Chương 5: DETECTER GHI NHẬN BỨC XẠ

Hạt nhân phóng xạ được xác định về mặt định tính và định lượng bằng cáchdựa trên sự tương tác bức xạ phát ra với vật chất dùng bởi detector bức xạ. Mộthệ thống đo hoạt độ phóng xạ thông thường bao gồm 2 phần: detector bức xạ vàthiết bị xử lý tín hiệu và chỉ thị kết quả đo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5: DETECTER GHI NHẬN BỨC XẠ MỤC LỤCMỤC LỤC....................................................................................................................... 1CHƯƠNG 5: DETECTOR GHI NHẬN BỨC XẠ.......................................................2TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 47 Trang 2 CHƯƠNG 5: DETECTOR GHI NHẬN BỨC XẠ Hạt nhân phóng xạ được xác định về mặt định tính và định lượng bằng cáchdựa trên sự tương tác bức xạ phát ra với vật chất dùng bởi detector bức xạ. Mộthệ thống đo hoạt độ phóng xạ thông thường bao gồm 2 phần: detector bức xạ vàthiết bị xử lý tín hiệu và chỉ thị kết quả đo. Một số cơ chế tương tác bức xạ được mô tả trong phần (4.3). Trong phầnnày chỉ có 2 loại đó là kích thích và ion hóa nó được sử dụng rộng rãi như thànhphần cơ bản của detector. Hai quá trình này là phương pháp sơ cấp nhờ những hạttích điện mất năng lượng trong vật chất. Những hạt không tích điện, như tiagamma được phát hiện nhờ sự tương tác ion của các hạt tích điện thứ cấp, nhữngthông tin đó đã được mô tả trong phần 4.3.3. Quá trình thứ ba, sự phân ly phân tử liên quan trong hóa học và phương phápchụp ảnh của sự phát bức xạ. Quá trình này, thông thường không được dùng choviệc đo số lượng của hạt nhân phóng xạ, mặc dầu quan trọng trong nhiều khíacạnh của việc sử dụng và duy trì bức xạ. Phần hai của bất cứ hệ thống đo bức xạ nào đều là thiết bị điện biến đổi tínhiệu từ detector sang một dạng dữ liệu phù hợp. Đối với detector dựa vào sự ionhóa của chất khí hoăc chất bán dẫn, tín hiệu gồm một điện tích. Đối với cácdetector nhấp nháy, tín hiệu là một lượng tử phát sáng (cái có thể được biến đổithành điện tích). Các thiết bị điện liên kết khuếch đại điện tích vào trong dònghoặc điện thế ngoài được đo một cách dễ dàng. Điện thế ngoài có thể được dùngđể đếm số xung trong một thời gian cho trước của hệ thống đếm, đ ể chọn l ọcbiên độ xung trong phổ năng lượng bức xạ hoặc để cung cấp như một tín hiệu hồitiếp trong quá trình hệ thống điều khiển. Chương này trình bày sai số ngẫu nhiên trong sự đo lường bức xạ, mà cũngliên quan đến quá trình thống kê trong sự chuyển giao và khuếch đại năng lượng Trang 3bức xạ trong bất kỳ hệ thống ghi nhận nào và liên quan đến quá trình thống kêphân rã hoạt độ phóng xạ. 5.1. CÁC NGUYÊN TẮC GHI NHẬN Hiện nay, có hai phương pháp ghi nhận bức xạ chính sử dụng các detector, đólà dựa vào sự ion hóa của chất khí (detector tỉ lệ và G-M), các tinh thể được kíchthích do sự phát quang (detector nhấp nháy) hoặc sự ion hóa của vật rắn (detectorbán dẫn). Nguyên tắc của sự ion hóa trong chất bán dẫn thì tương tự như trongchất khí, ngoại trừ, điện tích được di chuyển nhờ các electron và proton trong tinhthể thay vào đó là các electron và các ion dương trong nguyên tử khí. Các chất bándẫn ngày càng được sử dụng rộng rãi nhất trong detector ghi nhận bức xạ khi côngnghệ ngày càng phát triển. Các hệ thống đo hoạt độ phóng xạ dạng xung, mà đầu ra của detector đượcxem như một chuỗi tín hiệu điện độc lập trong thời gian ấn định. Mỗi tín hiệuđặc trưng cho sự tương tác của một đơn vị bức xạ với detector. Hệ thống khôngtín hiệu thì thông thường được sử dụng trong những thiết bị đo bức xạ loại khảosát và không được sử dụng rộng rãi cho việc đo hạt nhân phóng xạ, được xem nhưmột hệ thống phát hiện ở mức trung bình. Các phương pháp đo hoạt độ phóng xạ hiện đại không chỉ xác định số bứcxạ ghi nhận được trên đơn vị thời gian (tốc độ đếm) nhưng ngoài ra chúng còn chophép tách các bức xạ theo loại và năng lượng ở những mức độ khác nhau. Các hệthống với sự phân giải năng lượng được gọi là phổ kế và có thể dùng đo bức xạtia alpha, beta và gamma, phổ kế tia gamma thì sử dụng đặc biệt cho sự phân tíchhạt nhân phóng xạ. Trong phổ kế tia gamma, sự khuếch đại của mỗi tín hiệu điệnthì tương ứng với năng lượng tia gamma còn lại trong detector. Thiết bị phân lo ại(kỹ thuật phân tích biên độ xung) có thể tách các loại xung nhờ biên độ và tần số. Kỹ thuật phân tích biên độ xung đa kênh, hoạt động trong sự liên kết vớithiết bị biến đổi số tương tự (ADC), một thiết bị lưu trữ phù hợp (bộ nhớ) và sựcung cấp thiết bị dữ liệu thông thường được sử dụng để phân tích hỗn hợp phức Trang 4tạp của hạt nhân phóng xạ phát tia gamma mà không cần sự phân tích hóa học củahỗn hợp nguyên tố. Khi được yêu cầu phân tích nhiều loại nguyên tố cùng lúc,thông tin trong bộ nhớ được máy tính xử lý dữ liệu một cách hoàn chỉnh. Sự ghinhận đặc tính điện của các bức xạ đặc biệt từ nhiều hạt nhân phóng xạ riêng biệtcũng có thể được thực hiện nhờ sử dụng phép đo trùng hợp ngẫu nhiên. Đ ối vớimột sự kiện được thu nhận khi một hạt nhân phóng xạ riêng biệt phân rã. Sự ảnhhưởng của hai bức xạ liên tiếp và đồng thời phải được khảo sát trong một thờigian xác định trước. Thông thường hai ghi nhận có thể là một tia beta và tia gammatheo sau như trong 2.3-m Al, hai tia gamma liên tiếp như trong 60Co hoặc hai 28photon phân rã xảy ra trong bất kỳ sự phát positron nào. Vì vậy, hạt nhân phóng xạphù hợp nhất cho sự đo lường bằng phương pháp ngẫu nhiên thì thông thườngcũng được sử dụng cho sự phân rã hóa học phức tạp hơn. Hệ thống này được bànluận trong chương 6. 5.2. DETECTOR CHỨA KHÍ Detector ghi nhận bức xạ chứa khí là một trong những loại cũ nhất củadetector ghi nhận bức xạ có thể sử dụng được và vẫn được sử dụng một cáchrộng rãi. Các loại detector bao gồm buồng ion hóa, buồng tỉ lệ, ống G-M. Các loạidetector này có đặc điểm chung là một buồng chứa khí với điện cực ở giữa, cáchnhiệt với thành buồng. Một điện thế cung cấp cho điện cực ở giữa tạo ra mộttrường tĩnh điện ngang qua buồng ...