có khuynh hướng tăng khi thể tích tinh thể giảm. Với định nghĩa ℰ0, tỉ số

ℰ/ℰ0 đạt cực đại ở gần 250 keV và 1500 keV, cực tiểu ở gần 600 keV là phù hợp

với các đầu dò Ge có kích thước trung bình [4,7].

1.5.2. Hàm đa thức

Thực nghiệm khảo sát chỉ ra rằng không có quan hệ tuyến tính giữa log ℰ và

log(E/E0) trên một dải rộng năng lượng của năng lượng và sự quan hệ có khuynh

(1.11)

(1.10)

hướng giảm với sự gia tăng kích thước tinh thể. Hầu hết các ứng dụng thường sử

dụng với hàm khớp đa thức:

𝑙𝑜𝑔ℰ = ∑ 𝑎𝑗𝑛𝑗=0 (𝑙𝑜𝑔𝐸/𝐸0)

𝑗 ; E0=1keV

Trong đó 𝑎𝑗: tham số cần xác định. Số tham số của hàm cần khớp là n+1

ℰ: hiệu suất tại đỉnh năng lượng E

n : cấp của đa thức.

Với n = 1 biểu thức (1.11) tương ứng với (1.9).

n = 2 hàm có dạng là một parapol trên đồ thị log-log. Điều này làm

xuất hiện một cực tiểu khoảng 600 keVnhưng không giảm ở vùng năng lượng thấp.

Để tăng độ chính xác, thường sử dụng hai hàm với điểm nối được làm trơn ở gần

200 keV. Phương pháp này về mặt nguyên tắc là có thể chấp nhận được.

Việc làm khớp có thể được cải tiến bằng việc tăng n đến 3 hay cao hơn,

nhưng bằng cách tăng n như vậy bị hạn chế bởi sai số của các điểm mô tả bởi đường

cong khớp. Tuy nhiên, nếu độ rộng dải năng lượng rộng hơn ví dụ từ 60 keV đến

3000 keV thì người ta sử dụng hàm khớp phi tuyến:

ℰ(𝐸) = ∑𝑎2𝑖−1 exp (−𝑎2𝑖𝐸)

3

𝑖=1

+ 𝑎7𝐸−𝑎8

1.5.3. Hàm spline

Đây là một phương pháp làm khớp linh hoạt dùng các kỹ thuật nội

suy spline. Ưu điểm của kỹ thuật spline là khả năng ứng dụng của nó cho các dạng

đường cong hiệu suất tuỳ ý, dù cho các thông số được làm khớp cần thời gian tính

toán cao hơn so với các phương pháp bình phương tối thiểu phi tuyến.

1.6. Khớp hiệu suất bằng phương pháp bình phương tối thiểu tuyên tinh

Một tập hợp các điểm thực nghiệm được mô tả bằng các tọa độ (xi, yi ), i =

1,…, n để xác định được giá trị tốt nhất của y tại giá trị x bất kỳ, cần phải tìm một

hàm f(x) liên tục và đi qua các điểm thực nghiệm yi. Trước hết cần phải xác định

(1.12)

(1.13)

dạng của f(x) sau đó xác định các tham số bằng phương pháp khớp bình phương tối

thiểu dựa trên hàm [5]:

𝜒2 = ∑𝑖

𝑛

𝑖−1

[𝑦1 − 𝑓(𝑥𝑖 , 𝑏0, 𝑏1, … , 𝑏𝑝)]2

Trong đo

𝑓(𝑥𝑖 , 𝑏0, 𝑏1, … , 𝑏𝑝) : la đương mô hinh ki hiêu la 𝑖.

𝑖 =1

𝜎𝑙𝑛ℰ2 =

ℰ2

𝜎ℰ2 : la trong sô phep đo, vơi 𝜎𝑙𝑛ℰ

2 la phương sai cua gia tri

đo yi.

n : la sô điêm thưc nghiêm.

Cac tham sô bj đươc xac đinh tư hê phương trinh chuân cua phương phương

binh phương tôi thiêu tuyên tinh:

𝜕𝜒2

𝜕𝑏𝑖= 0, 0 ≤ i ≤ p

1.6.1. Trường hợp không có trọng số

Trong phương pháp đo các số liệu thực nghiệm, người ta có thể bỏ qua sai số

của mỗi giá trị đo và giả định rằng các giá trị đo có cùng một sai số, lúc đó 𝑖 trong

biểu thức (1.15) là hằng số ( 𝑖= hằng số) [5]. Khi đó hệ phương trình chuẩn cho

các tham số b của phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính có trọng số không

đổi xác định theo (1.16) là:

(gTg)b = gTy,(1.17)

Ơ đây b=(b0 b1…bp)T la vectơ tham sô cua phương trinh (1.17)

y =(ln(ℰ1) ln(ℰ2) … ln(ℰ𝑛))T la vectơ cac gia tri thưc nghiêm ln(ℰ𝑖)

g : la ma trân thiêt kê cua phương phap binh phương tôi thiêu tuyên tinh vơi

cac côt la cac ham cơ sơ loai j đươc tinh tai n gia tri thưc nghiêm, vơi gi0=1, gi1=

ln(Ei), gi2= (ln(Ei))2, … gip=(ln(Ei))p

Cac tham sô bj cua mô hinh đươc xac đinh như sau:

b=[gTg]-1gTy ,(1.18)

(1.14)

(1.15)

(1.16)

phương sai cua cac tham sô b đươc xac đinh:

𝜎𝑏2 = 𝜎2(gTg)-1,(1.19)

Gia ti phương sai cua phương phap (tông binh phương trung binh sai lêch

giưa gia tri mô hinh va gia tri thưc nghiêm) cho bơi biêu thưc sau:

𝜎2 =∑ (𝑦𝑖 − 𝑖)

2𝑛𝑖=1

𝐵𝑇𝐷=𝑦𝑇𝑦 − 𝑏𝑇 𝑔𝑇𝑦

𝐵𝑇𝐷=

𝑆𝑆𝐸

𝐵𝑇𝐷

BTD la bâc tư do (Sô điêm thưc nghiêm – Sô tham sô cua ham cân khơp) =

n-(p+1)

Hiêu suât khơp đươc xac đinh bơi biêu thưc :

ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = 𝑒(∑ 𝑏𝑗

𝑝𝑗=0 (ln (𝐸))𝑗)

Vơi bj la tham sô cân xac đinh, p+1 la sô tham sô cua ham cân khơp,

E la đinh năng lương cân khơp,ln (𝐸)𝑗 la ham cơ sơ, p la câp cua đa

thưc.

Sai sô cua hiêu suât khơp tương ưng đươc tinh tư biêu thưc sau:

𝜎ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝𝜎√𝑔ℎ𝑇(𝑔𝑇𝑔)−1𝑔ℎ,(1.19)

Ơ đây, gh = (1 ln(Eh)… (ln(Eh))p)T la vectơ gia tri cac ham cơ sơ tinh tai năng

lương Eh.

1.6.2. Trường hợp có trọng số

Mỗi giá trị hiệu suất tính được tại các điểm thực nghiệm thực chất đều có sai

số riêng của nó.

Khi đó hệ phương trình chuẩn cho các tham số b của phương pháp bình

phương tối thiểu tuyến tính có trọng số, xác định theo (1.16) là:

(gTg)b=gTy

ơ đây la ma trân trong sô cua phương phap.

Tham sô bj cua mô hinh đươc xac đinh :

b=(b0 b1 … bp)T = [gTg]-1gTy

(1.17)

(1.18)

(1.19)

(1.20)

(1.21)

(1.22

2)

Phương sai cua cac tham sô đươc xac đinh:

𝜎𝑏2 = (𝑔𝑇𝑔)−1

Gia tri phương sai cua phương phap (tông binh phương trung binh sai

lêch giưa gia tri mô hinh va gia tri thưc nghiêm) cho bơi biêu thưc:

𝜎2 =∑ 𝑖(𝑦𝑖 − 𝑖)

2𝑛𝑖=1

𝐵𝑇𝐷=𝑦𝑇𝑦 − 𝑏𝑇 𝑔𝑇𝑦

𝐵𝑇𝐷=

𝑆𝑆𝐸

𝐵𝑇𝐷

Gia tri hiêu suât khơp thu đươc:

ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = 𝑒(∑ 𝑏𝑗

𝑝𝑗=0 (ln (𝐸))𝑗)

Sai sô cua hiêu suât khơp:

𝜎ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝 = ℰ𝑘ℎ𝑜𝑝√𝑔ℎ𝑇(𝑔𝑇𝑔)−1𝑔ℎ

Ngoài ra còn một số phương pháp khác có thể được sử dụng, nhưng trong

phạm vi khóa luân này chỉ để cập đến phương pháp trên để sử dụng cho khớp hiệu

suất ghi đo.

1.7. Môt sô hiêu chinh trong phep đo hiêu suât

1.7.1. Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh

Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất đỉnh được thể hiện trong Hình 1.6.

Hình 1. 6: Sự phụ thuộc năng lượng của hiệu suất

(1.23)

(1.24)

(1.25)

(1.26)

Hiệu suất giảm ở vùng năng lượng thấp là do sự hấp thụ tia gamma năng

lượng thấp trên lớp chết mặt ngoài đầu dò tăng lên. Tại vùng năng lượng cao, hiệu

suất giảm là do hạn chế về thể tích của đầu dò [1]. Để xác định sự phụ thuộc của

hiệu suất vào năng lượng chúng ta có thể dùng các nguồn chuẩn có năng lượng đã

biết trước.

1.7.2. Yếu tố hình học đo

Hầu hết các hệ phổ kế bán dẫn đều không chỉ được sử dụng cho riêng một

hình học đo riêng lẻ nào cả. Các nguồn được đo có thể khác nhau đáng kể về hoạt

độ và thành phần cho nên khoảng cách từ nguồn đến đầu dò hay hình học đo phải

được điều chỉnh tương ứng. Các nguồn có thể khác nhau về kích thước hay là vật

liệu phóng xạ có thể được đưa vào trong các chất nền khác nhau

- Ảnh hưởng do khoảng cách của nguồn và đầu dò.

Cường độ tia gamma phát ra từ một nguồn sẽ giảm theo khoảng cách tương

ứng với quy luật nghịch đảo bình phương. Điều này có thể áp dụng cho các nguồn

điểm và các đầu dò điểm. Một vấn đề dễ nhận thấy nhất là không thể đo trực tiếp

khoảng cách thực sự từ nguồn đến bề mặt vùng hoạt động của đầu dò. Bởi vì sự hấp

thụ toàn phần của các tia gamma thường bao gồm cả tán xạ nhiều lần bên trong đầu

dò, điểm tương ứng khoảng cách zero phải ở đâu đó bên trong tinh thể đầu dò[5].

Điểm này có thể được suy ra bằng thực nghiệm. Giả sử rằng quy luật nghịch đảo

bình phương có tác dụng do đó tốc độ đếm R phải thay đổi theo:

𝑅 ∼1

𝑑2,

Bây giờ khoảng cách d là tổng của khoảng cách đã biết từ nguồn đến lớp vỏ

ngoài của đầu dò D và khoảng cách chưa biết từ điểm tương ứng khoảng cách zero

bên trong đầu dò đến lớp vỏ ngoài đầu dò d0:

d=D+d0,

kêt vơi (1.27) va (1.28) ta đươc:

1

√𝑅=kD+kd0

Vơi k la hăng sô, Vậy nếu như hoạt độ của một nguồn được đo ở các khoảng

cách D khác nhau và 1/√R được vẽ theo khoảng cách, điểm giao với trục x sẽ là d0,

(1.27)

(1.28)

(1.29)

R có thể là tốc độ đếm toàn phần hay tốc độ đếm ở một đỉnh riêng biệt được xác

định bằng diện tích đỉnh trong phổ.

- Ảnh hưởng của sự khác biệt hình học nguồn

Tại một khoảng cách từ nguồn đến đầu dò cố định, sự phân bố vật liệu phóng

xạ bên trong một thể tích khác với việc tập trung nó trong một nguồn điểm làm

giảm cường độ tia gamma đến đầu dò. Với một nguồn điểm việc tính toán góc khối

tới đầu dò giúp xác định cường độ tia gamma đến là dễ dàng. Đối với các nguồn có

kích thước, sự tính toán góc khối hiệu dụng là phức tạp vì mỗi điểm bên trong

nguồn đều có một ảnh hưởng khác nhau đối với đầu dò và do vậy sẽ đóng góp vào

cường độ tia gamma toàn phần với các mức độ khác nhau [8.9].

1.7.3. Hiệu ứng trùng phùng tổng

Hiệu ứng trùng phùng tổng (summing coincidence ) gây ra do hai hay nhiều

tia gamma sinh ra trong quá trình dịch chuyển từ các trạng thái kích thích về trạng

thái cơ bản của hạt nhân. Ví dụ tia gamma đầu tiên chuyển toàn bộ năng lượng của

nó cho tinh thể, nếu tia gamma này bị chập với tia gamma đến sau, khi đó một xung

tổng sẽ được ghi nhận dẫn tới mất sự kiện ở đỉnh toàn phần của tia gamma đến

trước và có thể cả với tia gamma đến sau. Xác suất xảy ra hiệu ứng chồng chập gia

tăng theo hiệu suất, do vậy thay đổi khoảng cách nguồn-đầu dò, tốc độ đếm hoặc

hình học đo thì hiệu ứng sẽ thay đổi [1,4].

Hình 1. 7: Sự hình thành đỉnh tổng phổ gamma của Co60

Chương 2 – THỰC NGHIỆM

2.1. Phần mền k0_IAEA

2.1.1. Phần mềm k0-IAEA

Các bước cơ bản sử dụng k0-IAEA trong tính toán hiệu suất ghi cho detector

Bước 1: Soạn thảo permanent database và nhập thông tin cấu hình detector

và thông tin của các container đựng mẫu, các vật liệu của mẫu chuẩn, hoặc vật liệu

của nguồn chuẩn.

Bước 2: Chuẩn năng lượng và độ phân giải tương ứng với detector

Bước 3: Chuẩn hiệu suất detector.

Bước 4. Báo cáo kết quả.

Giao diên ban đâu sau khi cai đăt xong phân mêm k0_IAEA như hinh 1.6

phia dươi.

Hình 2. 1: Giao diện ban đầu của phần mềm k0-IAEA

Trinh đơn file

- New : Sử dụng lệnh này để tạo một bài toán mới trong k0-IAEA

- Open: Dùng để mở một series đang có bằng File open dialogbox. Nếu một

Series mở rồi, nó sẽ được lưu và đóng tự động trước khi mở một Series mới

- Report: tạo và lưu báo cáo của các series hiện hành, chỉ thực hiện việc báo

cáo đối với các mẫu thông thường, vỏ bọc mẫu và các vật liệu tham khảo

Close: Đóng một series đang mở

- Exit : Thoát khỏi chương trình k0-IAEA

Trình đơn Edit

- Sereies database: Soạn thảo.

- Permanent database: Khai báo các thư viện có sẵn bao gồm thông tin về

người sử dụng phần mềm, các mẫu chuẩn, cấu hình detector, các hộp đựng mẫu, vật

liệu cấu tạo nên đầu dò và mẫu chuẩn…

- Select sample: Chọn mẫu cần xử lý

- Next sample : Chọn mẫu quan tâm kế tiếp trong chuỗi (series)

- Previuos sample: Chọn mẫu quan tâm trước đó. Mẫu này và phổ của nó

họăc các dữ liệu liên quan sẽ được hiển thị

- Map fluxes : Tạo một bản đồ thông lượng trong vật chất chiếu xạ, xác định

thông lượng của mẫu từ thông lượng quan sát được bằng comparator.

- Interpret selected sample: Phân tích mẫu được chọn

- Option for interpretation: Thiết lập một số lựa chọn ảnh hưởng đến quá

trình phân tích.

- Interpret all sample: Phân tích cùng lúc nhiều mẫu

Trình đơn phân tích phổ

- Perform pear seach: Nhận biết các đỉnh trong phổ

- Modify estimates and fit: Đây là danh sách các vùng làm khớp và sử dụng

sự đánh giá đỉnh được đề nghị để khảo sát và bổ sung. Sau đó các đỉnh được làm

khớp lại và sử dụng sự đánh giá mới.

- Reanalyze all peaks : Lặp lại các kết quả làm khớp được hiện hành thay cho

sự đánh giá và việc làm khớp.

- Write peak areas to file: Ghi dữ liệu diện tích đỉnh theo năng lượng ra file

“*.k0p”.

Calibration: Hiệu chuẩn năng lượng và hình dạng

* Fit calibration speaks: Các đỉnh free-standing được làm khớp để sử

dụng trong việc chuẩn năng lượng hoặc hình dạng ở trang kế tiếp. Sự tìm

đỉnh được làm trước tiên nếu nó chưa được làm xong.

* Energy calibration: Chuẩn năng lượng theo số kênh.

* FWHM calibration: Chuẩn độ phân giải FWHM theo năng lượng.

2.2. Nhập liệu cho các nguồn được sử dụng để chuẩn năng lương

Trong phần này các thông số về hệ đo và hệ chiếu phải được mô tả chính xác

bởi người tiến hành thực hiện.

Các nguồn được sử dụng để tiến hành thí nghiệm là Am241, Cd109, Co 57, Ba133,

Cs 137, Cs 137, Co 60, Eu152 có hoạt độ và ngày sản xuất như bảng dưới đây

Bảng 2. 1: Thông tin của các nguồn chuẩn

Nguyên tố A0 (Bq) Ngày sản xuất

Am241 417 1/5/2002 0:00

Cd109 37000 1/12/2014 12:00

Co 57 37000 1/12/2014 12:00

Ba133 37000 1/12/2014 12:00

Cs 137 9250 1/12/2014 12:00

Mn54 37000 1/1/2015 12:00

Co 60 37000 1/1/2015 12:00

Na22 37000 1/12/2014 12:00

Eu152 304.1 15/5/2002 12:00

Đây là bộ nguồn Model Cal2601 Gamma Standard, được sử dụng trong

phòng thí nghiệm tại Trung tâm Vật lý và Điện tử hạt nhân, viện nghiên cứu hạt

nhân Đà Lạt.

Nguồn có dạng trụ nhỏ, đường kính 1mm, chiều cao 1mm được bao phủ bởi

lớp plastic dày 2,7mm, có đường kính toàn phần 25,4mm, chiều cao toàn phần

6,4mm như hình bên dưới[1,8].

Hình 2. 2: Mặt cắt ngang của nguồn

Hình 2. 3: Mặt cắt dọc của nguồn

2.2.1 Soạn thảo dữ liệu cơ bản ( Edit permanent database)

Mở phân mềm k0_IAEA, vào edit chon permanent database, ban đầu sẽ xuất

hiện hộp thoại để mô tả các thông số về hệ đo, hệ chiếu, mẫu…

Ghi chú: để khai báo mới ta chọn add hoạc sữa đổi thông tin đã khai báo trước ta

chon edit có sẳn trong các hộp thoại.

2.4mm

25.4mm

6.4mm

Analysts: khai báo thông tin người tiến hành phân tích cũng như vai trò của

người phân tích.

Hình 2. 4: Hộp thoại Analysts

Certificates: được khai báo theo 2 phần khác nhau:

a) chemical elements

Hình 2. 5: Hộp thoại Certificates/Chemical elements

Khai báo giá trị hàm lượng được chứng nhận (Certificated values) của các

nguyên tố hoá học trong các dạng chất chuẩn sử dụng trong quy trình phân tích bao

gồm mẫu chuẩn (SRMs-Sample Reference Materials), các lá dò (comparators)…

b) Radionuclides

phải khai báo tên các nguồn dùng trong hiệu chuẩn, khai báo về hoạt độ ban

đầu của nguồn chuẩn được sử dụng và ngày giờ do nhà sản xuất cung cấp

Hình 2. 6: Hộp thoại Certificates/Radionuclides

Detectors

khai báo một detector như sau: loại detector, tên detector, kích thước tinh

thể, kích thước vùng hoạt, kích thước vỏ bộc, vật liệu làm cửa sổ…

Hình 2. 7: Hộp thoại khai báo detector

Khai báo detector với các thông tin cụ thể như sau:

Phần mềm được ứng dụng cho cả 2 loại detector bán dẫn dạng đồng trục

(coaxial) và dạng giếng (well)

Bảng 2. 2: Chú thích về kích thước các bộ phận của detector

Kích thước(mm) Detector dạng đồng trục Detector dạng giếng

A Đường kính của tinh thể Đường kính của tinh thể

B Độ dài của tinh thể Độ dài của tinh thể

C Bề dày của lớp chết Không sử dụng

D Khoảng cách từ nắp đến tinh thể Không sử dụng

E Đường kính nắp trên Không sử dụng

F Bề dày nắp trên Bề dày nắp

G Đường kính của core Đường kính của giếng

H Độ cao của core Chiều cao của giếng

Elements

Lựa chọn các nguyên tố quan tâm trong mẫu từ các nguyên tố có sẳn, Cột

“Available” là các nguyên tố có sẳn, cột “selected” là các nguyên tố được quan tâm

trong phép phân tích được lấy từ “Available”.

Hình 2. 8: Hộp thoại Elements

Facilities

Dùng để khai báo một kênh chiếu chọn mục. Tiếp theo nhấn vào “Add” để

tạo một kênh chiếu, đặt tên cho kênh chiếu và khai báo các thông số đặc trưng ban

đầu của kênh chiếu để lưu trữ, quản lý đặc trưng của các kênh chiếu theo thời gian.

Hình 2. 9: Hộp thoại Facilities

Matrices

Khai báo các chất nền (thành phần đa lượng > 0.1%) trong tất cả các vật liệu

sử dụng trong quy trình bao gồm: Các dạng chất chuẩn cho từng đối tượng cụ thể

như đất, trầm tích, địa chất, sinh học, …Các vật liệu làm chất mang trong thành

phần các lá dò (Al, Zr, Ni, …), các vật liệu làm bao bì đóng gói mẫu trong quá trình

phân tích (PE,quartz ,paper ,…).

Hình 2. 10: Hộp thoại Matrices

Recipients

Khai báo mô tả về hình dạng, kích thước của các bì đựng mẫu.

Hình 2. 11: Hộp thoại Recipients

Sau khi đã hoàn tất nhập liệu cho các thông số trên, chọn lệnh Exit để thoát

khỏi giao diện hiện tại.

2.2.2 Khai báo seria databases cho mẫu Đầu tiên

cần tạo một thư mục mới để lưu các dữ liệu sẽ được phân tích bằng cách vào

file -> new.

Hình 2. 12: hộp thoại tao thự mục mới

Tiến hành phân tích dữ liệu bằng cách vào Edit->Series database, đầu tiên sẽ

xuất hiện hộp thoại khai báo số lượng mẫu sử dụng (Samples)

Sample

Hình 2. 13: Hộp thoại Samples

Chọn add để khai báo mới số lượng mẫu sử dụng, xuất hiện các hộp thoại

con như hình dưới:

Hình 2. 14: Các hộp thoại con trong quá trình tạo nhóm mẫu

Chú ý: ở ô “sample type” có thể chọn mẫu theo các loại: Ordinary (mẫu cần

phân tích hàm lượng), Comparator (mẫu lá dò), và Blank (mẫu trắng), Source

(nguồn phóng xạ) và cuối cùng là Ref.Material (mẫu vật liệu quy chiếu).

Số mẫu được tạo tương ứng chúng ta sẽ khởi tạo trong mục “first sample” và

“last sample”.

Ví dụ: muốn tạo ra 3 mẫu Ordinary, ta nhập giá trị bằng 1 tại ô “first

sample” và nhập giá trị bằng 3 tại ô “last sample”.

“Geomegy” Chọn dạng hình học của mẫu, Powder/Liquid : Bột/ Chất lỏng

Foil: Lá mỏng; Slab: Tấm mỏng; Wire: dây

“Matrix type ” Chọn loại Matrix ứng với thí nghiệm của chúng ta.

Hình 2. 15: Hộp thoại các bước tiếp theo của khai báo mẫu

→ → →

→ →

→

Chọn Finish đẻ kêt thúc quá trình khai báo mẫu.

Packaging:

Cho phép người dùng khai báo loại bao bì đựng mẫu (Ricepent), ngày giờ

đóng mở bì, chiều cao của mẫu theo đơn vị (mm), khối lượng của các mẫu theo đơn

vị khối lượng (mg)

Hình 2. 16: Hộp thoại Packaging

Chọn lệnh “Packaging/ Add” sẽ hiện lên cửa sổ như các hình dưới đây:

Hình 2. 17: Các hộp thoại con lần lượt xuất hiện trong quá trình khai báo Pakaging

Chú ý: “Selected” chọn các mẫu cần đóng gói, nếu là mẫu phong thì không

cần đóng gói.

“Recipent” chon hình dạng bao bì đóng gói đã được khai báo sẵn.

“Packaging Date và Packaging Time” khai báo thời gian đóng gói mẫu

“Unpackaging Date và Unpackging Time” khai báo thời gian mở gói mẫu.

Có thể chọn số mẫu được đóng gói và nhập ngày giờ tương ứng đóng gói và

mở gói cho các nhóm mẫu cùng thời gian, hoặc nhập thời gian cụ thể cho từng mẫu

Sau khi đã đến bước cuối cùng của quá trình Packaging, ta chọn “finish”

Để xem lại cụ thể thông tin mẫu đã đóng gói, trọng hộp thoại Packaging ta

chọn “Sample” và chọn mẫu cần xem, hộp thoại thông tin về mẫu sẽ xuất hiện như

hình dưới:

→ →

→ → →

Hình 2. 18: Hộp thoại thông tin về mẫu đã khai báo

Measurement:

Trong mục “Measurement” chọn “Add” để khai báo các mẫu được đo. Hiện

lên các hộp thoại phụ như sau:

Hình 2. 19: Quá trình khai báo các mẫu cần đo

→ →

→ → →

Chú ý: “Selected” chọn các mẫu cần tiến hành đo.

“Detector” Chọn cấu hình đầu dò được sử dụng (đã được khai báo

trước)

“Distance” nhập thông tin khoảng cách đo từ mẫu đến đầu dò (chú ý

đơn vị ở đây là mm)

Đối với thời gian của quá trình ghi đo, khi phân tích thì chương trình sẽ tự

động truy xuất từ file phổ tương ứng của các mẫu.

Một mẫu có thể ghi đo nhiều lần tuỳ vào quá trình thí nghiệm của chúng ta,

trong phần “Measurement” cho phép một mẫu có thể được đo nhiều lần với các

khoảng cách và các detector khác nhau (các detector này đã được khai báo) chương

trình có thể hiểu được. Để khai báo các lần đo tiếp theo ta lặp lại các bước đã nêu ở

trên.

Sau khi hoàn thành quá trình trên, để xem lại thông tin cụ thể của từng mẫu

đã khai báo, trong ô sample ta chọn mẫu cần xem, thông tin về mẫu sẽ được xuất

hiện như hình bên dưới. Chọn lệnh “Edit” nếu muốn thay đổi thông tin về mẫu.

Hình 2. 20: Hộp thoại Mesurement về mẫu sau khi đã được khai báo

Chú ý: trong mục “Spectrum finename” cần khai báo đường dẫn lưu phổ cho

mỗi mẫu để phần mềm có thể tiến hành phân tích.

“Peak areas file” phần mềm sẽ tự động tạo ra mục này sau khi phân

mềm đã tiến hành đo xong.

Sau khi kết thúc quá trình khai báo cho các nhóm mẫu “series”, kích vào

lệnh “Exit” để xác nhận kết thúc quá trình khai báo một nhóm mẫu và lưu các

thông tin vừa soạn thảo vào file ta đã tạo ra “C:\k0-IAEA\...\Newname” (có thể đặt

tên theo mong muốn của người phân tích)

2.2.3 Phân tích mẫu

Chọn các mẫu và phân tích mẫu bằng lệnh “Edit/ Interpret selected sample”

hoặc “Edit/ Interpret all sample” để phân tích tất cả các mẫu đã khai báo.

Kết thúc quá trình khai báo các nhóm mẫu “series”, ta có thể tiến hành phân

tích thành phần của mẫu sẽ được trình bày trong phần dưới đây:

2.2.3.1 . Hiệu chuẩn năng lượng ứng với số kênh và độ phân giải

Chuẩn năng lượng theo số kênh

Bước 1: “Edit / select samples” sẽ hiện lên hộp thoại dưới đây, chọn number

1, là phổ phong để thực hiện chuẩn năng lượng:

Hình 2. 21: Chọn phổ phong

Bước 2: Trong mục “Spectrum analysis / Perform peak search”, để nhận

biết các đỉnh trong phổ.

Hình 2. 22: Nhận biết các đỉnh trong phổ

Bước 3: “Spectrum analysis / List of detected peaks”, để hiện thị các đỉnh

năng lượng trong phổ mà chương trình đã nhận biết được, sau đó chọn OK:

Hình 2. 23: Các đỉnh năng lượng được nhận biết

Bước 4: “Spectrum analysis / Calibration / Fit calbration peaks” để khớp vị

trí các đỉnh.

Hình 2. 24: Fit calibration peaks

Bước 5: “Spectrum analysis / Calibration / Energy calibration” để chuẩn

năng lượng theo số kênh, chương trình sẽ hiện lên các thông báo như các hình dưới

đây. Vào “Edit” nếu muốn hiệu chuẩ lại nặng lượng.

Hình 2. 25: Danh sách các đỉnh năng lượng được fit

Hình 2. 26: Thông báo các đĩnh năng lượng đã được làm khớp

Để lưu lại, chọn lệnh được miêu tả như hình dưới:

Hình 2. 27: Lưu đường chuẩn năng lượng

mẫu tương tự sử dụng detector ta có thể không cần hiệu chỉnh năng lượng

theo số kênh, chương trình sẽ sử dụng các đường chuẩn đã lưu trước đó.

Hình 2. 28: Đường chuẩn năng lượng theo số kênh

Chuẩn độ phân giải

Tiếp theo, tiến hành chuẩn độ phân giải theo năng lượng cho detector: chọn

lệnh “Spectrum analysis/ Calibration/ FWHM calibration”.

Hình 2. 29: Chuẩn độ phân giải cho detector theo năng lượng

Ban đầu xuất hiện hộp thoại thông báo “có xung nhiễu trong phổ không?”, ta

chọn “No” và thực hiện các lệnh được miêu tả trong các hình dưới đây:

Hình 2. 30: Các hộp thoại trong chuẩn FWHM

Chọn lệnh “View/ Curver for the spectra/ FWHM” để xem đường cong độ

phân giải năng lượng.

Hình 2. 31: Xem đường chuẩn FWHM

Hình 2. 32: Đường cong độ phân giải theo năng lượng

Tiến hành lưu lại dạng đường cong chuẩn năng lượng:

Hình 2. 33: Lưu dạng chuẩn FWHM

2.2.3.2 . Phân tích phổ phong

Chọn lệnh “Spectrum analysis / analyze all peaks” để tiến hành phân

tích tất cả các đỉnh trong phổ. Các bước tiến hành phân tích phổ phong được miêu

tả cụ thể bởi các hình dưới đây:

Hình 2. 34: Phân tích tất cả các đỉnh

Hình 2. 35: Ghi các đỉnh được phân tích ra file

Hình 2. 36: Lưu phổ phong đối với detector mà ta dùng để do

Hình 2. 37: Hộp thoại thông báo đã lưu phổ phong

Lưu ý: Phổ phong được ghi nhận bởi một detector chỉ cần được phân tích

một lần, nó đã được lưu vào cơ sở dữ liệu Permanent_data.k0i của chương trình, do

đó đối với các phép đo sử dụng detector đã được hiệu chuẩn năng lượng, FWHM và

phong đã lưu, ta chỉ cần khai báo các mẫu cần phân tích mà không cần khai báo phổ

phong, chương trình sẽ lấy dữ liệu file phổ phong cũ đã khai báo trước đó.

2.2.4 Tính hiệu suất cho các nguồn

Ví dụ tính hiệu suất cho nguồn Eu-152 tại vị trí 15cm.

Bước 1: Edit/ seclect sample, chương trình hiển thị bảng như sau, chọn OK:

Hình 2. 38: Chọn nguồn phân tích

Bước 2. View/ Select spectrum of interest…,ở đây có 4 vị trí đo, mỗi dòng

thể hiện một vị trí đo với các khoảng cách 0cm, 5 cm, 10cm, 15 cm mà đã khai báo

ở phần trước. Ta chọn tại vị trí 15cm để tiến hành đo và chọn OK .

Hình 2. 39: Chọn vị trí từ nguồn đến detector

Phổ Eu đã đo hiện thị trong k0-IAEA như hình sau:

Hình 2. 40: Phổ nguồn Eu_152 đã đo

Bước 3. Spectrum analysis\ perform peak seach

Bước 4. Spectrum analysis \ Annalyze all peaks

Bước 5. Spectrum analysis \ write peak areas to file…

Bước 6. Edit \ Interpret selected sample, chương trình sẽ tính toán và hiện

lên cửa sổ sau.

Hình 2. 41: Chương trình đang tính toán

Sau khi việc tính toán hiệu suất ghi kết thúc, sẽ xuất hiện hộp thoại thông báo

sau, chọn “OK”.

Hình 2. 42: Hộp thoại báo hoàn thành

Bước 7. View \ numerical results để xem kết quả, chương trình sẽ hiển thị

cửa sổ như sau.

Hình 2. 43: Kết quả của đường chuẩn hiệu suất

Các cột thể hiện giá trị lần lượt của: Năng lương nguồn, hiệu suất ghi trước

khi hiệu chuẩn, sai số hiệu suất trước khi hiệu chuẩn, hệ số hiệu chuẩn, hiệu suất ghi

sau khi được hiệu chuẩn, hệ số z-score, tỉ số đỉnh trên tổng, tỉ số thoát đơn, tỉ số

thoát đôi.

Bước 8. lưu vào thư viện permanent database

Hình 2. 44: Lưu kết quả vào thư viện permanent database

Bước 9. Chọn lệnh “Detector \ efficiency curves \ export actual point data to

file” , để xuất dữ liệu đã tính toán ra file dạng *.k0e.

Hình 2. 45: Hộp thoại lưu file

Kết quả được hiện thị trong file *.k0e như sau:

Hình 2. 46: Kết quả file đã lưu về

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả xác định hiệu suất ghi của đầu dò theo khoảng cách

Sau khi tiến hành phân tích phổ bằng phần mềm k0_IAEA ta thu được phổ

phân bố độ cao xung tại các vị trí lần lượt từ 0cm, 5cm, 10cm, 15cm của các nguồn.

Sai số hiệu suất ghi của đầu dò được xác định bằng công thức truyền sai số sau:

σeff = √σ𝑁𝑝2 + σ𝐴

2 + σε2

trong đó:

σε là sai số giữa độ lệch εɤ và εfit (hiệu suất trước và sau hiệu chuẩn)

σε = √∑ (

|ε𝑓𝑖𝑡−εɤ|

εɤ)2

𝑘𝑛

𝑛(𝑛−1)

σ𝑁𝑝 là sai số thống kê (diện tích đỉnh) được xác định bơi công thức

σNp = √∑ 𝜎𝑁𝑝

2𝑘𝑛

𝑛(𝑛−1)

σ𝐴 là sai số hoạt độ nguồn được xác định bởi công thức

σA = 1

𝑛√∑𝜎𝐴𝑖

2

Với 𝜎𝐴𝑖 là sai số hoạt độ của các nguồn Am241, Cd109, Co 57, Ba133, Cs

137, Cs 137, Co 60, Eu152.

Kết quả tính hiệu suất ghi bằng Excel (với sai số hiệu suất ghi được tính từ

công thức truyền sai số trên) và phần mềm k0_IAEA tại bốn vị trí được biểu diễn

lần lượt sau đây:

(3.1)

(3.3)

(3.4)

(3.2)

Tại vị trí 0cm

Bảng 3. 1: Kết quả hiệu suất ghi được tính bởi Excel chư hiệu chính trùng phùng và phần mềm

k0_IAEA tại vị trí cách detectoe 0 cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ

(Bq)

Hiệu suất

(excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất

(k0_IAE

A)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.531E-02 6.18E-04 4.04% - -

Cd-109 88.00 37000 3.445E-02 1.05E-03 3.05% 2.46E-02 28.59%

Co-57

122.06 37000 3.039E-02 1.08E-03 3.55% 3.81E-02 25.37%

136.47 37000 3.172E-02 9.57E-04 3.02% 3.87E-02 21.99%

Ba-133

276.40 37000 1.155E-01 3.51E-03 3.04% 2.44E-02 78.87%

302.85 37000 1.134E-01 3.41E-03 3.01% 2.25E-02 80.15%

356.01 37000 1.016E-01 3.05E-03 3.00% 1.98E-02 80.50%

383.85 37000 1.049E-01 3.16E-03 3.01% 1.88E-02 82.08%

Cs-137 661.66 9250 7.286E-02 2.19E-03 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 1.292E-02 3.90E-04 3.02% - -

Co-60 1173.20 37000 2.743E-02 8.26E-04 3.01% 7.42E-03 72.95%

Na-22 1274.50 37000 1.498E-02 4.53E-04 3.03% 7.99E-03 46.67%

Co-60 1332.50 37000 2.484E-02 7.48E-04 3.01% 6.68E-03 73.10%

Hình 3. 1: đồ thị đường cong hiệu suất tại vị trí cách detector 0 cm chưa hiệu chính hiệu ứng

trùng phùng thực

Nhận xét: Tại vị trí 0cm, ảnh hưởng mạnh của hiệu ứng trùng phùng thực và trùng

phùng ngẫu nhiên và thời gian chết của hệ đo là 6%, nếu như chỉ tính toán chỉ sử

dụng k0-IAEA và Excel, hiệu suất thực nghiệm đều không chính xác. Vì vậy tại vị

trí 0cm phải hiệu chính hiệu ứng trùng phùng, các giá trị hiệu suất và đường cong

hiệu suất đã hiệu chính hiệu ứng trùng phùng thực như hình đưới đây.

Bảng 3. 2: Giá trị hiệu suất ghi thực nghiệm đã hiệu chính trùng phùng thực

Energy (keV) effp-corrected relative error

59.5409 1.57E-02 4.66%

88.0336 1.06E-01 3.05%

122.06 1.78E-01 3.55%

136.47 1.87E-01 3.02%

276.4 1.34E-01 3.04%

302.85 1.29E-01 3.01%

356.01 1.15E-01 3.00%

383.85 1.10E-01 3.01%

661.657 7.63E-02 3.01%

834.848 6.90E-02 3.02%

1173.228 4.85E-02 3.01%

1274.537 5.14E-02 3.03%

1332.492 4.43E-02 3.01%

.-5.4

-4.9

-4.4

-3.9

-3.4

-2.9

-2.4

-1.9

-1.44.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

ln(eff_practical)

ln(eff_fit)

Poly. (ln(eff_practical))

Poly. (ln(eff_fit))

ln(e

ffln(Energy) (keV)

Hình 3. 2: Đường cong hiệu hiệu suất tại vị trí 0 cm đã hiệu chính trùng phùng thực

Hình 3. 3: Giá trị hiệu suất tại vị trí 0 cm được ngoại suy từ vị trí 15 cm bằng phần mềm

k0_IAEA

y = 0.0775x5 - 2.4716x4 + 31.346x3 - 197.69x2 + 619.52x - 772.61

-4.4

-3.9

-3.4

-2.9

-2.4

-1.9

-1.44.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

ln(eff_practical)

l

ln(En

Hình 3. 4: Đường cong hiệu suất tại vị trí 0cm k0_IAEA

Tại vị trí 5cm

Bảng 3. 3: Kết quả hiệu suất ghi được tính bởi Excel và phần mềm k0_IAEA tại vị trí cách

detector 5 cm

Đồng vị

E(keV)

Hoạt độ

(Bq)

Hiệu suất

(excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu

suất

(k0_IA

EA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 4.896E-03 1.51E-04 3.09% - -

Cd-109 88.00 37000 2.388E-02 7.18E-04 3.00% 2.46E-

02 3.00%

Co-57

122.06 37000 3.763E-02 1.13E-03 3.00% 3.81E-

02 1.25%

136.47 37000 3.838E-02 1.16E-03 3.02% 3.87E-

02 0.83%

Ba-133 276.40 37000 2.386E-02 7.19E-04 3.01% 2.44E-

02 2.26%

302.85 37000 2.225E-02 6.69E-04 3.00% 2.25E-

02 1.11%

356.01 37000 2.004E-02 6.01E-04 3.00% 1.98E-

02 1.18%

383.85 37000 1.895E-02 5.84E-04 3.08% 1.88E-

02 0.78%

Cs-137 661.66 9250 1.209E-02 3.63E-04 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 9.258E-03 2.79E-04 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 7.244E-03 8.26E-04 3.01% 7.42E-

03 2.44%

Na-22 1274.50 37000 7.156E-03 4.53E-04 3.03% 7.99E-

03 11.65%

Co-60 1332.50 37000 6.638E-03 7.48E-04 3.01% 6.68E-

03 0.64%

Đường cong hiệu suất ghi tai vị trí 5 cm tính bằng phương pháp khớp bình phương

tối thiểu


y = 0.07798x5 -2.42304x4 +30.07249x3 -186.330x2 + 575.4689x - 710.7338

-5.4

-4.9

-4.4

-3.9

-3.4

4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000

ln(eff_practical)

ln(eff_fit)

ln(e

ff)

ln(Energy) (keV)

Hình 3. 6: Đường cong hiệu suất và đường cong đỉnh trên tổng cách detector 5 cm sử dụng

k0_IAEA

Nhận xét: giá trị hiệu suất tại vị trí 5cm tính bằng phần mềm k0_IAEA và Excel là

phù hợp, độ lệch giữa các giá trị là nhỏ. Độ lệch hiệu suất tính cho nguồn 109Cd là

3% và nguồn 22Na là 11.2%, nguyên nhân do diện tích đỉnh giữa hai chương trình

k0_IAEA và chương trình Gamma vision có sự chênh lệch do hàm làm khớp khác

nhau, tuy nhiên các giá trị ghi nhận đều nằm trong khoảng sai số cho phép.

Tại vị trí 10cm

Bảng 3. 4: Kết quả hiệu suất ghi được tính bởi Excel và phần mềm k0_IAEA tại vị trí cách

detectoe 10 cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ

(Bq)

Hiệu suất

(excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất

(k0_IAEA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.919E-03 6.20E-05 3.23% - -

Cd-109 88.00 37000 1.000E-02 3.13E-04 3.13% 9.99E-03 0.14%

Co-57 122.06 37000 1.406E-02 4.28E-04 3.04% 1.41E-02 0.31%

136.47 37000 1.451E-02 4.50E-04 3.10% 1.43E-02 1.43%

Ba-133

276.40 37000 9.466E-03 2.86E-04 3.03% 9.68E-03 2.27%

302.85 37000 8.903E-03 2.68E-04 3.01% 8.94E-03 0.42%

356.01 37000 7.940E-03 2.41E-04 3.04% 7.95E-03 0.13%

383.85 37000 7.540E-03 2.28E-04 3.03% 7.53E-03 0.13%

Cs-137 661.66 9250 4.943E-03 1.56E-04 3.16% - -

Mn-54 834.85 37000 4.439E-03 1.34E-04 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 3.080E-03 9.32E-05 3.03% 3.10E-03 0.66%

Na-22 1274.50 37000 3.106E-03 9.33E-05 3.00% 3.29E-03 5.91%

Co-60 1332.50 37000 2.813E-03 8.61E-05 3.06% 2.84E-03 0.97%


y = 0.0921x5 - 2.8613x4 + 35.401x3 - 218.02x2 + 667.73x - 816.93

-6.5

-6

-5.5

-5

-4.5

-4

3.50000 4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000 7.50000

ln(e

ff)

ln(Energy) (keV)

ln(eff_practical)

ln(eff_fit)

Poly. (ln(eff_fit))

Poly. (ln(eff_fit))


k0_IAEA


phù hợp, độ lệch giữa các giá trị là nhỏ.

Tại vị trí 15cm

Bảng 3. 5: : Kết quả hiệu suất ghi được tính bởi Excel và phần mềm k0_IAEA tại vị trí cách

detector 15 cm

Đồng vị E(keV)

Hoạt độ

(Bq)

Hiệu suất

(excell)

Sai số Sai

số(%)

Hiệu suất

(k0_IAEA)

Độ lệch

Am-241 59.54 417 1.001E-03 3.20E-05 3.20% - -

Cd-109 88.00 37000 4.707E-03 1.42E-04 3.01% 4.85E-03 3.05%

Co-57

122.06 37000 6.856E-03 2.17E-04 3.16% 6.82E-03 0.52%

136.47 37000 7.115E-03 2.23E-04 3.13% 7.13E-03 0.21%

Ba-133 276.40 37000 4.615E-03 1.39E-04 3.01% 4.69E-03 1.63%

302.85 37000 4.344E-03 1.30E-04 3.00% 4.33E-03 0.32%

356.01 37000 3.879E-03 1.17E-04 3.01% 3.89E-03 0.29%

383.85 37000 3.668E-03 1.10E-04 3.01% 3.69E-03 0.60%

Cs-137 661.66 9250 2.514E-03 7.58E-05 3.01% - -

Mn-54 834.85 37000 2.303E-03 6.94E-05 3.01% - -

Co-60 1173.20 37000 1.580E-03 4.75E-05 3.01% 1.59E-03 0.60%

Na-22 1274.50 37000 1.648E-03 4.95E-05 3.00% 1.67E-03 1.32%

Co-60 1332.50 37000 1.446E-03 4.35E-05 3.01% 1.41E-03 2.49%


-7.5

-7

-6.5

-6

-5.5

-5

-4.5

-4

3.50000 4.00000 4.50000 5.00000 5.50000 6.00000 6.50000 7.00000 7.50000

ln(e

ff)

ln(Energy) (keV)

ln(eff_practical)

ln(eff_fit)

Poly. (ln(eff_fit))

Poly. (ln(eff_fit))


k0_IAEA


phù hợp, độ lệch giữa các giá trị là nhỏ. Độ lệch hiệu suất tính cho nguồn 109Cd

khoảng 3% nguyên nhân do diện tích đỉnh giữa hai chương trình k0_IAEA và

chương trình Gamma vision có sự chênh lệch do hàm làm khớp khác nhau, tuy

nhiên các giá trị ghi nhận đều nằm trong khoảng sai số cho phép.

Sử dụng phần mềm k0_IAEA tính hiệu suất tại khoảng cách 15cm cho các bộ

nguồn chuẩn gồm 152Eu, 133Ba, 57Co, 60Co, 22Na và các giá trị hiệu suất tính bằng

Excel cho các nguồn đơn gồm 137Cs, 231Am, 109Cd, 54Mn. ta soạn thảo sẵn file hiệu

suất ghi nhập vào tại vị trí 15cm cho phần mềm k0 như như hình dưới:

Hình 3. 11: Giá trị được tính cho các bộ nguồn chuẩn bằng k0_IAEA

*Ngoại suy đường cong hiệu suất với k0_IAEA

Thay vì tiến hành đo hiệu suất tại vị trí khác nhau để xây dựng đường cong

hiệu suất tại mỗi vị trí đó, thì chương trình k0_IAEA cho phép ngoại suy đường

cong hiệu suất ghi cho các vị trí khác từ đường cong hiệu suất của một vị trí đã

được xây dựng sẵn. dưới đây là các hình ảnh biểu thị đường cong hiệu suất tại vị trí

cách detector 0 cm, 5 cm và 10 cm được ngoại suy từ vị trí cách detector 15 cm đo

bởi nguồn 152Eu và các nguồn chuẩn ở trên.

Hình 3. 12: Đường cong hiệu suất tại vị trí 0 cm được ngoại suy từ đường cong hiệu suất tại vị

trí 15 cm


trí 15 cm


trí 15 cm

3.2 . Thảo luận kết quả đạt được

Đường cong hiệu suất tại vị trí 0 cm gần detector bị lệch nhiều do ảnh hưởng

bởi hiệu ứng trùng phùng đối với các nguồn phát nhiều năng lượng và thời gian chết

do hoạt độ nguồn cao đặt sát detector vì vậy tại vị trí 0cm, để tính chính xác hiệu

suất ghi phải phối hợp nhiều phương pháp khác nhau.

Tại các vị trí 5cm, 10cm, 15cm, ta thấy giá trị hiệu suất tính bằng excel và

k0-IAEA độ lệch nhỏ và phù hợp giữa hai phương pháp, kết quả nằm trong sai số

cho phép.

Với các nguồn 241Am, 137Cs, 54Mn là các nguồn đơn năng dùng trong tính

toán tỉ số đỉnh trên tổng, phần mềm không tính hiệu suất đối với các đỉnh nguồn

đơn này.

Hiệu suất ghi của detector tăng dần trong khoảng từ 0 đến 136 keV, sau đó

giảm dần theo năng lượng. Đối vùng năng lượng gamma thấp có giá trị nhỏ hơn 136

keV, trước khi đi vào vùng hoạt của đầu dò (detector), các bức xạ này phải trải qua

quá trình tương tác đối với môi trường bên ngoài cũng như vật liệu bên ngoài

detector là lớp vỏ nhôm và bề dày lớp chết… nên chúng dể dàng bị hấp thụ bởi các

vật liệu bên ngoài detector. Vì vậy hiệu suất ghi của detector trong dải năng lượng

này thấp và tăng dần khi năng lượng của bức xạ gamma tăng. Đối với các vùng

năng lượng gamma cao hơn 136 keV, thì xác suất chúng thoát khỏi vùng hoạt của

detector càng cao, nghĩa là xác suất ghi nhận năng lượng tia gamma trong vùng hoạt

của detector càng thấp làm cho hiệu suất ghi giảm khi năng lượng tăng lên.

Khi nguồn đặt càng xa detector thì góc khối của detector đối với nguồn càng

giảm, các tia gamma từ nguồn đến vùng hoạt của detector giảm do đó hiệu suất

giảm theo khoảng cách đặt nguồn.

KẾT LUẬN

Khóa luận đã giải quyết được các mục tiêu đặt ra ban đầu với các kết quả

chính như sau:

Đã nghiên cứu cài đặt, sử dụng và ứng dụng thành công chương trình

k0_IAEA để xây dựng đường cong hiệu suất ghi của đầu dò HPGe tại bốn vị trí

khác nhau là 0cm, 5cm, 10cm, 15cm.

Xây dựng được đường cong hiệu suất ghi từ các vị trí khác nhau bằng cách

ngoại suy sử dụng phần mềm k0_IAEA, nhằm tiết kiệm thời gian và công sức.

Có thể sử dụng k0-IAEA đồng thời phương pháp tính toán bình thường, để

kiểm tra chéo kết quả tính toán hiệu suất.

Việc sử dụng phần mềm k0_IAEA trong chuẩn đường cong hiệu suất cho kết

quả chính xác.

Tài liệu tham khảo

[1]. Trần Tuấn Anh, Xác định hiệu suất ghi của các hệ đo bức xạ, Viện nghiên cứu

hạt nhân Đà Lạt, 2016.

[2]. Cao Đông Vũ, Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0-IAEAtrên lò phản ứng hạt

nhân Đà Lạt, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp cơ sở, Viện năng lượng nguyên tử

Việt Nam, 2009.

[3]. Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,

2006.

[4]. Trần Ái Khanh, Khảo sát hiệu suất của detector HPGe với hình học mẫu lớn

bằng phương pháp Monte Carlo, Luận văn thạc sĩ, TP. Hồ Chí Minh (2008).

[5]. Mai Xuân Trung, Xử lý số liệu thực nghiệm, ĐH Đà Lạt, 2008.

[6]. Trần Thị Thuý Liên, Khảo sát các thông số của hệ phổ kế gamma với đầu dò

bán dẫn Ge siêu tinh khiết (HPGe) GC2018, LVTN, 2006.

[7]. Đặng Nguyên Phương, Khảo sát đường cong hiệu suất của đầu dò HPGe bằng

chương trình MCNP, LVTN, 2006

[8]. Anas M. Ababneh, Coincidence summing correction in HPGe gamma-ray

spectrometry for Marinelli-beakers geometry using peak to tatal (P/T) calibration,

Journal of Radiation Research and Applied Sciences 8, 2005.

[9] Germanium detector: User’s Manual, Canberra Industries, USA, 1995.

trƯỜng ĐẠi hỌc ĐÀ lẠt khoa kỸ thuẬt hẠt...

Documents