Chuyên đề nghiên cứu sinh: Các Đetectơ liên quan đến ghi đo bức xạ trên kênh ngang số 3 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Chuyên đề nghiên cứu sinh: Các Đetectơ liên quan đến ghi đo bức xạ trên kênh ngang số 3 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt tiến hành tìm hiểu và trình bày các kiểu Đetectơ cơ bản như các Đetectơ khí, các Đetectơ nhấp nháy, các Đetectơ bán dẫn và một số kiểu hệ đo được sử dụng trong nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng dựa trên các kiểu Đetectơ này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chuyên đề nghiên cứu sinh: Các Đetectơ liên quan đến ghi đo bức xạ trên kênh ngang số 3 lò phản ứng hạt nhân Đà LạtBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM _____________________ NGUYỄN XUÂN HẢI CÁC ĐETECTƠ LIÊN QUAN ĐẾN GHI ĐO BỨC XẠTRÊN KÊNH NGANG SỐ 3 LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. VƯƠNG HỮU TẤN 2. TS. PHẠM ĐÌNH KHANG ĐÀ LẠT – 2007 1 MỞ ĐẦUGhi đo bức xạ là một trong những mắt xích quan trọng nhất của vật lý hạtnhân thực nghiệm. Từ các lĩnh vực cơ bản như nghiên cứu số liệu và cấu trúchạt nhân đến các nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp, sinhhọc, địa chất, môi trường,… tất cả ít nhiều đều liên quan đến đo ghi bức xạ.Các kết quả này là cơ sở để đưa ra các đánh giá khuyến cáo hay các điềuchỉnh cần thiết trong từng lĩnh vực. Chính vì vậy, các kiến thức hiểu biết vềcác loại đetectơ, các phương pháp đo ghi bức xạ, các hệ đo là những kiến thứccăn bản không thể thiếu đối với người làm vật lý hạt nhân thực nghiệm.Mỗi đối tượng nghiên cứu thường phát ra một hay vài loại bức xạ đặc trưng,mỗi loại bức xạ có những kiểu tương tác khác nhau với môi trường vật chất vìvậy cần phải có các phương pháp đo ghi thích hợp với từng loại bức xạ vàtừng đối tượng nghiên cứu cụ thể.Trong tài liệu này nghiên cứu sinh (NCS) tiến hành tìm hiểu và trình bày cáckiểu đetectơ cơ bản như: các đetectơ khí, các đetectơ nhấp nháy, các đetectơbán dẫn và một số kiểu hệ đo được sử dụng trong nghiên cứu cơ bản vànghiên cứu ứng dụng dựa trên các kiểu đetectơ này.Hy vọng các kiến thức được NCS tìm hiểu và trình bày trong tài liệu sẽ giúpcho NCS có thêm kiến thức bổ sung cho quá trình thực hiện luận án của mình. 2 A. CÁC ĐETECTƠTrong đo ghi bức xạ, thành phần cơ bản và quan trọng nhất của thiết bị đo làcác đetectơ. Đây là thiết bị biến đổi tín hiệu cần đo thành các tín hiệu điện đểcác thiết bị điện tử có thể ghi nhận và phân tích. Mỗi loại bức xạ khác nhau cócác cơ chế tương tác với vật chất đặc trưng riêng biệt, do đó để ghi nhận đượcchúng cần có các loại đetectơ khác nhau như: đetectơ chứa khí, đetectơ nhấpnháy, đetectơ bán dẫn.I. Các đetectơ chứa khíĐetectơ chứa khí, có lẽ đây là kiểu đetectơ ra đời sớm nhất trong các kiểuđetectơ dùng trong đo ghi bức xạ và vẫn còn được sử dụng đến ngày nay. Cácđetectơ này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau vì nó hoạt động khátin cậy, hiệu quả trong khi giá cả lại không đắt, dễ chế tạo theo nhiều kiểuhình học và kích thước khác nhau, dễ bảo quản và sử dụng. Sự thay đổi củamột số loại khí nguyên chất hoặc hỗn hợp khi nạp vào đetectơ cùng với sựphát triển của kỹ thuật vi điện tử hứa hẹn tạo ra những kiểu thiết bị ghi đo bứcxạ mới trong tương lai. Các kiểu đetectơ khí ngày nay đang được phát triểnmạnh theo chiều hướng mảng các đetectơ để phục vụ cho các nghiên cứuchụp ảnh, phân tích cấu trúc vật liệu. Nếu sử dụng chúng trong đo photon thìkhả năng xác định của chúng đối với các bức xạ chỉ đến khoảng 200 keV.Nguyên tắc hoạt động của đetectơ chứa khí như sau: Khi các hạt tích điệndịch chuyển trong chất khí, nó sẽ ion hoá các phân tử chất khí dọc theo đườngđi của nó - tạo ra các ion mang điện dương và các electron tự do được gọi làcặp ion-electron. Các ion có thể được tạo ra do tương tác giữa phân tử với hạtmang điện hoặc do va chạm với các hạt mang điện thứ cấp được tạo ra từ quátrình ion hoá sơ cấp. Ở đây ta không quan tâm đến năng lượng cơ học củaelectron hay ion nhận được do va chạm mà chủ yếu chỉ quan tâm đến số cặpion được tạo ra dọc theo đường đi của hạt bức xạ. 3Một đetectơ chứa khí đơn giản chỉ gồm một ống chứa khí và hai điện cực,thành của ống chứa khí được thiết kế để cho bức xạ cần ghi có thể đi đượcvào phía bên trong. Các kiểu đetectơ chứa khí đầu tiên vẫn còn được sử dụngđến ngày nay là:(i) Buồng ion hoá,(ii) Ống đếm tỉ lệ,(iii) Ống đến Geiger Muller (GM).Hình 1 minh hoạ một đetectơ được nạp đầy khí và mạch điện tử. Cao áp đượcđặt vào catốt (vỏ đetectơ) và anốt (dây ở tâm đetectơ được cách điện với vỏ).Điện tích tạo ra do quá trình ion hoá được thu góp ở các điện cực của đetectơ.Khi không có sự ion hoá, chất khi giống như một chất cách điện và không códòng điện ở mạch ngoài. Số các cặp ion được tạo ra ở bên trong đetectơ phụthuộc vào điện trường trong đetectơ, kiểu khí hoặc hỗn hợp khí, áp suất bêntrong và hình học của đetectơ,… Hình 1. Sơ đồ cấu tạo của một đetectơ chứa khí.Hình 2 là các đường đặc trưng của buồng ion hoá và ống đếm tỉ lệ đối với hạtbeta. Đường đặc trưng này được chia thành năm vùng phụ thuộc điện áp giữa ...