Phân tách thành phần bức xạ vũ trụ cho Detector nhấp nháy kích thước lớn sử dụng thiết bị số hóa DRS-4 (2GSPS)

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH 
TẠP CHÍ KHOA HỌC 
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION
JOURNAL OF SCIENCE
ISSN: 
1859-3100 
KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ 
Tập 14, Số 12 (2017): 29-38 
NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY
Vol. 14, No. 12 (2017): 29-38
 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website:  
29 
PHÂN TÁCH THÀNH PHẦN BỨC XẠ VŨ TRỤ 
 CHO DETECTOR NHẤP NHÁY KÍCH THƯỚC LỚN 
 SỬ DỤNG THIẾT BỊ SỐ HÓA DRS-4 (2GSPS) 
Ngô Vũ Thiên Quang1, Võ Hồng Hải2, 
Nguyễn Quốc Hùng2, Phạm Nguyễn Thành Vinh1* 
1Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 
2Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TPHCM 
Ngày nhận bài: 30-10-2017; ngày nhận bài sửa: 16-11-2017; ngày duyệt đăng: 20-12-2017 
TÓM TẮT 
Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện phân tách thành phần bức xạ vũ trụ trong thí nghiệm 
trùng phùng hai detector nhấp nháy plastic kích thước lớn (40cm x 80cm x 3cm dày). Kĩ thuật phân 
tách thành phần bức xạ vũ trụ từ phông nền dựa vào phân tích dạng xung tín hiệu được ghi nhận 
(đã được số hóa) từ hai detector. Thiết bị điện tử số hóa DRS-4 với thời gian số hóa 2GSPS (tương 
ứng độ phân giải thời gian 0,5ns) được sử dụng trong việc số hóa xung tín hiệu từ các detector. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi phân tách thành phần bức xạ vũ trụ tương tác với với bảng nhấp 
nháy (40cm x 80cm). Trước hết, chúng tôi phân tích các bức xạ tương tác trong bảng nhấp nháy và 
trong bảng dẫn sáng dựa vào đánh giá độ rộng xung 10%, 20% và 50%. Kế đến, phân tích mối 
tương quan năng lượng giữa hai detector để phân tách thành phần bức xạ vũ trụ từ phông nền. 
Từ khóa: bức xạ vũ trụ, detector nhấp nháy plastic, bộ số hóa DRS-4. 
ABSTRACT 
Cosmic-rays/background discrimination by using 2GSPS digitizer 
for a coincident two large-size plastic scintillation detectors 
In this article, we carried out to study the discrimination of cosmic-rays component from the 
radiation background for a coincident experiment of the two large-size plastic scintillation 
detectors with 40cm x 80cm x 3cm of each. The technique we used based on the analysis the pulse 
shape of the digitized pulse signals recorded for two detectors. DRS-4 digitizer with sampling rate 
of 2GSPS (i.e. 0.5nsec time resolution) is employed for digitizing the pulse signals. In this work, we 
studied the discrimination of the interactive cosmic-ray component in the scintillation plate of 
40cm x 80cm. To do that, firstly, the pulse width of 10%, 20% and 50% is analyzed to discriminate 
the interactive radiation in the scintillation plate from the guide-light plate. Secondly, energy 
correlation between two detectors is analyzed to discriminate the cosmic-ray component from the 
radiation background. 
Keywords: cosmic rays, plastic scintillation detector, DRS-4 digitizer. 
1. Giới thiệu 
Bức xạ vũ trụ được phát hiện vào năm 1912 bởi nhà Vật lí người Úc Victor Hess. Từ đó 
đến nay đã có rất nhiều thí nghiệm trên thế giới nghiên cứu các đặc tính, tính chất vật lí của 
bức xạ vũ trụ cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ tác động lên Trái Đất và con 
người. Bức xạ vũ trụ đến Trái Đất từ không gian bên ngoài còn được gọi là bức xạ vũ trụ sơ 
cấp. Đối với hạt tới là các hạt mang điện thì có đến khoảng 90% proton, 9% alpha và các hạt 
* Email: vinhpham@hcmup.edu.vn 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 14, Số 12 (2017): 29-38 
30 
nhân nặng khác chiếm 1%, và có năng lượng rất lớn từ 109eV đến 1020eV [2]. Bức xạ vũ trụ 
sơ cấp khi đi vào bầu khí quyển của Trái Đất sẽ tương tác với các nguyên tử chủ yếu là oxy và 
nitơ tạo thành “mưa rào” các bức xạ thứ cấp. Tại vị trí mặt đất, các bức xạ thứ cấp bao gồm 
bức xạ muon, pion, electron, gamma, neutron, v.v. [2]. Ở đó muon chiếm tỉ lệ cao với khoảng 
60% thành phần và có năng lượng trung bình khoảng 400MeV [3]. 
Để thực hiện ghi nhận bức xạ vũ trụ tại vị trí mặt đất, một số thí nghiệm [1,4-7] sử 
dụng các detector nhấp nháy plastic dạng nhấp nháy hữu cơ, vì detector nhấp nháy có đáp 
ứng thời gian nhanh và dễ dàng tạo kích thước có diện tích lớn. Detector nhấp nháy plastic 
thường được thiết kế như Hình 1, bao gồm các bộ phận như bảng nhấp nháy, bảng dẫn 
sáng và ống nhân quang điện. Ở đó bảng nhấp nháy là vùng chủ định ghi nhận bức xạ, 
bảng dẫn sáng được dùng để “phối hợp kích thước” giữa bảng nhấp nháy và ống nhân 
quang điện. Khi bức xạ tương tác với bảng nhấp nháy, các photon nhấp nháy được sinh ra 
và được ghi nhận bởi ống nhân quang điện. Xung tín hiệu điện tử lối ra từ ống nhân quang 
điện thể hiện năng lượng của bức xạ để lại trong detector. Để ghi nhận bức xạ vũ trụ, kĩ 
thuật thường sử dụng là kĩ thuật trùng phùng giữa các detector nhấp nháy với nhau. Thành 
phần bức xạ vũ trụ được xác định thông qua vùng năng lượng ghi nhận trên các detector và 
tín hiệu trùng phùng. 
Hình 1. Thiết kế cơ bản của detector nhấp nháy plastic ghi nhận bức xạ 
Ngày nay, việc nghiên cứu ghi đo bức xạ vũ trụ vẫn được quan tâm không những xác 
định về tính chất vật lí mà còn nâng ca