Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe
Tài liệu Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe: ... Ebook Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe
Tóm tắt tài liệu Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
-------------------------
Huỳnh Minh Hiền
KHẢO SÁT PHỔ KẾ TRÙNG PHÙNG
GAMMA SỬ DỤNG ĐẦU DÒ BÁN DẪN HPGe
Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60 44 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. ĐINH SỸ HIỀN
Thành phố Hồ Chí Minh – 2010
Lêi c¶m ¬n
Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n quý thÇy c« Khoa VËt LÝ, c¸n bé phßng Sau §¹i Häc - Trêng §¹i
Häc S Ph¹m TP Hå ChÝ Minh ®· tËn t×nh gi¶ng d¹y vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho em trong suèt thêi
gian häc tËp t¹i trêng.
Xin göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c nhÊt ®Õn PGS. TS §inh Sü HiÒn, ngêi ®· trùc tiÕp chØ b¶o em trong
suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n nµy. Sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy chÝnh lµ ®éng lùc vµ nÒn t¶ng ®Ó em
hoµn thµnh ®îc luËn v¨n nµy.
Em xin tr©n träng göi tíi ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t lêi c¶m ¬n ch©n thµnh v× sù gióp ®ì
vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho em ®îc lµm thùc nghiÖm t¹i ViÖn. Xin tr©n träng c¶m ¬n c¸n bé Phßng
VËt LÝ §iÖn Tö H¹t Nh©n, ®Æc biÖt lµ anh NguyÔn Xu©n H¶i, anh Hå H÷u Th¾ng ®· gióp ®ì tËn t×nh,
híng dÉn chi tiÕt vµ cã nh÷ng ®ãng gãp quý b¸u cho em.
Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ban Gi¸m HiÖu vµ Tæ VËt LÝ - KTC trêng THPT Nam Hµ - Biªn Hßa -
§ång Nai ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó em hoµn thµnh khãa häc t¹i Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP
Hå ChÝ Minh.
TP. Hå ChÝ Minh, th¸ng 8 n¨m 2010
Huúnh Minh HiÒn
Më §ÇU
Phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma lµ phæ gi¸n ®o¹n, cã n¨ng lîng hoµn toµn x¸c ®Þnh ®Æc trng
cho mçi nguyªn tè, cêng ®é bøc x¹ gamma ®Æc trng cña mçi nguyªn tè phãng x¹ tØ lÖ thuËn víi hµm
lîng cña nguyªn tè ®ã. ChÝnh v× vËy, viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c phæ gamma cña mçi nguyªn tè cã ý
nghÜa rÊt quan träng trong c¸c bµi to¸n ph©n tÝch x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn nguyªn tè, ph¬ng ph¸p ph©n
tÝch kÝch ho¹t h¹t nh©n,…Tuy nhiªn, phæ gamma ®o ®îc trong c¸c phÐp ph©n tÝch thêng kh¸ phøc
t¹p. HiÖn nay, viÖc ghi nhËn phæ gamma b»ng ®Çu dß b¸n dÉn thêng cã nÒn Compton cao cho nªn mét
sè ®Ønh n¨ng lîng cã cêng ®é thÊp hiÖn lªn kh«ng râ nÐt, cã khi bÞ nÒn Compton che lÊp. Do ®ã viÖc
x¸c ®Þnh c¸c ®Ønh nµy thêng ph¹m sai sè lín lµm ¶nh hëng nhiÒu ®Õn ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. MÆt
kh¸c, ®é nh¹y ph©n tÝch chØ cã thÓ c¶i thiÖn trong ®iÒu kiÖn tØ sè diÖn tÝch ®Ønh phæ trªn nÒn Compton
lµ lín. V× vËy, vÊn ®Ò ®Æt ra lµ lµm sao h¹ ®îc nÒn Compton cµng thÊp cµng tèt, tõ ®ã míi cã kh¶ n¨ng
lµm lé râ ®îc c¸c ®Ønh n¨ng lîng thÊp.
Nh ta ®· biÕt, kho¶ng thêi gian ph¸t c¸c tia gamma nèi tÇng hoÆc c¸c tia gamma sinh ra trong
qu¸ tr×nh hñy cÆp electron - pozitron vµo kho¶ng vµi tr¨m pic« gi©y nªn ta cã thÓ coi nh chóng ph¸t ra
®ång thêi, ®ã lµ c¸c tia gamma trïng phïng. TÝn hiÖu trïng phïng ®Æc trng c¶ vÒ n¨ng lîng vµ t¬ng
quan thêi gian cña hai bøc x¹ ph¸t ra tõ mét h¹t nh©n nªn nã cã tÝnh chän läc cao. V× vËy, ta cã thÓ lîi
dông sù t¬ng quan vÒ thêi gian cña c¸c tia gamma trïng phïng ®Ó ghi nhËn chän läc c¸c bøc x¹
gamma ®Æc trng cña mçi h¹t nh©n phãng x¹, nghÜa lµ ta dïng th«ng sè thêi gian ®Ó ®iÒu khiÓn viÖc ghi
nhËn n¨ng lîng phæ bøc x¹ gamma. Nhê ®ã, ta cã thÓ gi¶m ¶nh hëng cña c¸c tia gamma t¸n x¹
Compton vµ c¸c dÞch chuyÓn gamma kh«ng t¬ng quan vÒ thêi gian gióp gi¶m ®¸ng kÓ nÒn Compton,
n©ng cao chÊt lîng cña phÐp ®o.
Trong trêng hîp nµy, th«ng tin chÝnh x¸c vÒ thêi gian tíi cña lîng tö bøc x¹ trong ®Çu dß lµ
®Æc biÖt quan träng. Sù chÝnh x¸c vÒ thêi gian cã thÓ ®îc thùc hiÖn phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña ®Çu dß
®îc sö dông ®Ó xö lý tÝn hiÖu. §Æc trng thêi gian tèt nhÊt nhËn ®îc ®èi víi c¸c ®Çu dß trong ®ã ®iÖn
tÝch ®îc thu gãp nhanh nhÊt. §Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe lµ lo¹i dÇu dß cã kh¶ n¨ng thu gãp
®iÖn tÝch nhanh vµ cung cÊp kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng tèt nhÊt trong tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Çu dß th«ng
dông cho nªn nã rÊt thÝch hîp khi sö dông trong c¸c s¬ ®å ghi nhËn bøc x¹ gamma sö dông kü thuËt
trïng phïng.
Môc ®Ých cña luËn v¨n lµ nh»m t×m hiÓu vÒ c¸c khèi ®iÖn tö cïng nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ
phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe, t×m hiÓu ph¬ng ph¸p trïng phïng thêng
vµ ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng (cßn gäi lµ trïng phïng sù kiÖn - sù kiÖn) ®Ó ghi
nhËn phæ n¨ng lîng cña bøc x¹ gamma, sö dông hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma thu phæ n¨ng lîng
cña nguån 60Co, 22Na nh»m kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶m ph«ng cña hÖ phæ kÕ trïng phïng so víi hÖ phæ kÕ
b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ.
CÊu tróc cña luËn v¨n bao gåm c¸c phÇn chÝnh sau :
Ch¬ng 1 : Tæng quan vÒ c¸c hÖ phæ kÕ gamma
Ch¬ng 2 : T×m hiÓu hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe
Ch¬ng 3 : Thùc nghiÖm ghi phæ n¨ng lîng cña nguån 60Co, 22Na b»ng hÖ phæ kÕ
gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ vµ hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma, sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe
Do thêi gian thùc hiÖn vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn ch¾c ch¾n trong phÇn néi dung cña luËn v¨n
sÏ cã nhiÒu thiÕu sãt, kÝnh mong nhËn ®îc sù gãp ý cña quý thÇy c« cïng c¸c ®ång nghiÖp ®Ó t¸c gi¶
ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n vÒ kiÕn thøc.
CH¦¥NG 1 : TæNG QUAN VÒ C¸C HÖ PHæ KÕ Gamma
1.1 T¬ng t¸c cña bøc x¹ gamma víi vËt chÊt vµ sù h×nh thµnh phæ gamma
Bøc x¹ gamma lµ c¸c lîng tö cña sãng ®iÖn tõ (c¸c photon). N¨ng lîng cña photon E tØ lÖ víi tÇn
sè sãng : E = h , xung lîng cña photon ®îc tÝnh theo c«ng thøc
h
p
c
. Bøc x¹ gamma t¬ng t¸c
víi vËt chÊt th«ng qua 3 qu¸ tr×nh c¬ b¶n sau ®©y :
1.1.1 HiÖu øng quang ®iÖn
Khi lîng tö gama va ch¹m víi electron quü ®¹o cña nguyªn tö, gamma biÕn mÊt vµ n¨ng lîng
gamma ®îc truyÒn toµn bé cho electron quü ®¹o ®Ó nã bay ra khái nguyªn tö. Electron nµy ®îc gäi lµ
quang electron. Quang electron nhËn ®îc ®éng n¨ng Ee, b»ng hiÖu sè gi÷a n¨ng lîng gamma vµo E
vµ n¨ng lîng liªn kÕt lk cña electron trªn líp vá.
Ee = E - lk (1.1)
Trong ®ã, lk = K ®èi víi electron líp K, lk = L ®èi víi electron líp L,
lk = M ®èi víi electron líp M vµ K > L > M .
'
Theo c«ng thøc (1.1), n¨ng lîng gamma vµo Ýt nhÊt ph¶i b»ng n¨ng lîng liªn kÕt cña electron
th× hiÖu øng quang ®iÖn míi x¶y ra. NÕu E < K th× hiÖu øng quang ®iÖn chØ x¶y ra víi c¸c líp L, M, …
NÕu E < L th× hiÖu øng quang ®iÖn chØ x¶y ra víi c¸c líp M, …
HiÖu øng quang ®iÖn kh«ng thÓ x¶y ra víi c¸c electron tù do v× kh«ng b¶o ®¶m ®Þnh luËt b¶o
toµn n¨ng lîng vµ ®éng lîng. Nh vËy, muèn cã hiÖu øng quang ®iÖn th× electron ph¶i liªn kÕt trong
nguyªn tö.
TiÕt diÖn hÊp thô cña hiÖu øng quang ®iÖn phô thuéc vµo n¨ng lîng gamma vµ lo¹i nguyªn tö.
Cô thÓ lµ tiÕt diÖn hÊp thô tØ lÖ víi Z5 (Z lµ sè nguyªn tö), nghÜa lµ nã t¨ng rÊt nhanh víi c¸c nguyªn tö
nÆng.
1.1.2 HiÖu øng Compton
Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton tíi nhêng mét phÇn n¨ng lîng cña m×nh cho mét electron cña
nguyªn tö. Electron nµy sÏ b¾n ra khái nguyªn tö cßn ph«ton sÏ bÞ t¸n x¹. Ph«ton t¸n x¹ cã n¨ng lîng
nhá h¬n n¨ng lîng cña ph«ton tíi ( 'h h ).
' lk eh h E (1.2)
Trong ®ã Ee lµ ®éng n¨ng cña electron b¾n ra, lk lµ n¨ng lîng liªn kÕt cña electron trªn líp vá.
H×nh 1.1 : Giản đồ biểu diễn t¸n xạ Compton.
Liªn hÖ gi÷a ®éng n¨ng cña ph«ton t¸n x¹ vµ gãc t¸n x¹ cho bëi hÖ thøc
2
0
'
1 (1 cos )
h
h
hv
m c
(1.3)
Trong ®ã : m0c
2 lµ khèi lîng nghØ cña electron (m0c
2 = 0,511 MeV).
HiÖu øng Compton lµ qu¸ tr×nh t¬ng t¸c ph«ton - vËt chÊt chñ yÕu trong kho¶ng n¨ng lîng mét
vµi tr¨m keV ®Õn vµi MeV. HiÖu øng Compton cã thÓ x¶y ra ®èi víi electron tù do (liªn kÕt yÕu víi
nguyªn tö) hay víi electron liªn kÕt chÆt víi nguyªn tö v× ë ®©y nhê cã ph«ton t¸n x¹ mµ cã thÓ tháa
m·n ®ång thêi c¶ hai ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng lîng vµ xung lîng.
1.1.3 HiÖu øng t¹o cÆp electron - pozitron
Trong qu¸ tr×nh nµy, ph«ton biÕn thµnh mét cÆp electron - pozitron. Theo ®Þnh luËt b¶o toµn
n¨ng lîng vµ xung lîng th× n¨ng lîng cña ph«ton ph¶i lín h¬n tæng n¨ng lîng nghØ cña cÆp e - - e+
( 1,022h MeV). Së dÜ ph¶i lín h¬n v× theo ®Þnh luËt b¶o toµn xung lîng, cÆp e - - e+ ph¶i cã mét
®éng n¨ng nµo ®ã.
Theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch th× tæng ®iÖn tÝch c¸c h¹t t¹o thµnh ph¶i b»ng 0 v× photon
kh«ng cã ®iÖn tÝch.
Qu¸ tr×nh t¹o cÆp e - - e+ x¶y ra chñ yÕu gÇn ®iÖn trêng cña h¹t nh©n, h¹t nh©n nµy còng hÊp thô
mét phÇn xung lîng cña ph«ton ban ®Çu. TiÕt diÖn hiÖu dông tØ lÖ víi Z2, nghÜa lµ hiÖu øng x¶y ra chñ
yÕu ®èi víi c¸c nguyªn tè nÆng (Z lín). C¸c pozitron ®îc t¹o ra cuèi cïng còng sÏ l¹i biÕn mÊt do bÞ
hñy cÆp víi electron cña nguyªn tö : 2e e
Qu¸ tr×nh t¹o cÆp ®ãng vai trß quan träng ®èi víi c¸c ph«ton cã n¨ng lîng lín h¬n 1,022 MeV.
Víi mét nguyªn tè cho tríc, ®ãng gãp cña mçi qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn cã thÓ ®îc h×nh
dung qua ®å thÞ biÓu diÔn c¸c tiÕt diÖn cña tõng qu¸ tr×nh riªng lÎ vµ tiÕt diÖn tæng céng theo n¨ng
lîng tíi cña ph«ton tíi.
C¸c qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nãi trªn dÉn tíi sù h×nh thµnh c¸c ®Æc trng cña phæ gamma nh sau :
+ HiÖu øng quang ®iÖn dÉn ®Õn sù hÊp thô hoµn toµn n¨ng lîng cña ph«ton tíi E h trªn ®Çu
dß, do ®ã trong phæ gamma xuÊt hiÖn ®Ønh hÊp thô toµn phÇn víi n¨ng lîng E .
+ Trong qu¸ tr×nh t¸n x¹ Compton, ph«ton tíi chØ mÊt mét phÇn n¨ng lîng, phÇn cßn l¹i chuyÓn
thµnh n¨ng lîng ph«ton t¸n x¹. Sù ph©n bè gi÷a hai phÇn nµy tïy thuéc vµo gãc t¸n x¹. Do ®ã trªn
phæ gamma xuÊt hiÖn nÒn liªn tôc (nÒn Compton) tr¶i dµi tõ gi¸ trÞ E trë xuèng. Tia gamma sau khi
t¸n x¹ lÇn ®Çu cã thÓ tiÕp tôc t¸n x¹ nhiÒu lÇn, cuèi cïng bÞ hÊp thô hoµn toµn trong ®Çu dß do hiÖu øng
quang ®iÖn. Qu¸ tr×nh t¸n x¹ nhiÒu lÇn nµy còng ®ãng gãp vµo ®Ønh hÊp thô toµn phÇn, møc ®ãng gãp
tïy thuéc vµo thÓ tÝch ®Çu dß.
+ HiÖu øng t¹o cÆp dÉn ®Õn sù h×nh thµnh hai lîng tö gamma cã n¨ng lîng 0,511 MeV. Tïy
theo trêng hîp c¶ hai lîng tö nµy bÞ hÊp thô hoÆc mét hoÆc c¶ hai lîng tö bay ra khái ®Çu dß mµ ta
thÊy xuÊt hiÖn c¸c ®Ønh sau ®©y :
- C¶ hai lîng tö gamma hñy cÆp ®Òu bÞ hÊp thô hoµn toµn trong thÓ tÝch nh¹y cña ®Çu dß :
ta ®îc ®Ønh hÊp thô toµn phÇn E .
- Mét trong hai lîng tö gamma hñy cÆp tho¸t khái vïng nh¹y cña ®Çu dß : ta ®îc ®Ønh
tho¸t ®¬n 0,511E MeV.
- C¶ hai lîng tö gamma hñy cÆp tho¸t khái ®Çu dß : ta ®îc ®Ønh tho¸t ®«i øng víi n¨ng
lîng 1,022E MeV.
1.2 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn
HPGe
1.2.1 §Çu dß b¸n dÉn HPGe
1.2.1.1 CÊu tróc cña ®Çu dß b¸n dÉn
§Ó ghi phæ gamma, hiÖn nay ngêi ta thêng dïng hai lo¹i ®Çu dß : ®Çu dß nhÊp nh¸y víi tinh
thÓ NaI (Tl), ®Çu dß b¸n dÉn Germani siªu tinh khiÕt (HPGe). Gi÷a hai lo¹i nµy th× ®Çu dß HPGe cã kh¶
n¨ng ghi phæ gamma víi chÊt lîng phæ tèt h¬n. V× vËy, néi dung cña ®Ò tµi chñ yÕu lµ t×m hiÓu vÒ ®Çu
dß b¸n dÉn HPGe.
Ta cã thÓ ph©n biÖt hai lo¹i ®Çu dß Ge tuú theo xuÊt ph¸t ®iÓm ban ®Çu lµ chÊt b¸n dÉn lo¹i p hay
n. Ngoµi ra, vÒ mÆt h×nh häc cßn cã thÓ chia ra c¸c lo¹i : lo¹i ®ång trôc, lo¹i h×nh giÕng hay lo¹i ph¼ng
(planar). Th«ng thêng ta cã c¸c lo¹i sau.
§Çu dß HPGe lo¹i p kiÓu ®ång trôc : vÒ c¬ b¶n, chÊt b¸n dÉn xuÊt ph¸t lµ lo¹i p, ®ã lµ tinh thÓ
Ge h×nh trô víi líp tiÕp xóc lo¹i n trªn bÒ mÆt ngoµi vµ líp tiÕp xóc lo¹i p trªn mÆt trong. CÊu tróc ®Çu
dß ®ång trôc ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.2.
Germani cã møc t¹p chÊt cì 1010 nguyªn tö /cm3 sao cho khi cã ®iÖn ¸p ngîc thÝch hîp ®Æt vµo
hai cùc th× thÓ tÝch gi÷a hai ®iÖn cùc ®îc lµm nghÌo vµ ®iÖn trêng më réng qua vïng nµy. Ngêi ta
t¹o ra mét líp tiÕp xóc n+ dµy kho¶ng 0,5 mm b»ng ph¬ng ph¸p khuÕch t¸n Li, líp tiÕp xóc p+ phÝa
trong cã ®é dµy cì 0,3 mm b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B. Khi sö dông ph¶i ®Æt cao thÕ d¬ng kho¶ng 2 -
5 kV ®Ó kÐo c¸c cÆp electron - lç trèng t¹o ra. Lo¹i nµy cã hiÖu suÊt gi¶m nhiÒu ë n¨ng lîng tia
gamma thÊp (díi 100 keV) v× sù hÊp thô trªn líp chÕt n+.
H×nh 1.2 : CÊu tróc đầu dß Ge đồng trục.
V× Ge cã ®é réng vïng cÊm thÊp nªn khi sö dông lo¹i ®Çu dß nµy cÇn ph¶i lµm l¹nh ®Ó gi¶m viÖc
sinh ra phÇn tö mang ®iÖn do nhiÖt nªn gi¶m ®îc dßng rß. NÕu kh«ng, t¹p ©m do dßng rß g©y ra sÏ lµm
tåi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng cña ®Çu dß. Ngêi ta thêng dïng Nit¬ láng cã nhiÖt ®é 77 K lµm
m«i trêng lµm l¹nh cho c¸c ®Çu dß lo¹i nµy. §Çu dß ®îc l¾p trong mét buång ch©n kh«ng ®îc g¾n
hoÆc ®a vµo Dewar chøa Nit¬ láng. Do ®ã bÒ mÆt nh¹y cña ®Çu dß ®îc chèng Èm vµ kh«ng ngng
chÊt bÈn. CÊu h×nh chuÈn cña ®Çu dß bao gåm : èng lµm l¹nh (cryostat) th¼ng ®øng víi Dewar 30 lÝt vµ
tiÒn khuÕch ®¹i 2002C (®èi víi h·ng Canberra). CÊu t¹o cña cryostat b»ng Nit¬ láng ®îc giíi thiÖu
trong h×nh 1.3.
D¶i n¨ng lîng sö dông cña ®Çu dß Ge ®ång trôc lµ 50 keV ®Õn 10 MeV. Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i,
d¹ng ®Ønh lµ rÊt tèt. §êng cong hiÖu suÊt cña ®Çu dß Ge ®ång trôc ®iÓn h×nh ®îc tr×nh bµy trªn h×nh
1.4.
H×nh 1.3 : Cấu tạo của cryostat cần đứng mẫu 7500SL.
H×nh 1.4 : Đường cong hiệu suất tuyệt đối điển h×nh đối với đầu dß Ge
đồng trục (khoảng c¸ch đầu dß tới nguồn là 2,5 cm).
C¸c mÉu ®Çu dß Ge ®ång trôc thêng gÆp ®îc liÖt kª trong b¶ng 1.1
B¶ng 1.1 : C¸c mÉu ®Çu dß Ge ®ång trôc.[2]
Sè mÉu
CANBERR
A
HiÖu suÊt
t¬ng ®èi
Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i
TØ sè
P/C
FWHM
(122 keV)
FWHM
(1332 keV)
FWTM
(1332 keV)
GC1018 10 0,9 1,8 3,4 38
GC1019 10 1,0 1,9 3,7 36
GC10021 100 1,2 2,1 4,0 80
GC10023 100 1,3 2,3 4,6 74
§Çu dß HPGe lo¹i n kiÓu ®ång trôc : chÊt b¸n dÉn xuÊt ph¸t lµ lµ lo¹i n. Ngêi ta t¹o ra mét líp
p+ dµy kho¶ng 0,3 m b»ng ph¬ng ph¸p cÊy ion B. Khi sö dông, cÇn ®Æt ®iÖn ¸p ©m. So víi lo¹i trªn
th× lo¹i nµy cã hiÖu suÊt Ýt bÞ gi¶m h¬n ë n¨ng lîng thÊp v× líp chÕt p+ máng h¬n.
§Çu dß HPGe h×nh giÕng (h×nh 1.5) : lo¹i nµy cã hiÖu suÊt h×nh häc cao h¬n nªn thÝch hîp cho
c¸c phÐp ®o ho¹t ®é nhá. §é ph©n gi¶i n¨ng lîng cã kÐm ®«i chót do ®Æc ®iÓm cÊu t¹o.
H×nh 1.5 : CÊu tróc ®Çu dß HPGe h×nh giÕng.
§Çu dß ph¼ng (planar) : cã ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng tèt nhng hiÖu suÊt gi¶m nhanh ë n¨ng
lîng cao nªn chØ thÝch hîp ®Ó ®o ë vïng n¨ng lîng thÊp.
1.2.1.2 Nguyªn lý lµm viÖc
Nguyªn lý chung cña c¸c lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn nh sau : chÊt b¸n dÉn thêng dïng hiÖn nay lµ
Si hoÆc Ge (®Ó ghi c¸c lîng tö gamma ngêi ta thêng dïng ®Çu dß b¸n dÉn Ge). Khi lîng tö gamma
bay vµo chÊt b¸n dÉn, nã sÏ t¹o nªn electron tù do th«ng qua ba hiÖu øng chñ yÕu víi tinh thÓ b¸n dÉn.
Electron tù do di chuyÓn víi ®éng n¨ng lín sÏ lµm kÝch thÝch c¸c electron chuyÓn lªn vïng dÉn vµ ®Ó l¹i
lç trèng. Nh vËy th«ng qua c¸c hiÖu øng t¬ng t¸c, bøc x¹ gamma ®· t¹o nªn mét lo¹t c¸c electron vµ
lç trèng trong tinh thÓ b¸n dÉn. C¸c cÆp electron - lç trèng ®îc t¹o ra trong vïng nghÌo däc theo quü
®¹o cña bøc x¹ tíi, chóng sÏ ®îc kÐo vÒ hai ®iÖn cùc bëi ®iÖn trêng do hiÖu ®iÖn thÕ ngîc ¸p vµo
®Çu dß : c¸c electron sÏ chuyÓn ®éng ®Õn cùc d¬ng, c¸c lç trèng sÏ chuyÓn ®éng vÒ phÝa cùc ©m, kÕt
qu¶ lµ ta cã mét xung dßng ®iÖn ë lèi ra. Khi ®ã, ë m¹ch ngoµi ®Çu dß xuÊt hiÖn mét tÝn hiÖu thÕ, xung
thÕ nµy ®îc ghi ë lèi ra bëi hÖ ®iÖn tö tiÕp sau. §o vµ kh¶o s¸t tÝn hiÖu xung ra tõ ®Çu dß ta cã thÓ biÕt
®îc nh÷ng th«ng tin vÒ bøc x¹ ®· ghi nhËn.
N¨ng lîng cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra ®îc mét cÆp electron - lç trèng trong Si lµ
3,61 eV, cßn trong Ge lµ 2,98 eV. NÕu n¨ng lîng cña tia gamma lµ E th× sè cÆp electron lç trèng mµ
nã t¹o ra ®îc trong Ge lµ
E
, víi = 2,98 eV.
1.2.1.3 C¸c ®Æc trng kü thuËt ®Çu dß b¸n dÉn
§é ph©n gi¶i n¨ng lîng
§é ph©n gi¶i n¨ng lîng cho biÕt kh¶ n¨ng mµ ®Çu dß cã thÓ ph©n biÖt c¸c ®Ønh cã n¨ng lîng
gÇn nhau trong phæ. §¹i lîng nµy x¸c ®Þnh b»ng ®é réng ë
1
2
®é cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn
(FWHM) hoÆc ®«i khi ë
1
10
®é cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn (FWTM).
§é ph©n gi¶i cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe cßn tuú thuéc vµo lo¹i ®Çu dß, thÓ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng
lîng tia gamma. Nãi chung, hiÖn nay cã thÓ ®¹t vµo kho¶ng 1,8 keV (FWHM) ë ®Ønh 1332 keV cña
60Co. Víi ®Çu dß NaI thêng chØ ®¹t ®é ph©n gi¶i cì
7 - 8 % ë ®Ønh 1332 keV cña 60Co, nghÜa lµ FWHM vµo kho¶ng 100 keV.
Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i lµ mét u ®iÓm næi bËt cña ®Çu dß Ge so víi ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI khiÕn nã
®îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay trong c¸c phÐp ®o phæ n¨ng lîng gamma khi yªu cÇu vÒ ®é ph©n gi¶i
n¨ng lîng cÇn ®îc ®Æt lªn hµng ®Çu.
HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn
HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn còng lµ mét chØ tiªu quan träng cña ®Çu dß, ®Æc biÖt cÇn chó ý ®Õn
trong c¸c phÐp ®o ho¹t ®é nhá. HiÖu suÊt ghi nµy phô thuéc vµo lo¹i ®Çu dß, thÓ tÝch ®Çu dß vµ n¨ng
lîng tia gamma.
HiÖu suÊt ghi ®Ønh quang ®iÖn cña mét ®Çu dß thêng ®îc x¸c ®Þnh víi ®Ønh 1332 keV cña
nguån 60Co ®Æt c¸ch ®Çu dß 25 cm (theo tiªu chuÈn ANSI/IEEE 325- 1971).
HiÖu suÊt tuyÖt ®èi ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lÊy sè ®Õm tæng céng trong ®Ønh 1332 keV chia cho
tæng sè lîng tö gamma ph¸t ra tõ nguån trong cïng kho¶ng thêi gian.
TØ sè Peak/Compton (P/C)
TØ sè nµy cho ta ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cña ®Çu dß cã thÓ ph©n biÖt ®îc c¸c ®Ønh yÕu,
n¨ng lîng thÊp n»m trªn nÒn Compton cña c¸c ®Ønh n¨ng lîng cao. §ã lµ tØ sè gi÷a chiÒu
cao cña ®Ønh hÊp thô toµn phÇn víi chiÒu cao cña nÒn Compton t¬ng øng (thêng lÊy ë r×a
Compton).
TØ sè nµy cµng cao th× cµng cã lîi cho phÐp ®o ho¹t ®é thÊp vµ phæ gamma phøc t¹p.
TØ sè nµy phô thuéc vµo thÓ tÝch cña ®Çu dß : c¸c ®Çu dß lín cã tØ sè P/C lín v× ®ãng gãp cña
t¸n x¹ Compton nhiÒu lÇn vµo ®Ønh hÊp thô toµn phÇn lín. TØ sè P/C theo quy ®Þnh thêng
®îc tÝnh b»ng c¸ch chia ®é cao cña ®Ønh 1332 keV cho ®é cao trung b×nh cña nÒn Compton
trong kho¶ng 1040 keV vµ 1096 keV. [8]
Soá ñeám taïi ñænh 1332 keV
P/C =
Soá ñeám trung bình cuûa keânh 1040 keV vaø 1096 keV
(1.4)
1.2.2 Khèi tiÒn khuÕch ®¹i (Preamplifier)
Khèi tiÒn khuÕch ®¹i ®îc nèi trùc tiÕp ngay sau ®Çu dß. NhiÖm vô cña nã lµ khuÕch ®¹i s¬ bé
tÝn hiÖu rÊt nhá tõ ®Çu dß mµ vÉn ®¶m b¶o møc t¹p ©m kh¶ dÜ lµ nhá nhÊt (ta thêng nãi lµ ®¶m b¶o tØ
sè tÝn hiÖu/t¹p ©m (S /N) tèi ®a) .
Khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã ý nghÜa rÊt quan träng ®èi víi chÊt lîng cña phæ kÕ, sau ®Çu dß, nã
quyÕt ®Þnh ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng cña phæ kÕ. Tuú lo¹i ®Çu dß mµ ngêi ta sö dông mét trong lo¹i tiÒn
khuÕch ®¹i sau ®©y :
+ TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng.
+ TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ.
+ TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch.
H×nh 1.6 : Sơ đồ của một tiền khuếch đại nh¹y thế (a)
vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch (b).
Bé tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng thêng ®îc sö dông víi c¸c dông cô cã trë kh¸ng thÊp, do ®ã nã
rÊt Ýt th«ng dông víi c¸c ®Çu dß bøc x¹ v× chóng thêng lµ dông cô trë kh¸ng cao. TiÒn khuÕch ®¹i ®iÖn
nh¹y thÕ lµ tiÒn khuÕch ®¹i kh¸ th«ng dông. Nã khuÕch ®¹i bÊt k× ®iÖn thÕ nµo xuÊt hiÖn t¹i lèi vµo cña
nã : v× c¸c ®Çu dß bøc x¹ chñ yÕu lµ c¸c dông cô t¹o nªn ®iÖn tÝch cho nªn ®iÖn thÕ nµy xuÊt hiÖn qua tô
thuÇn céng víi c¸c tô ký sinh kh¸c cã thÓ cã mÆt t¹i lèi vµo, tøc lµ :
tot
Q
V
C
(1.5)
Do ®ã, ®Ó V æn ®Þnh th× cÇn gi÷ cho tô ®Çu dß æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian ho¹t ®éng. §èi víi
c¸c ®Çu dß b¸n dÉn, thêng xuÊt hiÖn sù thay ®æi riªng cña tô ®Çu dß khi xuÊt hiÖn sù thay ®æi nhiÖt ®é.
Sù thay ®æi nµy lµ do dßng rß trong ®ièt b¸n dÉn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. V× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y
®iÖn thÕ kh«ng thÝch hîp sö dông víi c¸c ®Çu dß b¸n dÉn.
Víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe dïng cho môc ®Ých ®o phæ gamma, ta thêng dïng lo¹i khuÕch ®¹i
nh¹y ®iÖn tÝch nªn sau ®©y ta chØ nãi vÒ lo¹i nµy.
§Æc ®iÓm quan träng cña khèi tiÒn khuÕch ®¹i lµ nã kh«ng nh¹y ®èi víi sù biÕn ®æi ®iÖn dung
cña ®Çu dß nhê sù tÝch ph©n ®iÖn tÝch trªn mét tô ph¶n håi Cf .
§iÖn ¸p ë lèi ra V0 tØ lÖ víi ®iÖn tÝch t¹o ra trªn ®Çu dß Q :
0V
f
Q
C
(1.6)
Xung ®iÖn ¸p ë lèi ra cã thêi gian t¨ng gÇn b»ng ®é réng cña xung dßng ®iÖn trªn ®Çu dß vµ cã
h»ng sè thêi gian ph©n r· cho bëi :
= Cf Rf (1.7)
Trong ®ã : Rf lµ ®iÖn trë ph¶n håi, Cf cã gi¸ trÞ cì 0,1 pF ®Õn vµi pF.
§iÖn tÝch Q t¹o ra trªn ®Çu dß cho bëi :
6. .10E e
Q
(1.8)
Trong ®ã :
E lµ n¨ng lîng ph«ton tíi, cã ®¬n vÞ lµ MeV.
e lµ ®é lín ®iÖn tÝch cña electron (e = 1,6.10-19 C).
lµ n¨ng lîng cÇn thiÕt (®¬n vÞ ®o lµ eV) ®Ó t¹o ra mét cÆp electron - lç
trèng trong ®Çu dß. Gi¸ trÞ ë 77 K ®èi víi Si vµ Ge lÇn lît lµ
3,61 eV vµ 2,98 eV.
HÖ sè 106 lµ hÖ sè ®Ó chuyÓn ®æi ®¬n vÞ MeV ra eV.
Tõ ph¬ng tr×nh (1.6) vµ (1.8), ta tÝnh ®îc ®iÖn ¸p ra g©y bëi ph«ton cã n¨ng lîng E (MeV) lµ
:
6 19
0
.10 .1,6.10
f
E
V
C
(1.9)
§é nh¹y ®iÖn ¸p (®iÖn ¸p ra øng víi 1 MeV n¨ng lîng gamma mÊt trªn ®Çu dß) cho bëi :
6 19
0 10 .1,6.10
f
V
E C
(1.10)
Møc t¹p ©m trong tiÒn khuÕch ®¹i ®iÖn tÝch phô thuéc vµo 3 yÕu tè : tranzito trêng (FET) lèi
vµo, ®iÖn dung lèi vµo (bao gåm Cf , ®iÖn dung ®Çu dß, ®iÖn dung lèi vµo) vµ ®iÖn trë lèi vµo. §iÖn dung
lèi vµo lµ nh©n tè c¬ b¶n, ®ßi hái ®Çu dß cÇn ®îc lùa chän mét c¸ch cÈn thËn ®Ó phï hîp víi tõng øng
dông. Sù phô thuéc cña t¹p ©m tiÒn khuÕch ®¹i vµo ®iÖn dung lèi vµo ®îc thÓ hiÖn ë b¶ng 1.2.
B¶ng 1.2 : Sù phô thuéc cña t¹p ©m tiÒn khuÕch ®¹i vµo ®iÖn dung lèi vµo.[2]
§iÖn dung lèi vµo (pF) T¹p ©m Q (C) FWHM cña ®Çu dß Ge
0 3,06.10-17 570
10 3,92.10-17 730
30 5,69.10-17 1060
50 7,24.10-17 1350
100 1,18.10-16 2200
§iÖn dung vµo kh«ng nh÷ng ¶nh hëng lªn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng cña hÖ phæ kÕ b»ng
c¸ch bæ sung thªm t¹p ©m mµ nã cßn ¶nh hëng ®Õn kh¶ n¨ng ph©n gi¶i thêi gian cña hÖ thèng. Nèi
tiÒn khuÕch ®¹i víi ®Çu dß còng bæ sung thªm ®iÖn dung vµo. Do ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i cã thÓ ®îc l¾p
trùc tiÕp víi ®Çu dß.
§Ó ®¶m b¶o møc t¹p ©m lèi vµo nhá, ngêi ta thêng dïng tranzito trêng (FET) lµm phÇn tö lèi
vµo cho tiÒn khuÕch ®¹i. Tranzito trêng lµ linh kiÖn t¹p ©m thÊp, cã thÓ ®îc tèi u nhê thiÕt kÕ m¹ch.
§Ó ®¶m b¶o møc t¹p ©m cùc thÊp, ngêi ta lµm l¹nh tranzito trêng ë lèi vµo b»ng c¸ch ®Æt nã ngay
trong èng lµm l¹nh (cryostat), g¾n trùc tiÕp vµo ®Çu dß.
Biªn ®é cña xung ®iÖn ¸p ra gi¶m theo hµm mò :
0
t
V V e
(1.11)
H×nh d¹ng xung ra tõ tiÒn khuÕch ®¹i ®îc minh ho¹ trong h×nh 1.7.
H×nh 1.7: Xung ra tõ mét tiÒn khuÕch ®¹i.
Nh vËy, ®iÖn tÝch vµo ®îc tÝch ph©n trong khèi khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch ®Ó thu ®îc hai ®¹i
lîng : ®iÖn tÝch tæng céng vµo vµ thêi gian thu ®iÖn tÝch nªn tÝn hiÖu ®îc t¸ch ra thµnh lèi ra n¨ng
lîng E vµ thêi gian T. V× vËy, khèi tiÒn khuÕch ®¹i lµ rÊt h÷u Ých cho c¶ phæ kÕ thêi gian vµ n¨ng
lîng.
1.2.3 Khèi khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh (Amplifier - AMP)
Khèi nµy cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i tiÕp xung ra tõ tiÒn khuÕch ®¹i (th«ng thêng nhá h¬n 1 V)
lªn ®Õn kho¶ng gi¸ trÞ thÝch hîp ®Ó cã thÓ xö lý tiÕp mét c¸ch dÔ dµng vµ chÝnh x¸c. Ngoµi ra trong khèi
nµy cßn cã t¸c dông t¹o d¹ng xung nh»m c¶i thiÖn tØ sè tÝn hiÖu/t¹p ©m (S/N) vµ ng¨n ngõa sù chång
chËp xung. Hai yªu cÇu nµy thêng m©u thuÉn nhau cho nªn trong thiÕt kÕ thÝ nghiÖm cÇn cã sù tháa
hiÖp nhÊt ®Þnh.
- NÕu yÕu tè ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng lµ quan träng h¬n th× cÇn gi÷ tèc ®é ®Õm ë gi¸ trÞ thÊp hîp
lý.
- NÕu thùc nghiÖm ®ßi hái ph¶i lµm viÖc víi tèc ®é ®Õm cao th× ®Ó ®¶m b¶o ®é ph©n gi¶i n¨ng
lîng kh«ng bÞ tåi ®i nhiÒu th× cÇn lùa chän c¸c m¹ch t¹o d¹ng xung thÝch hîp víi h»ng sè thêi gian
thÝch hîp.
Trong c¸c lo¹i m¹ch t¹o d¹ng xung th× m¹ch CR - RC (vi ph©n - tÝch ph©n) thêng ®îc sö dông
nhiÒu nhÊt. M¹ch vi ph©n CR cã t¸c dông ®èi víi phÇn ®u«i cña xung vµ cã thÓ coi nh mét bé läc cho
qua tÇn sè cao vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè thÊp. M¹ch tÝch ph©n RC cã t¸c dông lªn phÇn ®Çu (phÇn
t¨ng) cña xung vµ cã thÓ xem nh mét bé läc cho tÇn sè thÊp vµ lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè cao. Mét
m¹ch CR - RC ®iÓn h×nh ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.8.
H×nh 1.8 : Mạch hình thành xung CR – RC.
Trªn h×nh 1.8 mét bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n víi hÖ sè khuÕch ®¹i ®¬n vÞ lý tëng (víi trë kh¸ng
vµo v« h¹n vµ trë kh¸ng ra 0) t¸ch riªng hai m¹ch sao cho hai m¹ch kh«ng ¶nh hëng nhau.
Trong c¸c bé khuÕch ®¹i xung h¹t nh©n, h×nh thµnh xung CR - RC thêng ®îc thùc hiÖn b»ng
c¸ch sö dông c¸c h»ng sè vi ph©n 1 vµ tÝch ph©n 2 b»ng nhau. ViÖc chän chÝnh x¸c h»ng sè thêi gian
cña m¹ch h×nh thµnh xung phô thuéc c¬ b¶n vµo thêi gian thu ®iÖn tÝch trong ®Çu dß ®îc sö dông. NÕu
quan t©m vÒ gi¶m chång chËp, ta cÇn gi÷ h»ng sè thêi gian ng¾n sao cho d¹ng xung h×nh thµnh cã thÓ
trë vÒ ®êng c¬ b¶n cµng nhanh cµng tèt. Mét gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ò dÞch ®êng 0 t¹i tÇn sè cao lµ sö
dông c¸c xung hai ph©n cùc. Nh÷ng xung nµy cã thÓ t¹o ®îc h×nh thµnh b»ng c¸ch bæ sung mét tÇng
CR vµo tÇng CR - RC ®Ó t¹o nªn m¹ch vi ph©n kÐp.
H×nh 1.9 : Mạch vi phân xung kép hình thành xung CR – RC – RC.
H×nh 1.9 minh häa xung ra hai ph©n cùc víi tÝch b»ng nhau, nã rÊt h÷u Ých trong viÖc gi¶m thiÓu
sù dÞch ®êng 0 víi tÇn sè ®Õm thay ®æi. Nã còng thuËn tiÖn víi nh÷ng øng dông thêi gian c¾t zªr«.
Nhîc ®iÓm cña m¹ch vi ph©n kÐp so víi m¹ch CR - RC lµ xung dµi h¬n vµ tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tåi
h¬n.
D¹ng xung mµ ta cã ®îc sau bé läc CR - RC trªn thùc tÕ cã mét phÇn lät xuèng phÝa díi
®êng c¬ b¶n (undershoot). NÕu cã mét xung thø hai ®Õn ®óng vµo vÞ trÝ undershoot th× nã sÏ ®îc ®o
kh«ng ®óng vµ nÕu undershoot kh«ng ®îc ®iÒu chØnh thÝch hîp sÏ g©y ra sù dÞch chuyÓn ®êng c¬ b¶n
khiÕn cho phÐp ®o biªn ®é kh«ng cßn chÝnh x¸c n÷a. Lý do g©y ra undershoot lµ m¹ch liªn kÕt CR (t¹o
ra thªm mét lÇn vi ph©n míi). §Ó kh¾c phôc hiÖn tîng nµy, ta ®a vµo m¹ch liªn kÕt tÇng thªm mét
®iÖn trë Rpz vµ ta ®îc m¹ch theo kiÓu bï trõ cùc ®iÓm bëi ®iÓm 0 (pole zero cancellation - PZC).
H×nh 1.10 minh häa m¹ch bï trõ cùc zªr« vµ hiÖu øng cña nã. TÝn hiÖu khuÕch ®¹i ®îc ¸p tíi
lèi vµo cña m¹ch vi ph©n CR trong bé khuÕch ®¹i, xung lèi ra tõ bé vi ph©n thêng cã bøu ©m kh«ng
nh mong muèn. §iÖn trë Rpz ®îc m¾c song song víi tô C1 vµ ®îc hiÖu chØnh ®Ó c¾t bíu ©m. KÕt
qu¶ lµ xung ra cã d¹ng hµm mò ®¬n gi¶n, gÇn víi ®êng c¬ b¶n víi h»ng sè thêi gian vi ph©n thÝch hîp.
Thùc tÕ, tÊt c¶ c¸c bé khuÕch ®¹i phæ kÕ ®Òu cã ®Æc trng nµy víi hiÖu chØnh bï trõ cùc zªr« ë mÆt
tríc. HiÖu chØnh chÝnh x¸c cùc zªr« sÏ cho phæ tèt vµ tin cËy. Mét sè bé khuÕch ®¹i phøc t¹p h¬n sÏ
®¬n gi¶n hãa nhiÖm vô nµy b»ng m¹ch hiÖu chØnh cùc zªr« tù ®éng.
.
H×nh 1.10 : Mạch bù trừ zªr« (a) vµ hiÖu øng cña m¹ch bï trõ zªr« (b, c, d).
Trong c¸c hÖ thèng ®o phæ gamma lµm viÖc ë tèc ®é ®Õm cao, ®iÒu quan träng lµ ph¶i ®iÒu chØnh
thËt chÝnh x¸c m¹ch bï trõ cùc zªr« v× ®iÒu chØnh kh«ng ®ñ hoÆc ®iÒu chØnh qu¸ møc (undershoot hoÆc
overshoot) ®Òu khiÕn cho phÐp ®o kh«ng chÝnh x¸c. H×nh 1.11 cho thÊy t¸c dông cña viÖc ®iÒu chØnh
cùc ®iÓm bëi ®iÓm kh«ng nh»m phôc håi ®êng c¬ b¶n : h×nh 1.11a t¬ng øng víi ®iÒu chØnh tèt, h×nh
1.11b øng víi ®iÒu chØnh cha hÕt (undershoot) vµ 1.11c lµ ®iÒu chØnh qu¸ møc (overshoot).
11 a 11 b 11 c
H×nh 1.11 : T¸c dụng của mạch bï trừ zªr«.
§èi víi mét phæ t¹p ©m cho tríc, thêng tån t¹i mét d¹ng xung tèi u trong ®ã tÝn hiÖu bÞ
nhiÔm Ýt nhÊt do t¹p ©m, ®ã lµ c¸c xung cã d¹ng Gauss hoÆc d¹ng tam gi¸c. KÕt hîp c¶ hai m¹ch CR vµ
RC, ta cã thÓ thu ®îc ë lèi ra mét xung cã d¹ng gÇn Gauss vµ cã tØ sè S/N tèi u. Tuy nhiªn, trong
thùc tÕ, ®Ó h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ngêi ta thay bé tÝch ph©n RC ®¬n gi¶n b»ng mét m¹ch tÝch
ph©n ho¹t ®éng phøc t¹p h¬n th× tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña bé khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung cã thÓ
®îc lµm tèt lªn tõ 17% ®Õn 19%.
H×nh 1.12 : Mạch h×nh thành xung trong bộ khuếch đại chuẩn Gauss.
C¸c bé khuÕch ®¹i cã nh÷ng bé läc phøc t¹p h¬n ®îc gäi lµ nh÷ng bé khuÕch ®¹i h×nh thµnh
xung chuÈn Gauss (h×nh 1.12) v× d¹ng xung ra cña nã gÇn víi d¹ng cña mét ®êng cong Gauss. Mét u
®iÓm kh¸c cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss lµ gi¶m ®é réng xung ra t¹i 0,1% cña biªn ®é xung. T¹i
mét h»ng sè thêi gian, d¹ng xung Gauss cã thÓ gi¶m ®é réng xung tõ 22% ®Õn 52% so víi bé läc CR -
RC. D¹ng xung ra cña bé h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.13.
H×nh 1.13 : Dạng xung ra của hình thành xung
chuẩn
Gauss với hằng số thời gian 2 s .
§Ó ®¶m b¶o chÊt lîng khèi khuÕch ®¹i khi lµm viÖc ë tèc ®é cao, ngêi ta cßn ®a vµo c¸c
m¹ch phôc håi ®êng c¬ b¶n (baseline restorer) vµ lo¹i trõ chång chÊt xung (pile up rejector) cho phÐp
c¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng ë tèc ®é ®Õm cao.
M¹ch khö chång chËp xung cã nhiÖm vô t¹o ra sau mçi xung tíi mét giai ®o¹n kiÓm tra kÐo dµi
trong kho¶ng thêi gian bËn cña lèi ra. NÕu cã mét sù kiÖn nµo xuÊt hiÖn trong kho¶ng thêi gian bËn nµy
th× sÏ cã mét tÝn hiÖu cÊm ®îc t¹o ra ®Ó ®ãng cæng m¸y ph©n tÝch biªn ®é l¹i, nhê vËy mµ phæ thu
®îc kh«ng bÞ mÐo.
D¹ng xung ra sau khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh ®îc minh häa nh h×nh 1.14.
H×nh 1.14 : Dạng xung ra sau khuếch đại tuyến tính.
1.2.4 Bé biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter - ADC)
TÝn hiÖu t¬ng tù tõ khèi khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh cã biªn ®é V0 sÏ ®îc ®a vµo khèi biÕn ®æi
t¬ng tù thµnh sè ADC. Khèi nµy ®o biªn ®é cùc ®¹i cña mét xung t¬ng tù vµ biÕn ®æi gi¸ trÞ ®ã thµnh
m· sè. M· sè tØ lÖ víi biªn ®é t¬ng tù t¹i lèi vµo ADC. §èi víi c¸c xung tíi liªn tiÕp, m· sè tõ ADC
®îc dÉn tíi bé nhí dµnh riªng hoÆc m¸y tÝnh vµ ®îc ph©n lo¹i b»ng biÓu ®å. BiÓu ®å nµy biÓu diÔn
phæ cña biªn ®é xung vµo.
Cã nhiÒu kiÓu biÕn ®æi, sau ®©y ta chØ xÐt kiÓu biÕn ®æi Wilkinson lµ kiÓu biÕn ®æi phæ biÕn
nhÊt. Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson ®îc minh ho¹ trªn h×nh 1.15.
Bé ®Õm
®Þa chØĐång hå
®Þa chØ
Cæng
tuyÕn tÝnh
a) Tô n¹p ®iÖn
Bé ®Õm
®Þa chØĐång hå
®Þa chØ
Cæng
tuyÕn tÝnh
b) Tô phãng ®iÖn
I
Bé ®Õm
®Þa chØ NcĐång hå
®Þa chØ
Cæng
tuyÕn tÝnh
c) Chu trình nhí
H×nh 1.15 : Sơ đồ hoạt động của ADC Wilkinson.
Bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc dïng ®Ó ghi nhËn xung tíi tõ bé khuÕch ®¹i. Th«ng thêng ngìng
cña bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc ®Æt trªn møc t¹p ©m ®Ó ng¨n ngõa ADC kh«ng mÊt thêi gian ph©n tÝch
t¹p ©m.
Khi xung vµo cao h¬n møc ngìng ph©n biÖt thÊp, cæng tuyÕn tÝnh vµo më vµ tô n¹p ®îc nèi
víi lèi vµo. Khi biªn ®é xung vµo ®¹t tíi cùc ®¹i vµ b¾t ®Çu gi¶m xuèng th× cæng tuyÕn tÝnh bÞ ®ãng vµ
tô bÞ ng¾t khái lèi vµo. T¹i ®iÓm nµy, thÕ trªn tô b»ng biªn ®é cùc ®¹i cña xung vµo. Theo sau sù ph¸t
hiÖn biªn ®é ®Ønh, mét nguån dßng kh«ng ®æi ®îc nèi víi tô ®Ó t¹o nªn sù phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña
thÕ trªn tô. §ång thêi ®ång hå ®Þa chØ ®îc nèi víi bé ®Õm ®Þa chØ vµ xung ®ång hå ®îc ®Õm trong
kho¶ng thêi gian phãng ®iÖn cña tô ®iÖn. Khi thÕ trªn tô vÒ zªr« th× viÖc ®Õm xung ®ång hå còng dõng
l¹i.
V× thêi gian phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña tô tØ lÖ víi biªn ®é xung gèc cho nªn sè ®Õm Nc ghi ®îc
trong bé ®Õm ®Þ._.a chØ còng tØ lÖ víi biªn ®é xung. Trong kho¶ng thêi gian chu tr×nh nhí, ®Þa chØ Nc ®îc
®Þnh vÞ trong bé nhí biÓu ®å vµ mét sè ®Õm ®îc céng vµo néi dung cña vÞ trÝ ®ã. Gi¸ trÞ Nc thêng
t¬ng øng víi sè kªnh.
ADC thêng cã sè kªnh thÊp lµ 256 cho nh÷ng øng dông ph©n gi¶i thÊp vµ cã 16384 kªnh cho
nh÷ng yªu cÇu kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cao.
¦u ®iÓm cña ADC Wilkinson lµ ®é phi tuyÕn vi ph©n thÊp (®iÓn h×nh < 1%). Nhîc ®iÓm lµ thêi
gian biÕn ®æi dµi vµ phô thuéc vµo biªn ®é xung.
Nh vËy, tr×nh tù biÕn ®æi trong ADC Wilkinson nh sau :
- Biªn ®é tÝn hiÖu vµo V0 ®îc so s¸nh víi mét ®iÖn ¸p tuyÕn tÝnh Vr .
- Khi nµo Vr ®¹t tíi V0 th× xuÊt hiÖn mét xung më cæng. §é réng cña xung nµy b»ng thêi gian
cÇn thiÕt ®Ó Vr ®¹t gi¸ trÞ V0 .
- Trong thêi gian cæng më, c¸c xung ®ång hå tÇn sè cao ®îc ®i qua cæng vµ ®îc ®Õm bëi m¸y
®Õm ®Þa chØ.
- Sè xung ®Õm Nc tØ lÖ víi biªn ®é tÝn hiÖu V0 vµ x¸c ®Þnh ®Þa chØ cña tÝn hiÖu : t¹i ®Þa chØ nµy
trong bé nhí, sè ®Õm sÏ t¨ng thªm mét ®¬n vÞ.
Víi nhiÒu lîng tö gamma lÇn lît ®îc biÕn ®æi nh vËy, ta ®îc mét h×nh ¶nh ph©n bè sè
xung theo biªn ®é xung, tøc lµ mét phÇn phæ gamma theo n¨ng lîng mµ ®Çu dß hÊp thô ®îc.
B¶ng 1.3 : §Æc trng cña mét sè lo¹i ADC th¬ng m¹i sö dông cho phæ kÕ h¹t nh©n. [2]
H·ng Lo¹i biÕn ®æi HÖ sè biÕn ®æi
§é phi
tuyÕn
tÝch ph©n
§é phi tuyÕn
vi ph©n
CANBERRA
ADC 8701
ADC 100 MHz
Wilkinson
256; 512; 1K;
2K; 4K; 8K
0,025% 0,7%
CANBERRA
ADC 8713
ADC 100 MHz
Wilkinson (thêi gian
chÕt 6 s )
256; 512; 1K;
2K; 4K; 8K;
16K
0,025% 0,7%
CANBERRA
ADC 8715
ADC Wilkinson
(thêi gian chÕt cè
®Þnh 800 ns)
256; 512; 1K;
2K; 4K; 8K
0,025% 0,9%
ORTEC
ADC 114
ADC gÇn ®óng liªn
tiÕp (thêi gian biÕn
®æi 5 s )
16 K 0,025% 1%
ORTEC
ADC 413A
ADC gÇn ®óng liªn
tiÕp (thêi gian biÕn
®æi 6 s )
8 K 0,025% 1%
1.2.5 M¸y ph©n tÝch biªn ®é nhiÒu kªnh (Multi Channel Analyzer - MCA)
M¸y tÝnh
TÝn hiÖu tõ khèi
khuÕch ®¹i
H×nh 1.16 : Sơ đồ khối của hệ thống ph©n tÝch ®a kªnh.
M¸y ph©n tÝch biªn ®é nhiÒu kªnh bao gåm ADC, mét bé nhí biÓu ®å, bé chØ thÞ biÓu ®å ®îc
ghi trong bé nhí. NÕu c¸c xung vµo tíi tõ bé khuÕch ®¹i phæ n¨ng lîng th× biÓu ®å t¬ng øng víi phæ
n¨ng lîng ®îc quan s¸t b»ng ®Çu dß kÌm theo. Khi lèi ra cña bé biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é
®îc nèi víi lèi vµo ADC th× biÓu ®å biÓu diÔn phæ thêi gian ®o ®îc b»ng bé biÕn ®æi thêi gian thµnh
biªn ®é. KÕt hîp ADC, bé nhí biÓu ®å vµ chØ thÞ biÓu ®å t¹o nªn m¸y ph©n tÝch ®a kªnh MCA. NÕu
m¸y tÝnh ®îc sö dông ®Ó chØ thÞ phæ, khi ®ã sù kÕt hîp cña ADC vµ bé nhí biÓu ®å gäi lµ bé ®Öm ®a
kªnh MCB. S¬ ®å khèi cña MCA chØ ra trªn h×nh 1.16.
Chøc n¨ng chñ yÕu cña MCA ®îc chia lµm hai phÇn :
- Thu nhËn vµ tån tr÷ sè liÖu ®îc thùc hiÖn b»ng phÇn cøng gäi lµ MCB.
- Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn vµ chØ thÞ ®îc thùc hiÖn b»ng phÇn mÒm ch¹y trªn m¸y tÝnh giao tiÕp
víi MCB. PhÇn mÒm cña MCA cã kh¶ n¨ng :
+ ChuÈn n¨ng lîng (chuÈn bËc nhÊt hoÆc bËc hai theo ®¬n vÞ n¨ng lîng) (eV, keV, MeV hoÆc
tÝnh theo ®¬n vÞ thêi gian: s , ms, s)
+ T×m ®Ønh (tÝnh to¸n vÞ trÝ t©m ®Ønh cho phÐp ph©n tÝch tù ®éng phæ cha biÕt).
+ TÝnh diÖn tÝch thùc cña ®Ønh (sè ®Õm t¹i ®Ønh trõ ph«ng)
+ ChuÈn hãa n¨ng lîng (t¨ng hoÆc gi¶m phæ b»ng mét h»ng sè)
+ Lµm tr¬n phæ (lµm tr¬n nhiÒu ®iÓm ®èi víi toµn phæ hoÆc mét phÇn phæ)
+ X¸c ®Þnh lo¹i ®ång vÞ (so s¸nh c¸c ®Ønh trong phæ víi th viÖn ®ång vÞ)
+ Thùc hiÖn ch¬ng tr×nh tù ®éng (x¸c lËp hÖ thèng b»ng mét lÖnh ®¬n)
+ PhÇn mÒm øng dông (phÇn mÒm chuyªn dông ®îc thiÕt kÕ cho phæ alpha, gamma, huúnh
quang tia X, kÝch ho¹t n¬tron, ®Õm toµn th©n, th¶i phãng x¹, ph©n tÝch c¸c nguyªn tè siªu uran vµ c¸c
øng dông kh¸c)
Víi c¸c phæ kÕ t¬ng tù truyÒn thèng, tÝn hiÖu ®Çu dß ®îc xö lý, h×nh thµnh vµ läc b»ng bé
khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung vµ ®îc sè hãa b»ng ADC t¹i cuèi d·y xö lý. Trong nhiÒu n¨m c¶i tiÕn
c«ng nghÖ t¬ng tù nµy, ngêi ta nhËn thÊy cã hai h¹n chÕ c¬ b¶n: thø nhÊt, cã nh÷ng h¹n chÕ trong
viÖc më réng c¸c chøc n¨ng läc tÝn hiÖu ; thø hai, linh kiÖn t¬ng tù dÔ c¶m nhËn ®èi víi t¹p ©m vµ hiÖn
tîng tr«i cã thÓ ¶nh hëng tíi chÊt lîng tÝn hiÖu vµ cuèi cïng ¶nh hëng tíi phæ thu nhËn.
C¸c lo¹i MCA th«ng dông ®îc giíi thiÖu trong b¶ng 1.4.
B¶ng 1.4 : Mét sè MCA th«ng dông cña h·ng Canberra.[2]
H·ng chÕ t¹o MÉu PhÇn cøng PhÇn mÒm Sè kªnh
CANBERRA 35 Plus Chuyªn dông Chuyªn dông 2K, 4K, 8K
CANBERRA Accuspec Add on Card Genie 2000 BSS 2K, 4K, 8K
CANBERRA System 100 Add on Card Ch¬ng tr×nh MCA
S100 trong Windows
16K
1.2.6 C¸c thiÕt bÞ ®Ó ®o thêi gian
1.2.6.1 Bé khuÕch ®¹i nhanh
Khi yªu cÇu th«ng tin thêi gian cao h¬n th× lèi ra ®Çu dß thêng ®îc chän lµ xung tuyÕn tÝnh
nhanh cã thêi gian ng¾n. Lo¹i xung nµy thêng cung cÊp cho bé khëi ph¸t xung mÆt tríc ®Ó t¹o tÝn
hiÖu thêi gian nhanh. NÕu biªn ®é cña xung tuyÕn tÝnh nhanh lµ kh«ng ®ñ ®Ó ®¹t tíi mét møc khëi ph¸t
thuËn tiÖn trong bé khëi ph¸t thêi gian th× cÇn ph¶i cung cÊp mét sù khuÕch ®¹i nµo ®ã tríc. C¸c bé
khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh sÏ kh«ng thÓ dïng cho øng dông nµy v× m¹ch h×nh thµnh xung ®îc thiÕt kÕ ®Ó
h¹n chÕ thµnh phÇn tÇn sè cao trong tÝn hiÖu ®Ó cho kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèi u.
§Ó b¶o toµn d¹ng xung tuyÕn tÝnh nhanh, mét bé khuÕch ®¹i cã ®¸p øng tuyÕn tÝnh víi tÇn sè
cµng cao cµng tèt, cã thÓ më réng ®¸p øng tÇn sè tíi 0. Nh÷ng bé khuÕch ®¹i nh thÕ ®îc gäi lµ nh÷ng
bé khuÕch ®¹i d¶i réng v× chóng kh«ng läc c¶ tÇn sè cao lÉn tÇn sè thÊp nªn chóng kh«ng h×nh thµnh
xung lèi vµo. Khi ¸p dông cho xö lý xung h¹t nh©n, chóng thêng ®îc gäi lµ c¸c bé khuÕch ®¹i nhanh.
NhiÖm vô cña chóng lµ t¹o nªn mét xung lý tëng, lµ b¶n sao trung thùc cña xung vµo nhng ®îc
khuÕch ®¹i.
Bé khuÕch ®¹i nhanh ®îc thiÕt kÕ ®Ó cã thêi gian t¨ng lèi ra trong d¶i ns. Khi ®¹t thêi gian t¨ng
nhanh thêng ph¶i tháa hiÖp ®é tuyÕn tÝnh vµ æn ®Þnh nhiÖt ®é.
Cã 2 lo¹i khuÕch ®¹i nhanh:
+ Bé khuÕch ®¹i d¶i réng : lo¹i nµy øng dông vÒ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i thêi gian tèt khi thêi
gian t¨ng nhanh nhÊt ®îc yªu cÇu, kh«ng cã ®iÒu khiÓn vÒ thêi gian t¨ng hay thêi gian gi¶m cña tÝn
hiÖu, chóng ®îc sö dông ®iÓn h×nh trong èng quang ®iÖn vµ ®Çu dß h¹t tÝch ®iÖn silic cho nh÷ng øng
dông vÒ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i thêi gian cao.
+ Bé khuÕch ®¹i läc thêi gian (Timming Filter Amplifier - TFA) : ®îc cung cÊp c¸c bé
vi ph©n CR vµ bé tÝch ph©n RC ®Ó ®iÒu khiÓn d¹ng xung.
Thêi gian t¨ng cña bé khuÕch ®¹i qu¸ nhanh nªn tr¸nh v× chóng dÉn ®Õn t¹p ©m nhiÒu h¬n vµ
kh«ng c¶i thiÖn thêi gian t¨ng tÝn hiÖu. Ta nªn ®Æt tÝn hiÖu ®ñ dµi ®Ó tr¸nh mÊt biªn ®é cña tÝn hiÖu.
1.2.6.2 Bé lµm chËm
Trong nhiÒu øng dông thêi gian, ta cÇn ph¶i lµm chËm t¹i mét hoÆc mét sè ®iÓm trong chuçi tÝn
hiÖu cho môc ®Ých hiÖu chØnh hoÆc chuÈn thêi gian. Trong thang nan« gi©y, ®é dµi c¸p ®ång trôc ®îc
sö dông ®Ó kÕt nèi c¸c khèi víi nhau, cã kh¶ n¨ng thay ®æi ®îc ®Ó cho thêi gian truyÒn kh¸c nhau.
Ngoµi 100 nan« gi©y, ®é dµi c¸p trë sÏ nªn qu¸ dµi (trªn 30 m) ®èi víi sö dông th«ng thêng. ViÖc sö
dông c¸c ®êng lµm chËm víi c¸c chÊt dÉn ®iÖn quÊn h×nh lß xo cã thÓ gi¶m nhiÒu ®é dµi vËt lý cña c¸p
®èi víi thêi gian truyÒn cho tríc nhng chóng cã ®Æc trng truyÒn tÇn sè cao t¬ng ®èi nghÌo vµ sÏ
lµm mÐo c¸c xung nhanh.
Khi sö dông víi h×nh thµnh xung tuyÕn tÝnh cã c¸c bé läc tÇn sè cao, sù mÐo lµ kh«ng nghiªm
träng vµ ®êng lµm chËm thô ®éng cña c¸c thiÕt kÕ kh¸c nhau cã thÓ cung cÊp ®êng lµm chËm ®iÒu
khiÓn ®îc lªn tíi s . Nh÷ng bé khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh thêng kÕt hîp mét sè ®êng lµm chËm ®Ó
cung cÊp mét lèi ra thuËn tiÖn trong viÖc x¸c lËp nh÷ng hÖ thèng xung thêi gian.
Trªn thùc tÕ, mét sè h·ng ®· chÕ t¹o c¸c hép lµm chËm cung cÊp thêi gian lµm chËm cã thÓ ®iÒu
khiÓn ®îc phÐp kÐo dµi hoÆc rót ng¾n ®êng dÉn ®iÖn trong c¸c m¹ch trïng phïng. C¸c hép lµm chËm
nãi chung bao gåm nh÷ng ®é dµi c¸p thay ®æi ®îc trong chuÈn NIM cho phÐp lµm chËm trong kho¶ng
0 ®Õn 64 ns. Mét sè hép cã thÓ ®îc nèi tiÕp víi nhau ®Ó cho lµm chËm lªn tíi 100 ns. ThÝ dô h·ng
canberra chÕ t¹o hép lµm chËm trong chuÈn NIM 2058 cho phÐp lµm chËm c¸c xung tuyÕn tÝnh vµ l«gic
trong c¸c bíc 0,5 ns trong d¶i lªn tíi 64 ns theo c¸c bíc sau : 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 hoÆc 32. Khèi lµm
chËm 2055 trong chuÈn NIM cña Canberra cã d¶i lµm chËm cã thÓ ®iÒu khiÓn liªn tôc tõ 0,1 ®Õn
110 s. B¶ng 1.5 tr×nh bµy c¸c bé phËn lµm chËm vµ ®Æc trng c¬ b¶n cña chóng.
B¶ng 1.5 : §Æc trng cña mét sè bé lµm chËm.[2]
H·ng chÕ t¹o MÉu D¶i lµm chËm Bíc lµm chËm (ns)
Lµm chËm
cùc tiÓu (ns)
CANBERRA 2058 0,5 - 64 ns 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
CANBERRA 2055 0,1 - 110 s Liªn tôc -
ORTEC 425A 1 - 64 ns 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
1.2.6.3 Bé ph©n biÖt ngìng kh«ng ®æi (Constant Fraction Discriminator - CFD)
Khèi CFD thêng ®îc chÕ t¹o ®Ó phôc vô cho hai øng dông kh¸c nhau :
- Mét lµ : ®Õm c¸c xung nhá víi tèc ®é ®Õm cao.
- Hai lµ : x¸c ®Þnh thêi gian xung ®Õn víi ®é chÝnh x¸c cao.
Trong kªnh thêi gian, khèi CFD cã vai trß x¸c ®Þnh thêi ®iÓm xung ®Õn, t¹o ra tÝn hiÖu
®Çu vµo ®a ®Õn khèi trïng phïng. CFD lµm t¨ng ®é ph©n gi¶i thêi gian, lo¹i trõ nhiÔu vµ
¶nh hëng cña c¸c tia gamma mÒm. ViÖc chän gi¸ trÞ ngìng lµ rÊt quan träng, nÕu chän
ngìng thÊp qu¸ sÏ xuÊt hiÖn trïng phïng víi gamma mÒm hoÆc gamma t¸n x¹ gi÷a hai ®Çu
dß, nÕu chän ngìng cao qu¸ sÏ mÊt c¸c chuyÓn dêi gamma cã n¨ng lîng thÊp. [5, tr.24]
TÊt c¶ c¸c khèi CFD ®Òu cã chuyÓn m¹ch thay ®æi ngìng. Ngìng ®îc chän sao cho ®ñ cao
®Ó lo¹i ®îc nhiÔu. Trong mét sè øng dông ngìng ®îc ®Æt cao ®Ó c¾t c¸c xung biªn ®é bÐ n»m trong
vïng n¨ng lîng thÊp cã nhiÒu nhiÔu.
Khèi CFD ho¹t ®éng theo ba chÕ ®é (mode) tïy thuéc vµo kiÓu ®Çu dß :
- Constant-Fraction (CF) : chÕ ®é CF dùa trªn tØ sè cè ®Þnh
- Slow Rise Time Reject (SRT) : chÕ ®é SRT chän lùa ®Ó lo¹i trõ c¸c xung t¨ng chËm
- Leading Edge (LE) : chÕ ®é LE dùa trªn ph¬ng ph¸p sên lªn.
Víi thùc nghiÖm ph¶i chän lùa ®îc mode phï hîp víi hÖ ®o.
1.2.6.4 Bé trïng phïng
NhiÒu khèi trïng phïng th¬ng m¹i ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c phñ trong ®é réng cña xung
vµo x¸c ®Þnh trùc tiÕp thêi gian ph©n gi¶i cña m¹ch trïng phïng.
H×nh 1.17 : Nguyªn tắc cơ bản của mạch trïng phïng.
H×nh 1.17 minh häa nguyªn t¾c c¬ b¶n cña m¹ch trïng phïng. M¹ch trïng phïng ®¬n gi¶n lµ
cæng AND hai lèi vµo. Nh ®îc chØ ra b»ng d¹ng sãng trong h×nh 1.17, cæng AND ph¸t ra l«gic 1 chØ
khi c¸c xung l«gic 1 cã mÆt trªn c¶ hai lèi vµo A vµ B. Thùc tÕ, lèi ra chØ sinh ra trong kho¶ng thêi gian
xung A vµ B phñ nhau. V× lý do nµy mµ m¹ch ®îc gäi lµ trïng phïng phñ.
HÇu hÕt c¸c khèi trïng phïng cung cÊp nhiÒu lèi vµo (thêng lªn tíi bèn) cã thÓ ®îc ®ãng ng¾t
mét c¸ch ®éc lËp. Khi chØ mét lèi vµo ®îc ®ãng th× mäi tÝn hiÖu l«gic lèi vµo ®Òu ®îc ®a tíi lèi ra
cña khèi trïng phïng. KiÓu lµm viÖc nµy cung cÊp mét c¸ch thuËn tiÖn ®Ó ghi tÇn sè ®¬n trong bÊt cø
nh¸nh vµo nµo. Khi hai lèi vµo ®îc ®ãng, khèi ho¹t ®éng nh mét trïng phïng ®¬n gi¶n hai lèi vµo, ba
lèi vµo chuyÓn m¹ch dÉn ®Õn trïng phïng ba lèi vµo, …
Khèi trïng phïng thêng cung cÊp Ýt nhÊt mét lèi vµo ph¶n trïng phïng. Nh÷ng xung cung cÊp
®èi víi lèi vµo nµy trong thêi gian x¸c ®Þnh cho tríc sÏ cã t¸c ®éng cÊm lèi ra cña khèi trïng phïng.
§Æc tÝnh cña mét sè bé trïng phïng th¬ng m¹i ®îc giíi thiÖu trong b¶ng 1.6.
B¶ng 1.6 : §Æc trng c¬ b¶n cña nh÷ng bé trïng phïng th¬ng m¹i. [2]
H·ng chÕ t¹o MÉu
Sè lèi vµo
trïng phïng
Lèi vµo ®èi
trïng
Thêi gian
ph©n gi¶i
ORTEC 414A 3 1 10 ns - 110 ns
ORTEC 418A 4 4 100 ns - 2 s
CANBERRA 1446 5 5 100 ns - 2 s
CANBERRA 2024 3 1 10 ns -1 s
1.3 Tæng quan vÒ t×nh h×nh nghiªn cøu c¸c hÖ phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian
HiÖn nay, ë c¸c phßng thÝ nghiÖm vÒ h¹t nh©n trong níc, c¸c hÖ phæ kÕ ®îc sö dông phæ
biÕn lµ hÖ phæ kÕ gamma ®¬n tinh thÓ víi ®Çu dß HPGe, thêng ®îc dïng ®Ó ®o mÉu m«i trêng, hÖ
phæ kÕ thêi gian nhanh sö dông hai ®Çu dß NaI ®îc sö dông réng r·i trong thÝ nghiÖm ®o thêi gian
sèng cña pozitron.
§Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe cã nh÷ng u ®iÓm râ rÖt lµ kh«ng ph¶i b¶o qu¶n liªn tôc
trong Nit¬ láng, ®ång thêi ®é ph©n gi¶i n¨ng lîng, hiÖu suÊt ghi còng h¬n h¼n c¸c ®Çu dß kh¸c.
ViÖc sö dông ®Çu dß b¸n dÉn trong hÖ phæ kÕ gamma rÊt ®¬n gi¶n. CÊu h×nh chñ yÕu cña hÖ ®o ®îc
minh häa trªn h×nh 1.18.
HPGe
KhuÕch
®¹i phæ
ADC Interface
M¸y
tÝnh
H×nh 1.18 : S¬ ®å khèi cña phæ kÕ gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ.
§Çu dß b¸n dÉn HPGe ®îc ghÐp nèi víi khuÕch ®¹i phæ AMP. TÝn hiÖu ë lèi ra cña ®Çu dß b¸n
dÉn ®îc AMP khuÕch ®¹i vÒ biªn ®é vµ t¹o d¹ng thÝch hîp cho ADC ph©n tÝch biªn ®é ®Ønh xung.
Card thu nhËn d÷ liÖu Interface sÏ thu nhËn d÷ liÖu sau khi ADC biÕn ®æi xong vµ xÕp vµo « nhí. D÷
liÖu nµy ®îc truyÒn vµo m¸y tÝnh PC ®Ó xö lý vµ ®îc lu l¹i thµnh c¸c file sè liÖu.
H×nh 1.19 : HÖ phæ kÕ gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ t¹i phßng thÝ
nghiÖm h¹t nh©n, khoa VËt lÝ, Trêng §¹i Häc S Ph¹m TP.HCM.
HiÖn nay, t¹i Trung T©m H¹t Nh©n TP.HCM vµ mét sè phßng thÝ nghiÖm h¹t nh©n cña mét sè
trêng ®¹i häc, ngêi ta ®· vµ ®ang dïng phæ kÕ gamma b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ ®Ó ®o c¸c mÉu m«i
trêng, dïng phæ kÕ thêi gian nhanh sö dông hai ®Çu dß NaI ®Ó nghiªn cøu cÊu tróc cña vËt liÖu.
Phæ gamma thêng rÊt phøc t¹p, mét sè ®Ønh phæ n¨ng lîng thÊp l¹i n»m trªn ph«ng phãng x¹
vµ nÒn compton cña c¸c tia gamma cã n¨ng lîng cao. Do ®ã viÖc x¸c ®Þnh diÖn tÝch c¸c ®Ønh phæ cã
thèng kª thÊp trªn nÒn ph«ng cao thêng ph¹m sai sè lín. MÆt kh¸c ®é nh¹y ph©n tÝch chØ cã thÓ ®îc
c¶i thiÖn trong ®iÒu kiÖn tØ sè diÖn tÝch ®Ønh phæ trªn ph«ng lín. Do ®ã, nh»m n©ng cao chÊt lîng ®o,
trong nhiÒu trêng hîp ngêi ta ®· sö dông kü thuËt trïng phïng. Cã hai ph¬ng ph¸p trïng phïng
chÝnh : trïng phïng kinh ®iÓn vÒ thêi gian vµ trïng phïng céng biªn ®é.
N¨m 1958, Hoogenboom A.M ®· ®a ra nh÷ng ph¸c th¶o ®Çu tiªn vÒ hÖ phæ kÕ céng
c¸c biªn ®é c¸c xung trïng phïng b»ng c¸c ®Çu dß nhÊp nh¸y. HÖ céng biªn ®é xung tõ hai
®Çu dß ®îc thùc hiÖn b»ng c¸c khèi ®iÖn tö céng t¬ng tù ®Ó céng biªn ®é xung. C¸c thiÕt
bÞ ph©n tÝch biªn ®é vµo thêi ®iÓm ®ã lµ c¸c m¸y ph©n tÝch biªn ®é 256 kªnh. N¨m 1981, t¹i
ViÖn Liªn Hîp Nghiªn Cøu H¹t Nh©n Dubna ®· ®a ra vÊn ®Ò ghi nhËn, lu tr÷ vµ xö lý sè
trªn m¸y tÝnh c¸c th«ng tin thu ®îc tõ hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. Ph¬ng
ph¸p nµy kh¸c xa h¼n nh÷ng nguyªn t¾c ban ®Çu do Hoogenboom A.M ®a ra. Nã cho phÐp
tiÕt kiÖm thêi gian thùc hiÖn mét nghiªn cøu nhiÒu lÇn, ®é chÝnh x¸c cao h¬n h¼n, lo¹i trõ
®îc ¶nh hëng chªnh lÖch vÒ thêi ®iÓm xuÊt hiÖn c¸c xung tõ ®Çu dß t¬ng øng víi cÆp
chuyÓn dêi nèi tÇng. Ph¬ng ph¸p do ViÖn Liªn Hîp Nghiªn Cøu H¹t Nh©n Dubna ®a ra cã
cÊu h×nh nh hÖ phæ kÕ trïng phïng nhanh chËm hiÖn ®¹i cã lu tr÷ vµ céng b»ng sè. [6,
tr.14]
N¨m 2005, ViÖn N¨ng Lîng Nguyªn Tö ViÖt Nam vµ Trêng §¹i Häc Khoa Häc Tù Nhiªn
thuéc §¹i Häc Quèc Gia Hµ Néi ®· x©y dùng thµnh c«ng hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng, l¾p
®Æt t¹i ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t. So víi hÖ ®o t¹i ViÖn Liªn Hîp Nghiªn Cøu H¹t Nh©n
Dubna vµo nh÷ng n¨m tríc th× hÖ ®o t¹i §µ L¹t cã nh÷ng u ®iÓm vît tréi h¬n nh : hiÖu suÊt ghi cao
h¬n, tèc ®é lµm viÖc cña hÖ ®iÖn tö nhanh gÊp nhiÒu lÇn, kh«ng ph¶i sö dông c¸c ®êng d©y trÔ tËp
trung hoÆc c¸c khèi khuÕch ®¹i trÔ, ®é tuyÕn tÝnh vµ ®é æn ®Þnh ®Òu tèt h¬n rÊt nhiÒu. HiÖn nay, c¸c
nghiªn cøu ph¸t triÓn hÖ ®o vÉn ®ang tiÕp tôc : chÊt lîng chïm bøc x¹ n¬tron trªn kªnh sè 3 vµ ph«ng
ngµy cµng ®îc c¶i thiÖn, bæ sung thiÕt bÞ ®Ó thu thËp vµ khai th¸c triÖt ®Ó th«ng tin tõ c¸c thÝ nghiÖm,
thiÕt lËp tham sè ®Ó tèi u trïng phïng vÒ thêi gian. §©y lµ c¬ së ®Ó kh¼ng ®Þnh c¸c thÝ nghiÖm nghiªn
cøu cÊu tróc h¹t nh©n trªn hÖ ®o t¹i §µ L¹t hoµn toµn ®¹t tíi tr×nh ®é quèc tÕ. HÖ phæ kÕ céng biªn ®é
c¸c xung trïng phïng vµ mét lo¹t c¸c vÊn ®Ò liªn quan nh chïm n¬tron trªn kªnh sè 3, hÖ che ch¾n
gi¶m ph«ng, hÖ thèng ch¬ng tr×nh xö lý sè liÖu ®· ®îc hoµn thiÖn.
HiÖn nay, t¹i mét sè trung t©m nghiªn cøu h¹t nh©n trong níc, mÆc dï c¸c thiÕt bÞ cÇn thiÕt cho
mét hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma t¬ng ®èi ®Çy ®ñ nhng do kh«ng gi¶i quyÕt ®îc vÇn ®Ò ghÐp nèi
gi÷a c¸c khèi thiÕt bÞ, gi÷a toµn hÖ víi m¸y tÝnh, lùa chän thuËt to¸n ®iÒu khiÓn, còng nh cha t×m ra
®îc bé tham sè thÝch hîp cho c¸c khèi ®iÖn tö nªn vÉn cha x©y dùng ®îc hÖ trïng phïng sö dông
®Çu dß b¸n dÉn HPGe. V× vËy, hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng t¹i ViÖn Nghiªn Cøu H¹t
Nh©n §µ L¹t lµ hÖ ®o duy nhÊt cã trong níc tÝnh tíi thêi ®iÓm nµy.
CH¦¥NG 2 : T×m hiÓu HÖ PHæ KÕ TRïNG PHïNG GAMMA
Sö DôNG §ÇU Dß B¸N DÉN HPGe
Do luËn v¨n ®îc thùc hiÖn t¹i ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t nªn hÖ phæ kÕ phæ kÕ trïng
phïng sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe mµ t¸c gi¶ ®îc kh¶o s¸t lµ hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung
trïng phïng, ®Æt t¹i kªnh sè 3 cña lß ph¶n øng h¹t nh©n. Ch¬ng 2 sÏ giíi thiÖu vÒ c¸c khèi ®iÖn tö
chÝnh cña hÖ, s¬ ®å khèi, s¬ ®å kÕt nèi c¸c khèi, nguyªn t¾c ho¹t ®éng cïng víi c¸c vÊn ®Ò liªn quan
®Õn hÖ phæ kÕ trïng phïng.
2.1 S¬
®å
khèi
H×nh 2.1 : HÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông hai ®Çu dß b¸n dÉn HPGe lo¹i
GC1518
vµ Inter Technique ®Æt t¹i kªnh sè 3 cña lß ph¶n øng h¹t nh©n, ViÖn Nghiªn
Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t.
H×nh 2.2 : S¬ ®å khèi cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông hai ®Çu dß b¸n dÉn
HPGe lo¹i GC1518 vµ Inter Technique (trïng phïng b»ng khèi 414A).
HÖ thèng phæ kÕ trïng phïng trªn h×nh 2.2 ®îc chia lµm 2 kªnh : kªnh A (phÝa díi) vµ kªnh B
(phÝa trªn) bao gåm c¸c thiÕt bÞ nh sau :
- Hai ®Çu dß b¸n dÉn Ge siªu tinh khiÕt (HPGe) lo¹i GC1518 cña h·ng Canberra vµ Inter -
Technique.
- Hai khuÕch ®¹i phæ 572A cña h·ng Ortec.
- Hai bé biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè ADC 7072 cña h·ng Fast Comtec.
- Hai khuÕch ®¹i läc thêi gian TFA 474 cña h·ng Ortec.
- Hai khèi ph©n biÖt ngìng nhanh CFD 584 cña h·ng Ortec.
- Ba khèi d©y trÔ (Delay).
- Khèi cao thÕ HV 660 cña h·ng Ortec.
- Khèi trïng phïng nhanh 414A cña h·ng Ortec.
- Nguån nu«i Model 4002D cña h·ng Ortec.
- Card thu d÷ liÖu Interface NI7811R
- M¸y tÝnh PC.
2.2 KÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma
12
3
4
5
GC1518
1
2
3
4
5
Inter
Technique
Inter
Face
NI7811R
C¸c khèi B C¸c khèi A
C¸c khèi A
C¸c khèi B
H×nh 2.3: S¬ ®å kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma (mÆt tríc).
12
3
4
5
Inter
Technique
1
2
3
4
5
GC1518
Inter
Face
NI7811R
AMP (B) HVÑÇu dß HPGe (B)ADCAMP (A)ÑÇu dß HPGe (A) Interface
PC
H×nh 2.4 : S¬ ®å kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma (mÆt sau).
C¸c khèi ®iÖn tö, hai ®Çu dß b¸n dÉn HPGe vµ m¸y tÝnh ®îc kÕt nèi víi nhau ®îc tr×nh bµy
trªn h×nh 2.3 vµ h×nh 2.4.
§Çu dß HPGe : gåm cã 5 d©y ra (cã kÌm theo tªn, ghi trªn c¸p c¾m) : d©y nguån 1 dïng cho tiÒn
khuÕch ®¹i trong ®Çu dß, d©y tÝn hiÖu lèi ra n¨ng lîng 2 (Energy), d©y tÝn hiÖu lèi ra thêi gian 3
(Timming), cao ¸p HV 4, d©y cÊm cao ¸p 5 (Inhibit).
- D©y nguån 1 nèi víi phÝa sau cña khuÕch ®¹i phæ AMP 572.
- D©y Energy 2 cã thÓ nèi víi phÝa tríc cæng “input” hoÆc phÝa sau cæng “in” cña khèi khuÕch
®¹i AMP 572.
- D©y Timming 3 nèi vµo “input” ë mÆt tríc hoÆc mÆt tríc cña TFA 474.
- D©y cao ¸p HV 4 nèi vµo “0 5 kV” ë mÆt sau cao ¸p.
- D©y Inhibit 5 nèi vµo BIAS SHUTDOW.
KhuÕch ®¹i phæ AMP 572
- Lèi ra UNI cña AMP 572 nèi víi “ADC in”.
- Cæng inhibit nhËn d©y nèi tõ interface.
ADC 7072
- D©y tÝn hiÖu trïng phïng tõ interface nèi vµo “Gate in” ë mÆt tríc cña ADC.
- MÆt sau, nèi 2 cæng “data” cña ADC víi 2 cæng “data” cña interface.
KhuÕch ®¹i nhanh TFA 474
Cæng “output” cña TFA 474 nèi víi lèi vµo cæng “input” cña khèi ph©n biÖt ngìng CFD 584.
Khèi ph©n biÖt ngìng CFD 584
- Hai cæng CF Delay ®îc nèi víi 2 lèi vµo cña khèi lµm trÔ.
- Cæng “output” cña CFD 584 A nèi víi lèi vµo cæng “coinc A” cña khèi trïng phïng nhanh
414A.
- Cæng “output” cña CFD 584 B nèi víi lèi víi 1 cæng cña khèi lµm trÔ, cæng cßn l¹i cña khèi
lµm trÔ nèi vµo cæng “coinc B” cña khèi trïng phïng nhanh 414A.
Khèi trïng phïng nhanh 414A
Cæng “output” cña khèi trïng phïng nhanh 414A nèi tíi Interface.
Card thu nhËn sè liÖu Interface NI7811R
C¾m trªn khe PCI cña m¸y tÝnh vµ nèi víi c¸c ADC qua hép connector.
2.3 C¸c tham sè cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe
Cao thÕ ®«i HV 660
- Kªnh A : 1750 V.
- Kªnh B : 2500 V.
KhuÕch ®¹i phæ AMP 572A
B¶ng 2.1 : C¸c tham sè cña khèi AMP 572A
Khèi A B
Gain 3,75 12,23
Coarse Gain 100 20
Shapping time 3 s 3 s
Input NEG POS
Output UNI UNI
ADC 7072
- DEADTIME/LEVEL: 0 /200
- RANGE/MODE: 8k/COIN
- ANALOG SIGNAL: PHA
KhuÕch ®¹i nhanh TFA 474
B¶ng 2.2 : C¸c tham sè cña khèi TFA 474.
Khèi A B
Coarse Gain 6 1
Fine Gain 3,5 12,5
Integrate(ns) 200 OUT
diff(ns) 200 200
Input INV Non - inV
Khèi ph©n biÖt ngìng CFD 584
B¶ng 2.3 : C¸c tham sè cña khèi CFD 584
Khèi A B
thresHold 0,28 0,1
mode SRT SRT
output positive positive
Cf delay (ns) 40 40
Khèi trïng phïng nhanh 414A
- RESOLVING TIME : 60 ns
- INPUT CONTROLS :
+ A, B : IN
+ C, D : OUT
2.4 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña hÖ phæ kÕ trïng phïng gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe
Do t¬ng quan cña hai tia gamma nèi tÇng ®a phÇn lµ 1800 ®Ó b¶o toµn xung lîng nªn hai ®Çu
dß ®îc bè trÝ ®èi diÖn nhau. MÉu ®o ®îc ®Æt sao cho c¸c gamma ph¸t ra ®i ®Õn hai ®Çu dß mét c¸ch
®èi xøng.
§èi víi kªnh n¨ng lîng, tÝn hiÖu lèi ra E (Energy) cña hai ®Çu dß ®îc c¸c khèi khuÕch ®¹i phæ
572A khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng cÇn thiÕt ®Ó ®a vµo hai lèi vµo cña ADC 7072.
§èi víi kªnh thêi gian, hai tÝn hiÖu ë lèi ra T (Timming) cña ®Çu dß ®îc ®a vµo hai khèi
khuÕch ®¹i nhanh TFA 474 ®Ó khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng cÇn thiÕt. TÝn hiÖu ra cña hai khèi khuÕch ®¹i
nhanh tiÕp tôc ®îc ®a vµo hai khèi ph©n biÖt ngìng CFD 584. Khèi ph©n biÖt ngìng CFD 584 ®îc
sö dông ®Ó lo¹i bá nhiÔu, ¶nh hëng cña tia mÒm vµ x¸c ®Þnh thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña xung. ViÖc lùa
chän gi¸ trÞ ngìng cña khèi CFD 584 lµ rÊt quan träng, v× nÕu thÊp qu¸ sÏ xuÊt hiÖn trïng phïng víi
ph«ng mÒm, nÕu qu¸ cao th× sÏ mÊt d÷ liÖu cã Ých. TÝn hiÖu ë lèi ra cña hai khèi ph©n biÖt ngìng
CFD 584 sÏ ®îc ®a ®Õn hai lèi vµo cña khèi trïng phïng nhanh 414A. Khèi trïng phïng nhanh cã ®é
réng cöa sæ thêi gian tèi thiÓu lµ 10 ns vµ x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn trïng phïng theo mÆt t¨ng cña xung. Lèi
ra cña khèi trïng phïng sÏ lµ xung d¬ng vµ xung nµy ®îc sö dông ®Ó më cæng Gate cña hai ADC.
Nh vËy, nÕu cã ph©n r· nèi tÇng ®îc ghi bëi c¶ hai ®Çu dß th× sÏ cã mét xung d¬ng ë lèi ra cña
khèi trïng phïng nhanh 414A cho phÐp hai ADC biÕn ®æi tÝn hiÖu tõ hai khèi khuÕch ®¹i phæ 572A vµ
®a vµo m¸y tÝnh nhê card Interface NI7811R. HÖ ghi chØ thu nhËn th«ng tin khi c¶ hai ®Çu dß cã xung
ra ®ång thêi (chÝnh x¸c h¬n lµ thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña hai xung lÖch nhau mét kho¶ng thêi gian nhá
h¬n kho¶ng thêi gian ®Þnh tríc cña hÖ ®o - ®îc gäi lµ cöa sæ thêi gian cña hÖ trïng phïng).
TÝn hiÖu ë lèi ra cña c¸c khèi khuÕch ®¹i phæ trÔ h¬n so víi tÝn hiÖu lèi vµo mét lîng thêi gian
tïy theo thêi gian h×nh thµnh xung cña bé khuÕch ®¹i (cì s ), trong khi tÝn hiÖu ë lèi ra cña khèi trïng
phïng nhanh 414A trÔ h¬n so víi tÝn hiÖu ë lèi ra T cña ®Çu dß chØ cì vµi ns. Nh vËy, ®Ó cã sù ®ång
bé, tÝn hiÖu ë lèi ra cña khèi trïng phïng ph¶i ®îc lµm trÔ ®i mét lîng tïy theo thêi gian h×nh thµnh
xung cña bé khuÕch ®¹i phæ.
Sau khi m¸y tÝnh ghi xong sè liÖu, hai ADC trë vÒ tr¹ng th¸i chê xung trïng phïng tiÕp
theo. Hai ADC sÏ kh«ng lµm viÖc khi cha cã xung trïng phïng t¸c ®éng vµo cöa Gate cho
dï cã xung t¸c ®éng lèi vµo ph©n tÝch. Sè liÖu thu ®îc viÕt thµnh hai cét E1(n) vµ E2(n)
t¬ng øng víi biªn ®é cña c¸c cÆp xung trïng phïng. Trong ®ã, c¸c gi¸ trÞ E1(n) vµ E2(n) lÇn
lît lµ c¸c code biªn ®é cña hai xung tíi tõ c¸c ®Çu dß 1 vµ ®Çu dß 2 t¬ng øng, n lµ sè thø
tù cña c¸c cÆp sù kiÖn trïng phïng tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu ®o. Tõ c¸c sè liÖu (code biªn
®é) thu ®îc, sau khi sö dông c¸c ch¬ng tr×nh xö lý sè liÖu ta sÏ thu ®îc nh÷ng th«ng tin
cÇn thiÕt vÒ n¨ng lîng, cêng ®é chuyÓn dêi vµ s¬ ®å ph©n r· cña h¹t nh©n ®îc nghiªn
cøu. [1, tr.10]
2.5 Kh¸i qu¸t vÒ ch¬ng tr×nh thu nhËn sè liÖu dïng 7811R
PhÇn mÒm ®Ó ®iÒu khiÓn hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng ®ang kh¶o s¸t lµ ch¬ng
tr×nh thu nhËn sè liÖu do nhãm nghiªn cøu t¹i ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n §µ L¹t viÕt cho card
PCI7811R, nã ®îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn hÖ ®o vµ thu nhËn sè liÖu. Ch¬ng tr×nh gåm hai chÕ ®é : MCA
vµ Event - Event, chän chÕ ®é b»ng c¸ch Click chuét vµo Tab cña chÕ ®é cÇn ®o.
2.5.1 ChÕ ®é MCA
Hép textbox ®Æt
thêi gian ®o
Nót ®Æt ®êng dÉn,
lu vµmë phæHép hiÓn thÞ tªn phæ vµ
®êng dÉn hiÖn hµnh
Nót bËt t¾t chÕ ®é
MCA C¸c nót khëi
®éng ®o
C¸c hép textbox hiÓn thÞ
gi¸ trÞ cña tham sè c c¸
kªnh ®o
Hép c«ng cô phãng
to, thu nhá phæ
Hép
chän
kiÓu
hiÓn
thÞ
phæ
C¸c
nót
xãa
phæ
Hép lùa chän
kiÓu trôc
Vïng hiÓn
thÞ phæ
Nót tho¸t khái
ch¬ng trình
H×nh 2.5 : Giao diÖn trong chÕ ®é MCA.
H×nh 2.5 lµ giao diÖn trong chÕ ®é MCA, cã thÓ chän ®o vµ hiÓn thÞ phæ tõ 1 ®Õn 3 kªnh ®ång
thêi. §Ó ph©n biÖt phæ gi÷a c¸c kªnh kh¸c nhau, cã thÓ chän mµu cho tõng phæ qua c«ng cô chän mµu ë
gãc trªn, bªn ph¶i cña ch¬ng tr×nh. C¸c thµnh phÇn trªn giao diÖn cña ch¬ng tr×nh :
- Hép textbox PRESET TIME (s) : dïng ®Ó ®Æt thêi gian ®o víi ®¬n vÞ lµ gi©y.
- C¸c nót lÖnh lu vµ më phæ.
- Hép ®Æt ®êng dÉn vµ tªn phæ.
- Nót ON/OFF MCA MODE : khi nót nµy ®îc bËt (cã mµu xanh l¸ c©y) th× chÕ ®é MCA ®îc cho
phÐp ho¹t ®éng (cho phÐp ho¹t ®éng cña khèi phÇn cøng MCA trªn FPGA).
- C¸c nót b¾t ®Çu ®o tõng kªnh, ®©y lµ c¸c nót hai tr¹ng th¸i, nÕu kªnh nµo ®îc chän th× nót nhÊn cã
mµu xanh l¸ c©y.
- C¸c textbox hiÓn thÞ sù thay ®æi cña c¸c tham sè cña kªnh ADC 1 vµ ADC 2 gåm dead time, count
rate, live time, total count.
- Vïng vÏ ®å thÞ hiÓn thÞ phæ cña c¸c kªnh ®o.
- C¸c nót lÖnh dïng ®Ó phãng to, thu nhá, thay ®æi hiÓn thÞ phæ.
- Thay ®æi kiÓu hiÓn thÞ phæ b»ng c¸ch chän trùc tiÕp vµo hép chän kiÓu hiÓn thÞ phæ. Sau khi chän,
hép héi tho¹i c¸c lùa chän cho phæ xuÊt hiÖn.
- HiÓn thÞ tªn cña c¸c trôc täa ®é, cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp thay ®æi hiÓn thÞ cña phæ khi ®o ®Ó
quan s¸t mét vïng phæ, thay ®æi thang hiÓn thÞ.
- Xãa phæ, chän nót Clear 1, Clear 2, Clear 3 ®Ó xãa phæ cña tõng kªnh t¬ng øng.
2.5.2 ChÕ ®é Event - Event
Hép textbox cho phÐp
®Æt thêi gian Delay vµ
Pulse Width
Nót
chän
chÕ ®é
Event -
Event
vµ nót
tho¸t
ch¬ng
trình
Hép textbox cho phÐp
®Æt thêi gian ®ång bé
c c¸ ADC
Hép textbox cho
phÐp gâ ®êng dÉn
lu sè liÖu ®o vµ tªn
file lu hiÖn hµnh
Hép hiÓn thÞ c c¸
gi¸ trÞ cña ADC
Hép hiÓn thÞ c¸c
tÝn hiÖu c¶nh b¸o
Vïng hiÓn thÞ
phæ tæng
Hép hiÓn
thÞ gi¸ trÞ
kªnh t¹i
vÞ trÝ
cursor
Nót
xãa
phæ
Hép
lùa
chän
kiÓu
trôc
Hép
c«ng
cô
phãng
to, thu
nhá
phæ
H×nh 2.6 : Giao diÖn trong chÕ ®é Event - Event.
- Nót START/STOP cho phÐp vµ kh«ng cho phÐp chÕ ®é Event - Event ho¹t ®éng (khi cho phÐp, nót
cã mµu xanh l¸ c©y).
- Hép textbox cho phÐp ®Æt thêi gian Delay Time ( s ) vµ Pulse With (ns).
- Hép textbox cho phÐp ®Æt thêi gian ®ång bé c¸c ADC.
- Hép tho¹i cho phÐp gâ ®êng dÉn lu sè liÖu ®o ®îc. V× lîng sè liÖu lµ rÊt lín nªn lu thµnh nhiÒu
file kh¸c nhau, ë mçi thêi ®iÓm tªn file lu hiÖn hµnh ®îc hiÓn thÞ.
- Hép tho¹i hiÓn thÞ c¸c gi¸ trÞ ADC hiÖn hµnh trong qu¸ tr×nh ®o.
- C¸c tÝn hiÖu chØ b¸o, TAC khi cã mµu xanh l¸ c©y b¸o cã tÝn hiÖu TAC (hoÆc trïng phïng), DATA
khi mµu xanh l¸ c©y b¸o cã d÷ liÖu.
- Vïng hiÓn thÞ phæ tæng còng gièng nh trong MCA, còng cã c¸c tïy chän cho phÐp hiÖu chØnh thÓ
hiÖn cña phæ.
- Trong vïng hiÓn thÞ cã hép textbox hiÓn thÞ gi¸ trÞ kªnh t¹i vÞ trÝ cursor.
- Nót Clear cho phÐp xãa phæ.
2.6 §Æc ®iÓm vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña mét sè khèi ®iÖn tö quan träng trong hÖ phæ kÕ céng
biªn ®é c¸c xung trïng phïng
Trong hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng, kªnh thêi gian ®ãng vai trß v« cïng quan träng,
nã cung cÊp tÝn hiÖu thêi gian cho khèi trïng phïng hoÆc khèi biÕn ®æi thêi gian thµnh biªn ®é (TAC)
®Ó x¸c lËp ®iÒu kiÖn cho hÖ ®o ghi c¸c cÆp sù kiÖn trïng phïng. V× vËy, nÕu c¸c tham sè cña kªnh thêi
gian chän lùa kh«ng chÝnh x¸c sÏ g©y ra trïng phïng gi¶ hoÆc lµm mÊt c¸c sù kiÖn trïng phïng thËt.
Xung lèi ra cña ®Çu dß HPGe thÓ tÝch lín cã biªn ®é n»m trong d¶i réng vµ cã thêi gian
t¨ng kh¸c nhau nhiÒu (biªn ®é tõ 0 3 V, mÆt t¨ng tõ
80 250 ns) nªn cÇn cã khèi TFA t¹o d¹ng vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ ®Çu dß tríc khi vµo
khèi CFD. §Ó thu ®îc ®é ph©n gi¶i thêi gian tèt nhÊt, ®iÒu quan träng lµ t×m ®îc c¸c
th«ng sè tèi u nhÊt cho c¸c khèi TFA vµ CFD. [5, tr.12]
Kªnh thêi gian cña hÖ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng gåm c¸c khèi khuÕch ®¹i läc lùa thêi
gian TFA vµ khèi ph©n biÖt ngìng CFD.
2.6.1 §Æc ®iÓm cña khèi khuÕch ®¹i läc thêi gian TFA 474
Khèi TFA 474 do h·ng ORTEC s¶n xuÊt, vÒ nguyªn t¾c ho¹t ®éng gièng nh c¸c khèi TFA
kh¸c. Khi dïng TFA 474 c¸c th«ng sè cÇn quan t©m lµ :
- Thay ®æi hÖ sè khuÕch ®¹i tÝn hiÖu (gåm hai nóm chØnh Gain vµ Fine Gain)
- Thay ®æi thêi gian t¨ng cña xung (nóm INT)
- Thay ®æi thêi gian gi¶m cña xung (nóm DIFF)
ChuyÓn m¹ch chän hÖ
sè khuÕch ®¹i cña TFA.
ChuyÓn m¹ch chän thay ®æi
thêi h»ng m¹ch tÝch ph©n.
ChuyÓn m¹ch chän thay ®æi
thêi h»ng m¹ch vi ph©n.
Lèi vµo tõ tiÒn
khuÕch ®¹i
Lèi ra cña TFA
H×nh 2.7 : MÆt tríc cña khèi TFA 474.
Hai chøc n¨ng chÝnh cña TFA 474 lµ khuÕch ®¹i vµ t¹o d¹ng xung. Bªn c¹nh ®ã cßn cã chøc
n¨ng kh¸c nh ®iÒu chØnh Pole - zero, ®iÒu chØnh cùc tÝnh cña lèi ra (chuyÓn m¹ch
INVERT/NONINVERT, INVERT: ®¶o cùc tÝnh, NON - INVERT: kh«ng ®¶o cùc tÝnh xung).
VÒ thùc nghiÖm kh¶o s¸t, h»ng sè tÝch ph©n trong khèi TFA thêng ®î._.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
LA5253.pdf
