Báo cáo thực hành vật lý hạt nhân 5

Báo cáo thực hành vật lý hạt nhân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

KHOA VẬT LÝ



Báo cáo môn học:

THỰC TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN

Sinh viên: Võ Tá Kiên MSSV: 9910706

Lớp : VLK23

Đà Lạt 05/2002

Bài1: KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA PHỔ KẾ HẠT NHÂN

I Mục đích:

Làm quen với phổ kế hạt nhân, khảo sát các chế độ hoạt động của phổ phổ kế

như cao thế, hệ số khuếch đai, thời gian đo, ngưỡng, cửa sổ.v.v hay phân cực

II Thiết bị thí nghiệm:

- Phổ kế một kênh

- Nguồn phóng xạ chuẩn : Cs137

III Thực hành:

1 Khảo sát hệ số khuếch đại:

- Để coarse gain : 30

- Để cao thế ở mức 750 Volt

- Tăng hệ số khuếch đại từ 0 đến 10 ta có bảng số liệu sau:

2 Khảo sát cao thế:

- Hệ số khuếch đại: Coarse gain: 30

Fine gain: 5

- Tiến hành khảo sát ta có bảng số liệu sau:

Từ bảng đã cho ta có sơ đồ biểu thị sự phụ thuộc của số đếm vào hệ số khuếch đại:

0 3000 6000 9000 12000

500 550 600 650 700 750 800 850 900

IV Đánh giá và nhận xét:

- Khi giữ nguyên cao thế ở mức 750 Volt để khảo sát hệ số khuếch đại ta thấy rằng: hệ số khuếch đại càng lớn thì số đếm càng lớn Vậy khi khảo sát một nguồn phóng xạ

ta cần chọn một hệ số khuếch đại phù hợp rồi cố định hệ số khuếch đại đó để có kết quả chính xác

- Cũng tương tự như vậy, khi giữ nguyên hệ số khuếch đại bằng 5 và khảo sát cao thế

ta thấy rằng: cao thế càng lớn thì số đếm càng lớn Vậy khi khảo sát một nguồn phóngxạ ta cần chọn một cao thế phù hợp với điện áp hoạt động của Detector rồi cố cao thếđó để có kết quả chính xác

- Trong khi khảo sát các đặc trưng của phổ kế hạt nhân chúng ta cũng cần xét tới sựsai số bởi thời gian chết của Detector và sai số do người sử dụng

Bài2: PHỔ TÍCH PHÂN

I Mục đích :

- Khảo sát phổ tích phân của phổ kế hạt nhân bằng cách chỉnh ngưỡng dưới

đểkhảo sát phổ

II.Thiết bị thí nghiệm:

- Máy phổ kế một kênh

- Nguồn phóng xạ chuẩn gồm: Co60 và Cs137

III Thực hành :

- Để thời gian đo:10 giây

- Cố định cao thế 750Volt

- Hệ số khuếch đại: Coarse gain: 30

Fine gan: 8

1 Khảo sát phổ tích phân thô:

Thay đổi ngưỡng dưới mỗi lần 1Volt và từ 1 đến 10 Volt Ta có bảng số liệu sau:

Từbảng số liệu đã cho ta có phổ tích phân sau:

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000

2 Khảo sát phổ tích phân trung bình :

Thay đổi ngưỡng dưới mỗi lần 0,5 Volt và từ 0,5 đến 10 Volt Ta có bảng số liệu sau:

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

3 Khảo sát phổ tích phân tinh :

Thay đổi ngưỡng dưới mỗi lần 0,1 Volt và từ 0,1 đến 10 Volt Ta có bảng số liệu sau:

0 10000 20000 30000 40000 50000

IV Đánh giá và nhận xét :

- Khi khảo sát các loại phổ tích phân thô, trung bình và tinh ta thấy rằng tất cả cácphổ tích phân đều có dạng giảm dần

Bài3: PHỔ VI PHÂN

I Mục đích:

Khảo sát phổ vi phân của phổ kế hạt nhân.

II Thiết bị thí nghiệm:

- Nguồn phóng xạ: Cs137; 370 kBq

- Máy phổ kế một kênh

III Thực hành:

- Thời gian đếm: 10 giây

- Hệ số khuyếch đại: Coarse gain: 32

Fine gain: 9

1 Đo phổ vi phân thô:

Cố định delta E =1V Ta ta có kết quả sau:

Từ bảng số liệu ta có phổ vi phân thô theo bảng sau:

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000

Volt 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 Số đếm 2300 2300 3500 712 739 776 1500 897 896 940

Volt 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 Số đếm 952 924 950 950 1200 999 1200 1023 2500 1088

Volt 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 Số đếm 1052 1084 1074 1081 1099 2500 1832 4560 6742 4500

Volt 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 Số đếm 1110 1119 1120 1034 1117 1094 1066 1093 999 947

Volt 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 Số đếm 3300 917 868 853 823 804 740 789 660 635

Volt 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 Số đếm 671 610 662 612 602 579 1800 535 570 559

Volt 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 Số đếm 542 575 503 541 517 504 595 483 44 473

Volt 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9 Số đếm 469 429 472 435 427 432 475 459 487 516 Volt 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 Số đếm 552 584 619 676 774 400 300 500 300 500

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000

IV Đánh giá và nhận xét:

- Ta thấy rằng phổ vi phân của khối phổ kế đã thể hiện mối quan hệ giữa sốđếm N và số volt hay nói cách khác là giữa số kênh và năng lượng và mỗi chấtphóng xạ đều có một phổ vi phân đặc trưng riêng

- Trong bài thực hành này ta xét phổ vi phân của nguyên tố phóng xạ Cs137vàmức đỉnh năng lượng là 370 kBq hay là 661 KeV Ta thấy rằng dù phổ vi phân thô haytrung bình hoặc là phổ tinh thì chúng vẫn tuân theo phổ vi phân đặc trưng của Cs137

mặc dù có sai khác vì sai số

- Trong khi tiến hành các thực nghiệm vật lý hạt nhân chúng ta luôn phải quoantâm tới sai số của các số liệu bởi sự phức tạp của nó

Bài4: PHỔ PHÔNG

I Mục đích :

- Trong tự nhiên vẫn có một lượng tia phóng xạ nhất định và chúng ta tiến hành

đo phổ phông để xác định hàm lượng các phóng xạ đó

II Thiết bị thí nghiệm :

- Phổ kế một kênh.

III Thực hành :

- Thời gian đếm: 10 giây

- Hệ số khuyếch đại: Coarse gain: 32

Fine gain: 9

1 Khảo sát phổ thô :

Thay đổi ngưỡng dưới 0,5 Volt mỗi lần từ 0 Volt đến 10 Volt ta có bảng số liệu sau:

Từ bảng số liệu đã cho ta có phổ vi phân sau:

0 100 200 300 400 500 600

2 Khảo sát phổ trung bình

Thay đổi ngưỡng dưới 0,5 Volt mỗi lần từ 0 Volt đến 10 Volt ta có bảng số liệu sau:

Từ bảng số liệu đã cho ta có phổ vi phân sau:

0 100 200 300 400

3 Khảo sát phổ tinh :

Thay đổi ngưỡng dưới 0,5 Volt mỗi lần từ 0 Volt đến 10 Volt ta có bảng số liệu sau:

0 20 40 60 80 100 120

IV Đánh giá và nhận xét :

-Ta thấy rằng trong tự nhiên có rất nhiều tia phóng xạ Do vậy khi khảo sát các phổ vi phân của các chất phóng xạ đạt yêu cầu chính xác thì chúng ta cần đo phổ phông Phổ phông trên cho ta thấy sự phong phú của các loại tia phóng xạ trong tự nhiên

Bài5: ĐƯỜNG CHUẨN NĂNG LƯỢNG

I Mục đích:

- Xây dựng mối quan hệ giữa kênh [U(v)] và bức xạ dùng hiệu chỉnh [KeV]

- Dựa vào các nguồn chung và biết các năng lượng E đã biết ta sẽ xác địnhđược các nguồn phóng xạ khác

II Thiết bị thí nghiệm:

- Phổ kế đa kênh

- Nguồn phóng xạ chuẩn Co60 và Cs137

III Tiến hành thí nghiệm:

- Cao thế đặt ở 850 Volt

- Thời gian đo 500 giây

- Hệ số khuếch đại Coarse gain: 30

Tiến hành đo và sau khi chuẩn năng lượng của Co60 và Cs137ở các mức 661 KeV,1173KeV, 1332KeV ta thu được phổ vi phân với các điểm chính sau:

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Sau khi đã chuẩn năng lượng ta có thể dựa vào phổ vi phân bất kỳ ta có thể xác định được đó là phổ vi phân đó là của nguyên tố phóng xạ nào

Ví như trong bài thực hành này ta có phổ vi phân sau:

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ta thấy rằng phổ vi phân trên có đỉnh năng lượng tại kênh 955 và theo đườngchuẩn năng lượng thì kênh 955có mức năng lượng là 831,43 Căn cứ vào mức nănglượng trong bảng hệ thống tuần hoàn ta xác định được phổ vi phân đó chính là Mn54.

IV Đánh giá và nhận xét:

Qua thực tế ta thấy rằng đường chuẩn năng lượng là một thước đo rất chính xác vàrất có ích cho chúng ta trong thực nghiệm về vật lý hạt nhân Thông qua đường chuẩn năng lượng thì chỉ cần có phổ vi phân của một vật là ta có thể nhận biết được những nguyên tố phóng xạ nào có mặt trong vật đó

Bài 6: ĐO ĐỘ HẤP THỤ GAMMAR CỦA VẬT CHẤT

I Mục đích:

- Dùng phổ kế hạt nhân để đo độ bức xạ gammar của vật chất

II Thiết bị:

- Phổ kế một kênh

- Nguồn phóng xạ dùng đo: Co60

- Các miếng chắn bắng nhựa, nhôm chì

III Thực hành:

- Thời gian đo:100 giây

- Cao thế: 750 Volt

- Hệ số khuếch đại:  Coarse gain: 32

 Fine gain: 8

- Đặt ngưỡng dưới: 0,2 volt;

- Đặt ngưỡng trên: 10 volt;

1 Đo phông:

- Số đếm trung bình khi đo phông là: N=(4033+4213+4110)/ 3=4419

2 Đo nguồn không chắn:

nguồn không chắn là:

3= 16333

3 Đo nguồn có vật chắn:

a Vật chắn là nhựa:

- Độ dày: 1.68mm

Suy ra hằng số hấp thụ Gammar của nhựa là:

 =-{ln{( Nln{ln{( N( Nc- N)/( N- N)}/d}=0.0124

Kết luận: Từ 6 lần đo độ hấp thụ Gammar của nhựa với độ dày khác nhau ta

có độ hấp thụ Gammar trung bình của nhựa là:

 =(0.0047+0.0124)/20.0086

b Vật chắn là nhôm (Al):

- Độ dày d=3mm:

chắn nhôm là:

chắn nhôm là:

=(15225+15232+15214)/ 3= 15224

Suy ra hằng số hấp thụ Gammar của nhôm là:

 =-{ln{( Nln{ln{( N( Nc- N)/( N- N)}/d}=0.0109

Kết luận: Từ 9 lần đo độ hấp thụ Gammar của nhôm với những độ dày khác nhau ta có

độ hấp thụ Gammar trung bình của nhôm là:

Suy ra hằng số hấp thụ Gammar của chì là:

Số lần đo 1 2 3Số đếm Nc 15802 1598

Kết luận: Từ 9 lần đo độ hấp thụ Gammar của chì với những độ dày khác nhau ta có

độ hấp thụ Gammar trung bình của chì là:

 =(0.5415+0.1494+0.1215+0.1086)/40.2303

IV Đánh giá và nhận xét:

Ta thấy rằng hệ số hấp thụ gammar của vật chất có giá trị khác nhau Vật có khốilượng phân tử càng lớn thì hệ số hấp thụ Gammar càng lớn Ở đây khi khảo sát các vậtchắn bằng chì, nhôm, nhựa thì ta thấy rằng độ hấp thụ Gammar của nhựa là bé nhất,sau đó là tới nhôm và lớn nhất là chì Vì vậy ta thấy rằng Gammar rất khó xuyên quacác vật chắn có phân tử khối lớn hay kim loại nặng ví dụ như là chì (Pb)

Mặt khác ta cũng thấy rằng các kết quả trong thực nghiệm mà ta tiến hành có sựsai số là không nhỏ Các sai số này do sự bố trí cơ học của dụng cụ thí nghiệm và donhững người tiến hành thí nghiệm Do có sai số nên kết quả thu được là không hoàntoàn chính xác, tuy nhiên trong mức độ ho phép thì kết quả thu được vẫn đảm bảo sựtin tưởng

Số lần đo 1 2 3Số đếm Nc 11164 1122

Bài 7: LÀM TRƠN PHỔ

I Mục đích:

Dùng các phương pháp toán học để xử lý làm trơn phổ hạt nhân, cho phổ mớitrơn và hợp lý hơn

II Thiết bi:

Phổ kế và buồng để tìm phổ

III Thực hành:

1 Phổ vi phân thô:

Ta có phổ vi phân thô sau:

Từ bảng số liệu trên ta có phổ vi phân sau:

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000

2.Làm trơn phổ vi phân trung bình:

Ta có bản số liệu sau:

Volt 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Số đếm 15893 9044 2606 2798 3392 1700 3400 2900 5506 3407

Số đếm 16308 3000 3600 5734 2100 3000 2400 2500 2300 1800

Số đếm 1500 2474 2065 2300 1734 1595 1440 1436 1200 1400

Từ bảng số liệu trên ta có phổ vi phân trung bình chưa làm trơn sau:

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000

IV Nhận xét và đánh giá:

- Ta thấy rằng trong khi tiến hành các thực nghiệm vật lý hạt nhân, do sự phức tạp về tính chất phóng xạ nên các số liệu thu được thường có sự sai khác dẫn tới việc ta thu được phổ vi phân thường không đẹp và thật đúng Chính vì vậy dẫn tới việc chúng tâ cần lam trên phổ bằng các công thức toán học để cho phổ thu được đẹp hơn và chính xác hơn

Bài 8: KHẢO SÁT PHỔ KẾ ĐA KÊNH

I Mục đích thí nghiệm:

- Khảo sát sự hoạt động của phổ kế đa kênh, qua đó tìm hiểu một số chức năng vàứng dụng của phổ kế hạt nhân

II Thiết bị thí nghiệm:

- Phổ kế đa kênh

- Nguồn phóng xạ: Co60 và Cs137

III Thực hành:

- Cao thế đặt ở 850 Volt

- Thời gian đo 1000 giây

- Hệ số khuếch đại Coarse gain: 30

1.Đo phổ phông:

Tiến hành đo phổ phông ta được phổ vi phân với các điểm chính sau:

2 Đo phổ phóng xạ Co 60 và Cs137 :

Tiến hành đo và sau khi chuẩn năng lượng của Co60 và Cs137 ở các mức 661 KeV, 1173KeV, 1332KeV ta thu được phổ vi phân với các điểm chính sau:

1173KeV 1332KeV 661KeV

0 3000 6000 9000 12000 15000

0 1000 2000 3000 4000

IV Đánh giá và nhận xét:

- Ta thấy rằng phổ kế đa kênh rất thuận lợi, có thể giúp chúng ta khảo sát rất nhiềukênh cùng một lúc hoặc là chúng ta có thể chọn nhứng điểm cơ bản trên phổ vi phân

đa kênh thì chúng ta sẽ có phổ vi phân một kênh như các phổ vi phân của máy môïtkênh như các phổ vi phân trong bài thực hành này