Luận văn Nghiên cứu giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma dùng detector hpge gem 15p4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỖ THỊ THANH VƯỢNG NGHIÊN CỨU GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA DÙNG DETECTOR HPGe GEM 15P4 TP. HỒ CHÍ MINH – 2011 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỖ THỊ THANH VƯỢNG NGHIÊN CỨU GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA DÙNG DETECTOR HPGe GEM 15P4 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 TP. HỒ CHÍ MINH – 2011 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS. VÕ XUÂN ÂN LỜI CẢM ƠN Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, động viên, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình đến: TS. Võ Xuân Ân, người Thầy kính mến, đã mang đến cho tôi kiến thức khoa học và phương pháp nghiên cứu khoa học, truyền đạt cho tôi tinh thần học hỏi và tinh thần trách nhiệm cao trong công việc. Người Thầy luôn tận tâm hướng dẫn, nhắc nhở và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Thầy PGS. TS. Lê Văn Hoàng, Thầy TS. Nguyễn Văn Hoa, hai người Thầy đã gợi ý những phương hướng nghiên cứu, đóng góp ý kiến và động viên tôi từ những ngày đầu thực hiện luận văn. Quý Thầy Cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân và Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM đã đóng góp những ý kiến thảo luận quý báu và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho luận văn. Bạn Trịnh Hoài Vinh, Thầy Bá Văn Khôi là những người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tôi từ khi mới bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn. Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................. 1 MỤC LỤC ................................................................................................... 1 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................... 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................... 4 MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................... 4 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN VẤN ĐỀ GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................................ 4 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................................. 8 1.2. CƠ SỞ VẬT LÝ TƯƠNG TÁC CỦA GAMMA VỚI VẬT CHẤT .................... 9 1.2.1. Hấp thụ quang điện ................................................................................................... 9 1.2.2. Tán xạ Compton ...................................................................................................... 11 1.2.3. Hiệu ứng tạo cặp ..................................................................................................... 14 1.2.4. Bức xạ hãm ............................................................................................................. 15 1.2.5. Sự suy giảm của bức xạ gamma khi đi qua vật chất ............................................... 16 1.3. HỆ PHỔ KẾ GAMMA........................................................................................ 17 1.3.1. Cấu trúc của hệ phổ kế gamma ............................................................................... 17 1.3.2. Các đặc trưng kỹ thuật của detetor bán dẫn ............................................................ 18 1.4. PHÔNG PHÓNG XẠ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PHÔNG .................. 20 1.4.1. Nguồn gốc phóng xạ môi trường ............................................................................ 20 1.4.2. Phông phóng xạ trong phổ năng lượng gamma ghi nhận bởi detector .................... 25 1.4.3. Các phương pháp giảm phông ................................................................................ 25 Chương 2: NGHIÊN CỨU GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 .................................................................... 30 2.1. PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP5 .............. 30 2.1.1. Phương pháp Monte Carlo ...................................................................................... 30 2.1.2. Chương trình MCNP5 ............................................................................................. 32 2.2. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHE CHẮN GIẢM PHÔNG ......... 38 2.3. XÂY DỰNG BỘ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO ............................................................. 41 2.3.1. Hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM ................................. 41 2.3.2. Input của chương trình MCNP5.............................................................................. 47 2.4. TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MÔ HÌNH ................................................................. 50 2.5. TÍNH TOÁN BỀ DÀY LỚP THIẾC VÀ BỀ DÀY LỚP ĐỒNG ...................... 53 Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .............................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 70 PHỤ LỤC .................................................................................................. 77 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh ACTL Thư viện số liệu ACTL ACTivation Library ADC Khối biến đổi tương tự – số Analog – to – digital converter CSS Hệ phổ kế triệt Compton Compton Suppression Spectrometer DETEFF Chương trình mô phỏng Monte Carlo DETEFF DETector EFFiciency ĐHKHTN TP.HCM Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh ĐHSP TP.HCM Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh ENDF Thư viện số liệu ENDF Evaluated Nuclear Data File ENDL Thư viện số liệu ENDL Evaluated Nuclear Data Library FWFM Độ rộng đỉnh năng lượng toàn phần tại 1/50 chiều cao cực đại Full width at fiftieth maximum FWHM Độ rộng đỉnh năng lượng toàn phần tại 1/2 chiều cao cực đại Full width at haft maximum FWTM Độ rộng đỉnh năng lượng toàn phần tại 1/10 chiều cao cực đại Full width at tenth maximum Ge Germanium GEB Mở rộng năng lượng Gauss Gaussian Energy Broadenning Ge(Li) Detector germanium khuếch tán lithium Germanium(Lithium) GEANT Chương trình mô phỏng Monte Carlo GEANT GEANT A toolkit for the simulation of the passage of particles through matter HPGe Detector germanium siêu tinh khiết High Purity Germanium HQCC Hiệu quả che chắn LN2 Liquid Nitrogen MCA Máy phân tích biên độ đa kênh Multi channel analysis MCG Chương trình Monte Carlo gamma xử lý các photon năng lượng cao Monte Carlo Gamma MCN Chương trình Monte Carlo gamma xử lý bài toán vận chuyển neutron Monte Carlo Neutron MCNG Chương trình Monte Carlo ghép cặp neutron – gamma Monte Carlo Neutron Gamma MCNP Chương trình mô phỏng Monte Carlo MCNP Monte Carlo N – Particle NPPs Nhà máy điện hạt nhân ở Cofrentes, Tây Ban Nha Nuclear Power Plants at Cofrentes, Valencia, Spain P/C Tỷ số đỉnh/Compton Peak/Compton TTHN TP.HCM Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh PTN VLHN Phòng thí nghiệm Vật lý Hạt nhân DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Diễn giải Trang 1 1.1 Họ uranium (4n+2) 25 2 1.2 Họ actinium (4n+3) 26 3 1.3 Họ thorium (4n) 27 4 1.4 Một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo phổ biến. 29 5 2.1 Các kiểu tally trong MCNP5. 43 6 2.2 Các phản ứng của neutron với detector. 44 7 2.3 Tốc độ đếm tại các đỉnh năng lượng xuất hiện trong phép đo phông đối với hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM. 52 8 2.4 Hiệu suất tính toán của detector khi khảo sát các bức xạ gamma từ môi trường bên ngoài đi vào buồng chì có năng lượng từ 185,8 – 609,3 keV. 63 9 2.5 Hiệu suất tính toán của detector khi khảo sát các bức xạ gamma từ môi trường bên ngoài đi vào buồng chì có năng lượng từ 1120,3 – 1764,5 keV. 64 10 2.6 Kết quả khảo sát sự thay đổi hiệu suất tính toán của detector theo bề dày lớp Sn, Cu và bề dày lớp Sn, Cu ứng với HQCC 95% đối với các trường hợp (1-A), (1-B), (1-C), (1-D) của các vạch năng lượng tia X đặc trưng của Pb. 71 11 2.7 Kết quả khảo sát sự thay đổi hiệu suất tính toán của detector theo bề dày lớp Sn, Cu và bề dày lớp Sn, Cu ứng với HQCC 95% đối với các trường hợp (2-A), (2-B), (2-C), (2-D) của các vạch năng lượng tia X đặc trưng của Pb. 75 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Hình Diễn giải Trang 1 1.1 Cơ chế của hiện tượng quang điện. 11 2 1.2 Đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với năng lượng E. 12 3 1.3 Tán xạ Compton. 13 4 1.4 Phân bố số photon tán xạ Compton trong một đơn vị góc khối đối với góc tán xạ θ trong hệ tọa độ cực tương ứng với các năng lượng tới khác nhau. 15 5 1.5 Nền Compton ứng với năng lượng gamma tới E. 16 6 1.6 Hiệu ứng tạo cặp. 16 7 1.7 Phổ bức xạ hãm của electron có năng lượng cực đại 2,8 MeV của 28Al. 19 8 1.8 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma. 20 9 1.9 Mặt cắt ngang (a) và mặt cắt dọc (b) của sự che chắn thụ động và chủ động. 32 10 1.10 Phương pháp giảm phông bằng kỹ thuật phản trùng phùng. 33 11 1.11 Phương pháp giảm phông bằng kỹ thuật phản trùng phùng kép. 33 12 2.1 Sơ đồ phân rã của 210Pb. 45 13 2.2 Cấu trúc bên trong của detector HPGe. 49 14 2.3 Mặt cắt dọc detector HPGe GEM 15P4 (đơn vị mm). 50 15 2.4 Mặt cắt dọc buồng chì che chắn phông phóng xạ tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM (đơn vị mm). 50 16 2.5 Thứ tự các lớp vật liệu dùng để giảm phông môi trường. 57 17 2.6 Sự thay đổi hiệu suất tính toán của detector theo bề dày lớp Cu đối với trường hợp (1-A) khi khảo sát các bức xạ gamma từ môi trường bên ngoài đi vào buồng chì có năng lượng từ 1120,3 – 1764,5 keV. 67 18 2.7 Sự thay đổi hiệu suất tính toán của detector theo bề dày lớp Cu đối với trường hợp (1-A) của các vạch năng lượng tia X đặc trưng của Pb. 70 19 2.8 Sự thay đổi hiệu suất tính toán của detector theo bề dày lớp Cu đối với trường hợp (2-A) của các vạch năng lượng tia X đặc trưng của Pb. 74 MỞ ĐẦU Với sự ra đời của detector germanium siêu tinh khiết (HPGe) và silicon (Si) trong suốt thập kỉ 1960, lĩnh vực đo phổ gamma đã được cách mạng hóa và trở thành công nghệ phát triển. Trong nhiều lĩnh vực của khoa học hạt nhân ứng dụng, detector ghi bức xạ gamma được sử dụng để xác định hàm lượng của các hạt nhân phóng xạ phát gamma trong mẫu môi trường. Những detector ghi bức xạ gamma đã đóng vai trò quan trọng trong các phòng thí nghiệm phân tích phóng xạ trên khắp thế giới nhờ vào kỹ thuật phân tích không phá mẫu và khả năng phân giải cao. Việc sử dụng các detector bán dẫn siêu tinh khiết đã mang lại các kết quả chính xác hơn cho việc ghi nhận các bức xạ gamma ở các năng lượng khác nhau. Ở Việt Nam, nhiều cơ sở như Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, TTHN TP.HCM, Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường ĐHKHTN TP.HCM đã trang bị các hệ phổ kế gamma loại này trong nghiên cứu và ứng dụng phân tích mẫu môi trường hoạt độ thấp. Ngay cả khi không có nguồn phóng xạ, hệ phổ kế germanium vẫn biểu hiện một tốc độ đếm nào đó do các nguyên tố phóng xạ nguyên thuỷ phát ra xung quanh detector và do các tia vũ trụ. Có thể kể ra như hiện tượng phóng xạ xảy ra tự nhiên bắt nguồn từ ba chuỗi phóng xạ: 232Th, 238U, 235U và từ 40K. Kali tự nhiên chứa 0,0117% 40K, phát ra lượng tử gamma có năng lượng 1460,8 keV mà rất thường thấy vạch này là một trong những thành phần chính của phông. Chì thường được sử dụng làm vật liệu che chắn có thể chứa 210Pb sẽ đóng góp vào phông, trong đó đóng góp chính là bức xạ hãm từ các con cháu của nó, chẳng hạn 210Bi. Trách nhiệm của nhà sản xuất là giảm những đóng góp phóng xạ của bản thân detector và các lớp che chắn thụ động bằng cách lựa chọn cẩn thận những vật liệu sạch phóng xạ. Ngoài ra, các neutron được tạo ra bởi các tia vũ trụ gây ra các phản ứng hạt nhân khác nhau. Các phản ứng đó có thể là sự tán xạ không đàn hồi của các neutron nhanh (n, 'n ) hoặc sự hấp thụ của các neutron nhiệt (n, γ ). Do đó, trong việc đánh giá hoạt độ phóng xạ mẫu môi trường, kết quả đo phổ gamma không phải chỉ là kết quả của mẫu phân tích mà còn có sự đóng góp của phông do nhiều yếu tố chi phối. Các phóng xạ phông nền này làm cho vùng liên tục trong phổ gamma dâng cao đồng thời gây khó khăn cho việc xác định chính xác diện tích đỉnh tương ứng với vạch gamma quan tâm phát ra từ nguồn. Do đó để phép đo mẫu môi trường có hoạt độ thấp đạt hiệu quả thì việc giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma là rất cần thiết. Năm 2007 PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM đã được trang bị một hệ phổ kế gamma dùng detector germanium siêu tinh khiết HPGe GEM 15P4. Qua thực nghiệm đánh giá định lượng [29] cho thấy, hiện tại phông buồng chì của hệ phổ kế gamma tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM khá cao. Cụ thể là tốc độ đếm phông tổng trong trạng thái che chắn của buồng chì là 3,06 s-1 là tương đối cao so với giá trị cần thiết khoảng 1 s-1 [19], cao gấp 2,71 lần so với tốc độ đếm phông tổng trong cùng trạng thái của buồng chì tại TTHN TP.HCM. Vì vậy tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe GEM 15P4”. Mục tiêu của luận văn là lựa chọn và xác định bề dày của các lớp vật liệu che chắn để giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma đặt tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM xuống mức thấp nhất. Điều này sẽ cải thiện chất lượng của hệ phổ kế và nâng cao độ chính xác của phép đo hoạt độ phóng xạ trong các mẫu môi trường có hoạt độ thấp. Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ phổ kế gamma sử dụng detector HPGe GEM 15P4 loại p được sản xuất bởi EG&G Ortec (Oak Ridge, Tennessee) đặt tại PTN VLHN Trường ĐHSP TP.HCM. Phương pháp nghiên cứu của luận văn là sử dụng mô phỏng Monte Carlo bằng chương trình MCNP5 đã được xây dựng bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Hoa Kỳ để tính toán bề dày của các lớp vật liệu che chắn. Nội dung của luận văn gồm có ba chương: + Chương 1: TỔNG QUAN, trình bày tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước và liên quan đến vấn đề giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma, cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài, giới thiệu tổng quan về hệ phổ kế gamma và các phương pháp giảm phông buồng chì của hệ phổ kế gamma. + Chương 2: NGHIÊN CỨU GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP5, giới thiệu phương pháp mô phỏng Monte Carlo và chương trình MCNP5, trình bày các bước thực hiện bài toán mô phỏng, xây dựng input, tính toán bề dày của các lớp vật liệu che chắn bằng chương trình MCNP5. + Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ, tổng kết đánh giá kết quả đã đạt được của luận văn đồng thời đề xuất hướng phát triển tiếp theo của luận văn. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN VẤN ĐỀ GIẢM PHÔNG BUỒNG CHÌ CỦA HỆ PHỔ KẾ GAMMA 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Năm 1990, Hesser [38] đã cải tiến cấu hình che chắn của một hệ phổ kế trước đó bằng cách đặt thêm ống đếm chắn tia vũ trụ (cosmic ray veto counter) bên ngoài các lớp vật liệu che chắn (từ ngoài vào là 10 cm chì thông thường, 5 cm chì hoạt độ thấp, 2 cm sắt và 3 cm đồng). Ống đếm chắn tia vũ trụ gồm sáu ống đếm tỉ lệ với các điện cực dạng dây làm bằng đồng thau. Hệ phổ kế được vận hành ở độ sâu che chắn tương đương khoảng 15 m nước. Tại độ sâu này, hầu hết các muon bị loại bỏ khỏi các tia vũ trụ thứ cấp. Kết quả tiến hành đo phổ khi có và khi không có che chắn tia vũ trụ lần lượt trong suốt 22,3 ngày và 18,5 ngày cho thấy có sự giảm mạnh tại các năng lượng thấp hơn đỉnh huỷ (511 keV) là 20 lần, khoảng 0,2110 – 0,0107 cpm, trong khi tốc độ đếm tổng trong dải năng lượng 65 – 2680 keV được giảm 13,3 lần khoảng 22,0 – 1,65 cpm. Radon được khử bằng cách mẫu được bỏ ra ngoài, không khí trong buồng kín được thay thế bằng khí nitơ nhờ một xi lanh bằng thép, biện pháp này đảm bảo loại bỏ radon nhanh chóng và hoàn toàn. Trong phòng thí nghiệm hoạt độ radon vào khoảng 100 Bq/m3. Cấu hình che chắn này mang lại hệ số suy giảm bằng 12 quan sát được trong các đỉnh của con cháu 222Rn, 214Pb và 214Bi, nhưng đối với các con cháu của 220Rn, 212Pb và 208Tl thì giảm nhẹ. Để tìm hiểu thêm hiệu quả làm giảm các thành phần phông tia vũ trụ khi có che chắn tia vũ trụ, hệ phổ kế được đặt sâu dưới đất 775 m tại mỏ muối Asse II ở miền Bắc nước Đức. Kết quả cho thấy tốc độ đếm tổng trong dải năng lượng 65 – 2680 keV giảm 29 lần, khoảng 22,0 – 0,76 cpm, tức giảm thêm 2 lần so với khi hệ phổ kế được đặt ở độ sâu 15 m. Năm 1996, Laurec, Blanchard, Pointurier và Adam [46] đã trang bị thêm thiết bị che chắn tia vũ trụ cho hệ phổ kế gamma. Các tấm che chắn tia vũ trụ được chế tạo bởi Cyberstar Corporation, bao gồm bốn tấm chất dẻo nhấp nháy (plastic scintillating plates) 60 cm x 60 cm x 4 cm. Bề dày 4 cm làm mất năng lượng các hạt tích điện hơn 8 MeV. Buồng che chắn được làm bằng chì có hoạt độ rất thấp (chì cổ). Lớp bên ngoài là chì hoạt độ thấp dày 10 cm. Detector germanium phông thấp kết hợp với hệ che chắn tích cực làm bằng các tấm chất dẻo nhấp nháy được nối với mạch điện tử phản trùng phùng đã làm giảm phông từ 4 đến 5 lần trong dải năng lượng 500 keV – 2,7 MeV và từ 5 đến 10 lần trong dải năng lượng dưới 500 keV. Dưới những điều kiện này, tốc độ đếm phông nhỏ hơn 10-4 số đếm/s/keV. Năm 1996, Nunez-Lagos và Virto [51] đã đưa ra các phương pháp giảm phông cho hệ phổ kế về các mặt như giảm nhiễu điện tử, giảm phóng xạ bên trong detector, giảm radon; lựa chọn và sử dụng vật liệu che chắn; che chắn bức xạ vũ trụ và neutron. Năm 2006, Hurtado, Garcia-Leon và Garcia-Tenorio [39] đã thiết kế và lắp đặt một hệ thống giảm phông bao gồm phần che chắn thụ động gồm chì hoạt độ thấp, một hệ thống khử radon đơn giản và một phần che chắn tích cực, làm bằng chất dẻo nhấp nháy kết hợp với các kết cấu phản trùng phùng khác nhau. Phần che chắn thụ động xung quanh detector là chì hoạt độ thấp dày 10 cm, có khoảng 6,2 Bq/kg 210Pb và 5 mm đồng điện phân lót bên trong lớp chì để giảm các tia X huỳnh quang đặc trưng từ lớp chì. Thiết bị che chắn tia vũ trụ là một tấm chất dẻo nhấp nháy được đặt phía trên lớp chì. Chất dẻo nhấp nháy được nối với một ống nhân quang điện Bicron EMI 9266. Các xung đến từ tấm chất dẻo nhấp nháy che chắn tia vũ trụ và detector germanium được xử lý bởi một mạch điện tử nhằm loại bỏ sự trùng phùng tạo ra trong phông tia vũ trụ. Phông do radon và các con cháu được làm giảm nhờ việc đưa khí nitơ từ bình dewar vào buồng che chắn. Những nghiên cứu này nhằm đạt đến mục tiêu là giảm phông tia vũ trụ và giảm những giới hạn phát hiện của các phổ kế gamma đặt tại các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, có thể cạnh tranh trong các phép đo xác định tuổi 210Pb. Từ năm 1996 đến năm 2000, các phương pháp giảm phông tích cực và thụ động và kết quả của các phép đo phông, đã được nhóm Krzysztof Kozak, Jerzy W. Mietelski, Miroslawa Jasinska và Pawel Gaca nghiên cứu thực hiện [44]. Phông của hệ phổ kế được ghi nhận trong các cấu hình che chắn khác nhau được nghiên cứu cải tiến. Tên của ba hệ phổ kế gamma trong quá trình nghiên cứu giảm phông là hệ phổ kế K, hệ phổ kế S và hệ phổ kế E. Hệ phổ kế K áp dụng phương pháp giảm phông thụ động, sử dụng các lớp che chắn chì, đồng, và hơi nitơ lỏng (LN2). Hệ phổ kế S áp dụng phương pháp giảm phông thụ động, sử dụng các lớp che chắn chì, đồng điện phân, hơi LN2 và lót thêm cadmium, paraffin gắn phía trên hệ phổ