Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU 2
MỞ ĐẦU 3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀPHẢN ỨNG HẠT NHÂN, PHẢN ỨNG QUANG
HẠT NHÂN 5
1.1. Khái niệm về phản ứng hạt nhân 5
1.2. Phân loại phản ứng hạt nhân 5
1.3. Phản ứng quang hạt nhân 8
1.4. Một số mẫu về phản ứng quang hạt nhân 10
1.4.1. Mẫu hạt nhân hợp phần 10
1.4.2. Cộng hưởng lưỡng cực điện khổng lồ 12
1.4.3. Cơ chế giả đơtron 14
1.4.4.Phản ứng photospallation 15
1.4.5. Công thức Rudstam 16
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG
TRONG NGHIÊN CỨU 20
2.1. Máy gia tốc electron tuyến tính 20
2.2.Xác định suất lượng phản ứng 21
2.3.Kỹ thuật ghi nhận và phân tích phổ gamma 23
2.3.1. Phổ kế gamma 23
2.3.2. Chuẩn năng lượng 26
2.3.3. Chuẩn hiệu suất ghi 26
2.4. Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo 27
2.4.1. Hiệu ứng thời gian chết và chồng chập xung 27

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ sự hình thành và phân rã của hạt nhân hợp phần. 7
Hình 1.2:Tiết diện phản ứng quang hạt nhân toàn phần cho một nucleon với các
vùng năng lượng 9
Hình 1.3: Phản ứng hạt nhân trải qua giai đoạn hợp phần 11
Hình 1.4: Sự phân cực hạt nhân 13
Hình 1.5: Suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia
197
Au và bia
209
Bi16
Hình 1.6: Phân bố suất lượng của hạt nhân có số khối 50. [14]. 19
Hình 2.3: Sơ đồ hệ phổ kế gamma. 24
Hình 2.4: Sơ đồ phân rã đơn giản 29
Hình 2.5:Quá trình gây ra can nhiễu do sự phân rã của các đồng vị phóng xạ 31
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng photospallation
trên bia Mo với chùm bức xạ hãm 2,5 GeV 33
Hình 3.2:Đường cong hiệu suất ghi ở các khoảng cách khác nhau 35
Hình 3.3:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 45
phút và thời gian đo 10 phút. 35
Hình 3.4:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 1,86
ngày và thời gian đo 60 phút. 36
Hình 3.5:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 6
ngày và thời gian đo 120 phút. 36
Hình 3.6: Phân bố suất lượng của phản ứng
nat
Fe(

,xnyp) theo số khối của các hạt54
Hình P1: Máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV của Trung tâm Gia tốc Pohang

Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

3
MỞ ĐẦU
Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân thì tiết diện/suất lượng phản ứng là một
trong những thông tin quan trọng nhất, nó phản ánh xác suất tương tác của chùm
hạt/bức xạ với hạt nhân nguyên tử đồng thời làm cơ sở để xác định các cơ chế tương
tác đó. Từ các số liệu hạt nhân nói trên có thể phân tích về cơ chế phản ứng, kiểm
chứng độ tin cậy của các mô hình lý thuyết về phản ứng hạt nhân cũng như sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khác như tính toán tối ưu các quá trình sản xuất đồng vị phóng
xạ, thiết kế, chế tạo và vận hành máy gia tốc, lò phản ứng, che chắn phóng xạ, biến
đổi chất thải hạt nhân, tạo ra nguồn nơtron thông lượng lớn qua các phản ứng sinh
nhiều hạt (spallation reaction) và phân tích các nguyên tố bằng phương pháp kích
hoạt không phá hủy… [7].
Phản ứng hạt nhân phụ thuộc chủ yếu vào hạt nhân bia, loại hạt/bức xạ gây
phản ứng và năng lượng của chúng. Mức độ phức tạp của các phản ứng hạt nhân
tăng theo năng lượng của các chùm hạt/bức xạ tới. Các chùm hạt/bức xạ năng lượng
thấp chỉ có thể gây ra các phản ứng hạt nhân đơn giản, thường phát ra một vài
nuclon. Các thông tin thu được từ những phản ứng đơn giản chỉ đại diện cho một
phần của quá trình tương tác giữa các chùm hạt/bức xạ với hạt nhân nguyên tử. Các
loại hạt/bức xạ có năng lượng cao (từ vài trăm MeV tới vài GeV) có thể gây ra các
phản ứng hạt nhân sinh nhiều hạt, cơ chế phức tạp như phản ứng spallation, phản
ứng phân mảnh (fragmentation) và phản ứng phân hạch (fission) đối với cả các hạt
nhân tiền actinit [7].
Gần đây với sự phát triển của kỹ thuật và vật liệu gia tốc đã giúp mở rộng
phạm vi nghiên cứu về phản ứng hạt nhân sang vùng năng lượng cao (vùng GeV)
và thu được một số kết quả mới [7]. Tuy nhiên các số liệu thực nghiệm thu được

103.04-2012.21 và đề tài “Nghiên cứu suất lượng và phân bố suất lượng của phản
ứng quang hạt nhân sinh nhiều hạt (photospallation) trên bia Mo tự nhiên” cung
cấp. Việc phân tích và đánh giá số liệu được thực hiện tại Trung tâm Vật lý hạt
nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST).
Bố cục của luận văn bao gồm: Phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, tài liệu
tham khảo và phụ lục.Chương 1: Tổng quan về phản ứng hạt nhân, phản ứng quang
hạt nhân. Chương 2: Phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm sử dụng trong nghiên
cứu.Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.

Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN, PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN
1.1. Khái niệm về phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân xảy ra khi hạt nhân nguyên tử bị bắn phá bởi các chùm
hạt/bức xạ. Các hạt nhân bị bắn phá gọi là hạt nhân bia, các chùm hạt/bức xạ gọi là
chùm hạt tới. Phản ứng hạt nhân tạo ra sự biến đổi hạt nhân bia một cách sâu sắc.
Sản phẩm của phản ứng gọi là hạt nhân sản phẩm và có một số hạt/bức xạ được giải
phóng khỏi hạt nhân bia [9].
Một phản ứng hạt nhân thường được biểu diễn như sau: [17].
a + A

b + B (1.1)
hoặc A(a,b)B
trong đó a là hạt/bức xạ tới được tạo ra từ máy gia tốc, lò phản ứng, hoặc nguồn

,
2
T
biểu diễn năng lượng nghỉ và động năng của các hạt
nhân trước và sau phản ứng:
22
01
cm+cM=E
aA
,
22
02
cm+cM=E
bB
,
aA
T+T=T
1
,
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

6
bB
T+T=T
2
Trong trường hợp tổng quát
0201

của hạt tới và được gọi là phản ứng thu năng. Trong trường hợp này phản ứng chỉ
xảy ra khi năng lượng của hạt tới đủ lớn. Thật vậy, từ phương trình (1.3), nếu Q < 0
thì
   
Q>T+Q=T
21
.
Trong trường hợp Q< 0, xét phương trình (1.1), định luật bảo toàn động
lượng được viết như sau:
bBAa
p+p=p+p
(1.4)
Giả sử hạt nhân bia A ở trạng thái nghỉ (đứng yên), do đó:
0=p
A
,
bBAa
p+p=p+p
(1.5)
Theo lý thuyết về phản ứng hạt nhân của Bohr (tồn tại trạng thái trung gian –
trạng thái hạt nhân hợp phần), trong nhiều trường hợp phản ứng hạt nhân trải qua
hai giai đoạn. Ban đầu hình thành trạng thái hạt nhân hợp phần O và tồn tại trong
một khoảng thời gian:a + A  O. Tiếp theo, hạt nhân hợp phần phân rã thành các
sản phẩm phản ứng:OB + b
Theo định luật bảo toàn năng lượng và động lượng:
OA
p=p
,

OOaaA

O
a
O
a
O
a
O
O
T
M
m
=
p
M
m
=
p
=T
2m2M
22
0
(1.7)

)Mm(T+)cm+(M=cM
OaaaAO
/1
22


Nếu

2
)cMm+(M=(O)ε
OaAa


Động năng của các hạt A và a trong hệ khối tâm (v là vận tốc của các hạt):

22
2
1
2
aA
Aa
a
aA
A
'
μv
=
m+M
M
vm
=T
m+M
M
=T
(1.10)

'
1a

'
2
'''
112
0
(1.14)
Đối với phản ứng thu năng,
QT
'

1
và
 
Q=)(T
'
min1

Năng lượng ngưỡng của phản ứng (trong hệ tọa độ phòng thí nghiệm) được
xác định như sau:
 
Q=)m+(M)(TM
aAaA
/
min

 
Q
M
)m+(M
=)(T


T
γpairComphot
σ+σ+σ+σ=σ
(1.16)
trong đó tiết diện quang điện
2/7
5
~
γ
phot
Z
Z
σ
; tiết diện tán xạ Compton
γ
com
E
Z
σ ~
; tiết
diện tạo cặp
 
γpair
EZ 2ln~
2

và
T
γ

[79]. Năng lượng ngưỡng đối với phản ứng quang hạt nhân (,n) được tính theo
công thức sau [8,15]:


















2/1
2
2
)(
2
11)(
cmM
Q
cmME
nB

quang hạt nhân ban đầu và quá trình phân rã tiếp theo của các hạt nhân kích thích
bằng cách phát ra các hạt và tia gamma. Đặc trưng của mẫu này khi áp dụng cho
phản ứng quang hạt nhân là các hạt nhân sau khi hấp thụ photon tạo thành hạt nhân
hợp phần và chuyển lên trạng thái kích thích thông quan tương tác lưỡng cực.Sau
đó, hạt nhân hợp phần lập tức khử kích thích bằng quá trình phát ra một hay nhiều
hạt.Hiện tượng này gọi là hiệu ứng quang điện hạt nhân [6].
Hiệu ứng quang điện hạt nhân được Courant giải thích như sau: Ông giả thiết
rằng photon chỉ bị hấp thụ bởi một phần nhỏ của hạt nhân thậm chí 1 proton hay 1
notron sau đó phát ra mà không san sẻ năng lượng của nó với phần còn lại của hạt
nhân. Tuy nhiên với các photon năng lượng cao, các kết quả từ thực nghiệm cho
thấy rằng có sự bất đối xứng trong phân bố góc về phía trước của quang proton, đặc
biệt là đối với proton năng lượng cao. Mẫu hạt nhân hợp phần đã không dự đoán
được sự bất đối xứng này [6,3,7].
Mẫu hạt nhân hợp phần là một mẫu phản ứng dựa vào ý tưởng coi hạt nhân
là một giọt chất lỏng. Động năng của hạt tới và năng lượng liên kết giải phóng ra từ
hạt nhân bia (sau khi bắt hạt tới) tuân theo phân bố thống kê đẳng hướng – giống
như sự chuyền nhiệt cho một giọt chất lỏng. Hạt nhân sản phẩm – O được tạo ra với
động năng bằng tổng năng lượng của hạt tới E
kin
(α) và năng lượng liên kết E
B
(α)
của hạt nhân α trong hạt nhân B [30].
α + A

O, E(O) = E
kin
(α) + E
B
(α) (1.20)

(a).
σ
b =
σ
a
o
.
P
b
, P
b
=
Г

Г
, Г
=
∑
Г

, i = a, b, c,….
(1.21)

trong đó: P
b
là xác suất phân rã hạt b của hạt nhân hợp phần, Г
b
là xác suất phân rã
O  b+ B, Г là độ rộng mức tổng cộng ở trạng thái hợp phần.
Để mô tả sự thay đổi về tiết diện phản ứng qua giai đoạn hạt nhân hợp phần

là độ rộng riêng đối với kênh hình thành hạt
b.
a + A
Г
b + B
E
kin
(α)
E
B
(α)
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

12
Trong trường phản ứng hạt nhân xảy ra trước khi toàn bộ năng lượng của
hạt/bức xạ tới được phân chia cho các nuclon của hạt nhân thì gọi nó là “cơ chế
phản ứng tiền cân bằng”.Đối với những phản ứng xảy ra rất nhanh, cỡ 10
-22
s và chỉ
có một số ít nuclon ở gần bề mặt của hạt nhân tham gia vào quá trình tương tác thì
gọi là “phản ứng trực tiếp”.
1.4.2. Cộng hưởng lưỡng cực điện khổng lồ
Lượng tử gamma với năng lượng E

có bước sóng:
-10
1, 2x10

lực đàn hồi được thực hiện bởi tương tác của các nucleon với hạt nhân bia. Khi suất
đàn hồi tỉ lệ với diện tích bề mặt của hạt nhân, K R
2
và khi đó:
2
1/ 6
3
1K R
A
M R
R


   

Goldhaber và Teller đưa ra công thức (E

)
res
= 35 A
-1/6
(MeV).
Theo như cơ chế thứ hai (Steinwedel-Jensen model), cộng hưởng lưỡng cực
khổng lồ có thể được hình dung như sự thay thế xen kẽ lần lượt của các proton và
nơtron, trong khi mật độ các nucleon không thay đổi.Trong trường hợp này lực đàn
hồi tỉ lệ với khoảng cách, K  R  A
1/3
. Do đó tần số dao động thu được theo công
thức.
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

nhân có số khối từ 16 -> 250. Có thể biểu diễn đơn giản hơn W = 78 A
-1/3
(MeV)
cho trường hợp đối với hạt nhân nặng [17,28].
Tiết diện phản ứng (xác suất xảy ra phản ứng trên một hạt nhân trong một
giây khi thông lượng của dòng hạt tới bằng 1 hạt/cm
2
.giây) của cộng hưởng khổng
lồ thường được biểu diễn gần đúng bằng đường cong Lorent (đối với hạt nhân nhẹ)
[28]:
22
0
2
2
0
)()(
)(
EEE
E






(1.25)

Trong đó E
0
: năng lượng cộng hưởng; : độ rộng cộng hưởng; 

N
L
   
 

(1.26)

trong đó hệ số L được gọi là thông số Levinger. Levinger đưa ra giá trị L =
6,8 trong khi Garvey và các cộng sự đưa ra giá trị L = 10,3. NZ là số cặp nơtron-
proton trong hạt nhân và 
D
là tiết diện phản ứng quang phân rã đơtron tự do và
3/2
3
( )
D
E B
E






(1.27)


D
đạt tới giá trị cực đại bằng hai lần năng lượng liên kết của đơtron, tức là


phản ứng mà còn có thể sử dụng trong việc đảm bảo an toàn bức xạ trên các máy
gia tốc electron.
Cơ chế của các phản ứng photospallation được giải thích dựa trên cơ sở mô
hình thác lũ bên trong hạt nhân (intranuclear cascade) của Serber. Theo mẫu do
Serber đề xuất, phản ứng quang hạt nhân năng lượng cao có hai giai đoạn. Trong
giai đoạn khởi đầu là hạt tới va chạm với các nucleon riêng lẻ trong hạt nhân bia, sự
tái hấp thụ các pion, sự tán xạ của các nucleon giật lùi tạo nên một thác lũ các
nucleon, pion bên trong hạt nhân. Ở giai đoạn này hạt nhân có thể phát xạ các
nucleon riêng lẻ hoặc các nhóm nucleon cũng như các pion. Giai đoạn tiếp theo các
hạt nhân dư vẫn còn đủ năng lượng, chúng có thể khử kích thích thông qua hai kênh
cạnh tranh phân hạch và quá trình bay hơi các hạt. Nhìn chung, sự phát xạ các hạt
theo cơ chế bay hơi có xác xuất lớn nhất trong quá trình khử kích thích các hạt nhân
dư. Quá trình bay hơi kéo dài tới khi năng lượng kích thích giảm đến mức không
còn hạt nào phát xạ tiếp. Điều này có nghĩa là tạo thành sản phẩm spallation cuối
cùng và năng lượng kích thích còn lại được giải phóng dưới dạng các bức xạ
gamma [19,22].
Khi các photon hãm năng lượng cao tương tác với hạt nhân bia, các hạt nhân
sản phẩm chủ yếu được tạo thành từ các phản ứng quang hạt nhân loại spallation
với cơ chế bay hơi. Phản ứng photospallation chiếm ưu thế trong các phản ứng hạt
nhân ở vùng năng lượng cao. Đánh giá suất lượng của những phản ứng này từ số
liệu kích hoạt nói chung là khá phức tạp vì những cộng hưởng khổng lồ photon
trong phổ bức xạ hãm. Phân bố suất lượng phản ứng photospallation được phân tích
trên cơ sở của công thức bán thực nghiệm của Rudstam [9,12].
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên
16

Hình 1.5: Suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia

ij
– dU) đến (U’ - U - S
ij
) được phát ra. S
ij
là năng lượng tách.
Các hạt bay hơi được đưa vào tính toán là nơtron, proton, đơtron,
3
H,
3
He và
4
He.
Khởi đầu từ các hạt nhân ban đầu có năng lượng kích thích xác định, công
thức (1.28) được áp dụng lặp đi lặp lại cho tới khi các sản phẩm cuối cùng được tạo
ra, tức là khi trạng thái có năng lượng kích thích thấp cấm quá trình bay hơi của hạt.
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

17
Các sản phẩm phản ứng này đóng góp xác suất F(Z,A,U) dU vào xác xuất toàn phần
tạo hạt nhân (Z,A).
Trong thực tế, tích phân trong công thức (1.28) được thay thế bằng tổng theo
khoảng năng lượng kích thích. Năng lượng kích thích của các hạt nhân xuất hiện
trong công thức (1.28) được chia thành các khoảng = U, khi đó công thức (1.28)
trở thành:
ijn
( , , ) ( , , ) ( , , , )

ij
là năng lượng trung bình của hạt được phát ra .
Xác suất phát hạt :
2/3 2 1 2 3 2 1 3 2
2
1
onst x g m A ( 2 1) ( 1 1) [ ( 2 3 2 6 2 6) ( 1 3 1 6 1 6)
2a 8a
y y y y
R
P c e y e y e y y y e y y y



 
 
            
 
 
 
Với g là số các trạng thái spin của hạt bị bay hơi, m là khối lượng hạt bay
hơi, a và  là các thông số trong công thức mật độ mức:
2[a(U- )]
( ) onst x eU c




Với U là năng lượng kích thích, S là năng lượng tách hạt, R = U – S - , y1 =
2[a(R-E

120)]}/P

Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên

18
Đường đứt nét tương ứng U = 2 MeV, đường liền nét U = 4 MeV, đường
chấm chấm U = 8 MeV. Hạt nhân ban đầu là
59
Co có năng lượng kích thích 140
MeV [13].
So sánh giữa các tính toán lý thuyết và thực nghiệm đã cho thấy tiết diện
phản ứng thay đổi có quy luật theo số hiệu nguyên tử Z và số khối A. Thực tế phân
bố suất lượng phản ứng được biểu diễn qua công thức bán thực nghiệm Rudstam:
2
[PA-R Z-SA+TA ]
( , ) onst x eZ A c



(1.30)

Suất lượng spallation được làm khớp với công thức thực nghiệm 5 thừa số
của Rudstam, mô tả suất lượng thông qua phân bố điện tích (CD) và phân bố khối
(MD) [24]:
3/2
* 2 / 3 2
t

Thông số R là độc lập với loại và năng lượng của hạt được bắn ra; R phụ
thuộc số khối sản phẩm A và điện tích Z; R = d’ A
-e’
, với d’ và e’ là hằng số. Vị trí
đỉnh Z
p
của CD phụ thuộc vào năng lượng phân tách proton và nơtron, phụ thuộc
vào hàng rào thế Culong.S và T thường là hằng số.
Công thức Rudstam về phân bố suất lượng của các sản phẩm phản ứng còn
có thể được biểu diễn bằng công thức sau [16,18]:
]exp[
)1(79.1
2/3
2
3/2
TASAZRPA
e
PR
kY
t
PA





(1.32)

Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên


từ trường được tạo ra từ các nam châm điện bên ngoài ống dẫn sóng. Các electron
chuyển động theo một đường thẳng.
Thiết bị gia tốc chính của Trung tâm Gia tốc Pohang là máy gia tốc tuyến
tính 2,5 GeV. Đây là một máy gia tốc lớn có thể tạo ra chùm electron năng lượng
tới 2,5 GeV, độ rộng xung 1 ns, tần số của xung 10 Hz, dòng lớn hơn 2A. Các bộ
phận chính bao gồm một súng bắn electron, 12 klytron, 44 đoạn ống gia tốc, 6 bộ ba
nam châm tứ cực, 6 nam châm lái dòng, 3 nam châm uốn dòng Tổng chiều dài của
máy gia tốc là 160 mét. Máy gia tốc electron tuyến tính 2,5 GeV cung cấp chùm
electron năng lượng cao cho thiết bị tạo nguồn bức xạ synchrotron (storage ring),
ngoài ra còn có thể tạo ra nguồn bức xạ hãm và nơtron năng lượng cao phục vụ
nhiều mục đích nghiên cứu và ứng dụng khác nhau.
Thí nghiệm nghiên cứu phân bố suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân
trên bia Mo được thực hiện với chùm bức xạ hãm năng lượng cực đại 2,5 GeV trên
máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV tại Trung tâm Gia tốc Pohang, Đại học Khoa học và
Công nghệ Pohang, Hàn Quốc. Hình P1, P2 là một phần máy gia tốc electron tuyến
tính 2,5 GeV tại Trung tâm Gia tốc Pohang, Hàn Quốc.
Luận văn tốt nghiệp Phạm Công Thuyên
21
2.2.Xác định suất lượng phản ứng
Trong quá trình kích hoạt đồng thời diễn ra hai quá trình: Sự tạo thành các
hạt nhân phóng xạ từ hạt nhân bền sau phản ứng và sự phân rã của các hạt nhân
phóng xạ .
Khi một bia mỏng được bắn phá bởi một chùm hạt tới. Trong trường hợp
kích thước của mẫu nhỏ hơn tiết diện của chùm hạt tới, tốc độ tạo thành hạt nhân
phóng xạ (số hạt nhân tạo thành trong một đơn vị thời gian) là [29]:

(2.1)

(2.3)

trong đó N
0
là số hạt nhân ban đầu (t=0).
Kết hợp phương trình (2.2) và (2.3) ta nhận được tốc độ thay đổi của số hạt
nhân phóng xạ trong thời gian chiếu xạ :

(2.4)

Tích phân phương trình (2.4) với điều kiện ban đầu N=0 ta có số hạt nhân
phóng xạ tại thời điểm kết thúc chiếu xạ :
0
N
dt
dN

N
dt
dN

t0
eN)t(N


NN
dt
dN
0


) là sự khác nhau của số hạt nhân
phóng xạ tại thời điểm bắt đầu đo hay chính là tại thời điểm kết thúc giai đoạn gian
làm nguội (N
EOD
) và số hạt nhân phóng xạ tại thời điểm kết thúc đo (N
EOC
).

(2.8)

Số sự kiện thực tế ghi nhận được luôn nhỏ hơn số hạt nhân phân rã vì hiệu
suất ghi bức xạ của detectơ <100% , cường độ tương đối của bức xạ gamma (tỷ số
phân nhánh ) I

≤100%. Ngoài ra còn một phần tia phóng xạ bị hấp thụ ở trong mẫu,
một phần số đếm bị mất do hiệu ứng thời gian chết, hiệu ứng cộng đỉnh, hiệu ứng
chồng chập xung , do thiết bị gây ra. Do đó tỉ lệ số xung đo được trên máy và số
xung thực, F<100% . Như vậy số đếm tuyệt đối tại đỉnh gamma ghi nhận được (C)
là [24]:

(2.9)

Phương trình 2.9 cho mối liên hệ giữa số đếm tại đỉnh gamma và các đại
lượng quan tâm, dựa vào mỗi liên hệ đó sẽ tính được suất lượng phản ứng.
)e1(
N
N
i
t
0




)e1(e)e1(
N
NNN
cd
i
tt
t0
EOCEODC






)e1(e)e1(
FIN
C
cd
i
ttt
0







đêtectơ, xác suất phát xạ tia gamma, thời gian chiếu, thời gian phơi và đo mẫu. Với
đồng vị phóng xạ được tạo thành trong phản ứng hạt nhân xác định, thì hằng số
phân rã  đã biết, cường độ I

ứng với bức xạ đặc trưng của vạch gamma đặc trưng
được lựa chọn để phân tích được tra trong các bảng số liệu hạt nhân. Thời gian
chiếu mẫu, thời gian phơi mẫu và thời gian đo hoàn toàn xác định được. Hiệu suất
ghi của đêtectơ  xác định bằng thực nghiệm. Độ chính xác khi xác định suất lượng
phản ứng phụ thuộc vào độ chính xác khi xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần
của bức xạ gamma đặc trưng cũng như các hiệu chỉnh liên quan tới việc xác định
hoạt độ của hạt nhân phóng xạ tạo thành trong phản ứng.
2.3.Kỹ thuật ghi nhận và phân tích phổ gamma
2.3.1. Phổ kế gamma
Hiện nay việc ghi nhận phổ gamma chủ yếu sử dụng các hệ phổ kế gamma
đa kênh, bao gồm: đêtectơ bán dẫn gecmani siêu tinh khiết HPGe, các hệ điện tử
như tiền khuếch đại, khuếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích
biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi cao áp, Ngoài ra còn có thể có các bộ
phận khác như máy phát xung chuẩn hoặc bộ loại trừ chồng chập xung để hiệu
chỉnh các hiệu ứng gây mất số đếm trong trường hợp tốc độ đếm lớn, … Hệ phổ kế
được ghép nối với máy tính, việc ghi nhận và xử lý phổ được thực hiện bằng các
phần mềm chuyên dụng. Hình 2.3 là sơ đồ khối của một hệ phổ kế gamma thông
dụng.
Phổ kế gamma đa kênh có ưu điểm hơn hẳn so với máy đếm đơn kênh. Nó
không chỉ đơn thuần đếm số hạt bay đến đêtectơ mà còn phân biệt chúng theo năng
lượng. Vì sản phẩm sau phản ứng gồm nhiều đồng vị khác nhau, phát ra các bức xạ
gamma có năng lượng khác nhau, do đó việc sử dụng phổ kế gamma đa kênh giúp

Trích đoạn Hiệu ứng thời gian chết và chồng chập xung

---