Sơ Đồ Minh Hoạ Mối Liên Hệ Giữa Các Sự Kiện Thu Được Và Các Dạng Phổ

đóng góp vào phân bố liên tục làm giảm tỉ số diện tích đỉnh trên phông của các đỉnh tổng, các thành phần còn lại sẽ tạo ra các đỉnh tổng đặc trưng ứng với các giá trị Bn khác và hoàn toàn có thể loại bỏ được các đỉnh này trong quá trình xử lý. Các yếu tố này có thể ước lượng bằng cách sử dụng các hệ phổ kế triệt compton để xác định mức độ đóng góp phông.

Sự trao đổi năng lượng giữa hai đetectơ: Một photon tán xạ ngược hoặc một lượng tử hủy (511 keV) thoát khỏi một đetectơ và có thể bị hấp thụ bởi đetectơ kia. Năng lượng của photon tán xạ ngược được tính theo biểu thức sau:

m c 2 E

E e 

(2.2)



bs m c 2  2E

trong đó mec2 là năng lượng tĩnh ứng với khối lượng của electron, Elà năng lượng của photon tới. Như vậy năng lượng của gamma tán xạ ngược, có giá trị không lớn hơn 250 keV, đối với gamma tới có năng lượng 10 MeV. Theo phân tích ở phần trước hiệu ứng này hoàn toàn được loại bỏ khi sử dụng 2 lá chì 2 mm chắn phía trước các đetectơ. Bằng thực nghiệm, hiệu ứng này đã được khảo sát trên nguồn 137Cs trong hai trường hợp có và không có hai lá chì dày 2 mm che trước hai đetectơ. Hình 2.15a và 2.15b cho thấy ảnh hưởng của hiện tượng tán xạ ngược lên phổ thời gian từ TAC.

Hình 2.17a: Phổ thời gian với 137Cs

khi không sử dụng lá chì dày 2 mm che trước các đetectơ.

Hình 2.17b: Phổ thời gian với 137Cs

khi có sử dụng lá chì dày 2 mm che trước các đetectơ.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 118 trang tài liệu này.

Việc phân tích quá trình tương tác gamma xảy ra cho thấy các lá chì đã hấp thụ gamma tán xạ ngược với năng lượng khoảng 250 keV. Sự trao đổi năng lượng giữa hai detector được loại trừ do chính quá trình này.

II.5. Các dạng phổ của phương pháp SACP

Phổ từng kênh: Nếu thống kê phân bố của các sự kiện ghi nhận được theo năng lượng trong từng kênh đo ta sẽ được hình ảnh của các phổ gamma trong từng kênh, các phổ này chính là cơ sở dùng để kiểm tra và hiệu chuẩn năng lượng trong từng kênh đo.

Phổ tổng: Thống kê các giá trị tổng biên độ của các cặp sự kiện trùng phùng ta sẽ được hình ảnh của một phổ tổng. Thông tin về các đỉnh tổng là cơ sở để tìm các phổ nối tầng bậc hai.

Các cặp lượng tử gamma phân rã nối tầng được hấp thụ hoàn toàn năng lượng ở hai đetectơ tạo nên đỉnh tổng, còn các trường hợp hấp thụ không hoàn toàn sẽ tạo thành phân bố liên tục. Quá trình tạo cặp gây nên các đỉnh thoát đơn, thoát đôi trong phổ và ở phía bên trái đỉnh hấp thụ toàn phần. Trên hình 2.9 là phổ tổng biên độ các xung trùng

phùng đo với nguồn phóng xạ 60Co, đỉnh phổ tương ứng với sự hấp thụ hoàn toàn năng lượng của cặp lượng tử gamma dịch chuyển nối tầng E1+ E2= 1173,2 + 1332,5 keV. Phổ thời gian: Nếu đo thống kê phân bố độ chênh thời gian giữa hai sự kiện phân rã gamma nối tầng liên tiếp, ta sẽ thu được một phổ thời gian như hình 2.13. Các đỉnh trong phổ thể hiện thời gian sống đặc trưng của các trạng thái kích thích. Thông tin này được kết hợp với các thông tin về đỉnh tổng để tìm ra các phổ nối tầng. Do đặc điểm của TAC cho xung ra có biên độ bằng 0 vôn với các cặp sự kiện xuất hiện đồng thời ở hai đetectơ nên biên độ của các cặp sự kiện này có thể nằm dưới ngưỡng phân tích của ADC. Để khắc phục, lối vào stop được đánh trễ một lượng cố định. Do đó biên độ của các cặp sự kiện xuất hiện đồng thời sẽ được nâng lên đảm bảo vượt ngưỡng dưới của ADC. Giá trị của độ chênh thời gian tương ứng với mỗi kênh của ADC phụ thuộc vào dải đo được thiết lập ở TAC và dải phân tích của ADC.

Phổ nối tầng bậc hai: Thống kê phân bố của các cặp sự kiện trùng phùng có giá trị tổng biên độ rơi vào đỉnh tổng và có độ chênh thời gian thuộc về một đỉnh trong phổ thời gian ta thu được hình ảnh của một phổ gamma nối tầng bậc hai. Phổ nối tầng bậc hai chỉ chứa các cặp lượng tử gamma phân rã nối tầng ứng với sự hấp thụ hoàn toàn năng lượng ở các đetectơ nên các thành phần phông của tán xạ compton, của các tia gamma thoát đơn, thoát đôi, của các lượng tử hủy cặp và của các đồng vị có mặt trong thành phần của các thiết bị che chắn, chuẩn trục được loại bỏ hoàn toàn ra khỏi phổ nối tầng.

Mối liên hệ giữa các loại phổ và thông tin thực nghiệm nghiên cứu được minh họa trên hình 2.18.

Hình 2.18: Sơ đồ minh hoạ mối liên hệ giữa các sự kiện thu được và các dạng phổ của phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng [65].

II.6. Một số đặc trưng của phương pháp SACP

Hiệu suất ghi trùng phùng gamma-gamma là khá thấp thường chỉ xảy ra khoảng 10 sự kiện trùng phùng trên 104 sự kiện phân rã với các detector đang được sử dụng, song nhờ khả năng loại trừ phông đối với các trường hợp hấp thụ không hoàn toàn của phương pháp nên lượng thông tin có ích thu được từ phương pháp này là nhiều hơn so với các phương pháp truyền thống (n,) sử dụng một đetectơ.

Theo các tài liệu [4,18,48], phương pháp SACP đã được sử dụng để nghiên cứu phân rã gamma của các hạt nhân không bền, nghiên cứu sơ đồ phân rã của các hạt nhân nhẹ, các hạt nhân gần magic. Ngày nay, phương pháp này cũng được sử dụng để nghiên cứu các hạt nhân có cấu trúc phức tạp và có mật độ mức lớn trong vùng năng lượng kích thích dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân.

Trong phân tích phổ nối tầng thực nghiệm, các sự kiện có ích tương ứng với năng lượng nối tầng Ec được chọn với độ rộng E sao cho E/Ec  0,005 [18,74,75]. Nếu lấy gần đúng bậc nhất, số đếm phông trong khoảng E và trong hai khoảng liền kề mỗi khoảng có độ rộng 0,5 E là như nhau, sự khác nhau của số đếm giữa các kênh tại vị trí đỉnh tổng có quy luật phân bố chuẩn thực nghiệm và độ phân tán xác định bằng thống kê số đếm trong khoảng Ec  (0,5 E) của phổ tổng nếu như đỉnh tổng được phân tích không bị chập với một đỉnh tổng khác.

Một số yếu tố đóng góp vào các thành phần của phông có thể liệt kê như sau:

- Đóng góp của việc bắt trực tiếp nơtron có năng lượng trên nhiệt: Trong trường hợp này năng lượng tổng của cặp gamma nối tầng thu được có giá trị lớn hơn năng lượng liên kết của nơtron trong hạt nhân được đo.

- Sự hấp thụ không hoàn toàn năng lượng của các lượng tử gamma nối tầng trong thể tích đetectơ. Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong các thành phần phông phía dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân, quá trình này làm giảm tỉ số diện tích đỉnh trên phông của các đỉnh tổng nằm phía dưới cách xa Bn.

- Phông còn do bức xạ gamma phát ra từ các vật liệu được sử dụng trong các thiết bị che chắn dẫn dòng nơtron, từ thiết bị được sử dụng làm giá để mẫu và các vật liệu khác. Bức xạ gamma phát ra từ mẫu hoặc từ các kênh

chiếu mẫu có thể tán xạ nhiều lần trên các vật liệu che chắn sau đó đi đến đetectơ. Nguồn phông này có thể giảm được bằng cách bố trí thí nghiệm và sử dụng vật liệu che chắn hợp lý cho các đetectơ.

- Quá trình bắt nơtron phát gamma của một số đồng vị không quan tâm khác trong giá để mẫu hoặc bia mẫu cũng đóng góp vào phổ như một nguồn phông. Ngoài các đóng góp vào phân bố liên tục làm giảm tỉ số diện tích đỉnh trên phông của các đỉnh tổng, các thành phần còn lại sẽ tạo ra các đỉnh tổng đặc trưng ứng với các giá trị Bn khác và hoàn toàn có thể loại bỏ được các đỉnh này trong quá trình xử lý. Các yếu tố này có thể ước lượng bằng cách sử dụng các hệ phổ kế triệt compton để xác định mức độ đóng góp phông.

II.7. Phát triển các chương trình xử lý

Như đã trình bày trong phần nguyên tắc hoạt động, cách ghi số liệu của hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng dưới dạng số hoàn toàn khác cách ghi phổ thông thường nên cách xử lý cũng khác. Thuật toán xử lý số liệu của phương pháp được mô tả trên các hình 2.19 và hình 2.20. Thuật toán này cho phép xử lý số liệu dưới dạng thống kê đa biến, tách các cặp phân rã gamma nối tầng và xây dựng các sơ đồ phân rã gamma. Thuật toán xử lý số liệu cho phép hiệu chuẩn mã biên độ của các cặp sự kiện trùng phùng về giá trị năng lượng với độ chính xác tối đa mà các giá trị chuẩn cho phép.

II.7.1. Thuật toán xử lý số liệu

1A	1B

nA	nB

Hiệu chỉnh hiệu suất

Phổ nối tầng bậc hai thứ 1 đã hiệu chỉnh hiệu suất

Phổ nối tầng bậc hai ...

Phổ nối tầng bậc hai thứ n đã hiệu chỉnh hiệu suất

Ec1

Ecn

Phổ nối tầng bậc hai thứ n

Phổ nối tầng

.......

Phổ nối tầng bậc hai thứ 1

Ecn . . .Ec1

Thư viện

Các hệ số chuẩn năng lượng của từng kênh

Phổ kênh A Phổ kênh B

Chuẩn các cặp sự kiện trùng phùng

Các cặp sự kiện trùng phùng đã chuẩn

Phổ tổng C1 = 1A + 1B

1A và 1B thỏa E1 + E2 = Ei  ∆Eci

Hình 2.19: Sơ đồ thuật toán tìm các phổ gamma nối tầng bậc hai.

Hệ số rẽ nhánh

Cường độ

tương đối

Thư viện

Diện tích và vị trí các đỉnh

Năng lượng chuyển dời

Cường độ

tương đối

Diện tích và vị trí các đỉnh

Năng lượng chuyển dời

Phổ chuyển dời sơ cấp

Cường độ

dịch chuyển

Mức trung gian

Sơ đồ mức

Thứ tự các chuyển dời

E2 E1

Phổ nối tầng bậc hai thứ 1

Phổ nối tầng bậc hai thứ n

Hình 2.20: Sơ đồ thuật toán tìm cường độ chuyển dời và sơ đồ mức.

Hỗ trợ cho công việc xử lý số liệu, một chương trình xử lý số liệu mang tên Gacasd đã được nhóm nghiên cứu viết dựa trên ngôn ngữ C++ Builder.

II.7.2. Chương trình xử lý Gacasd

Chương trình được thiết kế với giao diện đồ họa và từng mô đun chức năng riêng nên các công đoạn xử lý phổ trở nên dễ dàng. Người sử dụng có thể chọn từng công đoạn một để làm và lưu lại kết quả, các kết quả lại tiếp tục làm đầu vào cho một công đoạn khác hoặc cho một chương trình khác. Hình

2.21 là giao diện chính của chương trình. Khi một nút lệnh được chọn, một chương trình con thực hiện chức năng sẽ được nạp vào bộ nhớ và chương