Trang chủ / Hạt Nhân

3. Xây Dựng Hệ Phổ Kế Cộng Biên Độ Các Xung Trùng Phùng


Hình 2 7a Phổ phông của kênh đo thứ 1 đo khi kênh mở và lò hoạt động ở 1

Hình 2.7a: Phổ phông của kênh đo thứ 1, đo khi kênh mở và lò hoạt động ở

công suất 500 kW.


Hình 2 7b Phổ phông của kênh đo thứ 2 đo khi kênh mở và lò hoạt động ở 2

Hình 2.7b: Phổ phông của kênh đo thứ 2, đo khi kênh mở và lò hoạt động ở

công suất 500 kW.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 118 trang tài liệu này.

Từ các phổ thu được trên hình 2.7, có thể thấy giá trị tích phân của số đếm phông trong dải năng lượng từ 200 keV đến hơn 8 MeV, đo với đetectơ GC2018 khi kênh mở và lò hoạt động ở công suất 500 kW có giá trị từ 300 400 số đếm/ giây đối với mỗi kênh đo của hệ phổ kế. Giá trị phông này khi không có giá để mẫu đảm bảo cho trùng phùng ngẫu nhiên của hệ không vượt quá 0,5 sự kiện trùng phùng/ giây khi sử dụng TAC với dải 500 ns (nếu chọn cửa sổ thời gian là 50 ns thì tốc độ trùng phùng ngẫu nhiên sẽ là 0,05 sự kiện trong 1 giây), là một trong những yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của thực nghiệm.

II.3. Xây dựng hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng


Hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng được sử dụng trong thí nghiệm gồm hai cấu hình cơ bản, trong đó mỗi cấu hình tương ứng với một giai đoạn phát triển của việc triển khai phương pháp SACP tại LPƯHNĐL. Các khối điện tử chức năng của hệ đo được bắt đầu kiểm tra và lắp đặt vào hệ thống từ giữa tháng 7/2005. Các kiểm tra đánh giá hệ thống được tiến hành với máy phát xung, với các nguồn đồng vị và với bia đồng vị 35Cl trong điều kiện hoạt động thực. Các kiểm tra với máy phát xung giúp đánh giá hoạt động của từng khối, các kiểm tra với nguồn đồng vị giúp đánh giá thuật toán làm việc và các kiểm tra với bia đồng vị giúp đánh giá hệ trong điều kiện hoạt động thực. Một

số kết quả kiểm tra, lắp đặt hệ thống đã được trình bày trong một số các tài liệu và báo cáo [3,8].

II.3.1. Cấu hình thứ nhất của hệ phổ kế


Cấu hình thứ nhất của hệ phổ kế SACP có cấu hình như trên hình 2.8. Hệ được xây dựng dựa trên các kết quả của đề tài nghiên cứu KC08 năm 1995 [5,7]. Khác biệt chính trong cấu hình này so với cấu hình trước đó ở chỗ các khối điện tử được đặt mua từ nước ngoài và khối giao diện được ghép nối với

572A

474

474

572A


8713

660


584


414 A


584

GC 2018

máy tính qua cổng USB cùng chương trình thu nhận số liệu trong môi trường Windows. So với hệ đo trùng phùng gamma-gamma nguyên thủy thì hệ đo có cấu trúc đơn giản hơn nhiều nhưng vẫn đáp ứng được các yêu cầu của một hệ trùng phùng nhanh chậm.



8713


G I A O


D I E N

PC


GC 2018

Hình 2.8: Cấu hình thứ nhất của hệ phổ kế được sử dụng trong nghiên cứu.

Trong đó:

- GC 2018: Đetectơ bán dẫn HPGe kiểu GC2018 của hãng Canberra,

- 572A: Khuếch đại phổ kiểu 572A của hãng Ortec,

- 8713: ADC 8713 của hãng Canberra,

- 414A: Khối trùng phùng nhanh 414A của hãng Ortec,

- 474: Khối khuếch đại nhanh kiểu 474 của hãng Ortec,

- 584: Khối phân biệt ngưỡng nhanh kiểu 584 của hãng Ortec,

- 660: Khối cao thế kiểu 660 của hãng Ortec,

- GIAO DIEN: Khối giao diện điều khiển quá trình đo do nhóm nghiên cứu tự thiết kế chế tạo,

- PC: Máy tính Pentium IV.

Từ sơ đồ trên hình 2.8, có thể thấy nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: Các tín hiệu xuất hiện ở lối ra E (Energy) từ hai đetectơ được đưa tới lối vào của hai khuếch đại phổ. Đồng thời tín hiệu từ hai lối ra T (Timing) cũng được đưa vào

hai khối khuếch đại lọc lựa thời gian nhanh. Tín hiệu ở lối ra của hai khối khuếch đại lọc lựa thời gian nhanh được tiếp tục đưa vào hai khối phân biệt ngưỡng nhanh. Tín hiệu ở lối ra của hai khối phân biệt ngưỡng nhanh được đưa đến hai lối vào của khối trùng phùng. Trong trường hợp hai tín hiệu ở lối vào của khối trùng phùng có sai khác về mặt thời điểm xuất hiện nằm trong cửa sổ trùng phùng thì ở lối ra khối trùng phùng sẽ có một xung. Xung này sẽ tác động vào Gate để cho phép hai ADC nhận và biến đổi tín hiệu xung ở lối vào ADC thành các giá trị code biên độ. Máy tính ghi hai giá trị này nhờ thiết bị giao diện kết nối giữa các ADC và máy tính.

Sau khi máy tính ghi xong số liệu, hai ADC trở về trạng thái chờ biến đổi ứng với sự kiện trùng phùng tiếp theo. Hai ADC sẽ không làm việc khi chưa có xung trùng phùng tác động vào Gate cho dù có xung tác động ở lối vào của ADC. Số liệu đo được ghi thành hai cột E1(n) và E2(n) tương ứng với biên độ của các cặp xung trùng phùng. Trong đó các giá trị E1(n) và E2(n) lần lượt là các code biên độ của hai xung tới từ các đetectơ 1 và đetectơ 2 tương ứng, n là số thứ tự của các cặp sự kiện trùng phùng tính từ thời điểm bắt đầu đo. Từ các số liệu (code biên độ) thu được, xử lý thống kê đa biến để thu được thông tin về năng lượng, cường độ dịch chuyển và sơ đồ phân rã của hạt nhân nghiên cứu.

Thời gian chết của hệ được tính là khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai cặp code biên độ liên tiếp được phổ kế ghi nhận. Khoảng thời gian chết của hệ thống tùy thuộc vào tốc độ làm việc của ADC và giao diện. Nếu ADC và giao diện làm việc chậm thì thời gian chết dài và ngược lại. Nhưng để khỏi mất dữ liệu thì thời gian chết càng ngắn càng tốt vì đây là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu suất ghi.

tối thiểu = 1 + 2 + 3 + 4 (2.1)

Trong đó: 1 độ trễ của khuếch đại phổ, 2 thời gian hình thành xung (shaping time), 3 thời gian biến đổi của ADC, 4 thời gian đọc và lưu trữ số liệu của giao diện.

Kết quả lắp đặt và kiểm tra:

Hệ sau khi lắp đặt được kiểm tra, đánh giá trên nguồn đồng vị và sau đó được đo thử nghiệm trên kênh với bia đồng vị 35Cl. Để đánh giá sự hoạt động của hệ, đã thực hiện thí nghiệm kiểm chứng như sau:

Nguồn 60Co có hai tia gamma phân rã nối tầng có năng lượng là 1173 keV và 1332 keV. Nếu hệ đo làm việc đúng với thiết kế thì sẽ xảy ra các trường hợp trùng phùng sau:

- 1173 keV trùng phùng với 1332 keV,

- 1173 keV trùng phùng với tán xạ compton của 1332 keV,

- 1332 keV trùng phùng với tán xạ compton của 1173 keV,

- Các xung ứng với tán xạ compton 1173 và 1332 keV trùng phùng với nhau. Hình 2.9 là phổ tổng thu được khi đo với nguồn 60Co.


Hình 2 9 Phổ tổng đo với nguồn 60 Co Các trường hợp sai hỏng do đọc dữ 3

Hình 2.9: Phổ tổng đo với nguồn 60Co.

Các trường hợp sai hỏng do đọc dữ liệu (không xóa dữ liệu trong ADC sau khi đã đọc) thì sẽ xuất hiện thêm các đỉnh tổng:

- 2346 keV (1173 keV + 1173 keV),

- 2664 keV (1332 keV + 1332 keV).

Nếu biểu diễn trong không gian hai chiều, trong phổ tổng sẽ xuất hiện thêm các đỉnh tương ứng với năng lượng 2346 keV và 2664 keV ngoài đỉnh 2505 keV, nếu biểu diễn trong không gian ba chiều sẽ tương ứng với xuất hiện thêm hai đỉnh có toạ độ (1173, 1173) keV và (1332, 1332) keV.

Để kiểm tra khả năng tác động của phông hoặc các phân rã gamma không nối tầng, nguồn 137Cs và nguồn 22Na được sử dụng để thêm vào quá trình đo đạc. Trong trường hợp này, nếu thiết bị hoạt động đúng yêu cầu thì trong phổ tổng chỉ xuất hiện 3 đỉnh tương ứng các tổng 1173 + 1332 (keV), 511 + 1274 (keV) và 511 + 511 (keV). Hình phổ tổng thu được khi đo đồng thời cả ba nguồn

60Co, 22Na và 137Cs.


Hình 2 10 Phổ tổng đo với các nguồn 60 Co 22 Na và 137 Cs Từ các kết quả 4

Hình 2.10: Phổ tổng đo với các nguồn 60Co, 22Na và 137Cs.

Từ các kết quả phổ học thu được trên hình 2.9 và hình 2.10 cho thấy hệ phổ kế cấu hình thứ nhất đã hoạt động đúng nguyên tắc thiết kế. Trên phổ chỉ xuất hiện các đỉnh ứng tổng ứng với các trường hợp có phân rã gamma nối tầng.

Để đánh giá hệ trong tình trạng hoạt động thực, bia đồng vị được chiếu trên chùm nơtron của kênh dẫn dòng nơtron số 3 có thông lượng tại vị trí đặt mẫu

vào khoảng 106 n.cm-2.s-1 để thay cho nguồn đồng vị. Hai đetectơ được bố trí trên hệ nâng di chuyển đầu dò, hai đetectơ cách nhau 8 cm và hợp với nhau một góc 1800. Bia mẫu được bố trí ở khoảng cách giữa hai đetectơ và được chiếu bởi chùm nơtron. Phép đo được tiến hành trong 48 giờ khi lò phản ứng hoạt động ở mức công suất 500 kW trong đợt chạy lò tháng 7 năm 2005. Chương trình đo được đặt ở chế độ tự động đo và lưu số liệu từ bộ nhớ vào đĩa cứng. Các kết quả và phổ nối tầng tương ứng với đỉnh Bn trên hình 2.11 cho thấy quá trình lắp đặt đã thành công và có thể sử dụng hệ đo để tiến hành nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của các bia đồng vị.


E1+E2=8579 keV

Counts

1951

6628

1163

7414

2864

5715

787

7790

3116 5463

1601 2676 5903 6978

300


250


200


150


100


50


0


-50


0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

keV

Hình 2.11: Phổ gamma nối tầng bậc hai của 36Cl từ Bn về trạng thái cơ bản.

II.3.2. Cấu hình thứ hai của hệ phổ kế


Cấu hình thứ nhất của phổ kế SACP cho phép tiến hành các nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân. Tuy nhiên khoảng thời gian giữa hai sự kiện được ghi bị giới hạn bởi cửa sổ trùng phùng của khối trùng phùng 414A trong khoảng từ 10 ÷ 110 ns. Cấu hình này có ưu điểm gọn, dễ sử dụng và xử lý số liệu. Hạn chế của cấu hình này là không cho phép xác định đồng thời năng lượng và thời gian sống của các trạng thái kích thích trung gian. Cũng không thể thu được đồng thời thông tin về các trạng thái dịch chuyển nối tầng và

572A

474

556

474

D3

572A

7072

8713

7072


660

584

D1

D2

584

INTER

không nối tầng trong cùng một phép đo. Để khắc phục các hạn chế đó, cấu hình thứ hai của phổ kế SACP đã được nghiên cứu lắp đặt. Sơ đồ nguyên lý của hệ có cấu hình như trên hình 2.12.



G I A O


D I E N

PC

GC2018

Hình 2.12: Cấu hình thứ hai của hệ phổ kế được sử dụng trong nghiên cứu.

Trong đó:

- INTER: Đetectơ của hãng Inter technique, hiệu suất 20%, độ phân giải 1,8 keV tại đỉnh 1332,5 của 60Co,

- GC 2018: Đetectơ bán dẫn HPGe kiểu GC2018 của hãng Canberra,

- 572A: Khuếch đại phổ kiểu 572A của hãng Ortec,

- 8713: ADC 8713 của hãng Canberra,

- 7072: ADC kiểu 7072 của hãng Fast comtec,

- 556: Khối TAC kiểu 556 của hãng Ortec,

- 474: Khối khuếch đại nhanh kiểu 474 của hãng Ortec,

- 584: Khối phân biệt ngưỡng nhanh kiểu 584 của hãng Ortec,

- D1, D2, D3: Các khối dây trễ,

- 660: Khối cao thế kiểu 660 của hãng Ortec,

- GIAO DIEN: Khối giao diện điều khiển quá trình đo do nhóm nghiên cứu tự thiết kế chế tạo,

Xem toàn bộ nội dung bài viết ᛨ

..... Xem trang tiếp theo?
⇦ Trang trước - Trang tiếp theo ⇨

Ngày đăng: 09/11/2022