Đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần sử dụng chương trình DETEFF

Ngày nay hệ phổ kế gamma được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong việc xác định hoạt độ của các nguyên tố quan tâm trong các mẫu môi trường. Khi sử dụng hệ phổ kế gamma thì hai yếu tố cần được quan tâm là hiệu suất của đầu dò và độ nhạy của hệ phổ kế. Về độ nhạy của hệ phổ kế đã được tối ưu bởi các đặc trưng của buồng chì và các yếu tố khác trong quá trình thiết kế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần sử dụng chương trình DETEFF Năm học 2009– 2010 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT ĐỈNH NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH DETEFF Trương Nhật Huy (Sinh viên năm 4, Khoa Vật lý) GVHD: ThS. Trần Thiện Thanh 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay hệ phổ kế gamma được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong việc xác định hoạt độ của các nguyên tố quan tâm trong các mẫu môi trường. Khi sử dụng hệ phổ kế gamma thì hai yếu tố cần được quan tâm là hiệu suất của đầu dò và độ nhạy của hệ phổ kế. Về độ nhạy của hệ phổ kế đã được tối ưu bởi các đặc trưng của buồng chì và các yếu tố khác trong quá trình thiết kế. Vấn đề còn lại là việc xác định hiệu suất của đầu dò tại thời điểm đo mẫu, vì trong quá trình sử dụng thì bề dày lớp chết sẽ dày lên so với bề dày mà nhà sản xuất cung cấp lúc ban đầu và làm giảm hiệu suất của đầu dò. Xác định lại hiệu suất tại thời điểm đo là việc rất cần thiết. Theo công thức tính hoạt độ của nguyên tố cần đo như sau: Np  E  P  E   (1) AI  E  t với  P  E  là hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần tương ứng với năng lượng E, N p  E  là diện tích đỉnh năng lượng toàn phần, A là hoạt độ của nguyên tố cần tìm, I   E  là xác suất phát gamma, t là thời gian đo (s). Phổ được thu nhận và xử lý trên chương trình Meastro-32 của hãng ORTEC đi kèm theo hệ phổ kế gamma. Trong phương pháp thực nghiệm để xác định đường cong hiệu suất theo năng lượng, người ta thường dùng bộ nguồn chuẩn đã biết trước hoạt độ. So sánh đường cong hiệu suất thực nghiệm với đường cong hiệu suất mô phỏng, nếu độ sai lệch giữa hai đường cong là trong giới hạn cho phép thì sự thay đổi của lớp chết không làm ảnh hưởng đến hiệu suất. Còn nếu lớp chết đã tăng lên làm ảnh hưởng đến hiệu suất thì cần tối ưu lớp chết và xác định bề dày lớp chết tại thời điểm đo. Để xác định đường cong hiệu suất có nhiều phương pháp được dùng như thực nghiệm, bán thực nghiệm hay mô phỏng. Trong đó chương trình DETEFF được viết dựa trên phương pháp mô phỏng áp dụng phương pháp Monte Carlo để tính toán hiệu suất và so sánh với thực nghiệm. 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 103 Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 2.1. Mô tả đầu dò Đầu dò được sử dụng ở đây là loại đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe- GEM15P4 của Phòng thí nghiệm hạt nhân thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân - Khoa Vật Lý - Trường Đại học Sư phạm TPHCM có dạng như hình 1. Đầu dò này có dạng đồng trục với đường kính 51,2mm, chiều cao 45mm, đường kính lõi 11mm, chiều cao lõi 33,5mm. Tỉ số đỉnh/ Compton: 54:1. Độ rộng một nửa chiều cao cực đại (FWHM) tại năng lượng 1332,5keV của 60Co: 1,71keV. Hiệu suất tương đối của 60Co tại năng lượng 1332,5keV: 18,3%. Các thông số kỹ thuật chi tiết của đầu dò do nhà sản xuất cung cấp (bảng 1). Bảng 1: Thông số kỹ thuật của đầu dò HPGe – GEM15P4 Thông số kỹ thuật của đầu dò được cung cấp bởi nhà sản xuất Mô tả Kích thước (mm) Vật chất Chiều dài vỏ 94 Nhôm Khoảng cách từ cửa sổ đến tinh thể 3 Đế vỏ 3,2 Nhôm Bề dày của của sổ 1,3 Nhôm Chất cách điện/lớp bảo vệ 0,03/0,03 Mylar Lớp tiếp xúc bên ngoài 0,7 Li Lớp tiếp xúc lõi 0,0003 Bo Lớp bảo vệ bên trong 0,76 Nhôm Lớp vỏ đầu dò 1,3 Nhôm Bán kính góc bo 8 Hình 1: Đầu dò HPGe – GEM15P4 được mô phỏng bằng chương trình DETEFF 104 Năm học 2009– 2010 2.2. Buồng chì và bộ nguồn chuẩn Buồng chì nhằm giảm phông môi trường ảnh hưởng lên đỉnh phổ mà ta đang khảo sát. Buồng chì ở đây gồm nhiều tấm chì ghép lại với nhau thành hình trụ tròn có đường kính ngoài 602mm, chiều dài 519,3mm và được lót một lớp đồng dày 1,5mm nhằm hấp thụ tia X do các gamma tương tác với lớp chì gây nhiễu trên phổ đo. Trong nghiên cứu này chúng tôi đã sử dụng 6 nguồn chuẩn là 133Ba, 109Cd, 57 Co, 60Co, 22Na, 65Zn, với hoạt độ ban đầu 1μCi , phát ra các đỉnh năng lượng từ 53,16keV-1332,5keV. 2.3. Chương trình DETEFF Phương pháp Monte Carlo được sử dụng khá phổ biến để mô phỏng các thiết bị, hệ đo, đặc biệt là các quá trình vật lý hạt nhân. Trong công trình này để đánh giá hiệu suất chương trình DETEFF đ ...