Luan Van Thac Si ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA H ỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Minh NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC, ỔN ĐỊNH CHO THI ẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHÓNG XẠ MÔI TR ƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Minh NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC, ỔN ĐỊNH CHO THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Minh NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC, ỔN ĐỊNH CHO THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đặng Quang Thiệu Hà Nội - 2014 z Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình học tập suốt hai năm trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trình làm luận văn thân Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân – Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đặng Quang Thiệu - Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên ngành hướng dẫn em hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Nguyễn Thị Bảo Mỹ - Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, nhiệt tình giúp đỡ bảo thêm kiến thức chuyên ngành suốt trình nghiên cứu đề tài Em xin cảm ơn thầy cô giảng dạy lớp cao học khóa 2011 - 2013, đặc biệt thầy cô môn Vật lý hạt nhân - Trường Đại học Khoa học tự nhiên tận tình dạy dỗ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập trường Em gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè bên cạnh em, động viên, giúp em vượt qua khó khăn để hoàn thành đề tài Mặc dù nỗ lực cố gắng, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung thầy bạn bè Hà Nội, tháng 03 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Minh i Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG 1.1 Nhu cầu thực tiễn 1.2 Cơ sở lý thuyết 10 1.2.1 Hiệu ứng quang điện .10 1.2.2 Hiệu ứng Compton 12 1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp electron - positron .13 1.2.4 Tổng hợp hiệu ứng gamma tương tác với vật chất .14 1.2.5 Cấu trúc phổ gamma .15 1.3 Thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường 17 1.3.1 Đầu dị chứa khí .19 a) Buồng ion hóa 22 b) Ống đếm tỉ lệ .22 c) Ống đếm Geiger-Muller (G-M) 22 1.3.2 Đầu dò bán dẫn .23 1.3.3 Đầu dò nhấp nháy 25 CHƯƠNG 2: ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 26 2.1 Đầu dò nhấp nháy .26 2.1.1 Chất nhấp nháy vô 26 2.1.2 Chất nhấp nháy hữu 27 2.2 Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 29 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo .29 2.2.2 Sự hình thành xung lối 33 2.3 Sử dụng phương pháp chuyển phổ thành liều với đầu dị NaI(Tl) 36 CHƯƠNG 3: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ỔN ĐỊNH CHO THIẾT BỊ40 Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới đầu dò NaI(Tl) 40 3.1.1 Ảnh hưởng việc xác định đỉnh 40 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 40 3.2 Nâng cao độ xác 41 3.2.1 Làm trơn phổ 42 3.2.2 Xác định đỉnh 44 3.2.3 Chuyển phổ thành liều .49 3.3 Nâng cao độ ổn định .51 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đỉnh phổ K-40 51 3.3.2 Bù nhiệt độ cho thiết bị 53 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các hệ số A(K) cho tinh thể NaI(Tl) hình trụ 2.5 cm x 2.5 cm 39 Bảng 3.1: Kết đo suất liều thiết bị vị trí có suất liều chuẩn khác 50 Bảng 3.2: Kết đo đỉnh K-40 nhiệt độ khác Nguyễn Thị Minh z 52 Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình tán xạ Compton 12 Hình 1.2: Mơ hình tạo cặp electron - positron 13 Hình 1.3: Sự phụ thuộc tiết diện vào lượng [1] 14 Hình 1.4: Cấu trúc phổ lý tưởng tia gamma theo hiệu ứng: a) quang điện; b) tạo cặp; c) Compton, d) phổ thực [1] 15 Hình 1.5: Sơ đồ khối thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường 17 Hình 1.6: Một số thiết bị đo xạ cầm tay 18 Hình 1.7: Hình thiết bị đo xạ đặt trạm quan trắc Nhật Bản 19 Hình 1.8: Các tượng xảy với cặp ion dương điện tử điện cực hình trụ với cường độ xạ hiệu điện thay đổi [9] 20 Hình 1.9: Mơ hình buồng ion hóa 22 Hình 1.10: Đầu dị bề mặt 24 Hình 1.11: Đầu dị Si Ge-photon 24 Hình 2.1: Sự phụ thuộc hệ số suy giảm tinh thể NaI(Tl) vào lượng tia gamma [4] 30 Hình 2.2: Lý thuyết thực nghiệm phổ tia gamma gây tương tác Comton quang điện đầu dò NaI(Tl) [5] 31 Hình 2.3: Biên độ xung theo số tích phân [3, 6] 36 Hình 3.1: Sơ đồ q trình nâng cao độ xác cho thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường 41 Hình 3.2: Sơ đồ trình xác định đỉnh phương pháp fit Gauss 46 Hình 3.3: Số liệu thu 47 Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp Hình 3.4: Số liệu thu biểu diễn theo thang log 47 Hình 3.5: Phổ đo sau làm trơn 48 Hình 3.6: Phổ đo sau fit Gauss 49 Hình 3.7: Phổ K-40 nhiệt độ T = 20oC T = 26oC 52 Hình 3.8: Sự phụ thuộc đỉnh K-40 vào nhiệt độ 53 Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU Ngày nay, lượng nguyên tử dần trở thành nguồn lượng thay cho nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt Khơng vậy, việc sử dụng nguồn lượng hạt nhân cách để giảm thiểu lượng khí thải CO2, nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính nóng lên trái đất Khơng vậy, xạ hạt nhân sử dụng rộng dãi nhiều lĩnh vực khác y tế, khoa học, quân sự… đem lại lợi ích to lớn đời sống Tuy nhiên, lượng nguyên tử tiềm ẩn nguy hiểm người Thực tế, chứng kiến ảnh hưởng nghiêm trọng chúng vụ nổ bom nguyên tử Tokyo Hirosima, vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl gần nhà máy điện hạt nhân Fukushima Chính vậy, u cầu đặt nhà môi trường nhà quản lý phải kiểm soát liều lượng phóng xạ mơi trường để có biện pháp ứng phó kịp thời với cố liên quan tới phóng xạ hạt nhân Các thiết bị quan trắc mơi trường cảnh báo phóng xạ cơng cụ để nhà quản lý nhà mơi trường theo dõi kiểm sốt nhiễm phóng xạ Vì hầu quan tâm tới việc xây dựng trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường Hiện nay, Nhật Bản có 37 trạm quan trắc, Hàn Quốc có 13 trạm, Ấn Độ có 16 trạm,… Tại Việt Nam, có trạm quan trắc phóng xạ mơi trường Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Năng lượng nguyên tử, Trung tâm Công nghệ xử lý môi trường (Bộ Quốc phòng) Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp Qua thực tế hoạt động, trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường nước ta bộc lộ nhiều hạn chế như: chưa đồng bộ, khả thu thập phân tích chưa đáp ứng đầy đủ tiêu tính liên tục, độ nhạy theo tiêu chuẩn quốc tế Ngoài trạm chưa có chức cảnh báo trực tuyến cố rò rỉ để phục vụ cho việc ứng phó với trường hợp khẩn cấp Nắm vai trò quan trọng trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường, Viện Năng lượng ngun tử giao cho Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu xây dựng thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường Qua q trình nghiên cứu triển khai đo đạc thực nghiệm, tốn đặt cho nhà nghiên cứu làm để nâng cao độ xác ổn định cho thiết bị đo đạc điều kiện môi trường khác Luận văn thực với mục tiêu nâng cao độ xác, tính ổn định thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường Trong sử dụng phương pháp JAERI, phương pháp chuyển phổ thành liều dùng hàm G(E), ổn định phổ phương pháp bù nhiệt độ ghim đỉnh K-40 Luận văn gồm chương với nội dung sau: Chương trình bày tổng quan vai trò, nguyên lý cấu tạo thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường Chương nghiên cứu đầu dò nhấp nháy phương pháp đo số liệu sử dụng loại đầu dò Chương đề xuất phương pháp nâng cao độ xác tính ổn định cho thiết bị Nguyễn Thị Minh z ... đặt cho nhà nghiên cứu làm để nâng cao độ xác ổn định cho thiết bị đo đạc điều kiện môi trường khác Luận văn thực với mục tiêu nâng cao độ xác, tính ổn định thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ. .. Độ rộng đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với độ rộng nửa chiều cao đỉnh (FWHM) gọi độ phân giải đầu dị 1.3 Thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường Thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trường. .. nâng cao độ xác tính ổn định cho thiết bị Nguyễn Thị Minh z Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG 1.1 Nhu cầu thực tiễn Trong môi trường