Trong luận văn này, nguồn đồng vị phóng xạ P60PCo được sử dụng để nghiên cứu.
Cobalt là kim loại sắt từ có số hiệu nguyên tử 27 và khối lượng riêng 8,9 g/cmP3P. Chúng tồn tại trong tự nhiên dưới dạng đồng vị bền đơn chất P59PCo và biến thành đồng vị phóng xạ P60PCo khi bị kích hoạt bằng phản ứng P59PCo(n,γ)P60PCo. Do tiết diện bắt neutron năng lượng thấp của P59PCo cao và do các đặc trưng hấp thụ neutron nên
P
59
PCo thường được chế tạo thành những viên nhỏ hoặc các đĩa mỏng. Sau khi bị kích hoạt, các viên hoặc đĩa mỏng P59PCo này sẽ biến đổi thành nguồn P60PCo với hoạt độ mong muốn. Ở đây, nguồn P60PCo sử dụng có hoạt độ 10μCi, có dạng hình trụ với đường kính 1,27 cm và chiều dài 2 cm, bao gồm vật liệu phóng xạ Co được nén thành dạng viên trụ có đường kính 0,2 cm, chiều dài 0,4 cm và được bọc kín bởi lớp vỏ thép CT3 có bề dày 0,1 cm. Các đặc trưng phát bức xạ tia X và tia gamma của nguồn P60PCo được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1.Đặc trưng phát bức xạ tia X và tia gamma của nguồn P60PCo [17].
ER0R (MeV) Số photon phát trên 100 phân rã
0,007461 0,003340
0,007478 0,006500
0,008329 0,001360
0,347140 0,007500
0,826100 0,007600
1,173228 99,850000
1,332492 99,982600
2,158570 0,001200
2,505692 0,000002
Trong phép đo tán xạ ngược, ta chỉ quan tâm đến các sự kiện tia gamma phát ra từ nguồn, tán xạ trên bia và sau đó được ghi nhận trong đầu dò. Nhưng các nguồn đồng vị phóng xạ đều phát gamma đẳng hướng nên sẽ có các tia gamma đi trực tiếp từ nguồn đến đầu dò gây ra số đếm không mong muốn. Do đó, nguồn phóng xạ phải được đặt bên trong hộp chứa nguồn bằng chì để làm suy giảm tia bức xạ phát ra các hướng xung quanh không mong muốn. Đồng thời, một ống chuẩn trực cũng được sử dụng để thu được một chùm tia gamma hẹp phát ra từ nguồn đến bia. Hình 3.1 là hình ảnh nguồn, hộp chứa nguồn và ống chuẩn trực được sử dụng trong luận văn này.
Hình 3.1. Nguồn, hộp chứa nguồn và ống chuẩn trực được sử dụng.
Hộp chứa nguồn làm bằng chì, có dạng hình trụ đường kính 10,8 cm, dài 6,6 cm, bên trong có một hốc nhỏ để đựng nguồn phóng xạ. Ống chuẩn trực làm bằng
chì, dài 31,4 cm gồm phần trước là một khối trụ rỗng, có đường kính trong 1,3 cm, đường kính ngoài 4,2 cm, dài 20 cm và phần phía sau là khối trụ rỗng có đường kính trong 1,3 cm, đường kính ngoài 10,8 cm bằng đường kính hộp chứa nguồn và dài 11,4 cm.
3.1.2. Hệ đo gamma Na (Tl) 8K
Hệ đo gamma NaI(Tl) 8K là thiết bị dùng cho việc ghi nhận và phân tích phổ gamma. Hệ bao gồm các bộ phận chính là đầu dò nhấp nháy, bộ phận tiền khuếch đại, bộ xử lý xung gồm khối khuếch đại và máy phân tích biên độ đa kênh MCA, phần mềm điều khiển và kết nối thông tin với máy tính. Sơ đồ kết nối các bộ phận của hệ như trong hình 3.2.
Hình 3.2. Sơ đồ kết nối các bộ phận của hệ đo gamma NaI(Tl) 8K.
Đặc trưng kỹ thuật:
- Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) có dạng hình trụ đường kính 8,6 cm bao gồm một tinh thể NaI(Tl) hình trụ với kích thước 7,6 cm × 7,6 cm, ống nhân quang, chất dẫn sáng, lớp phản xạ và các lớp vỏ nhôm bọc bên ngoài bảo vệ tinh thể... Đầu dò là bộ phận để ghi nhận bức xạ.
- Bộ phận tiền khuếch đại được nối liền với đầu dò, có tác dụng hòa hợp tổng trở giữa lối ra của đầu dò và lối vào của bộ phận khuếch đại, giúp cao thế ổn định và giảm bớt ảnh hưởng của các xung nhiễu.
- Bộ xử lý xung có tác dụng khuếch đại biên độ xung và biến đổi dạng xung thành dạng số, phân tích biên độ tín hiệu theo từng kênh.
- Phần mềm chuyên dụng Amptex ADMCA được cài đặt sẵn trong máy tính giúp thể hiện hình ảnh phổ và phân tích phổ.
Đầu dò nhấp nháy
Tiền khuếch đại
Khối khuếch đại
MCA Máy
tính
Nhằm che chắn các tia phóng xạ không mong muốn từ môi trường và những tia phóng xạ đến trực tiếp từ nguồn, xung quanh đầu dò được bao bọc bởi một ống trụ bằng chì có đường kính trong 9,4 cm, đường kính ngoài 11,2 cm, dài 21,5 cm. Ngoài ra, còn có thêm ống chuẩn trực cho đầu dò là một ống trụ có đường kính trong 7,6 cm, đường kính ngoài 11,2 cm, dài 2 cm.
Các tiêu chuẩn của hệ:
- Mức năng lượng hệ đo được: 10 – 3000 keV.
- Độ phân giải: nhỏ hơn 7 % FWHM với đỉnh năng lượng 0,662 MeV và nhỏ hơn 5 % FWHM với đỉnh năng lượng 1,332 MeV.
- Tốc độ đếm: 200.000 cps (số đếm trên giây).
- Công suất : 750 mW.
- Cao thế: 556 V, có thể lên cao thế khoảng 1000 V.
Hình 3.3 cho thấy hình ảnh hệ đo gamma NaI(Tl) 8K được sử dụng trong luận văn, trong đó đầu dò NaI(Tl) chưa được che chắn.
Hình 3.3. Hệ đo gamma NaI(Tl) 8K.
3.1.3. Bia tán xạ
Bia tán xạ được sử dụng trong luận văn là bia đồng, nhôm và thép C45. Bia có dạng tấm phẳng và có kích thước bề mặt 10 cm × 10 cm. Các tấm bia có bề dày khác nhau. Đối với mỗi loại vật liệu bia, việc thay đổi bề dày bia được thực hiện bằng cách ghép chồng với nhau các tấm bia có bề dày khác nhau. Việc đo đạc bề dày bia được thực hiện bằng thước cặp có độ chính xác đến 0,01cm.
3.1.4. Các chương trình máy tính
Hai chương trình máy tính được sử dụng cho việc phân tích phổ trong luận văn là Genie 2000 và Colegram.
Genie 2000 là một phần mềm tập hợp các khả năng toàn diện phục vụ cho việc thu thập dữ liệu từ MCA, hiển thị và phân tích các dữ liệu phổ alpha hay gamma. Nó bao gồm một tập hợp các cơ sở thuật toán phân tích quang phổ, mỗi thuật toán phân tích có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động thông qua một khối lệnh thủ tục. Các thuật toán này cung cấp khả năng xác định vị trí đỉnh phổ và tính toán diện tích đỉnh. Việc tính toán diện tích đỉnh được thực hiện khác nhau đối với đỉnh đơn và đỉnh kép. Đối với đỉnh đơn, thuật toán đơn giản chỉ là lấy tổng tất cả số đếm của vùng đỉnh quan tâm và trừ cho số đếm của phông nền liên tục. Đối với đỉnh kép, thuật toán là làm khớp dữ liệu bằng phương pháp bình phương tối thiểu dạng đa thức. Ngoài ra, một tập hợp các thao tác trên phổ khác cũng được cung cấp như làm trơn dữ liệu hay trừ phổ này cho phổ khác. Thêm nữa, Genie 2000 còn hỗ trợ việc chuẩn năng lượng, chuẩn FWHM hay chuẩn hiệu suất. Quá trình chuẩn năng lượng có thể thực hiện đơn giản bằng các tệp chuẩn có trong thư viện chương trình hoặc nhập giá trị năng lượng tương ứng với số kênh. Đường chuẩn năng lượng có thể là hàm đa thức bậc 1, bậc 2 hay bậc 3.
Bộ phần mềm Colegram bước đầu được thiết kế ra nhằm sử dụng cho phép đo phổ gamma và tia X. Mục đích của Colegram là để xử lý phổ thực nghiệm một cách chính xác, để tách các thành phần chồng chập và suy ra diện tích đỉnh của mỗi thành phần, đặc biệt trong vùng năng lượng 100 keV
bao gồm cả đỉnh tia X và tia gamma. Về sau, Colegram đã được nâng cấp với nhiều tùy chọn hơn giúp cho việc xử lý nhiều dạng phổ khác nhau. Điều này đạt được bằng việc làm khớp các hàm toán học với các bộ dữ liệu thực nghiệm. Phụ thuộc vào tính chất của phổ, một số loại hàm khác nhau được sử dụng đặc trưng cho từng dạng đỉnh phổ riêng biệt: alpha, gamma, X hay beta. Colegram sử dụng phương pháp làm khớp bình phương tối thiểu dạng đa thức với hai tùy chọn cho phép người sử dụng cải thiện các thông số của hàm khớp để đạt được sự phù hợp tốt nhất giữa mô hình toán học và phổ thực nghiệm. Tùy chọn thứ nhất ứng với việc cực tiểu hóa không có sự tham gia của các trọng số riêng của từng dữ liệu thực nghiệm (σ =i 1) gọi là
“phương pháp bình phương tối thiểu” (Least square method). Tùy chọn thứ hai gọi là “phương pháp Chi bình phương” (CHI square method), việc cực tiểu hóa bao gồm độ lệch chuẩn của mỗi giá trị thực nghiệm yRiR (σ =2i yi).
Ngoài ra để giải quyết phông nền của phổ, có hai phương pháp được sử dụng trong Colegram. Phương pháp thứ nhất là mô hình hóa dạng phông nền bằng một hàm đơn giản như hàm đa thức hay hàm mũ và các hàm này được cộng vào hàm làm khớp đỉnh. Tuy nhiên đối với phổ gamma, phông nền không cung cấp thông tin định lượng hữu ích nào cho quá trình xử lý phổ nên phương pháp thứ hai được cung cấp là trừ phông nền ra khỏi vùng đỉnh quan tâm trong phổ thực nghiệm.