Đề tài Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật lý hạt nhân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VAÄT LYÙ  LÝ DUY NHẤT Ñeà taøi: Giaùo vieân höôùng daãn: TS. THÁI KHẮC ĐỊNH Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009 Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 1 SVTH: Lý Duy Nhất LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này, ngoài những nỗ lực của bản thân, em còn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và động viên của quí thầy cô trong khoa Vật Lý trường ĐH Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Thái Khắc Định – thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền thụ cho em những kiến thức bổ ích, đóng góp những kinh nghiệm quí báu để em thực hiện khóa luận này. Em không thể nào quên công lao của thầy Hoàng Đức Tâm cũng như các thầy cô trong tổ bộ môn “Vật Lý Hạt Nhân”, các thầy cô đã động viên giúp đỡ, chỉ bảo tận tình và truyền cho em lòng nhiệt tình trong nghiên cứu khoa học. Xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã hỗ trợ về mặt tinh thần cho Nhất hoàn thành khóa luận này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Lý Duy Nhất Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 2 SVTH: Lý Duy Nhất MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thí nghiệm vật lý là một phần không thể thiếu trong học tập và nghiên cứu vật lý. Thực hành vật lý rèn luyện cho sinh viên phương pháp học tập, nghiên cứu và kỹ năng thực hành vật lý, củng cố các kiến thức lý thuyết đã được học. Nó có tác dụng to lớn trong việc rèn luyện cho sinh viên những đức tính của người làm công tác khoa học nói chung, làm công tác vật lý nói riêng. Ngoài ra, thực hành vật lý còn giúp cho sinh viên làm quen với việc nghiên cứu các hiện tượng vật lý trong phòng thí nghiệm, kiểm nghiệm lại các định luật vật lý đã được học. Thông qua các bài thí nghiệm vật lý, sinh viên bước đầu làm quen với phương pháp nghiên cứu của bộ môn. So với các môn học vật lý khác, “VẬT LÝ NGUYÊN TỬ VÀ HẠT NHÂN” là môn học khó, ngoài việc học những kiến thức khô khan sinh viên cần phải được thực hành trên những thiết bị ghi đo trong phòng thí nghiệm. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành giúp cho sinh viên nắm được cốt lỗi trong môn học hơn, giúp cho sinh viên phát triển tư duy và khả năng sáng tạo trong quá trình học tập. Đồng thời làm cho việc học vật lý trở nên lý thú hơn, có hiệu quả hơn. Nhờ sự quan tâm của quí thầy cô trong khoa vật lý và lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân được xây dựng và hoàn thành vào giữa năm 2008. Do đây là phòng thí nghiệm mới được thành lập và trên con đường hoàn thiện nên việc tìm hiểu các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm là vấn đề cấp thiết. Trước tình hình đó, em quyết định thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “TÌM HIỂU VỀ CÁC HỆ GHI ĐO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN” nhằm góp một phần nhỏ vào công tác đào tạo cũng như công việc hoàn thiện phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân của quí trường. Bên cạnh đó khóa luận tốt nghiệp còn giúp em tự mở rộng thêm sự hiểu biết của mình sang lĩnh vực vật lý hạt nhân. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI  Tìm hiểu cơ chế hoạt động của các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa.  Tìm hiểu cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và cách vận hành các thiết bị trong phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 3 SVTH: Lý Duy Nhất  Xây dựng một số bài thí nghiệm dựa trên các dụng cụ ghi đo bức xạ ion hóa trong phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. 3. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Từ mục tiêu đã đề ra, em xây dựng cấu trúc của luận văn gồm có ba phần chính:  Phần mở đầu trình bày về lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài.  Phần nội dung chia làm ba chương: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC DỤNG CỤ CHÍNH TRONG HỆ GHI ĐO BỨC XẠ ION HÓA CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ GHI ĐO BỨC XẠ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM DỰA TRÊN CÁC THÍ BỊ GHI ĐO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM HẠT NHÂN  Phần kết luận đưa ra những nhận xét tổng quát về đề tài và những kiến nghị nhằm hoàn thiện phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 4 SVTH: Lý Duy Nhất NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC DỤNG CỤ CHÍNH TRONG HỆ GHI ĐO BỨC XẠ ION HÓA 1. TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT Các bức xạ được khảo sát bao gồm các hạt tích điện như alpha và beta, các tia gamma và tia X. Để hiểu được cơ sở vật lý của việc chế tạo ra các thiết bị ghi đo bức xạ ta cần hiểu các cơ chế tương tác của bức xạ với vật chất. Trong quá trình tương tác của bức xạ với vật chất, năng lượng của tia bức xạ được truyền cho các electron quỹ đạo hoặc cho hạt nhân nguyên tử tùy thuộc vào loại và năng lượng của bức xạ cũng như bản chất của môi trường hấp thụ. Các hiệu ứng chung khi tương tác của bức xạ với vật chất là kích thích và ion hóa nguyên tử của môi trường hấp thụ. 1.1. TƯƠNG TÁC CỦA HẠT BETA VỚI VẬT CHẤT 1.1.1. Sự ion hóa Do hạt beta mang điện tích nên cơ chế tương tác của nó với vật chất là tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo làm kích thích và ion hóa các nguyên tử môi trường. Trong trường hợp nguyên tử môi trường bị ion hóa, hạt beta mất một phần năng lượng tE để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng kE của electron bị bắn ra liên hệ với năng lượng ion hóa của nguyên tử E và độ mất năng lượng tE như sau: k tE E E  (1.1) Trong đó năng lượng ion hóa E được xác định theo công thức: 1 1E Rh Rh       . Trong nhiều trường hợp electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion hóa nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp (delta electron). Do hạt beta chỉ mất một phần năng lượng tE để ion hóa nguyên tử, nên dọc theo đường đi của mình, nó có thể gây ra thêm một số lớn cặp ion. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 5 SVTH: Lý Duy Nhất Năng lượng trung bình để sinh một cặp ion thường gấp 2 đến 3 lần năng lượng ion hóa. Bởi vì, ngoài quá trình ion hóa, hạt beta còn mất năng lượng do kích thích nguyên tử. Do hạt beta có khối lượng bằng khối lượng electron quỹ đạo nên va chạm giữa chúng làm hạt beta chuyển động lệch khỏi hướng ban đầu. Do đó, hạt beta chuyển động theo đường cong khúc khuỷu sau nhiều lần va chạm trong môi trường hấp thụ và cuối cùng sẽ dừng lại khi mất hết năng lượng. 1.1.2. Độ ion hóa riêng Độ ion hóa riêng là số cặp ion được tạo ra khi hạt beta chuyển động được một centimet trong môi trường hấp thụ. Độ ion hóa riêng khá cao đối với các hạt beta năng lượng thấp, giảm dần khi tăng năng lượng hạt beta và đạt cực tiểu ở năng lượng khoảng 1 MeV, rồi sau đó tăng chậm (hình 1.1). Độ ion hóa riêng được xác định qua tốc độ mất năng lượng tuyến tính của hạt beta do ion hóa và kích thích, một thông số quan trọng dùng để thiết kế thiết bị đo liều bức xạ và tính toán hiệu ứng sinh học của bức xạ. Tốc độ mất năng lượng tuyến tính của hạt beta tuân theo công thức: 24 9 4 2 2 6 2 2 2 2 (3.10 ) ln / (1,6.10 ) (1 ) m k m E EdE q NZ MeV cm dx E I              (1.1) Trong đó: -19q = l,6.10 C , điện tích của electron. N là số nguyên tử chất hấp thụ trong 1 cm3. Z là số nguyên tử của chất hấp thụ. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 6 SVTH: Lý Duy Nhất 20 3 3,88.10 /NZ cm , số electron của không khí ở nhiệt độ 0oC và áp suất 76 cm thủy ngân. 0,51mE MeV , năng lượng tĩnh của electron. kE là động năng của hạt beta. /v c  , trong đó v là vận tốc của hạt beta còn c = 3.1010 cm/s. -58,6.10I MeV đối với không khí và ( -51,36.10 )I Z MeV đối với các chất hấp thụ khác, là năng lượng ion hóa và kích thích của nguyên tử chất hấp thụ. Nếu biết trước đại lượng w, là độ mất năng lượng trung bình sinh cặp ion, thì độ ion hóa riêng s được tính theo công thức sau: / ( / ) ( / . ) dE dx eV cms w eV c i  (1.2) Trong đó .c i là cặp ion. 1.1.3. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính Độ ion hóa riêng được dùng xem xét độ mất năng lượng do ion hóa. Khi quan tâm đến môi trường hấp thụ, thường sử dụng tốc độ hấp thụ năng lượng tuyến tính của môi trường khi hạt beta đi qua nó. Đại lượng xác định tốc độ hấp thụ năng lượng nói trên là hệ số truyền năng lượng tuyến tính. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính LET (Linear Energy Transfer) được định nghĩa theo công thức sau: dE d LET   (1.3) Trong đó dE là năng lượng trung bình mà hạt beta truyền cho môi trường hấp thụ khi đi qua quãng đường dài d . Đơn vị đo thường dùng đối với LET là /keV m . 1.1.4. Bức xạ hãm Khi hạt beta đến gần hạt nhân, lực hút Coulomb mạnh làm nó thay đổi đột ngột hướng bay ban đầu và mất năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ, gọi là bức xạ hãm, hay Bremsstrahlung. Năng lượng bức xạ hãm phân bố liên tục từ 0 đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt beta. Khó tính toán dạng của phân bố năng lượng các bức xạ hãm nên người ta thường sử dụng các đường cong đo đạt thực nghiệm. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 7 SVTH: Lý Duy Nhất Để đánh giá mức độ nguy hiểm của bức xạ hãm, người ta thường dùng công thức gần đúng sau đây: -4 maxf = 3,5.10 ZE (1.4) Trong đó f là phần năng lượng tia beta chuyển thành photon, Z là số nguyên tử của chất hấp thụ và maxE (MeV) là năng lượng cực đại của hạt beta. 1.1.5. Quãng chạy của hạt beta trong vật chất Do hạt beta mất năng lượng dọc theo đường đi của mình nên nó chỉ đi được một quãng đường hữu hạn. Như vậy, nếu cho một chùm tia beta đi qua bản vật chất, chùm tia này bị dừng lại sau một khoảng đường đi nào đó. Khoảng đường đi này gọi là quãng chạy (range) của hạt beta, quãng chạy của hạt beta phụ thuộc vào năng lượng tia beta và mật độ vật chất của môi trường hấp thụ. Biết được quãng chạy của hạt beta với năng lượng cho trước có thể tính được độ dày của vật che chắn làm từ vật liệu cho trước. Một đại lượng thường dùng khi tính toán thiết kế che chắn là độ dày hấp thụ một nữa (absorber half - thickness), tức là độ dày của chất hấp thụ làm giảm số hạt beta ban đầu còn lại 1/2 sau khi đi qua bản hấp thụ. Đo đạc thực nghiệm cho thấy độ dày hấp thụ một nửa vào khoảng 1/8 quảng chạy. Hình 1.2 trình bày sự phụ thuộc quãng chạy cực đại của các hạt beta vào năng lượng của chúng đối với một số chất hấp thụ thông dụng. Hình 1.2 cho thấy rằng quãng chạy của hạt beta với năng lượng cho trước giảm khi tăng mật độ chất hấp thụ. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 8 SVTH: Lý Duy Nhất Ngoài bề dày tuyến tính d (linear thickness) tính theo centimet người ta còn dùng bề dày mật độ md (density thickness) tính theo mật độ diện tích, đơn vị g/cm2, được xác định như sau: 2 3( / ) ( / ). ( )md g cm g cm d cm (1.5) Trong đó:  là mật độ khối của chất hấp thụ tính theo g/cm3. Việc sử dụng bề dày mật độ làm dễ dàng cho việc tính toán vì khi đó bề dày không phụ thuộc vào vật liệu cụ thể. Hình 1.3 trình bày đường cong miêu tả sự phụ thuộc quãng chạy của hạt beta tính theo đơn vị bề dày mật độ vào năng lượng của nó. Đường cong này dùng thay cho các đường cong trên hình 1.2 khi tính quãng chạy theo đơn vị bề dày mật độ. Đường cong quãng chạy - năng lượng trên hình 1.3 được biểu diễn bằng công thức sau đây: Đối với miền năng lượng beta 0,01 2,5 E MeV  1,265 0.0954 ln = 412. ER E  (1.6) Đối với miền quãng chạy R < 1200. 1 2ln 6,63 3,2376.(10,2146 ln )E R   (1.7) Đối với miền năng lượng beta E > 2,5 MeV và miền quãng chạy R > 1200. 530 106R E  (1.8) Trong đó R là quãng chạy, tính theo mg/cm2 và E là năng lượng cực đại của tia beta, tính theo đơn vị MeV. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 9 SVTH: Lý Duy Nhất 1.2. TƯƠNG TÁC CỦA HẠT ALPHA VỚI VẬT CHẤT 1.2.1. Truyền năng lượng của hạt alpha Cũng giống như hạt beta, hạt alpha khi đi qua môi trường vật chất cũng bị mất năng lượng do ion hóa và kích thích nguyên tử của môi trường hấp thụ. Khi đi qua phần không khí của tế bào xốp, hạt alpha mất một lượng năng lượng trung bình 35 eV cho một cặp ion. Do hạt alpha có điện tích lớn hơn hạt beta hai lần 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 nghìn cặp ion trên 1 cm trong không khí (hình 1.4). Tốc độ mất năng lượng tuyến tính của tất cả các hạt tích điện nặng hơn hạt electron, trong đó có hạt alpha, tuân theo công thức: 2 4 9 4 2 2 2 2 6 2 2 4 (3.10 ) 2ln ln 1 / .1,6.10 dE z q NZ Mv v v Mev cm dx Mv I c c                (1.9) Trong đó: z là số nguyên tử của hạt gây ion hóa, z = 2 đối hạt alpha. -191,6.10q C , điện tích của electron. zq là điện tích của hạt gây ion hóa. M là khối lượng tĩnh của hạt gây ion hóa. -246,6.10M g đối với hạt alpha. v là vận tốc của hạt gây ion hóa. N là số nguyên tử chất hấp thụ trong 1 cm3. Z là số nguyên tử của chất hấp thụ. NZ là số electron của chất hấp thụ trong 1 cm3. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 10 SVTH: Lý Duy Nhất 103.10 /c cm s , là vận tốc ánh sáng. -58,6.10I MeV đối với không khí và ( -51,36.10 )I Z MeV đối với các chất hấp thụ khác, là năng lượng ion hóa và kích thích của nguyên tử chất hấp thụ. 1.2.2. Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất Hạt alpha có khả năng đâm xuyên thấp nhất trong số các bức xạ ion hóa. Trong không khí, ngay cả hạt alpha có năng lượng cao nhất do các nguồn phóng xạ phát ra cũng chỉ đi được một vài centimet, còn trong mô sinh học quãng chạy của nó có kích thước cỡ micromet. Có hai định nghĩa về quãng chạy của hạt alpha, là quãng chạy trung bình và quãng chạy ngoại suy, được minh họa trên hình 1.5. Trên hình 1.5, đường cong hấp thụ của hạt alpha có dạng phẳng vì nó là hạt đơn năng lượng. Ở cuối quãng chạy, số đếm các hạt alpha giảm nhanh khi tăng bề dày chất hấp thụ. Quãng chạy trung bình được một nữa chiều cao đường hấp thụ còn quãng chạy ngoại suy được xác định khi ngoại suy đường hấp thụ đến giá trị 0. 1.3. TƯƠNG TÁC CỦA TIA X VÀ TIA GAMMA VỚI VẬT CHẤT 1.3.1. Sự suy giảm bức xạ gamma khi đi qua môi trường Tia X và tia gamma có cùng bản chất sóng điện từ, đó là các photon năng lượng cao. Do sự tương tác của các tia này với vật chất có tính chất chung nên để đơn giản ta gọi là tương tác của tia gamma với vật chất. Sự suy giảm bức xạ gamma khi đi qua môi trường khác với sự suy giảm của các bức xạ alpha và beta. Bức xạ alpha và beta có tính chất hạt nên chúng có quãng chạy hữu hạn trong vật chất, nghĩa là chúng có thể bị hấp thụ hoàn toàn, trong khi đó bức xạ Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 11 SVTH: Lý Duy Nhất gamma chỉ bị suy giảm về cường độ chùm tia khi tăng bề dày vật chất mà không bị hấp thụ hoàn toàn. Ta xét một chùm tia hẹp gamma đơn năng với cường độ ban đầu oI . Sự thay đổi cường độ khi đi qua một lớp mỏng vật liệu dx bằng: dI Idx  (1.10) Trong đó  là hệ số suy giảm tuyến tính (linear attenuation coeficient). Đại lượng này có thứ nguyên (độ dày)-1 và thường tính theo cm-1. Từ (1.10) có thể viết phương trình: dI dx I   Giải phương trình ta được: xoI I e  (1.11) Hệ số suy giảm tuyến tính  phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma và mật độ vật liệu môi trường ( , )E   . 1.3.2. Các cơ chế tương tác của tia X và tia gamma với vật chất Do sự tương tác của các tia X và tia gamma với vật chất có tính chất chung nên để đơn giản ta gọi là tương tác của tia gamma với vật chất. Tương tác của gamma không gây hiện tượng ion hóa trực tiếp như hạt tích điện. Tuy nhiên, khi gamma tương tác với nguyên tử, nó làm bứt electron quỹ đạo ra khỏi nguyên tử hay sinh ra các cặp electron - positron (là hạt có khối lượng bằng electron nhưng mang điện tính dương +e). Đến lượt mình, các electron này gây ion hóa và đó là cơ chế cơ bản mà tia gamma năng lượng cao có thể ghi đo và cũng nhờ đó chúng có thể gây nên hiệu ứng sinh học phóng xạ. Có ba dạng tương tác cơ bản của gamma với nguyên tử là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. 1.3.2.1. Hiệu ứng quang điện Khi gamma va chạm với electron quỹ đạo của nguyên tử, gamma biến mất và năng lượng gamma được truyền cho electron quỹ đạo để nó bay ra khỏi nguyên tử. Electron này được gọi là quang electron (photoelectron). Quang electron nhận được động năng Ee bằng hiệu số giữa năng lượng gamma tới E và năng lượng liên kết EB của electron trên lớp vỏ trước khi bị bứt ra. Hình 1.6a Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 12 SVTH: Lý Duy Nhất e BE E E  (1.12) Theo công thức (1.12) năng lượng của gamma tới ít nhất phải bằng năng lượng liên kết của electron thì hiệu ứng quang điện mới xảy ra. Tương tác này ra với xác suất lớn nhất khi năng lượng gamma vừa vượt qua năng lượng liên kết, đặc biệt là đối với các lớp trong cùng. Hình 1.6b Khi năng lượng tăng, xác suất tương tác giảm dần theo hàm 31E . Xác suất tổng cộng của hiệu ứng quang điện đối với tất cả các electron quỹ đạo kE E trong đó Ek là năng lượng liên kết của electron lớp K, tuân theo quy luật 7 2 1 E còn khi E >> Ek theo quy luật 1 E . Do năng lượng liên kết thay đổi theo số nguyên tử Z nên tiết diện tương tác quang điện phụ thuộc vào Z, theo quy luật Z5. Như vậy tiết diện hiệu ứng quang điện: 5 7 / 2photo Z E  khi kE E và 5 photo Z E  khi E >> Ek. Các công thức trên cho thấy hiệu ứng quang điện xảy ra với tiết diện rất lớn đối với các nguyên tử nặng (chẳng hạn chì) ngay cả ở vùng năng lượng cao, còn đối với các nguyên tử nhẹ (chẳng hạn cơ thể sinh học) hiệu ứng quang điện chỉ xuất hiện đáng kể ở vùng năng lượng thấp. Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 13 SVTH: Lý Duy Nhất Khi electron được bứt ra từ một lớp vỏ nguyên tử, chẳng hạn từ lớp vỏ trong cùng K, thì tại đó một lỗ trống được sinh ra. Sau đó lỗ trống này được một electron từ lớp vỏ ngoài chuyển xuống chiếm đầy. Quá trình này dẫn tới bức xạ ra các tia X đặc trưng. 1.3.2.2. Hiệu ứng Compton Trong quá trình Compton, gamma năng lượng cao tán xạ đàn hồi lên electron ở quỹ đạo ngoài. Gamma thay đổi phương bay và bị mất một phần năng lượng còn electron được giải phóng ra khỏi nguyên tử (Hình 1.7a). Quá trình tán xạ Compton có thể coi như quá trình gamma tán xạ đàn hồi lên electron tự do (Hình1.7b). Trên cơ sở tính toán động học của quá trình tán xạ đàn hồi của hạt gamma chuyển động với năng lượng E lên electron đứng yên ta có các công thức sau đây đối với năng lượng gamma E’ và electron Ee sau tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ  gamma sau tán xạ: (1 cos ) 1 (1 cos )e E E       (1.13) ' 1 1 (1 cos ) E E     (1.14) Trong đó: 2 e E m c   ; 319,1.10 em kg là khối lượng electron và c = 3.108m/s là vận tốc ánh sáng; 2 0,51em c MeV . Góc tán xạ  của electron sau tán xạ liên hệ với góc  như sau: Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 14 SVTH: Lý Duy Nhất ' 1 cotg 21 tg E E     (1.15) Theo (1.15) góc tán xạ của gamma sau tán xạ càng lớn thì E càng bé. Nghĩa là gamma càng mất nhiều năng lượng. Gamma chuyển phần năng lượng lớn nhất cho electron sau tán xạ bay ra một g