Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 mev trong không khí và trong khí isobutan

37 Bảng 3.7 Kết quả tính độ mất năng lượng riêng của phần mềm Srim đối với hạt alpha trong không khí và khí Isobutan.. 31 Hình 3.5 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riệng so với tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đặng Hồng Giang

ĐO THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG BỊ MẤT

CỦA HẠT ALPHA CÓ NĂNG LƯỢNG TỪ 4 ĐẾN 6 MEV TRONG KHÔNG KHÍ VÀ TRONG KHÍ ISOBUTAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đặng Hồng Giang

ĐO THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG BỊ MẤT CỦA HẠT ALPHA CÓ NĂNG LƯỢNG TỪ 4 ĐẾN 6 MEV TRONG KHÔNG KHÍ VÀ TRONG KHÍ ISOBUTAN

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao

Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Lê Hồng Khiêm

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thầy cô trường ĐH Khoa Học

Tự Nhiên nói chung, và bộ môn Vật Lý Hạt Nhân nói riêng, đã nhiệt tình giảng dạy, truyền thụ cho tôi những kiến thức quý báu trong những năm qua

Đồng thời tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lê Hồng Khiêm cùng toàn thể Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn đã luôn đồng hành, động viên khuyến khích – tạo nguồn động lực to lớn

đề tôi hoàn thành luận văn của mình

Mặc dù bản thân có nhiều cố gắng nhưng trong thời gian thực hiện cũng như khi trình bày luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, xin quý thầy cô và mọi người đóng góp ý kiến

Xin chân thành cảm ơn !

Học viên Đặng Hồng Giang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT 10

1.1 Độ mất năng lượng riêng 10

1.2 Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất 15

CHƯƠNG 2 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 17

2.1 Bố trí thí nghiệm 17

2.2 Phương pháp phân tích 20

2.3 Giới thiệu phần mềm Kspect 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SO VỚI TÍNH TOÁN 27

3.1 Giới thiệu phần mềm Srim 27

3.2 Kết quả thí nghiệm 29

3.2.1 Chuẩn năng lượng 29

3.2.2 Kết quả phân tích phổ năng lượng và xử lý số liệu 31

3.2.3 So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán bằng Srim 38

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 43

1 Chương trính máy tính được viết bằng Matlab 43

1.1 Không khí 43

1.2 Khí Isobutan 48

2 Độ mất năng lượng riêng của alpha trong khí P10 so sánh với SRIM 53

3 Phổ năng lượng của hạt alpha đối với không khí, Isobutan, P10 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Kết quả sau khi chuẩn năng lượng và áp suất đối với không khí 32

Bảng 3.2 Kết quả sau khi chuẩn năng lượng và áp suất đối với Isobutan 33

Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm Δx và ΔE đối với không khí 34

Bảng 3.4 Kết quả thực nghiệm Δx và ΔE đối với khí Isobutan 35

Bảng 3.5 Kết quả thực nghiệm dE/dx tương ứng với giá trị năng lượng 36

Bảng 3.6 Kết quả thực nghiệm dE/dx tương ứng với giá trị năng lượng 37

Bảng 3.7 Kết quả tính độ mất năng lượng riêng của phần mềm Srim đối với hạt alpha trong không khí và khí Isobutan 38

Bảng P1 Kêt quả đo phổ năng lượng và xác định tâm đỉnh hấp thụ toàn phần 53

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tán xạ của hạt alpha trên electron 10

Hình 1.2 Tán xạ của hạt alpha trên các electron trong lớp hình trụ 11

Hình 1.3 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha 14

Hình 1.4 Đường cong hấp thụ của hạt alpha 15

Hình 1.5 Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí 16

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 17

Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm trong thực tế 19

Hình 2.3 Giao diện phần mềm Kspect 21

Hình 2.4 Cửa sổ KSpect Calibration 23

Hình 2.5 Các thông số trong tính toán thông tin ROI 24

Hình 3.1 Giao diện chính phần mềm Srim 28

Hình 3.2 Phổ năng lượng của nguồn alpha hỗn hợp 30

Hình 3.3 Đường chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế 30

Hình 3.4 Chuẩn áp suất đối với (a) không khí (b) khí Isobutan 31

Hình 3.5 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riệng so với tính toán bằng SRIM của hạt alpha đối với không khí 39

Hình 3.6 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riệng so với tính toán bằng SRIM của hạt alpha đối với khí Isobutan 40

Hình P1 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong khí P10 so với kết quả tính toán bằng SRIM 54

Hình P2 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong không khí được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -3, 100, 200.3, 300.3, 400 lần lượt là mầu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím 54

Hình P3 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong khí Isobutan được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -1, 24.1, 50.1, 74.5,104.6 lần lượt là màu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím 55

Hình P4 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong khí P10 được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -1.6, 100, 201.7, 301.2, 399.1 lần lượt là màu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím 55

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SRIM Stopping and Range of Ions in Matter

ROI Region of interest – Vùng quan tâm

PRAL Projection Range Algorihm

TRIM The Transport of Ions in Matter

ADC Analog-to-digital converter

MUSIC Multiple sampling ionization chamber

MCA Multi-Channel Analysis

MỞ ĐẦU

Độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong các chất hấp thụ khác nhau là một thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý hạt nhân và ứng dụng, phòng chống bức xạ, sinh học bức xạ và nhiều ngành khoa học liên quan khác Bởi vì tính quan trọng của nó, các giá trị độ mất năng lượng riêng với dải năng lượng rộng trong các chất hấp thụ khác nhau vẫn tiếp tục được đo đạc cho đến hiện nay Hơn nữa, một số chương trính tính độ mất năng lượng riêng đã được phát triển và tiếp tục hiệu chỉnh sử dụng kết quả thí nghiệm này Trong số các chương trình này, SRIM là chương trình phổ biến nhất mà các nhà nghiên cứu sử dụng để tính độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong vật chất nhất định Phiên bản mới nhất của chương trình này là SRIM-2013

Có nhiều khí khác nhau được sử dụng khí làm chất hấp thụ trong các thí nghiệm hạt nhân Để thiết kế thí nghiệm hạt nhân có kết quả tốt, độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong không khí và trong các khí khác là một yếu

tố cần thiết Vì mục đích này, các kết quả tính toán của chương trình SRIM được

sự dụng thay thế cho kết quả thực nghiệm vì trên thực tế không có nhiều kết quả

độ mất năng lượng riêng thực nghiệm Một khi các giá trị thay thế này được sử dụng, chúng cần được xác nhận độ chính xác Do vậy, sự so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm về độ mất năng lượng riêng phải được thực hiện

Bản luận văn với đề tài “Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV trong không khí và trong khí IsoIsobutan” với mục đích xác định độ mất năng lượng riêng của hạt alpha

trong không khí và trong khí isoIsobutan và so sánh với kết quả tính toán của chương trình SRIM

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, bố cục luận văn được chia thành 3 chương :

Chương 1 : Tương tác bức xạ alpha với vật chất

- Độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong vật chất

- Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất

Chương 2 : Bố trí thí nghiệm và phương pháp phân tích

- Mô tả cài đặt và các thiết bị dùng trong thí nghiệm

- Phương pháp xác định độ mất năng lượng riêng

- Giới thiệu phần mềm ghi nhận phổ KSpect

Chương 3 : Kết quả thực nghiệm so với tính toán

- Giới thiệu phần mềm tính toán độ mất năng lượng riêng SRIM

CHƯƠNG 1 TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT

1.1 Độ mất năng lượng riêng

Về phương diện động học, sự tán xạ giữa hạt alpha với electron trong nguyên tử khác với sự tán xạ giữa các electron tới và electron trong nguyên tử Còn về phương diện tương tác, cơ chế mất năng lượng chủ yếu của hạt alpha khi

đi qua môi trường là tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo của nguyên tử môi trường, làm kích thích và ion hóa các nguyên tử đó Do đặc điểm tác dụng

xa của lực Coulomd, chúng tương tác với một lượng lớn các electron

Để nghiên cứu sự mất năng lượng của hạt alpha, trước tiên ta xem xét quá trình va chạm của nó với một electron tự do Sau đó lấy tổng hiệu ứng đối với tất

cả electron của môi trường Ta xét sự tương tác của hạt alpha có điện tích z = 2e,

e = 1,6.10-19 C với electron điện tích – e, khối lượng me Giả sử hạt alpha có vận tốc v bay qua electron với tham số ngắm b thì nó trao cho electron một động năng bằng :

m v b

 

Hình 1.1 Tán xạ của hạt alpha trên electron

Để xem xét hiệu ứng của tất cả electron với cùng một tham số ngắm b, ta

vẽ xung quanh quỹ đạo hạt vào một lớp hình trụ dài dx với một bán kính b, bề

dày db Yếu tố thể tích này bằng V 2bdbdx Gọi ne là mật độ electron trong môi trường, đơn vị đo electron/cm3, thì số electron trong lớp hình trụ bằng

4

(1.2)

e e

Hình 1.2 Tán xạ của hạt alpha trên các electron trong lớp hình trụ

Độ mất năng lượng của hạt tới trên một đơn vị đường đi gọi là độ mất năng lượng riêng bằng :

có b nằm dưới mẫu số của biểu thức (1.3) còn tại giới hạn trên b = ∞ do tích

phân bị phân kỳ Do đó thay cho các giới hạn này ta lấy các giới hạn là bmin và bmax Khi đó

ax

min

2 4

ax 2

Công thức (1.4) chỉ đúng với tương tác của hạt tới và hạt electron nào đó không phụ thuộc vào sự có mặt của các electron khác trong môi trường Trong thực tế, điều đó không đúng và ta phải hiệu chỉnh đối với công thức này do hiệu ứng mật độ

Với các hiệu chỉnh trên, độ mất năng lượng riêng của hạt alpha có dạng :



  biểu thị độ mất năng lượng riêng ( dấu âm) do

ion hóa, đơn vị đo erg/cm Để tính

ion

dE dx

Trong trường hợp đơn giản không tính đến các hiệu chỉnh này, người ta thường dùng công thức :

Phương trình (1.10) được gọi là công thức Bethe

Nếu không tính đến sự phụ thuộc vào khối lượng của hạt alpha, tốc độ mất năng lượng riêng của nó phụ thuộc vào vận tốc và mật độ electron trong môi trường như sau :

Do hạt alpha truyền năng lượng cho các electron nên nó ion hóa môi trường, tức là tạo nên các cặp ion dọc theo đường đi của mình Độ ion hóa riêng

là số cặp ion tạo ra trên một đơn vị quãng đường đi Đối với hạt alpha có điện tích +2e và khối lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp, nên độ ion hóa riêng của nó rất cao, vào khoảng hàng chục nghìn cặp ion trên 1 cm trong không khí Dọc theo đường đi của mình trong vật chất, do năng lượng bị mất dần nên hạt alpha đi chậm dần và độ ion hóa riêng tăng dần Đến khi sắp hết năng lượng, độ ion hóa tăng nhanh và sau đó giảm đến 0 khi giảm đến 0 khi hạt alpha dừng Điều nay được minh họa trên đường cong Bragg, hình 1.3

Hình 1.3 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha

Khi hạt alpha ion hóa nguyên tử môi trường, nó mất một phần năng lượng

Et để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài Động năng Ee của electron bị bắn

ra liên hệ với thế ion hóa I của nguyên tử và độ mất năng lượng Et như sau

1.2 Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất

Đối với hạt alpha tới có điện tích 2e đi qua một môi trường cho trước thì

độ mất năng lượng riêng dE

dx chỉ là hàm của vận tốc hay động năng E:

Hình 1.4 Đường cong hấp thụ của hạt alpha

Trên hình 1.4, đường cong hấp thụ của hạt alpha có dạng phẳng vì nó là hạt đơn năng lượng Ở cuối quãng chạy, số đếm của các hạ alpha giảm nhanh khi tăng bề dày chất hấp thụ Quãng chạy trung bình được xác định ở nửa chiều cao đường hấp thụ, còn quãng chạy ngoại suy được xác định khi ngoại suy đường hấp thụ đến giá trị 0

Quãng chạy Rkk (cm) của hạt alpha động năng E ( MeV) trong không khí

ở 0ºC và áp suất 760 mmHg được biểu diễn một cách gần đúng như sau:

CHƯƠNG 2 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1.1 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm thực hiện theo phương pháp đo truyền qua, được bố trí theo

sơ đồ được vẽ trong hình 2.1:

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Thí nghiệm sử dụng nguồn hỗn hợp có hoạt độ 9372 Bq gồm có các đồng

vị Gd148, Am241 và Cm244 do hãng Eckert & Ziegler Isotope Products chế tạo Nguồn này phát các hạt alpha có năng lượng khác nhau Trong thí nghiệm này ta chỉ quan tâm ba nhóm năng lượng chính với xác suất phát lớn hơn cả bao gồm: 3.2712 MeV(100%) do đồng vị Gd148 có chu kỳ bán rã 74.6 năm phát ra,

5.4857 MeV (84.5%) do đồng vị Am241 có chu kỳ bán rã 432.2 năm phát ra, 5.795 MeV do đồng vị Cm244 có chu kỳ bán rã 18.1 năm phát ra

Trong thực tế, đồng vị Cm244 phát ra hai loại hạt alpha có năng lượng tương ứng là 5.7628 MeV(23.6%) và 5.805 MeV(76.4%) Sai khác năng lượng của hai bức xạ alpha này chỉ là 42 KeV Phân giải của detector không cho phép quan sát hai đỉnh này một cách riêng biệt Vì vậy, thí nghiệm sử dụng năng lượng trung bình có trọng số tính từ năng lượng của hai hạt alpha này là 5.795 MeV

Buồng chân không được sử dụng trong thí nghiệm có dạng hình chữ nhật Nguồn alpha và detector Si hàng rào mặt được lắp cố định trong buồng và không thay đổi trong suốt quá trình làm thí nghiệm Khoảng cách giữa nguồn alpha và detector Si là 31.7 mm và cũng được giữ cố định trong tất cả các phép đo Độ dày lớp khí giữa nguồn và detector được thay đổi bằng cách tăng hoặc giảm áp suất trong buồng Hai tấm nhôm có độ dày 2 mm và có lỗ với đường kính 1 mm được lắp cố định tạo nên một đường thẳng giữa nguồn và detector Chúng được

sử dụng để chuẩn trực và để định hướng chùm alpha từ nguồn đến detector

Detector Si hàng rào trong thí nghiệm hãng Hamamatsu chế tạo có độ dày

300 micromet, kích thước 60mm x 90 mm Thí nghiệm sử dụng khối tiền khuyếch đại được chế tạo đặc biệt riêng dùng để đo tín hiệu từ detector MUSIC tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân của Đại học Tổng hợp Osaka Tín hiệu ở lối

ra của tiền khuếch đại được nhân lên nhiều lần bằng khối khuếch đại phổ do hãng Ortec sản xuất có nhãn hiệu là Ortec 451 Khối phân tích biên độ xung đa kênh do hãng Kromak chế tạo có nhãn hiệu K102 được dùng để thu nhận phổ Khối này kết nối với máy tính qua cổng giao tiếp USB Số kênh cực đại có thể

sử dụng là 4096 Phần mềm thu nhận phổ có tên là Kspect

Trong thí nghiệm đã sử dụng khí Isobutan với độ tinh khiết 99.990% do công ty Sumitomo Seika Chemicals cung cấp Sai số do tạp chất nhỏ hơn 0.01%

và có thể bỏ qua

Hệ thống chân không được hút khí xuống 10-4 atm hoặc tốt hơn trước khi bơm khí vào trong khi làm thí nghiệm Chúng đã được làm sạch vài lần trước khi bơm khí vào Sự rò rỉ của hệ thống chân không có thể được bỏ qua trong suốt quá trình làm thí nghiệm Áp suất khí được đo bởi một áp kế khá chính xác

do công ty MKS chế tạo Hệ thống điều khiển chân không được nối với buồng

chân không Trong phóng thí nghiệm sử dụng điều hòa nhiệt độ với nhiệt độ cố định 22oC

Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm trong thực tế 1- Buồng chân không, bên trong có nguồn và detector

2- Khếch đại phổ Ortec 451, MCA K102 USB và máy tính

3- Hệ điều khiển và theo dõi áp suất trong buồng chân không

1.2 Phương pháp phân tích

Các bước cơ bản của thí nghiệm là đưa vào buồng chân không ( đã được hút chân không) một lượng khí ( độ dày Δx), đo năng lượng của hạt alpha khi đi qua lớp khí, xác định sự thay đổi của năng lượng ΔE sau đó xác định toán độ mất năng lượng riêng ΔE/Δx Lại đưa thêm vào buồng chân không một lượng khí rồi thực hiện lại các bước như trên

Độ mất năng lượng riêng dE d xấp xỉ với tỉ lệ ΔE/Δx khi sử dụng các giá xtrị hữu hạn của ΔE và Δx

(2.1)x

(2.2)760

Khi đã có sự thay đổi năng lượng ΔE và độ dày Δx, ta xác định được được

tỷ lệ ΔE/Δx Tỷ lệ này sẽ tương ứng với giá trị độ mất năng lượng riêng x

Chương trình sử lý số liệu được viết bằng ngôn ngữ matlab được chú thích trong mục lục 1

1.3 Giới thiệu phần mềm Kspect

KSpect là một phần mềm thu nhận phổ đa kênh được dùng cho ADC do hãng Kromek chế tạo Nó cho phép thu nhận, hiển thị phổ và thực hiện một vài thao tác đơn giản để khảo sát phổ đang hiển thị KSpect được thiết kế để trực quan và đơn giản khi sử dụng cho bất cứ ai đã quen thuộc với phổ năng lượng và những ứng dụng nền tảng của hệ điều hành Windows Cửa sổ chính của Kspect được chia thành vài vùng chức năng như sau :

Hình 2.3 Giao diện phần mềm Kspect 1- Thanh trình đơn – gồm đầy đủ các chức năng có trên các ứng dụng trên Windows khác như load, save, print cũng như các chức năng đặc biệt cho phần mềm phân tích phổ như cài đặt phần cứng, chuẩn năng lượng

2- Các phím chức năng – bao gồm các chức năng thường xuyên được sử dụng

3- Bộ điều chỉnh các chức năng như đặt trước thời gian thu nhận, thang thẳng đứng, số kênh của phổ ghi nhận

4- Nơi cho phép hiển thị năm phổ cùng một lúc trong vùng vẽ phổ và lựa chọn phổ đang phân tích

5- Vùng vẽ phổ – Chia là 2 phần, phần trên cho thấy toàn bộ phổ, phần dưới cho thầy vùng phổ được lựa chọn hiển thị có thể thay đổi bởi thanh cuộn

6- Cho thấy các thông tin của phổ thu nhận như thời gian thực, thời gian ghi nhận và thời gian chết

7- Bảng bên trái hiển thị thang thang thẳng đứng và thang nằm ngang, bảng bên phải hiển thị thông tin của kênh con trỏ đang lựa chọn

8- Hiển thị thông tin của vùng quan tâm như: số đếm tổng, số đếm trừ phông, số kênh tại đỉnh, và năng lượng ứng với kênh tại đỉnh nếu phổ đã được chuẩn năng lượng, độ rộng nửa chiều cao

Các chức năng phân tích

Chuẩn năng lượng: Trong Kspect, một phổ là hình vẽ số đếm như một hàm của số kênh Số kênh có thể được quy đổi thành năng lượng với đơn vị KeV bởi một hàm chuyển đổi điểm số liệu liệu kênh – KeV Nếu ít nhất 2 điểm được nhập vào, một sự chuyển đổi kênh thành năng lượng (thường được gọi là chuẩn năng lượng) sẽ được tự động tính toán Điều này cho phép thay đổi giá trị thường hiển thị ở số kênh thành KeV Điểm số liệu kênh – KeV cho phổ đang phân tích có thể nhập vào sử dụng một vài phương pháp Có thể được nhập thông qua hộp ký tự KeV trong cả hai bảng thông tin con trỏ hoặc trung tâm bảng thông tin vùng lựa chọn Dữ liệu chuẩn năng lượng có thể thay đổi và xem

bởi lựa chọn Show calibration data bên dưới trình đơn Analysis Điều này sẽ mở

ra cửa sổ Kspect Calibration, nó cho thấy tất cả các điểm trong bảng chuẩn năng lượng Trong cửa sổ này ta có thể trực tiếp nhập các điểm chuẩn vào bảng Hơn nữa tác dụng của các điểm này sẽ thấy ngay khi sử dụng các nút phía dưới bảng tính Chuẩn năng lượng cho phổ đang phân tích có thể được chép từ phổ khác bên trong bộ nhớ bằng lựa chọn trình đơn Analysis sau đó Copy calibration from

và lựa chọn nguồn phổ từ danh sách phía dưới Chuẩn năng lượng cho phổ đang phân tích có thể được xóa khi lựa chọn trình đơn Analysis sau đó chọn Reset calibration

Hình 2.4 Cửa sổ KSpect Calibration Thông tin ROI: KSpect có thể phân tích đơn giản một đỉnh đơn trong phổ bằng cách chọn vùng phổ đỉnh hấp thụ toàn phần thành vùng quan tâm (ROI) Để làm được điều đó chỉ cần di chuyển con trỏ đến đầu vùng phổ đỉnh hấp thụ toàn phần, nhấp chuột phải và lựa chọn ROI start hoặc nhấp vào nút ROI start[F8] hoặc ấn phím F8 sau đó di chuyển đến cuối vùng phổ đỉnh hấp thụ toàn

vần nhấp chuột phải và chọn ROI stop hoặc sử dụng nút ROI stop[F8] hoặc ấn phím F8 lần nữa

Khi con trỏ được đặt vào bên trong vùng quan tâm, thông tin vùng quan tâm hiển thị bên dưới phổ bao gồm số đếm, kênh trung tâm (năng lượng), và độ rộng nửa chiều cao

Hai số đếm vùng quan tâm được liệt kê là : tổng và thực Số đếm tổng là tổng của tất cả số đếm bên trong vùng quan tâm Số đếm thực bằng số đếm tổng trừ số đếm phông Số đếm thực và số đếm phông được minh họa trên hình 2.5

Hình 2.5 Các thông số trong tính toán thông tin ROI

Độ rộng nửa chiều cao của vùng quan tâm dưới đơn vị là số kênh được xác định bằng phương pháp sau: trừ phông ra khỏi số đếm tổng, xác định kênh

có số đếm lớn nhất, sau đó xác định hai kênh nằm hai bên có số đếm gần với một nửa số đếm lớn nhất Độ rộng nửa chiều cao được tính bằng hiệu số của hai kênh này và được minh họa trên hình 2.5

Nếu phổ đã được chuẩn năng lượng, tâm đỉnh và độ rộng nửa chiều cao

có thể được đổi và hiển thị dưới đơn vị KeV

Cài đặt thu nhận và điều khiển

Đặt trước thời gian thu nhận: Thời gian thu nhận số liệu của phổ có thể

tự động dừng lại sau khi thời gian cài đặt đã hết Có hai loại thời gian có thể cài đặt trước là thời gian thực và thời gian sống Hai sự đặt trước này được điều chỉnh thông qua 2 điều khiển Real time preset và Live time preset ở trên khung

vẽ phổ

Lựa chọn phổ đang phân tích: Như đã nói ở trên KSpect có thể lưu giữ

và hiển thị năm phổ một lúc, nhưng chỉ một trong năm phổ này được sử dụng để ghi nhận và lưu giữ số liệu đang thu được từ phổ kế Phổ này được gọi là phổ đang phân tích Bất cứ phổ nào trong năm phổ này cũng có thể được sử dụng như phổ đang phân tích và được lựa chọn bằng cách sử dụng nút Active spectrum bên trên khung vẽ phổ Phổ đang sử dụng không thể thay đổi khi số liệu đang được ghi nhận

Lựa chọn kích thước phổ : Kích thước của phổ đang phân tích có thể thay đổi sử dụng điều khiển Number Channel nằm trên khung vẽ phổ Số kênh của phổ đang phân tích cũng thay đổi thang chiều ngang lớn nhất của phổ hiển thị bất chấp độ rộng của phổ khác

Điều khiển sự ghi nhận: Sự ghi nhận số liệu phổ năng lượng có thể được bắt đầu bởi nhấp chuột vào Acquire/[F1] phím chức năng hoặc ấn phím [F1] trên bàn phím Trong khi đang ghi nhận phím chức năng Acquire/[F1] sẽ đổi thành Stop[F1] Sự ghi nhận số liệu sẽ dừng lại bởi nhấp chuột vào Stop[F1] hoặc phím [F1] lần nữa Sự ghi nhận số liệu có thể dừng lại tự động nếu thời gian đặt trước đã trôi qua.Để ghi nhận số liệu, một phổ kế KSpect tương thích phải được

kết nối và được nhận ra bởi KSpect Nếu một thiết bị được kết nối Nó sẽ được liệt kê ở thanh trạng thái bên dưới cùng của cửa số KSpect

Các chức năng hiển thị

Phóng to chiều ngang: Trục ngang của phổ có đơn vị là kênh (nếu phổ

đã được chuẩn năng lượng đơn vị sẽ là KeV) Nếu trục ngang được hiển thị toàn màn hình, toạn bộ số kênh của phổ đang phân tích sẽ được hiển thị Ví dụ, một phổ có 4096 kênh sẽ có trục ngang hiển thị từ 0 đến 4095 Khi được lựa chọn, trục ngang có thể được phóng to để hiển thị chi tiết để vùng phổ đó có thể được quan sát rõ ràng hơn Trong chế độ phòng to, vùng vẽ phổ được chia thành hai hình Hình trên hiển thị phổ ở dạng toàn màn hình, và vùng xám hiển thị vị trí vùng được phóng to trong phổ Hình vẽ dưới cho thấy vùng phổ được phóng to

Bộ các phím chức năng Zoom in/[F4], Zoom out/[F5], Full scale/[F6] rất dễ dàng sử dụng để phóng to thu nhỏ hoặc lựa chọn hiển thị toàn màn hình

Thang thẳng đứng: Trục thẳng đứng của phổ được vẽ điểm với đơn vị số đếm Thang vẽ được tính từ không ở dưới và số đếm cực đại của phổ ở trên Số đếm cực đại có thể được đặt tự động vậy nên phổ đang phân tích luôn luôn hiển thị hoàn toàn trong vùng vẽ hoặc nó có thể được đặt ở một giá trị xác định Sự điều chỉnh số đếm cực đại và thang thẳng đứng có thể thay đổi sự dụng điều khiển Vertical scale bên trên vùng vẽ phổ Ấn phím mũi tên [Up]/[Down] sẽ thay đổi giá trị số đếm cực đại lên/xuống

Phổ hiện thị: KSpect có thể tải lên và hiện thị năm phổ cùng lúc Năm phím Visible spectra bên trên vùng vẽ phổ điều khiển trạng thái hiển thị của phổ Nhấp chuột trái và những phím này sẽ thay đổi trạng thái hiển thị - ẩn của các phổ này

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SO VỚI TÍNH TOÁN 3.1 Giới thiệu phần mềm Srim

Srim là một nhóm các chương trình tính toán quá trình hãm và quãng chạy của các hạt mang điện có năng lượng nằm trong khoảng từ 10 eV đến 2 GeV/amu trong vật chất sử dụng cơ học lượng tử về sự va chạm giữa ion – nguyên tử (chúng ta thường quy nguyên tử chuyển động là một “ion”, và tất cả bia ngắm là “ nguyên tử”) Trong khi va chạm, ion và nguyên tử có một sự che chắn va chạm Coulomb, bao gồm sự trao đổi và tương quan lẫn nhau giữa các lớp vỏ electron trùng lặp Ion cũng có sự tương tác tầm xa với nguyên tử bia tạo

ra sự kích thích electron và rung động lượng tử plasma bên trong bia Điều này được mô ta bằng cách bao gồm một định nghĩa về sự tập hợp cấu trúc điện tử và cấu trúc liên kết liên nguyên tử khi sự tính toán được thiết lập Trạng thái mang điện của ion bên trong bia được mô tả sử dụng khái niệm về hiệu ứng mang điện, bao gồm vận tốc phụ thuộc trạng thái điện tích và màn chắn tầm xa do sự tập hợp biển electron bên trong bia

Stopping/Range Table : Chức năng này này nhanh chóng lập một bảng

độ mất năng lượng riêng và quãng chạy của ion trong chất chất với một dải năng lượng rộng Bảng này hữu dụng để thiết lập chương trình Monte Carlo TRIM hoàn thiện, cho nên bia thích hợp để kìm lại toàn bộ ion Bia có thể có thành phần phức tạp hoặc chỉ gồm 1 loại (bia được coi là đồng nhất và dày vô hạn)