(Luận văn thạc sĩ) chế tạo hệ thống đầu dò điều khiển từ xa cho các thí nghiệm về phóng xạ ở phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SỰ PHẠM TPHCM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư Phạm Vật Lý Đề tài: CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐẦU DỊ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CHO CÁC THÍ NGHIỆM VỀ PHĨNG XẠ Ở PHỔ THƠNG Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Anh Đức Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc B Khóa: 42 TP.HCM, tháng 07 năm 2020 Luan van MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài .1 Cách tiếp cận .1 Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lý thuyết phóng xạ 1.1.1 Các hạt alpha (α) 1.1.2 Các hạt Beta (β), positron, neutrino 1.1.3 Tia gamma tia Roentgen 1.1.4 Proton neutron (nuclon) 1.1.5 Mezon 1.1.6 Tương tác xạ với vật chất 1.1.7 Lý thuyết ống đếm phóng điện qua khí 16 1.2 Giới thiệu máy Ludlum Model 2200 đầu dò nhấp nháy Model 44-10 48 1.2.1 Máy Ludlum Model 2200 49 1.2.2 Đầu dò nhấp nháy model 44-10 51 1.3 Đầu dò Geiger-Muller SBT11A 52 1.3.1 Lịch sử phát triển 52 1.3.2 Cấu tạo đầu dò 53 1.3.3 Ưu điểm loại ống đếm 53 1.3.4 Nhược điểm 53 1.4 Nguồn phóng xạ sử dụng thí nghiệm 54 1.5 Lý thuyết mạch vi xử lý Arduino 55 1.5.1 Giới thiệu 55 1.5.2 Các phần mạch 56 1.5.3 Chức (vai trò) mạch Arduino hệ thống máy đếm 57 1.5.4 Ngơn ngữ lập trình 57 Luan van 1.6 Kết luận chương 57 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 58 2.1 Phần cứng 58 2.1.1 Đầu dò Geiger-Muller SBT 11A 58 2.1.2 Mạch tăng áp 12V-400V-DC 59 2.1.3 Mạch hiển thị LCD – LCD2004 60 2.1.4 Mạch chuyển tiếp cho LCD2004 sang I2C 62 2.1.5 Động bước 63 2.1.6 Mạch điều khiển động bước 64 2.1.7 Vi xử lý Arduino Uno 65 2.1.8 Sơ đồ mạch điện hệ thống 66 2.2 Phần mềm 67 2.3 Kết luận chương 67 CHƯƠNG III: TIẾN HÀNH ĐO ĐẠC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 68 3.1 Đo thay đổi cường độ phóng xạ vào khoảng cách 68 3.1.1 Đo máy LUDLUM MODEL 2200 68 3.1.2 Đo hệ thống 70 3.1 Đo khả đâm xuyên tia phóng xạ qua vật liệu 72 3.2.1 Các bước tiến hành 72 3.2.2 Kết quả: Đo với nguồn phóng xạ Cs137 72 3.3 Ưu điểm 75 3.4 Nhược điểm 75 3.5 Hướng phát triển sau 75 3.6 Kết luận chương 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 I Tiếng Việt 77 II Tiếng Anh 77 III Internet 77 Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Các mức lượng kích thích hạt nhân Ni Hình 2: Quãng chạy hạt alpha khơng khí phụ thuộc vào lượng Hình 3: Sự phụ thuộc số cặp bị ion hóa với quãng chạy ……………………… Hình 4: Đặc trưng hấp thụ tia Beta ……………………………………………… Hình 5: Quy luật giảm cường độ xạ γ theo hàm mũ…………………………….10 Hình 6: Quá trình tương tác tia γ với nguyên tử 11 Hình 7: Quá trình xảy hiệu ứng quang điện………………………………… 13 Hình 8: Phổ lượng electron giật lùi……………………………… ….13 Hình 9: Sự phụ thuộc tiết điện tích phân hiệu ứng quang điện vào hν…………………… .14 Hình 10: Quá trình tạo cặp……………………………………………………………15 Hình 11: Tiết điện tương tác xạ Gamma Si Ge…………………….15 Hình 12: Ba hiệu ứng phụ thuộc vào điện tích Z chất hấp thụ………………………… 16 Hình 13: Sơ đồ mạch khuếch đại xung……………………………………………….19 Hình 14: Sự phụ thuộc biên độ xung vào thời gian t…………………………… 22 Hình 15: Sự phụ thuộc biên độ xung vào tăng thời gian………………………… 23 Hình 16: Sự phụ thuộc tốc độ đếm vào điện áp V……………………………………24 Hình 17: Thí nghiệm hạt cườm ………………………………………………………39 Hình 18: Trường hợp đếm khơng đếm ống đếm………………….33 Hình 19: Biên độ xung……………………………………………………………… 33 Hình 20: Hình ảnh đo xung dao động kí…………………………………………35 Hình 21: Sự phụ thuộc hiêu suất ghi xạ γ vào lượng chúng………… 44 Hình 22: Sự khác biệt loại trừ phơng nền……………………………………… 46 Hình 23: Đồ thị tương quan lnN khoảng cách d…………………………… 48 Hình 24: Sơ đồ mạch đo tuyệt đối……………………………………………………49 Hình 25: Cấu tạo mạch điện ống đếm Geiger-muller……………………………50 Hình 26: Bộ nguồn chuẩn RSS-8 ……………………………………………………51 Hình 27: Các tính chất Cs-137 ………………………………………………….51 Hình 28: Mạch arduino …………………………………………………………… 53 Hình 29: Các phần mạch……………………………………………… 53 Hình 30: SBT11A ………………………………………………………………… 56 Luan van Hình 31: Bản vẽ kĩ thuật SBT11A………………………………………………… 56 Hình 32: Sơ đồ mạch điện SBT11A …………………………………………………57 Hình 33: Mạch tăng áp ………………………………………………………………57 HÌnh 34: Sơ đồ mạch điện mạch tăng áp…………………………………………….58 Hình 35: Màn hình LCD …………………………………………………………….58 Hình 36: Bản vẽ kĩ thuật LCD……………………………………………………….59 Hình 37: Mạch chuyển tín hiệu………………………………………………………60 Hình 38: Sơ đồ mạch điện mạch chuyển tín hiệu……………………………………60 Hình 39: Động bước………………………………………………………………61 Hình 40: Bản vẽ kĩ thuật động bước…………………………………………… 61 Hình 41: Mạch điều khiển động bước TB6560 ………………………………….62 Hình 42: Sơ đồ mạch điện TB6560 …………………………………………………62 Hình 43: Arduino Uno ………………………………………………………………63 Hình 44: Sơ đồ mạch điện Arduino Uno ……………………………………………63 Hình 45: Mã code chạy hệ thống phần 1…………………………………………… 65 Hình 46: Mã code chạy hệ thống phần ……………………………………………65 Hình 47: Nguồn chuẩn 60Co hộp chì chứa nguồn ……………………………… 66 Hình 48: Đồ thị hàm số nội suy từ số liệu bảng ………………………………… 67 Hình 49: Đồ thị hàm số nội suy từ bảng ………………………………………….69 Hình 50: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xun qua chì ……………………… 71 Hình 51: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xun qua nhơm …………………… 71 Hình 52: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xuyên qua nhựa …………………… 72 Luan van DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Kết số liệu đo máy LUDLUM MODEL 2200 .67 Bảng 2: Kết số liệu đo hệ thống …………………………….69 Bảng 3: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua chì ………………………………………70 Bảng 4: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua nhôm……………………………………71 Bảng 5: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua nhựa…………………………………… 72 Luan van LỜI CẢM ƠN ngày đầu thực luận văn đến hoàn thành luận văn, q trình cố gắng học tập làm việc nghiêm túc, sửa chữa thiếu sót trưởng thành lên ngày thân em Tuy nhiên, khơng thể có sản phẩm hồn chỉnh ngày hơm thiếu giúp đỡ, hỗ trợ, động viên tận tình q thầy cơ, bạn bè gia đình Vì vậy, xin cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: T - Thầy Th.S Lê Anh Đức, giảng viên trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt em thực luận văn Với kinh nghiệm, nhiệt huyết lịng u nghề thầy truyền đạt tận tình cho em kiến thức chuyên môn Thầy bảo cho em lúc khó khăn Những góp ý thầy thực quý báu giúp ích nhiều để em hồn thành luận văn tốt nghiệp - Q thầy, giảng viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, nhiệt huyết với nghề cho em bạn sinh viên khác suốt trình học tập trường Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, anh chị, ba mẹ truyền cảm hứng cho em để vượt qua lúc khó khăn TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020 Sinh viên Nguyễn Quốc B Luan van MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong sách giáo khoa Vật lý 12 khơng có thí nghiệm đo lường phát phóng xạ, để học sinh có nhìn trực quan phóng xạ Bằng thiết bị đơn giản, thực thiết kế thí nghiệm để phát tia phóng xạ, từ kiểm tra đặt trưng tia phóng xạ như: xạ nền, chu kì bán rã, phụ thuộc cường độ phóng xạ vào khoảng cách, Việc làm nhằm khai thác có hiệu khả vận dụng kiến thức học vào thực tế nâng cao hứng thú học tập học sinh Mục đích đề tài Chế tạo máy đếm tia phóng xạ đầu dị Geiger-Muller điều khiển tự động nhằm cho học sinh thực thí nghiệm phóng xạ Cách tiếp cận Tìm hiểu đầu giị Geiger-Muller Tìm hiểu vi xử lý Arduino Tìm hiểu lập sơ đồ cấu tạo hệ thống Chế tạo sản phẩm tiến hành thí nghiệm lấy kết Tiến hành thí nghiệm với so sánh kết quả, từ suy độ tin cậy, độ xác Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Đọc tài liệu có liên quan đến đầu giị Geiger-Muller vi xử lí Arduino Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: - Chế tạo sản phẩm - Tiến hành đo lường, rút kết đánh giá tính xác, khả ứng dụng thực tiễn hệ thống Cấu trúc khóa luận Chương I: Cơ sở lý thuyết Chương II: Thiết kế hệ thống Chương III: Tiến hành đo đạc, xử lý số liệu kết luận Luan van Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lý thuyết phóng xạ [1] Các phương pháp ghi nhận hạt nhân tia vũ trụ sử dụng ngày đa dạng vạn Đối với toán cần phải chọn phương pháp thích hợp Muốn nhà thực nghiệm phải có hiểu biết tính chất vật lý đối tượng cần ghi nhận, nguồn gốc xạ hạt nhân tính chất chung chúng Phần trình bày vấn đề nói 1.1.1 Các hạt alpha (α) Các hạt α hạt hạt nhân nguyên tử Heli (4He) chất phóng xạ phát Trong hạt nhân nặng phóng xạ tự nhiên, có nhiều hạt nhân, U, Th, Ra, v.v…, có tính chất phóng xạ α Các hạt α phát từ số chất phóng xạ nhân tạo Những chất nằm cuối bảng tuần hoàn nguyên tố (Gd, Tb, Pu, Am, v.v…) Năng lượng hạt α phát hạt nhân phóng xạ khác năm vùng từ đến MeV Các vị phóng xạ khác phát nhóm hạt α đơn Năng lượng nhóm hạt α cho phụ thuộc vào trạng thái lượng hạt nhân phát xạ hạt nhân sản phẩm phân rã Theo đó, hạt α đơi cịn gọi hạt có quãng chạy ngắn quãng chạy dài so với hạt tạo thành chuyển từ trạng thái hạt nhân mẹ vể trạng thái hạt nhân Chẳng hạn, hạt α xuất kết phân rã α từ trạng thái kích thích hạt nhân mẹ trạng thái hạt nhân có lượng lớn Các hạt α gọi hạt α quãng chạy dài Các hạt α quãng chạy ngắn gọi hạt xuất chuyển dời từ trạng thái hạt nhân mẹ trạng thái kích thích hạt nhân 1.1.2 Các hạt Beta (β), positron, neutrino Các electron phát phân rã hạt nhân phóng xạ gọi hạt β- Khác với phổ lượng gián đoạn hạt α, phổ lượng hạt βlà phổ liên tục Năng lượng chúng thay đổi từ đến giá trị giới hạn Egh đặc trưng cho đồng vị phóng xạ Thí dụ, lượng cực đại phổ β- 32P 1,7 MeV, 14C 0,155 MeV Năng lượng giới hạn nhỏ biết ngày lượng hạt β- triti phát (3H, Egh=18 keV) Các positron chất phóng xạ phát gọi hạt beta cộng β+ ; phổ β+ liên tục, thay đổi từ đến giá trị cực đại đó, đặc trưng cho đồng vị Thơng thường hạt β+ đồng vị có khơng đủ neutron so với vị Luan van bền nguyên tố phát Người ta biết nhiểu đồng vị có khả phát positron lẫn electron Một đồng vị 64Cu Trong phân rã đồng vị này, electron positron phát với cường độ gần Electron positron có khối lượng có điện tích đơn vị (của electron điện tích âm, positron điện tích dương) Khối lượng tĩnh hạt này, biểu diễn đơn vị lượng (moc2), có giá trị 511keV Dạng liên tục phổ β- β+ giải thích là, phân rã beta hạt nhân phóng xạ khơng phải có mà hai hạt phát Hạt thứ hai neutrino phân rã β+và phản neutrino phân rã β- Năng lượng phân rã, vậy, phân bố ba hạt: hạt β, neutron (hoặc phản neutron hạt nhân hạt thu lượng giật lùi nhỏ Neutrino hạt khơng có điện tích Giới hạn đo thực nghiệm giá trị khối lượng me, me khối lượng electron 2000 Neutrino Pauli đưa để giải thích phổ lượng liên tục hạt beta, Fermi sử dụng để xây dựng lý thuyết phân rã beta Theo lý thuyết này, khối lượng neutrino phải khơng Có thể thu electron nhanh máy gia tốc: betatrôn cho electron lượng hàng chục MeV; xincrôưôn cho electron lượng hàng trăm hàng nghìn MeV máy gia tốc thẳng Các cặp electron positron tạo thành tương tác tia gamma lượng cao (hơn 1,022MeV) với vật chất Electron positron ln ln có mặt thành phần mềm tia vũ trụ 1.1.3 Tia gamma tia Roentgen Mỗi động tác phân rã phóng xạ phát hạt tích điện dẫn tới hình thành hạt nhân sản phẩm phân rã Thường hạt nhân hình thành trạng thái kích thích.Thời gian tồn hạt nhân trạng thái kích thích khác Nó có giá trị đo đơn vị ngày, giờ, phút phần nhỏ giây Trong nhiều trường hợp, hạt nhân sản phẩm phân rã bị kích thích chuyển trạng thái cách tức thời sau động tác phân rã (sau 10-13-10-8s) kèm theo giải phóng lượng dư Chuyển dời từ trạng thái kích thích thường xảy theo kiểu nhảy bậc qua trạng thái kích thích trung gian với lượng nhỏ Hình mơ tả sơ đồ mức (tức trạng thái) hạt nhân 60Ni bị kích thích tạo thành kết phân rã hạt nhân 60 Co Luan van 2.1.6 Mạch điều khiển động bước [11] 2.1.6.1 Hình ảnh: Hình 41: Mạch điều khiển động bước TB6560 2.1.6.2 Sơ đồ mạch điện Hình 42: Sơ đồ mạch điện TB6560 2.1.6.3 Thông số kĩ thuật  Điện áp hoạt động: 10-35VDC  Dòng tải tối đa: 3A, peak 3.5A  Có cơng tắc để Setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16 Luan van 64 2.1.7 Vi xử lý Arduino Uno [12] 2.1.7.1 Hình ảnh Hình 43: Arduino Uno 2.1.7.2 Bản vẽ kĩ thuật Hình 44: Sơ đồ mạch điện Arduino Uno 2.1.7.3 Thông số kĩ thuật  Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB nguồn ngồi cắm từ giắc trịn DC  Số chân Digital I/O: 14 (trong chân có khả xuất xung PWM) Luan van 65  Số chân PWM Digital I/O:  Số chân Analog Input:  Dòng điện DC Current chân I/O: 20 mA  Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA  Kích thước: 68.6 x 53.4 mm 2.1.8 Sơ đồ mạch điện hệ thống 2.1.8.1 Các phận mạch điện: 1- Mạch tăng áp 12V-400V-DC 2- Đầu dò Geiger-Muller SBT11A 3- Mạch chuyển tiếp cho LCD2004 sang I2C 4- Màn hình LCD2004 5- Nguồn 12V-DC 6- Mạch arduino Uno R3 SMD 7- Động bước 8- Mạch điều khiển động bước TB6560 2.1.8.2 Kết nối mạch điện - Nối chân GND (cực âm) nguồn 12V-DC với chân GND mạch Arduino Nối chân 12V (cực dương) nguồn 12V-DC với chân VIN mạch Arduino Nối chân GND mạch tăng áp với chân GND nguồn 12V-DC Nối chân 12V mạch tăng áp với chân 12V nguồn 12V-DC Nối chân -400V mạch tăng áp với cực âm đầu dò SBT11A Nối chân +400V mạch tăng áp với cực dương đầu dò SBT11A Nối cực âm đầu dò SBT11A với chân mạch Arduino Nối chân SLC SDA mạch chuyển tiếp với chấn SLC SDA mạch Arduino Nối chân GND chân VCC mạch chuyển tiếp với chân GND chân A4 mạch Arduino Nối từ 16 chân kết nối LCD2004 với 16 chân kết nối mạch chuyển tiếp LCD sang I2C Nối chân GND chân 24V mạch TB6560 với chấn GND 12V nguồn điện Nối chân A+, A-, B+, B- động bước với chân A+, A-, B+, B- mạch TB6560 Nối chân 2,3,5,4,8 mạch Arduino với chân CW+, CLK-, CLK+,EN-,EN+ mạch TB6560 Luan van 66 2.2 Phần mềm Hình 45: Mã code chạy hệ thống phần Hình 46: Mã code chạy hế thống phần  Code chạy mạch Arduino điều khiển động cảm biến khoảng cách: https://drive.google.com/file/d/19A7SelstG2j6rTGU9xQGp0o9OlzcI_hV/view? usp=sharing 2.3 Kết luận chương Với thiết bị đưa trên, cách kết nối thiết bị cách lập trình cho hệ thống, thiết kệ hệ thống đầu dị Geiger-Muller đo phóng xạ Luan van 67 Chương III: TIẾN HÀNH ĐO ĐẠC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU Trong chương tiến hành đo đạt để kiểm tra độ xác hệ thống đo phóng xạ đầu dị Geiger-Muller Chúng tơi so sánh kết đo đạt máy LUDLUM MODEL 2200 có độ xác độ tin cậy cao ứng dụng nhiều nghiên cứu chuyên sâu với hệ thống chúng tơi để từ suy phần độ xác chúng Chúng tơi sử dụng hệ thống để tiến hành thí nghiệm tính đâm xun tia phóng xạ qua vật liệu để tìm loại vật che chắn phóng xạ tốt 3.1 Đo thay đổi cường độ phóng xạ vào khoảng cách 3.1.1 Đo máy LUDLUM MODEL 2200 3.1.1.1 Các bước tiến hành Bước 1: Đặt cửa sổ ON-OFF OFF (công tắc nguồn) Bước 2: Cài đặt thời gian 30s (Nút công tắc “X.1” Thời gian đo (MINUTES) “001”) Bước 3: kiểm tra cao HV, đặt 0.0 Bước 4: bật công tắc nguồn, đặt LINE Bước 5: Lên cao 4.0 HV (tương đương 920V) Bước 6: Đặt ngưỡng (Threshold) 1.0 Bước 7: Cửa sổ (Window) đóng, đặt OFF Bước 8: Đo phông (5 lần) Bước 9: Đo với nguồn 137Cs (3 lần) Hình 47: Nguồn chuẩn 60Co hộp chì chứa nguồn - Đặt nguồn 60Co hộp chì đựng nguồn - Đặt nguồn trước detector di chuyển theo khoảng cách Bước 10: Tăng khoảng cách nguồn đầu giị lên 2cm, sau quay lại bước Luan van 68 Bước 11: Thu thập số liệu ghi vào bảng, tăng khoảng cách từ 2cm lên đến 20cm dừng 3.1.1.2 Kết  Bảng 1:kết Bảng 1: Kết số liệu đo máy LUDLUM MODEL 2200  Nội suy hàm số: Hình 48: Đồ thị hàm số nội suy từ số liệu bảng  Từ đồ thị ta thấy khoảng cách xa cường độ tia phóng xạ đến đơn vị điện tích (ở bề mặt đầu dò) giảm dần Sử dụng nội Luan van 69 suy hàm số MicroSoft Excel ta suy hàm tương quan khoảng cách cường độ xạ sau: y = 519404x-1.318 Trong đó: y số xung đếm x khoảng cách từ nguồn điến đầu dò  Theo lý thuyết: nguồn phóng xạ nguồn điểm bề mặt đầu dị phải có điện tích nhỏ số xung đến đầu dị đơn vị thời gian giảm theo tỷ lệ bình phương khoảng cách: y = 𝛂.x-2 Ở phương trình nội suy ta thấy số mũ x không -2 số nguyên nhân sau đây: + Nguồn phóng xạ chúng tơi có kích thước lớn, bán kính khoảng 3-5mm + Bề mặt đầu dị Na-I có điện tích lớn, với bán kình bề mặt khoảng 50mm + Đồng thời, tia phóng xạ phản xạ bề mặt máng nhôm làm nhiễu tín hiệu đầu dị  Tuy kết khơng giống với lý thuyết nhìn vào đồ thị ta thấy phần giảm cường độ xạ phóng xạ theo khoảng cách dạng hàm mũ 3.1.2 Đo hệ thống 3.1.2.1 Các bước tiến hành Bước 1: - Có định đầu dị SBT11A vị trí định (khơng thay đổi suốt q trình thí nghiệm), đặt mặt mica đầu dò nằm ngang so với mặt đất - Đặt thời gian đếm ngược 120 giây Bước 2: - Đo xạ mơi trường xung quanh (khơng để nguồn phóng xạ gần) Bấm nút đếm ngược, ghi kết thu vào bảng Đo lấy số liệu lần Bước 3: - Đặt nguồn phóng xạ cách mặt mica đầu dị SBT11A khoảng cm, có định nguồn Bấm nút đếm ngược ghi số liệu thu Đo lấy số liệu đến lần - Sau tăng khoảng cách lên thêm 2cm Tiến hành cũ lấy số liệu 3, đến lần Luan van 70 - Mỗi lần tăng lên thêm 2cm lấy số liêu, khoảng cách từ nguồn đến đầu khoảng 20 30cm kết thúc Bước 4: - Lấy trung bình lần đo - Nội suy hàm số mũ đồ thị Excel 3.1.2.2 Kết số liệu  Bảng 2: kết số liệu Bảng 2: Kết số liệu đo hệ thống chúng tơi  Nội suy hàm số: Hình 49: Đồ thị hàm số nội suy từ bảng  Đồ thị cho thấy nối điểm lại, chúng tạo nên đường cong mượt Khi khoảng cách tăng cường độ phóng xạ giảm dần, nội suy hàm số ta hàm sau: Luan van 71 y = 72928x-1.471  So sánh hai kết cho ta thấy đồ thị từ kết thiết bị gần giống Chúng bị suy giảm theo hàm mũ, số đếm tỷ lệ gần với bình phương khoảng cách Do cho thấy thiết bị chúng tơi có độ xác cao 3.1 Đo khả đâm xuyên tia phóng xạ qua vật liệu 3.2.1 Các bước tiến hành - Thay đổi khung đỡ nguồn, gắn vật liệu cần nghiên cứu tính đâm xuyên đặt lên khung - Đọc bề dày vật liệu thước đặt khung - Giữ khoảng cách không đổi cài đặt thời gian đo bảng điều khiển - Đọc kết cuối website - Thay đổi bề dày thay đổi vật liệu thực đo lại - Ghi nhận kết so sánh đưa kết luận 3.2.2 Kết quả: Đo với nguồn phóng xạ Cs137 3.2.2.1 Đo với vật liệu chì (Pb-207)  Số liệu thu được: Bảng 3: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua chì  Nội suy hàm số: Luan van 72 Hình 50: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xun qua chì 3.2.2.2 Đo với vật liệu nhôm (Al-27)  Số liệu thu được: Bảng 4: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua Nhôm  Nội suy hàm số: Hình 51: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xun qua nhơm 3.2.2.3 Đo với vật liệu nhựa  Số liệu thu được: Luan van 73 Bảng 5: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua nhựa  Nội suy hàm số: Hình 52: Đồ thị hàm số nội suy tính đâm xuyên qua nhựa Từ bảng kết cho ta thấy:  Tuy kết chưa thật xác, bề dày lớn tia phóng xạ xun qua giảm dần, bề dày định số đếm ghi nhận với xạ  Kết khơng hồn tồn theo hàm mũ số nguyên nhân sau đây: - Khi đo trường hợp lớp chì cịn mỏng (khoang 1,2mm) tia beta đâm xun qua được, nên lúc máy đếm ghi nhận xung này, cịn lớp dày tia beta không xuyên qua máy đếm đếm tia gamma, làm sai lệch kết lớn - Đồng thời trình bày phần xạ gamma nguồn phát lượng không ổn định, nghiên tính đâm xun muốn xác ta phải vẽ độ thị cho khoảng lương tia γ khác Ở ta vẽ tổng hợp lại đồ thị nên kết không xác cao Luan van 74 - Khi qua lớp chắn cường độ lượng chùm xạ γ giảm đáng kể, nên tỷ lệ giữ cường độ xạ nguồn 137Cs phát tới đầu dị Geiger-Muller khơng lớn nhiều so với xạ Do với thiết bị có độ nhạy khơng cao khơng cho thấy khác biệt rõ loại xạ này, cho kết khơng xác mong muốn  Chì vật liệu có khả ngăn chặn tia phóng xạ xuyên qua nhiều nhất, sau đến nhơm cuối vật liệu nhựa Đối với chì cần 8mm chì ngăn chặn tia phóng xạ từ nguồn Cs137, nhơm 20mm, cịn nhựa lớn 24mm Do chì có mật độ hạt lớn, lớn nhiều so với nhôm nhựa, nên xạ qua chì dễ lượng nhanh hơn, có xác suất tán xạ lớn khơng thể xun sâu Tương tự với nhơm, có mật độ lớn nhiều so với nhựa, nên có khả chặn xạ tốt  Tuy nhiên, hệ số suy giảm tuyến tính khơng thể tính xác theo lý thuyết với thiết bị chúng tơi có độ nhạy khơng q tốt máy LUDLUM MODEL 2200, số thiết bị đo lường phóng xạ tiên tiến khác 3.3 Ưu điểm - Thiết bị có cấu tạo đơn giản, giúp ta dễ dàng ráp sữa chữa - Chi phí sản suất thấp, dễ dàng nhân rộng đại trà để em học sinh sử dụng học tập - Thao tác thí nghiệm đơn giản, dễ dàng vận hành - Có thể tùy chỉnh thời gian đếm cho mục đích nghiệm khác 3.4 Nhược điểm - Độ xác hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào đầu dò Ở đầu giị chúng tơi sử dụng loại SBT11A, có độ xác chưa phải cao - Khi thay đổi nguồn phóng xạ khác thay đổi bề dày vật phải thao tác trực tiếp hệ thống chưa thể điều khiển từ xa Để khắc phục thật khó, chúng tơi có gắng để cải thiện hệ thống phiên sau 3.5 Hướng phát triển sau - Chúng phát triển hệ thống lên tầm cao điều khiển hệ thống từ nơi xa, nhằm tránh xa nguồn phóng xạ có cường độ cao gây nguy hiểm đến người Với hệ thống cải tiến này, điều khiển khoảng cách từ nguồn đến đầu dò, điều khiển thời gian đếm, sử dụng cánh tay robot để thay đổi nguồn phóng xạ, thay đổi bề dạy vật Luan van 75 liệu, mà không cần tới bàn tay người, nhằm đảm bảo an tồn tuyệt đối cho người thí nghiệm 3.6 Kết luận chương Thiết bị chúng tơi có giá thành rẻ, có độ bền cao, an tồn điện, nên khơng gây nguy hiểm cho học sinh làm nghiệm Đồng thời cách vận hành đơn giản, giúp học sinh thao tác dễ dàng nghiệm Giờ với thiết bị này, em tiến hành số thí nghiệm như: phát tia phóng xạ, đo phơng tia vũ trụ, để hiểu có nhìn trực quan tượng phóng xạ Đối với thí nghiệm đo sư suy giảm cường độ xạ vào khoảng cách, tính đâm xuyên qua vật liệu,… học sinh phải có giám sát giáo viên, thí nghiệm với chất phóng xạ phần nguy hiểm thí nghiệm phổ thơng thơng thường Tuy nhiên, cho em thí nghiệm với cá nguồn phóng xạ tự nhiên, có cường độ xạ thấp khơng gây nguy hiểm cho học sinh  Qua thí nghiệm đó, giúp em u thích phóng xạ, qua cơng thức tính tốn khơ khang, giúp em có hứng thú nhiều học tập phần giúp xây dựng đam mê cho em khoa học Mong ngày thiết bị sản xuất đại trà sử dụng chương trình giáo dục Luan van 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt [1] Nguyễn Triệu Tú (2006), Ghi nhận đo lường xạ, NXB ĐHQG Hà Nội II Tiếng Anh [4]: Glenn Frederick Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, University of Michigan [5]: D.Delacroix; J.P.Guerre; P.Leblanc and C.Hickman(2002) Radionuclide and Radiation Protection Handbook Nuclear Technology Publishing III Internet [2]: Ludlem measurement (2020) Model 2000 General Purpose Scaler: xem 16/05/2020 [3]: Marc A Shampo, Robert A Kyle and David P Steensma (2011) Hans GeigerGerman Physicist and the Geiger Counter: , xem 15/05/2020 [6]:Nguyễn Việt (2015) Cơ Arduino xem 16/05/2020 [7]: Soviet Radio Componets (2011) xem 16/05/2020 [8]: Shenzhen eont electronics (2007) Datasheet LCD2004, , xem 16/05/2020 [9]: NXP Semiconductors (2013) Datasheet CF8574-PCF8574A , xem 17/05/2020 [10]: Sandy Cao (2015) Nema23 stepper motors and drivers , xem 17/05/2020 [11]: Datasheet-TB6560 3Axis Stepper Motor Driver (2013) , xem 19/05/2020 [12]:Vũ Quang Huy (2014) Thông Số Kĩ Thuật Arduino Uno R3 - Các Biến Thể Và Lưu Ý , xem 19/05/2020 Luan van 77 Xác nhận Giáo viên hướng dẫn Xác nhận Giáo viên phản biện TS Nguyễn Thanh Nga Th.S Lê Anh Đức Luan van 78 ... tập học sinh Mục đích đề tài Chế tạo máy đếm tia phóng xạ đầu dò Geiger-Muller điều khiển tự động nhằm cho học sinh thực thí nghiệm phóng xạ Cách tiếp cận Tìm hiểu đầu giị Geiger-Muller Tìm hiểu... tử Heli (4He) chất phóng xạ phát Trong hạt nhân nặng phóng xạ tự nhiên, có nhiều hạt nhân, U, Th, Ra, v.v…, có tính chất phóng xạ α Các hạt α phát từ số chất phóng xạ nhân tạo Những chất nằm... hiểu vi xử lý Arduino Tìm hiểu lập sơ đồ cấu tạo hệ thống Chế tạo sản phẩm tiến hành thí nghiệm lấy kết Tiến hành thí nghiệm với so sánh kết quả, từ suy độ tin cậy, độ xác Phương pháp nghiên