Báo cáo thực tập Vật lý hạt nhân trường Đại học Đà Lạt

Đặc biệt, đối với các bạn sau này học chuyên ngành Vật lý hạt nhân thì khóa thực tập Vật lý hạt nhân này là rất cần thiết cho các bạn sinh viên.. Trong khóa thực tập môn Vật lý hạt nhân,

LỜI GIỚI THIỆU

Nhu cầu cần thiết phải thực tập môn Vật lý hạt nhân:

Như chúng ta đã biết ngành Vật lý có liên quan mật thiết đến Vật lý hạt nhân Đặc biệt, đối với các bạn sau này học chuyên ngành Vật lý hạt nhân thì khóa thực tập Vật lý hạt nhân này là rất cần thiết cho các bạn sinh viên Trong khóa thực tập môn Vật lý hạt nhân, các bạn sinh viên sẽ được nghiên cứu và tìm hiểu tổng quan về phổ bức xạ của các mẫu hạt nhân cũng như cách tiến hành đo phổ và xử lý số liệu khi đo bức xạ của một mẫu hạt nhân bất kì như Cs-137 hay Co-60 Nội dung chi tiết sẽ được trình bày ở nhũng phần sau

Kiến thức sinh viên cần nắm sau khóa thực tập:

- Các bước tiến hành đo phổ của một mẫu hạt nhân

BÀI 1 : XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ PHỔ, FWHM VÀ DIỆN TÍCH ĐỈNH

I/ THỰC TẬP:

 Bước 1: Thu nhận phổ Cs-137 và số liệu phổ từ phần mềm Genie 2000 Vẽ phổ

gamma nhấp nháy Cs-137 từ phần mềm Excel

 Bước 2: Ta chọn các kênh quanh vùng chân trái của đỉnh cho đến các kênh quanh

vùng chân phải của đỉnh Phổ thực nghiệm ta vừa chọn ở trên có dạng gần giống với đồ thị của hàm Gauss

 Bước 3: Ta chọn các kênh quanh đỉnh để làm khớp Ta dựa vào phương pháp

tuyến tính hóa hàm Gauss để xác định độ lệch chuẩn (σ) , bề rộng ở một nữa giá trị cực đại (FWHM), vị trí đỉnh (x0)

- Sử dụng tính chất hàm Gauss, ta có:

 Bước 4: Sau khi tính được y0 (số đếm tại vị trí đỉnh), σ, x0 , ta dựa vào ba phương pháp tìm diện tích đỉnh đã trình bày ở phần lý thuyết để tính diện tích đỉnh phổ A

 Phương pháp diện tích đỉnh toàn phần

Diện tích đỉnh toàn phần được tính theo công thức sau:

𝑆𝐴 = 𝑆𝑇− 𝑆𝐵= ∑ 𝑦𝑖 − 𝑟 − 𝑙 + 1

2 (𝑦𝑖+ 𝑦𝑟)

𝑟

𝑖=𝑙

Với ST là diện tích tổng cộng của đỉnh : 𝑆𝑇 = ∑𝑟𝑖=𝑙𝑦𝑖

SB là diện tích phông của chân đỉnh : 𝑆𝐵 =𝑟−𝑙+1

2 (𝑦𝑖 + 𝑦𝑟) Trong đó: yi là số đếm taị kênh thứ i, kênh biên về phía trái của đỉnh là l và về phía phải là r

Số đếm (y)

Số đếm phông

Làm tròn Kênh (x)

Số đếm (y)

Số đếm phông

Làm tròn

Từ bảng số liệu thu được lúc đầu ta tính đươc: ST=18319

- Diện tích phông ở chân đỉnh 𝑆𝐵 :

𝑆𝐵 = (𝐻 − 𝐿 + 1)(〈𝑛𝐻〉 + 〈𝑛𝐿〉)/2 Trong đó 〈𝑛𝐿〉 = ∑ 𝑛𝐿/𝑊 ; 〈𝑛𝑅〉 = ∑ 𝑛𝑅/𝑊

Với W là độ rộng FWHM

- Diện tích đỉnh còn lại là:

- Vậy diện tích còn lại SA=19238-2925=15313

 Phương pháp tuyến tính hàm Gauss:

Để làm khớp các số liệu thực nghiệm thu được của phổ với hàm Gauss

 Với phương pháp diện tích đỉnh toàn phần:

Bảng số liệu sau khi fit:

Kênh (x) Số đếm

(y) y fit

Làm tròn Kênh (x) Số đếm

(y) y fit

Làm tròn

- Đồ thị sau khi thêm đường fix

 Phướng pháp Covell

- Bảng số liệu sau khi fit:

Kênh Số đếm y fit làm tròn Kênh Số đếm y fit làm tròn

- Từ các sô liệu và đồ thị thu được ở trên ta thấy : Diện tích đỉnh khi dung phương

pháp diện tích đỉnh toàn phần (TPA) là SA=15565 với số phông B=43 Diện tích

đỉnh khi dung phương pháp Covell là SA=15313 với số phông B=45 Diện tích

0 100 200 300 400 500 600 700 800

đỉnh khi dung phương pháp tuyến tính hàm Gauss là SA=13553 Từ đó, ta thấy diên tích đỉnh khi tính bằng phương pháp diện tích đỉnh toàn phần là có giá trị lớn hơn so với diện tích đỉnh khi tính bằng phương pháp Covell và phương pháp này lại có sự chính xác cao hơn vì nó không sử dụng những kênh có thống kê thấp để đánh giá diện tích đỉnh và không phạm phải sai số khi thiết lập đường phông nằm dưới đỉnh Còn Phương pháp tuyến tính hàm Gauss thì tính một cách tổng thể nhất và có độ chính xác cao nhất

- Sau khi fit đỉnh xong ta thấy đường fit của phương pháp diện tích đỉnh toàn phần gần như sát với phổ đỉnh hơn là phương pháp Covell, vì phương pháp Covell không sử dụng những kênh có xác suất thấp

BÀI 2: KHẢO SÁT ĐƯỜNG CHUẨN NĂNG LƯỢNG

I/THỰC TẬP

 Chuẩn bị phổ kế sẵn sang làm việc

 Đặt nguồn Eu – 152 hoặc hai nguồn Co-60 và Cs-137 theo cách bố trí như trong

giáo trình

 Điều chỉnh khoảng cách nguồn – detector sao cho thời gian chết vào khoảng

<10% tính nhẩm, ví dụ đỉnh 1408keV rơi vào kênh số 2816 ( nghĩa là 0.5keV/kênh)

- Giá trị cài đặt ban đầu là:

+ ADC:1%-9% + Stab:on + 2ch→Gain centroid

- Với Cs-137 ứng với 661keV:

Từ đồ thị ta có :a=0.00081; b=-4.5184; x0=565,FWHM=16

- Với Co-60 ứng với mức năng lượng 1332keV

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ĐỈNH CỦA Co-60,

NĂNG LƯỢNG 1173keV

Series1

Linear (Series1)

- Ta chọn kênh từ 549→572

Từ đồ thị ta có :a=0.0112; b=-7.0249; x0=639; FWHM=14

- Cuối cùng ta có bảng số liệu sau:

y=lnQ

Kênh

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ĐỈNH CỦA Co-60,

NĂNG LƯỢNG 1332keV

Series1

Linear (Series1)

y = 2.1508x - 42.288 R² = 1

Linear (Năng lượng)

II/ NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

 Nhận xét và kết luận:

- Trong bài thực tập này việc xác định đỉnh phổ cho Cs-137 và 2 đỉnh của

Co-60 là tương đối dễ dàng, nhờ vào công cụ Excel ta chỉ cần chọn các kênh ở nữa đỉnh phổ sau đó vẽ đồ thị, rồi Add Trendline vào đồ thị Từ đó ta xác định được a, b, x0 và tính được FWHM mà không cần trải qua các bước tính toán phức tạp như bài 2

- Trong bài thực tập này, ta tìm được đỉnh phổ của Cs-137 là 327, Co-60 ứng với mức năng lượng 1173keV có đỉnh phổ là 565 và cuối cùng đỉnh phổ của Co-60 ứng với mức năng lượng 1332keV là 639 Sauk hi tìm được vị trí của

3 đỉnh, ta tiến hành chuẩn hóa năng lượng

- Từ đồ thị chuẩn năng lượng, ta có phương trình bậc nhất của chuẩn năng lượng là y = 2.1508x - 42.288 với R2

=1, vậy độ chính xác trong khi tiến hành thực tập của sinh viên là tương đối chính xác

 Thuận lợi:

- Cách tiến hành bài thực tập này tương tự như bài thực tập số 2, song có phần đơn giản hơn Nhờ vậy, sinh viên xử lý số liệu tương đối dễ dàng

- Nhờ phần mềm Genie2000 cùng với Excel, sinh viên thu nhận phổ và xử lý

số liệu trên phần mềm dễ dàng và nhanh chóng

- Bên cạnh đó, giáo viên hướng dẫn thực tập đã hướng dẫn cho sinh viên các bước thực tập và xử lý sô liệu bằng slide đã chuẩn bị trước của mình

- Giáo trình trình bày đầy đủ, logic và sinh viên dễ dàng nắm rõ mục đích của thí nghiệm

 Khó khăn:

- Vì bài thực tập này cách làm gần như tương tự với bài số 2 và chỉ thêm phần chuẩn năng lượng và chuẩn FWHM nên hầu như sinh viên không gặp khó khăn nào cả

BÀI 3: LÀM TRƠN PHỔ

I/THỰC TẬP

 Thu phổ nhận phổ bằng hệ phổ kế đa kênh và phần mềm ghi nhận phổ Genie2000

 Lưu phổ dưới dạng tập tin *.TKA

 Sử dụng phần mềm Microsoft Excel xử lý số liệu

 Vẽ phổ làm trơn 5 điểm, 7 điểm, 9 điểm, 11 điểm

- Vẽ phổ làm trơn 5 điểm:

- Vẽ phổ làm trơn 7 điểm:

-50

0 50

- Vẽ phổ làm trơn 9 điểm:

- Vẽ phổ làm trơn 11 điểm:

-50

0 50 100

II/ NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

 Nhận xét và kết luận:

- Từ những đồ thị vẽ phổ làm trơn 5 điểm, 7 điểm, 9 điểm, 11 điểm ở trên ta có thể thấy rằng : khi ta tiến hành làm trơn phổ thì phổ sau khi được làm trơn sẽ trơn hơn so với phổ ban đầu, bên cạnh đó khi ta làm trơn càng nhiều điểm thì phổ sẽ càng trơn hơn và đẹp hơn so với khi ta làm trơn ít điểm Trong bài thực tập làm trơn phổ này, ta thấy phổ làm trơn 11 điểm nhìn sẽ trơn hơn, đẹp hơn

so với phổ làm trơn 9 điểm, 7 điểm và 5 điểm Tương tự phổ làm trơn 9 điểm

sẽ trơn hơn phổ làm trơn 7 điểm và 5 điểm

- Ta đã biết phổ thu được ban đầu thường bị nhiễu do chứa các giá trị thăng giáng Một phần là do thăng giáng thống kê, một phần là do bức xạ nhiệt gây

ra làm cho phổ bị nhiễu Sau khi làm trơn phổ sẽ phản ánh chính xác các số liệu hơn

- Việc làm trơn phổ có ý nghĩa quan trọng trong việc vẽ phổ, xác định giá trị của các giá trị năng lượng và đỉnh phổ

 Thuận lợi:

- Bài thực tập khá đơn giản, tốn ít thời gian Sinh viên được giáo viên hướng dẫn cụ thể, chi tiết trong quá trình thực tập và các bước tiến hành đều được ghi

rõ ràng, chi tiết trong giáo trình Sinh viên dễ đang thực hiện

- Nhờ vào công cụ Genie2000 và Excel, sinh viên dễ đang thu nhận được số liệu và vẽ phổ

- Việc sử lý số liệu cũng tương đối dễ dàng vì sinh viên đã được giáo viên hướng dẫn sử lý số liệu trước khi tiến hành thực tập

- Qua bài thực tập này, sinh viên đã có nền tảng và kinh nghiệm cũng như biết được cách tiến hành làm trơn phổ, tạo bước đà cho những đợt thực tập sau này

Qúa trình học và thực tập môn Vật lý hạt nhân đã giúp cho sinh viên nắm bắt được các bước tiến hành đo và thu nhận nhận phổ từ mẫu hạt nhân, bên cạnh đó là việc xử lý số liệu dựa trên những số liệu đã thu được Qua đó giúp sinh viên có được những kiến thức ban đầu cũng như là nền tảng cho những đợt thực tập sau này, nên việc thực tập môn Vật lý hạt nhân là có hết sức quan trọng và có ý nghĩa rất lớn đối với sinh viên Không chỉ vậy, khóa học thực tập môn Vật lý hạt nhân còn giúp cho sinh viên có thêm kĩ năng cũng như giúp sinh viên có thêm phần tự tin khi thực tập chuyên đề sau này Bên cạnh đó GVHD cô Trần Ngọc Diệu Quỳnh đã soạn giáo trình thực tập rất chi tiết và hướng dẫn rất kĩ trong mỗi buổi thực tập nên sinh viên dễ dàng nắm bắt được nội dung và cách thức thực hiện Trong quá trình thực tập chúng em cũng được giúp đỡ rất nhiều để có thể hoàn thành một cách tốt nhất Em xin cảm ơn!