NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ ĐO GAMMA ĐƠN KÊNH KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP LẠI VIẾT HẢI, VƯƠNG ĐỨC PHỤNG Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp,Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Em[.]
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ ĐO GAMMA ĐƠN KÊNH KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP LẠI VIẾT HẢI, VƯƠNG ĐỨC PHỤNG Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp,Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Email: hailv@canti.vn, phungvd@canti.vn Tóm tắt: Báo cáo trình bày kết nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh điều khiển thu nhận tín hiệu truyền phát không dây ứng dụng công nghiệp soi gamma khảo sát tháp Kết thực nghiệm đo phổ gamma nguồn 22Na, 137Cs 60 Co ghi nhận khoảng cách khoảng 230 m (khoảng cách vượt khoảng cách chung ứng dụng soi tháp) qua truyền phát không dây cho thấy độ phân giải lượng, độ ổn định phổ theo thời gian chúng nằm phạm vi hệ thống thương mại phổ biến Độ phân giải lượng nguồn 22Na, 137Cs 60Co 10,48 ± 1,74% , 11,39 ± 0,67% , 6,08 ± 0,31% , 6,21 ± 0,37% ; độ trôi phổ nguồn 137Cs khoảng 4,34% sau hoạt động Từ khóa: hệ đo gamma đơn kênh, truyền phát khơng dây I MỞ ĐẦU Kỹ thuật soi gamma tiếng ứng dụng phương pháp gamma truyền qua để xác định mật độ vật liệu bên tháp đường ống công nghiệp Chùm tia gamma từ nguồn (chẳng hạn 137Cs 60Co) qua đối tượng cần khảo sát ghi nhận hệ đo Sự suy giảm chùm tia phụ thuộc vào lượng, mật độ độ dày vật liệu theo định luật Beer-Lambert Hiện nay, hầu hết hệ đo gamma công nghiệp sử dụng dây cáp để truyền tín hiệu từ đầu dị đến máy đo, dẫn đến nhiều khó khăn việc lắp đặt vận hành hệ đo điều kiện trường Để cải thiện ứng dụng kỹ thuật soi gamma lĩnh vực này, nhóm tác giả triển khai nghiên cứu chế tạo hệ đo gamma đơn kênh sử dụng truyền phát không dây Zigbee điều khiển, thu nhận xử lý tín hiệu II NỘI DUNG II.1 Thiết kế, chế tạo hệ đo Sơ đồ khối Hệ đo gamma đơn kênh đưa Hình Hệ đo sử dụng đầu dị NaI (Tl) hãng Ludlum Measurements (Model M44-10) với kích thước tinh thể inch x inch có điện áp hoạt động từ 500 V - 1200 V dải lượng 30 KeV - MeV Các xung điện sau vào khuếch đại bao gồm mạch tiền khuếch đại, mạch vi phân mạch tích phân để khuếch đại biên độ tạo thành xung dạng Gauss Sau qua Khối cắt ngưỡng, xung Gauss chuyển đổi thành xung vuông theo chuẩn TTL Bộ vi điều khiển sử dụng module Arduino Mega 2560 Pro có chức đếm xung theo thời gian, điều khiển đo cao thế, đo giá trị điện áp ngưỡng giao tiếp với truyền phát không dây (Module RF) thông qua giao thức UART để nhận lệnh điều khiển truyền giá trị đo máy tính Module RF sử dụng mạch thu phát RF Zigbee UART CC2530 PA V2, kết hợp với tầng khuếch đại công suất PA CC2591 cho khoảng cách truyền số liệu đạt tới 1000 m điều kiện lý tưởng Máy tính có chức kiểm sốt, nhận lưu trữ giá trị đo thông qua phần mềm điều khiển tự thiết kế Hình Sơ đồ khối hệ đo gamma đơn kênh không dây II.2 Xây dựng phần mềm điều khiển, thu nhận xử lý thông tin Phần mềm điều khiển, thu nhận xử lý thơng tin lập trình ngơn ngữ C++ với chức kiểm tra phổ vi phân tự động, kiểm tra cao tự động, thiết lập thơng số điển hình hệ thống đo (cao thế, ngưỡng trên, ngưỡng dưới, thời gian đo) Bên cạnh đó, phần mềm cho phép lưu trữ vẽ đồ thị liệu Giao diện phần mềm minh họa Hình Hình Giao diện phần mềm Hình Hệ đo gamma khơng dây hồn chỉnh II.3 Kết thảo luận Hệ đo sau xây dựng khảo sát độ phân giải lượng độ ổn định sử dụng nguồn chuẩn 22Na-1mCi, 137Cs – 10,89µCi 60Co – 1µCi Thơng số thí nghiệm trình bày Bảng Bảng Thơng số thí nghiệm khảo sát hệ đo Thông số Cao áp vào đầu dò Độ rộng cửa sổ Thời gian lần dịch chuyển cửa sổ Khoảng cách truyền phát Giá trị 1000 V 25 mV 3s 230 m Kết khảo sát độ phân giải lượng hệ đo trình bày Hình Trong đó, độ phân giải lượng nguồn 22Na, 137Cs 60Co 10, 48 ± 1, 74(%) , 11,39 ± 0, 67(%) , 6, 08 ± 0,31(%) , 6, 21 ± 0,37(%) Độ ổn định hệ đo khảo sát phổ lượng nguồn Hình Kết cho thấy phổ bị lệch 4,34% 137 Cs thời gian Kết thu nhận số đếm trung bình khoảng cách khác (230m 0,15m) đo phổ gamma nguồn 137Cs Hình 5: - Trường hợp đầu thu cách đầu dò 0,15m: 1,81 % - Trường hợp đầu thu cách đầu dò 230 m: 2,00 % Độ chênh lệch trung bình hai trường hợp đầu thu gần đầu dò đầu thu cách đầu dị 230m: 0,19 % Ngun nhân có chênh lệch thăng giáng thống kê, soi gamma độ lệch không ảnh hưởng nhiều đến kết Hình Kết đo phổ gamma nguồn 22Na, 137Cs 60Co Hình Độ lệch phổ lượng nguồn 137Cs trước sau Hình Kết khảo sát số đếm theo thời gian khoảng cách Ngoài ra, hệ đo gamma đơn kênh không dây sử dụng để khảo sát tháp mơ hình nhằm xác định khả ứng dụng kỹ thuật soi tháp Tháp mơ hình mơ theo tháp chưng cất nhà máy lọc hóa dầu với chiều cao gần 6m chiều rộng khoảng 0,57m Mô hình tháp chứa khay nước sỏi xây dựng Nguồn phóng xạ dùng để khảo sát nguồn 137Cs 1mCi Các kết so sánh với hệ đo Ludlum trình bày Bảng Hình Bảng So sánh hệ đo gamma đơn kênh không dây hệ đo M2200 Ludlum Thông số Hệ đo gamma đơn kênh không dây Hệ đo M2200 Ludlum Loại dây cáp sử dụng Không dây Cáp đồng trục Tối đa 150m Khoảng cách truyền phát 230m (trong trường hợp lý tưởng lên đến 1000m) Thời gian hoạt động Trên (dùng pin) (dùng pin) Cơ chế điều khiển Điều khiển từ xa qua phần mềm Điều khiển học thông qua biến trở công tắc %FWHM( 137Cs) 11,39 ± 0, 67(%) 9, 45 ± 1, 64(%) Đồ thị số đếm hệ đo gamma đơn kênh không dây thể thăng giáng với thay đổi vật liệu bên tháp Kết đo từ hệ gamma đơn kênh không dây cho thấy tương đồng với kết thu sử dụng hệ đo Ludlum với sai số qn phương chuẩn hóa (NRMSE) 21,39% Hình Mơ hình tháp chưng cất cơng nghiệp kết kiểm tra kỹ thuật soi gamma III KẾT LUẬN Hệ đo gamma đơn kênh không dây thiết kế, chế tạo thành công với độ phân giải lượng nguồn 22Na, 137Cs 60Co 10, 48 ± 1, 74(%) , 11,39 ± 0, 67(%) , 6, 08 ± 0,31(%) , 6, 21 ± 0,37(%) ; độ trôi phổ nguồn 137Cs khoảng 4,34% sau hoạt động Các thông số cao thế, độ rộng cửa sổ điều khiển từ xa thông qua phần mềm Việc chế tạo thành công hệ đo gamma đơn kênh không dây khắc phục nhược điểm hệ đo gamma sử dụng dây cáp, giúp phát huy ưu điểm kỹ thuật soi gamma nói riêng kỹ thuật hạt nhân cơng nghiệp nói chung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lại Viết Hải cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài, Đà Lạt tháng 12/2019 [2] https://ludlums.com/images/product_manuals/M2200.pdf [3] https://ludlums.com/images/product_manuals/M44-10.pdf [4] https://robotdyn.com/mega-2560-pro-embed-ch340g-atmega2560-16au.html [5] https://ti.com/lit/ds/symlink/cc2530.pdf RESEARCH ON THE MANUFACTURING OF WIRELESS SINGLECHANNEL GAMMA ANALYZER FOR INDUSTRIAL APPLICATION (COLUMN SCANNING) LAI VIET HAI, VUONG DUC PHUNG Centre for Applications of Nuclear Technique in Industry, Vietnam Atomic Energy Institute Email: hailv@canti.vn, phungvd@canti.vn Abstract: This report presents the results of research on the design and fabrication of a singlechannel gamma analyzer system to control and receive signals by wireless transmitting for industrial applications such as gamma column scans The system consists of electronic units such as high-voltage supply, amplifier, discriminator, microcontroller, and wireless transmitter Some experiments in the measurement of the gamma spectrum of 22Na, 137Cs, and 60Co sources were carried out to evaluate the technical specifications of the system at a distance of about 230 m, which is over common distance in gamma column scanning applications The factors which represent the quality and stability in operation of the system such as energy resolution, spectrum stability were also investigated The results show that the full width at half maximum corresponding to the energy peaks is respectively FWHM511KeV= 10.48 ± 1.74(%) , FWHM662KeV= 11.39 ± 0.67(%) , FWHM1173KeV= 6.08 ± 0.31(%) , and FWHM1332KeV= 6.21 ± 0.37(%) ; the peak energy drift of the 137Cs source is about 4.34% in hours operation The values of those factors are almost in range of the values of the common commercial systems Từ khóa: single-channel gamma analyzer system, wireless transmitting ... với hệ đo Ludlum trình bày Bảng Hình Bảng So sánh hệ đo gamma đơn kênh không dây hệ đo M2200 Ludlum Thông số Hệ đo gamma đơn kênh không dây Hệ đo M2200 Ludlum Loại dây cáp sử dụng Không dây. .. 64(%) Đồ thị số đếm hệ đo gamma đơn kênh không dây thể thăng giáng với thay đổi vật liệu bên tháp Kết đo từ hệ gamma đơn kênh không dây cho thấy tương đồng với kết thu sử dụng hệ đo Ludlum với sai... từ xa thông qua phần mềm Việc chế tạo thành công hệ đo gamma đơn kênh không dây khắc phục nhược điểm hệ đo gamma sử dụng dây cáp, giúp phát huy ưu điểm kỹ thuật soi gamma nói riêng kỹ thuật hạt