Luận văn Nghiên cứu đánh giá một số thông số kỹ thuật của hệ thống Gamma dùng Detecto HPGe GEM 15P4

7,86 1400 11816 9,85 9707 8,09 1500 12004 10,00 10428 8,69 1600 14158 11,80 12341 10,28 1700 14716 12,26 12648 10,54 1800 15194 12,66 13094 10,91 1900 15835 13,20 13675 11,40 2100 16988 14,16 14854 12,38 2200 17124 14,27 14998 12,50 2300 16944 14,12 14766 12,31 2400 17349 14,46 15070 12,56 2500 18034 15,03 15532 12,94 2600 17754 14,80 15290 12,74 2700 17964 14,97 15343 12,79 2800 17840 14,87 15437 12,86 2900 17386 14,49 15016 12,51 3000 17631 14,69 15087 12,57 Bảng 2.3. Mối tương quan giữa độ phân giải năng lượng (FWHM) theo cao thế Cao thế FWHM (tại đỉnh 1172,24 keV) FWHM (tại đỉnh 1332,5 keV) 1000 3,65 3,70 1100 3,64 3,74 1200 3,57 3,62 1300 3,53 3,51 1400 3,38 3,44 1500 3,37 3,41 1600 2,98 3,02 1700 2,95 2,99 1800 2,93 2,96 1900 2,86 2,91 2000 2,80 2,82 2100 2,72 2,74 2200 2,75 2,76 2300 2,73 2,75 2400 2,68 2,74 2500 2,65 2,68 2600 2,67 2,72 2700 2,67 2,73 2800 2,66 2,71 2900 2,69 2,76 3000 2,72 2,78 Mối tương quan giữa tốc độ đếm và FWHM vào cao thế tương ứng cho từng đỉnh năng lượng được mô tả trong hình 2.2 và hình 2.3. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) T ố c đ ộ đ ế m ( C /s ) (a) 02 4 6 8 10 12 14 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) T ố c đ ộ đ ế m ( C /s ) (b) Hình 2.2. Mối tương quan của tốc độ đếm vào cao thế tại đỉnh 1172,24 keV (a) và đỉnh 1332,5 keV (b) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) F W H M (a) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cao thế (V) F W H M (b) Hình 2.3. Mối tương quan của FWHM vào cao thế tại đỉnh 1172,24 keV (a) và đỉnh 1332,5 keV (b) Từ số liệu của bảng 2.2, 2.3 và các đồ thị 2.2, 2.3 ta nhận thấy tốc độ đếm và FWHM đối với cả hai đỉnh năng lượng 1172,24 keV và 1332,5 keV có giá trị tương đối ổn định trong khoảng từ 2200 V đến 3000 V. Tuy nhiên tốc độ đếm nhận được từ thực nghiệm trong khoảng cao thế 2200 V đến 3000 V lại có sự biến thiên nhỏ, trong khi theo lý thuyết tốc độ đếm trong vùng plateau phải có giá trị không đổi. Điều này được lý giải là do bản chất thống kê của quá trình phóng xạ và sự thăng giáng thống kê của phép ghi đo bức xạ. Tốc độ đếm và FWHM có giá trị tốt nhất tương ứng với cao thế 2500 V. Sự chênh lệch giữa cao thế tối ưu xác định được từ thực nghiệm và cao thế hoạt động danh định 2400V [19] là 100 V. Tuy nhiên, vì miền cao thế hoạt động của detector nằm trong khoảng giữa vùng plateau nên sự chênh lệch này không đáng kể và giá trị danh định mà nhà sản xuất đưa ra vẫn phù hợp với mục đích đảm bảo cho detector hoạt động ổn định. 1.5.2. Phông trong và ngoài buồng chì Đối với một hệ ghi đo bức xạ gamma, phông phóng xạ tự nhiên và phương pháp giảm phông là một vấn đề rất quan trọng, đặc biệt đối với các phép đo hoạt độ thấp như đo mẫu môi trường. Phông gamma thường có nguồn gốc từ các thành phần cứng và mềm của bức xạ vũ trụ, bức xạ gamma của vật liệu cấu trúc detector và thiết bị, bức xạ gamma của môi trường xung quanh. Mức độ che chắn phông phóng xạ của buồng chì dựa trên các tiêu chí sau: Tốc độ đếm tổng của toàn dải năng lượng gamma từ 100 keV đến 2000 keV tính trong 1 s, tốc độ đếm tổng tốt thường dưới 1 s-1 [10]. Tốc độ đếm theo đỉnh năng lượng là diện tích đỉnh năng lượng gamma quan tâm trong 1 s, tốc độ đếm này càng nhỏ càng tốt. Tỷ số trong ngoài là tỷ lệ diện tích đỉnh năng lượng quan tâm trong và ngoài buồng chì, tỷ số này càng nhỏ càng tốt [10]. Để đánh giá mức độ che chắn phông phóng xạ của buồng chì cần tiến hành thí nghiệm như sau: + Đo phông trong buồng chì: Đóng nắp buồng chì và tiến hành đo đạc. Phông trong buồng chì được đo trong 1 ngày (86400 s). + Đo phông ngoài buồng chì: Do điều kiện không thể dịch chuyển detector ra khỏi buồng chì. Chúng tôi đã tiến hành mở nắp buồng chì và đo đạc. Phông ngoài buồng chì được đo trong 1,5 ngày (129600 s). + Kết quả được lưu lại dưới dạng phổ và được trình bày tại phụ lục 3. + Sau khi xử lý thu được kết quả như bảng 2.4. Bảng 2.4. Tốc độ đếm tại các đỉnh năng lượng xuất hiện trong phép đo phông đối với hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM: N1 là tốc độ đếm ngoài buồng chì, N2 là tốc độ đếm trong buồng chì Năng lượng gamma (keV) Nguồn phát Tốc độ đếm (10-3 s-1) N1/N2 N2/N3 N1 N2 N3 1 85,0 Pb X 444,3 31,8 27,5 13,97 1,16 92,5 234Th 470,1 28,8 8,6 16,32 3,34 186,2 226Ra 222,6 24,6 20,2 9,05 1,21 209,3 228Ac (232Th) 157,5 - - - - 238,6 212Pb (232Th) 224,1 22,8 8,7 9,83 2,62 270,2 228Ac (232Th) 108,8 - - - - 277,4 208 Tl (232Th) 82,2 - - - - 295,2 214Pb (226Ra) 112,9 - - - - 300,1 212 Pb (232Th) 91,6 - - - - 327,6 228Ac (232Th) 66,9 - - - - 338,3 228Ac (232Th) 77,3 - - - - 351,9 214Pb (226Ra) 110,0 - - - - 463,0 228Ac (232Th) 42,0 - - - - 511,0 Hủy cặp 96,0 30,0 11,2 3,20 2,68 562,3 228Ac (232Th) 18,4 - - - - 583,1 208Tl (232Th) 71,2 7,4 1,8 9,62 4,11 609,3 214Bi (226Ra) 66,7 6,2 2,1 10,76 2,95 661,6 137Cs 3,25 0,24 2,1 13,54 0,11 727,2 212Bi (232Th) 28,3 - - - - 768,4 214Bi (226Ra) 24,6 - - - - 794,7 228Ac (232Th) 18,8 - - - - 835,5 228Ac (232Th) 9,5 - - - - 860,4 208Tl (232Th) 19,9 - - - - 911,1 228Ac (232Th) 44,8 - - - - 934,1 214Bi (226Ra) 12,3 - - - - 969,1 228Ac (232Th) 33,9 - - - - 112,3 214Bi (226Ra) 23,8 2,4 0,5 9,92 4,80 1 Tốc độ đếm phông trong buồng chì của hệ đo gamma tại Phòng An toàn bức xạ, TTHN Tp.HCM. Số liệu được đo vào lúc 11:53 ngày 21/03/2005. Thời gian đo là 333333 s. 1155,2 214Bi (226Ra) 6,4 - - - - 1460,8 40K 113,3 15,3 1,6 7,41 9,56 1588,0 228Ac (232Th) 4,9 - - - - 1764,5 214Bi (226Ra) 13,9 - - - - Tốc độ đếm tổng (s-1) 20,05 3,06 1,13 6,55 2,71 Bảng 2.4 cho thấy rằng buồng chì của hệ phổ kế tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM đã cải thiện đáng kể phông phóng xạ của môi trường xung quanh detector. Tốc độ đếm tổng được cải thiện hơn 6 lần khi đậy nắp buồng chì. Tuy nhiên, tốc độ đếm trong vùng năng lượng thấp (nhỏ hơn 200 keV) là tương đối cao ngay cả khi đã được che chắn bằng buồng chì. Như vậy, việc che chắn của buồng chì trong vùng năng lượng thấp là không tốt, gây khó khăn trong quá trình đo đạc, nghiên cứu các bức xạ gamma mềm có năng lượng tương đối thấp, chẳng hạn như trong nghiên cứu tính toán hoạt độ của 238U sử dụng đỉnh 63,3 keV [2], [31], [33]. Tốc độ đếm phông tổng trong trạng thái che chắn của buồng chì là 3,06 s-1 là tương đối cao so với giá trị danh định khoảng 1 s-1 [10], cao gấp 2,71 lần so với tốc độ đếm phông tổng trong cùng trạng thái của buồng chì tại TTHN Tp.HCM. Tại đỉnh năng lượng 661,66 keV của 137Cs, tốc độ đếm phông của hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM lớn hơn tốc độ đếm phông của hệ phổ kế tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM. Ngoài ra, tốc độ đếm phông ở tất cả các đỉnh năng lượng khác ứng với hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM đều cho kết quả tốt hơn hẳn tốc độ đếm phông đối với hệ phổ kế tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM. Từ đó có thể kết luận, phông phóng xạ môi trường xung quanh detector tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM đã được cải thiện rất nhiều khi thực hiện che chắn bằng buồng chì, nhưng vẫn chưa đủ tốt khi so sánh với một hệ che chắn tương tự tại TTHN Tp.HCM. Vấn đề này có thể được lý giải như sau: kết cấu che chắn phông của buồng chì chưa tốt; việc che chắn phông chỉ được thực hiện bên trên và xung quanh detector, khe hở giữa cổ detector và thành buồng chì vẫn còn khá lớn, nghĩa là sự che chắn chưa đủ tốt tại phần này; chất liệu chì dùng để chế tạo buồng chì có thể chứa nhiều tạp chất. Phông phóng xạ cao như vậy sẽ gây khó khăn trong việc nghiên cứu các mẫu có hoạt độ phóng xạ thấp, chẳng hạn như các mẫu môi trường. 1.6. Phân tích các đặc trưng của phổ gamma 1.6.1. Đường chuẩn năng lượng Sau khi được ghi nhận, các tia gamma có năng lượng khác nhau sẽ được chuyển hóa thành các tín hiệu điện có biên độ khác nhau. Mỗi giá trị biên độ của tín hiệu điện được ghi nhận bởi MCA sẽ tương ứng với một “ô” hay còn gọi là một kênh nào đó. Phổ ghi nhận được sau MCA sẽ là một phân bố số đếm theo kênh. Do đó, để có thể xử lý phổ gamma ghi nhận được, cần phải chuyển đổi từ số kênh ra năng lượng (tính bằng keV). Muốn vậy, nhiều nguồn phóng xạ phát tia gamma đơn năng có năng lượng đã biết chính xác (hoặc một nguồn phát nhiều tia gamma với năng lượng trải đều trong thang năng lượng cần đo) được sử dụng và phổ gamma tương ứng được ghi nhận. Vị trí các đỉnh năng lượng theo số kênh (ch) tương ứng với năng lượng gamma E đã biết được xác định. Từ đó, hàm làm khớp E (ch) có thể được xác định như sau: ...ch.dch.cch.baE 32  (2.1) Trong đó: a, b, c, d … là các hệ số làm khớp cần được xác định. Vì detector HPGe có độ tuyến tính rất tốt giữa năng lượng tia gamma và biên độ xung nên thông thường chỉ cần làm khớp đến bậc nhất. Để chuẩn năng lượng, các nguồn chuẩn phóng xạ với các năng lượng tương ứng đã được sử dụng như sau: 133Ba (81 keV, 276 keV, 303 keV, 356 keV, 384 keV); 109Cd (88 keV); 57Co (122 keV, 136 keV); 60Co (1172,24 keV, 1332,5 keV); 54Mn (835 keV); 22Na (511 keV, 1275 keV); 65Zn (1115,33 keV). Các nguồn được đặt cách bề mặt detector 10 cm và được đo với thời gian thích hợp để đảm bảo đủ số đếm thống kê. Bảng 2.5. Mối tương quan giữa năng lượng và vị trí kênh của đỉnh năng lượng tương ứng Năng lượng (keV) Kênh 81,00 335 88,00 364 122,00 503 136,00 562 276,00 1135 303,00 1243 356,00 1461 384,00 1575 511,00 2095 835,00 3423 1115,55 4572 1172,24 4808 1275,00 5223 1332,50 5460 0200 400 600 800 1000 1200 1400 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Số kênh N ă n g l ư ợ n g ( k e V ) Hình 2.4. Đường chuẩn năng lượng của detector HPGe Bảng 2.6. Các hệ số của đường chuẩn năng lượng được làm khớp bằng phương pháp bình phương tối thiểu Hệ số Giá trị Sai số a -0,8137 0,16933 b 0,2442 5,65609.10-5 Đường chuẩn năng lượng với các hệ số a và b trình bày trong bảng 2.6 và hình 2.4 cần được kiểm chứng để khẳng định độ tin cậy của việc tính toán. Với mục đích trên, nguồn chuẩn 65Zn được sử dụng để tính toán các đặc trưng phổ dựa vào đường chuẩn đã có và so sánh kết quả tính toán với lý thuyết. Nguồn chuẩn 65Zn được sử dụng bởi các lý do sau: đây là nguồn phát gamma đơn năng nên phổ năng lượng tương đối đơn giản, đồng thời 65Zn là nguồn phát  nên trong phổ sẽ xuất hiện đỉnh hủy cặp, năng lượng gamma của 65Zn phát ra là đủ lớn (1115,55 keV) để tạo ra các đỉnh thoát đơn và thoát đôi trong phổ. Tuy nhiên, do xác suất xuất hiện của đỉnh thoát đơn và đỉnh thoát đôi tương đối thấp nên khó quan sát rõ các đỉnh này khi thời gian đo không đủ lớn. Nguồn 65Zn được tiến hành đo đạc trong 14 h cách detector 10 cm. E = a + b.ch Hình 2.5. Phổ năng lượng của nguồn chuẩn 65Zn Bảng 2.7. Giá trị các đỉnh năng lượng quan tâm trong phổ gamma của 65Zn được xác định bằng thực nghiệm và tính toán lý thuyết Đỉnh năng lượng Kênh Năng lượng (keV) Chênh lệch giữa thực nghiệm và lý thuyết (%) Thực nghiệm Lý thuyết Quang đỉnh 4573 1115,91 111,55 0,033 Đỉnh hủy cặp 2097 511,27 511,00 0,054 Mép Compton 3725 908,83 907,66 0,129 Đỉnh tán xạ ngược 916 222,87 207,88 7,213 Đỉnh thoát đôi 386 93,44 93,55 0,109 Kết quả về độ chênh lệch giữa thực nghiệm và lý thuyết trong bảng 2.7 cho thấy đường chuẩn năng lượng có độ tin cậy cao. Kết quả thực nghiệm cho bốn đỉnh năng lượng: quang đỉnh (đỉnh hấp thụ toàn phần), đỉnh hủy cặp, đỉnh thoát đôi và mép Compton có sự phù hợp rất tốt so với tính toán lý thuyết. Đối với đỉnh tán xạ ngược, sai số giữa kết quả thực nghiệm và tính toán lý thuyết là 7% tương đối lớn so với những đỉnh còn lại nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Quang đỉnh 1115,91 keV Đỉnh thoát đôi 93,44 keV Đỉnh hủy cặp 511,17 keV Mép Compton 908,83 keV Đỉnh tán xạ ngược 222,87 keV 1.6.2. Xác định sự phụ thuộc độ phân giải theo năng lượng Trong điều kiện lý tưởng, tia gamma do một nguồn phát ra có năng lượng xác định, khi được ghi nhận bởi detector sẽ cho tín hiệu là một vạch tương ứng với năng lượng đó. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của ba hiệu ứng là sự giãn rộng thống kê số lượng các hạt mang điện, hiệu ứng tập hợp điện tích và sự đóng góp của các nhiễu điện tử [32] làm cho các quang đỉnh của phổ gamma thực nghiệm mở rộng ra và tuân theo phân bố Gauss. Giá trị độ rộng đỉnh năng lượng toàn phần tại 1/2 chiều cao cực đại FWHM phụ thuộc vào năng lượng E theo công thức bán thực nghiệm sau [41]: 2cEEbaFWHM  (2.2) Trong đó: a, b, c là các hằng số được xác định bằng phương pháp làm khớp bình phương tối thiểu. Để khảo sát sự phụ thuộc của đại lượng FWHM theo năng lượng, nguồn 226Ra của hãng Leybold Didactic GmbH được mượn từ PTN Bộ môn VLHN, Trường ĐHKHTN Tp.HCM và đo trong 24 giờ. Đây là nguồn có dạng đĩa tròn đường kính 65 mm, bề dày 5 mm làm bằng hợp kim chứa 226Ra đặt trong một hốc hình giếng của giá đỡ bằng thép không gỉ hình trụ. Trên giá đỡ này có một đầu nối bằng đồng hình bầu dục đàn hồi nhằm tạo sự thuận tiện khi lắp đặt nguồn trong các thí nghiệm. Hình 2.6. Cấu trúc nguồn 226Ra Bảng 2.8. Giá trị FWHM tương ứng với từng đỉnh năng lượng trong phổ gamma của 226Ra Năng lượng (keV) FWHM (keV) 295 1,38 352 1,42 609 1,60 665 1,64 778 1,72 806 1,75 1238 2,00 1377 2,08 1401 2,09 1408 2,09 1729 2,27 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 E (keV) F W H M ( k e V ) Hình 2.7. Sự phụ thuộc của FWHM vào năng lượng Sau khi làm khớp theo công thức bán thực nghiệm (2.2), các hệ số a, b, c thu được như sau: a = 0,00091 ± 0,00002 b = 0,00082 ± 0,00004 c = 0,35560 ± 0,06957 1.6.3. Phân tích các thông số của một phổ gamma đặc trưng Nguồn chuẩn 60Co được chọn để phân tích một phổ gamma đặc trưng do các nguyên nhân sau: nguồn 60Co là một nguồn đa năng, phát ra hai tia gamma có năng lượng lớn (1172,24 keV và 1332,5 keV), hai tia gamma này phát ra liên tiếp nhau nên tạo ra hiệu ứng trùng phùng tổng. Tuy nhiên, 2cEEbaFWHM  trong phạm vi của luận văn, MCA của hệ đo được giới hạn đo đến năng lượng tối đa là 2000 keV nên hiệu ứng trùng phùng tổng và phương pháp hiệu chỉnh trùng phùng tổng không được đề cập đến. Ngoài ra, năng lượng của cả hai tia gamma đều thỏa mãn điều kiện xảy ra quá trình tạo cặp (lớn hơn 1022 keV), trong phổ gamma ghi nhận được có thể quan sát các đỉnh thoát đôi và thoát đơn của cả hai lượng tử gamma này. Vì xác suất xuất hiện của các đỉnh thứ cấp này là tương đối nhỏ nên cần phải đo trong một khoảng thời gian tương đối dài. 1.6.3.1. Các đặc trưng cơ bản của hàm đáp ứng Nguồn 60Co được đo cách mặt detector 10 cm trong thời gian 2,5 ngày (216000 s). Phổ gamma thu được có dạng như hình 2.8. Hình 2.8. Phổ gamma của nguồn 60Co Bảng 2.9. Giá trị các đỉnh năng lượng quan tâm trong phổ gamma của 60Co được xác định bằng thực nghiệm và tính toán lý thuyết Đỉnh năng lượng Kênh Số đếm Năng lượng (keV) Chênh lệch giữa thực nghiệm và lý thuyết (%) Thực nghiệm Lý thuyết Pb 1K 309 17843 74,64 74,97 0,435 Pb 1K 349 12757 84,41 84,94 0,621 Quang đỉnh 1 4808 6250228 1173,30 1172,24 0,090 BS 1 890 30684 216,52 209,77 3,220 DE 1 621 4657 150,83 15024 0,396 CE 1 3935 75159 960,11 962,46 0,244 Quang đỉnh 2 5460 5573056 1332,50 1332,50 0,001 DE 2 1274 25591 310,30 310,50 0,065 SE 2 3364 8559 820,68 821,50 0,100 DE 2 K40 1332.5 keV 1172.24 keV Pb 1K Pb 1K Đỉnh tán xạ ngược 1 Đỉnh hủy cặp DS 2 Mép Compton 1 Mép Compton 2 DE 1 CE 2 4584 61522 1118,60 1118,11 0,044 Đỉnh hủy cặp 2093 26934 510,30 511,00 0,138 Đỉnh 40K 5985 3066 1460,72 1460,80 0,005 Trong đó: BS là đỉnh tán xạ ngược (back scattering), DE là đỉnh thoát đôi (double escape) và SE là đỉnh thoát đơn (single escape) và CE là mép Compton (Compton edge). Quang đỉnh 1 tương ứng với đỉnh năng lượng 1172,24 keV và quang đỉnh 2 tương ứng với năng lượng 1332,5 keV. Kết quả của bảng 2.9 cho thấy có sự phù hợp tốt giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết, sai số năng lượng nhận được từ thực nghiệm và tính toán lý thuyết của tất cả các đỉnh trong phổ đều nhỏ hơn 3,5%. Trong phổ của 60Co xuất hiện hai đỉnh năng lượng tia X đặc trưng, đó chính là tia X của buồng chì che chắn detector khỏi phông phóng xạ tự nhiên. Đỉnh thoát đơn và đỉnh thoát đôi của lượng tử gamma 1172,24 keV không xuất hiện rõ trong phổ dù phép đo được tiến hành trong thời gian dài, nguyên nhân do các đỉnh phụ này có xác suất xuất hiện thấp. Nếu tăng thời gian đo dài hơn, các đỉnh phụ này có thể sẽ xuất hiện rõ hơn trong phổ. Cả hai lượng tử gamma 1172,24 keV và 1332,5 keV đều cho hai miền Compton liên tục. Hai miền Compton này có phần chồng chất lên nhau, tuy nhiên hai mép Compton tương ứng vẫn đứng tách biệt và dễ dàng nhận biết bằng mắt thường do độ phân giải năng lượng của detector HPGe khá tốt. Ngoài ra, trong phổ gamma của 60Co xuất hiện đỉnh năng lượng 1460,8 keV tương ứng với lượng tử gamma do đồng vị 40K phát ra. Bảng 2.4 cho thấy rằng buồng chì che chắn không thật sự tốt đối với năng lượng 1460,80 keV của 40K nên trong phổ sẽ xuất hiện đỉnh năng lượng này khi phép đo được tiến hành trong thời gian dài. 1.6.3.2. Tỷ số đỉnh/Compton và dạng đỉnh Để đánh giá mức độ hoạt động ổn định của detector trong việc ghi nhận phổ, tỷ số đỉnh/Compton (P/C) và dạng đỉnh là hai thông số quan trọng cần được quan tâm. Tỷ số P/C được tính toán bằng tỷ số giữa số đếm tổng tại đỉnh 1332,5 keV trên số đếm trung bình trong nền Compton tương ứng (trải dài từ 1040 keV đến 1096 keV). Bảng 2.10. Tỷ số P/C thực nghiệm và danh định Số đếm tổng tại đỉnh 1332,5 keV Số đếm trung bình nền Compton P/C thực nghiệm P/C danh định [19] 707331 13782 51:1 46:1 Sau khi phân tích phổ gamma, giá trị của các thông số liên quan đến dạng đỉnh được xác định như sau: FWHM = 1,79 keV FWTM = 3,34 keV FWFM = 4,52 keV Thông số xác định dạng đỉnh thường được sử dụng là các tỷ số FWTM/FWHM và FWFM/FWHM. Bảng 2.11. Thông số xác định dạng đỉnh tại đỉnh 1332,5 keV FWTM/FWHM thực nghiệm FWTM/FWHM danh định [19] FWFM/FWHM thực nghiệm FWFM/FWHM danh định [19] 1,87 1,90 2,52 2,50 Bảng 2.10 và 2.11 cho thấy kết quả thực nghiệm phù hợp tốt với giá trị danh định do nhà sản xuất cung cấp. Như vậy, qua quá trình 2 năm sử dụng hệ phổ kế từ 12/2007 đến nay, hệ điện tử và các thông số đi kèm theo hệ phổ kế vẫn hoạt động ổn định. Kết quả ghi nhận phổ tốt, dạng đỉnh phù hợp với phân bố Gauss, giúp cho việc tính toán dựa vào phổ ghi nhận được chính xác. 1.6.4. Khảo sát hiện tượng trôi kênh theo thời gian Một trong những hướng ứng dụng quan trọng của hệ phổ kế gamma phông thấp tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là nghiên cứu hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ tự nhiên trong mẫu môi trường. Vì hoạt độ của các nhân này trong môi trường là rất thấp nên thường đòi hỏi phải được đo trong thời gian dài (từ 1 – 2 ngày). Vì vậy cần phải có một hệ điện tử ổn định, không bị trôi kênh trong quá trình hoạt động gây ảnh hưởng đến chất lượng của phổ gamma như đỉnh năng lượng bị trôi hoặc hiện tượng chẻ đỉnh năng lượng. Hiện tượng trôi kênh theo thời gian được khảo sát dựa vào các đỉnh năng lượng tương ứng với bộ nguồn đã có. Bộ số liệu cho các kênh năng lượng tương ứng với các đỉnh năng lượng được đo ba lần: Lần đầu đo vào ngày 08/05/2010, lần hai đo vào ngày 16/06/2010 và lần ba đo vào ngày 01/07/2010. Bảng 2.12. Sự trôi kênh theo thời gian Năng lượng (keV) Kênh (C) 1C /ngày 2C /ngày tbC /ngày Lần 1 Lần 2 Lần 3 81,00 335 335 335 0,0000 0,0000 0,0000 88,00 364 364 364 0,0000 0,0000 0,0000 122,00 503 503 503 0,0000 0,0000 0,0000 136,00 562 562 562 0,0000 0,0000 0,0000 276,00 1135 1135 1134 0,0000 0,0667 0,0333 303,00 1243 1243 1242 0,0000 0,0667 0,0333 356,00 1461 1461 1460 0,0000 0,0667 0,0333 384,00 1575 1575 1575 0,0000 0,0000 0,0000 511,00 2095 2094 2095 0,0256 0,0667 0,0462 835,00 3423 3421 3423 0,0513 0,1333 0,0923 1115,60 4572 4571 4572 0,0256 0,0667 0,0462 1172,24 4808 4807 4807 0,0256 0,0000 0,0128 1275,00 5223 5222 5223 0,0256 0,0667 0,0462 1332,50 5460 5459 5459 0,0256 0,0000 0,0128 Đối với một hệ phổ kế gamma có hệ điện tử hoạt động ổn định, hiện tượng trôi kênh sẽ không xảy ra. Tuy nhiên trong quá trình vận hành, hoạt động của hệ điện tử còn chịu tác động của nhiều yếu tố bên ngoài như sự thiếu ổn định của mạng điện quốc gia, quá trình cung cấp nitơ lỏng, sự thay đổi độ ẩm môi trường. Các nhân tố đó đã dẫn đến sự sai khác các thông số điện tử. Chỉ một thay đổi nhỏ các thông số này sẽ dẫn đến sự sai lệch về kênh ghi nhận bức xạ gamma. Theo kết quả của bảng 2.12, hiện tượng trôi kênh không xảy ra đối với rất nhiều mức năng lượng hoặc không đáng kể đối với những mức năng lượng khác. Sự trôi kênh tối đa là 0,0923 kênh/ngày đối với năng lượng 835 keV của nguồn 54Mn. Lần đo đầu tiên cách lần đo thứ hai 39 ngày và lần đo thứ hai cách lần đo cuối 15 ngày mới có sự trôi kênh không đáng kể như trên. Từ đó có thể kết luận hệ điện tử của phổ kế gamma phông thấp đặt tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là ổn định và phù hợp với việc đo phổ trong thời gian dài. 1.7. Xây dựng đường cong hiệu suất của detector Đối với khoảng năng lượng từ 60 keV đến 2000 keV, người ta sử dụng công thức sau để thuận tiện cho việc tính toán [4], [25], [37], [39]          n 0i i 0 i ) E E ln(aln (2.3) Trong đó: ai, E, ε lần lượt là hệ số có được từ việc làm khớp, năng lượng đỉnh, hiệu suất ở năng lượng E tương ứng, hệ số E0 = 1 keV. Để bao quát hết cả dải năng lượng, người ta thường chia khoảng năng lượng này ra làm hai phần với biên ở khoảng 200 keV và làm khớp theo từng phần riêng biệt [25]. Trong quá trình khảo sát, các đường cong hiệu suất được chia thành 2 phần với công thức giải tích tương ứng như sau:  202010 )E/Eln(a)E/Eln(aaln  với E < 200 keV (2.4) )E/Eln(aaln 010  với E > 200 keV (2.5) Các nguồn chuẩn 133Ba, 109Cd, 57Co, 60Co, 54Mn, 22Na, 65Zn được đo với ba khoảng cách nguồn – detector khác nhau là 5 cm, 10 cm và 15 cm. Kết quả phổ được ghi nhận và xử lý để tính toán hiệu suất ghi đỉnh cho từng đỉnh năng lượng tương ứng. 1.7.1. Khoảng cách nguồn – detector là 5 cm Bảng 2.13. Số liệu tính toán hiệu suất ghi cho khoảng cách nguồn – detector là 5 cm Năng lượng (keV) Diện tích đỉnh Thời gian đo Hoạt độ (Bq) Xác suất phát gamma Hiệu suất ghi Sai số (%) 81,00 720843 3000 31714,0 0,43100 0,01758 0,57375 88,00 99861 12600 10316,0 0,03610 0,02128 1,03417 122,00 751750 9000 4082,1 0,85600 0,02390 1,56940 136,00 91970 9000 4082,1 0,10678 0,02344 1,59952 276,00 101652 3000 31714,0 0,07164 0,01491 0,64319 303,00 238743 3000 31714,0 0,18330 0,01369 0,59767 356,00 681444 3000 31714,0 0,62050 0,01154 0,57445 384,00 91931 3000 31714,0 0,08940 0,01081 0,65123 511,00 638263 2400 19891,0 1,79800 0,00744 0,72001 835,00 138414 4200 5674,4 0,99976 0,00581 1,35445 1115,00 97480 18000 3358,7 0,50600 0,00319 1,75497 1173,24 146613 1800 27304,0 0,99974 0,00298 0,65913 1275,00 138767 2400 19972,0 0,99940 0,00290 0,75681 1332,50 130150 1800 27304,0 0,99986 0,00265 0,66564 Từ kết quả của bảng 2.13, đường cong mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi theo năng lượng được xây dựng như hình 2.9 Hình 2.9. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào năng lượng theo thang ln – ln tại khoảng cách nguồn – detector là 5 cm Sau khi làm khớp theo hai miền năng lượng, ta nhận được kết quả như sau: + Trong miền E < 200keV: a0 = -62,70  27,66 a1 = 24,87  11,92 a2 = -2,62  1,28 R2 = 0,95353 + Trong miền E > 200keV: a0 = 1,92  0,31 a1 = -1,09  0,04 R2 = 0,9847 Đường cong làm khớp tương ứng cho từng miền riêng biệt như sau: a) b) Hình 2.10. Đường cong làm khớp cho hai miền năng lượng: (a) E 200 keV Các hình 2.9 và 2.10b cho thấy trong đường cong làm khớp có một điểm không tuân theo quy luật, đó là điểm tương ứng với năng lượng 835 keV của 54Mn. Do tất cả các đo đạc và tính toán được thực hiện với những điều kiện giống nhau nên sự khác biệt này có thể lý giải là do sự sai khác giữa hoạt độ thực tế của 54Mn và hoạt độ do nhà sản xuất cung cấp. Trong hai khoảng cách nguồn – detector là 10 cm và 15 cm, hiệu suất ghi của đỉnh 835 keV không được sử dụng trong tính toán đường cong hiệu suất. 1.7.2. Khoảng cách nguồn – detector là 10 cm và 15 cm Bảng 2.14. Số liệu tính toán hiệu suất ghi cho khoảng cách nguồn – detector là 10cm Năng lượng (keV) Diện tích đỉnh Thời gian đo Hoạt độ (Bq) Xác suất phát gamma Hiệu suất ghi (%) Sai số (%) 81,00 565690 7200 31714,0 0,43100 0,00575 0,57706 88,00 109452 43200 10347,0 0,03610 0,00678 1,02851 122,00 793197 28800 4198,1 0,85600 0,00766 1,54746 136,00 98851 28800 4198,1 0,10678 0,00766 1,57581 276,00 85731 7200 31714,0 0,07164 0,00524 0,65724 303,00 202923 7200 31714,0 0,18330 0,00485 0,60382 356,00 579510 7200 31714,0 0,62050 0,00409 0,57669 384,00 76964 7200 31714,0 0,08940 0,00377 0,66727 511,00 520644 5400 19862,0 1,79800 0,00270 0,72297 1115,00 95824 50400 3339,7 0,50600 0,00207 1,36014 1172,24 160402 5400 27304,0 0,99974 0,00113 1,76030 1275,00 115860 5400 20920,0 0,99940 0,00109 0,65467 1332,50 142350 5400 27304,0 0,99986 0,00103 0,75121 Bảng 2.15. Số liệu tính toán hiệu suất ghi cho khoảng cách nguồn – detector là 15cm Năng lượng (keV) Diện tích đỉnh Thời gian đo Hoạt độ (Bq) Xác suất phát gamma Hiệu suất ghi (%) Sai số (%) 81,00 939636 25200 31714,0 0,43100 0,00273 0,57083 88,00 130715 108000 10347,0 0,03610 0,00323 1,01984 122,00 680757 50400 4198,1 0,85600 0,00371 1,53835 136,00 84718 50400 4198,1 0,10678 0,00370 1,57158 276,00 151978 25200 31714,0 0,07164 0,00265 0,61726 303,00 354014 25200 31714,0 0,18330 0,00242 0,58605 356,00 1016387 25200 31714,0 0,62050 0,00205 0,57013 384,00 135421 25200 31714,0 0,08940 0,00189 0,62374 511,00 526302 10800 19862,0 1,79800 0,00136 0,72181 1115,00 124802 129600 3339,7 0,50600 0,00105 1,36514 1172,24 116951 7800 27304,0 0,99974 0,00057 1,75098 1275,00 118212 10800 20920,0 0,99940 0,00055 0,67232 1332,50 104630 7800 27304,0 0,99986 0,00052 0,75007 Từ kết quả của bảng 2.14 và 2.15, đường cong mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi theo năng lượng tại khoảng cách nguồn – detector là 10 cm và 15 cm được xây dựng như hình 2.11 Hình 2.11. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào năng lượng cho hai khoảng cách nguồn – detector theo thang ln – ln Bảng 2.16. Giá trị các hệ số làm khớp cho đường cong hiệu suất tại hai khoảng cách 10 cm và 15 cm E 200 keV a0 a1 a2 a0 a1 10cm -52,19  24,37 19,85  10,50 -2,08  1,13 0,91  0,06 -1,09  0,01 R2 = 0,9620 R2 = 0,9994 15cm -55,03  23,18 20,71  9,99 -2,17  1,07 0,17  0,07 -1,08  0,01 R2 = 0,9701 R2 = 0,9993 Bảng 2.16 cho thấy sau khi đỉnh năng lượng 835 keV được bỏ qua thì hàm làm khớp cho vùng năng lượng E > 200 keV đối với cả hai khoảng cách 10 cm và 15 cm đều có trạng thái tốt hơn hàm làm khớp tương ứng tại khoảng cách 5cm. Điều này được thể hiện qua giá trị của R2. Số liệu các bảng 2.13, 2.14, 2.15 cho thấy rằng hiệu suất ghi của detector tăng dần theo năng lượng trong khoảng giá trị từ 0 keV đến 122 keV, sau đó có xu hướng giảm dần theo năng lượng. Nguyên nhân do các tia gamma có năng lượng thấp được phát ra từ nguồn phải trải qua rất nhiều quá trình tương tác với môi trường cũng như với các vật liệu bên ngoài như không khí, lớp vỏ nhôm bảo vệ và lớp Ge bất hoạt trong quá trình dịch chuyển từ nguồn đến vùng hoạt của detector. Kết quả là chúng mất mát năng lượng và không được detector ghi nhận. Ở vùng năng lượng cao, các photon có năng lượng lớn có tính đâm xuyên lớn, có thể đi xuyên qua vùng nhạy của detector mà không để lại năng lượng trong vùng này nên detector cũng không ghi nhận được. Năng lượng càng lớn thì xác suất tia gamma thoát ra khỏi vùng nhạy của detector càng cao, nghĩa là xác suất ghi nhận của detector càng thấp làm cho hiệu suất ghi sẽ giảm khi năng lượng tăng lên. Khi khoảng cách từ nguồn đến detector thay đổi thì hiệu suất ghi cũng thay đổi do hình học đo đã được thay đổi. Hình 2.11 cho thấy hiệu suất ghi của tất cả các đỉnh năng lượng đều giảm khi khoảng cách giữa nguồn và detector tăng lên. Khi nguồn đặt càng xa detector thì góc khối thu nhận bức xạ của detector càng giảm, các tia gamma trong quá trình đến vùng nhạy của detector trải qua nhiều tương tác hơn với môi trường xung quanh. Đó chính là những nguyên nhân làm cho hiệu suất ghi của detector giảm. Với đường cong hiệu suất đã được xây dựng, ta có thể nội suy hiệu suất ghi cho các giá trị năng lượng khác mà thực nghiệm không thể ghi nhận trong điều kiện không có nguồn chuẩn tương ứng. Từ đó có thể tính toán được hoạt độ của một nguồn phóng xạ chưa biết hoặc của một nhân phóng xạ quan tâm dựa vào phương pháp phân tích tuyệt đối [12]. Phương pháp tuyệt đối tuy có mức độ sai số lớn nhưng thuận tiện vì không cần mẫu chuẩn (tương đối đắt tiền) và có thể dễ dàng tiến hành, tính toán dựa trên đường cong hiệu suất đã được xây dựng. 1.8. Xác định giới hạn phát hiện của detector Giới hạn dò được tính theo công thức [10], [24], [40]: BD 65,474,2L  (2.6) Trong đó: B là độ lệch chuẩn của số đếm phông. Khi đó giới hạn phát hiện (giới hạn hoạt độ) của detector được tính theo công thức (1.29). Trong nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên, người ta thường quan tâm đến các nhân phóng xạ 238U, 232Th, 226Ra, 134Cs, 137Cs, 40K [10]. Hoạt độ phóng xạ của các nhân này không thể đo trực tiếp mà thường được xác định gián tiếp thông qua các đỉnh năng lượng được trình bày trong bảng 2.17. Để xác định giới hạn phát hiện tương ứng với các đỉnh năng lượng trong bảng 2.17, tất cả các mẫu được giả định đo với khoảng cách mẫu – detector là 10 cm, thời gian đo mỗi mẫu là 1 ngày. Bảng 2.17. Giới hạn phát hiện (Bq) của detector HPGe Nhân quan tâm Năng lượng (keV) LA1 LA2 LA3 LA1/ LA2 LA2/ LA3 238U 63,30 0,36447 0,17207 0,03485 2,12 4,94 232Th 238,00 0,03248 0,00856 0,00155 3,80 5,52 232Th 583,00 0,02576 0,00669 0,00054 3,85 12,39 226Ra 186,00 0,48353 0,11643 0,04222 4,15 2,76 226Ra 295,00 0,06768 0,01274 0,00065 5,31 19,60 226Ra 352,00 0,04356 0,01116 0,00265 3,90 4,21 226Ra 609,00 0,04868 0,01311 0,00091 3,71 14,41 134Cs 795,00 0,01787 0,00500 0,00512 3,57 0,98 137Cs 661,60 0,00892 0,00542 0,03512 1,65 0,15 40K 1460,80 0,70019 0,21144 0,02874 3,31 7,36 Trong đó: LA1, LA2 lần lượt là giới hạn phát hiện của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM khi mở nắp buồng chì và đóng nắp buồng chì; LA3 là giới hạn phát hiện của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM trong trạng thái che chắn tốt bằng buồng chì [10]. Bảng 2.17 cho thấy giới hạn phát hiện của detector đã được cải thiện khi sử dụng buồng chì che chắn. Tuy nhiên, mức độ cải thiện vẫn chưa cao so với khi chưa đậy nắp buồng chì, chẳng hạn như tỷ lệ cải thiện của đỉnh 661,6 keV chỉ khoảng 1,65 lần. Giới hạn phát hiện của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM kém hơn nhiều giới hạn phát hiện của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM ở hầu hết các đỉnh năng lượng quan tâm. Điều này được lý giải là do chất lượng buồng chì che chắn detector tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM không tốt bằng buồng chì tại TTHN Tp.HCM như đã đề cập tại phần 2.1.2. Giới hạn phát hiện kém sẽ dẫn đến sự khó khăn trong việc xác định các nhân phóng xạ tự nhiên hoạt độ thấp trong các mẫu môi trường. Tuy nhiên giới hạn phát hiện tại đỉnh 795 keV của 134Cs của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị tương đương với giới hạn phát hiện tại đỉnh tương ứng của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM. Giới hạn phát hiện tại đỉnh 661,6 keV của 137Cs của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị tốt hơn gần 10 lần giới hạn phát hiện tại đỉnh tương ứng của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM. Đây là một hiện tượng thú vị cần phải được tìm hiểu thêm. Chương 3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với việc hoàn thành những mục tiêu đã đề ra, luận văn đã đạt được những kết quả cụ thể như sau: 1. Khảo sát các thông số hoạt động của hệ điện tử: khảo sát đường plateau của detector HPGe, kết quả cho thấy hệ điện tử vẫn hoạt động ổn định ứng với giá trị cao thế danh định là 2400 V. Khảo sát phông buồng chì khi mở nắp buồng chì và đậy nắp buồng chì, kết quả cho thấy khả năng che chắn phông của buồng chì là tương đối tốt. Tuy nhiên tốc độ đếm tổng vẫn cao (3,06 s-1). So sánh với phông trong buồng chì của hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM, chúng tôi nhận thấy rằng buồng chì của hệ phổ kế tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có chất lượng không tốt bằng buồng chì của hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM. Điều này gây khó khăn cho việc xác định hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ tự nhiên có hoạt độ thấp trong các mẫu môi trường. 2. Các thông số kỹ thuật danh định của nhà sản xuất đã được sử dụng để khảo sát khả năng ghi nhận bức xạ của hệ phổ kế thông qua việc phân tích phổ gamma. Đường chuẩn năng lượng cho detector được xây dựng với bộ nguồn chuẩn RSS – 8EU có các thông số được cho ở phụ lục 2, đường cong mô tả mối quan hệ giữa FWHM vào năng lượng được xây dựng bằng cách sử dụng nguồn 226Ra của Bộ môn VLHN ĐHKHTN Tp.HCM. Đánh giá các thông số đặc trưng của phổ gamma ứng với nhân phóng xạ 60Co, kết quả cho thấy các đỉnh đặc trưng trong phổ gamma có sự phù hợp tốt giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết; các thông số quan trọng như tỷ số P/C, thông số đỉnh năng lượng FWTM/FWHM và FWFM/FWHM cho đỉnh 1332,5 keV phù hợp tốt với lý thuyết và giá trị danh định của nhà sản xuất. 3. Khảo sát hiện tượng trôi kênh theo thời gian để kiểm chứng tính ổn định của hệ điện tử trong quá trình ghi nhận bức xạ. Đây là thông số đặc biệt quan trọng trong việc phân tích các mẫu có hoạt độ bé, đòi hỏi thời gian đo kéo dài như mẫu môi trường. Kết quả cho thấy hiện tượng trôi kênh xảy ra không đáng kể với những đỉnh năng lượng tương ứng với các nguồn chuẩn có sẵn, có 5 đỉnh không xảy ra hiện tượng trôi kênh, đỉnh 835 keV của 54Mn có sự trôi kênh lớn nhất là 0,0923 kênh/ngày. Như vậy sự trôi kênh có giá trị không đáng kể ngay cả khi tiến hành đo trong thời gian kéo dài khoảng 1 tuần. Từ đó, có thể kết luận hệ điện tử của hệ phổ kế gamma phông thấp đặt tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là ổn định và phù hợp với việc đo phổ trong thời gian dài. 4. Xây dựng đường cong hiệu suất cho detector với bộ nguồn chuẩn sẵn có ở các khoảng cách từ nguồn – detector là 5 cm, 10 cm và 15 cm. Kết quả cho thấy có một điểm bất thường trong đường cong hiệu suất tại khoảng cách 5 cm, đó là điểm tương ứng với năng lượng 835 keV của 54Mn. Điều này đã được lý giải trong phần 2.3.1. Đường cong hiệu suất ghi nhận được tuân theo lý thuyết. Tuy nhiên, các hệ số thu được từ việc làm khớp đường cong hiệu suất có sai số cao. Điều này có thể lý giải như sau: Bộ nguồn RSS – 8EU được sử dụng trong quá trình tiến hành thí nghiệm là bộ nguồn chuẩn năng lượng nên việc chuẩn hóa hiệu suất ghi của detector dựa theo hoạt độ nguồn được cung cấp bởi nhà sản xuất sẽ dẫn đến sai số lớn. 5. Xác định giới hạn phát hiện đối với detector. Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện sau khi đậy nắp buồng chì đã được cải thiện so với giới hạn phát hiện trước khi đậy nắp buồng chì. Tuy nhiên, mức độ cải thiện là không đáng kể. Ngoài ra, khi so sánh với giới hạn phát hiện của detector tại TTHN Tp.HCM thì giới hạn phát hiện của detector tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là kém hơn nhiều lần. Chỉ có đỉnh 661,6 keV của 137Cs có giới hạn phát hiện tốt hơn, còn lại các đỉnh khác đều có giới hạn phát hiện kém. Điều này khẳng định khả năng che chắn của buồng chì tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là chưa tốt. Với các kết quả đã đạt được nói trên, rõ ràng chúng tôi đã có một nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và tổng quát về các thông số cơ bản và các vấn đề liên quan đến hệ phổ kế gamma đặt tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM. Hy vọng đây sẽ là bộ thông số ban đầu khi đưa hệ phổ kế gamma mới được trang bị vào hoạt động, đây cũng là dữ liệu tham khảo có giá trị cho quá trình sử dụng và nghiên cứu trên hệ phổ kế sau này. Trong quá trình nghiên cứu, những mặt hạn chế của hệ phổ kế gamma phông thấp tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM đã được nêu ra. Từ đó, một số hướng phát triển của đề tài được chúng tôi đề xuất như sau: 1. Việc che chắn phông phóng xạ tự nhiên trong môi trường xung quanh là một việc rất quan trọng trong nghiên cứu hoạt độ phóng xạ mẫu môi trường. Luận văn đã chỉ ra những hạn chế trong che chắn bức xạ của buồng chì. Vì vậy, cần có một đề tài nghiên cứu tiếp theo để cải tạo buồng chì. Qua đó có thể giảm phông trong buồng chì đồng thời cải thiện giới hạn phát hiện của detector. 2. Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng có sự khác biệt về giá trị hoạt độ phóng xạ thực nghiệm và giá trị danh định đối với đỉnh năng lượng 835 keV của nguồn chuẩn 54Mn. Giá trị chính xác của hoạt độ phóng xạ là một thông số vô cùng quan trọng trong việc sử dụng nguồn chuẩn để tiến hành chuẩn hóa hệ đo. Vì vậy PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM cần phải được trang bị bộ nguồn phóng xạ chuẩn hiệu suất. 3. Sai số trong quá trình làm khớp đường cong hiệu suất là lớn. Điều này sẽ gây khó khăn trong quá trình nội suy hiệu suất đỉnh nhằm phục vụ cho việc phân tích hoạt độ phóng xạ của những đồng vị phóng xạ quan tâm bằng phương pháp tuyệt đối. Vì vậy, cần tiếp tục thực hiện việc chuẩn hóa hiệu suất ghi của detector bằng một bộ nguồn khác có độ tin cậy cao hơn. Từ đó, ta cũng có thể tính toán và chuẩn hóa lại các thông số cho bộ nguồn sẵn có tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM. 4. Cần xây dựng một quy trình chuẩn cho việc phân tích mẫu môi trường đồng thời tiến hành thực nghiệm phân tích mẫu phóng xạ cụ thể (có thể là mẫu chuẩn đã biết trước hoạt độ) để đánh giá được khả năng phân tích của hệ phổ kế bởi mục tiêu mũi nhọn của PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là nghiên cứu môi trường. DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ [1] T.V. Luyen, T.K. Dinh, P.N.T Vinh (2007), “Using XRF to analyze the distribution of elements in soil profiles”, Reported at 7th National Conference On Nuclear Science and Technology, Da Nang [2] H.D. Tam, P.N.T. Vinh, T.H. Vinh, L.T.M. Thuan (2010), “Forming the curve of efficiency of HPGe detector system using standard dish source for nuclear laboratory of Ho Chi Minh City University of Pedagogy”, Journal of Natural Science of Ho Chi Minh City University of Education 21 (55), pp. 85 - 90. [3] T.H. Vinh, V.X. An, H.D. Tam, P.N.T. Vinh (2010), “Modelling of the GEM 15P4 HPGe detector used in gamma spectrometry by the MCNP5 code”, 7th Scientific Conference, University of Natural Sciences VNU-HCMC (Accepted). TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Võ Xuân Ân (2008), Nghiên cứu hiệu suất ghi nhận của detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) trong phổ kế gamma bằng phương pháp Monte Carlo và thuật toán di truyền, luận án tiến sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. [2] Nguyễn Văn Đỗ, Phạm Đức Khuê, (2000), “Phân tích Uran bằng phương pháp đo phổ gamma tự nhiên và kích hoạt neutron”, Hội nghi Vật lý toàn quốc lần thứ 5. Hà Nội 2/2000. [3] David Halliday, Robert Resnick, Jeard Walker, (1999), Cơ sở vật lý, Tập 6 Quang học và vật lý lượng tử, Nhà xuất bản giáo dục. [4] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [5] Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2005), “Nghiên cứu sự tăng bề dày lớp germanium bất hoạt trong detector bán dẫn siêu tinh khiết bằng chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, tập 8, số 12, trang 35-43. [6] Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2006), “Mô phỏng các phổ gamma phức tạp đo trên hệ phổ kế gamma dùng detector bằng chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, tập 9, số 9, trang 63-70. [7] Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2007), “Khảo sát ảnh hưởng của các thông số vật lý đến hiệu suất đếm của detector bán dẫn siêu tinh khiết bằng chương trình MCNP4C2”, Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, tập 10, số 5, trang 21- 26. [8] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Khảo sát ảnh hưởng của việc trừ phông có và không có che chắn mẫu trong hệ phổ kế gamma”, Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, trang 54. [9] Trương Thị Hồng Loan (2010), Áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án Tiến sĩ, ĐHKHTN Tp.HCM. [10] Trần Văn Luyến (2005), Nghiên cứu nền phông phóng xạ vùng Nam bộ Việt Nam, Luận án tiến sỹ trường ĐHKHTN Tp.HCM. [11] Mai văn Nhơn, Trương thị Hồng Loan, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương (2008), “Nghiên cứu ảnh hưởng tán xạ nhiều lần từ vật liệu xung quanh đầu dò lên phổ năng lượng gamma của đầu dò bằng chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học &Công nghệ, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, tập 11, số 10, trang 66-76. [12] Huỳnh Trúc Phương (2006), Khảo sát các đặc trưng của detector HPGe tại bộ môn Vật lý Hạt nhân – Ứng dụng xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong mẫu đất, Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu cấp trường ĐHKHTN Tp.HCM. [13] Đặng Nguyên Phương, Nguyễn Võ Hoài Thơ, Trương thị Hồng Loan (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma”, Hội nghị khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, trang 53. [14] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng trong hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. [15] Võ Thị Ngọc Thơ (2009), Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. Tiếng Anh [16] Asm S.A., Kevin C., Albert C., Cardenas-Mendez E., Kramer G.H. (2009), “Optimization of geometric parameters for Marinelli beaker to maximize the detection efficiency of an HPGe detector”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 610, pp.718 – 723 [17] Aksoy A. (1993), “Effeciency calibration of HPGe detector in far and close geometries”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Articles, Vol.169, No.2, pp. 463 – 469 [18] Alfassi Z.B., Lavi N., Presler O., Pushkarski V. (2007), “HPGe virtual point detector for radioactive disk sources”, Applied Radiation and Isotopes 65, pp. 253 – 258. [19] AMETEK, INC. ORTEC Technical Support Specialist (2007), Solid – state photon detector. [20] AMETEK, INC. ORTEC Technical Support Specialist (2010), Germanium Detector Diagram. [21] Baglin C.M., Browne E., Norman E.B., Molnar G.L., Belgya T., Revay Zs., Szelecsenyi F. (2002), “66Ga: A standard for high – energy calibraion of Ge detectors”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 481, pp. 365 – 377. [22] Bikit I., Veskovic M. (1986), “Determination of the optimal ength of cylindrical sources for specific gamma activity measuments”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 243, pp. 227 – 229. [23] Bikit I., Mrđa D., Veskovic M., Forkapic S. (2007), “Contribution of 210Pb bremsstrahlung to the background of lead shielded gamma spectrometers”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 572, pp. 739 – 744. [24] Currie L. A., (1968). Anal. Chem., 40, pp. 587. [25] Debertin K., Helmer R.G. (1988), Gamma – ray and X – ray spectromery with semiconductor detectors, Science Publishing Copany, Inc., Amsterdam. [26] El-Gharbawy H.A., Metwally S.M., Sharshar T., Elinimr T., Badran H.M. (2005), “Establishment of HPGe detector efficiency for point sourc including true coincidence correction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 550, pp. 201 – 211. [27] Evans R.D. (1995), The Atomic Nucleus, McGraw-Hill Book Company. [28] Hardy J.C., Iacop V.E., Sanchez-Vega M., Effinger R.T., Lipnik P., Mayers V.E., Willis D.K., Helmer R.G. (2002), “Precise efficiency calibration of an HPGe detector: source measurements and Monte Carlo calculations with sub-percent precision”, Aplied Radiation and Isostopes 56, pp. 65-69. [29] Jutier C., Le Petit G. (2006), “Activity measurement of a 176Lu sample using coincidence peaks and Monte Carlo simulations”, Applied Radiation and Isotopes 64, pp. 1292 – 1296. [30] Karamanis D., Lacoste V., Andriamonje S., Barreau G., Petit M. (2002), “Experimental and simulated efficience of a HPGe detector with point – like and extended sources”, Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A 487, pp. 477 - 487. [31] Kim K.H., Burnett W.C., (1985). “226Ra in phosphat nodules from the Peru/Chileseafloor”. Geochimica et Cosmoschimica Acta 49, pp. 1073-1081. [32] Knoll G.F. (1999), Radiation detection and measurement, third edition, John Wiley & Sons, Inc. [33] Lau H.M., Sakanoue M., Komura K., (1982), “Absolute determination of uranium concentration by hyperpure Germanium LEPS”. Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A, pp. 200. [34] Mahling S., Orion I., Alfassi Z.B. (2006), “The dependence of the virtual point – detector on the HPGe detector dimensions”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 557, pp. 544 – 553. [35] Mietelski J.W., Meczynski W. (2000), “Application of a low-background gamma-ray spectrometer to the determination of 90Sr”, Applied Radiation and Isotopes 53, pp. 121 – 126. [36] Moss C.E., Steetman J.R. (1990), “Comparison of calculated and measured response functions for germanium detectors”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 299, pp. 98 – 101. [37] Nix D.E. and Scott N.E. (1976), “Detection efficiency calibration for radiological monitoring of nuclear plants”. Radioelement Analysis Progress and Problem Proc. Of the 23rd Conf on Analytical Chemistry in Energy and Technology, Gatlinburg, Tennessee. [38] Noguchi M. (2003), Gamma ray Spetrometry, Join VAEC – JAERI Training Course on Radiation Measurement, Hà Nội. [39] Sanderson C.G. (1976), “Comparison of Ge(Li) well and N – type coaxial detectors for low energy gamma ray analysis of environment samples”, Radioelement analysis Progress and Problems Proc. Of the 23rd Conf on Analytical Chemistry in Energy and Technology, Gatlinburg, Tennessee. [40] Tran V.L., Le D.T., (1991), “Linhchi mushroom as biological monitor or Cs-137 environmental pollution”, J. Radioanal. Nucl. Chem. Lett. 155(6), pp. 51 – 58. [41] X – 5 Monte Carlo Team (2003), MCNP – A General Purpose Monte Carlo N – Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory, Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987. PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM Phụ lục 2. Đặc trưng của các nguồn phóng xạ sử dụng trong thực nghiệm Nguồn T1/2 Năng lượng (keV) Cường độ phát (%) Hoạt độ ( Ci ) Nơi sản xuất Ngày sản xuất 133Ba 10.51 năm 80.99 276.39 302.85 356.02 383.85 43.1000 7.16400 18.3300 62.0500 8.9400 1 USA 1/2008 109Cd 462.6 ngày 88.03 3.6100 1 USA 1/2008 57Co 271.8 ngày 122.06 136.47 85.6000 10.6800 1 USA 12/2007 60Co 5.271 năm 1173.24 1332.55 99.9736 99.9856 1 USA 1/2008 54Mn 312.7 ngày 835.00 99.9760 1 USA 1/2008 22Na 2.602 năm 511.00 1274.53 179.7900 99.94400 1 USA 12/2007 65Zn 244.3 ngày 1115.55 50.6 1 USA 12/2007 226Ra 1602 năm - - 5 Germany 1968 Phụ lục 3. Phổ phông phóng xạ tự nhiên Phông buồng chì khi mở nắp buồng chì Phông buồng chì khi đóng nắp buồng chì Counts Counts Phụ lục 4. Sơ đồ phân rã của một số nguồn phóng xạ quan tâm Sơ đồ phân rã của 133Ba Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). (1) (4) (3) (2) Sơ đồ phân rã của 109Cd Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). Sơ đồ phân rã của nguồn 57Co Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). Sơ đồ phân rã của 60Co Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). Sơ đồ phân rã của 54Mn Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). Sơ đồ phân rã của 22Na Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%). Sơ đồ phân rã của 65Zn Cột 1: Thời gian sống trung bình ở mức năng lượng tương ứng. Cột 2: Spin và độ chẵn lẻ ở mức năng lượng tương ứng. Cột 3: Giá trị năng lượng ở mức năng lượng tương ứng. Cột 4: Xác suất chuyển dời về ở mức năng lượng tương ứng (%).