Nghiên cứu một số đặc trưng của tương tác bức xạ gamma mềm tới vật chất và ứng dụng trong phân tích nguyên tố bằng đêtctơ nhấp nháy

Các bức xạ mềm khi tương tác với vật chất thể hiện những tính chất riêng biệt của mình: Rất nhạy với sự thay đổi của thành phần hóa học của môi trường, hệ số suy giảm có tính nhảy bậc kh

trờng đại học vinh

khoa vật lý -

NGHIÊN CứU MộT Số ĐặC TRƯNG CủA TƯƠNG TáC BứC Xạ GAMMA MềM VớI VậT CHấT Và ứNG DụNG TRONG PHÂN TíCH NGUYÊN Tố BằNG đÊTECTƠ

NHấP NHáY

khóa luận tốt nghiệp

cHUYÊN NGàNH: qUANG HọC - QUANG PHổ

Cán bộ hớng dẫn : TS nGUYễN tHàNH cÔNG

Sinh viªn thùc hiÖn: V¬ng kH¶ aNH

Líp : 49a – VËt lý

Vinh- 2012

Lời cảm ơn

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đại học với đề tài “ Nghiên cứu một

số đặc trưng của tương tác bức xạ gamma mềm với vật chất và ứng dụng trong phân tích nguyên tố bằng Đêtectơ nhấp nháy” ngoài sự nổ lực cố gắng

của bản thân, tôi đã được nhận sự giúp đỡ rất chu đáo, nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa Vật lý, Hội đồng khoa học khoa Vật lý, các thầy cô giáo trong

tổ cùng bạn bè và gia đình

Qua đây em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Tiến sĩ

Nguyễn Thành Công đã dành nghiều thời gian, công sức để hướng dẫn em

hoàn thành khóa luận tố nghiệp này Chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý, bạn bè và gia đình đã cỗ vũ động viên trong suốt thời gian làm khóa luận

Bước đầu làm công tác nghiên cứu khoa học nên bản thân tôi không khỏi những thiếu sót, hơn nữa đây là một đề tài còn khá mới nên rất mong được sự quan tâm đóng góp ý kiến của quý thầy cô và những ai quan tâm để đề tài của tác giả hoàn thiện hơn

Vinh, tháng 4 năm 2012

Sinh viên

Vương Khả Anh

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu các đặc trưng của tương tác bức xạ hạt nhân với vật chất là cơ

sở vật lý để áp dụng có hiệu quả kỹ thuật hạt nhân trong các lĩnh vực khác nhau Trong phân tích hàm lượng nguyên tố theo bức xạ huỳnh quang X đặc trưng, kích thích bởi gamma phát ra từ các nguồn đồng vị phóng xạ, cả bức xạ đặc trưng được chọn phân tích và bức xạ gamma kích thích đều có năng lượng thấp Nghiên cứu các đặc trưng của tương tác bức xạ gamma với vật chất là cần thiết

để nâng cao chất lượng của phép phân tích

Các bức xạ mềm khi tương tác với vật chất thể hiện những tính chất riêng biệt của mình: Rất nhạy với sự thay đổi của thành phần hóa học của môi trường,

hệ số suy giảm có tính nhảy bậc khi năng lượng của bức xạ gamma đi qua biên hấp thụ của mỗi lớp vỏ của nguyên tử Để nâng cao độ chính xác của phép phân tích, việc nghiên cứu các đặc trưng tương tác của bức xạ gamma năng lượng thấp với vật chất là cần thiết

Về mặt lý thuyết, tương tác của bức xạ gamma với vật chất được đặc trưng bằng tiết diện tương tác của bức xạ gamma trên một nguyên tử Trong thực nghiệm, hệ số suy giảm là một trong những đại lượng đặc trưng cho tương tác của bức xạ gamma với vật chất Các bức xạ đặc trưng do các nguyên tố có trong mẫu phát ra tham gia vào tương tác với các nguyên tố có trong mẫu trước khi nó đi về đêtectơ Chính mẫu đã tự hấp thụ các bức xạ đặc trưng do nó phát

ra Sự hấp thụ của mẫu phụ thuộc vào bề dày của mẫu đối với bức xạ cần phân tích Khi phân tích các hàm lượng của các nguyên tố theo bức xạ đặc trưng năng

lượng thấp theo phương pháp tương đối, sự sai khác nhau về thành phần hóa học cũng như bề dày của mẫu phân tích và mẫu chuẩn sẽ gây nên một sai số lớn Trong các bài toán phân tích có yêu cầu độ chính xác cao, cần phải hiệu chỉnh

sự sai khác trên Để tiến hành các hiệu chỉnh trên, cần phải biết được hệ số suy giảm của mẫu chuẩn và mẫu phân tích đối với bức xạ cần phân tích

Trong thực tế, số liệu thực nghiệm về đặc trưng suy giảm của các chất đối với các gamma mềm còn ít Việc xác định hệ số suy giảm của các nguyên tố đối với các gamma mềm có ý nghĩa trong quá trình làm khớp trên cũng như trong quá trình xác định hiệu suất ghi của đêtectơ bán dẫn Si(li) ở vùng gamma năng lượng thấp Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị và phương pháp phân tích phổ huỳnh quang X đặc trưng ngày càng được hoàn thiện Ngày nay phương pháp phân tích phổ huỳnh quang X đặc trưng không chỉ có ứng dụng trong phân tích thành phần nguyên tố mà ngày càng có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: Trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, trong y tế, trong lĩnh vực kiểm tra độ nhiễm bẩn của môi trường

2 Tình hình nghiên cứu của đề tài

Áp dụng phương pháp tỷ số phổ trong phân tích hàm lượng theo phổ huỳnh quang X đặc trưng, nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm một số đặc trưng của tương tác bức xạ gamma mềm với vật chất được tiến hành tại bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn

3.1 Mục đích

Bản luận văn có mục đích nghiên cứu và xác định bằng thực nghiệm một

số đăc trưng cơ bản tương tác của bức xạ gamma mềm với vật chất, áp dụng phương pháp tỷ số phổ để nâng cao chất lượng trong phân tích hàm lượng

nguyên tố theo phổ bức xạ huỳnh quang X đặc trưng trên phổ kế gamma nhấp nháy

3.2 Nhiệm vụ

Xác định bằng thực nghiệm một số đặc trưng quan trọng của bức xạ

gamma mềm với vật chất trên phổ kế gamma nhấp nháy:

- Xác định hệ số suy giảm của một số chất đối với gamma mềm

- Kiểm chứng bằng thực nghiệm tính nhạy trong tương tác của gamma mềm với vật chất, đối với sự thay đổi thành phần hóa học của vật chất và tính chất phụ thuộc nhảy bậc của hệ số suy giảm khối vào năng lượng của bức xạ gamma và nguyên tử số hiệu dụng của môi trường

Nghiên cứu bằng thực nghiệm những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả xác định hàm lượng nguyên tố dựa vào diện tích vạch đặc trưng của nguyên tố cần phân tích

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tỷ số phổ trong phân tích hàm lượng nguyên tố theo phổ huỳnh quang X đặc trưng trên phổ kế gamma nhấp nháy, đáp ứng được yêu cầu của một số bài toán thực tế đặt ra

4 Tính khoa học của luận văn

Đã nghiên cứu một cách có hệ thống các vấn đề có liên quan tới phương pháp phân tích nguyên tố theo bức xạ huỳnh quang X đặc trưng và đưa ra được những biện pháp nhằm nâng cao chất lượng phân tích nguyên tố bằng đêtectơ nhấp nháy

Đã đề xuất một số phương pháp ngoại suy khi xác định hệ số suy giảm của một số chất đối với bức xạ gamma mềm dựa vào quy luật hàm e mũ mô tả

sự suy giảm cường độ bức xạ gamma trong vật chất và phương pháp đánh giá thành phần tán xạ Rayleigh trong phổ tán xạ của gamma mềm

Các kết quả thực nghiệm thu được trong bản luận văn này góp phần làm

rõ hơn cơ chế tương tác của bức xạ gamma mềm với vật chất, bổ sung thêm các

số liệu thực nghiệm về hệ số suy giảm đối với gamma 5.9 keV

5 Tính thực tiễn của luận văn

Đã áp dụng phương pháp tỷ số phổ để xác định nhanh hàm lượng của nguyên tố theo phổ bức xạ huỳnh quang X đặc trưng với độ chính xác tốt trên phổ kế gamma nhấp nháy, hệ thiết bị không quá đắt tiền có thể trang bị trong các phòng thí nghiệm phân tích thông thường Kết quả của bản luận văn này đã góp phần giải quyết bài toán các định bằng thực nghiệm nguyên tử số hiệu dụng của các mẫu chuẩn phóng xạ Quốc gia cũng như các yêu cầu phân tích nhanh trong thăm dò và trong quy trình công nghệ làm giàu tổng ôxít đất hiếm được đặt ra tại một số cơ sở sản xuất

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Nghiên cứu tương tác bức xạ gamma mềm với vật chất

Chương 2: Nghiên cứu kết quả thực nghiệm một số đặc trưng cơ bản của

tương tác gamma mềm với vật chất

Chương 3: Sử dụng bức xạ tán xạ làm chuẩn trong và phương pháp tỷ số

phổ

Trong bản luận văn này chúng ta chỉ nghiên cứu bức xạ gamma mềm Khái niệm bức xạ gamma mềm ở đây được hiểu là các bức xạ gamma có năng lượng nằm trong vùng năng lượng ion hóa của các nguyên tố có trong Bảng hệ thống tuần hoàn Năng lượng của các bức xạ đặc trưng của các nguyên tố có trong tự nhiên và ngay cả các nguyên tố nhân tạo ở cuối Bảng hệ thống tuần

hoàn đều nhỏ hơn 150 KeV

1.2 Hiện tượng hấp thụ và tán xạ

Khi một chùm bức xạ gamma đi trong vật chất, cường độ của nó bị suy giảm do kết quả tương tác của nó với các nguyên tử của vật chất Các bức xạ gamma năng lượng thấp và trung bình khi vật chất chủ yếu tương tác với các điện tử môi trường vì vậy năng lượng của bức xạ gamma thường được tính trong đơn vị năng lượng nghỉ của điện tử Khi đó năng lượng của bức xạ gamma, kí hiệu là k, là một đại lượng không có thứ nguyên và được xác định theo công thức:

1.2.1 Hấp thụ quang điện

Hiện tượng hấp thụ quang điện là quá trình hấp thụ lượng tử gamma bởi các nguyên tử của vật chất Trong quá trình hấp thụ quang điện, toàn bộ năng lượng của lượng tử gamma được truyền trực tiếp cho một điện tử nào đó của nguyên tử và điện tử bay ra khỏi nguyên tử với động năng bằng hiệu năng lượng của bức xạ gamma và năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử Điện tử tham gia vào quá trình hấp thụ quang điện được gọi là quá trình quang tử Để xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện đối với một lớp điện tử thứ i nào đó của nguyên tử, năng lượng của bức xạ gamma cần phải lớn hơn thế năng ion hóa của lớp đó Khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn thế năng ion hóa của lớp K

thì xác suất xảy ra hiện tượng quang điện ở lớp K là lớn nhất Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện được đặc trưng bằng tiết diện hấp thụ quang điện trên một nguyên tử, được kí hiệu bằng a, có thứ nguyên là cm² Hệ số suy giảm khối do hấp thụ quang điện µq có thứ nguyên là cm²/g, được tính theo công thức sau:

µq = a (1.2)

trong đó A là nguyên tử gam của chất hấp thụ; còn Ao là số Avôgađrô

Hệ số hấp thụ quang điện trên một nguyên tử phụ thuộc vào năng lượng và nguyên tử số của môi trường theo công thức sau:

do hấp thụ quang điện thay đổi nhảy bậc khi năng lượng bức xạ gamma đi qua các giá trị biên hấp thụ của các lớp điện tử của nguyên tử

10- 22 10 100 1000

Năng lượng bức xạ gamma (keV)

Hình 1.1: Sự phụ thuộc vào năng lượng của hệ số hấp thụ quang điện trên

một nguyên tử của chì

Từ công thức (1.3) nhận thấy rằng hiện tượng quang điện xảy ra mạnh đối với các chất nặng và năng lượng của bức xạ gamma nhỏ Khi năng lượng của bức xạ gamma tăng, tiết diện hấp thụ quang điện giảm nhanh theo hàm 1/.ε3

1.2.2 Tán xạ

2 )

1.2.2.a Tán xạ Compton

Tán xạ Compton là quá trình tương tác không đàn hồi của bức xạ gamma với các điện tử tự do hay các điện tử liên kết yếu của các nguyên tử Trong quá trình tán xạ Compton, bức xạ gamma truyền một phần năng lượng của mình cho điện tử và bị tán xạ theo hướng θ ; θ được gọi là góc tán xạ Kết quả của quá trình tán xạ Compton là điện tử nhận được một năng lượng giật lùi và năng lượng của bức xạ gamma tán xạ giảm so với năng lượng của bức xạ gamma tới Điện tử tham gia vào quá trình tán xạ gọi là điện tử Compton Tán xạ Compton xảy ra mạnh khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của điện tử Khi năng lượng của bức xạ gamma tăng , các điện tử bay theo hướng ưu tiên về phía trước Năng lượng bức xạ của gamma tán xạ phụ

thuộc vào góc tán xạ θ và năng lượng của bức xạ gamma tới theo công thức:

= (1.4)

trong đó εj và εi là năng lượng của bức xạ gamma tới và gamma tán xạ

Năng lượng của bức xạ gamma tán xạ Compton không phụ thuộc vào chất tán xạ mà chỉ phụ thuộc vào góc tán xạ Trong quá trình tán xạ Compton bức xạ gamma tán xạ có thế bay theo hướng tán xạ bất kì, tuy nhiên xác suất tán xạ theo một phương θ nào đó phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma tới và góc tán xạ θ Xác suất tán xạ Compton trên một điện tử trong một đợn vị góc khối theo hướng tán xạ θ, kí hiệu là dσe/dΩ được xác định theo công thức sau:

= ] (1.5)

trong đó r0 là bán kính cổ điển của điện tử và bằng 2,82.10-13 cm

Đối với năng lượng của bức xạ gamma nhỏ (k<l) phân bố góc của các bức

xạ gamma tán xạ có tính đối xứng qua góc tán xạ 900

Năng lượng của bức xạ gamma càng tăng, các bức xạ gamma tán xạ Compton có xu hướng bay về phía trước, góc của bức xạ gamma tán xạ phụ thuộc vào năng lượng tương đối của bức xạ gamma Tích phân dσe theo toàn bộ góc khối Ω ta sẽ thu được xác suất tán xạ Compton theo mọi hướng trên một

điện tử: = 2 [ ]ln(1+2k) + (1.6)

trong đó σe là xác suất tán xạ Compton theo mọi hướng trên một điện tử

Với các bức xạ gamma mềm (k << l), bỏ qua vô cùng bé bậc 2 sẽ thu được công thức sau:

σe = σt/(1+2k) σt (1-2k) (1.7) trong

đó σt là tiết diện tán xạ Thomson

Khi năng lượng của bức xạ gamma nhỏ hơn 100keV giá trị của σe tính theo công thức (1.6) và (1.7) sai khác nhau không quá 3% Trong nguyên tử có

Z điện tử, tiết diện tán xạ Compton trên một nguyên tử σc bằng Zσe Hệ số suy giảm khối của quá trình tán xạ Compton được tính theo công thức sau :

μc = (Ao/A) σa = Ao(Z/A) σe (1.8)

trong đó μc là hệ số suy giảm của quá trình tán xạ Compton ; Z và A là nguyên

tử số và nguyên tử lượng của chất tán xạ, còn Ao là số Avôgađrô

Trừ nguyên tố hydro còn đối với đa số các chất nhẹ và trung bình tỷ số Z/A ~ 0,5 Hệ số suy giảm khối của tán xạ Compton hầu như không phụ thuộc vào nguyên tử số của môi trường và giảm khi năng lượng của bức xạ gamma tăng

1.2.2.b Tán xạ Rayleigh

Tán xạ Rayleigh là quá trình tán xạ đàn hồi của các bức xạ gamma trên

các điện tử liên kết của nguyên tử Tán xạ Rayleigh xảy ra mạnh khi mà năng lượng của bức xạ gamma nhỏ cỡ năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên

tử, khi đó tán xạ Compton và hấp thụ quang điện không xảy ra Trong tán xạ Rayleigh, năng lượng của bức xạ gamma không thay đổi và bằng năng lượng của bức xạ gamma sơ cấp Xác suất xảy ra tán xạ Rayleigh trên một nguyên tử

trong một đơn vị góc khối theo hướng θ được xác định theo công thức :

μr = σr (1.10)

1.3 Hệ số suy giảm và nguyên tử số hiệu dụng

1.3.1.Hệ số suy giảm khối của môi trường vật chất

Tương tác của bức xạ gamma với vật chất được mô tả bằng tiết diện

tương tác tổng cộng σ của bức xạ gamma trên một nguyên tử khối Đối với các

bức xạ gamma mềm, tiết diện tương tác tổng cộng của nó trên một nguyên tử σ

bằng tổng các tiết diện tương tác thành phần: Tiết diện hấp thụ quang điện, tiết

diện tán xạ Compton và tiết diện tán xạ Rayleigh trên một nguyên tử Tiết diện

tương tác tổng cộng σ của gamma mềm trên một nguyên tử được xác định theo

công thức sau: σ = τa + σc + σr (1.11)

Hệ số suy giảm khối toàn phần μ của môi trường vật chất đối với bức xạ

gamma mềm có dạng :

μ=(Ao/A)σ = (Ao/A)τa + (Ao/A)σc + (Ao/A)σr = μq + μc + μr (1.12)

trong đó các hệ số suy giảm khối thành phần μq, μc và μr được xác định theo

công thức (1.2), (1.8) và (1.10)

Đối với bức xạ gamma mềm, hiện tượng hấp thụ quang điện đóng vai trò

chủ yếu trong tương tác của nó với vật chất Tiết diện của hiện tượng hấp thụ

quang điện lớn hơn nhiều so với tổng tiết diện của cả hai quá trình tán xạ Hệ số

suy giảm khối phụ thuộc vào năng lượng và nguyên tử số của môi trường Do hệ

số suy giảm khối của hiện tượng hấp thụ quang điện có tính chất nhảy bậc mỗi

khi năng lượng đi qua biên hấp thụ của các lớp điện tử, do đó hệ số suy giảm

khối toàn phần cũng có tính chất nhảy bậc Tính chất nhảy bậc của hệ số suy

giảm khối, tại các giá trị biên hấp thụ của nguyên tử, là một trong những đặc

điểm quan trọng nhất khi xét tương tác của bức xạ gamma mềm với vật chất

Với môi trường tương tác xác định (Z = const) ta có biểu thức mô tả sự

phụ thuộc của hệ số suy giảm khối của môi trường vào năng lượng của bức xạ

gamma:

( ) = exp[ ( + exp[ ( (1.13)

trong đó các hệ số và được xác định từ thực nghiệm; imax 5 và kmax

tùy thuộc vào từng nguyên tố

Số hạng thứ nhất trong biểu thức (1.13) đặc trưng cho hiện tượng hấp thụ quang điện còn số hạng thứ hai đặc trưng cho tán xạ Compton Các hệ số Ai và

Bk được xác định bằng cách làm khớp biểu thức (1.13) với các giá trị của μ được xác định từ thực nghiệm ứng với các năng lượng gamma khác nhau

Trong trường hợp môi trường phức tạp chứa nhiều nguyên tố, hệ số suy giảm khối của nó được tính theo công thức :

= (1.14a)

Trong đó là hàm lượng tương đối của nguyên tố thứ i trong môi trường; còn

là hệ số suy giảm khối của nguyên tố thứ i đối với bức xạ gamma được nghiên cứu

Xét môi trường vật chất chỉ có hai thành phần, chẳng hạn chất nặng trong nền chất nhẹ Gọi hàm lượng tương đối của chất nặng là q, hàm lượng tương đối của chất nhẹ (chất nên) là 1-q, hệ số suy giảm khối tương ứng của chất nền và chất nặng là μ1 và μ2 Theo (1.14a) công thức tính hệ số suy giảm khối của môi trường vật chất đó là :

μ = (1-q) μ1 + q μ2 = μ1 + q.d μ (1.14b) trong đó dμ = μ2 - μ1

Đối với bức xạ gamma mềm, hệ số suy giảm của nó phụ thuộc mạnh vào nguyên tử số, do đó dμ lớn Theo (1.14b) hệ số suy giảm của môi trường tăng nhanh khi hàm lượng của nguyên tố nặng tăng Căn cứ vào sự thay đổi của hệ số suy giảm khối có thể xác định được hàm lượng q của nguyên tố nặng

1.3.2 Nguyên tử số hiệu dụng của môi trường vật chất phức tạp

Do tính nhảy bậc trong sự phụ thuộc vào năng lượng của hệ số suy giảm của gamma trong các chất, các nhảy bậc này xảy ra trong các vùng năng lượng của gamma nhỏ hơn 150 keV; do môi trường vật chất chịu tương tác, trong trường hợp chung, là những hợp chất nhiều thành phần, người ta đã đưa vào khái niệm nguyên tử số hiệu dụng Zeff

Đối với các bức xạ gamma có năng lượng thấp và trung bình ( ) khi x có công thức tính nguyên tử số hiệu dụng Zeff của môi trường phức tạp đối với bức xạ gamma có năng lượng lớn hơn thế năng ion hóa của các nguyên tố thành phần :

= (1.15a)

trong đó qi là hàm lượng tương đối của nguyên tố thứ i; Zi là nguyên tử số của nguyên tố thứ i; miZi/Ai ; m =

Ngoài ra đối với các bức xạ gamma năng lượng nhỏ hơn 3 MeV ta cũng

có công thức tính nguyên tử số của môi trường phức tạp của chất đối với các bức xạ gamma năng lượng nhỏ hơn 3 MeV :

= (1.15b)

Các Zeff tính theo hai công thức trên chỉ khác nhau không quá 2% Vì vậy nguyên tử số hiệu dụng của các môi trường vật chất phức tạp Zeff có thể tính theo một trong hai công thức trên

Đối với một nguyên tố, khi xét tương tác với gamma mềm, nguyên tử số

Z của nó cũng được xác định tùy theo năng lượng của gamma Khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn biên hấp thụ lớp K của nguyên tố thứ i, giá trị Zi chính bằng nguyên tử số của nguyên tử thứ i Nếu năng lượng ε của bức xạ

gamma nằm giữa biên hấp thụ của hai lớp K và L của nguyên tố thứ i nào đó thì

Zi trong công thức (1.15a) được theo bằng Zik theo công thức:

số hiệu dụng của môi trường vật chất phức tạp được xác định bằng thực nghiệm dựa vào đồ thị mô tả sự phụ thuộc vào nguyên tử số hiệu dụng của môi trường vật chất của hệ số suy giảm khối đối với bức xạ gamma năng lượng xác định Một trong những phương pháp thực nghiệm phổ biến để xác định hệ số suy giảm khối là dựa vào đồ thị mô tả sự suy giảm của cường độ chùm bức xạ gamma trong vật chất

1.3.3 Qui luật suy giảm toàn phần của chùm bức xạ gamma đi trong vật chất

Khi chiếu chùm bức xạ gamma đơn năng, mảnh và song song với bề mặt của chất hấp thụ thì cường độ của chùm bức xạ gamma đi trong môi trường suy giảm theo hàm e mũ:

I= I0 e-μd (1.16)

trong đó I, I0 là cường độ của chùm bức xạ gamma tại bề mặt (d = 0) tại điểm

cách bề mặt một bề dày d; d là bề dày khối vật chất hấp thụ; μ là hệ số giảm khối của môi trường với bức xạ gamma đó

Đại lượng e-μd

chính là xác suất để cho bức xạ gamma đi qua lớp hấp thụ

d mà không bị tương tác với môi trường Khi dẫn tới công thức (1.16) người ta

đã giả định rằng các gamma nếu đã tham gia một tương tác nào đó thì đi ra khỏi chùm bức xạ ban đầu Điều này chỉ thực hiện được khi bề dày tấm hấp thụ nhỏ hơn quãng chạy tự do trung bình của bức xạ gamma trong môi trường và hình

học của phép đo bảo đảm sao cho chùm gamma là mảnh và song song Trong trường hợp bề dày của tấm hấp thụ lớn hơn nhiều so với quãng chạy tự do của bức xạ gamma trong môi trường và điều kiện về chùm mảnh, song song không được thực hiện, công thức (1.16) không còn đúng Khi đó công thức (1.16) cần phải nhân thêm hệ số B(ε, d) đặc trưng cho đóng của các bức xạ gamma tán xạ vào chùm gamma ban đầu Hệ số B(ε, d) là một hàm phụ thuộc vào: Năng lượng của bức xạ gamma, bản chất và bề dày của tấm hấp thụ, hình học của phép đo

Trong thực nghiệm để tạo ra chùm tia bức xạ mảnh và song song, ta dùng các ống chuẩn trực đặt giữa nguồn và đetectơ Ngoài ra, ống chuẩn trực còn có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của các bức xạ gamma tác dụng nhiều lần

1.4 Nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm hệ số suy giảm của các chất đối với bức xạ gamma mềm

Trong các bài toán phân tích hàm lượng của các nguyên tố huỳnh quang đặc trưng X và phân tích các nguyên tố phóng xạ dựa vào các bức xạ đặc trưng năng lượng thấp, việc xác định hệ số suy giảm của các chất đối với bức xạ gamma năng lượng thấp là cần thiết

Trong thực nghiệm để xác định hệ số suy giảm của các chất người ta dựa

vào quy luật hàm e mũ, mô tả sự suy giảm của cường độ chùm bức xạ gamma đi

trong vật chất Khi quy luật hàm số mũ được thực hiện, đồ thị mô tả sự phụ

thuộc của logarit của số đếm mà đêtectơ ghi nhận được vào bề dày của chất hấp

thụ là đường thẳng Độ dốc của đồ thị cho biết hệ số suy giảm của chất hấp thụ

đối với bức xạ gamma Để tạo ra chùm bức xạ mảnh và song song, trong thực

nghiệm người ta bố trí nguồn phóng xạ và đêtectơ đủ xa nhau và dùng các ống

chuẩn trực đặt giữa chúng

Để khảo sát thực nghiệm các điều kiện giả định của hàm e mũ, đã tiến

hành xây dựng đồ thị mô tả suy giảm của chùm bức xạ gamma mềm đi qua vật

chất trong điều kiện hình học khác nhau Sơ đồ thực nghiệm được mô tả trong

Hình 1.2

1 – Nguồn phóng xạ

2- Ống chuẩn trực

3-Môi trường hấp thụ

4-Tinh thể nhấp nháy NaI(Tl)

5-ống nhân quang điện

6-hệ khuếch đại

7- máy phân tích biên độ 1024 kênh

8 – Giá đỡ 1 1

8

Hình 1.2: Sơ đồ thực nghiệm xác định hệ số suy giảm của các chất đối với gamma mềm

2 1

1

2

6

7

3

5

4

Đêtectơ, các ống chuẩn trực và nguồn được đặt trên hệ được gia công cơ khí chính xác để đảm bảo sự đồng trục Các ống chuẩn trực có đường kính thay đổi từ 1 đến 10 mm và chiều dài thay đổi từ 5 đến từ 10 cm Đã sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ : Fe55, Sn119m, Am241, Co57 có hoạt động phóng xạ từ 2 mCi trở lên Các chất hấp thụ được là nhôm, đồng hoặc chì tùy theo năng lượng của bức xạ gamma Kết quả thực nghiệm cho thấy : đối với các bức xạ gamma 24,8keV, 60keV và 122keV khi sử dụng các ống chuẩn trực có đường kính từ 5mm trở xuống đặt trước nguồn và khoảng cách từ nguồn đến đêtectơ lớn hơn 60cm khi bề mặt hấp thụ nhỏ hơn 3 lần quãng chạy tự do, qui luật hàm số mũ vẫn được nghiệm đúng.Giá trị các hệ số suy giảm nhận được không phụ thuộc vào kích thước của ống chuẩn trực và khoảng cách từ nguồn đến đêtectơ

gamma 5,9 keV, thực nghiệm chỉ ra rằng kết quả thực nghiệm phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực nghiệm như đường kính Đ của ống chuẩn trực, khoảng cách

do từ nguồn đến Đêtectơ

Kết luận chương 1

Trong chương này đã chỉ ra rằng đối với các bức xạ gamma mềm khi tương tác với môi trường, hiện tượng hấp thụ quang điện và tán xạ là hai quá trình chủ yếu Đặc trưng quan trọng nhất của tương tác bức xạ gamma mềm với vật chất là tính chất nhạy đối với sự thay đổi thành phần hóa học của vật chất và tính chất phụ thuộc nhẩy bậc vào năng lượng của hệ số suy giảm Trong chương này đã trình bày kết quả thực nghiệm nghiên cứu các điều kiện giả định của quy luật hàm e mũ, mô tả sự suy giảm của cường độ bức xa gamma mềm trong vật chất Kết quả thực nghiệm trong chương này còn chỉ ra đối với bức xạ gamma mềm , năng lượng 5,9 keV, lớp không khí giữa nguồn và đêtectơ sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo Các phương pháp ngoại suy trình bày trong chương này cho phép hiệu chỉnh ảnh hưởng chùm tia không mảnh cũng như ảnh hưởng của lớp không khí giữa nguồn và đêtectơ để nâng cao độ chính xác của phép đo

Chương 2

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ

ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TƯƠNG TÁC GAMMA MỀM VỚI VẬT CHẤT 2.1 Hiệu ứng tự hấp thụ của mẫu

Đối với bức xạ gamma mềm, hiện tượng hấp thụ quang điện đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tương tác của nó với vật chất Tiết diện của hiện tượng hấp thụ quang điện phụ thuộc mạnh vào nguyên tử số của môi trường theo hàm

Zn (với n biến thiên từ 3,5 đến 4,5) Vì vậy, tương tác của bức xạ gamma mềm với vật chất rất nhạy với sự thay đổi của thành phần vật chất môi trường Đây chính là cơ sở của các phương pháp phát hiện những thay đổi của thành phần vật chất dựa vào tương tác của bức xạ với gamma mềm với vật chất Tuy nhiên tính chất này cũng gây nhiều khó khăn trong quá trình phân tích hàm lượng các nguyên tố dựa theo bức xạ huỳnh quang X đặc trưng Một phần các bức xạ gamma hoặc tia X sinh ra từ mẫu bị chính các chất có trong mẫu phân tích hấp thụ trước khi nó bay ra khỏi mẫu đi về đêtectơ Quá trình hấp thụ của mẫu phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ cần phân tích và nguyên tử số hiệu dụng của mẫu Đối với một nguyên tố xác định cần phân tích, năng lượng của bức xạ cần kích thích không thay đổi, sự tự hấp thụ của mẫu phụ thuộc vào nguyên tử số hiệu dụng và bề dày của mẫu Kết quả là hàm lượng như nhau của chất cần phân tích trong các mẫu có chất nền khác nhau, do đó nguyên tử số hiệu dụng khác nhau vẫn cho cường độ khác nhau của bức xạ cần phân tích Như vậy, điện tích

điểm hấp thụ hoàn toàn của bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích mà

thiết bị ghi nhận được phụ thuộc vào sự thay đổi của thành phần chất nền

Để nghiên cứu ảnh hưởng này đã khảo sát các bức xạ gamma mềm (24,8 keV; 60 keV ;122 keV) đi qua các chất không phóng xạ có nguyên tử số thay đổi

từ 9,6 đến 21,6 Các chất hấp thụ có bề dày khối như nhau và được gia công sao cho mật độ của chúng khác nhau không đáng kể Đối với các chất không chứa các nguyên tố nặng, biên hấp thụ của các nguyên tố nhỏ hơn năng lượng của các bức xạ, hệ số suy giảm khối của chúng với bức xạ gamma đều tăng khi nguyên

tử số của chúng đều tăng Lấy diện tích của đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ ứng với chất nền nhẹ làm chuẩn (có giá trị bằng 1), so sánh diện tích của đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với các chất nền khác với diện tích chuẩn đó Kết quả thực nghiệm này đối với các bức xạ 24,8 keV, 60 keV và 122 keV được cho ở bảng số 2.1

Bảng số 2.1 Sự phụ thuộc của diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần vào các chất

Ảnh hưởng của sự thay đổi của nguyên tử số hiệu dụng của mẫu càng lớn khi bề dày mẫu tăng Đối với năng lượng của bức xạ 60 keV khi chất nền có nguyên tử số hiệu dụng thay đổi từ 9,6 đến 21,6 với bề dày mẫu 0,5 g/cm² diện tích của đỉnh hấp thụ toàn phần chỉ giảm có 20% Trong khi đó bề dày mẫu 2,5 g/cm² diện tích đỉnh giảm đi cỡ 2,5 lần Đối với gamma 122 keV, sự thay đổi diện tích đỉnh phổ chỉ xảy ra với bề dày mẫu lớn Đối với bức xạ gamma cứng trong [9,11] chỉ ra rằng với bề dày mẫu d = 2,0 g/cm², khi nguyên tử số của chất nền thay đổi từ 9,6 (MgCO3) đến 39 (đối với BaCl2) diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của gamma 1,46 MeV do K40 phát ra hầu như không thay đổi

Trong phân tích huỳnh quang tia X và phân tích phóng xạ dựa vào các bức xạ gamma năng lượng thấp, sự khác nhau giữa thành phần hóa học của mẫu phân tích so với mẫu chuẩn sẽ gây nên sai số lớn Vì vậy cần phải hiệu chỉnh ảnh hưởng của sự sai khác đó Ngoài ra để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi thành phần hóa học của mẫu, bề dày mẫu phân tích cần phải nhỏ và đảm bảo như nhau giữa mẫu phân tích và mẫu chuẩn

2.2 Xác định bằng thực dụng nguyên tử số hiệu dụng của môi trường phức tạp

2.2.1 Kiểm chứng các công thức tính nguyên tử số hiệu dụng Zeff

Trong phần này trình bày kết quả nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm nguyên tử số của hiệu dụng của môi trường phức tạp nhiều thành phần Để có cơ

sỡ thực nghiệm của phương pháp, đã tiến hành kiểm chứng khả năng ứng dụng các công thức (1.15) và sự phụ thuộc đơn trị của hệ số suy giảm khối của môi trường vào nguyên tử số hiệu dụng của nó Sơ đồ thực nghiệm được mô tả trong Hình 1.2 Chùm bức xạ gamma mảnh và song song được tạo ra bằng các ống chuẩn trực có đường kính thay đổi từ 1 đến 10mm, và bề dày thay đổi từ 5 đến 12cm tùy thuộc vào năng lượng bức xạ gamma Trong các phép đo, khoảng cách

từ nguồn đến đêtectơ có giá trị 60 cm trở lên Các bức xạ gamma được ghi bằng các đêtectơ nhấy nháy NaI (Tl) mỏng và trung bình Các phép đo được tiến hành với sai số nhỏ hơn 2% Đã khảo sát quy luật suy giảm của chùm bức xạ gamma

có năng lượng 24,8keV, 60keV và 122keV khi đi qua các hợp chất hóa học có công thức xác định Đã sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ Sn119m

trên

một bậc tự do Kết quả cho thấy các giá trị χ2

trên mỗi bậc tự do biến thiên từ 0,4 đến 0,8 Trên hình 2.1 là đường cong suy giảm cường độ bức xạ gamma 24,8 keV trong hỗn hợp MnO2 + Na2SO4 có nguyên tử số hiệu dụng bằng 13

Từ 2 trong số các hỗn hợp trên tạo ra môi trường có nguyên tử số hiệu dụng bằng 13 đối với bức xạ gamma 24,8 keV Xác định hệ số suy giảm của hỗn hợp trên và của nhôm đối với gamma 24,8 keV Kết quả thực nghiệm được cho trong bảng số 2.2

Bảng số 2.2: Hệ số suy giảm khối của Nhôm và các hỗn hợp có nguyên

tử số hiệu dụng bằng 13 đối với bức xạ gamma 24,8 keV

Hỗn hợp Hệ số suy giảm khối (cm²/g)

Bảng số 2.3: Hệ số suy giảm khối của đồng và hỗn hợp có nguyên tử số hiệu

dụng bằng 29 đối với bức xạ gamma 60 keV

Hỗn hợp Hệ số suy giảm khối (cm²/g)

+ 1,77 0,09

Từ các kết quả trong bảng 2.2 và 2.3 nhận thấy rằng, trong phạm vi sai số cho phép các môi trường vật chất phức tạp có cùng nguyên tử số đối với cùng một bức xạ gamma hệ số suy giảm khối của chúng có giá trị như nhau Điều này chứng tỏ tính phụ thuộc đơn trị của hệ số suy giảm khối của môi trường phức tạp vào nguyên tử số hiệu dụng của nó Các kết quả thực nghiệm trên cũng cho thấy có thể sử dụng công thức (1.15a) để tính nguyên tử số hiệu dụng của môi trường gồm các nguyên tố có biên hấp thụ của lớp K nhỏ hơn năng lượng của bức xạ gamma

Để kiểm chứng tính chất phụ thuộc nhảy bậc của hệ số suy giảm vào năng lượng bức xạ gamma và phạm vi ứng dụng của các công thức (1.15c) và (1.15d.), đã tiến hành xác định hệ số suy giảm của La(NO3)32H2O, và PbCrO4 đối với các bức xạ gamma có năng lượng 24,8 keV, 60 keV, 122 keV phát ra từ nguồn đồng vị phóng xạ Sn119m

,Am241,Co57 Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 2.4

Bảng 2.4: Hệ số suy giảm khối (cm /g) của La(NO 3 ) 3 2H 2 O , PbCrO 4 , đối

với các bức xạ 24,8 keV, 60 keV và 122 keV

Chất hấp thụ 24,8 keV 60 keV 122 keV

La(NO3)32H2O 6,5 0,2 4,04 0,09 0,71 0,03

Đối với hỗn hợp chất La(NO3)32H2O hệ số suy giảm của nó với bức xạ gamma 60 keV và 122 keV có giá trị trong khoảng hệ số suy giảm của các

nguyên tố có Z bằng 39 và 40, các nguyên tố có trong thành phần của hợp chất trên đều có biên hấp thụ nhỏ hơn năng lượng của hai bức xạ trên, theo công thức (1.15a) nguyên tử số hiệu dụng của nó đối với hai bức xạ này là 39,7 Còn đối với bức xạ gamma năng lượng 24,8 keV, hệ số suy giảm của La(NO3)32H2O đo được có giá trị xấp xỉ hệ số suy giảm của nguyên tố có Z bằng 20 Giá trị biên hấp thụ lớp K của nguyên tố La là 38,92 keV lớn hơn năng lượng của bức xạ gamma 24,8 keV Do năng lượng của bức xạ gamma nằm trong khoảng giữa biên hấp thụ lớp K và lớp L của La, nên theo công thức (1.15c) nguyên tử số của Lantan đối với bức xạ gamma 24,8 keV là Zi,k = 57/2 = 28,5 Công thức (1.15a)

và (1.15c) tính được nguyên tử số hiệu dụng của La(NO3)32H2O xấp xỉ 20

Tương tự đối với PbCrO4, thực nghiệm đã xác định được hệ số suy giảm của nó đối với gamma 122 keV (Co57) có giá trị bằng 2,65cm²/g và giá trị này nằm giữa hệ số suy giảm của hai nguyên tố có Z bằng 69 và 70 đối với gamma

122 keV Theo công thức (1.15a) xác định được nguyên tử số của PbCrO4 đối với bức xạ gamma 122 keV là 69,3 Trong khi đó hệ số suy giảm của nó đối với bức xạ gamma 60 keV có giá trị bằng 2,90cm²/g, nằm giữa giá trị hệ số suy giảm của hai nguyên tố có Z bằng 35 và 36 Trong hợp chất này có chì, nguyên

tử số có Z bằng 82, năng lượng của bức xạ gamma 60keV nằm trong khoảng của hai giá trị của biên hấp thụ lớp K và L của chì, nên công thức (1.15a) giá trị nguyên tử số của chì Zi phải được thay bằng Zi, k tính theo công thức (1.15c) Theo công thức (1.15a) và (1.15c) đối với bức xạ gamma 60 keV nguyên tử số hiệu dụng của PbCrO4 là 35,5

Kết quả thực nghiệm nhận được trong luận văn về hệ số suy giảm của La(NO3)32H2O đối với bức xạ gamma 24,8 keV, 60 keV và 122 keV và hệ số suy giảm của PbCrO4 đối với bức xạ gamma 60 keV và 122 keV đã kiểm chứng tính chất phụ thuộc nhảy bậc của nguyên tử số của nguyên tố vào năng lượng của bức xạ gamma

2.2.2 Mối liên hệ giữa hệ số suy giảm của các chất và nguyên tử số của nó

Để xây dựng đồ thị mô tả mối liên hệ giữa hệ số suy giảm của môi trường phức tạp và nguyên tử số hiệu dụng của nó, đã xác định hệ số suy giảm của các chất hóa học có công thức xác định Đã sử dụng các hợp chất sau: Ca3(PO4)2,

NH4MnO74H2O, V2O5, MnO2, Na2SO4, Ca3(PO4)2+Na2SO4, CdBr2, La(NO3)32H2O , PbCrO4 và các nguồn đồng vị phóng xạ: Sn119m, Am241, Co57 Nguyên tử số hiệu dụng của các chất trên đối với gamma cho trước được xác

định theo công thức (1.15)

Bảng 2.5 : Hệ số suy giảm khối của các chất đối với bức xạ gamma 24,8

keV, 60 keV và 122 keV

Chất hấp thụ 24,8 keV 60 keV 122 keV

11,6 1,35 0,06 11,6 0,242 0,009 11,6 0,156 0,006

+ 13 1,82 0,04 13 1,268 0,009 13 0,160 0,004

18,6 5,56 0,09 18,6 0,56 0,02 18,6 0,195 0,008 21,6 8,1 0,2 21,6 0,08 0,02 21,6 0,225 0,009

20 6,5 0,2 39,7 4,04 0,08 39,7 0,71 0,02 35,5 35,5 2,90 0,07 69 2,65 0,05 23,8 41,3 4,5 0,1 41,3 0,80 0,02 15,9 3,30 0,05 15,9 0,42 0,01 15,9 0,175 0,004

Hệ số suy giảm khối của các chất trên đối với gamma 24,8 keV (Sn199m

),

60 keV (Am241), 122 keV (Co57) được xác định dựa vào đồ thị mô tả qui luật suy

giảm của cường độ chùm bức xạ gamma đi qua môi trường hấp thụ Sơ đồ thực nghiệm được mô tả trên Hình 1.2 Hệ số suy giảm khối của các chất thu được từ thực nghiệm ghi trong bảng 2.5

Từ các số liệu hệ số suy giảm khối của các chất xác định bằng thực nghiệm và nguyên tử số hiệu dụng của nó được tính theo các công thức (1.15),

đã xây dựng đồ thị mô tả mối liên hệ giữa hai đại lượng trên của môi trường phức tạp đối với gamma có năng lượng 24,8 keV ,60 keV và 112 keV

Trong mẫu phóng xạ nói riêng và trong thành phần của đất đá nói chung, nguyên tử số lớn nhất là 92 (là của Uran) Đối với nguyên tố Uran biên hấp thụ của lớp K bằng 115,6 keV Như vậy các nguyên tố có trong thành phần của mẫu chuẩn phóng xạ đều có viên hấp thụ nhỏ hơn 122 keV Theo công thức (1.15b), nguyên tử số hiệu dụng của các mẫu này đối với các bức xạ gamma có năng lượng lớn hơn 150 keV cũng bằng nguyên tử số hiệu dụng của nó đối với bức xạ

112 keV (Co57) Trong bản luận văn này đã dựa vào đồ thị mô tả mối liên hệ của

hệ số suy giảm khối của môi trường hấp thụ với nguyên tử số của nó đối với bức

xạ gamma 122 keV để xác định kiểm tra nguyên tử số hiệu dụng của một số mẫu chuẩn phóng xạ quốc gia

Để loại trừ ảnh hưởng của các bức xạ gamma, nhất là những bức xạ gamma năng lượng thấp, của các nguyên tố phóng xạ trong mẫu gây nên, trong thực nghiệm đã dùng nguồn Co57

có hoạt độ 2mCi Trong mỗi phép đô trên đồ thị mô tả sự suy giảm của chùm bức xạ gamma 122 keV đi trong môi trường (mẫu chuẩn phóng xạ), phông được coi là số đếm khi đặt chất hấp thụ vào hệ đo

và chưa có nguồn phóng xạ Co57 Ngoài ra, để hạn chế ảnh hưởng khả dĩ của các bức xạ huỳnh quang X đặc trưng của các nguyên tố nặng kích thích bởi gamma

122 keV , trong bản luận văn lấy số đếm trong khoảng năng lượng từ 115 đến

125 keV

Trong bảng số 2.6 trình bày các giá trị xác định nguyên tử số hiệu dụng

của một số mẫu chuẩn phóng xạ xác định theo µ(Zef) và giá trị tính toán theo chế tạo

Các kết quả phân tích đối chứng trên hàng trăm mẫu chuẩn phóng xạ Quốc gia cho thấy nguyên tử sô hiệu dụng được xác định bằng thực nghiệm sai khác với kết quả tính toán theo công thức (1.15a) không quá 15 %

số hiệu dụng của môi trường vật chất phức tạp đối với bức xạ gamma nào đó xác định bằng thực nghiệm dựa vào đồ thị chuẩn µ(Zef) đối với bức xạ gamma đó

2.3 Nghiên cứu xác định đóng góp của thành phần tán xạ Rayleigh trong phổ gamma tán xạ

Khi tương tác với vật chất, trong chùm bức xạ tán xạ của gamma mềm luôn luôn có hai thành phần : Các bức xạ gamma tán xạ không đàn hồi (tán xạ Compton) và bức xạ gamma nhỏ, nguyên tử số của chất tán xạ lớn, đóng góp của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh lớn và nó chiếm ưu thế trong chùm bức xạ gamma tán xạ Khi năng lượng của bức xạ gamma không đổi, đóng góp của tán

xạ Reyleigh trong chùm bức xạ gamma tán xạ giảm khi nguyên tử số của chất tán xạ giảm và góc tán xạ tăng Tán xạ Compton tăng dần và chiếm ưu thế khi năng lượng của bức xạ gamma lớn và khi nguyên tử số của chất tán xạ nhỏ Theo công thức (1.9) với năng lượng của bức xạ gamma tới và chất tán xạ cho trước xác suất tán xạ Rayleigh trong một đơn vị góc khối phụ thuộc mạnh vào góc tán xạ Xác suất tán xạ Compton trong một đơn vị góc khối thay đổi rất ít khi góc tán xạ thay đổi Từ các công thức (1.5) và (1.9) có thể xác định đóng góp tương đối của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh trong chùm gamma tán xạ chung ứng với các góc tán xạ khác nhau Cường độ chùm gamma tán xạ Rayleigh theo một phương tán xạ θ nào đó tỉ lệ thuận với hệ số suy giảm khối của chất tán xạ đối với tán xạ Rayleigh Cũng tương tự, cường độ của chùm bức

xạ gamma tán xạ Compton tỉ lệ với hệ số suy giảm khối của chất tán xạ đối với gamma tán xạ Compton Biến đổi các công thức (1.5) thu được hệ số biến đổi Kc

bức xạ sơ cấp thành bức xạ tán xạ Compton một lần trong một đơn vị góc khối theo hướng tán xạ θ:

xạ được tính theo công thức sau:

β = (2.2)

trong đó Φ(θ) được xác định theo công thức (1.19b)

Trong công thức (2.3a) đặt a = 2,38πΦ(θ) /εj3

Năng lượng của gamma tán xạ Compton một lần phụ thuộc vào năng lượng của gamma tới và góc tán xạ theo công thức (1.4) Năng lượng của gamma tán xạ Rayleigh bằng năng lượng của bức xạ gamma tới Với những bức

xạ gamma mềm giá trị năng lượng của gamma tán xạ Rayliegh và gamma tán xạ Compton một lần xấp xỉ nhau Khi ghi nhận các bức xạ gamma tán xạ bằng đêtectơ nhấp nháy và đetectơ tỉ lệ có khả năng phân giải năng lượng không cao

so với đêtectơ bán dẫn, hai đỉnh hấp thụ toàn phần của chúng chồng chất lên nhau, nên việc đánh giá phần đóng góp tương đối của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh trong phổ gamma tán xạ bằng các phổ kế trên gặp nhiều khó khăn Để

đánh giá đóng góp của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh trong phổ gamma tán xạ bằng phổ kế dùng đêtectơ có khả năng phân giải năng lượng tuy không cao nhưng có nhiều ứng dụng trong thực tế nhiều như đêtectơ nhấp nháy hoặc tỉ lệ

2.3.1 Phương pháp so sánh hai phổ đã được chuẩn hoá

Để đánh giá đóng góp của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh trong gamma tán xạ chung đã tiến hành chuẩn hoá các phổ của bức xạ gamma trực tiếp và bức

xạ gamma tán xạ như sau:

Phổ của bức xạ gamma tán xạ và bức xạ gamma trực tiếp được chuẩn về cường độ Trong phổ gamma trực tiếp lấy số đếm tại kênh ứng với vị trí cực đại của đỉnh hấp thụ toàn phần làm chuẩn có độ lớn bằng 1 Cường độ tương đối của các kênh khác bằng tỷ số giữa số đếm tại kênh đó và số đếm của kênh chuẩn Còn trong phổ gamma tán xạ, lấy kênh tương ứng với vị trí cực đại của đỉnh tán

xạ Compton một lần làm chuẩn có số đếm bằng 1 đơn vị

Cho hai kênh chuẩn của hai phổ chuẩn trên trùng nhau Nếu trong thành phần của bức xạ gamma tán xạ chỉ có các bức xạ gamma tán xạ Compton một lần, trong phạm vi sai số coi độ phân giải năng lượng tại hai đỉnh hấp thụ toàn phần như nhau, thì hai đỉnh trên trùng nhau Khi trong thành phần của gamma tán xạ có đóng góp của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh và tán xạ nhiều lần thì cường độ tại các kênh ở đỉnh hấp thụ toàn phần trong phổ chuẩn của bức xạ tán

xạ tăng lên Hai phổ chuẩn của bức xạ gamma tán xạ trực tiếp và bức xạ gamma tán xạ sẽ khác nhau Các bức xạ gamma tán xạ nhiều lần làm cho các kênh bên trái kênh chuẩn trong phổ chuẩn của bức xạ gamma tán xạ tăng lên gamma tán

xạ Rayleigh chủ yếu làm cho các kênh phía phải kênh chuẩn tăng lên Căn cứ vào sự sai khác giữa phổ chuẩn trên tính được đóng góp của bức xạ gamma tán

xạ Rayleigh trong phổ gamma tán xạ

Bảng số 2.7: Đóng góp tương đối (%) của bức xạ gamma tán xạ Rayleigh