Tải bản đầy đủ

TUYỂN tập các bài THỰC HÀNH về vật lý và kỹ THUẬT hạt NHÂN VIỆN NGHIÊN cứu hạt NHÂN đà lạt

VIỆN NGHIÊN CỨU HẠT NHÂN
NGUYỄN NHỊ ĐIỀN, NGUYỄN XUÂN HẢI, PHẠM ĐÌNH KHANG

TUYỂN TẬP CÁC BÀI THỰC HÀNH VỀ
VẬT LÝ VÀ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

Lâm Đồng, 2015


LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình đƣợc biên soạn trên cơ sở tuyển tập 27 bài thực hành về vật lý hạt
nhân của hãng Ortec. Đây là những thực hành hỗ trợ cho sinh viên học tập trong các
lĩnh vực Khoa học và kỹ thuật hạt nhân, Vật lý hạt nhân, Hóa học phóng xạ, Sinh học
phóng xạ và Y học phóng xạ.
Về tổng thể, nội dung của các bài thực hành đƣợc tham khảo từ các bài thực hành
của Ortec, đƣợc biên soạn lại cho phù hợp với điều kiện thí nghiệm và ngôn ngữ hiện
thời của ngƣời Việt. Mục tiêu của các bài thực hành nhằm giúp học viên nắm vững
kiến thức và những kỹ năng cơ bản cần thiết trong sử dụng các hệ đo từ đơn giản đến
chuyên sâu. Bảy bài đầu tiên là cần thiết và bắt buộc cho tất cả các nhóm học viên liên
quan đến lĩnh vực phóng xạ hạt nhân. Các bài còn lại đƣợc biên soạn chuyên sâu,
mang tính đặc thù cho từng nhóm đối tƣợng học khác nhau.

Phần phụ lục của giáo trình cung cấp cho học viên các kiến thức bổ sung về thiết
bị điện tử hạt nhân, về an toàn khi thao tác với các nguồn phóng xạ và các kiến thức bổ
sung cần thiết khác.
Quyển giáo trình đƣợc hoàn thành với sự trợ giúp của các nghiên cứu sinh làm
việc tại Trung tâm Vật lý Điện tử Hạt nhân, học viên cao học ngành Vật lý kỹ thuật,
Đại Học Đà Lạt.
Đây là lần xuất bản đầu tiên nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
các đọc giả đóng góp ý kiến để giáo trình đƣợc hoàn thiện hơn cho lần xuất bản sau.
Các tác giả cũng xin cám ơn Công ty trách nhiệm hữu hạn HaKaTa Việt, Công ty
NEAD đã tài trợ cho giáo trình.
Đà Lạt, 2015
Các tác giả

2


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 3
BÀI THỰC HÀNH SỐ1 ........................................................................................................ 12
CÁC KHỐI ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG GHI ĐO BỨC XẠ HẠT NHÂN ............... 12
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 12

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................... 12

III. LÝ THUYẾT ............................................................................................................... 12
III.1. Các khối điện tử ..................................................................................................... 12
III.2. Dao động ký .......................................................................................................... 14
IV.

THỰC HÀNH ........................................................................................................ 16

IV.1. Quan sát tín hiệu ra của máy phát xung khi có và không có suy giảm ........................... 16
IV.2. Sử dụng khối phát xung thay detector của hệ thống đếm ............................................. 17
IV.3. Sử dụng khối phân tích đơn kênh ............................................................................. 20
BÀI THỰC HÀNH SỐ 2 ....................................................................................................... 22


MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 22

I.

II. THIẾT BỊ CẦN THIẾT .................................................................................................. 22
III. LÝ THUYẾT ............................................................................................................... 23
IV.

THỰC HÀNH ........................................................................................................ 23

IV.1. Vùng làm việc của ống đếm Geiger Muller ............................................................... 23
IV.2. Hiệu chỉnh thời gian phân giải cho ống đếm Geiger .................................................... 26
IV.3. Xác định chu kỳ bán rã ........................................................................................... 29
IV.4. Xác định hệ số hấp thụ tuyến tính............................................................................. 30
IV.5. Quy luật suy giảm theo bình phƣơng khoảng cách ...................................................... 32
IV.6. Thống kê số đếm .................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 37

V.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 3 ....................................................................................................... 38
PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG ĐẦU DÕ NHẤP NHÁY Nal(Tl) ................................................ 38
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 38

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................... 38

III.

LÝ THUYẾT ......................................................................................................... 39

III.1. Sự phát tia Gamma ................................................................................................. 39
III.2. Đầu dò NaI(Tl) ...................................................................................................... 39
III.3. Khối phân tích biên độ đa kênh ................................................................................ 42
IV.

THỰC HÀNH ........................................................................................................ 43

IV.1. Chuẩn năng lƣợng .................................................................................................. 43

3


IV.2. Xác định năng lƣợng của nguồn gamma chƣa biết ...................................................... 49
IV.3. Phân tích phổ của 60Co và 137Cs ............................................................................... 50
IV.4. Xác định độ phân giải năng lƣợng ............................................................................ 52
IV.5. Đo hoạt độ của nguồn phát gamma (phƣơng pháp tƣơng đối) ...................................... 52
IV.6. Đo hoạt độ của nguồn phát gamma (phƣơng pháp tuyệt đối)........................................ 53
IV.7. Xác định hệ số hấp thụ khối..................................................................................... 55
IV.8. Phân tích đỉnh tổng................................................................................................. 57
IV.9. Sự hấp thụ quang điện ............................................................................................ 59
IV.10. Cổng tuyến tính trong hệ phổ kế gamma ................................................................. 61
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 66
BÀI THỰC HÀNH SỐ 4 ....................................................................................................... 68
PHỔ KẾ ALPHA VÀ ĐẦU DÕ HẠT MANG ĐIỆN Si............................................................. 68
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 68

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................... 68
III.1. Đầu dò hạt mang điện Si ......................................................................................... 68
III.2. Nguồn alpha .......................................................................................................... 73

IV.

THỰC HÀNH ........................................................................................................ 74

IV.1. Phổ alpha đơn giản và chuẩn năng lƣợng với máy phát xung ....................................... 74
IV.2. Chuẩn năng lƣợng sử dụng hai nguồn alpha .............................................................. 80
IV.3. Đo hoạt độ tuyệt đối của nguồn alpha ....................................................................... 81
IV.5. Xác định các tỷ số phân rã của 241Am ....................................................................... 82
IV.6. Nhận diện đồng vị trong chuỗi phân rã 228Th ............................................................. 83
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 84
BÀI THỰC HÀNH SỐ 5 ....................................................................................................... 86
SỰ MẤT NĂNG LƢỢNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN (Alpha) .................................................... 86
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 86

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................... 86

III.

LÝ THUYẾT ......................................................................................................... 87

III.1. Các thông tin cần thiết ............................................................................................ 87
III.2. Nguồn alpha .......................................................................................................... 92
IV.

THỰCHÀNH ......................................................................................................... 92

IV.1. E/x của hạt apha trong phim mylar ....................................................................... 92
IV.2. E/x của hạt alpha trong chất khí (không bắt buộc) ................................................. 95
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 97
BÀI THỰC HÀNH SỐ 6 ....................................................................................................... 98
PHỔ KẾ BÊTA..................................................................................................................... 98

4


I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................... 98

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................... 98

III.

LÝ THUYẾT ......................................................................................................... 98

III.1. Phân rã bêta ........................................................................................................... 98
III.2. Electron biến hoán nội ............................................................................................ 99
III.3. Ứng dụng của đầu dò hàng rào mặt ......................................................................... 102
III.4. Dòng rò và bù sụt áp cao thế cấp cho đầu dò ............................................................ 103
III.5. Sử dụng nguồn phóng xạ bêta ................................................................................ 103
IV. THỰC HÀNH ........................................................................................................... 104
IV.1. Chuẩn năng lƣợng hệ đo với máy phát xung ............................................................ 104
IV.2. Xác định năng lƣợng cực đại của bêta trong phân rã của 204Tl .................................... 107
IV.3. Xác định tỉ số biến hóa nội .................................................................................... 110
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 111
BÀI THỰC HÀNH SỐ 7 ..................................................................................................... 112
PHỔ KẾ GAMMA PHÂN GIẢI CAO ................................................................................... 112
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 112

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 112

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 113

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 113
III.2. Tƣơng tác của tia gamma trong đầu dò HPGe .......................................................... 115
III.3. Cấu trúc đầu dò .................................................................................................... 119
III.4. Độ phân giải năng lƣợng ....................................................................................... 119
III.5. Tốc độ đếm cực đại và thời gian chết tƣơng đối ....................................................... 120
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 121

IV.1. Độ phân giải năng lƣợng với đầu dò HPGe.............................................................. 121
IV.2. Hiệu suất đỉnh và tỷ số đỉnh so với nền Compton ..................................................... 124
IV.3. Đỉnh thoát và hiệu suất của đầu dò HPGe ................................................................ 127
IV.4. Sự giãn nở Dopple với các đỉnh hủy cặp ................................................................. 130
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 133
BÀI THỰC HÀNH SỐ 8 ..................................................................................................... 135
PHỔ KẾ TIA X ĐỘ PHÂN GIẢI CAO ................................................................................. 135
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 135

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 135

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 135

III.1. Giới thiệu về phổ kế tia X độ phân giải cao ............................................................. 136
IV. THỰC HÀNH ........................................................................................................... 137
IV.1. Chuẩn năng lƣợng với máy phát xung ..................................................................... 137

5


IV.2. Chuẩn hiệu suất ghi và năng lƣợng với nguồn chuẩn ................................................ 138
IV.3. Xác định hệ số hấp thụ khối cho tia X ..................................................................... 141
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 142
BÀI THỰC HÀNH SỐ 9 ..................................................................................................... 144
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRÙNG PHÙNG ĐỂ ĐO HOẠT ĐỘ TUYỆT ĐỐI .......................... 144
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 144

II.

CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT..................................................................................... 144

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 145

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 145
III.2. Trùng phùng (,) ................................................................................................ 145
III.3. Trùng phùng (,)................................................................................................ 146
III.4. Trùng phùng (,) ................................................................................................ 147
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 148

IV.1. Nghiên cứu một hệ trùng phùng chậm đơn giản với một máy phát xung...................... 148
IV.2. Sử dụng khối biến đổi thời gian thành biên độ cho các phép đo trùng phùng yêu cầu thời
gian phân giải bé .......................................................................................................... 153
IV.3. Đo hoạt độ tuyệt đối bằng kỹ thuật trùng phùng ....................................................... 157
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 162

V.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 10 .................................................................................................... 163
TÁN XẠ COMPTON .......................................................................................................... 163
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 163

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 163

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 164

III.1. Thông tin liên quan............................................................................................... 164
III.2. Độ tin cậy trong xác định vị trí đỉnh........................................................................ 165
III.3. Góc mở và hình học đo ......................................................................................... 166
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 167

IV.1. Xác định năng lƣợng tán xạ Compton ..................................................................... 167
V.2. Xác định tiết diện tán xạ compton ........................................................................... 171
IV.3. Đo năng lƣợng tán xạ compton bằng kỹ thuật trùng phùng ........................................ 174
IV.4. Đo năng lƣợng của electron giật lùi trong tán xạ Compton ........................................ 177
V.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 180

BÀI THỰC HÀNH SỐ 11 .................................................................................................... 182
ỐNG ĐẾM TỶ LỆ VÀ ĐO TIA X NĂNG LƢỢNG THẤP ..................................................... 182
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 182

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 182

6


LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 183

III.

IV. THỰC HÀNH ........................................................................................................... 186
IV.1. Chuẩn năng lƣợng ................................................................................................ 186
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 192
BÀI THỰC HÀNH SỐ 12 .................................................................................................... 194
HUỲNH QUANG TIA X ..................................................................................................... 194
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 194

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 194
III.1. Giới thiệu về huỳnh quang tia X ............................................................................. 194
III.2. Nguồn kích thích .................................................................................................. 195
III.3. Tia X đặc trƣng .................................................................................................... 196
IV.

THỰC HÀNH ................................................................................................... 196

IV.1. Đo phổ huỳnh quang tia X bằng ống đếm tỉ lệ ......................................................... 196
IV.2. Đo phổ huỳnh quang tia X với đầu dò Si(Li) ........................................................... 198
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 201
BÀI THỰC HÀNH SỐ 13 .................................................................................................... 202
ĐO TƢƠNG QUAN GÓC BẰNG HỆ TRÙNG PHÙNG GAMMA-GAMMA ........................... 202
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 202

II.

CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT..................................................................................... 202

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 203

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 203
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 205

IV.1. Phƣơng pháp chồng chập để xác định những gamma-gamma trùng phùng của nguồn 22Na
.................................................................................................................................. 205
IV.2. Phƣơng pháp sử dụng cổng tuyến tính để đo tƣơng quan góc giữa các photon hủy cặp 511
keV ............................................................................................................................ 209
IV.3. Sử dụng TAC đo trùng phùng gamma-gamma với nguồn 22Na ................................... 211
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 213
BÀI THỰC HÀNH SỐ 14 .................................................................................................... 215
ĐO THỜI GIAN SỐNG CỦA HẠT NHÂN Ở TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH BẰNG KỸ THUẬT
TRÙNG PHÙNG ................................................................................................................ 215
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 215

II.

CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT..................................................................................... 215

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 216

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 216
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 218

IV.1 đo thời gian sống trạng thái 14 keV của 57Fe sử dụng TAC......................................... 218

7


IV.2. Đo thời gian sốngtrạng thái 14 keV của 57Fe sử dụng phƣơng pháp trùng phùng trễ...... 222
IV.3. Thực hiện thực hành IV.1 và IV.2 với các đầu dò khác ............................................. 226
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 227
BÀI THỰC HÀNH SỐ 15 .................................................................................................... 228
TÁN XẠ CỦA HẠT ALPHA TRÊN VÀNG VÀ KIM LOẠI ................................................... 228
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 228

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 228

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 229

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 230

IV.1. Sự phụ thuộc góc của tiết diện Rutherford ............................................................... 230
IV.2. Sự phụ thuộc của Z 22 vào tiết diện Rutherford ......................................................... 235
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 236

V.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 16 .................................................................................................... 238
TIẾT DIỆN NƠTRON TOÀN PHẦN VÀ ĐO BÁN KÍNH HẠT NHÂN .................................. 238
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 238

II.

LÝ THUYẾT ........................................................................................................... 238

III.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 240

III.1. Các bƣớc thực hiện ............................................................................................... 240
III.2. Yêu cầu và tính kết quả ......................................................................................... 241
BÀI THỰC HÀNH SỐ 17 .................................................................................................... 244
PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON CHẬM ....................................................................... 244
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 244

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 244

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 245

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 245
III.2. Nguồn nơtron ....................................................................................................... 245
III.3. Phƣơng trình kích hoạt nơtron................................................................................ 245
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 247

IV.1 Xác định thông lƣợng nơtron .................................................................................. 247
IV.2. Đo tiết diện phản ứng 51V(n, )52V với nơtron chậm ................................................. 249
IV.3. Xác định chu kì bán hủy của Al trong phản ứng 27Al(n,)28Al .................................... 250
IV.4. Hệ số bão hòa trong phân tích kích hoạt nơtron ........................................................ 252
IV.5. Nghiên cứu một mẫu phức tạp có hai thành phần phân rã .......................................... 253
IV.6. Che chắn nơtron nhiệt ........................................................................................... 254
IV.7. Đo tiết diện nơtron nhiệt khi kích hoạt nguyên tố của bộ mẫu RE-17 .......................... 256
Phụ lục: Mô tả thiết bị ...................................................................................................... 258

8


BÀI THỰC HÀNH SỐ 18 .................................................................................................... 262
PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON NHANH ..................................................................... 262
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 262

II.

CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT..................................................................................... 262

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 262

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 263

IV.1. Gamma và thời gian bán rã từ các phản ứng (n,p) ..................................................... 263
IV.2. Nghiên cứu bằng phản ứng (n,p) ............................................................................ 264
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 265

V.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 19 .................................................................................................... 267
SƠ ĐỒ PHÂN RÃ GAMMA VÀ ĐO TƢƠNG QUAN GÓC CỦA 60Co ................................... 267
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 267

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 267

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 268

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 269

IV.1. Kiểm chứng sự trùng phùng gamma-gamma của 60Co ............................................... 269
IV.2. Đo tƣơng quan góc giữa



của 60Co ............................................................. 275

V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 280
PHỤ LỤC 19-A Các nguyên tắc về khoảng cách nguồn–đầu dò, tốc độ và thời gian đếm ......... 281
BÀI THỰC HÀNH SỐ 20 .................................................................................................... 285
NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ CỦA Cm-244 BẰNG TRÙNG PHÙNG ALPHA VÀ TIA-X ............ 285
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 285

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 285

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 286

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 286

V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 291
Phụ lục ........................................................................................................................... 292
BÀI THỰC HÀNH SỐ 21 .................................................................................................... 294
KHẢO SÁT SỰ ION HÓA LỚP BÊN TRONG NGUYÊN TỬ BẰNG HẠT ALPHA TỪ NGUỒN
241
Am................................................................................................................................. 294
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 294

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 294

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 295

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 296

IV.1. Sự ion hóa các lớp trong nguyên tử bởi hạt alpha ..................................................... 296
V.2. Hiệu suất ghi của đầu dò bán dẫn Si(Li) ................................................................... 298
IV.3. Đo ion hóa lớp bên trong....................................................................................... 299

9


TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 301

V.

Lời cảm ơn ..................................................................................................................... 302
BÀI THỰC HÀNH SỐ 22 .................................................................................................... 303
CÁC PHÉP ĐO SINH HỌC PHÓNG XẠ VÀ Y HỌC HẠT NHÂN ......................................... 303
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 303

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 303

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 303

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 304

IV.1. Thực hành cấu hình đo trong sinh học và y học phóng xạ .......................................... 304
IV.2. Nghiên cứu sự hấp thụ 131I trong chuột.................................................................... 306
IV.3. Sự di chuyển của photpho phóng xạ trong thực vật ................................................... 308
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 309
BÀI THỰC HÀNH SỐ 23 .................................................................................................... 311
KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƢỜNG ......................................... 311
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 311

II.

CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT..................................................................................... 311

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 311

IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 312

IV.1. Nghiên cứu mẫu môi trƣờng bằng ống phát huỳnh quang (Tube-Excited Fluorescence) 312
IV.2. Nghiên cứu mẫu môi trƣờng bằng nguồn kích thích.................................................. 315
IV.3. Nghiên cứu mẫu môi trƣờng bằng phân tích kích hoạt nơtron và hệ phổ kế gamma phân giải
cao. ............................................................................................................................ 317
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 320

V.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 24 ................................................................................................... 322
CÁC THÍ NGHIỆM VỀ AN TOÀN BỨC XẠ ................................................................... 322
I.

MỤC ĐÍCH ............................................................................................................. 322

II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 322

III.

LÝ THUYẾT ....................................................................................................... 323

III.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 323
III.2. Mục đích ............................................................................................................. 323
IV.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 325

IV.1. Xác định cƣờng độ bức xạ gamma theo khoảng cách ................................................ 325
IV.2. Đo cƣờng độ gamma với ống đếm Geiger .............................................................. 327
IV.3. Hiệu quả che chắn gamma với các vật liệu khác nhau ............................................... 327
IV.4. Đo sự suy giảm của bêta trong nhôm với ống đếm Geiger Muller............................... 329
IV.5. Đo suy giảm của bêta trong nhôm với đầu dò hàng rào mặt ....................................... 330
IV.6. Nghiên cứu che chắn nơtron bằng parafin ............................................................... 331

10


IV.7. Nghiên cứu khả năng che chắn nơtron của chì ......................................................... 333
BÀI THỰC HÀNH SỐ 25 .................................................................................................... 334
PHỔ KẾ THỜI GIAN BAY ................................................................................................. 334
MỤC ĐÍCH ................................................................................................................. 334

I.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 334

II.
III.

THỰC HÀNH ...................................................................................................... 335

III.1. Đo sự mất năng lƣợng và thời gian bay của hạt alpha ................................................ 335
III.2. Phổ TOF của gamma và vận tốc ánh sáng................................................................ 339
IV.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 342

BÀI THỰC HÀNH SỐ 26 .................................................................................................... 344
I.

LÝ THUYẾT ........................................................................................................... 344

II.

THỰC HÀNH .......................................................................................................... 346
II.1. Xác định năng lƣợng của các mảnh phân hạch .......................................................... 346

III.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 348

BÀI THỰC HÀNH SỐ 27 .................................................................................................... 350
ĐO PHỔ THỜI GIAN SỐNG CỦA POSITRON .................................................................... 350
I. MỤC ĐÍCH ................................................................................................................. 350
II.

THIẾT BỊ CẦN THIẾT ............................................................................................. 350

III. LÝ THUYẾT ............................................................................................................. 351
III.1. Sự phát và hủy positron ......................................................................................... 351
III.2. Ảnh hƣởng của khoảng trống, chân không và khuyết tật ............................................ 353
III.3. Các mô hình toán ................................................................................................. 353
III.4. Bố trí kiểu sandwich nguồn và mẫu (Mẫu/ Nguồn/ Mẫu) .......................................... 357
III.5. Phổ kế đo thời gian sống của positron .......................... Error! Bookmark not defined.
III.6. Phổ biên độ xung từ đầu dò của nguồn 22Na ............................................................. 360
IV. THỰC HÀNH ........................................................................................................... 360
IV.1. Lắp đặt và thiết lập ............................................................................................... 360
IV.2. Đo phổ................................................................................................................ 367
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 370
PHỤ LỤC 1. CÁC CHUẨN ĐIỆN TỬ VÀ ĐỊNH NGHĨA ...................................................... 374
PHỤ LỤC 2. CÁC CHUẨN TÍN HIỆU LOGIC VÀ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC THIẾT BỊ EG &
ORTEC .............................................................................................................................. 380
PHỤ LỤC 3. THAO TÁC AN TOÀN NGUỒN PHÓNG XẠ ................................................... 398

11


BÀI THỰC HÀNH SỐ1
CÁC KHỐI ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG GHI ĐO BỨC XẠ
HẠT NHÂN
I. MỤC ĐÍCH
Giúp sinh viên tiến đến sử dụng thành thạo các khối điện tử cơ bản trong hệ
thống ghi đo bức xạ hạt nhân, cách ghép nối, lắp đặt và hiệu chỉnh các khối để đáp ứng
yêu cầu của thí nghiệm.
II. THIẾT BỊ CẦN THIẾT
-

Khối phát xung 480;

-

Khối tiền khuếch đại 113;

-

Khung NIM và nguồn nuôi thế thấp 4001A/4002D;

-

Khối khuếch đại phổ 575A;

-

Khối định thời gian và đếm 996;

-

Khối phân tích đơn kênh 551;

-

Đầu nối C-29 BNC;

-

03 sợi cáp C-24-12;

-

02 sợi cáp C-24-1.
Thiết bị cần thiết khác

- Dao động ký Tektronix 2213A hoặc tƣơng đƣơng.
III. LÝ THUYẾT
III.1. Các khối điện tử
Phần đầu của thực hành này là hƣớng dẫn sử dụng dao động ký để quan sát xung
vào và xung ra của các khối điện tử chức năng trong hệ thống đo đơn giản. Tiếp theo
là các cách sử dụng máy phát xung, tạo ra các xung tƣơng ứng với các thiết bị đo hạt
nhân. Xung từ máy phát xung đƣợc sử dụng để khởi phát, hiệu chuẩn, kiểm tra hoạt
động của một số khối điện tử. Các khối điện tử đƣợc sử dụng trong phần này là những
thiết bị đƣợc sử dụng trong hầu hết các thực hành nhƣ khối tiền khuếch đại, khuếch
đại, phân biệt ngƣỡng, phân tích đơn kênh (SCA), khối đếm và dao động ký. Mỗi khối
có một chức năng cần thiết trong hệ thống tổng thể.
Các khối điện tử đƣợc chia thành 2 loại là logic và tuyến tính. Các khối logic là
những khối biên độ xung lối ra cố định theo các tiêu chuẩn logic. Ví dụ đơn giản về
khối logic là khối phân biệt ngƣỡng, xung ra của khối này luôn cùng một biên độ mỗi
lần nó nhận xung vào có biên độ lớn hơn mức ngƣỡng. SCA là một ví dụ khác của
12


khối logic. Các khối tuyến tính là những khối mà tín hiệu lối ra mang thông tin năng
lƣợng của hạt hoặc bức xạ đƣợc hấp thụ trong đầu dò.
Hình 1.1 là sơ đồ khối của một hệ đo năng lƣợng hạt alpha, trong sơ đồ có sử
dụng cả hai khối logic và tuyến tính. Các hạt alpha từ nguồn tạo ra các xung có biên độ
tỉ lệ thuận với năng lƣợng hạt alpha ở lối ra đầu dò. Khối tiền khuếch đại và khuếch
đại sẽ khuếch đại và tạo dạng xung.
Giả sử rằng các hạt alpha có năng lƣợng 5 MeV và lối ra của tiền khuếch đại là
các xung có biên độ 0,5 V. Hệ số khuếch đại của khối khuếch đại đƣợc thiết lập là
10. Khi đó xung ở lối ra khối khuếch đại có biên độ 5 V. Nếu hệ hoạt động tuyến
tính, khi thay nguồn anpha có năng lƣợng 5 MeV bằng nguồn có năng lƣợng 6 MeV,
biên độ ở lối ra của tiền khuếch đại sẽ là 0,6 V và ở lối ra khối khuếch đại là 6 V.
Trong ví dụ này, tín hiệu tuyến tính ở lối ra khối khuếch đại sẽ mang thông tin năng
lƣợng của hạt alpha (tỉ lệ tuyến tính với năng lƣợng của hạt alpha).

Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ đếm alpha.
Hình 1.2 là dạng xung ở lối ra của khối khuếch đại quan sát trên dao động ký khi
các hạt alpha có năng lƣợng 5 và 6 MeV đi vào đầu dò. Xung 5 V tƣơng ứng với hạt
alpha có năng lƣợng 5 MeV đi vào đầu dò. Vì vậy, ngoài thông tin về năng lƣợng, số
lƣợng các tín hiệu tuyến tính cũng cho biết có bao nhiêu sự kiện có năng lƣợng tƣơng
ứng xảy ra trong một đơn vị thời gian. Nếu đặt ngƣỡng cho khối phân biệt ngƣỡng là
5,1 V, bộ phân biệt xung logic chỉ cho tín hiệu ra tƣơng ứng với các hạt alpha có năng
lƣợng 6 MeV. Nếu đƣa các xung logic này vào bộ đếm, số hạt alpha có năng lƣợng 6
MeV đi đến đầu dò sẽ đƣợc đếm.

Hình 1.2.Tín hiệu lối ra khối khuếch đại.
13


Các bƣớc trong thực hành 1.1 sẽ giúp cho sinh viên làm quen cách sử dụng dao
động ký và máy phát xung ORTEC 480. Xung lối ra của máy phát xung sẽ lấy ở chế
độ trực tiếp và chế độ suy giảm. Thực hành 1.2 gồm 3 phần:
(1) Sử dụng các tín hiệu ra của máy phát xung 480 cho các khối tuyến tính (tiền
khuếch đại, khuếch đại) trong các hệ thống đo và quan sát dạng xung của các khối
tuyến tính trong hệ thống;
(2) Xác định tiêu chuẩn logic của xung ra của khối phân biệt ngƣỡng tích phân
trên dao động ký;
(3) Sử dụng khối phân tích đơn kênh để thay cho khối phân biệt ngƣỡng tích
phân.

Hình 1.3. Mặt trƣớc của dao động ký Tecktronix 2213A.
III.2. Dao động ký
Dao động ký là công cụ để quan sát sự biến đổi của tín hiệu điện. Đây là một
công cụ rất quan trọng ngay cả với những ngƣời làm vật lý hạt nhân thực nghiệm
(kiểm tra sự hoạt động của hệ thống đo đạc). Hầu hết các dao động ký trong phòng thí
nghiệm hạt nhân có khoảng 30 nút bấm và nút chỉnh để thực hiện các chức năng khác
nhau đã đƣợc thiết kế. Tuy nhiên, thông thƣờng để quan sát đƣợc xung vào, ra hoặc
chỉnh thời gian đơn giản thì chỉ cần khoảng 10 tham số. Do đó ngƣời sử dụng có thể
thực hiện thí nghiệm khi đã thành thạo khoảng 10 nút bấm.
Các phòng thí nghiệm về hạt nhân thƣờng có một dao động ký tƣơng tự nhƣ
Tektronix 2213A, do đó giới thiệu vắn tắt dƣới đây hƣớng dẫn tìm hiểu một số chức
năng hoạt động của dao động ký Tektronix. Hình 1.3 là chi tiết bảng điều khiển của
dao động ký Tektronix 2213A.
Trong thực hành này chỉ có một trong hai kênh đƣợc sử dụng, các thiết lập trình
bày trong bảng 1.1 là những điều chỉnh cơ bản để sử dụng dao động ký. Trong thực
hành 1.1, lối ra của khối phát xung 480 đƣợc nối trực tiếp đến lối vào dao động ký
bằng cáp và hệ số nhân trên đầu đo là ×1.
14


Với thực hành 1.2 và 1.3, đầu đo của dao động ký đƣợc sử dụng để kiểm tra các
khối điện tử, do đó hệ số nhân sẽ đƣợc đặt là ×10.
Khi sử dụng dao động ký khác, các tham số hƣớng dẫn trong bảng 1.1 cần đƣợc
điều chỉnh cho phù hợp.
Bảng 1.1. Các tham số của dao động ký (theo hình 1.3).
1. Độ sáng (Intensity): Vị trí giữa, chỉnh Focus để có đƣợc độ tƣơng phản
và độ nét tốt.
2. Chế độ hiển thị (Display Mode Selection): Chọn CH1.
3. Vị trí trục hoành (Vertical Position) (kênh 1): Đặt đƣờng cơ sở (baseline)
ở 0% điểm đánh dấu, 2,5 cm dƣới đƣờng trung tâm.
4. Vị trí trục hoành (Vertical position) (kênh 2): Không thiết lập.
5. Chỉnh thang (Sec/Div): 0,1 ms/ cm trong chế độ quét (100 µs); hoặc
tƣơng ứng theo từng ứng dụng.
6. Cực tính xung khởi phát (Triggering Slope): + (Out) cho xung dƣơng
7. Chế độ khởi phát (Triggering Mode): NORM thƣờng đƣợc sử dụng trong
phòng thí nghiệm hoặc chế độ khác tùy theo ứng dụng.
8. Mức khởi phát (Triggering Level): Đặt ở giữa thang và chỉnh cho đến khi
quan sát đƣợc xung vào.
9. Nguồn xung khởi phát (Triggering Source): Chọn INT khi quan sát các
xung của kênh 1 hoặc chế độ khác tùy theo ứng dụng.
10. Thang đo (Volts/Div) (kênh 2): Không thiết lập.
11. Dải đo (Volts/Div) (kênh 2): Không thiết lập.
12. Hệ số nhân trên que đo (Probe Selection): Sử dụng ×1 nếu đo trực tiếp
với tín hiệu nhỏ hoặc ×10 với tín hiệu biên độ lớn.
13. Thang đo (Volts/Div) (Kênh 1): Đặt ở chế độ 1 V/cm.
14. Chọn tín hiệu lối vào (Input Coupling) (cả hai kênh): Chọn AC cho thực
hành này.
15. Dải đo (Volts/Div) (Kênh 1): Vặn theo chiều kim đồng hồ là chiều
giảm; ngƣợc lại là chỉnh tăng thang đo.
16. Chỉnh hội tụ (Focus): Đặt điểm giữa và chỉnh điểm sáng cho rõ nhất.
17. Xác định chùm (Beam Finder): Xác định tâm (đẩy vào) để xác định
hƣớng chỉnh cho cả trục tung và trục hoành.

15


IV. THỰC HÀNH
IV.1. Quan sát tín hiệu ra của máy phát xung khi có và không có suy giảm
IV.1.1. Giới thiệu
Khối phát xung 480 có thể tạo ra các xung giống nhƣ xung hạt nhân từ các đầu
dò. Thông thƣờng, các xung này đƣợc đƣa vào tiền khuếch đại hoặc khuếch đại để làm
các tín hiệu kiểm tra. Máy phát xung này có hai lối ra đồng thời: một lối ra trực tiếp và
một lối ra suy giảm. Xung ở lối ra trực tiếp có biên độ bằng với giá trị đƣợc đặt bằng
nút chỉnh trên mặt máy và thƣờng dùng để khởi phát với thời gian tham chiếu bằng 0.
Xung ở lối ra suy giảm đƣợc chia từ tín hiệu trực tiếp, có biên độ bằng một phần
của xung lối ra trực tiếp và chỉ lấy một phần nhỏ cần thiết cho việc chuẩn năng lƣợng.
Biên độ xung ở lối ra suy giảm có thể thay đổi liên tục trong khoảng từ 0 đến 5 V.
Phân cực của xung ra đƣợc lựa chọn trên bảng điều khiển phía trƣớc. Để tƣơng thích
với chuẩn NIM, khối phát xung 480 cũng đƣợc chế tạo theo chuẩn này. Do đó việc sử
dụng cũng cần tuân thủ theo các nguyên tắc chung: tắt công tắt điện trƣớc khi tháo lắp
bất kỳ khối chức năng nào đối với khung NIM.
IV.1.2. Các bước thực hiện
1. Lắp khối phát xung 480 vào khung NIM và bật công tắc nguồn.
2. Lắp đầu BNC chữ T vào lối vào kênh 1 của dao động ký, nối lối ra trực tiếp
của máy phát xung 480 với một đầu chữ T trên kênh 1 bằng cáp 93Ω, đầu còn lại của
chữ T nối với chụp 100Ω. Điều này đảm bảo việc phù hợp trở kháng để mô phỏng tín
hiệu giống nhƣ trở kháng lối ra của tiền khuếch đại.
3. Thiết lập chế độ chuẩn cho khối phát xung 480 và đặt biên độ xung cực đại
(full clockwise), cực tính xung dƣơng. Các tham số dao động ký đƣợc đặt theo bảng
1.1.
4. Chỉnh trigger (Triggering Level), nếu không quan sát đƣợc tín hiệu, kiểm tra
lại các tham số của dao động ký trong bảng 1.1. Nếu các tham số phù hợp, xung trên
màn hình dao động ký có dạng nhƣ hình 1.4. Lƣu ý rằng trong hình 1.4, biên độ xung
cực đại vào khoảng 5V.

Hình 1.4. Đặc trƣng xung lối ra của máy phát xung.
16


Bài tập
a. Vẽ hình ảnh xung quan sát đƣợc trên giấy mm. Chú ý hình ảnh xung, giá trị
điện áp là một hàm của thời gian. Các thang thay đổi theo mục 13 trong bảng 1.1. Khi
thay đổi cần phải chỉnh lại trigger. Thang thời gian chỉnh theo mục 5 trong bảng 1.1.
b. Trong mục 13, đặt tham số 2V/cm và mục 5 đặt tham số 2μs/cm, vẽ hình ảnh
xung quan sát đƣợc trên giấy cm.
5. Chuyển cáp nối tín hiệu sang lấy tín hiệu ở lối ra suy giảm, chọn chế độ suy
giảm ×1. Nút chỉnh biên độ xung đặt ở chế độ cực đại theo chiều kim đồng hồ. Biên độ
xung quan sát trên dao động ký vào khoảng 5V. Nút vặn điều chỉnh biên độ xung là
nút kép 10 vòng.
Có 100 điểm phân chia trên mặt nút vặn và tổng cộng có 1000 điểm tích hợp. Có
thể chỉnh biên độ xung đến một tỉ số nhất định, ví dụ 90% (900/1000,…).
Bài tập
c. Ghi các giá trị biên độ cực đại của xung quan sát đƣợc trên dao động ký theo
các vị trí của nút vặn thay đổi biên độ vào bảng 1.2.
d. Vẽ đồ thị trên giấy với thang tuyến tính sự phụ thuộc của biên độ xung vào giá
trị đặt trên nút chỉnh biên độ. Đồ thị có phải là một đƣờng thẳng?
6. Vặn nút chỉnh biên độ về vị trí cực đại 1000/1000. Đặt chế độ suy giảm trên
khối phát xung 480 là ×2, biên độ xung sẽ giảm 2 lần. Lặp lại với các hệ số suy giảm
khác và quan sát tín hiệu ra. Có thể phải thay đổi tham số của dao động ký theo mục
13 trong bảng 1.1 để quan sát tín hiệu khi biên độ xung bị suy giảm nhiều. Chọn lại
chế độ suy giảm ×1, dùng tuốc nơ vít tinh chỉnh vặn nhẹ nút Calibrate ngƣợc chiều
kim đồng hồ và quan sát xung ra trên dao động ký. Độ tuyến tính của xung sẽ bị giảm.
Bảng 1.2. Sự phụ thuộc của biên độ xung theo nút chỉnh.
Độ cao xung theo nút chỉnh
1000/1000
800/1000
600/1000
400/1000
200/1000

Biên độ xung trên dao động ký

IV.2. Sử dụng khối phát xung thay detector của hệ thống đếm
IV.2.1. Giới thiệu
Thiết lập các khối điện tử nhƣ trong hình 1.5 sau:

17


Hình 1.5. Hệ đếm với máy phát xung.
1. Lắp các khối 480, 575A và 996 vào khung NIM và bật công tắc nguồn.
2. Nối cáp nguồn cho tiền khuếch đại 113 (lấy từ phía sau khối 575A).
3. Nối lối ra suy giảm của khối 480 đến lối vào Test của khối 113 (sử dụng cáp
93 Ω) và không cần sử dụng phối hợp trở kháng 100 Ω để phối hợp trở kháng.
4. Sử dụng BNC chữ T nối vào lối ra tiền khuếch đại 113, một đầu của chữ T
nối vào dao động ký.
5. Nối lối ra khối 575A với lối vào khối 551, sử dụng nhƣ khối phân biệt
ngƣỡng.
6. Nối lối ra dƣơng của khối 551 đến lối vào bộ đếm 996.
 Thực hiện các điều khiển sau
1. Đặt điện dung lối vào của khối 113 là 100 pF.
2. Đặt chế độ lối vào xung âm cho khối 575A và lối ra xung đơn cực.
3. Đặt khối 551 ở chế độ tích phân (Integral), ngƣỡng dƣới (Low-Level) đặt ở
50/1000. Xác lập này cho phép khối 551 hoạt động nhƣ một bộ phân biệt ngƣỡng.
 Các bước thực hiện
1. Sử dụng lối ra suy giảm của khối 480, vặn nút thay đổi biên độ theo chiều
kim đồng hồ đến giá trị 1000/1000, xung ra âm. Các bƣớc chỉnh khác sẽ thực hiện sau.
2. Chỉnh các nút suy giảm và Calibration để có xung ra từ tiền khuếch đại cỡ
0,1 V (que đo của dao động ký đặt ở chế độ ×10), chọn tham số nhƣ trong mục 13
bảng 1.1.
3. Khởi phát dao động ký nhƣ trong thực hành 1.1.
4. Chuyển cáp nối tín hiệu vào dao động ký đến lối ra của khối 575A, thay đổi
hệ số khuếch đại của khối 575A để có biên độ xung ra khoảng 8,5 V. Các tham số dao
động ký giống trong bảng 1.1 ngoại trừ mục 13 đặt là 2 V/cm, mục 5 là 0,1 ms/cm.
Xung đúng có dạng giống nhƣ hình 1.6.
5. Giữ nguyên các thiết lập, chuyển lối ra của khối 575A sang chế độ lƣỡng cực.
Xung ra có dạng nhƣ hình 1.7 (chỉnh lại dao động ký nếu cần).
18


6. Trả lại chế độ ra xung đơn cực của khối 575A.

Hình 1.6.Xung ra đơn cực tốt.

Hình 1.7. Xung ra lƣỡng cực đúng.
 Xác định tiêu chuẩn logic
1. Nối đầu đo dao động ký đến điểm kiểm tra (test point) lối ra dƣơng của khối
551.
2. Khởi phát dao động ký với các thông số nhƣ đã sử dụng để xem biên độ xung
ra sau khối khuếch đại. Sẽ quan sát đƣợc xung logic 5V trên dao động ký.
3. Đặt thời gian khoảng 30 phút (hoặc hơn) cho khối đếm 996 để đếm các xung
từ khối 551.
4. Tăng ngƣỡng của khối 551 đến khi bộ đếm ngƣng đếm. Ghi lại giá trị ngƣỡng
vào dòng đầu tiên trong bảng 1.3.
5. Trên khối 480, giảm biên độ xung đến giá trị 800/1000.
Bài tập
a. Giảm ngƣỡng của khối 551 đến khi bộ đếm bắt đầu đếm. Ghi lại giá trị này
vào bảng 1.3 và tiếp tục với các giá trị ngƣỡng khác.
b. Vẽ đồ thị các dữ liệu trong bảng 1.3 trên thang tuyến tính. Các giá trị này sẽ
tạo nên một đƣờng thẳng.
19


Bảng 1.3. Sự phụ thuộc của ngƣỡng vào biên độ xung.
Độ cao xung trên khối 480
1000/1000
800/1000
600/1000
400/1000
200/1000

Ngưỡng dưới của khối 551

IV.3. Sử dụng khối phân tích đơn kênh
1. Thay đổi chế độ trên khối 551 từ Intergral về Nomal để khối 551 hoạt động
nhƣ một khối phân tích đơn kênh. Nối LL Out (Low Level Output) ở phía sau của khối
551 với một chữ T và nối với lối vào của khối 996.
2. Sử dụng nút đặt ngƣỡng dƣới của khối 551 để chỉnh ngƣỡng với các giá trị đặt
biên độ xung trên khối 480. Thực hiện giống nhƣ trong chế độ Integral của thực hành
IV.2.
Bài tập
Bảng 1.4.Sự phụ thuộc của ngƣỡng dƣới vào biên độ.
Độ cao xung trên khối 480
1000/1000
800/1000
600/1000
400/1000
200/1000

Ngưỡng dưới của khối 551

a. Điền các giá trị vào bảng 1.4.
b. Vẽ đồ thị giá trị ngƣỡng theo biên độ xung. Các giá trị sẽ cho thấy ngƣỡng
dƣới trong chế độ SCA hoạt động giống nhƣ trong chế độ Integral.
3. Chuyển kết nối từ LL Out của khối 511 sang lối ra SCA ở phía trƣớc hoặc
sau của khối 511.
4. Chọn chế độ Nomal và đặt ngƣỡng trên ở 1000/1000. Khối 511 sẽ hoạt động
giống nhƣ khi sử dụng lối ra LL Out nhƣng tín hiệu chậm hơn.
5. Đặt SCA hoạt động trong chế độ vi phân (Differential). Đặt ngƣỡng dƣới ở
100/1000 và cửa sổ (Upper-Level) ở 100/1000.
6. Giảm biên độ xung trên khối 480 cho đến khi khối đếm bắt đầu đếm. Ghi lại
giá trị vào bảng 1.5 theo ngƣỡng trên ΔE.

20


Bảng 1.5.Số đếm theo ngƣỡng trên.
Lower Level
100/1000
100/1000
100/1000
100/1000

E Upper

Window hoặc
Upper Level
100/1000
300/1000
600/1000
800/1000

E Lower

Bài tập
c. Tiếp tục giảm biên độ xung trên khối 480 cho đến khi bộ đếm ngƣng. Ghi lại
giá trị này nhƣ ngƣỡng dƣới ΔE vào bảng 1.5.
d. Vẽ đồ thị sự thay đổi của cửa sổ theo ΔE Upper - ΔE Lower trên thang tuyến
tính.
e. Lặp lại các phép đo này với ngƣỡng dƣới đặt ở 200/1000 nhƣ trong bảng 1.6.
Bảng 1.6. Số đếm theo ngƣỡng.
Lower Level
200/1000
200/1000
200/1000
200/1000

Window hoặc
Upper Level
100/1000
300/1000
600/1000
800/1000

E Upper

E Lower

7. Đặt chuyển mạch chế độ trên khối 551 về Nomal. Thay đổi độc lập ngƣỡng
dƣới và ngƣỡng trên của khối 551 từ 1 đến 10 V. Ở chế độ Nomal, nếu ngƣỡng dƣới
đặt cao hơn ngƣỡng trên, lối ra SCA của khối 551 sẽ không có tín hiệu. Ghi các giá trị
theo bảng 1.7.
Bài tập
f. Lặp lại các phép đo theo bảng 1.7 với ngƣỡng dƣới đặt ở 200/1000 nhƣ trong
bảng 1.6.
Bảng 1.7. Số đếm theo ngƣỡng.
Lower Level
200/1000
200/1000
200/1000
200/1000

Window hoặc
Upper Level
100/1000
300/1000
600/1000
800/1000

21

E Upper

E Lower


BÀI THỰC HÀNH SỐ 2
ỐNG ĐẾM GEIGER – MULLER
I. MỤC ĐÍCH
Mục đích thí nghiệm là để ngƣời học làm quen với ống đếm Geiger-Muller. Ống
đếm này là thiết bị khá nhạy, đƣợc sử dụng rộng rãi, hoạt động theo nguyên tắc khuếch
đại khí, có cấu trúc đơn giản, chi phí tƣơng đối rẻ cả trong chế tạo lẫn hoạt động. Các
thí nghiệm trong bài này đƣợc thiết kế nhằm xác định miền làm việc của ống đếm
Geiger, chu kỳ bán hủy, hiệu chỉnh thời gian phân giải và khảo sát một số đặc trƣng cơ
bản của hạt nhân.
II. THIẾT BỊ CẦN THIẾT
- Khối cao thế 556;
-Khung NIM 4001A/4002D;
- Ống đếm Geiger Muller 903;
- Khối định thời gian và đếm 996;
- 01 cáp đồng trục C-36-12 12-ft. (3,7 m) 75-ΩRG-59A/U với đầu SHV cái;
- 02 cáp đồng trục C-24-4 4-ft. (1,2 m) 93-ΩRG-62A/U với đầu cắm BNC;
- BNC chữ T C-29 BNC;
- Ống đếm Geiger-Mueller GP35 cửa sổ mỏng với giá để mẫu sáu vị trí;
- Bộ đảo xung (đảo xung âm ở lối ra ống đếm G10-M thành xung dƣơng cho lối
vào của 996);
- Nguồn 60Co hoạt độ ~1 µCi;
- Bộ chia nguồn bêta (BF-090SPLIT): 204Tl gồm hai nửa hình trụ, mỗi nửa có
hoạt độ ~5 µCi (có thể thay thế bằng 90Sr/90Y, mỗi nửa có hoạt độ ~0,1 µCi); dùng cho
đo thời gian chết;
- Dao động ký 2 kênh số, 300 MHz, TDS3032C;
- Hai bộ vật liệu hấp thụ RAS20, mỗi bộ chứa ít nhất 4 tấm chì hấp thụ có mật độ
từ 1100 đến 7400 mg/cm2.
Thiết bị từ các nhà cung cấp khác
-Tuốc nơ vít tinh chỉnh.

22


III. LÝ THUYẾT
Mô tả
Về nguyên tắc, ống đếm Geiger gồm hai điện cực và một chất khí áp suất thấp
giữa hai điện cực. Điện cực bên ngoài thƣờng có dạng hình trụ, điện cực bên trong
(cực dƣơng) là một dây mảnh nằm ở tâm hình trụ. Điện thế giữa hai điện cực đƣợc duy
trì ở giá trị sao cho bất kỳ hạt ion hóa nào đi vào bên trong ống đếm sẽ gây ra hiện
tƣợng thác lũ. Ống đếm Geiger trong thực hành này đƣợc gọi là ống đếm cửa sổ (end–
window tube) vì nó có cửa sổ ở một đầu để bức xạ ion hóa đi vào.
Ống đếm Geiger không phân biệt đƣợc năng lƣợng hoặc các loại hạt khác nhau;
nó chỉ nhận biết số hạt hoặc tia (bêta và gamma đối với thí nghiệm này) đi vào bên
trong ống đếm trong quá trình làm việc. Biên độ xung tạo ra từ quá trình thác lũ
thƣờng lớn hơn 1 V. Xung này đủ lớn để khối đếm 996 đếm trực tiếp mà không cần
phải khuếch đại. Do khối đếm 996 nhận xung dƣơng nên việc đảo cực tính xung là cần
thiết (hình 2.1).

Hình 2.1.Sơ đồ điện tử hệ đếm Geiger Muller.
IV. THỰC HÀNH
IV.1. Vùng làm việc của ống đếm Geiger Muller
IV.1.1. Mục đích
Mục đích của thí nghiệm là xác định đƣờng phụ thuộc số đếm vào cao áp đặt lên
ống đếm (đƣờng plateau) và chọn điểm làm việc cho ống đếm. Hình 2.2 biểu diễn
đƣờng plateau của một ống Geiger điển hình có điểm làm việc ở vùng lân cận 950 V.

23


Hình 2.2.Xác định plateau của một ống đếm Geiger.
Vùng giữa R1 và R2 tƣơng ứng với điện áp làm việc V1 và V2, đƣợc gọi là miền
Geiger. Vùng điện áp > V2 trong hình 2.2 gây nên sự phóng điện liên tục và làm giảm
tuổi thọ của ống đếm.
IV.1.2. Các bước thực hiện
1. Lắp ráp các thiết bị điện tử nhƣ trong hình 2.1;
2. Đặt các nút vặn trên trên khối 556 về giá trị cực tiểu. Kiểm tra chắc chắn rằng
cực tính cao thế ra là dƣơng (POSitive POLARITY) và nút điều khiển đặt ở INTernal.
3. Nối cáp với đầu nối MHV từ ống đếm Geiger đến lối vào có nhãn “GM Tube”
trên khối đảo xung. Sử dụng cáp đồng trục với đầu nối SHV, nối lối ra cao áp
(OUTPUT) ở mặt sau của khối 556 đến lối vào có nhãn “HIGH VOLTAGE” trên bộ
đảo xung từ ống đếm GM.
4. Sử dụng cáp đồng trục RG-62A/U với đầu cắm BNC, nối lối ra (OUTPUT)
trên khối đảo cực tính xung đến BNC chữ T trên lối vào kênh 1 của dao động ký. Nối
đầu còn lại của chữ T đến lối vào dƣơng (POSitive Input) trên khối đếm 996, sử dụng
cáp RG-62A/U.
5. Đặt chế độ 2 V/ô và 10 s/ô cho kênh 1 của dao động ký. Đặt trigger ở chế độ
tự động và chọn nguồn là kênh 1. Vị trí khởi phát ở gần cuối của màn hình và đặt ở
chế độ DC (input coupling to DC). Thiết lập này cho phép quan sát xung logic +4V từ
khối đảo xung.
6. Bật nguồn khung NIM và bật nguồn khối cao áp 556.
7. Trên khối 996, sử dụng tuốc nơ vít tinh chỉnh, chỉnh ngƣỡng (THRESHold
ADJustment) cực tiểu theo ngƣợc chiều kim đồng hồ. Vặn theo chiều kim đồng hồ 4
24


vòng. Vị trí này sẽ đặt ngƣỡng ở giá trị dƣơng +1,6 V (chiết áp cho phép vặn 25 vòng
để chỉnh ngƣỡng từ +100 mV đến +9,5 V.)
8. Trên khối 996, đặt thời gian ở 0,01 phút (TIME BASE to 0,01 MINutes). Chọn
thời gian đặt trƣớc (PRESET) M=3, N=0 và P=2. Giá trị này cho phép đo trong thời
gian 30 giây.
9. Đặt khối đếm 996 hiển thị ở chế độ số đếm (COUNTS).
10. Đặt nguồn bêta trong bộ nguồn cách cửa sổ của ống đếm ~2 cm. Nguồn
phóng xạ có thể là 90Sr/90Y hoặc 204Tl. Nếu nguồn đƣợc chế tạo bằng cách cho hấp thụ
trên một mặt của đĩa nhựa, cần đảm bảo rằng mặt phát tia đƣợc hƣớng về cửa sổ của
ống đếm.
11. Tăng cao thế (dƣơng) trên khối 556 với bƣớc không lớn hơn 50 V đến khi bắt
đầu ghi nhận đƣợc số đếm và xung logic +4 V xuất hiện trên dao động ký. Điểm này
đƣợc gọi là điểm bắt đầu trong hình 2.2. Điện áp bắt đầu hiếm khi lớn hơn 900 V và
thấp nhất có thể khoảng 250 V. Nếu số đếm bắt đầu tăng trên bộ đếm 996 nhƣng
không hiển thị trên dao động ký thì cần chỉnh lại trigger. Nếu xung xuất hiện trên dao
động ký nhƣng bộ đếm không đếm, cần kiểm tra lại các tham số của khối 996. Nên
dùng dao động ký để chỉnh lại khối 996 cho phù hợp, có thể chuyển chế độ Auto về
chế độ Nomal để chỉnh.
12. Reset lại khối đếm 996. Đặt khoảng thời gian giữa các lần đo là 1 phút và
thời gian mỗi lần đo là 1 phút. Ghi lại số đếm.
13. Tăng cao thế 50 V và lặp lại phép đếm trong 1 phút. Ghi lại số đếm.
Bài tập
a. Tiếp tục thực hiện phép đo ở các bƣớc tăng 50 V cho đến khi có đủ số liệu để
vẽ đồ thị trên giấy nhƣ hình 2.2 (lƣu ý: chỉ sử dụng các giá trị dƣới V2). Miền giữa V1
và V2 thƣờng <300 V. Số đếm sẽ tăng nhanh với các giá trị cao áp lớn hơn V2. Khi xảy
ra điều này, giá trị cao áp đã đạt đến ngƣỡng trên của plateau, cần giảm điện áp về đến
V2 ngay lập tức. Chọn điểm làm việc cho thiết bị trong khoảng từ 40†60% của vùng
plateau.
b. Đánh giá ống đếm Geiger đang sử dụng bằng cách đo độ dốc của plateau trên
đồ thị, nó phải <10% trên 100 V. Độ dốc của đƣờng plateau đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Độ dốc (% trên 100V) =  ( R2  R1 )  


R1

100 
  100%
V
  2  V1 

(1)

c. Ghi lại giá trị cao thế đã chọn để dùng cho các thí nghiệm khác đối với ống
đếm này.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×