Khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường bằng detector HPGe với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA)

Chia sẻ bởi Võ Quang Huy | Ngày 22/10/2018 | 56

Chia sẻ tài liệu: Khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường bằng detector HPGe với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) thuộc Bài giảng khác

Nội dung tài liệu:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHẢO SÁT PHỔ GAMMA CỦA MỘT SỐ MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG DETECTOR HPGE VỚI HỆ MCA (FLASH-ADC/FPGA)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TIẾN SĨ VÕ HỒNG HẢI
HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
VÕ MẠNH HUỲNH
MSHV: 190908
MỞ ĐẦU
Môi trường xung quanh chúng ta luôn tồn tại các hạt nhân phóng xạ, ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của con người.
Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường đã được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ XX. Đặc biệt là sau tai nạn Chernobyl, các nghiên cứu điều tra về ảnh hưởng rơi lắng phóng xạ toàn cầu càng được quan tâm.
Trong chương trình hợp tác giữa Đại học Osaka (Nhật Bản) với Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, phía bạn đã cung cấp hệ thiết bị MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits để phục vụ cho việc nghiên cứu phóng xạ.
Ở Việt Nam, cụ thể tại Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, ĐH Khoa học Tự Nhiên TP.HCM, hệ phổ kế gamma có tại Bộ môn đã giúp rất nhiều cho các nghiên cứu về phóng xạ. Tuy nhiên thiết bị MCA của hệ phổ kế này đã có từ rất lâu.
MỞ ĐẦU
Môi trường xung quanh chúng ta luôn tồn tại các hạt nhân phóng xạ, ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của con người.
Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường đã được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ XX. Đặc biệt là sau tai nạn Chernobyl, các nghiên cứu điều tra về ảnh hưởng rơi lắng phóng xạ toàn cầu càng được quan tâm.
Trong chương trình hợp tác giữa Đại học Osaka (Nhật Bản) với Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, phía bạn đã cung cấp hệ thiết bị MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits để phục vụ cho việc nghiên cứu phóng xạ.
Ở Việt Nam, cụ thể tại Bộ môn Vật lý Hạt Nhân, ĐH Khoa học Tự Nhiên TP.HCM, hệ phổ kế gamma có tại Bộ môn đã giúp rất nhiều cho các nghiên cứu về phóng xạ.
NỘI DUNG
III. Sử dụng detector phông thấp HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của một số mẫu môi trường.
II. Xây dựng đường chuẩn năng lượng cho detector phông thấp HPGe và hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits.
I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits.
I. Khảo sát hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits)
Sơ đồ bố trí thí nghiệm
3. Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits
2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng xung
1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA)
1. Giới thiệu hệ MCA (Flash-ADC/FPGA)
- Flash-ADC (analog-to-digital converter) 250MHz-8bits (ở trên)
FPGA (Field Programmable Gate Array ) (ở dưới)
Hệ MCA (Multi Channel Analyzer) sử dụng công nghệ Flash-ADC/FPGA gồm có 2 board mạch:
Flash-ADC 250MHz-8bits
- Tín hiệu tương tự (analog) được chuyển thành tín hiệu số (digital)
- Tín hiệu sẽ được truyền vào Flash-ADC thông qua 2 kênh A hoặc B. (trong đề tài sử dụng kênh A)
FPGA (Field Programmable Gate Array )
FPGA được sử dụng trong việc xử lý trigger và giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM.
2. Sự phụ thuộc độ phân giải theo bề rộng xung
- Qua chương trình C++, chúng tôi tìm trị lớn nhất cũng chính là đỉnh của mỗi sự kiện, sau đó sẽ tính diện tích của mỗi đỉnh
- Dữ liệu thu được từ LabVIEW 8.5 dưới dạng “.txt” sẽ được xử lí bằng chương trình tự viết trên ngôn ngữ lập trình C++.
Phương pháp xử lí số liệu
- Chương trình PAW được sử dụng để vẽ 2 file diện tích trên. Sau khi biết diện tích nền, lấy diện tích đỉnh trừ cho diện tích nền thu được diện tích thực của từng đỉnh.
Diện tích
nền
Với j1 = i –B, j2 = i + B
+ i là vị trí đỉnh xung.
+ B là bề rộng tính từ vị trí đỉnh xung thứ i đến chân
trái và chân phải của xung
+ dientichnen là do phong nền của hệ điện tử gây ra
(đơn vị là kênh).
+ A[j] là độ cao xung tại vị trí thứ j (đơn vị là kênh)
Để biểu năng lượng của gamma chúng tôi dựa vào diện tích của xung tín hiệu từ đầu dò. Công thức tính diện tích như sau:
Cách tính diện tích
Ta áp dụng công thức :
Hay
Trong đó R: Độ phân giải phổ (%)
FWHM: Bề rộng một nửa chiều cao đỉnh phổ (kênh)
Mean: Vị trí đỉnh phổ của Gaussian fitting (kênh)
σ: Độ lệch chuẩn từ việc Gaussian fitting
Sử dụng nguồn chuẩn 22Na ta chọn cả 2 đỉnh 511keV và 1274,5keV để làm khớp histogram dạng Gauss. Sau đó ta xác định các giá trị mean, sigma và sử dụng hai công thức ở trên để tính độ phân giải năng lượng R(%) và sai số tương ứng ở hai bảng sau.
Sự phụ thuộc của R theo vùng kênh lấy diện tích xung đối với đỉnh 511keV
Sự phụ thuộc của R theo vùng kênh lấy diện tích xung đối với đỉnh 1274,5keV
Kết hợp 2 đồ thị ta thấy độ phân giải năng lượng R có giá trị nhỏ và gần như không đổi khi bề rộng lấy diện tích xung là 30 (B=15).
Sự chọn lựa này sẽ được cố định cho tất cả những lần đo sau cho hệ MCA(Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits.
3. Khảo sát độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits
Sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm tra tính ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits
- Tín hiệu số được xử lý và đưa vào máy tính nhờ chíp FPGA thông qua cổng COM.
- Xung được tạo ra xung có tần số 3Hz từ máy phát xung được đưa vào hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits sau khi qua bộ khuếch đại.
- Việc ghi nhận dữ liệu và điều khiển hoạt động của hệ MCA nhờ vào một chương trình trên nền phần mềm LabVIEW 8.5. Dữ liệu đo được và lưu lại dưới dạng tập tin “.txt”.
Chúng tôi tiến hành đo trong thời gian từ 16:00 đến 7:00 sáng hôm sau (15 giờ liên tục) rồi tiến hành phân tích và xử lí số liệu, thu được đồ thị sau.
Kết quả này cho thấy độ lệch biến động trong khoảng 1% so với trung bình. Điều này rất tốt cho việc đo phổ môi trường trong thời gian dài.
1%
II. Xây dựng đường chuẩn năng lượng cho detector phông thấp HPGe và hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits.
Sử dụng nguồn chuẩn 22Na, 133Ba và một số đỉnh năng lượng của nguồn 226Ra. Thu được 10 cặp vị trí kênh – năng lượng chuẩn như bảng sau.
Phương trình chuẩn năng lượng: E(keV)=(1,276 ± 0,011).ch-(10 ± 8)
Với hệ số tương quan R2 = 0,999
Khảo sát phổ gamma của nguồn phóng xạ 226Ra
1. Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector HPGe
III. Sử dụng detector HPGe và detector nhấp nháy NaI (Tl) 3x3 kết hợp với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) để khảo sát phổ gamma của mẫu môi trường.
Phổ năng lượng bức xạ của mẫu 226Ra
Các đồng vị phóng xạ gamma có trong mẫu 226Ra
[Ghi chú: thứ tự được ghi theo đồng vị không theo năng lượng]
Khảo sát phổ gamma của mẫu môi trường RGTh1
Các đồng vị phóng xạ gamma có trong mẫu RGTh1
[Ghi chú: thứ tự được ghi theo đồng vị không theo năng lượng]
2. Khảo sát phổ gamma của một số đồng vị phóng xạ trong môi trường với hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và nhấp nháy NaI (Tl) 3x3
Bố trí thí nghiệm
Mẫu phóng xạ môi trường được đặt trước đầu detector nhấp nháy NaI (Tl) 3×3 và tất cả được đặt trong buồng chì với bề dày là 1,97inch. Bộ khuếch đại có chức năng khuếch đại tín hiệu điện áp và gửi tới MCA (Flash-ADC/FPGA). Flash-ADC trong MCA thực hiện chuyển đổi tín hiệu điện áp thành tín hiệu số. Xung tín hiệu được ghi nhận và xử lý trong FPGA và đưa vào máy tính thông qua cổng COM RS232. Với chương trình LabVIEW trên máy tính dữ liệu sẽ được ghi nhận và lưu lại thành file (dưới dạng txt). Sau đó được vẽ thành phổ năng lượng theo diện tích và được xử lý để tìm giá trị năng lượng tương ứng.
Đối với mẫu 226Ra, sau khi đo và xử lí số liệu chúng tôi đã tìm được các mức năng lượng phát ra ứng với các đỉnh có thể fit được như hình 5.12. Theo kết quả thu được từ tính toán cho thấy các mức năng lượng ghi nhận được là do các đồng vị 214Bi (20m; β-); 214Pb (22y; β) phát ra.
Đối với mẫu RGTh1, thu được phổ gamma tương ứng như hình 5.14. Trên đó biểu diễn các mức năng lượng ứng với các đỉnh ghi nhận trên phổ được phát ra từ các đồng vị phóng xạ 228Ac(6,15h; β); 228Th(1,9y; α); 208Tl (3,05m; β).
Như vậy chúng tôi đã khảo sát được phổ gamma của hai mẫu môi trường 226Ra và RGTh1 khi dùng detector HPGe kết hợp với MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits và detector NaI (Tl) 3x3 với MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits. Trong đó:
KẾT LUẬN
Khảo sát được độ ổn định của hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits có độ lệch khoảng 1% trong 15 giờ đo liên tục
2. Xác định được vùng bề rộng lấy diện tích xung của hệ MCA Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits là 30 tương ứng với diện tích toàn phần của xung
1. Viết được một chương trình xử lí số liệu trên nền ngôn ngữ C++. Chương trình này cho phép ta xử lý từng sự kiện về độ cao xung, diện tích xung và nền xung
3. Xây dựng đường chuẩn năng lượng cho hệ detector phông thấp HPGe và hệ MCA (Flash-ADC/FPGA) 250MHz-8bits với bộ nguồn chuẩn 22Na, 133Ba và 226Ra là: E (keV) = (1,276 ± 0,011).Ch – (10 ±8) với hệ số tương quan R2 = 0.999
XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC ANH CHỊ ĐÃ LẮNG NGHE!
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...

Người chia sẻ: Võ Quang Huy
Dung lượng: | Lượt tài: 0
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)