báo cáo xây dựng hệ phổ kế thời gian khảo sát sự ảnh hưởng của muon đến phông nền của detector hpge

BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPĐề tài: XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MUON ĐẾN PHÔNG NỀN CỦA DETECTOR HPGe SVTH : Trương Quang Vương CBHD : ThS.. Tỉ lệ đóng góp của

BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MUON ĐẾN

PHÔNG NỀN CỦA DETECTOR HPGe

SVTH : Trương Quang Vương CBHD : ThS Nguyễn Quốc Hùng CBPB : TS Trần Duy Tập

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KỸ THUẬT

BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN

- -NỘI DUNG TỔNG QUAN

XÂY DỰNG HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN

TỔNG QUAN

1.

Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma phông thấp

 Detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có độ phân giải cao.

 Ứng dụng để khảo sát các mẫu phóng xạ môi trường, mẫu sinh học, …

 Các tác nhân ảnh hưởng phông nền:

- Bức xạ gamma từ môi trường, thiết bị, vật liệu che chắn.

- Radon trong không khí

- Bức xạ vũ trụ (muon, neutron, electron, …)

Máy tính

Detector

HPGe

Bức xạ vũ trụ sơ cấp Các hạt nhân (O hoặc N)

Tương tác hadron

Bức xạ hãm

Tương tác yếu

Hình 1.2 Các quá trình tương tác của bức xạ

vũ trụ đi vào khí quyển của Trái Đất

Giới thiệu về muon

 Một số tính chất của muon:

Spin 1/2

Khối lượng 105,659 MeV/c2

Năng lượng 4 GeV

Thông lượng 1 muon/cm 2 /phút

Điện tích µ+; µ−

Thời gian sống 2,197034 ± 0,000021 μs

 Các bức xạ vũ trụ sơ cấp (proton, heli, electron) tương tác khí quyển  các pion ( 0,

+, )  muon (µ+, µ−).

Ảnh hưởng của muon đến phông nền HPGe

 Muon tương tác với buồng chì và detector HGPe:

- Muon âm tạo ra neutron kích hoạt tạo ra gamma.

- Phân rã muon dương tạo ra positron.

- Bức xạ hãm muon

- Ion hóa trực tiếp của các muon

=> Đóng góp vào phổ phông nền của phổ gamma.

 Phương pháp giảm phông do muon tạo ra:

- Đặt detector HPGe trong một phòng thí nghiệm dưới lòng đất.

- Sử dụng phương pháp giảm phông chủ động (đối trùng phùng).

6

XÂY DỰNG

HỆ PHỔ KẾ THỜI GIAN

2.

Xung Start

Xung Stop

Code VHDL

Xây dựng và khảo sát hệ phổ kế thời gian

Kiểm tra khả năng đáp ứng:

- Độ chính xác khi đo thời gian

- Tốc độ ghi nhận và xử lý vớitần số thay đổi

5 V -5 V

Khảo sát thay đổi khoảng thời gian giữa hai xung

Bảng 2.1 Kết quả tương quan

giữa khoảng thời gian thiết lậptrong code VHDL và kết quả

đo được từ hệ phổ kế thời gian

Khảo sát thay đổi tần số

Bảng 2.2 Khảo sát hiệu suất ghi

nhận của hệ phổ kế thời gian khithay đổi tần số tạo xung từ máy phátxung

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn phổ thời

gian khi thay đổi tần số phát xung

THỰC NGHIỆM

3.

Bố trí thí nghiệm

Hình 3.1 Sơ đồ khối khảo sát ảnh hưởng của muon đến

phông nền của detector HPGe

12

Hình 3.2 Cấu trúc detector GC2018 Hình 3.3 Xung tín hiệu từ tiền khuếch đại

của detector HPGe ghi nhận bằng Oscillocope

Hình 3.4 Mô hình detector nhấp nháy Plastic Hình 3.5 Xung tín hiệu từ ống nhân quang điện

kích thước 30x20x1 cm

THÔNG SỐ CÀI ĐẶT

14

Phổ phông nền của detector HPGe

+ Kết quả thu được từ 0-2000 keV có 115477 số đếm

+ Đo trong 24 giờ (từ 18h ngày 8/6/2014 đến 18h ngày 9/6/2014)

 Phổ phông gồm nền có:

- Đỉnh hủy 511keV của e+

do phân rã muon dương

- Đỉnh 1460 keV của K-40

- Phần còn lại: Neutronkích hoạt hạt nhân củabuồng chì sinh ra cácgamma Muon tương táctrực tiếp

511 keV

1460 keV

Phổ thời gian tương quan giữa detector Plastic và detector HPGe

Hình 3.7 Phổ thời gian tương quan giữa hai

detector Plastic và HPGe

Hình 3.8 Phổ thời gian tương quan giữa

Plastic – HPGe và làm khớp theo hàm e mũsau khi loại bỏ đỉnh tại kênh 134ns

- Hàm làm khớp có dạng e mũ y= 997,45.exp(-t/78,56)

- Thời gian sống của muon trong buồng chì là  = 78,56  2,46 ns.

16

Tỉ lệ đóng góp của muon vào phông nền của HPGe

theo cửa sổ thời gian

Hình 3.9 Tỉ lệ muon đóng góp vào phổ phông HPGe theo

Tỉ lệ muon/phông HPGe= Số đếm muon trong cửa sổ thời gian

Tổng số đếm phông trên HPGe

 Tỉ lệ đóng góp muon đến phông HPGe

có giá trị khoảng 8,64% với cửa sổ thời gian 1000ns (1,0µs).

 Đưa ra cửa sổ thời gian 1000 ns (1,0µs) cho hệ đối trùng phùng.

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

18

Kết luận

- Xây dựng thành công hệ phổ kế thời gian đáp ứng tốt khả năng khảo sát muon

- Phổ thời gian tương quan giữa Plastic-HPGe làm khớp theo hàm e mũ có dạng:

y = 997,45 e(−t/ 78,56 )

- Kết quả  = 78,56  2,46 ns phù hợp với tài liệu tham khảo [14] là 79,5ns

- Kết quả đóng góp của muon trong phổ phông nền 8,64% với cửa sổ thời gian 1000ns

 Đề xuất cửa sổ thời gian để giảm phông chủ động cho hệ phổ kế gamma HPGe

Kiến nghị

- Tăng cấu hình detector Plastic loại lớn

- Sử dụng bộ phân biệt để trigger xung tín hiệu trước khi đưa vào hệ phổ kế thời gian

- Xây dựng hệ điện tử đối trùng phùng cho hệ giảm phông chủ động của hệ phổ kế

gamma HPGe với cửa sổ thời gian đề xuất nêu trên

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyễn Quý Đạo (2011), Xây dựng hệ đo bức xạ vũ trụ - Khảo sát sự phân bố bức xạ vũ trụ tại Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên TP HCM, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ.

[2] Nguyễn Quốc Hùng (2011), Xây dựng chương trình nhúng VHDL tính các thông số đặc trưng cho hệ MCA (Flash-ADC/FPGA),

Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ.

[3] Đặng Lành (2013), nghiên cứu, xây dựng hệ thiết bị thu nhận và xử lý số liệu dựa trên kỹ thuật DSP qua ứng dụng FPGA phục vụ

nghiên cứu vật lý hạt nhân thực nghiệm, Luận án Tiến sĩ, Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam.

[4] Trương Thị Hồng Loan (2009), Áp dụng mô phỏng phương pháp Monte Carlo để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng

đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.

[5] Đỗ Minh (2013), Mô phỏng hệ giảm phông chủ động của hệ phổ kế gamma phông thấp bằng chương trình Geant4, Khóa luận tốt

nghiệp, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.

[6] Trần Thiện Thanh (2013), hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp monte carlo, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa Học Tự

Nhiên TP.HCM.

[7] Trần Quốc Việt (2011), Nghiên cứu xây dựng hệ đo hạt muon đo thời gian sống hạt muon, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học

Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.

Tiếng Anh

[8] Mark Pearce (2003), Measruring the Lifetime of Cosmic Ray Muons, Kungliga Tekniska Högskolan

[9] T.E Coan, J Ye (2003), Muon Physics, v051110.0.

CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE !!!

Buồngchì

Detector

Plastic