Thiết kế chế tạo đầu đo nhấp nháy sử dụng tinh thể CsI(Tl) ghép nối với mảng nhân quang silicon

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, một đầu đo nhấp nháy đã được phát triển bằng cách sử dụng tinh thể CsI(Tl) ghép nối với mảng nhân quang silicon (SiPM - Silicon photomultiplier) nhằm thay thế cho ống nhân quang điện (PMT - Photomultiplier tube), với ưu điểm là đầu đo nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng. Tinh thể nhấp nháy CsI(Tl) dạng hình hộp chữ nhật với kích thước 50x25x25 mm của Hãng Kinheng và mô đun SiPM S13361-3050AE-08 có kích thước 25x25 mm của Hãng Hamamatsu đã được lựa chọn sử dụng. Mạch tiền khuếch đại, nguồn nuôi và ổn định nhiệt độ cũng đã được tích hợp vào trong đầu đo. Một số đặc trưng của đầu đo đã được đánh giá bằng cách sử dụng nguồn phóng xạ chuẩn ¹³⁷Cs cùng với hệ thiết bị phân tích phổ gamma đa kênh của Hãng Ortec và phần mềm phân tích phổ Gamma Vision. Kết quả cho thấy, độ phân giải năng lượng đối với đỉnh ¹³⁷Cs của đầu đo này là khoảng 8,03%, gần như tương đương với độ phân giải 7,87% của đầu đo sử dụng 76x76 mm tinh thể NaI(Tl) ghép nối với PMT của Hãng Canberra. Kết quả đánh giá độ ổn định theo thời gian khi nhiệt độ môi trường hoạt động của đầu đo này không thay đổi cho thấy vị trí đỉnh phổ năng lượng và độ phân giải năng lượng đối với nguồn phóng xạ ¹³⁷Cs là hầu như không thay đổi theo thời gian hoạt động. Nghiên cứu cũng đã khảo sát độ ổn định của đầu đo theo nhiệt độ môi trường hoạt động và kết quả là biên độ xung ra thay đổi rất lớn theo nhiệt độ môi trường, biên độ xung ra = giảm khi nhiệt độ môi trường tăng lên và ngược lại. Trong điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi từ 11 đến 50^oC, vị trí đỉnh năng lượng của nguồn ¹³⁷Cs thay đổi là 1762 và 167 kênh, tương ứng trong các trường hợp không có và có sự điều chỉnh của chức năng ổn định biên độ xung ra theo nhiệt độ trong bộ nguồn nuôi SiPM. Khi đã có chức năng ổn định biên độ xung ra nhưng sự thay đổi vị trí đỉnh phổ năng lượng theo nhiệt độ môi trường hoạt động vẫn còn khoảng 4,3 kênh/^oC, do đó cần tiếp tục nghiên cứu hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hoạt động của đầu đo này, nhằm cung cấp khả năng ứng dụng rộng rãi đầu đo nhấp nháy sử dụng SiPM thay thế cho PMT truyền thống trong tương lai.