Đầu dò bán dẫn và ứng dụng: phần 2

Đầu dò bán dẫn và ứng dụng - phần 2 gồm có những nội dung chính sau: chuẩn hiệu suất và xác định tốc độ phát, các ứng dụng, số liệu nguyên tử và hạt nhân. cuốn sách này là một tài liệu tham khảo rất tốt về ghi đo bức xạ với các đầu dò bán dẫn ở mức chuyên sâu đối với các sinh viên đại học, cao học và nghiên cứu sinh ngành vật lý nguyên tử và hạt nhân. quyển sách cũng có thể xem là một tài liệu cẩm nang về ghi đo bức xạ khi sử dụng các đầu dò bán dẫn ở các phòng thí nghiệm. mời các bạn tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đầu dò bán dẫn và ứng dụng: phần 2Chương 4. Chuẩn hiệu suất và xác định tốc độ phátSự phân tích phổ trong chương 3 đã cung cấp thông tin về vị trí, diện tích của các đỉnhvà chuẩn năng lượng cho phép tính được năng lượng phôtôn và nhận diện được các nhânphóng xạ trong mẫu. Bước còn lại trong phân tích là xác định số phôtôn đã phát ra. Việcnày cần sự tính toán hoặc đo hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần ε. Tốc độ phát bức xạđược tính theo công thứcR=ΝC1C 2 C 3 ...T(4.1)Trong đó N là số đếm của đỉnh năng lượng toàn phần, T là thời gian đo và C là hệ sốhiệu chỉnh.Các thảo luận chung về các phương pháp chuẩn hiệu suất được đề cập trong phần 4.1và 4.2, trong phần này ta xem xét các khía cạnh đặc trưng của việc xác định hiệu suấttrong các khoảng năng lượng dưới 60 keV, từ 60 keV tới 3 MeV và trên 3 MeV. Các thảoluận về xác định hiệu suất toàn phần trình bày trong phần 4.3 và cách xác định hiệu suấttheo hình học từ cách đo với với một nguồn điểm được trình bày trong phần 4.4. Haiphần 4.5 và 4.7 trình bày các hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng tổng, trùng phùng ngẫunhiên và các hiệu ứng suy giảm áp dụng trong đo hiệu suất và xác định tốc độ phát. Phần4.8 tóm tắt các khía cạnh khác nhau trong xác định tốc độ phát và thảo luận về thuật ngữ“hiệu suất” trong một số ứng dụng.4.1 Các phương pháp chuẩn hiệu suất và giá trị của các đại lượng vật lý đo đượcTrong phép đo phổ phôtôn, đại lượng vật lý cần đo là tốc độ phát phôtôn ở một nănglượng xác định và đại lượng đo được là tốc độ đếm tổng hoặc tốc độ đếm đỉnh. Một cáchtương ứng, ta sẽ phân biệt sự khác nhau giữa hiệu suất tổng εt được thảo luận trong phần4.3 và hiệu suất đỉnh. Trong một số trường hợp, hiệu suất đỉnh thoát đơn hoặc đôi cũnggiữ một vai trò quan trọng trong các phép đo năng lượng cao khi độ cao của đỉnh thoátvượt quá độ cao của đỉnh năng lượng toàn phần hoặc một đỉnh thoát phủ lên trên mộtđỉnh năng lượng toàn phần quan tâm (xem phần 4.2.3.3).Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định bằng công thức:ε(E) = n(E)/R(E)(4.2)Trong đó:n(E) = tốc độ đếm ứng với đỉnh có năng lượng E vàR(E)= tốc độ phát phôtôn có năng lượng E của nguồn.Hiệu suất này liên quan đặc biệt tới hình học giữa nguồn - đầu dò và quá trình phântích đỉnh đặc trưng. Đôi lúc, hiệu suất được xem xét trong hai góc độ là hiệu suất ứng vớigóc khối và hiệu suất thực εin của đầu dò. Hiệu suất thực là tỉ số của các số đếm trongmột đỉnh với số các phôtôn chạm vào bề mặt của đầu dò. Hiệu suất này có ích trong hìnhhọc đo xác định nhưng hầu như không thể ứng dụng chung được vì hiệu suất nội tại phụthuộc vào sự phân bố theo hướng tới của các phôtôn.Để mô tả đặc điểm thể tích vùng hoạt của đầu dò bán dẫn, các nhà sản xuất so sánhgiá trị hiệu suất tại đỉnh năng lượng toàn phần của phôtôn 1332 keV so với đầu dò tinhthể NaI(Tl) có đường kính 7.62 cm, độ cao 7.62 cm, khoảng cách giữa nguồn và đầu dòlà 25 cm (thường không ghi cụ thể giá trị hiệu suất của đầu dò NaI này). Giá trị hiệu suấtlà tỉ số của các hiệu suất nên được gọi là hiệu suất tương đối εr so với NaI.Do kỹ thuật chế tạo tinh thể nên kích thước thể tích nhạy của hai đầu dò là rất hiếmkhi giống nhau. Vì vậy người sử dụng phải xác định lại hiệu suất của đầu dò trước khi sửdụng theo các cách dưới đây.1264.1.1 Tính hiệu suấtHiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần phụ thuộc vào năng lượng phôtôn một cáchphức tạp. Ở năng lượng thấp, hiệu ứng quang điện trong vật liệu đầu dò là chiếm ưu thế.Hiệu suất này có thể có thể tính hay ước lượng được. Nó là xác suất của các phôtôn tớiđược đầu dò và xác suất mà nó bị hấp thụ trong đầu dò. Giả sử phôtôn tới bề mặt đầu dòmột cách bình thường (theo hướng trên trục phía trước), ta có thể tính gần đúng hiệu suấtthực của đầu dò cửa sổ mỏng với năng lượng phôtôn lên đến 30 keV trong đầu dò Si(Li)hoặc 70 keV trong đầu dò Ge theo công thức:εin=1-e-μt(4.3)Trong đó μ là hệ số suy giảm tuyến tính trong Si hoặc Ge và t là chiều dày tinh thể.Giả sử rằng phôtôn đi qua đầu dò mà không có tương tác hoặc đóng góp vào đỉnhnăng lượng toàn phần. Các lớp suy giảm ở phía trước đầu dò như cửa sổ, lớp tiếp xúc vàlớp chết có thể tính được từ các hệ số suy giảm và độ dày tương ứng của lớp.Ở năng lượng cao hơn, các tán xạ compton và tạo cặp đóng góp vào đỉnh năng lượngtoàn phần nên không thể xác định hiệu suất theo phương trình (4.3). Chưa có một hàmgiải tích nào tính được sự thay đổi hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần có năng lượngtrên 100 keV dựa vào các quá trình vật lý trong đầu dò. Một vài biểu thức bán thựcnghiệm đã được đề suất, tuy nhiên không một biểu thức nào có thể loại trừ nhu cầu về sốliệu thực nghiệm.Một phép tính gần đúng mang lại các kết quả có thể chấp nhận được là phương phápMonte Carlo, nó dựa vào sự mô phỏng lịch sử của các phôtôn riêng lẻ. Mỗi phôtôn theođường đi của nó từ bên trong nguồn xuyên qua vật liệu nguồn và đi vào đầu dò.Hình 4.1. Ví dụ về lịch sử của một phôtôn trong một đầu dò đồng trục, Ph là hấp thụquang điện, C là tán xạ compton, Pa là tạo cặp và A là huỷ cặp. Giả thuyết rằng đường đicủa electron là thẳng, bức xạ hãm, tia X và các electron biến hoán trong xem như bỏ qua.Các tương tác của phôtôn như hấp thụ quang điện, tán xạ compton hay tạo cặp tạo racác electron, positron và các phôtôn thứ cấp (bao gồm bức xạ hãm, bức xạ huỳnh quangvà các lượng tử hủy cặp). Các hạt này và phôtôn thứ cấp sau đó đi theo cách của chúngtrong đầu dò. Tại mỗi điểm tương tác, xác xuất có thể có của mỗi loại tương tác và góctán xạ được dùng để xác định kết quả tương tác. Bằng việc theo dõi tất cả các sự kiện đếngiai đoạn cuối cùng, ta có thể tính toàn bộ phân bố phổ. Phân bố này sẽ không bao gồmviệc mở rộng thống kê hay các hiệu ứng của bức xạ bị tán xạ đi vào đầu dò từ vật liệuxung quanh. Quá trình theo dõi sẽ kết thúc sau khi hạt hay bức xạ biến mất khỏi đầu dò.Hình 4.1. là ví dụ về lịch sử của các sự kiện dẫn tới tạo ra các xung trong đỉnh nănglượng toàn phần.Về mặt lý thuyết, khôn ...